BRPI0714270A2

BRPI0714270A2 - equipamento de proteÇço para descarregar com seguranÇa um potencial elÉtrico

Info

Publication number: BRPI0714270A2
Application number: BRPI0714270-6A
Authority: BR
Inventors: Simon La Rochelle
Original assignee: Simon La Rochelle
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2013-04-16
Also published as: KR20090046930A; WO2008017166A1; US7872847B2; US20100165536A1; AU2007283406A1; NO20091033L; CA2660457A1; EP2048979A1; MX2009001479A; JP2010500056A; CN101516218A; CN101516218B

Abstract

EQUIPAMENTO DE PROTEÇçO PARA DESCARREGAR COM SEGURANÇA UM POTENCIAL ELÉTRICO. Trata-se de um equipamento de proteção para descarregar com segurança um potencial elétrico, o qual compreende uma interface (10, 50, 60) adaptada para estar em contato com um usuário. Uma trajetória condutora na interface entra em contato com o usuário, e a trajetória condutora alcança um aterramento. Um primeiro dispositivo de circuito (30) é provido na trajetória condutora. O primeiro dispositivo de circuito (30) tem pelo menos uma resistência variável para diminuir uma condutividade na trajetória cfondutora como uma função de um aumento na diferença de potencial entre o usuário e o aterramento, para permitir descarga estática através do equipamento de proteção.

Description

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO PARA. DESCARREGAR COM SEGURANÇA UM POTENCIAL ELÉTRICO

CAMPO DO PEDIDO O presente pedido refere-se à prevenção contra choques elétricos, e mais particularmente ao equipamento de proteção utilizado como proteção contra descargas elétricas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO As interações do ser humano com seu ambiente (tal como o atrito através de movimentos) causam uma acumulação de uma carga estática no ser humano. Os seres humanos usam tipicamente uma vestimenta não-condutora (por exemplo, sapatos com sola de borracha que constituem um isolador eficiente) , o que intensifica a acumulação de uma carga estática pelo ser humano. Mais especificamente, a vestimenta é freqüentemente a interface entre o ser humano e a terra. Quando a interface tem propriedades isolantes (por exemplo, sapatos com solas de borracha), o ser humano acumula uma carga estática. Dessa maneira, quando um objeto que representa a terra é contatado, o ser humano sente um choque estático desagradável enquanto a carga é descarregada na terra.

Em alguns locais de trabalho, o nível de carga estática nos trabalhadores é controlado. Como um exemplo, no campo da eletrônica, uma carga de 10 0 V pode causar danos aos componentes eletrônicos, tais como o apagamento dos dados na mídia de dados magnéticos, mesmo que o trabalhador não sinta a descarga de tal carga. Na operação com hidrocarbonetos (indústrias do petróleo e do gás) , uma carga de 50 V pode incandescer vapores inflamáveis. Na indústria de plásticos, as cargas estáticas podem ser de magnitudes tais que ocorrem ferimentos graves resultam de choques elétricos. O controle da carga estática é, portanto, importante, quer seja para a segurança dos trabalhadores quer seja para a manutenção de níveis de produtividade.

O equipamento de proteção, tais como sapatos, tiras para os pulsos, palmilhas, tira de tornozelos, foi desenvolvido para controlar a carga de trabalhadores. No entanto, se tal equipamento de proteção for altamente condutor, há um risco aumentado de eletrocução para o usuário. O usuário de um engenho de proteção altamente condutora pode se transformar em aterramento para a maquinaria ou fios de alta voltagem.

Foi desenvolvida uma pluralidade de produtos e patentes foram concedidas para atender a necessidade de engenhos condutores, isolados ou anti-estática. Os exemplos das patentes incluem as Patentes Norte-americanas n° . 493.782, n°. 2.261.072, e n°. 2.712.099, entre outras. DESCRIÇÃO RESUMIDA DO PEDIDO DE PATENTE

Portanto, um objetivo da presente invenção consiste na apresentação de um equipamento de proteção contra cargas elétricas que solucione os problemas associados com a técnica anterior.

