ES2298968T3 - Dispositivo perfeccionado de proteccion de aparatos electricos contra sobretensiones. - Google Patents

Dispositivo perfeccionado de proteccion de aparatos electricos contra sobretensiones. Download PDF

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Abstract

Dispositivo de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones, dispositivo que comprende: un primero y un segundo bloque de conexión (11, 12); un interruptor termosensible (2) que comprende por lo menos una pieza móvil conductora (21) y un primer enlace fusible (221); unos medios elásticos (3) que ejercen una solicitación permanente sobre la pieza móvil (21); y un componente (4) de limitación de tensión de característica tensión-corriente no lineal, como una varistancia, que presenta un primer borne (41) directamente unido con el primer bloque de conexión (11), y un segundo borne (42) selectivamente unido con el segundo bloque de conexión (12) a través del interruptor termosensible (2), siendo mantenida la pieza móvil (21), en funcionamiento normal del dispositivo, por el primer enlace fusible (221) en una posición de cierre, en la cual establece un contacto eléctrico entre unos conductores, primero y segundo, unos los cuales se encuentra en el potencial del segundo bloque de conexión (12) y el otro en el potencial del segundo borne (42) del componente de limitación (4), y adoptando, bajo la solicitación de los medios elásticos (3) y en caso de recalentamiento del componente de limitación (4) que ha provocado una fusión del primer enlace fusible (221), una posición de abertura en la que introduce entre los conductores primero y segundo, un espacio (D) que los aísla entre sí, presentando la pieza móvil (21) una primera zona (211) de unión eléctrica mediante la cual se fija sobre el primer conductor por medio del primer enlace fusible (221), y una segunda zona (212) de unión eléctrica mediante la cual esta pieza móvil (21) se monta, móvil, con respecto al segundo conductor, ejerciendo los medios elásticos (3) sobre la pieza móvil (21) un par que solicita la primera zona (211) de unión a distancia del primer conductor por rotación de la pieza móvil (21) en torno a la segunda zona (212) de unión, caracterizado porque la pieza móvil (21) es rígida y porque el interruptor termosensible (2) comprende un segundo enlace fusible (222) que fija, en funcionamiento normal del dispositivo, la segunda zona (212) de unión eléctrica con el segundo conductor y contribuye a bloquear la rotación de la pieza móvil (21), experimentando este segundo enlace fusible (222) también una fusión en caso de recalentamiento del componente de limitación (4) y permitiendo entonces la rotación de la pieza móvil (21).

Description

Dispositivo perfeccionado de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones.
La invención se refiere, de modo general, al sector de la protección eléctrica.
Más precisamente, la invención se refiere a un dispositivo de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones, por ejemplo debidas al rayo, dispositivo que comprende al menos: un primero y un segundo bloque de conexión; un interruptor termosensible que comprende al menos una pieza móvil conductora y un primer enlace fusible; unos medios elásticos que ejercen una solicitación permanente sobre la pieza móvil; y un componente de limitación de tensión de característica tensión-corriente no lineal, como una varistancia, que presenta un primer borne directamente unido con el primer bloque de conexión, y un segundo borne selectivamente unido con el segundo bloque de conexión a través del interruptor termosensible, siendo mantenida la pieza móvil, en funcionamiento normal del dispositivo, por el primer enlace fusible en una posición de cierre, en la cual establece un contacto eléctrico entre unos conductores, primero y segundo, unos los cuales se encuentra en el potencial del segundo bloque de conexión y el otro en el potencial del segundo borne del componente de limitación, y adoptando, bajo la solicitación de los medios elásticos y en caso de recalentamiento del componente de limitación que ha provocado una fusión del primer enlace fusible, una posición de abertura en la que introduce entre los conductores primero y segundo, un espacio que los aísla entre sí.
Los dispositivos de este tipo, que reciben a veces el nombre de "pararrayos" son bien conocidos en el sector y varios ejemplos de los mismos se ofrecen en las patentes US 3,889,22, US 4,015,228 o también US 4,288,833.
El componente de limitación clásicamente utilizado en estos dispositivos está constituido por una varistancia, montada en serie entre los dos bloques de conexión, con un interruptor termosensible.
