BRPI0418994B1 - Disposição de protetor de sobretensão de desligamento automático - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSIÇÃO DE PROTETOR DE SOBRETENSÃO DE DESLIGAMENTO AUTOMÁTICO".

ÁREA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se à área da técnica de proteção elétrica. Ela diz respeito a uma disposição de protetor de sobre-tensão de desligamento automático, com um protetor de sobretensão, que quando da ultrapassagem de uma primeira tensão pré-dada passa de um estado não condutor para um estado condutor e, só quando fica aquém de uma segunda tensão muito menor, retorna ao estado não condutor, bem como com o um mecanismo de comutação, que responde com fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão e interrompe o fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão e, em seguida, retorna automaticamente a seu estado original. O mecanismo de comutação responde reversível mente ao calor produzido pelo fluxo de corrente no protetor de sobretensão. O mecanismo de comutação abrange meios de comutação bem como meios de ativação, termicamente acoplados ao protetor de sobretensão, para ativação dos meios de comutação, sendo que os meios de ativação respondem reversivel-mente ao calor produzido no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente. Os meios de ativação abrangem meios de expansão, que convertem em um movimento de comutação por meio de expansão térmica o calor produzido pelo fluxo de corrente no protetor de sobretensão, os meios de expansão abrangem um corpo de expansão feito de um material sólido, cuja dilatação térmica é aproveitada em um primeiro eixo como movimento de comutação.