Portanto, de acordo com a realização preferida, é apresentado um equipamento de proteção para descarregar com segurança um potencial elétrico, o qual compreende: uma interface adaptada para ficar em contato com um usuário; uma trajetória condutora na interface que entra em contato com o usuário, em que a trajetória condutora alcança um aterramento; e um primeiro dispositivo de circuito na trajetória condutora, em que o primeiro dispositivo de circuito tem pelo menos uma resistência variável de modo a se opor a um primeiro nível de resistência variável para diminuir uma condutividade na trajetória condutora como uma função de um aumento na diferença de potencial entre o usuário e a terra, para permitir descarga de estática através do equipamento de proteção. Ainda de acordo com a realização preferida, o primeiro dispositivo de circuito compreende uma primeira resistência e um primeiro par de transistores, em que o primeiro par de transistores é arranjado com respeito à primeira resistência de modo a oferecer o primeiro nível de resistência variável de acordo com uma diferença de potencial através da primeira resistência em uma direção de um fluxo de corrente.

Também ainda de acordo com a realização preferida, o equipamento de proteção compreende um segundo dispositivo de circuito na trajetória condutora em série com o primeiro dispositivo do circuito, em que o segundo dispositivo de circuito tem uma segunda resistência e um segundo par de transistores, sendo que o segundo par de transistores é arranjado com respeito à segunda resistência de modo a oferecer um segundo nível de resistência variável de acordo com uma diferença de potencial através da segunda resistência em uma direção de um fluxo de corrente.

Também ainda de acordo com a realização preferida, os transistores do primeiro par são mosfets, em que os transistores são arranjados em lados opostos da primeira resistência de modo a operar no modo de escoamento quando a

corrente flui do usuário para a terra.

Também ainda de acordo com a realização preferida, os transistores do primeiro par e do segundo par são mosfets, em que os transistores do primeiro par e do segundo par são respectivamente arranjados nos lados opostos da primeira resistência e da segunda resistência de modo a operar no modo de escoamento quando a corrente flui do usuário para a terra.

Também ainda de acordo com a realização preferida, a interface é um sapato, em que o sapato tem uma sola interna, uma sola intermediária isolante, e uma sola externa, sendo que o dispositivo de circuito é acomodado na sola intermediária e em contato com a sola interna e a sola externa.

Também ainda de acordo com a realização preferida, a sola interna tem uma fita condutora em contato com uma camada condutora e com o dispositivo de circuito, em que a camada condutora entra em contato com um pé do usuário.

Também ainda de acordo com a realização preferida, a sola externa compreende pelo menos uma dentre uma parte condutora do salto e uma parte condutora da lingüeta em

contato com o dispositivo de circuito.

Também ainda de acordo com a realização preferida, a interface é qualquer uma dentre uma tira de pulso e uma tira de tornozelo, em que a interface é aterrada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista explodida superior de uma sola de sapato de proteção contra cargas elétricas de acordo

com uma realização da presente invenção;

a Figura 2 é uma vista explodida inferior da sola

de sapato de proteção contra cargas elétricas da Figura 1;

a Figura 3 é uma vista esquemática de um bracelete de pulso de proteção de acordo com uma outra realização da

presente invenção;

a Figura 4 é uma vista esquemática de um bracelete

de tornozelo de proteção de acordo com uma outra realização

da presente invenção; e

a Figura 5 é um circuito utilizado pelo engenho de

proteção contra cargas elétricas das Figuras 1 a 4.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS Com referência agora aos desenhos, e mais particularmente às Figuras 1 e 2, a sola de sapato de proteção contra cargas elétricas construída de acordo com uma realização é mostrada de maneira genérica em 10. A sola 10 do sapato tem do topo à base uma camada condutora 12, uma sola interna 14, uma base 16 do conjunto para a gáspea, uma sola intermediária 18 e um sola externa 20. Outras camadas também podem ser encontradas na sola 10 do sapato, ou algumas das camadas acima descritas podem ser opcionais.

