BR102012024242A2

BR102012024242A2 - Elemento de fusível

Info

Publication number: BR102012024242A2
Application number: BR102012024242-7A
Authority: BR
Inventors: Jean Marc Christmann; Werner Hartmann; Boris Pahl; Sergio Yamazaki; Rodrigo Zerneri
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-05-06
Also published as: US20130076478A1; CN103022001A; CA2790603A1; EP2573790A1; BR102012024242A8

Abstract

ELEMENTO DE FUSÍVEL. Um elemento de fusível (10) e um método para fabricar os mesmos são providos, onde um elemento de fusível (10) consiste de uma parte reativa ativa vantajpsamente formada por pelo menos duas sub-tiras metálicas paralelas (9) de uma lâmina de fusível metálica alongada, incluindo parte dianteira e parte traseira, para conectar eletricamente os elementos de fusível (10), sendo que a lâmina de fusível metálica alongada pode ser reforçada com uma camada base dielétrica alongada feita a partir de um material de polímero. Por conseguinte, o desempenho deste elemento de fusível (10) pode ser melhorado, e os custos de fabricação podem ser reduzidos. A presente invenção, em especial, pode ser aplicada a uma pluralidade de sub-unidades de capacitor, integrada nos alojamentos e submersa no líquido de resfriamento e isolação dentro do alojamento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO DE FUSÍVEL".

Descrição

A presente invenção relaciona-se a um dispositivo de capacitor de energia compreendendo uma pluralidade de sub-unidades de capacitor, onde cada sub-unidade de capacitor é eletricamente protegida por um ele- mento de fusível interno conectado em série com a sub-unidade de capaci- tor.

A presente invenção também se relaciona a um capacitor de alta 10 potência montado em um banco de capacitores, e feito a partir de uma plura- lidade de sub-unidades de capacitor em um alojamento comum onde as sub- unidades de capacitor são eletricamente conectadas a circuitos em paralelo e série. Tal banco de capacitores, por exemplo, pode ser usado para siste- mas de correção de fator de potência em redes de média e alta voltagem.

Sistemas de correção de fator de potência para redes de alta e

média potência requerem capacitores de alta potência montados em gran- des bancos de capacitor. Capacitores individuais, usualmente, são feitos a partir de uma pluralidade de sub-unidades de capacitor menores montados em um alojamento. Sub-unidadss de capacitor menores são conectadas a 20 diferentes variações de circuitos série ou paralelo, para atender os requisitos de uma aplicação específica. Se uma sub-unida de capacitor falhar, no en- tanto, o conjunto inteiro se descarrega através da sub-unidade, provendo um intenso faiscamento, que, por sua vez, leva a falha do alojamento de capaci- tor para o chamado caso de ruptura, Este modo de falha então, leva o banco 25 de capacitor a um estado de falha completo.

Para aumentar o nível de segurança em tais bancos de capaci- tor, dispositivos de capacitor individuais podem ser protegidos por de fusível individuais, dispostos externos ao dispositivo de capacitor, em série. Esta solução, no entanto, é cara, e sempre provoca a perda completa do disposi- 30 tivo de capacitor de potência, que deve ser trocado tão rapidamente quanto possível. Para evitar perda completa de um dispositivo de capacitor de po- tência, sub-unidades de capacitor individuais podem ser protegidas por de fusível individuais, dispostos dentro do dispositivo de capacitor de potência. Esta solução tem a vantagem de apenas ser perder uma sub-unidade de capacitor em caso de falha, preservando banco de capacitores, que continua trabalhando de modo quase inarredável.

5 Soluções técnicas comuns para este problema são elementos de

fio único, e elementos que são conectados em série com sub-unidades de capacitor individuais. Devido às altas voltagens envolvidas (diversos kilovolts per sub-unidade), os de fusível precisam ser muito longos, tipicamente tendo um comprimento de 100 mm ou mais, enquanto o diâmetro do fio - tipica- 10 mente, um fio de cobre - usualmente varia na faixa entre 0,3 mm a 0,5 mm. Em algumas aplicações, uma pluralidade destes de fusível é montada em uma única placa, para facilitar o manuseio. Fios de fusível individuais tam- bém podem ser isolados entre si com papel, polímero, ou caixas cerâmicas, para evitar uma interação indesejada entre fusíveis reativos e não-reativos, 15 no alojamento de capacitor. Em alguns produtos, os de fusível são montados individualmente em cada sub-unidade de capacitor, ao invés de em uma pla- ca comum.Um técnica também conhecida é a técnica usada para diminuir a resistência do de fusível, e, portanto, de parte da perda de potência adicio- nal, que torce o fie em ambas extremidades do fusível com fios adicionais. 20 Um desenho adicionalmente conhecido usa dois fios em paralelo para redu- zir a resistência do de fusível, e aumentar a integral da ação S l2dt que deve ser conseguida para resposta ao uso, assim reduzindo energia descarrega- da para o elemento de capacitor defeituoso. Os dois fios são comumente soldados a tiras de cobre antes de serem integrados ao capacitor.