En efecto, tal como se indica en las tres patentes antes citadas, las varistancias son, hacia el final de su vida, objeto de un calentamiento importante, ya que el interruptor termosensible tiene precisamente como función desconectar la varistancia antes de que este calentamiento alcance un valor tal que se generen riesgos de explosión o de incendio.
La realización del interruptor termosensible puede presentar esencialmente tres formas conocidas.
En primer lugar es posible utilizar, como pieza móvil, una pieza rígida, fijada a uno por lo menos de los conductores primero y segundo por un enlace fusible constituido por una soldadura de bajo punto de fusión, siendo solicitada dicha pieza móvil en translación por un resorte en una dirección que la aleja de su o de sus soldaduras.
Una solución de este tipo, que se describe por ejemplo en las patentes US 3,301,981, US 3,964,010 o también US 4,015,228, requiere una carrera relativamente importante de la pieza móvil para garantizar la extinción del posible arco eléctrico que pudiera formarse, y conduce por lo tanto a unas dimensiones relativamente importantes de la disposición final.
La segunda posibilidad consiste en utilizar, como pieza móvil, una pieza conductora elástica, cuyo primer extremo se fija de modo estable sobre el primer conductor y cuyo segundo extremo se fija en el segundo conductor por medio de un enlace fusible constituido por una soldadura de bajo punto de fusión, por lo que esta pieza solo es móvil en su segundo extremo, que se libera del segundo conductor, por la elasticidad propia de esta pieza, en cuanto el calentamiento de la varistancia ha provocado la fusión de la soldadura.
Una solución de este tipo que se describe por ejemplo, en la patente US 4,288,833 requiere para constituir la pieza móvil la utilización de un material a la vez conductor y capaz de conservar una elasticidad importante sobre un intervalo amplio de temperaturas, lo que conduce a elegir un material muy específico y por tanto costoso y/o hace que se tenga que dar a la pieza móvil una longitud importante para obtener un espacio aislante suficiente tras la desconexión.
La tercera posibilidad, que se describe en el certificado de utilidad DE 93 05 796, consiste en utilizar como pieza móvil, una pieza localmente flexible, solicitada por un resorte.
Esta pieza móvil presenta entonces una primera zona de unión eléctrica mediante la cual se fija sobre el primer conductor por medio del primer enlace fusible, y una segunda zona de unión eléctrica mediante la cual se monta de forma móvil con respecto al segundo conductor, ejerciendo los medios elásticos sobre dicha pieza móvil un par de fuerzas que solicita la primera zona de unión a distancia del primer conductor por flexión y rotación de la pieza móvil en torno a la segunda zona de unión.
Una solución de este tipo impone limitaciones a la vez con respecto a la utilización del material que constituye la pieza móvil, como con respecto al espesor de dicha pieza.
Dentro de este contexto, la presente invención tiene como finalidad proponer un dispositivo de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones, liberado de los compromisos evocados anteriormente.
Para ello, el dispositivo de la invención, por otra parte de conformidad con la definición genérica que de él se da en el preámbulo de la reivindicación 1, se caracteriza esencialmente porque la pieza móvil es rígida y porque el interruptor termosensible comprende un segundo enlace fusible que fija, en el funcionamiento normal del dispositivo, la segunda zona de unión eléctrica con el segundo conductor y contribuye a bloquear la rotación de la pieza móvil, soportando este segundo enlace fusible también una fusión en caso de recalentamiento del componente de limitación y autorizando entonces la rotación de la pieza
móvil.
En un modo de realización particularmente ventajoso de la invención, el primer conductor está formado por ejemplo directamente por el segundo bloque de conexión, y el segundo conductor está formado por ejemplo directamente por el segundo borne del componente de limitación.
En el caso de que el componente de limitación presente una forma aplanada, una de cuyas dimensiones mínima o espesor se extiende según una primera dirección, el segundo conductor puede presentar asimismo una forma aplanada, una de cuyas dimensiones mínima o espesor se extiende por lo menos prácticamente según la primera dirección, estando entonces de preferencia provista la pieza móvil de un eje de rotación que se extiende a su vez por lo menos prácticamente según la primera dirección.