A camada condutora 12 é a interface entre o pé do

usuário e a sola 10 do sapato.

A sola interna 14 é a camada de limpeza, e é tipicamente feita de um material absorvente para absorver odores e umidade. A sola interna 14 é feita de um material

eletricamente isolante.

A base 16 do conjunto é utilizada para conectar a

parte superior à sola 10 do sapato. Embora não esteja mostrado para finalidade de maior clareza, a gáspea pode ser integralmente parte da base 16 do conjunto. A base do

conjunto caracteriza uma abertura 16A.

A sola intermediária 18 relaciona a base 16 do conjunto à sola externa 20. A sola intermediária 18 é feita

de um material eletricamente isolante.

A sola externa 20 é a interface da sola 10 do

sapato com a terra.

Ainda com referência às Figuras 1 e 2, um

dispositivo de proteção contra cargas elétricas utilizado com

a sola 10 do sapato é mostrado genericamente em 30. O

dispositivo de proteção 30 é um componente eletrônico que é

acomodado na sola 10 do sapato. O dispositivo de proteção 3 0

é associado com elementos condutores de modo a fazer parte da

trajetória de dissipação para cargas elétricas do usuário.

Mais especificamente, o dispositivo de proteção 3 0

tem um eletrodo superior 31A e um eletrodo inferior 31B. O

eletrodo superior 31A entra em contato com uma fita condutora

superior 32A. A fita condutora superior 32A entra em contato

com a camada condutora 12, e também passa através de um par

de aberturas na sola interna 14. Uma vez que a sola interna 14 consiste preferivelmente em um material isolante, a fita condutora 33A forma a trajetória condutora entre o usuário e

o dispositivo de proteção 30.

Uma fita condutora inferior 32B entra em contato com o eletrodo inferior 3IB do dispositivo de proteção 30, e entra em contato com a parte de lingüeta condutora 3 3 na parte da frente da sola externa 20, e a parte de salto condutora 34 do salto na parte de trás da sola externa 20, ao passar através da abertura 16A na base 16 do conjunto e um par de aberturas na sola intermediária 18. Uma vez que a sola intermediária 18 consiste preferivelmente em um material isolante, a fita condutora 32B forma a trajetória condutora entre o dispositivo de proteção 30 e a terra. A parte da lingüeta 33 e a parte do salto 34 são feitas tipicamente de materiais condutores, tais como polímeros ou borrachas condutoras selecionadas, entre outros materiais. As fitas condutoras 32A e 32B são feitas tipicamente de um material metálico, e podem ser, como uma alternativa, PCBs nas várias

camadas da sola 10 do sapato.

A fim de superar os problemas associados com os

dispositivos da técnica anterior, o dispositivo de proteção contra cargas elétricas 30 confere uma resistência variável como uma função da carga elétrica acumulada pelo usuário. A resistência variável do dispositivo de proteção é provida na forma de um dispositivo de circuito que exibe níveis variados de resistência para descarregar vários níveis de potenciais de carga elétrica. Com referência à Figura 5, um circuito do dispositivo de proteção 3 0 é mostrado genericamente em 40, e tem o eletrodo superior 3IA e o eletrodo inferior 31B.