ESTADO ATUAL DA TÉCNICA [002] Em circuitos elétricos e eletrônicos ou em linhas elétricas, que se encontram em comunicação com dispositivos expostos, como por exemplo, antenas de rádio, devido a relâmpagos ou outros fenô- menos de curto tempo podem ocorrer picos de tensão perigosos, que podem levar a danos permanentes nos dispositivos elétricos ou a uma falha total. Para tornar esses picos de tensão inofensivos, há muito em pontos apropriados do dispositivo a ser protegido são montados protetores de sobretensão de distinta construção e modo de ação, que sob circunstâncias normais não são condutores, mas se ligam quando da ocorrência de sobretensões perigosas e compensam as diferenças de potencial existentes. [003] Uma possível modalidade de protetores de sobretensão são resistores dependentes de tensão, por exemplo, varistores de oxido de metal (MOVs), que são conectados entre dois condutores, entre os quais podem ocorrer picos de tensão perigosos. Com tensões operacionais normais, a resistência dos varistores é grande, de modo que entre os dois condutores flui apenas uma pequena corrente de fuga. Com altos picos de tensão, a resistência dos varistores diminui drasticamente, de modo que a corrente de compensação desejada possa fluir. Mas com os varistores ocorrem problemas quando, devido a variações internas, já sob condições normais fluem neles correntes de fuga acentuadamente altas, que podem sobrecarregar o circuito a ser protegido e levar a alterações em seu modo de funcionamento. Por isso já foi proposto conectar em série a um varistor um dispositivo de comutação termicamente ativável, que com aquecimento do varistor devido a forte corrente de fuga interrompa a corrente pelo varistor e, substitutivamente, introduza como proteção de sobretensão adicional um centelhador na ligação que ocorre (US-A-4.288.833). O dispositivo de comutação termicamente ativado é concretizado por um braço de comutação elástico, que - sob proteção mecânica - é soldado com uma extremidade ao varistor e produz uma ligação elétrica para com o varistor. O varistor se aquece fortemente devido a correntes de fuga excessivas, funde a solda da ligação de solda e o braço de comutação elétrico levanta do varistor devido a seu contator e interrompe o fluxo de corrente pelo varistor. Com o levantamento do braço de comutação é ativado um centelhador, que é formado entre o varistor e o braço de comutação levantado ou pontas de condutor especificamente para tanto previstos. Desvantajosa nessa disposição de protetor de sobreten-são é a variação irreversível da disposição quando da solicitação do dispositivo de comutação. Igualmente irreversível é também a operação de comutação do protetor de sobretensão provido de um dispositivo de curto-circuito exterior da publicação DE-A1-197 31 312. No caso de um aquecimento excessivo do protetor de sobretensão, dois distanciadores isolantes fundem, de modo que um arco de curto-circuito, que se encontra sob sobretensão elástica, liga em curto-circuito os dois ou três contatos de comutação do protetor de sobretensão e assim pode assumir o fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão. [004] Uma outra modalidade de protetores de sobretensão são os protetores de cápsula de gás, em que no caso de sobretensão é colocada em ignição com dois ou três eletrodos uma descarga de gás em uma cápsula cheia de gás, fechada. O problema nesses protetores é que uma descarga de gás uma vez colocada em ignição permanece mantida a uma tensão de combustão comparativamente baixa. Havendo por exemplo, em operação normal, no protetor de cápsula de gás montado no circuito ou na linha, uma tensão de suprimento para uma eletrônica aterrada, que seja maior ou igual à tensão de combustão, ou uma potência HF elevada, a descarga de gás continua queimando após a ocorrência de um pico de sobretensão em ignição e sobrecarrega o circuito ou a linha. Também em protetores de cápsula de gás já foram propostos dispositivo de comutação irreversíveis adicionais, que reagem a calores excessivos que surgem no protetor e então interrompem permanentemente o acesso de corrente ao protetor (US-A-4.051.546) ou ligam permanentemente em curto-circuito o protetor por um “bypass” (US-A-3.755.715 ou US-A-4.132.915). Os dispositivos de comutação termicamente ativados podem estar integrados nos protetores de sobretensão (ver as publicações anteriormente mencionadas), mas também podem ser executados separados e acoplados termicamente por fora aos protetores de sobretensão (US-A-4,275,432). Dispositivos de curto-circuito irreversíveis, termicamente ativados, são também conhecidos em comutação com protetores de cápsula de gás para cabos coaxiais (US-A-5.724.220, figuras 24 e 25). [005] Um dispositivo de comutação reversível para interrupção da corrente de descarga por um protetor de cápsula de gás é conhecido da US-A-4,068,277. Aí está previsto um fusível separado, operando termicamente, equipado com um elemento bimetal, cujo elemento de aquecimento está conectado em série com o protetor. Permanecendo a descarga uma vez colocada em ignição por um certo tempo no protetor, o fusível responde e interrompe a corrente pelo protetor e por um cabo. Estando o fusível novamente suficientemente resfriado depois de um tempo mais longo, por exemplo, 20-30 s, restabelece de novo automaticamente a corrente pelo protetor e pelo cabo, de modo que é restabelecido o estado inicial. A desvantagem nessa solução é que, devido ao fusível separado, não é possível uma disposição compacta e econômica em espaço. Além disso, a interrupção em um cabo é imprópria para casos de aplicação em que uma corrente de suprimento para outras partes do circuito é conduzida pelos cabos. [006] Requisitos especiais são colocados a disposições de protetor de sobretensão, que são integrados em uma disposição de condutor coaxial para altas frequências e, por isso, não