BRPI0109058B1 - Dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor e método para instalar um grampo truncado em forma de anel dentro de um alojamento - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITI- VO DE PROTEÇÃO DE SOBREVOLTAGEM PARA UTILIZAÇÃO COM UM

TABLETE DE VARISTOR E MÉTODO PARA INSTALAR UM GRAMPO TRUNCADO EM FORMA DE ANEL DENTRO DE UM ALOJAMENTO".

PEDIDOS RELACIONADOS

Este é um pedido de continuação em parte do pedido pendente dos EUA número de série 09/157.875, requerido em 21 de Setembro de 1998.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a dispositivos de proteção picos de voltagem e, mais particularmente, a um dispositivo de proteção de picos de voltagem que inclui um tablete de material de varistor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Freqüentemente, uma voltagem excessiva é aplicada através das linhas de serviço as quais fornecem energia para as residências e as instalações comerciais e institucionais. Tal voltagem em excesso ou picos de voltagem podem resultar de impactos de raios, por exemplo. Os picos de voltagem são uma preocupação particular nos centros de distribuição de telecomunicações, hospitais e outras instalações aonde os danos de equi- pamentos causados por picos de voltagem e o tempo parado resultante po- de ser muito dispendioso.

Tipicamente, um ou mais varistores (isto é, os resistores que dependem da voltagem) são utilizados para proteger uma instalação dos picos de voltagem. Geralmente, o varistor está conectado diretamente atra- vés de uma entrada de CA e em paralelo com o circuito protegido. O varistor tem uma voltagem de fixação característica de tal modo que respondendo a um aumento de voltagem além de uma voltagem prescrita, o varistor forma um percurso de derivação de baixa resistência para a corrente de sobrevol- tagem que reduz o potencial de danos aos componentes sensíveis. Tipica- mente, um fusível de linha pode ser fornecido no circuito de proteção e este fusível de linha pode ser queimado ou enfraquecido pelo curto circuito es- sencialmente criado pelo percurso de derivação.

Os varistores tem sido construídos com diversos projetos para diferentes aplicações. Para as aplicações pesadas (por exemplo, uma capa- cidade de corrente de pico na faixa de aproximadamente 60 a 100 kA) tais como uma proteção das instalações de telecomunicações, os varistores de bloco são comumente empregados. Um varistor de bloco tipicamente inclui um elemento de varistor em forma de disco fundido dentro de um alojamento plástico. O disco de varistor é formado fundindo por pressão um material de óxido metálico, tal como o oxido de zinco, ou outro material adequado tal como um carbureto de silício. O cobre, ou outro material eletricamente con- dutor, é pulverizado por chama por sobre as superfícies opostas do disco.

Eletrodos em forma de anel são aderidos nas superfícies opostas revestidas e o disco e o conjunto de eletrodo é fechado dentro do alojamento plástico.

Exemplos de tais varistores de bloco incluem o Produto Ns SIOV-B860K250 disponível da Siemens Matsushita Components GmbH & Co. KG e o Pro- duto Ns V271BA60 disponível da Harris Corporation.

Outro projeto de varistor inclui um disco de varistor de alta ener- gia alojado dentro de uma caixa de diodo de disco. A caixa de diodo tem placas de eletrodo opostas e o disco de varistor é posicionado entre elas.

Um ou ambos os eletrodos incluem um membro de mola disposto entre a placa de eletrodo e o disco de varistor para prender o disco de varistor no lugar. O membro ou membros de mola fornecem somente uma área de contato relativamente pequena com o disco de varistor.

As construções de varistor descritas acima freqüentemente fun- cionam inadequadamente em serviço. Freqüentemente, os varistores supe- raquecem e incendeiam. O superaquecimento pode fazer com que os ele- trodos se separem do disco de varistor, causando a formação de arco e um perigo adicional de fogo. Pode existir uma tendência que uma perfuração do disco de varistor ocorra, por sua vez fazendo com que o varistor funcione fora da sua faixa especificada. Durante os impulsos de alta corrente, os dis- cos de varistor da técnica anterior podem rachar devido ao efeito piezoelé- trico, por meio disto degradando o desempenho. A falha de tais varistores levaram a novas regulamentações governamentais para especificações mí- nimas de desempenho. Os fabricantes de varistores acharam estas novas regulamentações difíceis de atender.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em várias modalidades, a presente invenção está direcionada a um dispositivo de proteção de sobrevoltagem o qual pode fornecer um nú- mero de vantagens para manipular seguramente, duravelmente e consis- tentemente as condições de sobrevoltagem extremas e repetidas. O dispo- sitivo de proteção de sobrevoltagem pode incluir um tablete de material de varistor e um par de membros de eletrodos, um dos quais é preferivelmente um alojamento, que tem superfícies de contato substancialmente planas para acoplar as superfícies substancialmente planas do tablete.

Preferivelmente, os eletrodos tem massas térmicas relativa- mente grandes se comparadas com a massa térmica do tablete de varistor de modo a absorver uma quantidade significativa de calor do tablete de va- ristor. Deste modo, o dispositivo pode reduzir a destruição ou degradação induzida por calor do tablete de varistor assim como qualquer tendência do tablete de varistor produzir centelhas ou chamas. As massas térmicas relati- vamente grandes dos eletrodos e as áreas de contato substanciais entre os eletrodos e o tablete de varistor podem também fornecer uma distribuição de temperatura mais uniforme no tablete de varistor, por meio disto reduzin- do potencialmente os pontos quentes e o esgotamento localizado resultante do material de varistor.

Preferivelmente, os eletrodos são mecanicamente carregados contra o tablete de varistor. Um meio de tensionamento pode ser utilizado para fornecer e manter a carga. A carga preferivelmente fornece uma distri- buição de corrente mais uniforme através do tablete de varistor. Como um resultado, o dispositivo pode responder a condições de sobrevoltagem mais eficientemente e previsivelmente, e os pontos de alta corrente os quais po- dem causar perfurações são mais prováveis de serem evitados. Também, a tendência do tablete de varistor de empenar em resposta aos impulsos de alta corrente pode ser impedida ou reduzida pelo reforço mecânico forneci- do pelos eletrodos. Mais ainda, durante um evento de sobrevoltagem, o dis- positivo seria esperado fornecer uma indutância mais baixa e uma resistên- cia mais baixa devido à distribuição de corrente mais uniforme e eficiente através do tablete de varistor.

Preferivelmente, o dispositivo inclui um alojamento metálico e componentes adicionais configurados para impedir ou minimizar a expulsão de chamas, centelhas e/ou material de varistor quando da falha de sobre- voltagem do tablete de varistor. O tablete pode ser formado por fatiamento do tablete de uma barra do material de varistor.

Em modalidades adicionais da presente invenção, um dispositi- vo de proteção de sobrevoltagem inclui um alojamento que inclui uma pri- meira superfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral eletricamente condutora. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em comunicação com a cavidade. Um membro de ele- trodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a primeira superfície de contato elé- trico e disposto dentro da cavidade. Uma porção do membro de eletrodo pode se estender para fora da cavidade e através da abertura. Um tablete formado de material de varistor e que tem uma primeira e uma segunda su- perfícies de tablete opostas, substancialmente planas está posicionado dentro da cavidade e entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com a primeira e a segunda superfícies do tablete acoplando a pri- meira e a segunda superfícies de contato elétrico, respectivamente.

De acordo com modalidades adicionais da presente invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de ta- blete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que inclui uma primeira superfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral eletricamente condutora. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em comunicação com a cavidade. Um membro de ele- trodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavidade. Uma porção do eletrodo pode se estender para fora da cavidade e através da abertura. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser dispostos e configurados relativamente para receberem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico acoplando a primeira e a segun- da superfícies do tablete, respectivamente.