Com respeito a fio único, a desvantagem desta tecnologia con-

siste no fato de a dependência do valor de resposta de fusível l2t do diâme- tro do fio R ser proporcional a R4 e, por conseguinte, muito abrupto. Por con- seguinte, mesmos pequenos desvios locais a partir do diâmetro nominal pro- vocados por estreitamento, curvamento, estendimento, etc. durante a fabri- 30 cação e manuseio do fusível produzem grandes variações para o valor de resposta do de fusível. Ademais, a disponibilidade do fio de cobre com diâ- metro bem definido é limitada, daí provendo um escalonamento abrupto de valores de respostas de fusível que podem ser escolhidos para as caracte- rísticas abruptas da resposta de fusível. Em adição, um de fusível de fio úni- co produz uma significativa quantidade de calor, produzida por perda ôhmica na corrente nominal. O uso de terminais de muitos fios torcidos faz as ex- tremidades do fusível reduzir parcialmente suas perdas.

O uso de dois fios em paralelo provê a vantagem de a perda por calor ser significativamente reduzida em relação à solução de fio único, e, ademais, reduz a sensitividade ao desvio do diâmetro do fio. No entanto, a fabricação é mais complexa, sendo necessário prover mais conexões solda- das, adicionando custos e riscos de falha.

O documento US 2010/0224955 A1 descreve serviços e méto- dos compreendendo uma intercamada dielétrica feita de materiais capazes de prover uma força de tração sobre o substrato semicondutor. Ademais, o metal de fusível resistindo a uma força de tração maior, então a primeira in- 15 tercamada dielétrica é formada sobre a primeira intercamada dielétrica. Por conseguinte, pode ser evitada a formação de resíduos de fusão do fusível um de fusível. Ademais, a energia e o tamanho do local do laser aplicado para fundir o de fusível podem ser reduzidos. Ademais, o dano a de fusível vizinhos pode ser evitado, e um de fusível feito de^nateriai&xUfíceis de fundir 20 o de fusível pode ser cortado. Ademais, como materiais da série polímero são usados como intercamada dielétrica, o efeito de acoplamento entre as linhas de fiação pode ser reduzido consideravelmente.

Trata-se de um objetivo da presente invenção, aumentar a segu- rança em tal capacitor ou banco de capacitores de potência, em comparação 25 com técnica anterior. A condição de fabricação de manuseio deve ser melho- rada. Tolerâncias, assim como falhas iniciais durante a produção do de fusí- vel, devem ser reduzidas. A forma requerida do fusível deve ser facilmente obtida.

O objetivo é alcançado com um dispositivo de capacitor de po- tência de acordo com a reivindicação principal e a um método de fabricação, de acordo com reivindicação de método auxiliar.

De acordo com um aspecto, um elemento de fusível compreen- dendo uma parte reativa ativa de fusível formada, pelo menos em parte, por pelo menos duas sub-tiras metálicas paralelas, é provido por pelo menos um recesso alongado em uma tira de fusível metálica alongada auto-suportante.

De acordo com outro aspecto, um método de fabricação de um 5 elemento de fusível é executado pela etapa seguinte de prover um compo- nente reativo de fusível ativo compreendendo pelo menos duas sub- unidades metálicas paralelas que são formadas criando pelo menos um re- cesso alongado em uma tira de fusível metálica alongada auto-suportante.

A solução provê um de fusível de baixa resistência, confiável e fácil de fabricar, com pequena tolerância, usando um material compósito, compreendendo uma camada base fina de polímero, que reforça uma lâmina metálica fina.

De acordo com outro aspecto, o elemento de fusível é usado pa- ra proteger eletricamente um dispositivo de capacitor de potência feito de uma pluralidade de sub-unidades de capacitor, onde cada sub-unidade de capacitor é eletricamente protegida por um destes elementos de fusível, in- ternamente conectado em série com a sub-unidade de capacitor.

Uma tira larga contínua de material composto é feita a partir de

Tipicamente, um polímero, um material pode ser escolhido que tenha com- patibilidade comprovada com o ambiente de tal sub-unidade de capacitor, em particular, que interaja com líquidos isolantes, que são usados em mo- dernos dispositivos de capacitor de potência. Em particular, polímeros mais baratos, tal como polipropileno (material padrão de dielétrico de capacitor), 25 polietileno etc., adicionam um custo insignificante, mas reduzem significati- vamente os custos de manuseio e rejeição. Outros materiais base adequa- dos compreendem poliimida e materiais similares, que são compatíveis com ambiente do capacitor. Em casos especiais são escolhidas lâminas metáli- cas suficientemente finas resistentes às tensões que ocorrem durante ma- 30 nuseio. O material base de polímero pode ser omitido, e o elemento de fusí- vel pode usar uma construção de metal puro. Metais adequados para de fu- sível de metais são metais de alta condutividade, i.e. Cobre, Prata, e ligas destes materiais.

