Pārsprieguma aizsargi, kas ir svarīgas ierīces pārejošu un pārejošu pārspriegumu slāpēšanai energosistēmās, lielā mērā ir atkarīgi no to pamatmateriālu elektriskajām īpašībām, termiskās stabilitātes un izturības. Dažādiem materiāliem ir priekšrocības attiecībā uz reakcijas ātrumu, strāvas nestspēju, enerģijas absorbcijas īpašībām un kalpošanas laiku. Atbilstoša materiāla izvēle un salikts pielietojums ir galvenais, lai uzlabotu aizsarga vispārējo aizsardzības līmeni.
Pašlaik galvenie materiāli, ko izmanto pārsprieguma aizsargos, ir metāla oksīda varistori (MOV), silīcija karbīda (SiC) varistori, gāzizlādes caurules (GDT) uzpildes materiāli, izlādes spraugas elektrodu materiāli un kompozītmateriālu funkcionālie slāņi. Starp tiem MOV ir visplašāk izmantotais pamatkomponentu materiāls, kas galvenokārt sastāv no cinka oksīda (ZnO) ar nelielu daudzumu bismuta, kobalta, mangāna un citu metālu oksīdu, kas ir saķepināti kopā. Varistoriem, kuru pamatā ir ZnO-, ir lieliski nelineārās strāvas-sprieguma raksturlielumi, kas parāda augstu pretestību un minimālu noplūdes strāvu pie normāla darba sprieguma. Kad spriegums pārsniedz slieksni, pretestība strauji samazinās, veidojot zemas -pretestības kanālu, kas nodrošina nanosekundes- līmeņa reakciju un lielas strāvas enerģijas absorbciju. Tās priekšrocības ir liela strāvas jauda, ātra reakcija un ilgs kalpošanas laiks, taču tai ir noteiktas prasības termiskai stabilitātei ilgstoša pārsprieguma apstākļos, tādēļ ir nepieciešama termiskā izslēgšana vai siltuma izkliedes konstrukcija.
Silīcija karbīda (SiC) varistori bija izplatīts materiāls agrīnos pārsprieguma aizsargos, kas tika izveidoti, presējot SiC daļiņas ar keramikas saistvielu un pēc tam saķepinot augstā temperatūrā. SiC ir augsts kritiskais elektriskā lauka stiprums un laba veiktspēja augstā-temperatūrā, kas ļauj tam darboties ar augstāku spriegumu. Tomēr tā nelineārais koeficients ir zemāks nekā MOV, kā rezultātā reakcijas ātrums ir salīdzinoši lēns un noplūdes strāva ir lielāka. Tagad to galvenokārt izmanto sekundārajā aizsardzībā apvienojumā ar dzirksteļu spraugām vai īpašās augstas temperatūras -vidēs.
Gāzlādes caurules ir izgatavotas no inertas gāzes (piemēram, argona, neona vai gāzu maisījuma) un metāla elektrodiem. To darbības princips izmanto gāzes sadalīšanos zem augsta sprieguma, veidojot loka izlādi, izlādējot pārsprieguma enerģiju uz zemi. Gāzizlādes caurulēm ir ārkārtīgi liela strāvas jauda, kas spēj izturēt desmitiem kiloampēru pārsprieguma strāvu, taču to reakcijas laiks ir salīdzinoši ilgs, un tām var rasties sekojošas strāvas problēmas līdzstrāvas vai zemfrekvences ķēdēs. Tāpēc tos bieži izmanto kopā ar MOV vai strāvu{4}}ierobežojošiem rezistoriem, lai kompensētu viena materiāla trūkumus.
Izlādes spraugas elektrodi lielākoties ir izgatavoti no vara -volframa sakausējuma, nerūsējošā tērauda vai sudraba-pārklāta vara, lai līdzsvarotu augstu kušanas temperatūru, augstu vadītspēju un izturību pret loka eroziju. Atstarpes struktūra var ātri sadalīties zem augsta sprieguma, veidojot vadošu ceļu, piedāvājot tādas priekšrocības kā vienkārša struktūra, zemas izmaksas un izturība pret atkārtotiem triecieniem. Tomēr tā zemā-sprieguma aizsardzības precizitāte ir zemāka par MOV, un tā ir jutīga pret novecošanos vides faktoru dēļ.
Kompozītmateriālu funkcionālie slāņi pēdējos gados ir kļuvuši par tendenci. Pārklājot MOV vai SiC virsmu ar augstas -temperatūras, mitruma- un liesmu-izturīgiem polimēru vai keramikas pārklājumiem vai iekšēji pievienojot siltumizolējošu substrātu, tiek uzlabota mehāniskā izturība, spēja pielāgoties videi un siltuma izkliede. Šī materiālu kombinācija var ievērojami uzlabot ierīces ilgtermiņa uzticamību āra, ķīmiskās un jūras vidēs, vienlaikus saglabājot sākotnējās elektriskās īpašības.
Kopumā pārsprieguma aizsargu materiālajā sistēmā dominē MOV, ko papildina SiC, gāzizlādes dielektriķi un metāla elektrodi, lai sasniegtu mērķus, kas saistīti ar ātru reakciju, augstu{0}}enerģijas izlādi un izturīgu darbību, izmantojot atsevišķas vai saliktas struktūras. Atbilstoša dažādu materiālu izvēle un procesa optimizācija ļauj aizsargam tikt galā ar dažādiem pārsprieguma draudiem, sākot no zema-sprieguma civilajām iekārtām līdz augstsprieguma-pārvades sistēmām, tādējādi veidojot stingru izolācijas aizsargbarjeru elektroiekārtām.