El eje de rotación de la pieza móvil puede atravesar por ejemplo un ojo practicado en la pieza móvil y/o en el segundo conductor.
En la práctica, el dispositivo de la invención comprende una caja aislante que soporta los bloques de conexión, en la que se alojan el interruptor termosensible, los medios elásticos y el componente de limitación, pudiendo estar formado el eje de rotación de la pieza móvil, por lo menos parcialmente, por una patilla interna de la caja.
Se puede obtener una disposición particularmente compacta y económica previendo que el segundo bloque de conexión presente un plano que se extiende paralelamente al eje de rotación de la pieza móvil, y que esta pieza móvil esté constituida por una plancheta metálica recortada que presente por lo menos un pliegue en ángulo recto que define, sobre dicha pieza móvil, un primer ramal sobre el que está formada la primera zona de unión fijada al plano del segundo bloque por el primer enlace fusible, y un segundo ramal perpendicular al primero y sobre el que está formada la segunda zona de unión fijada al segundo borne del componente de limitación por el segundo enlace fusible.
El dispositivo de la invención puede comprender asimismo, de forma ya conocida, un indicador de desconexión mecánicamente ligado a la pieza móvil por el lado de la primera zona de unión de esta pieza móvil y arrastrado en translación al girar la pieza móvil.
Por otra parte, los medios elásticos están constituidos por ejemplo por un resorte que se extiende paralelamente a una gran dimensión del componente de limitación, entre un punto de enganche realizado en la caja y un punto de enganche realizado sobre la pieza móvil por el lado de su primera zona de unión.
Otras características y ventajas de la invención se podrán apreciar claramente en la descripción que se da a continuación, a título indicativo y sin suponer limitación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
- las figuras 1A y 1B son respectivamente vistas de frente y en perspectiva de un dispositivo según la invención representado, para mayor claridad, sin la caja de la que va normalmente provisto y en su configuración de funcionamiento normal;
- las figuras 2A y 2B son respectivamente vistas de frente y en perspectiva de un dispositivo según la invención representado, para mayor claridad, sin su caja y sin el resorte de tracción de la pieza móvil, y en la configuración inactiva que alcanza al abrirse el interruptor termosensible;
- la figura 3A representa bajo otro ángulo el dispositivo ilustrado en las figuras 1A y 1B;
- la figura 3B representa, a escala ampliada, el detalle indicado con la referencia III en la figura 3A; y
- las figuras 4A y 4B son respectivamente vistas de frente y en perspectiva del dispositivo ilustrado en las figuras 1A y 1B, representado con su caja, pero sin la tapa que sirve para cerrar esta última.
Como se ha indicado anteriormente, la invención se refiere a un dispositivo de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones, particularmente las sobre tensiones debidas al rayo.
Un dispositivo de este tipo comprende, de forma conocida en sí, dos bloques de conexión 11 y 12, un interruptor termosensible 2 asociado a unos medios elásticos como un resorte 3, y un componente 4 de limitación de tensión de característica tensión-corriente no lineal montado en serie con el interruptor termosensible entre los bloques de conexión 11 y 12, componente representado en ese caso con la forma de una varistancia de óxido(s) metálico(s).
El interruptor termosensible 2 comprende una pieza móvil conductora 21 asociada a por lo menos un enlace fusible 221 generalmente constituido por una soldadura de bajo punto de fusión, que funde a una temperatura por ejemplo del orden de 100 a 120°C.
El resorte 3, que tiene como función ejercer de forma permanente sobre la pieza móvil 21 una solicitación en el sentido de una ruptura del enlace fusible 221 está constituido por ejemplo por un resorte helicoidal que trabaja en tracción.
La varistancia 4 presenta dos bornes 41 y 42, el primero de los cuales 41 está enlazado directamente con el primer bloque de conexión 11 y el segundo 42 está enlazado selectivamente con el segundo bloque de conexión 12 a través del interruptor termosensible 2.