Em outras modalidades da presente invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de tablete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que define uma cavidade nele e que tem uma abertura em comunicação com a cavidade. O alojamento inclui uma parede lateral e uma parede inferior que inclui uma primeira su- perfície de contato elétrico substancialmente plana e uma superfície rebai- xada adjacente. A primeira superfície de contato elétrico define uma plata- forma elevada em relação à superfície rebaixada. Um membro de eletrodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavidade. Uma porção do eletrodo pode se estender para fora da cavidade e através da abertura. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser relativamente dispostos e configurados para receberem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico acoplamento a primeira e a se- gunda superfícies do tablete, respectivamente, e de tal modo que o tablete não acople a superfície rebaixada.

De acordo com modalidades adicionais da presente invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de ta- blete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que inclui uma primeira superfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em co- municação com a cavidade. Um membro de eletrodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavida- de e um eixo que se estende para fora da cavidade e através da abertura. O eixo pode incluir um canal de eixo circunferencial formado nele. Um membro de fechamento pode ser interposto entre a segunda superfície de contato elétrico e a abertura. O membro de fechamento pode ter um furo definido nele. Um O-ring resiliente pode ser disposto dentro do canal de eixo. O eixo pode se estender através da abertura, o O-ring pode estar disposto dentro do furo e o O-ring pode estar posicionado para fornecer uma vedação entre o eixo e o membro de fechamento. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser dispostos e configurados relativamente para receberem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre a pri- meira e a segunda superfícies de contato elétrico com a primeira e a segun- da superfícies de contato elétrico acoplando a primeira e a segunda superfí- cies do tablete, respectivamente.

De acordo com modalidades adicionais da presente invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de ta- blete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que inclui uma primeira superfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em co- municação com a cavidade. Um membro de eletrodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavida- de. Uma porção do eletrodo pode se estender para fora da cavidade e atra- vés da abertura. Um membro de fechamento pode ser interposto entre a se- gunda superfície de contato elétrico e a abertura. O membro de fechamento pode ter um canal periférico formado nele. Um O-ring resiliente pode ser disposto dentro do canal periférico. O O-ring pode estar posicionado para fornecer uma vedação entre o membro de fechamento e a parede lateral do alojamento. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser dispostos e configurados relativamente para receberem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre a primeira e a segunda su- perfícies de contato elétrico com a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico acoplando a primeira e a segunda superfícies do tablete, respectivamente.

De acordo com outras modalidades da invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de tablete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que inclui uma primeira su- perfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em comunicação com a cavidade. Um membro de eletrodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substancialmente plana que con- fronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavidade. Uma porção do eletrodo pode se estender para fora da cavidade e através da abertura. Uma tampa final pode estar posicionada dentro da abertura. Um grampo pode estar posicionado para limitar o deslocamento entre a tampa final e o alojamento. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser dis- postos e configurados relativamente para receberem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com a primeira e a segunda superfí- cies de contato elétrico acoplando a primeira e a segunda superfícies do tablete, respectivamente.

De acordo com modalidades adicionais da presente invenção, um método para instalar um grampo truncado em forma de anel dentro de um alojamento, o grampo tendo um par de porções de extremidade opostas, cada uma tendo uma abertura formada nela, inclui comprimir o grampo utili- zando as aberturas. O grampo está posicionado em relação ao alojamento. O grampo é liberado para permitir que o grampo acople o alojamento. Após o que, as porções de extremidade do grampo podem ser cortadas.

De acordo com modalidades adicionais da presente invenção, um método para instalar um grampo truncado em forma de anel dentro de um alojamento, o grampo tendo um par de porções de extremidade opostas cada uma tendo uma abertura formada nela, inclui comprimir o grampo utili- zando as aberturas. O grampo está posicionado em relação à abertura. O grampo é liberado para permitir que o grampo acople o alojamento. Após o que, um material de enchimento pode ser colocado dentro de cada uma das aberturas.

De acordo com outras modalidades da invenção, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem para utilização com um tablete de varistor do tipo que tem uma primeira e uma segunda superfícies de tablete opostas, substancialmente planas inclui um alojamento que inclui uma primeira su- perfície de contato elétrico substancialmente plana e uma parede lateral. O alojamento define uma cavidade nele e tem uma abertura em comunicação com a cavidade. Um membro de eletrodo do dispositivo pode incluir uma segunda superfície de contato elétrico substanciaimente plana que con- fronta a primeira superfície de contato e disposto dentro da cavidade. Uma porção do eletrodo pode se estender para fora da cavidade e através da abertura. Uma primeira e uma segunda arruelas Belleville podem forçar pelo menos uma das primeira e segunda superfícies de contato uma na direção da outra. Cada uma das arruelas pode ser cônica ao longo de um seu eixo geométrico. A primeira e a segunda arruelas Belleville estão preferivelmente axialmente alinhadas e opostamente orientadas. O alojamento e o membro de eletrodo podem ser dispostos e configurados relativamente para recebe- rem o tablete dentro da cavidade de tal modo que o tablete fique posiciona- do entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com a pri- meira e a segunda superfícies de contato elétrico acoplando a primeira e a segunda superfícies do tablete, respectivamente.

Os objetos da presente invenção serão apreciados por aqueles versados na técnica da leitura das Figuras e da descrição detalhada das modalidades preferidas as quais se seguem, tal descrição sendo meramente ilustrativa da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos acompanhantes os quais formam uma parte da especificação, ilustram as modalidades chave da presente invenção. Os desenhos e a descrição juntos servem para explicar completamente a in- venção. Nos desenhos: Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida de um dispositivo de varistor de acordo com a presente invenção;

Figura 2 é uma vista em perspectiva de topo do dispositivo de varistor da Figura 1;

Figura 3 é uma vista em corte transversal do dispositivo de va- ristor da Figura 1 feita ao longo da linha 3-3 da Figura 2;

Figura 4 é uma vista em perspectiva de um tablete de varistor;

Figura 5 é uma vista em perspectiva explodida de um dispositivo de varistor de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

Figura 6 é uma vista em perspectiva de topo do dispositivo de varistor da Figura 5;

Figura 7 é uma vista em perspectiva de fundo do dispositivo de varistor da Figura 5;

Figura 8 é uma vista do dispositivo de varistor da Figura 5, na qual o dispositivo de varistor está montado em uma caixa de empresa de serviços elétricos;

Figura 9 é uma vista em perspectiva explodida de um dispositivo de varistor de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção;

Figura 10 é uma vista em perspectiva de topo do dispositivo de varistor da Figura 9;

Figura 11 é uma vista em corte transversal do dispositivo de va- ristor da Figura 9 feita ao longo da linha 11-11 da Figura 10;

Figura 12 é uma vista em perspectiva explodida de um dispositi- vo de varistor de acordo com uma modalidade adicional da presente inven- ção;

Figura 13 é uma vista em corte transversal central do dispositivo de varistor da Figura 12, em que o dispositivo de varistor está em uma posi- ção relaxada, parcial mente montada;

Figura 14 é uma vista em corte transversal central do dispositivo de varistor da Figura 12, em uma posição carregada, totalmente montada;

Figura 15 é uma vista em perspectiva de topo de um anel de isolamento do dispositivo de varistor da Figura 12;

Figura 16 é uma vista em elevação lateral do anel de isolamento da Figura 15;

Figura 17 é uma vista plana de topo do anel de isolamento da Figura 15;