Vantagens adicionais em relação a desenhos convencionais de fusível são as seguintes. A faixa de limitação de corrente é alcançada mais rapidamente, levando a uma menor liberação de e energia durante a opera- 5 ção do de fusível. É conseguido um valor de resposta l2t mais estável para o de fusível, que provê uma maior confiabilidade ao banco de capacitor. A limi- tação de energia de descarga é melhor, provê menos energia de descarga, acarreta menos dano aos elementos internos do capacitor, e evita casos de ruptura. Um invólucro melhor pode ser provido aos elementos de capacitor. 10 Nenhuma interação entre o arco de falha e a caixa e entre fusíveis individu- ais é possível. A perda completa do capacitor é reduzida em até 25%. Os custos com material e mão de obra de fabricação e integração de fusível podem ser reduzidos em até 50%. O ruído do capacitor é reduzido. A atra- ção mútua entre os terminais de fusível ativos não leva a produção de ruídos 15 acústicos, por causa da seção transversal menor com respeito à espessura do de fusível. O movimento transversal - perpendicular à superfície do fusí- vel - pode ser suprimido mais efetivamente, aumentando a pressão entre elementos de capacitor individuais. Uma densidade de energia aumentada

desenhos convencionais. O tamanho do capacitor é reduzido. Uma operação de fusível mais confiável é conseguida, usando dois ou mais terminais de fusível paralelos ativos. Isto produz um aquecimento assimétrico da corres- pondente corrente de falha, que leva a um aumento na correspondente re- sistência de terminal, que aumenta o compartilhamento de corrente entre 25 terminais individuais. Ademais, o perigo de dano interno de capacitor, cau- sado pela intensa pressão do capacitor e elementos de fusível, é reduzido.

De acordo com outro aspecto, um elemento de fusível, de acor- do com a presente invenção, pode ser usado para proteger eletricamente dispositivos elétricos em um nível de voltagem baixo, médio, e alto.

Configurações vantajosas adicionais serão reivindicadas pelas

sub-reivindicações.

De acordo com uma configuração, a tira de fusível metálica a- Iongada auto-suportante pode ser provida por uma lâmina de fusível metáli- ca alongada auto-suportante

De acordo com uma configuração adicional, a tira de fusível me- tálica alongada auto-suportante pode ser provida por uma primeira lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante, que é reforçada por um material dielétrico, daí formando um material composto auto-suportante.

De acordo com uma configuração adicional, o material dielétrico pode ser uma camada de polímero.

De acordo com uma configuração, adicional, a camada de polí- mero pode ser uma lâmina de polímero auto-suportante.

De acordo com uma configuração adicional, uma segunda lâmi- na metálica pode ser depositada em uma superfície da camada de polímero, oposta à primeira lâmina de fusível metálica alongada.

De acordo com uma configuração adicional, a pluralidade de sub-unidades de capacitor pode ser integrada em um alojamento, e submer- sa em um líquido de resfriamento e isolação dentro do alojamento.

De acordo com uma configuração adicional, o dispositivo de ca- pacitor de potência pode ser montado em um banco de capacitor, e a plura- Iidade de sub-unidades de capacitor pode ser eletricamente conectada a circuitos paralelo ou série.

De acordo com uma configuração adicional, a tira de fusível me- tálica alongada auto-suportante pode ser angulada no lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível, e prover um Ioop de corrente, que dirige um arco a outro lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível durante resposta.

De acordo com uma configuração adicional, uma tira de fusível metálica alongada pode ser coberta com uma camada de proteção para pro- teger contra dissolução de metal causada pelo líquido de resfriamento e iso- lação. A camada de proteção pode ser feita a partir de um material de polí- 30 mero. Se uma única camada de cobre for usada, apenas um lado da lâmina de cobre deverá ser protegida, por exemplo, usando uma camada fina de cerca de 5 pm de estanho (Sn) ou mesmo camadas mais finas de Prata ou Ouro, respectivamente. Isto provê proteção contra o óleo de capacitor, que tende a dissolver o Cobre suficientemente ao longo do tempo, que o torna mais sujeito a perdas, que admissível. Ademais, o desenho fixa mecanica- mente as tiras de fusível contra vibrações em uma direção. Se as vibrações 5 mecânicas na direção perpendicular também forem impedidas pressionando mecanicamente os de fusível entre camadas de materiais dielétricos, então as vibrações mecânicas causadas pelo campo magnético do fusível serão fortemente suprimidas, que leva a uma considerável redução do componente de ruído gerado pelo fusível em corrente nominal, particularmente em fre- 10 qüências harmônicas mais altas.

De acordo com uma configuração adicional, o metal da tira de fusível metálica alongada auto-suportante pode ser Alumínio (Al), Prata (Ag), Cobre (Cu), ou uma liga de alta condutividade destes metais.

De acordo com uma configuração adicional, a camada de prote- ção pode ser feita de material de polímero

De acordo com uma configuração adicional, a camada de prote- ção pode ser feita de um metal, que é insolúvel no fluido isolante do capaci- tor.

ção pode ser feita de óxido metálico ou camada de silica SIO2.

De acordo com uma configuração adicional, cada uma das duas sub-tiras metálicas paralelas pode compreender pelo menos uma borda a- Iongada curvada ao longo de seu comprimento, para prover taxas de tensão similares em ambas bordas durante sua formação.

De acordo com uma configuração adicional, tiras metálicas para-

lelas de diferentes lâminas de fusível metálica alongadas podem ser posicio- nadas com deslocamento lateral.

