ES2236851T3 - Derivador de sobretensiones sin circuitos integrados. - Google Patents
Derivador de sobretensiones sin circuitos integrados.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN ABSORBEDOR DE SOBRECARGAS SIN CHIPS EN EL CUAL UN PAR DE ELECTRODOS DE DESCARGAS DISPUESTOS UNO FRENTE A OTRO EN UNA CAJA (1) ESTAN FIJADOS SOLDANDO LA CAJA (1) MANTENIENDO UNA DISTANCIA ENTRE LOS ELECTRODOS DE DESCARGA. EN UNA CAMARA DE AIRE SE CIERRAN HERMETICAMENTE AIRE LIMPIO Y SECO O UNA MEZCLA DE GAS QUE COMPRENDE PRINCIPALMENTE DICHO AIRE.
Description
Derivador de sobretensiones sin circuitos
integrados.
La presente invención se refiere a un absorbedor
de sobretensión y a un procedimiento para fabricar un absorbedor de
sobretensión.
Las ondas dispersas, el ruido y las
perturbaciones electroestáticas que pueden provocar sobretensiones
son fuertes obstáculos para la mejora adicional del más moderno
equipo electrónico. Especialmente, las ondas pulsatorias de alto
voltaje provocan operaciones erróneas de los semiconductores del
equipo electrónico. Estas ondas a veces incluso dañan los
semiconductores o los propios dispositivos.
No obstante, los problemas de este tipo se pueden
solucionar con el uso de absorbedores de sobretensión. Los
absorbedores de sobretensión convencionales producen circuitos
integrados de descarga que tienen un microespacio o núcleos de
descarga aislantes, y los circuitos integrados de descarga están
cerrados herméticamente en una carcasa de vidrio. Por ejemplo, en un
absorbedor de sobretensión de MicroAge fabricado por Mitsubishi
Material Corporation, después de que se expande una película fina
conductora en el núcleo cerámico y de que los electrodos de tapa
metálica se ajustan a ambos bordes del núcleo, una superficie de la
película fina conductora se elimina por medio de láser y se forma
una hendidura, o MicroAge. Los circuitos integrados de descarga
(núcleos de descarga) formados de ese modo están cerrados
herméticamente en un tubo de vidrio. Usando un absorbedor de
tensión de tipo circuito integrado convencional, se puede determinar
un voltaje de descarga a partir de una anchura del MicroAge
mencionado anteriormente (un surco fino en forma de hendidura).
Además, se conoce un absorbedor de sobretensiones
que está compuesto de películas conductoras separadas por
microsurcos. No obstante, como resulta difícil seleccionar
opcionalmente un voltaje de conmutación de un absorbedor de
sobretensión de este tipo, el intervalo de aplicaciones de los
absorbedores de sobretensión de este tipo está sumamente limitado.
La patente estadounidense Nº 4.727.350 describe un absorbedor de
sobretensión que comprende un núcleo de tubo cilíndrico cubierto con
una película conductora que tiene un microsurco de intersección y
cuyo exterior está cerrado herméticamente en un recipiente de
vidrio.
El solicitante de la presente invención también
ha propuesto un absorbedor de sobretensión en la publicación de
patente japonesa, abierta a consulta por el público, Nº Hie
8-306467 que resuelve los problemas convencionales
que se han descrito anteriormente. Según el absorbedor de
sobretensión, disponiendo un núcleo de tubo entre un par de
electrodos cerrados herméticamente en una carcasa y rellenando una
cámara de aire colindante con un gas inerte, se puede conseguir la
absorción de sobretensión a un voltaje de conmutación más elevado
del que era posible en el pasado.
El documento JP 7029667 se refiere a un
absorbedor de sobretensión de tipo descarga y a su fabricación. En
ese documento, un par de contraelectrodos está cerrado
herméticamente a ambos extremos de un tubo aislante, estando cerrado
herméticamente un gas inerte en un espacio formado por los
contraelectrodos y por el tubo aislante. Además, un elemento
desgasificador se proporciona eléctricamente aislado entre los
contraelectrodos. El elemento desgasificador, que permite reducir el
tamaño del absorbedor de sobretensión, nunca participa directamente
en una descarga.
El documento US-4.283.747 tiene
que ver con un protector de sobretensión para tubos de gas que
incluye una carcasa y electrodos separados que forman una envoltura
estanca al gas. Empujando al menos uno de los electrodos hacia el
otro se establece, exactamente, un ancho de un espacio entre los
electrodos. Un centro sometido a esfuerzos de al menos uno de los
electrodos cede plásticamente para establecer la anchura de espacio
deseada.
No obstante, cada uno de los absorbedores de
sobretensión mencionados anteriormente tiene una constitución tal
que los circuitos integrados de descarga o núcleos de descarga
(núcleos de tubo) se producen para determinar una curva de descarga
y los circuitos integrados de descarga o los núcleos de descarga
están cerrados herméticamente en una carcasa. Por lo tanto, la
constitución resulta complicada y exige una mayor cantidad de
procedimientos de producción y no se pueden reducir los costes de
producción. Especialmente, cuando hay que montar muchos
absorbedores de sobretensión en un dispositivo electrónico para
proteger elementos o hacer frente a la oscilación del voltaje en el
suministro de potencia, se debe usar una serie de absorbedores de
sobretensión que directamente lleva a un problema, que aumenta el
coste del equipo del dispositivo completo.