Figura 18 é uma vista em perspectiva de topo de um eletrodo do dispositivo de varistor da Figura 12;

Figura 19 é uma vista em corte transversal central de um aloja- mento do dispositivo de varistor da Figura 12;

Figura 20 é uma vista em corte transversal parcial, fragmentada do dispositivo de varistor da Figura 12 mostrando um seu primeiro anel;

Figura 21 é uma vista em corte transversal parcial, fragmentada do dispositivo de varistor da Figura 12 mostrando um seu segundo O-ring;

Figura 22 é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de varistor de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção;

Figura 23 é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de varistor de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção;

Figura 24 é uma vista em perspectiva de topo de um dispositivo de varistor de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADE PREFERIDAS A presente invenção será agora descrita mais completamente aqui após com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais as mo- dalidades da invenção estão mostradas. Esta invenção pode, no entanto, ser incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser considerada como limitada às modalidades apresentadas aqui; ao contrário, estas moda- lidades são fornecidas de modo que esta descrição seja extensa e comple- ta, e conduzirá totalmente o escopo da invenção para aqueles versados na técnica. Nos desenhos, os números iguais se referem aos elementos iguais em todas as partes. Os termos "para cima", "para baixo", "vertical", "hori- zontal" e o equivalente são utilizados aqui com o propósito de explicação somente.

Com referência às Figuras 1-3, um dispositivo de proteção de sobrevoltagem de acordo com uma primeira modalidade da presente inven- ção é mostrado nelas e designado 100. O dispositivo 100 inclui um aloja- mento 120 de forma geralmente cilíndrica. O alojamento é preferivelmente formado de alumínio. No entanto, qualquer metal condutor adequado pode ser utilizado. O alojamento tem uma parede central 122 (Figura 3), paredes cilíndricas 124 que se estendem da parede central em direções opostas, e uma orelha de eletrodo de alojamento 129 que se estende para fora das paredes 124. O alojamento é preferivelmente unitário e axialmente simétrico como mostrado. As paredes cilíndricas 124 e a parede central 122 formam as cavidades 121 em cada lado da parede central, cada cavidade se comu- nicando com uma respectiva abertura 126.

Um eletrodo em forma de pistão 130 está posicionado dentro de cada uma das cavidades 121. Os eixos 134 dos eletrodos 130 se projetam para fora através das respectivas aberturas 126. Os eletrodos 130 são pre- ferivelmente formados de alumínio. No entanto, qualquer metal condutor adequado pode ser utilizado. Adicionalmente, e como discutido em maiores detalhes abaixo, um tablete de varistor 110, arruelas de mola 140, um anel de isolamento 150 e uma tampa final 160 estão dispostos dentro de cada cavidade 121.

Em uso, o dispositivo 100 pode ser conectado diretamente atra- vés de uma entrada de CA ou de CC, por exemplo, em uma caixa de empre- sa de serviços elétricos. As linhas de serviço são conectadas diretamente ou indiretamente nos eixos de eletrodo 134 e na orelha de eletrodo de alo- jamento 129 de tal modo que um percurso de fluxo elétrico seja fornecido através dos eletrodos 130, dos tabletes de varistor 110, da parede central do alojamento 122 e da orelha de eletrodo de alojamento 129. Na ausência de uma condição de sobrevoltagem, os tabletes de varistor 110 fornecem altas resistências de tal modo que nenhuma corrente flui através do disposi- tivo 100 já que ele aparece eletricamente como um circuito aberto. No caso de uma condição de sobrevoltagem (relativa à voltagem de projeto do dis- positivo), as resistências dos tabletes de varistor decresce rapidamente, permitindo a corrente fluir através do dispositivo 100 e criar um percurso de derivação para o fluxo de corrente para proteger outros componentes do sistema elétrico associado. A utilização geral e a aplicação dos protetores de sobrevoltagem tais como os varistores é bem conhecida daqueles versa- dos na técnica e, conseqüentemente, não será adicionalmente detalhada aqui.

Como será apreciado das Figuras, o dispositivo 100 é axial- mente simétrico, as metades superior e inferior do dispositivo 100 sendo construídas do mesmo modo. conseqüentemente, o dispositivo 100 será descrito aqui após com respeito à porção superior somente, sendo compre- endido que tal descrição se aplica igualmente à porção inferior.

Observando a construção do dispositivo 100 em maiores deta- lhes, o eletrodo 130 tem uma cabeça 132 e um eixo 134 formado integral- mente. Como melhor visto na Figura 3, a cabeça 132 tem uma superfície de contato 132A substancialmente plana a qual confronta uma superfície de contato 122A substancialmente plana da parede central do alojamento 122. O tablete de varistor 110 está interposto entre as superfícies de contato 122 e 132. Como descrito em mais detalhes abaixo, a cabeça 132 e a parede central 122 são mecanicamente carregadas contra o tablete de varistor 110 para assegurar um acoplamento firme e uniforme entre as superfícies 112 e 132A e entre as superfícies 114 e 122A. Um furo roscado 136 é formado na extremidade do eixo 134 para receber um parafuso para prender uma barra ônibus ou outro conector elétrico no eletrodo 130.

Com referência à Figura 4, o tablete de varistor 110 tem uma primeira superfície de contato 112 substancial mente plana e uma segunda superfície de contato 114 substancialmente plana, oposta. Como utilizado aqui, o termo "tablete" significa um substrato que tem uma espessura a qual é relativamente pequena comparada com as suas dimensões de diâmetro, comprimento ou largura. O tablete de varistor 110 tem preferivelmente uma forma de disco. No entanto, o tablete de varistor pode ser formado em ou- tras formas. A espessura T e o diâmetro D do varistor 110 dependerá das características desejadas do varistor para a aplicação desejada. Preferivel- mente, e como mostrado, o tablete de varistor 110 inclui um tablete 111 de material de varistor revestido sobre cada lado com um revestimento condu- tor 112A, 114A, de modo que as superfícies expostas dos revestimentos 112A e 114A servem como as superfícies de contato 112 e 114. Preferivel- mente, os revestimentos 112A, 114A são formadas de alumínio, cobre ou solda. O material de varistor pode ser qualquer material adequado convencionalmente utilizado para os varistores, a saber, um material que exiba uma característica de resistência não linear com uma voltagem apli- cada. Preferivelmente, a resistência se torna muito baixa quando uma volta- gem prescrita é excedida. O material de varistor pode ser um óxido metálico dopado ou um carbureto de silício, por exemplo. Os óxidos metálicos ade- quados incluem os compostos de óxido de zinco. O tablete de material de varistor 111 é preferivelmente formado formando primeiramente uma barra ou um bloco (não mostrado) do material de varistor e então fatiando o tablete 111 da barra utilizando um cortador de diamante ou outro dispositivo adequado. A barra pode ser formada extru- dando ou fundindo uma barra do material de varistor e após isto sinterizan- do a barra em alta temperatura em um ambiente oxigenado. Este método de formação permite a formação de um tablete tendo superfícies mais planas e menos empenamento ou flutuação de perfil do que seria tipicamente obtido utilizando um processo de fundição. Os revestimentos 112A, 114A são pre- ferivelmente formados de alumínio ou de cobre e podem ser pulverizados por chama por sobre os lados opostos do tablete 111.