precisam ser apropriados apenas para máximas frequências, mas sim também devem ser simultaneamente compactos em estrutura, seguros em funcionamento, de pouca manutenção e robustos. [007] Exemplos de disposições de condutores coaxiais com dis- posição de protetor de sobretensão integrada, mas sem dispositivo de comutação adicional, são conhecidos da CH-A5-660 261 ou da EP-A1-0 855 756 ou da EP-A1-0 938 166 da Depositante. Para com essas disposições de protetor de sobretensão, no caso de pane, mesmo com presença de uma tensão igual ou de um sinal de alta frequência, se poder retroceder os protetores de cápsula de gás seguramente ao estado não condutor, no WO-A1-2004/032276 da Depositante foi proposta uma disposição de comutação adicional, que abrange uma indutor, um interruptor ativado eletromagneticamente e um diodo. Essa disposição de comutação coopera com um circuito em série de dois protetores de cápsula de gás de igual tipo. Estrutura e modo de operação da disposição podem ser depreendidos da mencionada publicação. [008] A disposição de comutação conhecida do WO-A1-2004/032276 protege o protetor de cápsula de gás confiavelmente contra uma sobrecarga duradoura e se restabelece automaticamente após a extinção da descarga de gás nos protetores de cápsula de gás. Ela se comprovou na prática e pode ser integrada nas disposições de condutores axiais, quando as disposições de condutores axiais são desde logo projetados construtivamente para isso. [009] Existe, no entanto, um desejo urgente de se proporcionar uma disposição de protetor de sobretensão de desligamento automático, que, sobretudo, possa ser aplicada em banda larga, seja de construção simples e econômica, mas que também possa ser readaptada a condutores coaxiais com limitador de sobretensão integrado, como são descritos no documento CH-A5-660 261, sem que o condutor coaxial precise sofrer mudanças estruturais.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO [0010] Constitui, portanto, objetivo da invenção prover uma disposição de protetor de sobretensão de desligamento automático, de amplo espectro e a baixo custo, que seja de estrutura simples e robusta, apresente alta segurança de funcionamento, possa ser concretizada com extrema economia de espaço e possa especialmente ser posteriormente montada em aplicações de condutores coaxiais já existentes sem grandes alterações construtivas. [0011] O cerne da invenção reside em prever um mecanismo de comutação, que com fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão responda reversível mente ao calor produzido pelo fluxo de corrente no protetor de sobretensão e interrompa o fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão e, em seguida, retorne automaticamente a seu estado inicial. Isso pode ocorrer, no mais simples dos casos, com meios meramente eletrônicos, na medida em que, por exemplo, um resistor com coeficiente de temperatura positivo (PTC) ou com coeficiente de temperatura negativo (NTC) detecta o calor do protetor de sobretensão e interrompe a descarga de gás por sua alteração de resistência. [0012] De preferência, o mecanismo de comutação abrange meios de comutação bem como meios de ativação, termicamente acoplados ao protetor de sobretensão, para ativação dos meios de comutação, meios de ativação esses que - à diferença das ligações de solda que se fundem, do estado atual da técnica - respondem reversível mente ao calor produzido no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente. Pelo acoplamento térmico direto dos meios de ativação ao protetor de sobretensão, ambos podem ser reunidos construtivamente, de modo que resulta uma disposição muito compacta. A resposta dos meios de ativação ao calor produzido no protetor de sobretensão garante que a interrupção se dê com certo retardamento e apenas quando o protetor efetivamente estiver sobre carga permanente. Quando, depois da interrupção do fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão, o aquecimento do protetor novamente é atenuado, os meios de ativação retornam automaticamente a seu estado original, de modo que, após certo tempo de retardamento, a disposição de protetor de sobretensão está novamente pronta para uso. [0013] Como meios de ativação vêm ao caso, por exemplo, metais de memória ou bimetais, que alteram sua forma devido ao calor e ou ativam meios de comutação separados ou são eles próprios parte dos meios de comutação. Uma configuração preferida da invenção se destaca pelo fato de que os meios de ativação abrangem meios de expansão, que convertem o calor produzido no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente em um movimento de comutação por meio de expansão térmica. A expansão térmica é um mecanismo particularmente simples, eficaz, seguro em funcionamento e passível de reprodução para a produção de um movimento de comutação, por meio do qual então pode ser interrompido o fluxo de corrente pelo protetor. Resfriando de novo em seguida o protetor de sobretensão, à expansão se segue uma contração que reconduz ao estado original. [0014] Em princípio, pode ser aproveitada a expansão térmica de um gás, de um líquido ou de um corpo sólido. No que concerne à simplicidade e à robustez, é particularmente vantajoso que, segundo uma execução preferida, os meios de expansão abranjam um corpo de expansão feito de um material sólido, cuja dilatação térmica é aproveitada em um primeiro eixo como movimento de comutação. Dispõe-se assim um movimento de comutação linear, que pode ser combinado com correspondentes meios de comutação de maneira particularmente simples. Especialmente, então, a dilatação térmica do corpo de expansão no primeiro eixo pode ser reforçado por uma conformação apropriada do corpo de expansão ou por um comportamento de material anisotrópico do corpo de expansão. Um exemplo para uma conformação apropriada é uma forma angulada à maneira de uma alavanca