Además, según los absorbedores de sobretensión
propuestos hasta ahora, una corriente de descarga fluye a través del
núcleo de tubo, por lo que es difícil hacer frente a un alto
voltaje de conmutación de diez mil voltios y absorber completamente
una sobretensión de gran energía en el momento de la absorción de
sobretensión. Esto crea el problema de que, debido al voltaje
residual, surge una corriente dinámica (una corriente que fluye
dentro del equipo electrónico para ser protegido debido a la
presencia de un voltaje residual) en un circuito. Además, en los
dispositivos convencionales, existe el problema de que un voltaje
de conmutación varía dependiendo de las especificaciones del núcleo
de tubo.
La presente invención se realiza teniendo en
cuenta los problemas convencionales descritos anteriormente y el
objetivo es proporcionar un absorbedor que se pueda fabricar
fácilmente en grandes cantidades debido a su estructura
sorprendentemente simple y que se pueda aplicar a un amplio
intervalo de voltaje de pico y a una capacidad de resistencia a la
sobretensión.
La presente invención está dirigida a
proporcionar un absorbedor de sobretensión que sea capaz de llevar a
cabo una absorción de sobretensión en un amplio intervalo de
voltajes de funcionamiento, que absorba instantáneamente gran
energía reduciendo sorprendentemente la resistencia en el momento de
la absorción de sobretensión, y eliminando con seguridad cualquier
voltaje residual que quede después de una absorción de sobretensión
convencional y cualquier corriente dinámica que surja como
consecuencia del voltaje residual. Además, el absorbedor de
sobretensión es una mejora que es capaz de un ajuste perfecto del
voltaje de descarga, de la velocidad de descarga y de la capacidad
de resistencia a la sobretensión (corriente de sobretensión)
permitiendo un diseño opcional de cada parte del absorbedor de
sobretensión. Este objetivo se consigue con el absorbedor de
sobretensión según la reivindicación 1 y con el procedimiento para
fabricar un absorbedor de tensión según la reivindicación 4.
La presente invención se caracteriza porque un
par de electrodos de descarga que tienen terminales conductores
están dispuestos frente a frente a una distancia preestablecida en
una carcasa, la carcasa se funde a la vez que se mantiene la
distancia preestablecida y ambos bordes de la carcasa están soldados
a los electrodos o a los terminales conductores.
Por lo tanto, según la presente invención, el par
de electrodos de descarga se mantiene exactamente en una disposición
tal que están enfrentados entre sí a una distancia preestablecida en
la carcasa y, manteniendo esta disposición, los electrodos o los
terminales conductores se cierran herméticamente soldando con calor
la carcasa. Por lo tanto, es posible seleccionar opcionalmente la
distancia entre estos dos electrodos de descarga y facilitar el
ajuste exacto de la distancia.
Hasta ahora, se conocía un protector de tubos de
gas fabricado por Ishizuka Electronics Corporation como un
absorbedor de sobretensión típico sin circuitos integrados. Este
dispositivo convencional tiene una constitución tal que los
electrodos están dispuestos enfrentados entre sí a una distancia
preestablecida mantenida por materiales aislantes, tales como
vidrio. No obstante, en el protector de tubos de gas, una distancia
entre los electrodos opuestos está determinada según la longitud de
un tubo aislante, y el tubo aislante y los electrodos están
soldados. Una constitución de este tipo exige la preparación de una
gran variedad de tubos aislantes de longitudes variadas para obtener
diversos tipos de electrodos opuestos, concretamente, electrodos
opuestos separados por distancias variadas, y resulta
sustancialmente imposible obtener un absorbedor de sobretensión sin
circuitos integrados que sea aplicable a un amplio intervalo de
voltaje de descarga y a una capacidad de resistencia a la
sobretensión. Además, como en los tubos aislantes hechos de vidrio,
dado que la distancia entre los electrodos está determinada según
la longitud de un tubo aislante, la distancia entre los electrodos
oscila cuando el tubo aislante y los electrodos se sueldan con
calor. Dadas las circunstancias, no se puede usar la
termosoldadura, y el tubo aislante y los electrodos se deben soldar
en sus superficies opuestas. Por lo tanto, debido al fundente o
similar que surge en el momento de la soldadura, se produce una
contaminación grave en una cámara de aire, llevando, por lo tanto,
a un deterioro importante de las curvas de descarga.
A diferencia del dispositivo convencional
descrito anteriormente, la presente invención tiene la ventaja de
que se pueden obtener fácilmente diversos tipos de distancias
exactas entre los electrodos porque la carcasa está sellada con
calor en la condición en que se mantiene exactamente una distancia
entre un par de electrodos opuestos independiente de la carcasa.
Además, la presente invención se caracteriza
porque tiene una carcasa, un par de electrodos de descarga que están
dispuestos uno enfrente de otro en la carcasa y conectados a
conductores o terminales, respectivamente, y una cámara de aire
formada entre el par de electrodos de descarga y porque aire limpio
y seco, un gas mixto del aire limpio y seco con un gas inerte, o un
gas mixto del aire limpio y seco con un gas de nitrógeno está
cerrado herméticamente en la cámara.