Apesar do dispositivo 100 como mostrado na Figura 1 incluir duas arruelas de mola 140, mais ou menos podem ser utilizadas. Cada ar- ruela de mola 140 inclui um furo 142 o qual recebe o eixo 134 do eletrodo 130. Cada arruela de mola 140 circunda uma posição do eixo 134 imedia- tamente adjacente à cabeça 132 e topa a face traseira da cabeça 132 ou a arruela de mola 140 precedente. Cada furo 142 preferivelmente tem um di- âmetro entre aproximadamente 0,30 e 0,38 mm (0,012 e 0,015 polegada) maior do que o diâmetro correspondente do eixo 134. As arruelas de mola 140 são preferivelmente formadas de um material resiliente e, mais preferi- velmente as arruelas de mola 140 são arruelas Belleville formadas de aço mola. O anel de isolamento 150 se sobrepõe e topa a arruela de mola 140 mais externa. O anel de isolamento 150 tem um furo 152 formado nele o qual recebe o eixo 134. Preferivelmente, o diâmetro do furo 152 é entre aproximadamente 0,12 e 0,17 mm (0,005 e 0,007 polegada) maior do que o diâmetro correspondente do eixo 134. O anel de isolamento 150 é preferi- velmente formado de um material eletricamente isolante que tem altas tem- peraturas de fusão e de combustão. Mais preferivelmente, o anel de isola- mento 150 é formado de policarbonato, cerâmica ou de um polímero de alta temperatura. A tampa final 160 se sobrepõe e topa o anel de isolamento 150. A tampa final 160 tem um furo 162 o qual recebe o eixo 134. Preferivel- mente, o diâmetro do furo 162 é entre aproximadamente 12,70 e 12,80 mm (0,500 e 0,505 polegada) maior do que o diâmetro correspondente do eixo 134 para fornecer uma folga de espaçamento 165 suficiente (Figura 2) para evitar o arco elétrico entre a tampa final 160 e o eixo de eletrodo 134 du- rante as condições de não sobrevoltagem. As roscas 168 da parede perifé- rica da tampa final 160 acoplam as roscas 128 complementares formadas no alojamento 120. Furos 163 são formados na tampa final para receberem uma ferramenta (não mostrada) para girar a tampa final 160 com respeito ao alojamento 120. Outros meios para receber uma ferramenta, por exemplo, uma fenda de forma hexagonal, podem ser fornecidos no lugar dos ou em adição aos furos 163. A tampa final 160 tem uma aresta anular 167 a qual é recebida dentro do diâmetro interno do alojamento 120. O alojamento 120 inclui um aro 127 para impedir a sobreinserção da tampa final 160. Preferi- velmente, a tampa final é formada de alumínio.

Como notado acima e como melhor mostrado na Figura 3, a ca- beça de eletrodo 132 e a parede central 122 são carregadas contra o ta- blete de varistor 110 para garantir um acoplamento firme e uniforme entre as superfícies 112 e 132A e entre as superfícies 114 e 122A. Este aspecto do dispositivo 100 pode ser apreciado considerando um método de acordo com a presente invenção para a montagem do dispositivo 100. O tablete de varistor 110 é colocado dentro da cavidade 121 de tal modo que a superfície do tablete 114 acopla a superfície de contado 122A. O eletrodo 130 é inse- rido na cavidade 121 de tal modo que a superfície de contato 132 acopla a superfície de tablete de varistor 112. As arruelas de mola 140 são desliza- das abaixo do eixo 134 e colocadas sobre a cabeça 132. O anel de isola- mento 150 é deslizado abaixo do eixo 134 e sobre a arruela de mola 140 mais externa. A tampa final 160 é deslizada abaixo do eixo 134 e aparafu- sada dentro da abertura 126 pelo acoplamento das roscas 168 com as ros- cas 128 e girando.

Uma vez que o dispositivo 100 foi montado como apenas des- crito, a tampa final 160 é torqueada seletivamente para forçar o anel de isolamento 150 para baixo de modo que ele flexione parcialmente as arrue- las de mola 140. A carga da tampa final 160 por sobre o anel de isolamento 150 e do anel de isolamento por sobre as arruelas de mola 140 é por sua vez transferida para a cabeça 132. Deste modo, o tablete de varistor 110 é sanduichado (preso) entre a cabeça 132 e a parede central 122.

Preferivelmente, o dispositivo 100 está projetado de tal modo que a carga desejada será conseguida quando as arruelas de mola 140 são somente parcialmente fletidas e, mais preferivelmente, quando as arruelas de mola são cinquenta por cento (50%) fletidas. Deste modo, as variações nas tolerâncias de fabricação dos outros componentes do dispositivo 100 podem ser acomodadas. A quantidade de torque aplicada na tampa final 160 dependerá da quantidade de carga desejada entre o tablete de varistor 110 e a cabeça 132 e a parede central 122. Preferivelmente, a quantidade da carga da ca- beça e da parede central contra o tablete de varistor é de pelo menos 119,74 kg (264 Ibs). Mais preferivelmente, a carga está entre aproximada- mente 239,49 e 478,99 kg (528 e 1056 Ibs). Preferivelmente, os revesti- mentos 112A e 114A tem um perfil inicial áspero e a força de compressão da carga deforma os revestimentos para fornecer acoplamentos mais contí- nuos entre os revestimentos e as superfícies de contato 122A e 132A.

Alternativamente, ou adicionalmente, a quantidade de carga de- sejada pode ser obtida selecionando um número e/ou tamanhos apropriados de arruelas de mola 140. As arruelas de mola cada uma requer uma quanti- dade de carga prescrita para fletir uma quantidade prescrita e a carga total será a soma das cargas de flexão das molas.

Preferivelmente, a área de acoplamento entre a superfície de contato 132A e a superfície do tablete de varistor 112 é de pelo menos 941,9 mm2 (1,46 pol2.). Do mesmo modo, a área de acoplamento entre a superfície de contato 122A e a superfície do tablete de varistor 114 é prefe- rivelmente de 941,9 mm2 (1,46 pol2.). Preferivelmente, a cabeça de eletrodo 132 tem uma espessura H de pelo menos 12,70 mm (0,50 polegada). A pa- rede central 122 preferivelmente tem uma espessura W de pelo menos 6,35 mm (0,25 polegada). A massa térmica combinada do alojamento 120 e do eletrodo 130 deve ser substancialmente maior do que a massa térmica do tablete de varistor 110. Como utilizado aqui, o termo "massa térmica" significa o pro- duto do calor específico do material ou materiais do objeto (por exemplo, do tablete de varistor 110) multiplicado pela massa ou massas do material ou materiais do objeto. Isto é, a massa térmica é a quantidade de energia re- querida para elevar uma grama do material ou materiais do objeto de um grau centígrado vezes a massa ou massas do material ou materiais no ob- jeto. Preferivelmente, as massas térmicas de cada uma da cabeça de ele- trodo 132 e da parede central 122 são substancialmente maiores do que a massa térmica do tablete de varistor 110. Preferivelmente, as massas térmi- cas de cada uma da cabeça de eletrodo 132 e da parede central 122 são pelo menos duas (2) vezes a massa térmica do tablete de varistor 110, e, mais preferivelmente, pelo menos dez (10) vezes tão grande. O dispositivo de proteção de sobrevoltagem 100 fornece um número de vantagens para manipular seguramente, duravelmente e con- sistentemente condições extremas e repetidas de sobrevoltagem. As mas- sas térmicas relativamente grandes do alojamento 120 e do eletrodo 130 servem para absorver uma quantidade de calor relativamente grande do tablete de varistor 110, por meio disto reduzindo a destruição ou a degrada- ção induzida por calor do tablete de varistor assim como reduzindo qualquer tendência do tablete de varistor produzir centelhas ou chama. As massas térmicas relativamente grandes e as áreas de contato substanciais entre o eletrodo e o alojamento e o tablete de varistor fornecem uma distribuição de temperatura mais uniforme no tablete de varistor, por meio disto minimizan- do os pontos quentes e o esgotamento resultante localizado do material de varistor. A carga do eletrodo e do alojamento contra o tablete de varistor assim como as áreas de contato relativamente grandes fornecem uma dis- tribuição de corrente mais uniforme através do tablete de varistor 110. Como um resultado, o dispositivo 100 responde às condições de sobrevoltagem mais eficientemente e previsivelmente, e os pontos de alta corrente os quais podem causar perfurações são mais prováveis de serem evitados. A ten- dência do tablete de varistor 110 empenar em resposta aos impulsos de alta corrente é reduzida pelo reforço mecânico fornecido pela cabeça 132 e pela parede central 122 carregadas. As arruelas de mola podem fletir temporari- amente quanto o tablete de varistor se expande e retornam quando o tablete de varistor novamente se contrai, por meio disto mantendo a carga o tempo todo e entre os múltiplos eventos de sobrevoltagem. Mais ainda, durante um evento de sobrevoltagem, o dispositivo 100 fornecerá geralmente uma in- dutância mais baixa e uma resistência mais baixa devido à distribuição de corrente mais uniforme e mais eficiente através do tablete de varistor. O dispositivo 100 também serve para impedir ou minimizar a expulsão de chamas, centelhas e/ou material de varistor quando de uma falha de sobrevoltagem do tablete de varistor 110. A resistência do aloja- mento metálico assim como a configuração do eletrodo 130, do anel de iso- lamento 150 e da tampa final 160 servem para conter os produtos de uma falha de tablete de varistor. No caso em que a destruição do varistor é tão severa de modo a forçar o eletrodo 130 afastando do varistor e derretendo o anel de isolamento 150, o eletrodo 130 será deslocado para um contato di- reto com a tampa final 160, por meio disto colocando em curto o eletrodo 130 e o alojamento 120 e fazendo com que um fusível em linha (não mos- trado) se rompa.