De acordo com uma configuração adicional, duas tiras metálicas paralelas podem ser formadas por um recesso alongado na área média da tira de fusível metálica alongada auto-suportante.;

De acordo com uma configuração adicional, as duas tiras metáli- cas paralelas podem ser formadas por um recesso alongado em uma área de borda de cada lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante.

A presente invenção será descrita com base em configurações em conexão com as figuras, nas quais:

Figura 1: uma primeira configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção

Figura 2: uma segunda configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção;

Figura 3: uma vista em seção transversal de elementos de fusí- vel, de acordo com as figuras 1 e 2;

Figura 4: uma outra vista em seção transversal de elementos de

fusível, de acordo com as figuras 1 e 2;

Figura 5: uma outra configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção;

Figura 6: uma outra configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção;

Figura 7: uma outra configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção;

Figura 8: uma outra configuração de um elemento de fusível, de

Figura 9: uma outra configuração de um elemento de fusível, de

acordo com a presente invenção;

Figura 10: uma configuração de uma sub-unidade de capacitor, de acordo com a presente invenção;

Figura 11: uma configuração de uma pluralidade de sub- unidades de capacitor, de acordo com a presente invenção;

Figura 12: uma outra configuração de um elemento de fusível, de acordo com a presente invenção;

Figura 13: uma configuração de um método, de acordo com a presente invenção.

A figura 1 mostra uma configuração de um elemento de fusível

10, de acordo com a presente invenção. A figura 1 mostra um recesso alon- gado 7 formando duas sub-tiras metálicas paralelas 9 a partir de uma tira de fusível reta. Em uma camada base dielétrica alongada feita a partir de um material de polímero, é formada uma parte reativa ativa criada pelas duas sub-tiras metálicas paralelas 9. A camada metálica de fusível alongada é depositada em um lado da camada base dielétrica e um recesso ou abertura 5 alongada 7 é formada dentro desta uma camada metálica de fusível alonga- da. As desvantagens anteriores mencionadas ou soluções convencionais de fio duplo são superadas pelas características da presente invenção. O metal da camada metálica de fusível alongada pode ser Cobre (Cu). Alternativa- mente, Alumínio (Al), Prata (Ag) ou suas ligas também podem ser usadas 10 como material de fusível metálico, provendo um número de vantagens. O Alumínio é consideravelmente mais barato que o Cobre, não precisa de uma camada protetiva contra dissolução de óleo de capacitor, depois da resposta de fusível, dissolve menos no óleo do capacitor que o Cobre, acarretando menos poluição do líquido dielétrico, no entanto, apresenta a desvantagem 15 de sua camada de óxido ser menos adequada para soldar para executar a conexão elétrica. A figura 1 mostra a estrutura de fusível mais simples, de acordo com a presente invenção. A figura 1 mostra um desenho de tira reta com um recorte central com duas sub-tiras metálicas de fusível 9 no compo-

como uma abertura ou recesso 7. Um componente de fusível ativo também pode ser indicado como um componente de resposta ativo do elemento de fusível 10. De acordo com a presente invenção, provê-se um material com- posto de metal-polímero cortado. A camada base dielétrica alongada, feita a partir de um material de polímero, não precisa ser cortada dentro da área do 25 recesso 7 da camada metálica de fusível alongada. Isto melhora as proprie- dades dielétricas do elemento de fusível 10. De acordo com uma outra alter- nativa, a camada base dielétrica também é recortada dentro do recesso 7 da camada metálica de fusível resultando em um processo de fabricação sim- ples, tal como puncionamento. Em uma realização especial da presente in- 30 venção, a camada base de polímero pode ser omitida, se a lâmina metálica for grossa e forte suficiente para suportar processos de fabricação e manu- seio do elemento de fusível, e o elemento de fusível consiste somente de uma lâmina metálica.

A figura 2 mostra uma segunda configuração de um elemento de fusível 10, de acordo com a presente invenção. O elemento de fusível 10 também pode conter três ou mais terminais de fusível ou sub-tiras metálicas 5 9, como mostrado na figura 2.

Embora o elemento de fusível 10 possa ser puncionado a partir de uma tira fina e nua de cobre, é preferível usar um material composto - lâmina de cobre - filme de polímero - pelo fato de aumentar a resistência mecânica e prover melhor producibilidade e manuseio, respectivamente. 10 Uma lâmina de cobre com duas sub-tiras metálicas paralelas 9 já provê uma melhora significativa em relação à solução de fio duplo, apresentando vanta- gens e reduzindo custos e riscos associados à fabricação. No entanto, du- rante fabricação e manuseio, riscos adicionais surgem em razão da estrutura frágil deste desenho de fusível. Usualmente, lâminas de cobre com espessu- 15 ras de 35 μιτι a 100 μιτι são adequadas. Especialmente durante manuseio de fusível, quando da integração com a sub-unidade de capacitor e, quando da integração da sub-unidade de capacitor no alojamento, o perigo de curvatura acentuada, enrugamento, e cisalhamento parcial das tiras de fusível é alto.