Por lo tanto, según la presente invención,
utilizando un espacio de aire preestablecido, el par de electrodos
de descarga están cerrados herméticamente en la carcasa, y el aire
limpio y seco o un gas mixto del aire limpio y seco con un gas
inerte o un gas de nitrógeno, está cerrado herméticamente en la
cámara de aire. Por lo tanto, con una estructura sorprendentemente
simple, es posible hacer frente a las sobretensiones o a un amplio
intervalo de voltaje de conmutación. Además, dado que la
resistencia al gas en la cámara de aire es muy baja en el momento
de la descarga de aislamiento, la resistencia de funcionamiento
cuando surge la ruptura dieléctrica de gas como consecuencia de un
voltaje de pico es muy baja. Por lo tanto, se puede absorber
inmediatamente una sobretensión de alto voltaje de conmutación y se
puede evitar eficazmente el voltaje residual que ha surgido hasta
ese momento. Es muy conocido un absorbedor de sobretensión en el
que un espacio de aire se proporciona sólo entre electrodos como
el protector de tubos de gas descrito anteriormente. No obstante,
según la presente invención, cerrando herméticamente suficiente aire
limpio y seco en la cámara de aire y llevando a cabo de un modo
estable una ruptura dieléctrica del interior de la cámara de aire,
dispuesta entre los electrodos opuestos, es posible proporcionar de
un modo seguro una trayectoria de absorción de sobretensión muy
útil.
La presente invención se caracteriza porque aire
limpio y seco con una humedad del cinco por ciento o menos y una
pureza del 99,99 por ciento (0,5 \mumop), que es superior a la
pureza que se obtendría por medio de la filtración de aire normal,
está cerrado herméticamente en una cámara de aire.
En otro aspecto más de la presente invención, al
menos uno del par de electrodos de descarga forma una superficie de
descarga plana que está en contacto con un espacio de aire.
El absorbedor de sobretensión sin circuitos
integrados según la presente invención puede ser un recipiente
hermético hecho de vidrio o plástico.
El aire que se va a cerrar herméticamente en la
cámara de aire, según la presente invención, no es aire normal, sino
aire limpio y seco, como se ha descrito anteriormente. Su pureza es
99,99 por ciento (0,5 \mumop) que es superior a la pureza que se
obtendría mediante la filtración de aire normal. Respecto a la
sequedad, la humedad es cinco por ciento o menos, preferentemente,
tres por ciento o menos. Además, cuando lo exige la ocasión, por
ejemplo, cuando es necesario ajustar un voltaje de conmutación de
sobretensión, el aire que se va a cerrar herméticamente en la
cámara de aire se puede mezclar con otro gas inerte o similar. Se
prefiere usar argón o neón como un gas inerte mixto. También se
prefiere usar nitrógeno en lugar de un gas inerte mixto de este
tipo.
El absorbedor de sobretensión sin circuitos
integrados, que se ha descrito anteriormente, se puede usar
ampliamente en circuitos electrónicos muy complicados que son
componentes importantes para volver a inicializar un ordenador de
alta velocidad que tiene una memoria de almacenamiento masivo. Por
lo tanto, es posible excluir eficazmente la influencia de las ondas
de sobretensión que resulta de las frecuentes operaciones de
ENCENDIDO/APAGADO de un visualizador de ordenador u otro equipo
electrónico.
Además, el absorbedor de sobretensión sin
circuitos integrados según la presente invención también se puede
usar en dispositivos que se van a conectar a líneas de teléfono,
tales como un aparato de teléfono, una radio, un fax, un módem y un
intercambiador de teléfono controlado por programas; en dispositivos
que se van a conectar a antenas o a conductores de señal, tales como
un amplificador, una grabadora, una radio de automóvil, un
transceptor de radio y un conductor de señal detector; en
dispositivos necesarios para prevención electrostática, tales como
un visualizador y un monitor; en aparatos electrodomésticos y en
equipo electrónico controlado por ordenador. El absorbedor de
sobretensión sin circuitos integrados también hace las veces de un
dispositivo de prevención de sobrevoltaje. En otras palabras, es un
dispositivo electrónico eficaz para contraatacar la influencia
peligrosa de la electricidad estática.
La Fig. 1 es un diagrama de bloques que muestra
la constitución básica de un absorbedor de sobretensión según la
presente invención.
La Fig. 2 ilustra otra forma de realización en la
que los terminales están ajustados a los electrodos de descarga de
la presente invención y en la que convexidades adicionales se
proporcionan en las superficies de los electrodos de descarga.
La Fig. 3 ilustra otra forma de realización más
en la que una convexidad está ajustada a uno de los electrodos de
descarga.
La Fig. 4 muestra una convexidad en forma de cono
circular que está ajustada a uno de los electrodos de descarga.
La Fig. 5 muestra un electrodo de descarga, cuyo
cuerpo completo tiene forma de cono circular.
La Fig. 6 es un diagrama de bloques que muestra
convexidades cónicas que se proporcionan en las superficies de ambos
electrodos de descarga, respectivamente.
La Fig. 7 es un diagrama de bloques que muestra
convexidades opuestas en forma de cono circular que se proporcionan
en las superficies de ambos electrodos de descarga.
La Fig. 8 ilustra una forma de realización en la
que los cuerpos completos respectivos de ambos electrodos de
descarga tienen forma de cono circular.