Quando a descarga ocorre do usuário para a terra, e desse modo do eletrodo 3IA ao eletrodo 31B, a corrente deve passar através dos transistores 41AB/41BA (primeiro dispositivo de circuito) e 42AB/42BA (segundo dispositivo de circuito). Os transistores estão em uma realização de escoamento do tipo mosfets (isto é, transistor de efeito de campo semicondutor de óxido de metal), embora outros tipos de transistores de efeito de campo também possam ser utilizados. Os transistores 41AB/41BA e 42AB/42BA são selecionados de modo a variar na resistência de acordo com o potencial de descarga em um dos eletrodos, as suas voltagens limite do transistor e as voltagens presentes em sua porta (g) , fonte (s) e terminais de dreno, respectivamente, de modo a operar em um modo de escoamento. Na presente ilustração, o modo de escoamento de operação é assegurado para os transistores 4IAB e 4 2 AB quando uma voltagem positiva estiver presente no eletrodo 31A, isto é, a corrente flui do usuário para a terra, uma vez que em tal caso a Vgs é negativa. Similarmente, o modo do escoamento de operação é

assegurado para os transistores 4IBA e 4 2BA quando uma voltagem positiva estiver presente no eletrodo 31A, isto é, a corrente flui do usuário para a terra, uma vez que em tal

caso a Vgs é positiva. Com as voltagens Vgs negativas presentes nos

respectivos terminais da porta e da fonte dos transistores 4iab e 4 2ab, e as voltagens Vgs positivas presentes nos respectivos terminais da porta e da fonte dos transistores » 4 iba e 4 2BA, todos os transistores irão diminuir a sua condutividade como uma função da diferença de potencial r através dos eletrodos 31A e 31B. Isto é, a resistência total da trajetória de descarga aumenta como uma função do potencial de carga no usuário.

As resistências 43 e 44 são respectivamente as jusantes dos transistores 41AB e 42AB e conferem mais resistência à trajetória de descarga, bem como um meio para detectar se cada transistor irá operar ou não no modo de escoamento. Se a voltagem presente no eletrodo 3 IA, por exemplo, estiver abaixo de um valor limiar mínimo, os transistores operam de maneira tal que a corrente não flui do dreno à fonte (ou da fonte ao dreno) dos transistores 4IAB/4IBA e 42AB/42BA igualmente, e oferecem desse modo uma trajetória resistiva com uma resistência mais baixa do que no caso onde a voltagem presente no eletrodo 3IA é maior do que

um valor limite.

Se a voltagem estiver acima de um valor limite máximo, os transistores 4IAB/BA e 4 2AB/BA opõem as resistências 43 e 44 à corrente, juntamente com as suas próprias resistências internas que variam de acordo com as diferenças da voltagem estabelecidas através de cada uma das resistências 43 e 44, respectivamente.

A ação dos transistores 4IAB/BA e 42AB/BA combina para definir valores intermediários entre os valores limite mínimos e máximos, com o efeito de uma das resistências 43 e 44 definindo a respectiva resistividade operacional ou condutividade de cada transistor, e desse modo a resistência total oferecida pela trajetória de descarga resistiva.

Em uma realização apresentada para finalidades ilustrativas, o dispositivo de proteção 3 0 opõe uma resistência média mais baixa do que 0,02 megaohm para uma voltagem de até 5 V, uma resistência média de aproximadamente 0,4 megaohm entre 5 V e 100 V, uma resistência média de aproximadamente 1,0 megaohm entre 100 V e 300 V, e uma resistência média de aproximadamente 1,4 megaohm acima de 300 V. Outros valores limite podem ser configurados de acordo com o uso contemplado do dispositivo de proteção. Os valores limite acima mencionados são apropriados para permitir que cargas estáticas do usuário sejam dissipadas com segurança para a terra, enquanto protegem o usuário contra choque estático da terra. Deve ser observado que o dispositivo de proteção 3 0 oferece proteção no caso em que um potencial maior é encontrado no eletrodo 3IB (ou terra) em comparação ao eletrodo 31A (usuário) , uma vez que o transistor 42BA (ou o transistor 4IBA no caso de um único conjunto de transistores ser provido) bloqueia toda descarga para o usuário.

