ES2337695T3 - Elemento de proteccion contra sobretensiones y elemento de encendido para un elemento de proteccion contra sobretensiones. - Google Patents
Elemento de proteccion contra sobretensiones y elemento de encendido para un elemento de proteccion contra sobretensiones. Download PDFInfo
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Abstract
Elemento de protección contra sobretensiones para evacuar sobretensiones transitorias, que comprende al menos dos electrodos (1, 2), al menos un elemento de encendido (3) de material aislante dispuesto entre los electrodos (1, 2) y un explosor (4) de perforación del aire operativo entre los electrodos (1, 2), en donde se produce un arco voltaico entre los dos electrodos (1, 2) al encenderse el explosor (4) de perforación del aire y en donde el elemento de encendido (3) está dispuesto y configurado de modo que entre los dos electrodos (1, 2) esté prevista una zona de aislamiento debilitado, es decir, una zona de encendido, caracterizado porque al aplicar una tensión al elemento de encendido (3), una descarga en la superficie (5) del elemento de encendido (3) da lugar a una unión conductiva entre los dos electrodos (1, 2), presentando la unión conductiva una pequeña capacidad de transporte de corriente, de modo que, cuando se carga esta unión conductiva con una corriente de fuga, se produce un "abrasamiento" de la unión conductora a consecuencia de la pequeña capacidad de transporte de corriente de dicha unión conductora.
Description
Elemento de protección contra sobretensiones y
elemento de encendido para un elemento de protección contra
sobretensiones.
La invención concierne a un elemento de
protección contra sobretensiones para evacuar sobretensiones
transitorias, el cual comprende al menos dos electrodos, al menos
un elemento de encendido de material aislante dispuesto entre los
electrodos y un explosor de perforación del aire operativo entre los
electrodos, originándose un arco voltaico entre los dos electrodos
al encenderse el explosor de perforación del aire. Además, la
invención concierne también a un elemento de encendido para su
empleo en un elemento de protección contra sobretensiones, estando
dispuesto y configurado el elemento de encendido de modo que entre
los dos electrodos esté prevista una zona de aislamiento debilitado
(zona de encendido).
Los circuitos eléctricos de medida, control,
regulación y mando, pero especialmente los circuitos electrónicos
de medida, control, regulación y mando, y sobre todo también los
equipos e instalaciones de telecomunicaciones, son sensibles frente
a sobretensiones transitorias como las que pueden presentarse
especialmente a consecuencia de descargas atmosféricas, pero
también a consecuencia de actuaciones de mando o cortocircuitos en
las redes de suministro de energía. Esta sensibilidad ha aumentado
en la medida en que se emplean componentes electrónicos,
especialmente transistores y tiristores; sobre todo, los circuitos
de mando integrados crecientemente utilizados están amenazados en
fuerte medida por sobretensiones transitorias. Las sobretensiones
pueden destruir en grado considerable aparatos e instalaciones
eléctricos y electrónicos. Los daños no se limitan aquí solamente a
instalaciones industriales y comerciales. También resulta afectada
la técnica de construcción de edificios, incluidos los aparatos de
uso cotidiano en las viviendas privadas, como aparatos de cocina,
instalación telefónica, aparatos de televisión e instalaciones de
sonido de alta fidelidad, así como ordenadores. Sin medidas de
protección eficaz contra sobretensiones hay que contar con altos
costes para la reparación o nueva adquisición de las instalaciones
y aparatos afectados.
Los circuitos eléctricos trabajan normalmente
sin perturbaciones con la tensión especificada para ellos, esto es,
la tensión nominal. Esto no se aplica cuando se presentan
sobretensiones. Como sobretensiones se consideran todas las
tensiones que están por encima del límite de tolerancia superior de
la tensión nominal. Se cuentan entre ellas sobre todo también las
sobretensiones transitorias que pueden presentarse a consecuencia de
descargas atmosféricas, pero también a consecuencia de actuaciones
de mando o cortocircuitos en redes de suministro de energía y que
pueden acoplarse con los circuitos eléctricos por vía galvánica,
inductiva o capacitiva. Para proteger ahora circuitos electrónicos
de medida, control, regulación y mando, sobre todo también equipos
e instalaciones de telecomunicaciones, donde quiera que éstos se
utilicen, contra sobretensiones transitorias, se han desarrollado
elementos de protección contra sobretensiones o dispositivos de
protección contra sobretensiones y éstos son conocidos desde hace
más de veinte
años.
años.
Un componente esencial de elementos de
protección contra sobretensiones de la clase aquí comentada es al
menos un explosor que reaccione a una sobretensión determinada, la
tensión de reacción, e impida así que se presenten en el circuito
protegido por un dispositivo de protección contra sobretensiones
unas sobretensiones que sean superiores a la tensión de reacción
del explosor.
El documento GB 545 677 A revela un elemento de
protección contra sobretensiones con dos electrodos y una capa muy
delgada de material dieléctrico dispuesta entre los electrodos, la
cual está aplicada como revestimiento sobre un electrodo. Cuando se
presenta una sobretensión, se produce entonces un gran número de
descargas entre los dos electrodos a través de los poros de la
capa, de modo que se proporciona una gran capacidad de transporte
de corriente de choque.
Se conoce por el documento DE 23 37 743 A1 un
explosor con dos electrodos y una capa de aislamiento dispuesta
entre los electrodos y que mantiene los electrodos a distancia uno
de otro, en cuyo explosor el sitio de descarga disruptiva se
encuentra entre un lado exterior de un electrodo y un lado exterior
del otro electrodo, de modo que el sitio de descarga disruptiva ya
no está previsto en una cámara cerrada. Se puede evacuar así más
rápidamente la energía producida durante la descarga
disruptiva.