La Fig. 9 ilustra una forma de realización en la
que ambos electrodos de descarga tienen convexidades cónicas.
La Fig. 10 ilustra una forma de realización según
la presente invención en la que ambos electrodos de descarga tienen
distintas configuraciones.
La Fig. 11 muestra un aislante fijado a la
circunferencia de un electrodo conductor a fin de llevar a cabo la
presente invención de un modo simple.
La Fig. 12 muestra una cámara de aire formada
haciendo un corte en el aislante que se muestra en la Fig. 11 y
eliminando una parte del electrodo conductor.
La Fig. 13 ilustra una forma de realización de
otro absorbedor de sobretensión según la presente invención en el
que un aislante, que tiene la cámara de aire obtenido en la forma
que se muestra en la Fig. 12, está cerrado herméticamente.
La Fig. 14 muestra una modificación de la forma
de realización que se muestra en la Fig. 13 en la que se
proporciona una pluralidad de cámaras de aire.
La Fig. 15 muestra una forma de onda de pico
inicial que se va a usar para la presente invención.
La Fig. 16 es un diagrama de características que
muestra un estado de absorción de un voltaje de pico que se muestra
en la Fig. 15 según la presente invención.
| 1 y 32: | Carcasa |
| 2 y 28: | Electrodo de descarga |
| 3 y 20: | Conductor o terminal |
| 4 y 30: | Cámara de aire |
| 6: | convexidad |
La Fig. 1 muestra una forma de realización
preferente de un absorbedor de sobretensión sin circuitos integrados
según la presente invención. El absorbedor de sobretensión sin
circuitos integrados comprende una carcasa 1 (por lo general un
recipiente de vidrio), electrodos de descarga 2 (por ejemplo,
electrodos Duet), dos conductores 3 ó terminales pelados 3 para ser
conectados a los electrodos de descarga 2, respectivamente, (véase
la Fig. 2) y una cámara de aire 4 formada entre los electrodos de
descarga.
La presente invención se refiere a un diodo capaz
de absorber eficazmente ondas flotantes de alto voltaje o impulsos
de sobretensión al que se aplica un principio por el que la energía
eléctrica se consume y absorbe convirtiendo la energía eléctrica en
energía luminosa. Una reacción característica del absorbedor es
básicamente diferente del fenómeno luminoso de un diodo emisor de
luz (LED) o de un tubo de descarga que gradualmente se agota de alta
luminancia hasta la extinción.
Como se ha descrito anteriormente, según la forma
de realización que se muestra en la Fig. 1, en el absorbedor de
sobretensión sin circuitos integrados según la presente invención,
la cámara de aire 4 está formada entre los electrodos de descarga 2
dispuestos frente a frente en la carcasa 1, y cuando se aplica un
voltaje de pico entre ambos electrodos de
descarga 2, la energía de pico se puede absorber debido a la ruptura dieléctrica que se produce en la cámara de aire 4.
descarga 2, la energía de pico se puede absorber debido a la ruptura dieléctrica que se produce en la cámara de aire 4.
Como resulta evidente gracias a la Fig. 1, la
presente invención se caracteriza porque no se usan circuitos
integrados de descarga o núcleos de descarga convencionales. Como se
ha descrito anteriormente, en el absorbedor de sobretensión sin
circuitos integrados según la presente invención, el par de
electrodos de descarga 2 están solamente dispuestos uno frente al
otro en la carcasa 1. En la presente invención, para llevar a cabo
realmente dicha constitución el par de electrodos de descarga 2 está
dispuesto frente a frente en la carcasa 1. Normalmente, uno del par
de electrodos de descarga 2 está introducido en un agujero
proporcionado en una fijación inferior, y a la vez, la carcasa 1
está colocada en el agujero. Según la presente invención, en este
estado de introducción, el diámetro exterior de los electrodos de
descarga 2 se selecciona para que sea ligeramente superior al
diámetro interior de la carcasa 1. Por lo tanto, no hay obstáculo
para introducir los electrodos de descarga 2 en la carcasa 1, y uno
de los electrodos de descarga 2 y la carcasa 1 se mantienen
realmente rectos en el armazón inferior. El otro electrodo de
descarga 2 es entonces introducido en un agujero proporcionado en
el armazón superior. De ese modo, el armazón superior está colocado
en el armazón inferior y mantenido en éste. En un estado de este
tipo, dado que el otro de los electrodos de descarga 2 tiene un
diámetro exterior ligeramente inferior al diámetro interior de la
carcasa 1, en la condición en que los armazones superior e inferior
estén cerca uno de otro, el otro de los electrodos de descarga 2,
sujeto por el armazón superior, cae verticalmente y se coloca en
contacto con uno de los electrodos de descarga 2. El otro de los
electrodos de descarga 2 dispuesto en el armazón superior es
entonces levantado una distancia preestablecida y mantenido en
posición. Se usa cualquier mecanismo opcional para levantar y
mantener el electrodo, pero la distancia de levantado del electrodo
tiene que estar exactamente controlada según la precisión
necesaria. Por lo tanto cuando concluye la preparación, la
distancia entre ambos electrodos de descarga 2 se ajusta
exactamente a un valor preestablecido. Posteriormente, los armazones
superior e inferior se colocan a una alta temperatura o el trabajo
de preparación para el ensamblaje, descrito anteriormente, se lleva
a cabo a una alta temperatura desde el principio. Por lo tanto, los
electrodos de descarga 2 y la carcasa 1 se calientan en ambos de
los armazones superior e inferior. Normalmente, cuando se calienta
a 600ºC, la carcasa 1 se funde y ambos de sus bordes se sueldan y
se fijan fuertemente a ambos electrodos de descarga 2 en la Fig. 1.