—Qualquer dano sofrido pelo fusível pode acarretar sua falha prematura, Ie- 20 vando a perda da capacitância e densidade de energia do correspondente dispositivo de capacitor. Ademais, a fabricação deste tipo de fusível é muito difícil, em razão da fragilidade do material de fusível metálico, que pode ser uma lâmina de cobre altamente condutiva, que é muito fina e mole. Em par- ticular, o puncionamento é crítico, por causa das propriedades do material, 25 freqüentemente provocando enrugamento e cisalhamento nas regiões mais críticas do de fusível, assim resultando altas taxas de rejeição. Os reforços da invenção de acordo com as figuras 3 e 4 melhoram producibilidade e ma- nuseio reduzem tolerâncias, assim como falha iniciais durante a fabricação do fusível.

A figura 3 mostra uma vista em seção transversal do elemento

de fusível 10, de acordo com as figuras 1 ou 2. No lado de cima há uma ca- mada metálica de fusível alongada 1 feita a partir de uma lâmina metálica, compreendendo, por exemplo, Cu, Al, ou metais alternativos. O número 3 indica uma camada base dielétrica alongada feita a partir de um material de polímero que pode ser PP, PE, ou um outro material polímero alternativo.

A figura 4 mostra uma vista de seção transversal alternativa de 5 elementos de fusível de acordo com a figura 1 ou 2. O número de referência

1 indica uma lâmina metálica feita a partir de Cu ou Al ou de um metal com- parável. O número de referência 3 indica uma camada de polímero base e o número 5 indica camada de polímero base de proteção formada no topo da tira de fusível metálica 1. De acordo com este desenho alternativo, uma se- 10 gunda camada de polímero 5 no topo da tira de fusível metálica 1 atua como proteção adicional, reforço, e barreira de dissolução contra o óleo de capaci- tor, ao invés de camada de proteção metálica, por exemplo, uma lâmina de estanho ou cobre é usada. Um comprimento total típico de elemento de fusí- vel 10 é 200 mm a 400 mm, e o comprimento típico da parte reativa ativa ou 15 seção de recorte ou recesso 7 é 50 mm a 120 mm. As espessuras típicas da camada intermediária ou polimérica dependem da aplicação e são da ordem de 5 mm a 25 mm, mais preferivelmente na faixa de 10 mm. A largura das tiras metálicas de fusível 1 depende da aplicação, do número de sub-tiras

. Valores típicos de tira metálica se encontram na faixa de 0,5 a 5 mm, prefe- rivelmente entre 0,8 a 2,5 mm.

A figura 5 mostra uma outra configuração do elemento de fusível interno 10 de acordo com a presente invenção. Para integração em um dis- positivo de capacitor I um dispositivo de fusível reto com uma tira metálica 25 alongada 1 formada em uma camada base dielétrica alongada, especialmen- te uma camada de polímero dielétrica alongada 3, pode ser usada, dobrada em um lado de terminal de fusível para prover uma conexão elétrica lateral de um dos terminais, e prover um Ioop de corrente, que dirige o arco para o lado preferido no caso de resposta de fusível. O lado preferido no caso de 30 resposta de fusível de acordo com esta configuração, é o lado oposto ao lado do terminal de fusível, onde o elemento de fusível está dobrado, como representado por uma seta na figura 5. A figura 6 mostra uma outra configuração de um elemento de fu- sível interno 10 de acordo com a presente invenção. Aqui, em alternativa à figura 5, um elemento de fusível angulado pode ser diretamente cortado ou puncionado a partir de uma lâmina composta. Este desenho também pode 5 ser chamado desenho de fusível curvado. De acordo com esta configuração, uma versão é mostrada,onde a camada de polímero dielétrica alongada 3, que pode ser provida por um filme de polímero, se estende lateralmente, por exemplo, com propósito de isolação. De acordo com uma solução mais efe- tiva em termos de custo, esta extensão de filme de polímero não é usada.

A figura 7 mostra uma configuração, de acordo com a presente

invenção, onde um camada de polímero dielétrica alongada 3, que pode ser um material base de polímero, é usado tendo camadas metálicas em ambos lados. Então, a resistência total e perdas totais são reduzidas, mesmo se meramente duas sub-tiras de fusível 9 forem usadas, que são formadas uma 15 em cada lado da camada de polímero 3. Isto significa adicionalmente que é adequado para prover uma redução adicional de perdas de fusível para usar lâmina de face dupla, por exemplo, lâminas de polímero revestidas de Cobre usando pelo menos uma sub-tira 9 em cada lado, as sub-tiras 9 sendo para-

onde duas das tiras metálicas 1 são depositadas uma sobre a outra em la- dos opostos da camada base dielétrica, que pode ser uma camada de polí- mero dielétrica 3. A figura 7 mostra uma camada de polímero 3 provida de um filme de polímero, sendo provido por um filme ou lâmina de polímero, que se estende lateralmente sobre uma área metalizada.

A figura 8 mostra uma outra configuração de um elemento de fu-

sível 10, de acordo com a presente invenção. Esta configuração é similar à configuração de acordo com a figura 7, com a diferença de não ser provida a extensão da lâmina de polímero, de acordo com a figura 7, que é uma solu- ção mais efetiva em termos de custo. Ademais, a figura 8 mostra que a lâmi- 30 na dielétrica alongada não é cortada no recesso 7 em uma tira de fusível metálica alongada 1. De acordo com a configuração da figura 8, duas sub- tiras paralelas 9 são depositadas uma sobre a outra em lados opostos da lâmina dielétrica.