En funcionamiento normal del dispositivo, la pieza móvil 21 es mantenida por el enlace fusible 221 en una posición de cierre que se ilustra en las figuras 1A, 1B y 3A y 4B en la que se establece un contacto eléctrico entre dos conductores 12 y 42.
Como lo muestran las figuras, estos conductores están constituidos de preferencia directamente, según la invención, por el segundo bloque de conexión 12 y por el segundo borne 42 de la varistancia 4.
Si adopta otra disposición, conviene prever al menos que el primero de los dos conductores que enlaza la pieza móvil 21 esté al potencial eléctrico del bloque de conexión 12 y que el segundo defina el potencial eléctrico del borne 42 de la varistancia 4 de forma que la varistancia 4 esté conectada a los bloques 11 y 12 en la configuración de funcionamiento normal del dispositivo.
En caso de recalentamiento de la varistancia 4 que tenga como consecuencia una fusión del enlace fusible 221, la pieza móvil 21 adopta, bajo la solicitación del resorte 3, una posición de abertura como la ilustrada en las figuras 2A y 2B y en la que introduce, entre los conductores 12 y 42, un espacio D (figura 2A) que aísla estos conductores entre sí, dejando de estar conectada entonces la varistancia 4 al bloque de conexión 12 sin que la atraviese tampoco ninguna corriente.
Según la invención, la pieza móvil 21 es rígida y está montada en rotación en torno a un eje de rotación distante del enlace fusible 221.
Más precisamente, la pieza móvil 21 presenta en la práctica dos piezas de unión eléctrica, 211 y 212, en este caso asimilable a las dos partes de extremo de esta pieza 21.
La pieza móvil 21 está fijada por una parte sobre el bloque de conexión 12 por su primera zona de unión eléctrica 211 mediante el enlace fusible 221 y, de otra parte, montada en rotación, por su segunda zona 212 de unión eléctrica, con respecto al borne 42 de la varistancia 4. El resorte 3 ejerce por lo tanto sobre la pieza móvil 21 un par de fuerzas que solicita la primera zona de unión 211 a distancia del bloque 12 por rotación de la pieza móvil 21 en torno a la segunda zona de unión 212.
Además del primer enlace fusible 221, el interruptor termosensible 2 comprende de preferencia un segundo enlace fusible 222 que fija, en funcionamiento normal del dispositivo, la segunda zona 212 de unión eléctrica con el segundo borne 42 de la varistancia 4.
Este segundo enlace fusible 222, que contribuye por lo tanto, con el primer enlace fusible 222, a bloquear la rotación de la pieza móvil 21 en la configuración de funcionamiento normal del dispositivo, experimenta a su vez una fusión en caso de recalentamiento normal de la varistancia 4 y autoriza entonces la rotación de la pieza móvil 21.
El segundo enlace fusible, por ejemplo constituido igualmente por una soldadura de bajo punto de fusión, resulta particularmente ventajoso por varias razones.
En primer lugar, asegura entre el segundo borne 42 de la varistancia 4 y la pieza móvil 21 e incluso después de su fusión, una conducción térmica y eléctrica ideal, y en particular muy superior a la que se obtendría mediante un simple contacto directo de este borne 42 y de esta pieza 21.
Correlativamente, este segundo enlace fusible 222 evita la formación, entre el borne 42 y la pieza móvil 21, de un arco eléctrico que podría tener como efecto la soldadura de este pieza 21 con ese borne 42.
Por otra parte, en la medida en que el segundo enlace fusible 222 está más cerca de la fuente de calor que representa la varistancia 4 en estado de recalentamiento, este segundo enlace 222 funde antes que el primer enlace fusible 221 y forma un soporte fluido que facilita la rotación de la pieza 21, que interviene de este modo inmediatamente después de la fusión del primer enlace fusible 221.
En el caso, que corresponde a la situación ilustrada, en que la varistancia 4 presenta una forma aplanada cuya dimensión mínima, denominada todavía espesor, se extiende según una dirección tal como D1 en las figuras 1B y 4B, lo razonable es que, de una parte, cada borne 41 y 42 de la varistancia 4 y por lo menos el segundo borne 42, presente una forma aplanada cuyo espesor se extiende también según la dirección de D1, y por otra parte el eje de rotación 5 de la pieza móvil 21 se extienda también según esta misma dirección D1.