Está de más decir que ambos bordes de la carcasa 1 se pueden soldar,
en lugar de a los electrodos de descarga 2, a los terminales
conductores, según lo exija el diseño. De cualquier forma, según la
presente invención, calentados a una alta temperatura y
posteriormente enfriados, los electrodos de descarga superior e
inferior 2 están colocados exactamente en la fijación. La carcasa 1
se suelda manteniendo la distancia entre dichos electrodos, según
lo descrito anteriormente. Se debería entender que, según la
presente invención, se puede obtener una distancia muy precisa
entre los electrodos de descarga, como se muestra en la Fig. 1.
Además, según la presente invención, la distancia se puede ajustar
a cualquier distancia cambiando opcionalmente la distancia entre los
electrodos de descarga sujetos por los armazones superior e
inferior. A diferencia del protector de tubo de gas convencional,
se puede obtener, de un modo fácil y exacto, un amplio intervalo de
absorbedores de sobretensión sin circuitos integrados.
Además, la presente invención se caracteriza
porque un gas que se va a cerrar herméticamente en la cámara de aire
4 es aire limpio y seco o un gas mixto de aire limpio y seco y de
un gas inerte o nitrógeno.
Según la invención, la pureza del aire es 99,99
por ciento (0,5 \mumop), que es superior a la pureza que se
obtendría mediante la filtración de aire normal y porque, respecto a
la sequedad, la humedad se mantiene en el cinco por ciento o menos,
prefiriéndose una humedad del tres por ciento o menos.
En esta forma de realización, el aire normal
puede filtrarse por medio de un filtro ATOMS ULTRA ULNA fabricado
por Nippon Muck Co. Ltd. y ese aire en el que se recogen
macropartículas de 0,05 \mum hasta el 99,9999 por ciento o más se
acumula y se usa.
Usando un aire limpio y seco de este tipo, un
voltaje de ruptura dieléctrica en la cámara de aire 4 resulta
sorprendentemente estable. Más específicamente, en relación con la
ruptura dieléctrica según la presente invención, si un voltaje de
pico aplicado entre ambos electrodos de descarga 2 sobrepasa un
voltaje de conmutación preestablecido surgirá ligeramente una fuente
de ruptura dieléctrica en una parte de la superficie 5, que está en
contacto con la cámara de aire 4, en la Fig. 1, y la ruptura
dieléctrica se extenderá instantáneamente sobre toda la cámara de
aire 4. Por consiguiente, el aire limpio y seco estará
uniformemente sometido a la ruptura dieléctrica en poco tiempo, y
una gran corriente de aislamiento puede fluir entre ambos
electrodos de descarga.
Como se ha descrito anteriormente, en el
absorbedor de sobretensión sin circuitos integrados según la
presente invención, los electrodos de descarga opuestos están
dispuestos en la cámara de aire 4, y no hay aislantes entre los
electrodos de descarga. Por lo tanto, es posible eliminar los
fenómenos desfavorables convencionales, tales como una disminución
importante de la distancia entre los electrodos de descarga que
resulta de la adhesión de moléculas de cobre, generadas en el
momento de la descarga, a la superficie de un aislante y
proporcionar una absorbedor de sobretensión estable con una vida
útil larga.
Según la presente invención, un voltaje de
conmutación de este tipo, una corriente de aislamiento (capacidad de
resistencia a la sobretensión) y una velocidad de funcionamiento
están determinados principalmente por la capacidad de la cámara de
aire 4, por una longitud del espacio entre los electrodos de
descarga 2 ó por un tipo o presión del gas cerrado herméticamente.
Alterando alguno de estos factores, se puede obtener opcionalmente
un absorbedor de sobretensión con un amplio intervalo de voltaje de
conmutación de sobretensión. En la forma de realización que se
muestra en la Fig. 1, se puede seleccionar opcionalmente un voltaje
de conmutación entre los de, aproximadamente, 50 a 13.000 voltios
según los factores elegidos.
La tabla siguiente muestra algunos ejemplos
típicos de la distancia entre los electrodos de descarga y los
voltajes de conmutación según la presente invención.
Un efecto característico de la presente invención
es que, debido al uso de aire limpio y seco, se puede aumentar
sorprendentemente una densidad de corriente admisible en la cámara
de aire 4 en el momento de la ruptura dieléctrica. Esto significa
que la resistencia del aire limpio y seco es baja en el momento de
la ruptura dieléctrica.