A figura 9 mostra uma outra configuração de um elemento de fu- sível interno, de acordo com a presente invenção. Esta configuração é simi- lar à configuração da figura 7, mas com a diferença de as duas sub-tiras pa- 5 ralelas 9 nas tiras de fusível metálica alongadas 1 serem depositadas em lados opostos da camada de polímero dielétrica 3, que é especialmente é uma lâmina de polímero, mas compreendendo um deslocamento lateral en- tre si. Assim, cada sub-tira 9 é formada por um recesso alongado 7 dentro de áreas de borda opostas de cada tira de fusível metálica alongada 1. Isto 10 significa que as sub-tiras de fusível 9 podem estar quer se faceando, como mostrado nas figuras 7 e 8, ou deslocadas uma da outra, como mostrado na figura 9. A figura 9 mostra um desenho de fusível de dupla-face, com sub- tiras de fusível 9 mutuamente deslocadas.

A figura 10 mostra uma configuração de uma sub-unidade de capacitor eletricamente protegida por um elemento de fusível interno, de a- cordo com a presente invenção. O número 10 indica um elemento de fusível interno conectado em série com uma sub-unidade de capacitor 20, compre- endendo um terminal de metalização de topo 30. Como pode ser visto, o elemento de fusível interno 10 é uma estrutura chata, compreendendo uma configuração angulada, sendo que a estrutura pode facilmente ser eletrica- mente e mecanicamente conectada à sub-unidade de capacitor 20. A sub- unidade de capacitor 20, preferivelmente, pode ser provida como um capaci- tor tipo luva, compreendendo um terminal de topo de metalização 40. A figu- ra 10 mostra um modo vantajoso de conectar eletricamente um elemento de fusível interno 10, de acordo com a presente invenção, em série com a res- pectiva sub-unidade de capacitor alocada 20.

A figura 11 mostra uma configuração de um dispositivo de capa- citor de potência I, de acordo com a presente invenção. O dispositivo de ca- pacitor de potência I compreende uma pluralidade de sub-unidades de capa- 30 citor 20, cada uma delas sendo eletricamente protegida por um elemento de fusível interno 10 conectado em série com a sub-unidade de capacitor 20 para ser protegida. De acordo com esta configuração, quatro sub-unidades de capacitor são eletricamente conectadas paralelas entre si, usando um terminal comum base 40 e um terminal comum 50 para cada um dos quatro elementos de fusível internos 10. Este dispositivo de capacitor de potência I pode ser montado em um banco de capacitores. A figura 11 mostra a inte- 5 gração de elementos de fusível internos 20 em um dispositivo de capacitor de potência I e, ademais, uma composição tri-dimensional de uma pilha de sub-unidade de capacitor 20 no dispositivo de capacitor de potência I onde em tal pilha, diversas sub-unidades de capacitor 20 são eletricamente conec- tadas paralelo e diversas de tais pilhas são eletricamente conectadas em 10 série para alcançar o necessário nível de voltagem

A figura 12 mostra uma outra configuração de um elemento de fusível interno 10 compreendendo uma tira de fusível metálica alongada 1 em uma camada base dielétrica alongada compreendendo um recesso 7 formando duas sub-tiras 9, sendo que o puncionamento ou corte mecânico 15 de um componente composto estreito é usado como etapa de fabricação, sendo que o componente ativo central é conformado para apresentar taxas de tensão similares em ambos lados das tiras no puncionamento, como re- presentado por duas setas na figura 11. Isto aumenta a precisão e diminui

sub-tiras 9 compreende pelo menos uma borda alongada curvada ao longo do comprimento da sub-tira 9 para apresentar taxas de tensão similares em ambas bordas de cada sub-tira 9, na formação do recesso 7, especialmente por puncionamento mecânico.

A figura 13 mostra uma configuração de um método, de acordo 25 com a presente invenção. Por conseguinte, este método se destina à fabri- cação de um dispositivo de capacitor de potência feito a partir de uma plura- lidade de sub-unidades de capacitor, onde cada sub-unidade de capacitor é eletricamente protegida por um elemento de fusível interno conectado em série com a sub-unidade de capacitor, onde cada elemento de fusível pode 30 ser fabricado seguindo as seguintes etapas. De acordo com uma primeira etapa S1, provê-se uma lâmina base dielétrica alongada feita a partir de um material de polímero. De acordo com uma segunda etapa S2, provê-se uma parte reativa ativa formada por pelo menos duas sub-tiras paralelas, na lâ- mina base dielétrica alongada. Há duas alternativas para prover sub-tiras, de acordo com a primeira alternativa, de acordo com a etapa S3, as sub-tiras são formadas provendo pelo menos um recesso alongado dentro de mera- 5 mente uma tira de fusível metálica alongada, onde a tira metálica depositada a um lado da lâmina de polímero base dielétrica. De acordo com a segunda alternativa, de acordo com a etapa S4, as sub-tiras são formadas provendo pelo menos um recesso alongado em uma tira de fusível metálica alongada, onde duas das tais tiras metálicas de fusível alongadas são depositadas 10 uma sobre a outra, em lados opostos da lâmina de polímero base dielétrica.