Apesar do alojamento 120 ser ilustrado como de forma cilíndri- ca, o alojamento pode ser formado diferentemente. A metade inferior do dis- positivo 100 pode ser apagada, de modo que o dispositivo 100 inclua so- mente uma parede de alojamento superior 124 e um único tablete de varis- tor, eletrodo, arruela de mola ou conjunto de arruelas de mola, anel de iso- lamento e tampa final.

Os métodos para formar os diversos componentes do dispositivo serão aparentes para aqueles versados na técnica em vista da descrição acima. Por exemplo, o alojamento 120, o eletrodo 130, e a tampa final 160 podem ser formados por usinagem, fundição ou moldagem por impacto.

Cada um destes elementos podem ser formados unítariamente ou formados de componentes múltiplos juntados fixamente, por soldagem, por exemplo.

Com referência às Figuras 5-8, um dispositivo de varistor 200 de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção é mostrado nelas. O dispositivo de varistor 200 inclui os elementos 210, 230, 240 e 260 que correspondem aos elementos 110, 130, 140 e 160, respectivamente, do dispositivo de varistor 100. O dispositivo de varistor 200 difere do dispositivo de varistor 100 pelo fato de que o dispositivo 200 inclui somente um único tablete de varistor 210 e os componentes correspondentes. O dispositivo de varistor 200 inclui um alojamento 220 o qual é o mesmo que o alojamento 120 exceto como segue. O alojamento 220 define somente uma única cavi- dade 221, e tem somente uma única parede circundante 224 que se esten- de da sua parede central (ou final) 222. Também, o alojamento 220 tem um pino roscado 229 (Figura 7) que se estende da superfície inferior da parede central (ou final) 222 ao invés de uma orelha de eletrodo que se estende lateralmente que corresponde à orelha de eletrodo 129. O pino 229 está adaptado para acoplar um furo roscado de uma caixa de empresa de servi- ços elétricos convencional ou o equivalente. O dispositivo de varistor 200 ainda difere do dispositivo de va- ristor 100 na provisão de um anel de isolamento 251. O anel de isolamento 251 tem um anel de corpo principal 252 que corresponde ao anel de isola- mento 150. O anel 251 ainda inclui um colar 254 que se estende para cima do anel de corpo principal 252. O diâmetro interno do colar 254 é dimensio- nado para receber o eixo 234 do eletrodo 230, preferivelmente em um ajuste com folga. O diâmetro externo do colar 254 é dimensionado para passar através do furo 262 da tampa final 260 com uma folga de espaçamento 265 prescrita (Figura 6) que circunda o colar 254. A folga 265 permite o espa- çamento para inserção do eixo 134 e pode ser omitida. O anel de corpo principal 252 e o colar 254 são preferivelmente formados do mesmo material que o anel de isolamento 150. O anel de corpo principal 252 e o anel 254 podem ser colados ou integralmente moldados.

Com referência à Figura 8, o dispositivo de varistor 200 é mos- trado aqui montado em uma caixa de empresa de serviços elétricos 10. O dispositivo de varistor 200 está montado sobre uma plataforma metálica 12 eletricamente conectada ao terra. A espiga de eletrodo 229 acopla e se es- tende através de um furo roscado 12A na plataforma 12. Uma barra ônibus 16 eletricamente conectada a uma primeira extremidade de um fusível 14 está presa no eixo de eletrodo 234 por um parafuso roscado 18 inserido no furo roscado 236 do eletrodo 230. Uma segunda extremidade do fusível pode ser conectada a uma linha de serviços elétricos ou o equivalente.

Como mostrado na Figura 8, uma pluralidade de dispositivos de varistor 200 podem ser conectados em paralelo em uma caixa de empresa 10.

Com referência às Figuras 9-11, um dispositivo de varistor 300 de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção é mostrado nelas. O dispositivo de varistor 300 inclui os elementos 310, 330, 340 e 351 que correspondem aos elementos 210, 230, 240 e 251, respectivamente. O dispositivo de varistor 300 também inclui uma arruela metálica plana 345 interposta entre a arruela de mola 340 mais superior e o anel de isolamento 351, o eixo 334 se estendendo através de um furo 346 formado na arruela 345. A arruela 345, a qual pode ser incorporada nos dispositivos 100, 200, serve para distribuir a carga mecânica da arruela de mola 340 mais superior para impedir que a arruela de mola penetre no anel de isolamento 351. O alojamento 320 é o mesmo que alojamento 220 exceto como segue. O alojamento 320 do dispositivo 300 não tem um aro que cor- responde ao aro 127 ou as roscas que correspondem às roscas 128. Tam- bém, o alojamento 320 tem uma fenda anular interna 323 formada na pare- de lateral circundante 324 e que se estende adjacente à sua abertura 326. O dispositivo de varistor 300 também difere dos dispositivos de varistor 100, 200 no modo no qual o eletrodo 330 e a parede central 322 são carregados contra o tablete de varistor 310. No lugar das tampas finais 160, 260, o dispositivo de varistor 300 tem uma tampa final 360 e um gram- po em forma de anel truncado, resiliente 370. O grampo 370 é parcialmente recebido dentro da fenda 323 e parcialmente se estende radialmente para dentro da parede interna do alojamento 320 para limitar o deslocamento para fora da tampa final 360. O grampo 370 é formado preferivelmente de aço mola. A tampa final 360 é formada preferivelmente de alumínio. O dispositivo de varistor 300 pode ser montado do mesmo modo que os dispositivos de varistor 100, 200 exceto como segue. A tampa final 360 é colocada sobre o eixo 334 e o colar 354, cada um dos quais é recebi- do dentro de um furo 362. A arruela 345 é colocada sobre o eixo 334 antes de colocar o anel de isolamento 351. Um gabarito (não mostrado) ou outro dispositivo adequado é utilizado para forçar a tampa final 360 para baixo, por sua vez fletindo as arruelas de mola 340. Enquanto a tampa final 360 está ainda sob a carga do gabarito, o grampo 370 é comprimido, preferivel- mente acoplando as aberturas 372 com um alicate ou outra ferramenta ade- quada, e inserido na fenda 323. O grampo 370 é então liberado e permitido retornar ao seu diâmetro original, por meio de que ele parcialmente preen- che a fenda e parcialmente se estende radialmente para dentro da cavidade 321 da fenda 323. O grampo 370 e a fenda 323 por meio disto servem para manter a carga sobre a tampa final 360.