Según la presente invención, dado que la ruptura
dieléctrica se produce instantáneamente y una gran cantidad de
corriente de descarga admisible fluye entre los electrodos de
descarga 2, aun cuando surge un gran voltaje de pico, la energía de
pico se puede absorber instantáneamente. Por lo tanto, es posible
eliminar con seguridad los problemas convencionales, tales como
aparición de voltaje residual o continuación de cierta corriente
dinámica debido al voltaje residual. En la presente invención, se
prefiere que como un recipiente para formar la carcasa 1, por
ejemplo, se use un recipiente de diodo de vidrio de tipo
DO-34 standard internacional con un diámetro
interior de 0,66 mm. Ambos electrodos de descarga 2 se introducen
en los bordes del recipiente de un modo adecuado respecto al
diámetro interior. Usando electrodos Duet como dichos electrodos de
descarga y llevando a cabo el calentamiento en las condiciones
descritas anteriormente, la carcasa 1 y los electrodos de descarga 2
se pueden cerrar herméticamente perfectamente. Este trabajo de
cierre hermético se lleva a cabo dentro de una cámara de aire
limpio y seco. En consecuencia, aire limpio y seco es cerrado
herméticamente en la cámara de aire 4. Naturalmente, otro material
plástico o un material plástico de contracción también se pueden
usar para la carcasa 1 descrita anteriormente.
También se prefiere usar un recipiente de tipo
DO-35 Standard internacional (diámetro interior:
0,76 mm) o tipo DO-41 (diámetro interior: 1,53 mm)
como la carcasa 1. Como un absorbedor de sobretensión con una gran
capacidad, se puede usar también un recipiente de diodo de vidrio
con un diámetro exterior de 3,1 mm. Además, con el aire limpio y
seco, que se va a cerrar herméticamente en la cámara de aire 4, se
puede mezclar, argón, neón, helio o nitrógeno y seleccionando de
manera adecuada la combinación de mezcla, se pueden ajustar
opcionalmente el voltaje de pico, la capacidad de resistencia a la
sobretensión o la velocidad de reacción.
Según la presente invención, como se ha descrito
anteriormente, el aire limpio y seco está cerrado herméticamente en
la cámara de aire 4. Por lo tanto, cuando se cambia una curva de
sobretensión mezclando los diversos gases descritos anteriormente y,
por ejemplo, se selecciona un voltaje de pico entre 50 y 15.000, la
exactitud de funcionamiento en cada voltaje establecido se puede
controla con, aproximadamente, un margen de error de 10 voltios,
siendo necesario sólo un ajuste muy preciso. Usando el aire limpio
y seco, las moléculas que constituyen el aire son distribuidas
uniformemente en la cámara de aire 4 y, por lo tanto, la capacidad
preestablecida de la cámara de aire 4 y el tipo y la presión de los
gases cerrados herméticamente llevan a la estabilización del
voltaje de pico una vez establecido.
Además, según la presente invención, debido al
uso de aire limpio y seco, la resistencia en el momento del
aislamiento es muy baja, por lo que una corriente de sobretensión
admisible en el momento de la ruptura dieléctrica en la cámara de
aire puede ser grande. Por lo tanto, aun cuando surge un gran
voltaje de pico, la energía de pico se puede absorber
instantáneamente. Por ejemplo, en la publicación de patente
japonesa, abierta a consulta por el público, Nº Hie
8-306467 que se ha descrito anteriormente, si se
establece que un voltaje de pico sea 6,000 voltios, cuando se
aplican 10,500 voltios, puede fluir una corriente de sobretensión
de 1,050 amperios debido al absorbedor de sobretensión. No
obstante, incluso después de la absorción de sobretensión, quedará
un voltaje residual de 4,500 voltios, por lo que surgirá una
corriente dinámica de 450 amperios en un circuito. Por otro lado,
en las mismas condiciones, el absorbedor de sobretensión de la
presente invención puede dejar casi a cero el voltaje residual y la
corriente dinámica.
La Fig. 2 ilustra una segunda forma de
realización de la presente invención. Como se ha descrito
anteriormente, esta forma de realización se caracteriza porque en
lugar de hilos conductores, se ajustan terminales 3 a los bordes
exteriores de los electrodos de descarga 2.
Además, según la segunda forma de realización que
se muestra en la Fig. 2, convexidades respectivas 6 se proporcionan
en las superficies 5 de ambos electrodos de descarga 2 que están
frente a la cámara de aire 4. Debido a la presencia de estas
convexidades 6, cuando se aplica un voltaje de pico, se induce
fácilmente la ruptura dieléctrica en la cámara de aire 4. A
diferencia del voltaje de conmutación, una capacidad de resistencia
a la sobretensión (corriente) en el momento de la ruptura
dieléctrica no está determinada por estas convexidades 6, sino más
bien por la capacidad de la cámara de aire 4 (especialmente, el
área de los electrodos de descarga) y el tipo y la presión de los
gases cerrados herméticamente.
La Fig. 3 muestra una forma de realización
similar a la de la Fig. 2. Los elementos de descripción detallados
de la Fig. 3 ya descritos anteriormente no se repetirán, pero una
característica de la forma de realización de la Fig. 3 es que una
convexidad 6 se proporciona en la superficie 5 de uno de los
electrodos de descarga 2. Según la presente invención, la ruptura
dieléctrica en la cámara de aire 4 también es inducida por esta
convexidad unilateral 6, por lo que se puede establecer un voltaje
de pico estable.