En la práctica, el dispositivo de la invención compren- de una caja aislante 7 que soporta los bloques de conexión 11 y 12 en la que se alojan el interruptor termosensible 2, el resorte 3 y la varistancia 4.
En estas condiciones, es posible prever que el eje de rotación 5 de la pieza móvil 21 esté formado por una patilla interna de la caja 7.
En este caso, o en el caso de que el eje de rotación 5 de la pieza móvil 21 esté formado por un remache, este eje 5 atraviesa por ejemplo un ojo 6 practicado en la pieza móvil 21 y/o en el segundo borne 2 de la varistancia 4.
Por otra parte, el resorte 3 puede extenderse paralelamente a uno de los lados mayores de la varistancia 4, entre un punto de enganche 70 realizado en la caja 7 y un punto de enganche 213 realizado sobre la pieza móvil 21 por el lado de su primera zona 211 de unión.
El segundo bloque de conexión 12, puede estar constituido por una plancheta metálica recortada y plegada en escuadra y presenta ventajosamente un plano 120 que se extiende paralelamente al eje de rotación 5 de la pieza móvil 21.
Para limitar las fugas térmicas a través del bloque de conexión 12 y evitar correlativamente todo retraso en la fusión del primer enlace fusible 221 en caso de recalentamiento de la varistancia 4, este bloque 12 puede realizarse a base de un metal o de una aleación metálica menos conductora del calor que el cobre, y presentar orificios como los que muestra la figura 2B con la referencia 121.
La pieza móvil 21 puede estar constituida a su vez por una plancheta metálica recortada y plegada, aunque realizada de preferencia en cobre o cualquier otro metal o aleación metálica muy conductora del calor.
De este modo, la pieza móvil 21 puede comprender en particular un pliegue 210 en ángulo recto, que define un primer y segundo ramal 21A y 21B de esta pieza móvil 21.
El primer ramal 21A, sobre el que está formada la primera zona 211 de unión eléctrica, se fija en el plano 120 del segundo bloque 12 de la varistancia 4 mediante el primer enlace fusible 221.
El segundo ramal 21B, que es perpendicular al primer ramal 21A y sobre el que está formada la segunda zona 212 de unión eléctrica, se fija en el segundo borne 42 de la varistancia 4 mediante el segundo enlace fusible 222.
El dispositivo de la invención puede comprender finalmente un indicador de desconexión 8 mecánicamente unido a la pieza móvil 21 y que puede ofrecer, particularmente a través de una ventana 71 de la caja 7, una indicación acerca de la posición de la pieza móvil 21.
Para ello, la pieza móvil 21 puede presentar por ejemplo, por el lado de su primera zona 211 de unión, un ala lateral en la que se practica una luz 214 (figura 3B) que recibe por medio de corredera una patilla 80 del indicador de desconexión 8, siendo arrastrada de este modo esta última en translación cuando la pieza móvil 21 pasa de su posición de cierre a su posición de abertura por rotación en torno a su eje 5.