Com referência às Figuras 12-21, um dispositivo de varistor 400 de acordo com modalidade adicionais da presente invenção é mostrado nelas. O dispositivo de varistor 400 inclui os elementos 410, 420, 422, 423, 424, 430, 440, 445, 451,460 e 470 geralmente como descritos com referên- cia aos elementos 310, 320, 322, 323, 324, 330, 340, 345, 351, 360 e 370, respectivamente, exceto como discutido abaixo. O dispositivo 400 ainda in- clui um par de arruelas de mola 441 adicionais e os O-rings 480 e 482.

Como melhor visto nas Figuras 12 e 19, o alojamento 420 define uma cavidade 421 limitada pela parede lateral 424 e pela parede de ele- trodo 422. Um canal anular 425 é formado na superfície interna da parede lateral 424. O canal 425 se comunica com a abertura do alojamento 420.

Preferivelmente, o canal 425 é usinado na parede lateral 424 ou de outro modo formado de maneira a fornecer uma superfície lisa e uniforme ao lon- go da altura total do canal 425. Preferivelmente, o diâmetro do canal 425 não varia por mais do que 0,127 mm (0,005 polegada). O canal 425 está dimensionado para receber a tampa final 460 e o anel de isolamento 451 de modo que a tampa final 460 e o anel de isolamento 451 fiquem deslizantes dentro dele mas apresentem uma folga relativamente pequena como discu- tido abaixo. A parede de eletrodo 422 inclui uma superfície de contato de plataforma 422A circundada por uma superfície rebaixada anular 422B.

Preferivelmente a superfície rebaixada tem uma largura R (ver Figura 13) entre aproximadamente 10,84 e 11,04 mm (0,427 e 0,435 polegada), e uma profundidade S entre aproximadamente 1,57 e 1,77 mm (0,062 e 0,070 po- legada).

Como melhor visto nas Figuras 18 e 21, o eletrodo 430 inclui uma cabeça 432 e um eixo 434. Um canal anular 433 é formado no eixo 434. O canal 433 é preferivelmente semicircular (ver Figura 21). Preferivel- mente, o canal 433 tem uma profundidade L entre aproximadamente 1,14 e 1,27 mm (0,045 e 0,050 polegada) e uma altura M (ver Figura 21) entre aproximadamente 2,28 e 2,41 mm (0,090 e 0,95 polegada). O canal 433 pode ser moldado, usinado ou de outro modo formado no eletrodo 430.

Como melhor visto nas Figuras 15-17 e 20-21, o anel de isola- mento 451 inclui um anel de corpo principal 452 e um colar 454. Alternati- vamente, o colar 454 pode ser omitido como no anel de isolamento 150. O diâmetro do colar 454 pode ser desenhado para facilitar a fabricação (prefe- rivelmente, os 0,93 mm (3/8 de polegada) não são desenhados). Uma su- perfície interna 451A do anel 451 circunda uma passagem 451B (ver Figura 12) que se estende através do isolamento 451. Um canal periférico, anular 453 é formado no anel de corpo principal 452. Referindo agora à Figura 20, o canal 453 tem uma superfície de suporte 453B que faceia para cima (isto é, que se estende radialmente) e uma superfície de suporte 453A que faceia para fora (isto é, que se estende axialmente) de modo que o canal 453 abre para cima e para fora. O canal 453 pode ser moldado, usinado ou de outro modo formado no anel de corpo 452. Preferivelmente, a superfície de su- porte 453A tem uma altura H entre aproximadamente 2,00 e 2,05 mm (0,079 e 0,081 polegada), e a superfície de suporte 453B tem uma profundidade I entre aproximadamente 1,67 e 1,72 mm (0,066 e 0,068 polegada).

Como melhor visto nas Figuras 13,14 e 20, o O-ring 480 está posicionado dentro do canal 453 de tal modo que ele fique capturado entre a superfície de suporte 453A a superfície de suporte 453B, a superfície infe- rior e a tampa final 460, e a face vertical do canal 425 do alojamento 420. O O-ring é formado de um material resiliente, preferivelmente um elastômero.

Mais preferivelmente, o O-ring é formado de borracha. Mais preferivelmente, o O-ring é formado de uma borracha de fluorocarbono tal como VITON™ disponível da DuPont. Outras borrachas tais como a borracha butílica po- dem também ser utilizadas. Preferivelmente, a borracha tem uma dureza entre aproximadamente 60 e 90.

Preferivelmente, o O-ring 480 quando relaxado (isto é, não car- regado) tem uma forma de seção transversal circular e um diâmetro entre aproximadamente 2,54 e 2,66 mm (0,100 e 0,105 polegada). Como melhor visto na Figura 20, a distância entre a face inferior da tampa final 460 e a superfície de suporte 453B (isto é, a altura H) é menor do que o diâmetro relaxado do O-ring 480. Como um resultado, o O-ring 480 é deformado e, sendo limitado pela superfície de suporte 453A forçado para fora e em aco- plamento com a superfície do canal 425. Preferivelmente, a folga J entre a borda periférica da superfície de suporte 453B e a superfície vertical do ca- nal 425 é suficientemente pequena que o O-ring 480 fique comprimido. A folga J é preferivelmente não mais do que 0,60 mm (0,024 polegada).

Como melhor visto nas Figuras 13, 14 e 21, o O-ring 482 está posicionado dentro do canal 433 de tal modo que ele fique capturado entre o canal 433 e a superfície interna 451 A. O O-ring 482 é preferivelmente formado do mesmo material tendo as mesmas propriedades como descrito acima para o O-ring 480.

Preferivelmente, o O-ring 482 quando relaxado (isto é, não car- regado) tem uma forma de seção transversal circular e um diâmetro entre aproximadamente 1,65 e 1,90 mm (0,065 e 0,075 polegada). Como melhor visto na Figura 21, a profundidade L do canal 433 é menor do que o diâme- tro relaxado do O-ring 482. Mais ainda, a distância combinada da profundi- dade L e da folga N entre o eixo de eletrodo 434 e a superfície interna 451A é menor do que o diâmetro de seção transversal relaxado do O-ring 482 de modo que o O-ring 482 fique comprimido. A folga N é preferivelmente não mais do que 0,12 mm (0,005 polegada).