O reforço resulta em uma condição de fabricação e manuseio melhorada, reduzindo tolerância, assim como reduzindo as falha iniciais du- rante a produção do de fusível. O uso de tiras metálicas de fusível alongadas auto-suportantes ou tiras metálicas de fusível reforçadas permite cortar fa- 15 cilmente a forma de fusível requerida a partir de uma folha contínua do mate- rial de fusível, que pode ser um material composto, por estampa- gem,puncionamento, corte laser, corte por jato de água, usinagem, ou qual- quer tecnologia adequada. Ademais, é possível erodir quimicamente, por

e simplesmente cortar a periferia do de fusível, quer antes ou depois de con- formar o elemento de fusível metálico. A geometria de fusível resultante po- de ser similar ao tipo de lâmina de cobre puncionado conhecido, mas pode ser melhorado para usar um diferente número de tiras de fusível individuais, como indicado nos desenhos. Fusíveis feitos a partir de tais materiais com- 25 postos são muito menos sensíveis com respeito a danos durante fabricação, manuseio, e integração, que outros desenhos de fusível, de acordo com o estado da técnica. Um processo de puncionamento mecânico simples pode ser realizado mais efetivamente em termos de custo, que o desenho mais simples que usa uma tira nua de cobre O desenho da invenção pode reduzir 30 significativamente os custos globais de fabricação e manuseio, em relação ao estado convencional (tipicamente 50%]. Tecnologias adicionais adequa- das para fabricar este novo tipo de fusível, de acordo com a presente inven- ção, incluem, mas sem limitação, usinagem do contorno do fusível a partir de uma pilha de tiras brutas, impressão, erosão de uma lâmina de Cobre, pintu- ra do contorno de fusível com tinta condutiva, erosão química de uma lâmina de cobre, deposição química e/ou deposição por plasma de camadas condu- tivas de filme de polímero. Tais métodos adequados de fabricação também podem compreender o puncionamento de um material estreito de tira, usina- gem do recesso em uma pilha de tiras pré-cortadas não-manufaturadas; puncionamento do recorte ou recesso de um material largo de tira em uma primeira sub-etapa; corte laser; corte por jato de água de uma pilha de tiras não-manufaturadas ou partes brutas; corte/ puncionamento de uma parte bruta; erosão química molhada; galvanização; erosão química a plasma do recorte na camada metálica; corte / puncionamento do recorte em uma lâmi- na metálica a partir de um material de rolo, antes de colá-lo à camada de polímero; e métodos similares usados para produção em massa de compo- nentes finos de precisão.

Um dispositivo de capacitor de potência (I) e um método para fabricar são providos, onde o dispositivo de capacitor de potência (I) é feito a partir de uma pluralidade de sub-unidades de capacitor (20), protegida por elementos de fusível internos (10), onde cada elemento de fusível compre- 20 ende uma camada base dielétrica alongada (3) feita a partir de um material de polímero, onde a parte reativa ativa (3) feita a partir de um material de polímero é formada por pelo menos duas tiras paralelas (9) de metal, por exemplo, sendo vantajosamente formada no topo de camada base dielétrica alongada (3). Por conseguinte, o desempenho de tais dispositivos de capaci- 25 tor de potência (I) pode ser melhorado, e os custos de fabricação podem ser reduzidos. A presente invenção especialmente pode ser aplicada a uma plu- ralidade de sub-unidades de capacitor integrada em um alojamento, e sub- mersa em um líquido de resfriamento e isolação em um alojamento.

Um dispositivo de capacitor de potência (I) e um método de fa- bricação são providos, onde o dispositivo de capacitor de potência (I) é feito a partir de uma pluralidade de sub-unidades de capacitor (20) protegida por elementos de fusível internos (10), onde cada elemento de fusível consiste de uma parte reativa ativa, que é vantajosamente formada por pelo menos duas sub-tiras metálicas (9) de uma lâmina de fusível metálica alongada, incluindo componentes dianteiros e traseiros, para conexão elétrica de cada elemento de fusível (10). A lâmina de fusível metálica alongada é reforçada 5 por uma camada de polímero dielétrica alongada (3) feita a partir de um ma- terial de polímero. Por conseguinte, o desempenho deste dispositivo de ca- pacitor de potência (I) pode ser melhorado e os custos de fabricação reduzi- dos. A presente invenção, especialmente, pode ser aplicada a uma plurali- dade de sub-unidades de capacitor integrada a um alojamento, e submersa 10 em um líquido de resfriamento e isolação dentro do alojamento.

Claims

1.Elemento de fusível (10), compreendendo: - uma parte reativa ativa de fusível formada por pelo menos duas tiras metálicas paralelas (9), providas por pelo menos um recesso alongado (7), dentro de uma tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1).

2.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser provida por uma lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante

3.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser provida por uma primeira lâmina de fusível metálica alongada auto- suportante reforçada com um material dielétrico, daí formando um material composto auto-suportante.

4.Elemento de fusível (10), de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o material dielétrico ser uma camada de po- límero (3).

5.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 4, ca- racterizado pelo fato de a camada de polímero ser uma lâmina de polímero. auto-suportante.