0 dispositivo de proteção 30 descrito acima pode ser adaptado para oferecer uma proteção de resistência variável similar no caso em que uma trajetória de descarga é requerida para fluir do eletrodo 31B ao eletrodo 31A (segunda direção) ao inverter os transistores do tipo η para o tipo p, e do tipo ρ para o tipo η na ilustração da Figura 5. Várias outras configurações também são levadas em consideração.

Embora o circuito 4 0 seja mostrado como dotado de conjuntos de pares de transistores/resistência em série em uma ou outra direção, é considerado como limitador do circuito 40 a um par de conjuntos de transistores/resistência em uma única direção. Além disso, um único conjunto de

transistores/resistência ou numerosos conjuntos de

transistores/resistência podem ser providos para o circuito 40 para adaptar o dispositivo de proteção 30 ao seu uso

contemplado.

É contemplada a provisão da proteção variável de resistência em outros formatos. Como um exemplo, com referência à Figura 3, o bracelete de pulso de proteção contra cargas elétricas é mostrado genericamente em 50. O bracelete de pulso 50 é conectado de maneira condutora ao pulso do usuário, e caracteriza o dispositivo de proteção 3 0 como conectado à terra G por um fio 51. Em um outro exemplo, com referência à Figura 4, o bracelete de tornozelo de proteção contra cargas elétricas é mostrado genericamente em 60. O bracelete de tornozelo 60 é conectado de maneira condutora ao tornozelo do usuário, com o dispositivo de proteção sendo conectado à terra por um fio 61.

Claims

1. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO PARA DESCARREGAR COM SEGURANÇA UM POTENCIAL ELÉTRICO, caracterizado pelo fato de compreender: uma interface adaptada para entrar em contato com um usuário; uma trajetória condutora na interface que entra em contato com o usuário, em que a trajetória condutora atinge um aterramento; e um primeiro dispositivo de circuito na trajetória condutora, em que o primeiro dispositivo de circuito tem pelo menos uma resistência variável de modo a se opor a um primeiro nível de resistência variável para diminuir uma condutividade na trajetória condutora como uma função de um aumento na diferença de potencial entre o usuário e a terra, para permitir a descarga estática através do equipamento de proteção.

2. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de circuito compreende uma primeira resistência e um primeiro par de transistores, em que o primeiro par de transistores é arranjado com respeito à primeira resistência de modo a oferecer o primeiro nível de resistência variável de acordo com uma diferença de potencial através da primeira resistência em uma direção de um fluxo de corrente.

3. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um segundo dispositivo de circuito na trajetória condutora em série com o primeiro dispositivo de circuito, em que o segundo dispositivo de circuito tem uma segunda resistência e um segundo par de transistores, sendo que o segundo par de transistores é arranjado com respeito â segunda resistência de modo a oferecer um segundo nível de resistência variável de acordo com uma diferença de potencial através da segunda resistência em uma direção de um fluxo de corrente.

4. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os transistores do primeiro par são mosfets, em que os transistores são arranjados nos lados opostos da primeira resistência para operar no modo de escoamento quando a corrente flui do usuário para a terra.

5. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os transistores do primeiro par e do segundo par são mosfets, em que os transistores do primeiro par e do segundo par são respectivamente arranjados nos lados opostos da primeira resistência e da segunda resistência para operar no modo de escoamento quando a corrente flui do usuário para a terra.

6. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface é um sapato, e o sapata tem uma sola interna, uma sola intermediária isolante, e uma sola externa, em que o dispositivo de circuito é acomodado na sola intermediária e em contato com a sola interna e a sola externa.

7. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a sola interna tem uma fita condutora em contato com uma camada condutora e com o dispositivo de circuito, em que a camada condutora entra em contato com um pé do usuário.

8. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a sola externa compreende pelo menos uma de uma parte condutora do salto e uma parcela condutora da lingüeta em contato com o dispositivo de circuito.

9. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface qualquer uma de uma tira de pulso e uma tira de tornozelo, que a interface é aterrada.