Com referência às Figuras 13 e 14, o dispositivo de varistor 400 pode ser montado do mesmo modo que o dispositivo 300 exceto como se- gue. Notadamente, cada arruela de mola 440, 441 nas modalidades ilustra- das é uma arruela Belleville a qual é cônica ao longo de um seu eixo geo- métrico central. Antes ou após o eletrodo 430 ser colocado sobre o tablete 410, o primeiro conjunto de arruelas de mola 441 é colocado sobre a cabeça 432. As arruelas de mola 441 estão orientadas de tal modo que as suas pe- riferias externas 441B fiquem dispostas adjacentes ou acoplem a superfície superior da cabeça 432 e as suas periferias internas 441A fiquem espaça- das da cabeça 432. O segundo conjunto de arruelas de mola 440 é então colocado sobre as arruelas de mola 441. As arruelas de mola 440 estão ori- entadas de tal modo que as suas periferias internas 440A ficam dispostas adjacentes ou acoplem a periferia interna 441A da arruela de mola 441 mais superior e as suas periferias externas 440B ficam dispostas adjacentes ou acoplam a superfície inferior da arruela 445. Conseqüentemente, os eixos geométricos centrais das arruelas de mola 440, 441 ficam alinhados uns com os outros ao longo do eixo geométrico vertical do dispositivo 400, mas as arruelas 440 ficam opostamente orientadas. Isto é, as arruelas 440 são cônicas para baixo e as arruelas 441 são cônicas para cima.

Antes do posicionamento do anel de isolamento 451 sobre o eletrodo 430, o O-ring 482 é montado dentro do canal 433. Preferivelmente, o anel de isolamento 451 é colocado sobre o eletrodo 430 e sobre o O-ring 482 (de tal modo que o O-ring 482 fique capturado como mostrado na Figu- ra 21) antes de instalar o eletrodo 430 dentro da cavidade 421. O O-ring 480 é montado dentro do canal 453, preferivelmente antes de inserir o anel de isolamento 451 dentro do alojamento 420. A tam- pa final 460 é então colocada sobre o O-ring 480 e o anel de isolamento 451, também preferivelmente antes de inserir o anel de isolamento 451 dentro do alojamento 420.

Após os diversos componentes serem montados como mostrado na Figura 13, a tampa final 460 é forçada para baixo como discutido com respeito ao dispositivo de varistor 300. Deste modo, a tampa final 460, o anel de isolamento 451, a arruela 445 e o O-ring 480 são deslocados para baixo, fazendo com que as arruelas de mola 440, 441 flexionem e carre- guem a cabeça 432. A disposição relativas das arruelas de mola 440, 441 como descrito acima podem permitir o dobro de flexão vertical (e, portanto, do deslocamento vertical entre a arruela 445 e a cabeça 432) com a mesma quantidade de força de mola como se somente as duas arruelas de mola 440 ou as duas arruelas de mola 441 fossem fornecidas. Esta quantidade de flexão aumentada pode permitir tolerâncias de fabricação mais abertas dos componentes da pilha (por exemplo, os elementos 410, 422, 432, 445, 454 e 460), por meio disto facilitando a fabricação do dispositivo de varistor 400. Após isto, o anel de encaixe ou grampo 470 é instalado como descrito acima com respeito ao grampo 370.

Conforme o tablete 410 é carregado entre a cabeça 432 e a plataforma 422A, os revestimentos de eletrodo sobre as faces opostas do tablete 410 são esmagados. A superfície rebaixada 422B assegura que o limite do revestimento de eletrodo fique disposto fora da plataforma 422, o que pode reduzir ou eliminar qualquer tendência de esforços de dobramento serem aplicados no tablete 410. Preferivelmente, a periferia da plataforma 422A é substancialmente coestensiva com a periferia da superfície de con- tato da cabeça 432.

Como discutido acima o O-ring 482 fica capturado e comprimido pelo canal 433 e a superfície 451 A. Deste modo, o O-ring 482 é forçado contra a superfície 451 e o eixo 434 e por meio disto forma uma vedação entre eles. No caso de uma sobrevoltagem, subprodutos tais como os gases quentes e os fragmentos do tablete 410 podem encher ou se espalhar para dentro da cavidade 421. Estes subprodutos podem ser limitados ou impedi- dos pelo O-ring 482 de escapar do dispositivo de varistor 400 ao longo de um percurso entre o eixo 434 e o anel de isolamento 451.

Alternativamente (não mostrado), o O-ring 482 pode acoplar a superfície interna da tampa final 460. Esta disposição pode ser empregada se, por exemplo, o anel de isolamento 451 for omitido.

Como discutido acima, o O-ring 480 fica capturado e comprimido pelo canal 453, a superfície inferior da tampa final 460 e a superfície do ca- nal 425. Deste modo, o O-ring 480 é forçado contra a superfície do canal 425, a tampa final 460 e o anel de isolamento 451 e por meio disto forma uma vedação entre eles. Os subprodutos de um evento de sobrevoltagem podem ser limitados ou impedidos pelo O-ring 480 de escapar do dispositivo de varistor 400 ao longo de um percurso entre a superfície do canal 425 e o anel de isolamento 451 e a tampa final 460. A superfície usinada ou de ou- tro modo alisada do canal 425 pode assegurar um acoplamento de vedação consistente e efetivo com o O-ring 480.

Com referência à Figura 22, um dispositivo de varistor 500 de acordo com modalidades adicionais da presente invenção é mostrado nela. O dispositivo de varistor 500 pode corresponder a qualquer um dos disposi- tivos de varistor 300, 400 ou o equivalente que incluem um grampo para prender a sua tampa final. O dispositivo 500 inclui um anel ou grampo de encaixe 570 que corresponde aos grampos 370, 470 e tem aberturas 572 para receber um alicate ou outras ferramentas de compressão adequadas. O grampo 570 pode ser instalado no modo descrito acima.

Após a instalação, um material de enchimento 574 adequado tal como uma resina epóxi (por exemplo uma resina epóxi JB Weld™) é depo- sitada dentro de cada uma das aberturas 572. De modo a abrir o dispositivo 500 uma vez fechado, o grampo 570 deve ser recomprimido ou destruído, e removido. De modo a recomprimir o grampo 570, o material de carga 574 deve ser parcialmente ou totalmente removido. Deste modo, o material de enchimento 574 inibe a abertura do dispositivo 500 e, no caso do dispositivo 500 ser aberto, fornece um aspecto de evidência de violação assegurando que a evidência da abertura do dispositivo 500 (isto é, a destruição do grampo 570 ou do material de enchimento 574) fique prontamente visível durante uma inspeção posterior.

Com referência à Figura 23, um dispositivo de varistor 600 de acordo com modalidades adicionais da presente invenção é mostrado nela. O dispositivo de varistor 600 pode corresponder a qualquer um dos disposi- tivos de varistor 300, 400 ou o equivalente acima que incluem um grampo para prender a sua tampa final. O dispositivo 600 inclui um anel ou grampo de encaixe 670. Inicialmente o grampo 670 corresponde ao grampo 370 (ver Figura 10), por exemplo, e tem aberturas que correspondem às aberturas 372. Estas aberturas são utilizadas para receber um alicate ou outra ferra- menta de compressão para instalar o grampo dentro do canal como descrito com respeito ao dispositivo 300.

Após a instalação, as extremidades do grampo são cortadas para remover as suas porções que incluem as aberturas. As extremidades do grampo podem ser cortadas no local utilizando uma talhadeira, uma bro- ca, uma ferramenta giratória de alta velocidade (por exemplo, uma ferra- menta DREMEL™) ou o equivalente. Deste modo, o grampo 670 é formado tendo as porções finais 674 encurtadas. A remoção das aberturas podem impedir a recompressão do grampo 670, de modo que o grampo 670 deve ser destruído para ser removido. Deste modo, o grampo 670 inibe a abertura do dispositivo 600 e, no caso do dispositivo 600 ser aberto, fornece um as- pecto de evidência de violação assegurando que a evidência da abertura do dispositivo 600 fique prontamente visível durante uma inspeção posterior.