6.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 4, ca- racterizado pelo fato de a segunda lâmina de fusível metálica alongada auto- suportante ser depositada sobre a superfície da camada de polímero (3) o- posta à primeira lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante.

7.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 6, ca- racterizado pelo fato de as duas sub-tiras metálicas paralelas (9) de diferen- tes lâminas de fusível metálicas alongadas auto-suportantes serem deposi- tadas com um deslocamento lateral entre si.

8.Elemento de fusível (10), de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo fato de duas sub-tiras metálicas paralelas (9) serem formadas por um recesso alongado em uma área de borda de cada lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante.

9.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 8, ca- racterizado pelo fato de a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser angulada em um lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível, para prover um componente conectante elétrico lateral, e prover um Ioop de corrente, que dirige o arco para o outro lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível durante a resposta.

10.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser coberta com uma camada de proteção (5).

11.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o metal da tira de fusível metálica alongada auto- suportante (1) ser feita a partir de Alumínio (Al), Prata (Ag), ou Cobre (Cu).

12.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a camada de proteção (5) ser feita a partir de um polímero.

13.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a camada de proteção (5) ser feita a partir de oxi- do metálico ou camada de silica SiO2.

14.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de cada uma das peio menos duas tiras-metálicas paralelas compreender pelo menos uma borda alongada curvada ao longo de seu comprimento, para apresentar taxa de tensão similar em ambas bor- das, durante sua formação.

15.Elemento de fusível (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de as duas sub-tiras metálicas paralelas (9) serem formadas por um recesso alongado (7) na área média da tira de fusível me- tálica alongada auto-suportante (1).

16.Método para fabricar um elemento de fusível (10), fabricado pelas seguintes etapas: - prover uma parte reativa ativa de fusível compreendendo pelo menos, duas sub-tiras metálicas paralelas (9) formadas criando pelo menos um recesso alongado (7) em uma tira de fusível metálica alongada auto- suportante (1).

17.Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pe- lo fato de - prover a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) por uma lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante.

18.Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pe- lo fato de - prover a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) por uma lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante, reforçada com um material dielétrico, daí formando um material composto auto-suportante.

19.Método, de acordo com as reivindicações 17 ou 18, caracte- rizado pelo fato de o material dielétrico ser uma camada de polímero (3).

20.Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pe- lo fato de a camada de polímero ser uma lâmina de polímero auto- suportante.

21.Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pe- lo fato de ser sobreposta uma segunda lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante sobre uma superfície da camada de polímero (3), oposta à primeira lâmina de fusível metálica alongada auto-suportante.

22. Metodo,de acordo com a reividicacao 19,carcaterizado pe- Io fato de as sub-tiras metálicas paralelas (9) de diferentes lâminas metálicas serem depositadas com um deslocamento lateral entre si.

23.Método, de acordo com as reivindicações 21 ou 22, caracte- rizado pelo fato as duas sub-tiras metálicas paralelas serem formadas por um recesso alongado em uma área de borda de cada lâmina de fusível me- tálica alongada.

24.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- lo fato a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser angulada em um lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível, para prover uma parte conectante elétrica lateral e um Ioop de corrente, que dirige o arco para o outro lado longitudinal da parte reativa ativa do elemento de fusível durante a resposta.

25.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- Io fato cobrir a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) com uma camada de proteção (5).

26.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- lo fato de o metal da tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser feita a partir de Alumínio (Al), Prata (AG), ou Cobre (Cu).

27.Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pe- lo fato de a camada de proteção (5) ser feita a partir de um material de polí- mero.

28.Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pe- Io fato de a camada de proteção (5) ser feita a partir de óxido metálico ou camada de sílica SiO2.

29.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- lo fato cada uma das pelo menos duas sub-tiras metálicas paralelas (9) compreenderem pelo menos uma borda alongada curvada ao longo de seu comprimento, para apresentar taxas de tensão similares em ambas bordas, durante sua formação.

30.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe- lo fato as duas sub-tiras metálicas paralelas (9) serem formadas por um re- suportante (1).

31.Utilização de um elemento de fusível (10), de acordo com as reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de proteger eletricamente um dispositivo de capacitor de potência (I) feito a partir de uma pluralidade de sub-unidades de capacitor (20), onde cada sub-unidade de capacitor é ele- tricamente protegida por tais elementos de fusível (1), conectados interna- mente em série com a sub-unidade de capacitor.

32.Utilização, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de o dispositivo de capacitor de potência ser montado em um ban- co de capacitores, e de a pluralidade de sub-unidades de capacitor ser ele- tricamente conectada a circuitos em paralelo e/ou série.

33.Utilização, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de o dispositivo de capacitor de potência ser montado em um ban- co de capacitores, e de a pluralidade de sub-unidades ser eletricamente co- nectada a circuitos em paralelo e/ou série.

34. Utilização, de acordo com a reivindicação 32, caracterizada pelo fato de a tira de fusível metálica alongada auto-suportante (1) ser cober- ta com uma camada de proteção (5), para proteger contra a dissolução me- tálica causada pelo líquido de resfriamento e isolação

35.Utilização de um elemento de fusível (10), de acordo com as reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de proteger eletricamente dis- positivos elétricos, em um nível de voltagem baixo, médio, e alto.