em joelho (atuando em direção inversa). [0015] O corpo de expansão consiste, de preferência, em um material elástico como borracha, resistente ao calor, especialmente uma borracha de silicone ou um elastômero de flúor, e o corpo de expansão é envolto por um elemento de limitação limitando a dilatação radial e, com isso, reforçando a dilatação axial. Pelo corpo de limitação é a dilatação térmica limitada radialmente com relação ao primeiro eixo e, devido ao comportamento "quase-hidrostático" do corpo de expansão é produzido um reforço essencial da dilatação na direção do primeiro eixo. [0016] Quando, segundo uma outra execução, o corpo de expansão apresenta a forma de um disco circular axial ao primeiro eixo, e como elemento de limitação é previsto um invólucro isolante cilíndrico oco, coaxial, elétrica e termicamente isolante, especialmente feito de politetrafluoretileno, pode ser impedido um escoamento inadvertido do calor fluindo para dentro do corpo de expansão pela limitação lateral. [0017] Em princípio, o fluxo de corrente pelo protetor de sobreten-são pode ser interrompido por abertura de um comutador ligado em série ou por fechamento de um comutador ligado em paralelo. Especialmente simples e compacta é a disposição de protetor de sobreten-são em estrutura quando os meios de comutação abrangem um comutador que é ligado em série com o protetor de sobretensão e fechado no estado original, e que é aberto, quando os meios de ativação respondem ao calor produzido no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente. No âmbito da invenção é, contudo, também viável que os meios de comutação abranjam um comutador, que seja ligado em paralelo com o protetor de sobretensão e aberto no estado original, e que seja fechado quando os meios de ativação respondem ao calor gerado no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente. [0018] De preferência, o comutador abrange dois elementos de contato metálicos, que são pressionados um contra o outro por um e-lemento de mola e separáveis um do outro contra a pressão do elemento de mola, sendo que um dos elementos de contato é unido com a disposição de protetor de sobretensão, especialmente soldado, e sendo que os meios de ativação ou meios de expansão ficam dispostos entre os dois elementos de contato. Os elementos de contato são tratados na superfície para evitar incêndio, especialmente revestidos com prata. [0019] Muito simples e especialmente apropriada para emprego em cabos de alta frequência coaxiais é a disposição de protetor de sobretensão quando o protetor de sobretensão, os elementos de contato metálicos, o elemento de mola e os meios de ativação ou meios de expansão estão dispostos sucessiva e axialmente a um primeiro eixo em uma caixa comum, quando a caixa é eletricamente condutora e serve como uma linha adutora para o protetor de sobretensão, e quando para a produção do contato com a caixa são previstas molas de contato. [0020] Os elementos de contato metálicos, o elemento de mola e os meios de ativação ou meios de expansão podem então ficar dispostos em um lado do protetor de sobretensão. [0021] Mas também os elementos de contato metálicos e os meios de ativação ou meios de expansão podem ficar dispostos em um lado do protetor de sobretensão e o elemento de mola no outro lado do protetor de sobretensão. [0022] A caixa pode ser executada como caixa unilateralmente aberta, atarraxável. Mas também é viável que a caixa seja executada como caixa aberta unilateralmente e que no lado aberto da caixa estejam previstos pinos de conexão para inserção da disposição de protetor de sobretensão em um circuito impresso. [0023] De preferência, o protetor de sobretensão é executado como protetor de cápsula de gás e apresenta uma forma cilíndrica com conexões elétricas dispostas nos lados frontais. [0024] Os meios de comutação podem abranger um comutador, que é ligado em paralelo com o protetor de sobretensão e aberto no estado original, e que é fechado quando os meios de ativação respondem ao calor gerado no protetor de sobretensão pelo fluxo de corrente. O mecanismo de comutação pode abranger um elemento de resistência com coeficiente de temperatura positivo ou negativo (PTC ou NTC). O mecanismo de comutação pode, alternativamente, abranger um elemento de bimetal ou de metal de memória. Os meios de expansão podem abranger um gás ou um líquido, cuja dilatação térmica é aproveitada para produção de um movimento de comutação. A dilatação térmica do corpo de expansão pode ser reforçada no primeiro eixo por uma conformação apropriada do corpo de expansão. A dilatação térmica do corpo de expansão pode, alternativamente, ser reforçada no primeiro eixo por um comportamento de material anisotrópico do corpo de expansão. [0025] De acordo com a invenção, em uma disposição de condutor coaxial é empregada uma disposição de protetor de sobretensão, em que o protetor de sobretensão, os elementos de contato metálicos, o elemento de mola e os meios de ativação ou meios de expansão estão dispostos sucessiva e coaxialmente a um primeiro eixo em uma caixa comum, em que a caixa é eletricamente condutora e serve como linha adutora para o protetor de sobretensão, e em que para a produção do contato com a caixa são previstas molas de contato. [0026] Especialmente, a disposição de condutor coaxial abrange um condutor interno se estendendo em um segundo eixo e um condutor externo envolvendo coaxialmente o condutor interno; a disposição de protetor de sobretensão está fixada, especialmente atarraxada, com o primeiro eixo perpendicular ao segundo eixo, à disposição de condutor coaxial; a caixa está unida de modo eletricamente condutor com o condutor externo, e uma segunda linha adutora ao protetor de sobretensão está unida com o condutor interno de modo eletricamente condutor. [0027] Outras formas de execução resultam das reivindicações dependentes.