Com referência à Figura 24, um dispositivo de varistor 700 de acordo com modalidades adicionais da presente invenção é mostrado nela. O dispositivo de varistor 700 corresponde ao dispositivo de varistor 600 ex- ceto que menos das extremidades do grampo 770 são cortadas. Ao contrá- rio, uma porção 772A de cada abertura é deixada sobre cada extremidade encurtada 774. Em um modo similar àquele do grampo 670, o grampo 770 pode inibir a abertura do dispositivo 700 e fornecer uma evidência de viola- ção.

Outros meios do que aqueles descritos acima podem ser utiliza- dos para carregar o eletrodo e o alojamento contra o tablete de varistor. Por exemplo o eletrodo e a tampa final podem ser montados e carregados, e após disto preso no lugar utilizando uma junta cravada.

Em cada um dos dispositivos de varistor acima descritos, (por exemplo, os dispositivos, 100, 200, 300, 400, 500, 600, e 700) múltiplos ta- bletes de varistor (não mostrado) podem ser empilhados e sanduichados entre a cabeça de eletrodo e a parede central. As superfície externas dos tabletes de varistor mais superior e mais inferior serviríam como as superfí- cies de contato do tablete. No entanto, as propriedades do tablete de varis- tor são preferivelmente mudadas mudando a espessura de um único tablete de varistor ao invés de empilhar uma pluralidade de tabletes de varistor.

Como discutido acima, as arruelas de mola (por exemplo, as arruelas de mola 140, 440, e 441) são preferivelmente arruelas Belleville. As arruelas Belleville podem ser utilizadas para aplicar uma carga relativa- mente alta sem requerer um espaço axial substancial. No entanto, outros tipos de meios para forçar podem ser utilizados em adição ou no lugar da arruela ou arruelas Belleville. Os meios para forçar alternativos adequados incluem uma ou mais molas espirais, arruelas onduladas ou arruelas espi- rais. O acima é ilustrativo da presente invenção e não deve ser con- siderado como o seu limitante. Apesar de umas poucas modalidades exem- plares desta invenção terem sido descritas, aqueles versados na técnica prontamente apreciarão que muitas modificações são possíveis nas modali- dades exemplares sem se afastar materialmente dos novos ensinamentos e vantagens desta invenção. Consequentemente, todas tais modificações pretendem ser incluídas dentro do escopo desta invenção como definido nas reivindicações. Nas reivindicações, as cláusulas de meio mais função pretendem cobrir as estruturas descritas aqui como executando a função declarada e não somente os equivalentes estruturais mas também as es- truturas equivalentes. Portanto, deve ser compreendido que o acima é ilus- trativo da presente invenção e não deve ser considerado como limitado pe- las modalidades descritas, e que modificações das modalidades descritas, assim como outras modalidades, pretendem ser incluídas dentro do escopo das reivindicações anexas. A invenção é definida pelas reivindicações se- guintes, com os equivalentes das reivindicações a serem incluídos nela.

Claims (21)

1. Dispositivo de proteção de sobrevoltagem (400) para utiliza- ção com um tablete de varistor (410) caracterizado pelo fato de compreen- der uma primeira e uma segunda superfícies de tablete opostas, substanci- almente planas, o dito dispositivo compreendendo ainda: a) um alojamento (420) unitário que define uma cavidade (421) nele e que tem uma abertura em comunicação com a dita cavidade, o dito alojamento incluindo: uma parede lateral (424) metálica eletricamente condutora; e uma parede inferior (422) metálica eletricamente condutora que inclui uma primeira superfície de contato elétrico substancialmente plana (422A) e uma superfície rebaixada adjacente (422B), a dita primeira superfí- cie de contato elétrico definindo uma plataforma elevada em relação à dita superfície rebaixada; e b) um membro de eletrodo (430) que inclui uma segunda super- fície de contato elétrico substancialmente plana que confronta a dita primei- ra superfície de contato e disposto dentro da dita cavidade, uma porção do dito eletrodo se estendendo para fora da cavidade e através da dita abertu- ra; c) em que o dito alojamento e o dito membro de eletrodo estão dispostos e configurados relativamente para receberem o tablete dentro da dita cavidade de tal modo que o tablete fique posicionado entre as ditas primeira e a segunda superfícies de contato elétrico com as ditas primeira e a segunda superfícies de contato elétrico acoplando a primeira e a segunda superfícies do tablete, respectivamente, e de tal modo que o tablete não acople a dita superfície rebaixada.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita superfície rebaixada circunda substancialmente com- pletamente a dita segunda superfície de contato elétrico.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o tablete de varistor posicionado dentro do alojamento entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de eletrodo (430) inclui um eixo (434) que se estende para fora da dita cavidade e atra- vés da dita abertura, o dito eixo incluindo um canal de eixo circunferencial (433) formado nele, o dispositivo inclui ainda; um membro de fechamento (451) interposto entre a dita segun- da superfície de contato elétrico e a dita abertura, o dito membro de fecha- mento tendo um furo definido nele; e um O-ring resiliente (482) disposto dentro do dito canal de eixo (434) ; em que o dito eixo (434) se estende através da dita abertura, o dito O-ring (482) está disposto dentro do dito furo e o dito O-ring (482) está posicionado para fornecer uma vedação entre o dito eixo e o dito membro de fechamento.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito O-ring (482) está comprimido.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito O-ring (482) é formado de um material elastomérico.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito membro de fechamento inclui um membro eletrica- mente isolante.

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que o dito membro de fechamento (451) inclui uma tampa final (460).

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender ainda o tablete de varistor posicionado dentro do alojamento entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: um membro de fechamento (451) interposto entre a dita segun- da superfície de contato elétrico e a dita abertura, o dito membro de fecha- mento tendo um canal periférico (453) formado nele; e um O-ring resiliente (480) disposto dentro do dito canal periféri- co; em que o dito O-ring está posicionado para fornecer uma veda- ção entre o dito membro de fechamento e a dita parede lateral do dito alo- jamento.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracteriza- do pelo fato de que o dito O-ring (480) está comprimido.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito O-ring (480) é formado de um material elastomérico.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito membro de fechamento (451) inclui um membro ele- tricamente isolante.

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de incluir ainda uma tampa final (460) posicionada dentro da dita abertura adjacente ao dito membro de isolamento e acoplando o dito O-ring.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito canal inclui uma parede que se estende radialmente (453B) e uma parede que se estende axialmente (453A) e o dito O-ring (480) acopla cada uma da dita parede que se estende radialmente, da dita parede que se estende axialmente, da dita parede lateral e da dita tampa final.

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda o tablete de varistor posicionado dentro do alojamento entre a primeira e a segunda superfícies de contato elétrico.

17. Método para instalar um grampo truncado em forma de anel dentro de um alojamento caracterizado pelo fato de que o grampo tem um par de porções de extremidade opostas cada uma tendo uma abertura for- mada nela, o dito método compreendendo as etapas de: comprimir o grampo utilizando as aberturas; posicionar o grampo em relação ao alojamento; liberar o grampo para permitir que o grampo acople o alojamen- to; e após o que, cortar as porções de extremidade do grampo.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a dita etapa de cortar inclui remover as aberturas inteiramente.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de cortar inclui cortar através das aberturas de modo que porções das aberturas permaneçam.

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: uma primeira e uma segunda arruelas Belleville (440,441) for- çando pelo menos uma das ditas primeira e segunda superfícies de contato uma na direção da outra, cada uma das ditas arruelas sendo cônicas ao longo de um seu eixo geométrico; em que as ditas primeira e segunda arruelas Belleville (440,441) estão axialmente alinhadas e opostamente orientadas.

21. Dispositivo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de compreender ainda o tablete de varistor (410) posicionado den- tro do alojamento entre a primeira e a segunda superfície de contato elétri- co.