Claims (9)

1. Dispositivo de protección de aparatos eléctricos contra sobretensiones, dispositivo que comprende: un primero y un segundo bloque de conexión (11, 12); un interruptor termosensible (2) que comprende por lo menos una pieza móvil conductora (21) y un primer enlace fusible (221); unos medios elásticos (3) que ejercen una solicitación permanente sobre la pieza móvil (21); y un componente (4) de limitación de tensión de característica tensión-corriente no lineal, como una varistancia, que presenta un primer borne (41) directamente unido con el primer bloque de conexión (11), y un segundo borne (42) selectivamente unido con el segundo bloque de conexión (12) a través del interruptor termosensible (2), siendo mantenida la pieza móvil (21), en funcionamiento normal del dispositivo, por el primer enlace fusible (221) en una posición de cierre, en la cual establece un contacto eléctrico entre unos conductores, primero y segundo, unos los cuales se encuentra en el potencial del segundo bloque de conexión (12) y el otro en el potencial del segundo borne (42) del componente de limitación (4), y adoptando, bajo la solicitación de los medios elásticos (3) y en caso de recalentamiento del componente de limitación (4) que ha provocado una fusión del primer enlace fusible (221), una posición de abertura en la que introduce entre los conductores primero y segundo, un espacio (D) que los aísla entre sí, presentando la pieza móvil (21) una primera zona (211) de unión eléctrica mediante la cual se fija sobre el primer conductor por medio del primer enlace fusible (221), y una segunda zona (212) de unión eléctrica mediante la cual esta pieza móvil (21) se monta, móvil, con respecto al segundo conductor, ejerciendo los medios elásticos (3) sobre la pieza móvil (21) un par que solicita la primera zona (211) de unión a distancia del primer conductor por rotación de la pieza móvil (21) en torno a la segunda zona (212) de unión, caracterizado porque la pieza móvil (21) es rígida y porque el interruptor termosensible (2) comprende un segundo enlace fusible (222) que fija, en funcionamiento normal del dispositivo, la segunda zona (212) de unión eléctrica con el segundo conductor y contribuye a bloquear la rotación de la pieza móvil (21), experimentando este segundo enlace fusible (222) también una fusión en caso de recalentamiento del componente de limitación (4) y permitiendo entonces la rotación de la pieza móvil (21).
2. Dispositivo de protección según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conductor está formado directamente por el segundo bloque de conexión (12).
3. Dispositivo de protección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo conductor está formado directamente por el segundo borne (42) del componente de limitación (4).
4. Dispositivo de protección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente de limitación (4) presenta una forma aplanada, una de cuyas dimensiones mínima o espesor se extiende en una primera dirección (D1), porque el segundo conductor (42) presenta una forma aplanada, una de cuyas dimensiones mínima o espesor se extiende por lo menos prácticamente siguiendo la primera dirección (D1), y porque la pieza móvil (21) está provista de un eje de rotación (5) que se extiende a su vez por lo menos prácticamente según la primera dirección (D1).
5. Dispositivo de protección según la reivindicación 4, caracterizado porque el eje de rotación (5) de la pieza móvil (21) atraviesa un ojo (6) practicado en la pieza móvil (21) y/o en el segundo conductor (42).
6. Dispositivo de protección según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque comprende además una caja aislante (7) que soporta los bloques de conexión (11, 12) y en la cual se alojan el interruptor termosensible (2), los medios elásticos (3) y el componente de limitación (4), y porque el eje de rotación (5) de la pieza móvil (21) está formado al menos parcialmente por una patilla interna de la caja (7).
7. Dispositivo de protección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores combinada con la reivindicación 2 a 4, caracterizado porque el segundo bloque de conexión (12) presenta un plano (120) que se extiende paralelamente al eje de rotación (5) de la pieza móvil (21) y porque esta pieza móvil (21) está constituida por una plancheta metálica recortada que presenta por lo menos un pliegue (210) en ángulo recto que define, sobre dicha pieza móvil, un primer ramal (21A) sobre el que se forma la primera zona (211) de unión fijada al plano (120) del segundo bloque (12) por el primer enlace fusible (221), y un segundo ramal (21B) perpendicular al primero (21A) y sobre el que se forma la segunda zona (212) de unión fijada al segundo borne (42) del componente de limitación (4) por el segundo enlace fusible (222).
8. Dispositivo de protección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un indicador de desacoplamiento (8) mecánicamente enlazado con la pieza móvil (21) del lado de la primera zona (211) de unión de esta pieza móvil y arrastrado en traslación cuando la pieza móvil (21) realiza una rotación.
9. Dispositivo de protección según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una caja aislante (7) que soporta los bloques de conexión (11, 12) y en los que se alojan el interruptor termosensible (2), los medios elásticos (3) y el componente de limitación (4) y porque los medios elásticos (3) están constituidos por un resorte (3) que se extiende paralelamente a una gran dimensión del componente de limitación (4) entre un punto de enganche (70) dispuesto en la caja (7) y un punto de enganche (213) dispuesto sobre la pieza móvil (21) del lado de su primera zona (211) de unión.
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