Además, dado que la convexidad 6 que se ha
descrito anteriormente induce ruptura dieléctrica en la cámara de
aire 4, el voltaje de conmutación se puede determinar según la
configuración de la convexidad 6 ó según la distancia entre la
convexidad 6 y el otro de los electrodos de descarga 2. Una
capacidad de resistencia a la sobretensión en el momento de la
absorción de sobretensión se determina según la capacidad de la
cámara de aire 4. A diferencia de la forma de realización que se
muestra en la Fig. 1, según la forma de realización que se muestra
en la Fig. 2, aun cuando un voltaje de conmutación de sobretensión
sea comparativamente bajo, se puede proporcionar una gran capacidad
de resistencia a la sobretensión.
La Fig. 4 muestra una modificación de la forma de
realización que se muestra en la Fig. 3. En la Fig. 3, una
convexidad cilíndrica 6 sobresale de uno de los electrodos de
descarga 2, mientras que en la Fig. 4 sobresale una convexidad
cónica 6.
La Fig. 5 muestra una convexidad 6 cuya
configuración se diferencia de las que se han descrito
anteriormente. Una superficie 5 de uno de los electrodos de descarga
2 en contacto con la cámara de aire 4 tiene una forma cónica. Ésta
forma una convexidad 6 cuyo vértice está más cerca del otro de los
electrodos 2. Según esta forma de realización, como en el caso en
que el vértice de la convexidad 6 de uno de los electrodos de
descarga 2 está cerca del otro de los electrodos de descarga 2, la
capacidad de la cámara de aire puede ser lo suficientemente grande
y, por lo tanto, la capacidad de resistencia a la sobretensión puede
ser grande, lo que es una ventaja de la presente forma de
realización. Además, a diferencia de las formas de realización que
se muestran en las Figs. 2, 3 y 4, la forma de realización que se
muestra en la Fig. 5 tiene la ventaja adicional de facilitar el
procesamiento de la convexidad 6. Las Figs. 6 y 7 muestran formas
de realización en las que la convexidad unilateral mencionada
anteriormente que se muestra en las Figs. 3 y 4 se aplica a ambos
electrodos de descarga. Como consecuencia, como la cámara de aire 4
tiene capacidad suficiente y la longitud de espacio opuesto de
ambas convexidades 6 se reduce, se puede obtener un bajo voltaje de
conmutación de sobretensión.
La forma de realización que se muestra en la Fig.
8 muestra una constitución en la que el electrodo de descarga
cónico unilateral 2 de la forma de realización que se muestra en la
Fig. 5 está dispuesto en ambos laterales de los electrodos de
descarga 2. Según esta forma de realización, poniendo los vértices
cónicos de ambos electrodos de descarga uno cerca de otro, se puede
disminuir el voltaje de conmutación de sobretensión. Asimismo,
aumentando la capacidad de la cámara de aire 4, se puede reducir la
capacidad electrostática del absorbedor de sobretensión y se puede
aumentar la capacidad de resistencia a la sobretensión.
Según la forma de realización que se muestra en
la Fig. 9, ambos electrodos de descarga 2 tienen una convexidad
cónica. Esto lleva a un resultado en el que la mayor parte de la
cámara de aire 4 está, ópticamente, protegida del exterior. Más
específicamente, según la forma de realización que se muestra en la
Fig. 9, con una configuración de este tipo, es posible eliminar un
así llamado "efecto de ocultación" en el que, debido a la
influencia de la luz del exterior, oscila un voltaje de pico del
absorbedor de sobretensión. En términos generales, si la luz
externa es intensa, tenderá a aumentar un voltaje de pico del
absorbedor de sobretensión. No obstante, según la forma de
realización, dado que en la cámara de aire 4 entra poca luz
externa, el efecto de ocultación convencional se puede reducir
sorprendentemente incluso cuando la luz externa es intensa
La Fig. 10 muestra una modificación de la forma
de realización que se muestra en la Fig. 5. Según esta
modificación, uno de los electrodos de descarga 2, tiene una
superficie convexa, mientras que el otro tiene una superficie
cóncava. Por lo tanto, seleccionando cualquier superficie de los
electrodos de descarga, es posible seleccionar opcionalmente la
capacidad de la cámara de aire 4 para determinar la longitud de
espacio y el voltaje de resistencia a la sobretensión que induce la
descarga.
Las Figs. 11, 12 y 13 muestran otra forma de
realización mediante la que se puede fabricar fácilmente un
absorbedor de sobretensión según la presente invención. En primer
lugar, en la Fig. 10, un hilo conductor 20 que es un cuerpo
unificado de un conductor y electrodos se cubre con aislante 22. Se
prefiere formar el aislante 22 de una mezcla de material plástico y
polvo de cuarzo. Por lo tanto, como se muestra en la Fig. 11, la
constitución es tal que el aislante 22 está enrollado al hilo
conductor 20 y fijado alrededor de éste. En la Fig. 12, una
cuchilla 24 hace un corte 26 casi en el centro del aislante 22 que
se ha descrito anteriormente. Por lo tanto, como se muestra con la
sección de la Fig. 12, el aislante 22 está cortado en una condición
tal que el hilo conductor 20 está incluido en una parte del
aislante 22 y electrodos 28 están formados a ambos lados del hilo
conductor 20, respectivamente. El corte realizado por la cuchilla
24 forma una cámara de aire 30. Como se muestra en la Fig. 13, la
cámara de aire se puede cerrar herméticamente completamente usando
un material plástico de contracción. En ese momento, llevando a
cabo el cierre hermético en un entorno de aire limpio y seco, el
aire limpio y seco, que es una característica de la presente
invención, se cierra herméticamente en la cámara de aire 30. Por lo
tanto, se pueden obtener fácilmente absorbedores de sobretensión
sin circuitos integrados mediante un procedimiento de fabricación
muy sencillo.