BREVE EXPLICAÇÃO DAS FIGURAS [0028] A invenção será a seguir detalhadamente explicada com auxílio de exemplos de execução em conexão com o desenho. Mostram: [0029] Na figura 1 - um corte longitudinal por uma disposição de condutor coaxial com uma disposição de protetor de sobretensão atar-raxada segundo um exemplo de execução preferido da invenção; [0030] Na figura 2 - a estrutura da disposição de protetor de sobretensão da figura 1 equipada com uma cápsula de gás; [0031] Na figura 3 - uma disposição de protetor de sobretensão apropriado para montagem em um circuito impresso segundo um outro exemplo de execução da invenção; [0032] Na figura 4 - um exemplo de execução comparável à figura 3 com fios de conexão axiais para uma fiação "aérea"; e [0033] Na figura 5 - a seção transversal por um corpo de expansão, que executa um acentuado movimento de dilatação térmica devido a sua conformação como alavanca em joelho em um eixo. [0034] Na figura 1 está reproduzido em um corte longitudinal uma disposição de condutor coaxial com uma disposição de protetor de sobretensão atarraxado segundo um exemplo de execução preferido da invenção. A disposição de condutor coaxial 10 da figura 1 é comparável, em estrutura e dimensões exteriores, a dispositivos de para-raios de cápsula de gás conhecidos, como são oferecidos pela Depositante no mercado e como são empregados sobretudo em estações de base de telefones celulares. Tais dispositivos de para-raios de cápsula de gás têm usualmente uma impedância de 50 Ώ, podem ser empregados para frequências de até vários GHz e ser solicitados com pulsos de corrente individuais de até 30 kA e pulsos de corrente múltiplos de até 20 kA. Dimensões externas típicas são comprimentos axiais em torno de 100 mm e diâmetros externos de cerca de 30 mm. Com a invenção podem ser tais dispositivos de para-raios de cápsula de gás posteriormente equipados com um dispositivo de comutação apropriado para desligamento automático, sem que precisem ser procedidas a alterações essenciais. [0035] A disposição de condutor coaxial 10 abrange um condutor externo 11 metálico, servindo simultaneamente como caixa (feito de latão ou semelhante com superfície beneficiada) com diâmetro interno escalonado e um condutor interno consistindo em vários segmentos de condutor interno 12, ..., 15. O condutor interno 12, ..., 15 está disposto e fixado por meio de suportes 16, 17 em forma de disco, isolantes, co-axialmente no conduto externo 11. Os segmentos de condutor interno 14 e 15 do lado extremo são executados como buchas fendidas e parte de uniões de encaixe atarraxáveis. Para o atarraxamento servem roscas externas 18, 19 dispostas no condutor externo 11. Em um segmento central da disposição de condutor coaxial 10 o condutor externo 11 e seu diâmetro interno estão aumentados. Nesse segmento, simultaneamente está previsto um segmento de condutor interno 13 com um diâmetro externo reduzido. Perpendicularmente ao eixo 35 da disposição de condutor coaxial 10 está disposto em um lado (na figura 1 acima) no condutor externo ou caixa 11 um furo de rosca 23, no qual é atarraxada a disposição de protetor de sobretensão 20 segundo a invenção. [0036] A disposição de protetor de sobretensão 20 contém um protetor de sobre tensão 22 (cilíndrico) em si conhecido em forma de um protetor de cápsula de gás bipolar ou protetor de descarga de gás, que jaz com seu eixo de cilindro no eixo 34 da disposição de protetor de sobretensão 20. Tais protetores de descarga de gás, como são ofere- cidos por exemplo pela Firma Epcos, têm tensões de resposta de 70 V até vários kV e, no estado de ignição, uma tensão de combustão em arco de 10-30 V. No estado de ignição, a resistência interna baixa para valores < 1 Ώ, enquanto que no estado bloqueado (desligado) é de > 1 GD. A capacidade alcança uma quantidade de apenas poucos pF, o que é especialmente favorável para aplicação HF. As dimensões externas (comprimento x diâmetro externo) se situam na ordem de grandeza de 6 mm x 8 mm. [0037] O protetor de sobretensão 22 é retido soltável na disposição de protetor de sobretensão 20. Ele apresenta áreas de contato do lado frontal, que se encontram em comunicação com o trecho de descarga de gás situado internamente e estão isoladas entre si pela caixa de cerâmica intermediária. O protetor de sobretensão 22 assenta com a extremidade inferior livre em uma cuba isolante 21. Com a outra área de contato, encosta em uma peça de conexão 24 eletricamente condu-tora, que através de uma abertura no fundo da cuba isolante 21 estabelece o contato com o segmento de condutor interno 13. [0038] A disposição de protetor de sobretensão 20 da figura 1 está reproduzida em si em representação aumentada na figura 2. Ela a-brange uma caixa 25 aberta para baixo, que retém o protetor de sobretensão ou protetor de cápsula de gás 22 (caixa de suporte de cápsula). A caixa 25 é provida externamente de áreas de fechadura e tem uma rosca de atarraxar 32, com a qual pode ser atarraxada no furo de rosca 23 no condutor externo 11 (figura 1). A caixa é inicialmente executada aberta também para o outro lado, para que elementos funcionais 22 e 26, ..., 31 dispostos na caixa possam ser introduzidos no interior da caixa. Para o fechamento (permanente) da abertura superior serve então uma cavilha 33. [0039] Ao longo do eixo 34 da disposição de protetor de sobretensão 20 estão dispostos na caixa 25 - de baixo para cima - sucessiva- mente o protetor de sobretensão 22, um contato central 30, um corpo de expansão 29, um disco de contato 27 com molas de contato 28 dispostas na periferia superior no lado salientes no lado de borda e para cima e um elemento de mola 26 em forma de um disco de mola. O contato central 30 tem uma placa de base 40 em forma de disco circular, à qual para cima estão amoldada uma cavilha de contato 39 cilíndrica com diâmetro reduzido. O diâmetro externo da placa de base 40 é um pouco maior do que o diâmetro externo do protetor de sobretensão 22. O contato central 30 consiste, por exemplo, em latão e, para melhorar as propriedades de contato e especialmente para evitar incêndio, é tratado na superfície, especialmente revestido com prata. [0040] O corpo de expansão 29 tem a forma de um disco circular e consiste, de preferência, em um material elástico como borracha, resistente a calor, especialmente um cautchu de silicone ou um elastô-mero de flúor. Ele tem no centro uma perfuração 38 coaxial, que é a-justada em diâmetro à cavilha de contato 39 do contato central 30. No estado montado (figura 2), o contato central 30 com a cavilha de contato 39 atravessa a perfuração 38 do corpo de expansão 29 precisamente até que com temperatura operacional a área frontal da cavilha de contato 39 encoste rente no lado superior do corpo de expansão 29 e, simultaneamente, produza um contato elétrico com o lado inferior do disco de contato 27 disposto acima do corpo de expansão 29. [0041] O disco de contato 27 circular consiste, igualmente, em latão tratado na superfície, especialmente prateado. As molas de contato 28 dispostas na borda superior do disco de contato 27, distribuídas pela periferia, se estendendo em direção axial e ligeiramente curvadas para fora, produzem um contato deslizante com a parede interna da caixa 25. A caixa 25 serve, simultaneamente, como uma linha adutora para o protetor de sobretensão 22. Para impedir um curto-circuito de contato central 30 e disco de contato 27 através da caixa 25, o contato central 30 está envolto externamente por um invólucro isolante 31 co-axial, que também encerra ainda o corpo de expansão 29 e a parte inferior do disco de contato 27. O invólucro isolante 31 é executado como cilindro oco e consiste em um material resistente ao calor, elétrica e termicamente isolante, de preferência em politetrafluoretileno. O invólucro isolante 31 agarra com uma saliência 42 exterior por trás de um rebaixo na caixa 25. Em um rebaixo 42 no invólucro isolante 31 se apoia, por seu lado, o contato central 30 com a placa de base 40. Com isso, também o protetor de sobretensão 22, que é soldado na área de contato superior com a placa de base 40 do contato central, é retido na caixa 25. [0042] Entre o lado superior do disco de contato 27 e a caixa 25 ou a cavilha 34 está disposto um elemento de mola 26, que no exemplo mostrado é executado como disco de mola, mas também pode assumir também outras formas (mola de prato, mola em espiral ou semelhantes). O elemento de mola 26 e as dimensões axiais dos distintos componentes da disposição de protetor de sobretensão 20 são projetados de tal maneira que a cavilha de contato 39 e o disco de contato 27 no estado normal (à temperatura operacional) são pressionados um contrato o outro em contato com uma sobretensão elástica. [0043] O funcionamento da disposição de protetor de sobretensão 20 é o seguinte: no estado normal, quando o protetor de sobretensão 22 não está em ignição e a disposição se encontra essencialmente à temperatura operacional, o contato de comutação formado pelo contato central 30 e pelo disco de contato 27 permanece fechado. Assim, o protetor de sobretensão 22 fica unido de modo eletricamente condutor em uma de suas extremidades com o segmento de condutor interno 13 e, em sua outra extremidade, através dos elementos 30, 27, 28 e a caixa 25, com o condutor externo 11. Sendo então a disposição de condutor coaxial 10 ativada por um raio ou de outra maneira com um impulso de tensão por curto tempo, ultrapassando a tensão de ignição do protetor de sobretensão 22, o protetor de sobretensão 22 entra em ignição e equilibra amplamente a diferença de potencial. Caindo a tensão após a extinção do impulso de tensão imediatamente de novo a-quém da tensão de combustão do protetor de sobretensão 22, este é deslizado e restabelecido o estado original. Não tem lugar um aquecimento essencial do protetor de sobretensão 22 e, portanto, do corpo de expansão 29. [0044] Se, pelo contrário, mesmo depois da extinção do impulso de tensão ainda há uma tensão situada acima da tensão de combustão no protetor de sobretensão 22, este continua sendo atravessado por uma corrente, que devido à resistência interna do protetor gera calor e conduz a um aquecimento do protetor de sobretensão 22. O calor resultante no protetor de sobretensão 22 flui axialmente pela placa de base 40 e radialmente pela cavilha de contato 39 do contato central 30 para dentro do corpo de expansão 29, aquece o mesmo e produz uma dilatação térmica, impedindo um rápido escoamento radial do calor para a caixa 25 pelo invólucro 31 termicamente isolante. A dilatação térmica do corpo de expansão 29 se dá então quase exclusivamente em direção axial, porque o corpo de expansão 29 é limitado em direção radial pelo invólucro isolante 31 e a pressão resultante da limitação devido às propriedades de material "quase-hidrostáticas" do corpo de expansão 29 atua em direção axial. Dessa maneira, pode ser obtida uma dilatação axial do corpo de expansão 29, que é maior do que o fator 3, do que a dilatação isotrópica, e portanto representa um considerável efeito de reforço. Pela dilação térmica axial do corpo de expansão 29 entre os dois contatos 30 e 27 - quando foi atingida uma temperatura suficientemente alta de por exemplo 100 °C ou mais - os dois contratos são separados entre si contra a pressão do elemento de mola 26. Com a separação dos contatos 30 e 27, é interrompido o flu- xo de corrente pelo protetor de sobretensão 22 e, com isso, também a geração de calor (autodesligamento). Tão logo, depois da interrupção, suficiente calor tenha escoado novamente do corpo de expansão 29 e o corpo de expansão 29 se resfrie e novamente se contraia, o comuta-dor formado do contato central 30 e do disco de contato 27 se fecha novamente e retorna ao estado original. [0045] É evidente que a operação de comutação descrita funciona tanto melhor quanto maior for o coeficiente de dilatação térmico do material empregado para o corpo de expansão 29. Simultaneamente, contudo, o material também deve ser resistente até temperaturas de > 200 °C e apresentar um resistente suficiente ao envelhecimento. Finalmente, para a aplicação na disposição de conduto coaxial também deve ter vantajosas propriedades dielétricas. As propriedades dielétri-cas do corpo de expansão 29 têm importância, sobretudo quando em um dispositivo de para-raios coaxial, que é equipado com um protetor de sobretensão sem dispositivo de comutação de desligamento automático, posteriormente deva ser montado tal dispositivo de comutação, como é possível vantajosamente na disposição de protetor de sobretensão de acordo com a invenção. [0046] Com uma disposição de conduto coaxial e uma disposição de protetor de sobretensão segundo a figura 1 foram realizadas diversas medições em laboratório, tendo sido empregados protetores de cápsula de gás do tipo anteriormente descrito com tensões de ignição de 230 V ou 90 V. Para pulsos de 4 kV/2 kA (segundo IEC 6100-4-5) resultaram tempos de combustão das cápsulas da ordem de grandeza de 10 s a 20 s e tempos de reativação da ordem de grandeza de 1-2 min. [0047] Mas a disposição de protetor de sobretensão de acordo com a invenção pode ser empregada vantajosamente não apenas em conexão com uma disposição de conduto coaxial do tipo indicado na figura 1, mas sim também sempre que protetores de cápsula de gás são usados como proteção de sobretensão. Assim, por exemplo, é u-sual que protetores de cápsula de gás, que estão equipados com fios de conexão ou pinos de solda (ver a DE-A1-197 31 312), sejam soldados em circuitos impressos. Na figura 3 está reproduzida uma disposição de protetor de sobretensão comparável, modificado segundo a figura. A disposição de protetor de sobretensão 46 da figura 3 abrange um protetor de sobretensão 22 em forma de cápsula de gás, que está disposto em uma caixa 43 unilateralmente aberta. O dispositivo de comutação ligado em série se compõe novamente do contato central 30 soldado com a cápsula 22, do corpo de expansão 29 em forma de disco e de uma placa de contato 36, que estão isolados da caixa 43 por um invólucro isolante 31’. O dispositivo de comutação está aqui disposto abaixo do protetor de sobretensão 22, enquanto que o disco de contato 27 com as molas de contato 28 se situa acima do protetor de sobretensão 22. O protetor de sobretensão 22 é conectado em um lado (abaixo) através de meios de conexão 45 centrais e do comutador 30, 36. No outro lado (acima) é feita a conexão através dos meios de conexão 44 exteriores, da caixa 43 e do disco de contato 27 com as molas de contato 28. Com os meios de conexão 44, 45 a disposição de protetor de sobretensão 46 pode ser conectada, de preferência, em um circuito impresso. [0048] Mas também é viável no âmbito da invenção em uma disposição de protetor de sobretensão do tipo mostrado na figura 3 prever, em lugar dos meios de conexão 44, 45 dispostos em um lado, em ambos os lados fios de conexão 37 axiais (ou também radiais), como mostrado na figura 4. A disposição de protetor de sobretensão 46 pode ser ter um cabeamento "aéreo", isto é estão montados em um circuito qualquer. [0049] É ainda viável no âmbito da invenção, em lugar do corpo de expansão 29 em forma de disco circular, plano, acima descrito, empregar um corpo de expansão que executa um movimento de dilatação térmico acentuado devido a um comportamento de material anisotrópi-co ou devido a uma conformação especial. Um exemplo de um corpo de expansão com conformação especial está representado na figura 5. O corpo de expansão 48 da figura 5 se vale do princípio da alavanca em joelho, em que é executado ou como disco conicamente formado ou como tira dobrada no meio. O corpo de expansão 48 se apóia com a borda exterior em um contramancal 47. Quando de uma dilação térmica, indicada na figura 5 pela seta dupla, devido à conformação especial, ocorre um efeito de alavanca em joelho invertida, isto é, um movimento de dilatação térmica acentuado no eixo 34 (seta), que pode ser vantajosamente aproveitado como movimento de comutação.