En el absorbedor de sobretensión sin circuitos
integrados que se muestra en la Fig. 13, el hilo conductor 20 tiene
un diámetro de 0,8 mm y el aislante 22 tiene un diámetro exterior de
4,5 mm.
En la Fig. 13 descrita anteriormente, el material
plástico de contracción se usa para cerrar herméticamente la cámara
de aire 30. No obstante, en la presente invención, también es
posible conseguir un cierre hermético presionando el aislante 22
dentro de un tubo de material plástico para ingeniería.
La Fig. 14 muestra una modificación que se
diferencia ligeramente de la forma de realización que se muestra en
la Fig. 13. En esta forma de realización, se proporcionan dos
cámaras de aire 30, concretamente, los cortes que se van a hacer en
el aislante, y los cortes se establecen para que sean
perpendiculares al eje del aislante.
De este modo, se puede aumentar la resistencia
del aislante 22, y se puede seleccionar un alto voltaje de
conmutación de sobretensión proporcionando dos cámaras de aire
30.
Obviamente, el número de cámaras de aire 30
también se puede establecer en cualquier número superior a dos lo
que hace posible obtener un absorbedor de sobretensión que funcione
eficazmente hasta altos voltajes de pico de decenas de miles de
voltios.
La Fig. 15 muestra una forma de onda de pico
inicial que surgirá cuando se aplique la forma de realización
preferente de la presente invención que se muestra en la Fig. 1. El
voltaje de pico es 11.120 voltios. La Fig. 16 muestra un voltaje de
descarga en el momento de aplicar el voltaje de pico que se muestra
en la Fig. 14 a un absorbedor de sobretensión de 5.000 voltios según
la presente invención. También muestra que una operación de
absorción de sobretensión se inicia a 5.280 voltios, que el voltaje
cae hasta, aproximadamente, 300 voltios en, aproximadamente, 70
nanosegundos, que casi no queda voltaje residual y que no surge
corriente dinámica.
Como se ha descrito anteriormente, según la
presente invención, cerrando herméticamente aire limpio y seco, o
una mezcla que comprenda principalmente aire limpio y seco, en una
cámara de aire de estructura sencilla proporcionada entre un par de
electrodos de descarga uno frente a otro en una carcasa, es posible
proporcionar un absorbedor de sobretensión que tiene una larga vida,
es excelente en cuanto a resistencia y se puede aplicar ampliamente
a dispositivos eléctricos.
Claims (4)
1. Un absorbedor de sobretensión formado mediante
un procedimiento de:
- disposición de un par de electrodos de descarga (2) que tienen terminales conductores (3) uno frente a otro por su parte superior en una carcasa (1) a una distancia preestablecida ajustada,
- calentamiento de la carcasa (1), a la vez que se mantiene la distancia preestablecida, hasta que ambos bordes de la carcasa (1) están soldados a los electrodos (2) o terminales conductores (3) y
- cierre hermético de aire limpio y seco o de una mezcla de aire limpio y seco y de un gas inerte o nitrógeno en una cámara de aire (4) proporcionada entre dicho par de electrodos de descarga,
en el que el aire limpio y seco cerrado
herméticamente en dicha cámara de aire (4) tiene una humedad del
cinco por ciento o menos y una pureza del 99,99 por ciento (0,5
\mumop) o más.
2. El absorbedor de sobretensión según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
al menos uno de dicho par de electrodos de
descarga (2) forma una superficie de descarga en contacto con dicha
cámara de aire (4).
3. El absorbedor de sobretensión según las
reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado porque
una convexidad para inducir descarga se
proporciona en una superficie de al menos uno de dicho par de
electrodos de descarga (2), estando dicha superficie en contacto con
dicha cámara de aire (4).
4. Un procedimiento para fabricar un absorbedor
de sobretensión que comprende las etapas de:
fijar una carcasa (1) y uno de un par de
electrodos de descarga (2) en un estado en el que uno de un par de
electrodos de descarga (2) que tienen terminales conductores (3) se
introduce, en una posición recta, en cualquier orificio de la
carcasa (1) en una atmósfera de aire limpio y seco o de una mezcla
de aire limpio y seco y de un gas inerte o nitrógeno, en el que
dicho aire limpio y seco tiene una humedad del cinco por ciento o
menos y una pureza del 99,99 por ciento (0,5 \mumop) o más,
colocar dicho par de electrodos de descarga (2)
en un estado en el que el otro de dicho par de electrodos de
descarga (2) que tienen terminales conductores (3) se pasa por
dicha carcasa (1) desde el otro orificio de dicha carcasa (1) y se
coloca estando en contacto con dicho uno de dicho par de electrodos
de descarga (2) y calentar la carcasa (1) y el par de electrodos de
descarga (2) a la vez que se mantiene una posición en la que el otro
de dicho par de electrodos de descarga (2) se levanta a una
distancia predeterminada hasta que ambos laterales de la carcasa
(1) se sueldan al par de electrodos de descarga (2).
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