Claims (16)

1. Disposição de protetor de sobretensão (20, 46) de desligamento automático, com um protetor de sobretensão (22), que quando da ultrapassagem de uma primeira tensão pré-dada passa de um estado não condutor para um estado condutor e, só quando fica a-quém de uma segunda tensão muito menor, retorna ao estado não condutor, bem como com o um mecanismo de comutação (26, 27, 29, 30, 31, 31’, 36, 48), que responde com fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão (22) e interrompe o fluxo de corrente pelo protetor de sobretensão (22) e, em seguida, retorna automaticamente a seu estado original, sendo que o mecanismo de comutação (26, 27, 29, 30, 31, 31’, 36, 48) responde reversível mente ao calor produzido pelo fluxo de corrente no protetor de sobretensão (22), o mecanismo de comutação (26, 27, 29, 30, 31, 31’, 36, 48) abrange meios de comutação (26, 27, 30 ou 26, 30, 36) bem como meios de ativação (29, 31, 31’, 48), termi-camente acoplados ao protetor de sobretensão (22), para ativação dos meios de comutação (26, 27, 30 ou 26, 30, 36), sendo que os meios de ativação (29, 31, 31’, 48) respondem reversível mente ao calor produzido no protetor de sobretensão (22) pelo fluxo de corrente, os meios de ativação (29, 31, 31’) abrangem meios de expansão (29, 48), que convertem em um movimento de comutação por meio de expansão térmica o calor produzido pelo fluxo de corrente no protetor de sobretensão (22), os meios de expansão abrangem um corpo de expansão (29, 48) feito de um material sólido, cuja dilatação térmica é aproveitada em um primeiro eixo (34) como movimento de comutação, caracterizada pelo fato de que o corpo de expansão (29) consiste em um material elástico como borracha, resistente ao calor, especialmente uma borracha de silicone ou um elastômero de flúor, e o corpo de expansão (29) é envolto por um elemento de limitação (31, 31’) limitando a dilatação radial e, com isso, reforçando a dilatação a- xial.

2. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo de expansão (29) apresenta a forma de um disco circular axial ao primeiro eixo (34), e como elemento de limitação é previsto um invólucro isolante (31, 31’) cilíndrico oco, coaxial, elétrica e termicamente isolante, especialmente feito de politetrafluoretileno.

3. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os meios de comutação abrangem um comutador (27, 30 ou 30, 36), que é ligado em série com o protetor de sobretensão (22) e fechado no estado original, e que é aberto, quando os meios de ativação (29, 31, 31’) respondem ao calor produzido no protetor de sobretensão (22) pelo fluxo de corrente.

4. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o comutador abrange dois elementos de contato (27, 30 ou 30, 36) metálicos, que são pressionados um contra o outro por um elemento de mola (26) e separáveis um do outro contra a pressão do elemento de mola (26), sendo que um dos elementos de contato (30) é unido com a disposição de protetor de sobretensão (22), especialmente soldado, e sendo que os meios de ativação (29, 31, 31’) ou meios de expansão (29) ficam dispostos entre os dois elementos de contato (27, 30 ou 30, 36).

5. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os elementos de contato (27, 30 ou 30, 36) são tratados na superfície, especialmente revestidos com prata.

6. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o protetor de sobretensão (22), os elementos de contato (27, 30 ou 30, 36) metálicos, o elemento de mola (26) e os meios de ativação (29, 31, 31’) ou meios de expansão (29) estão dispostos sucessiva e axialmente a um primeiro eixo (34) em uma caixa (25, 43) comum, sendo que a caixa (25, 43) é eletricamente condutora e serve como uma linha adutora para o protetor de sobretensão (22), e sendo que para a produção do contato com a caixa (25, 43) são previstas molas de contato (28).

7. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os elementos de contato (27, 30 ou 30, 36) metálicos, o elemento de mola (26) e os meios de ativação (29, 31, 31’) ou meios de expansão (29) estão dispostos em um lado do protetor de sobretensão (22).

8. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a caixa (25, 25") é executada como caixa unilateralmente aberta, atarraxável.

9. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que os elementos de contato (27, 30 ou 30, 36) metálicos e os meios de ativação (29, 31, 31’) ou meios de expansão (29) estão dispostos em um lado do protetor de sobretensão (22) e o elemento de mola (26) no outro lado do protetor de sobretensão (22).

10. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 6 ou 9, caracterizada pelo fato de que na caixa (43) estão previstos meios de conexão (37, 44, 45) para conexão da disposição de protetor de sobretensão (46) em um circuito, especialmente um circuito impresso.

11. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com uma das reivindicações 4 a 10, caracterizada pelo fato de que o elemento de mola (26) é executado como disco de mola.

12. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o protetor de sobretensão (22) é executado como protetor de cápsula de gás e apresenta uma forma cilíndrica com conexões elétricas dispostas nos lados frontais.

13. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dilatação térmica do corpo de expansão (48) é reforçada no primeiro eixo (34), sendo que o corpo de expansão (48) é executado como disco conicamente formado ou como tira dobrada no meio.

14. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dilatação térmica do corpo de expansão é reforçada no primeiro eixo (34) por um comportamento de material anisotrópico do corpo de expansão.

15. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de ser acoplada em uma disposição de condutor coaxial (10).

16. Disposição de protetor de sobretensão de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a disposição de condutor coaxial (10) abrange um condutor interno (12, 13, 14, 15) se estendendo em um segundo eixo (35) e um condutor externo (11) envolvente coaxialmente o condutor interno (12, 13, 14, 15), sendo que a disposição de protetor de sobretensão (20) está fixada, especialmente atarraxada, com o primeiro eixo (34) perpendicularmente ao segundo eixo (35) na disposição de condutor coaxial (10), sendo que a caixa (25) está ligada de modo eletricamente condutor com o condutor externo (11), e sendo que uma segunda linha adutora (24) para o protetor de sobretensão (22) está ligada de modo eletricamente condutor com o condutor interno (12, 13, 14, 15).