Se ha explicado al principio que el elemento de
protección contra sobretensiones según la invención presenta dos
electrodos y un explosor de perforación del aire existente u
operativo entre los dos electrodos. Con explosor de perforación del
aire se quiere dar a entender de manera muy general un explosor de
perforación; por tanto, deberá quedar comprendido con este término
también un explosor de perforación en el que no esté presente aire
entre los electrodos, sino otro gas. Aparte de elementos de
protección contra sobretensiones con un explosor de perforación del
aire, existen elementos de protección contra sobretensiones con un
explosor de descarga disruptiva en aire, en los que se presenta una
descarga deslizante durante la reacción de los mismos.
Los elementos de protección contra
sobretensiones con un explosor de perforación del aire tienen,
frente a elementos de protección contra sobretensiones con un
explosor de descarga disruptiva en aire, la ventaja de una mayor
capacidad de transporte de corriente de choque, pero adolecen de la
desventaja de una mayor - y también no particularmente constante -
tensión de reacción. Por este motivo, se han propuesto ya diferentes
elementos de protección contra sobretensiones con un explosor de
perforación del aire que se han mejorado en lo que respecta a la
tensión de reacción. En este caso, se han materializado ayudas de
encendido de diferentes maneras en la zona de los electrodos o del
explosor de perforación del aire operativo entre los electrodos,
por ejemplo de tal modo que se ha previsto entre los electrodos al
menos una ayuda de encendido que desencadena una descarga
deslizante y que penetra al menos parcialmente en el explosor de
perforación del aire, está construida en forma de un puente de
unión y consiste en plástico (véanse, por ejemplo, los documentos DE
41 41 681 A1, DE 42 44 051 A1 o DE 44 02 615 A1).
Las ayudas de encendido anteriormente
comentadas, previstas en los elementos de protección contra
sobretensiones conocidos, pueden denominarse, por así decirlo,
"ayudas de encendido pasivas", adoptándose el término de
"ayudas de encendido pasivas" porque no reaccionan ellas
mismas en forma "activa", sino que reaccionan solamente por
efecto de una sobretensión que se presente en los electrodos
principales.
Se conoce por la publicación alemana 198 03 636
un elemento de protección contra sobretensiones o un dispositivo de
protección contra sobretensiones con dos electrodos, un explosor de
perforación del aire operativo entre los dos electrodos y una ayuda
de encendido. En este dispositivo de protección contra
sobretensiones conocidos la ayuda de encendido está realizada como
"ayuda de encendido activa", concretamente debido a que, aparte
de los dos electrodos - denominados allí electrodos principales -,
están previstos aún dos electrodos de encendido. Estos dos
electrodos de encendido forman un segundo explosor de perforación
del aire que sirve de explosor de encendido. En este dispositivo de
protección contra sobretensiones conocido se tiene que, aparte del
explosor de encendido, le sigue perteneciendo a la ayuda de
encendido un circuito de encendido con un elemento de conexión del
encendido. Al aplicarse una sobretensión al dispositivo de
protección contra sobretensiones conocido, el circuito de encendido
con el elemento de conexión del encendido proporciona una reacción
del explosor de encendido. El explosor de encendido o los dos
electrodos de encendido están dispuestos con respecto a los dos
electrodos principales de tal manera que, dado que ha reaccionado el
explosor de encendido, reaccione el explosor de perforación del
aire dispuesto entre los dos electrodos principales. La reacción del
explosor de encendido conduce a una ionización del aire existente
en el explosor de perforación del aire, de modo que, después de la
reacción del explosor de encendido, reacciona entonces también -
bruscamente - el explosor de perforación del aire dispuesto entre
los dos electrodos principales.
En las formas de realización conocidas
anteriormente descritas de elementos de protección contra
sobretensiones con ayudas de encendido se tiene que las ayudas de
encendido conducen a una tensión de reacción mejorada,
concretamente más baja y más constante. Sin embargo, en el caso de
una ayuda de encendido activa es desventajoso el hecho de que es
necesario un circuito de encendido adicional con un elemento de
conexión del encendido para materializar una reacción del explosor
de encendido. Existe entonces el riesgo de que el explosor de
encendido o el circuito de encendido con el elemento de mando del
encendido sea destruido por la corriente instantánea o la corriente
secuencial de la red que se presenta la mayoría de las veces.
En particular, es conocido por el documento
DE-A-4.244.051 un elemento de
protección contra sobretensiones según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Por tanto, la invención se basa en el problema
de proporcionar un elemento de protección contra sobretensiones de
la clase descrita al principio en el que pueda garantizarse de una
manera especialmente sencilla y efectiva una tensión de reacción
relativamente baja y lo más constante que sea posible. El elemento
de encendido empleado para ello deberá poder fabricarse del modo
más sencillo y, por tanto, más barato que sea posible.
El elemento de protección contra sobretensiones
según la invención, con el que se resuelve el problema anteriormente
planteado, se caracteriza ahora en primer lugar y sustancialmente
porque, al aplicar una tensión al elemento de encendido, una
descarga en la superficie del elemento de encendido conduce a una
unión conductiva entre los dos electrodos, presentando la unión
conductiva una pequeña capacidad de transporte de corriente, de modo
que, en caso de carga de esta unión conductiva con una corriente de
fuga, se produzca, a consecuencia de la pequeña capacidad de
transporte de corriente de la unión conductora, un
"abrasamiento" de dicha unión conductora.
Se materializa así un elemento de protección
contra sobretensiones completamente nuevo con un elemento de
encendido o un elemento de encendido completamente nuevo para su
empleo en un elemento de protección contra sobretensiones, tal como
se desprende de la descripción siguiente del funcionamiento.
El elemento de encendido se ha elegido o
dimensionado de modo que, al aplicar una tensión que sea superior a
la tensión de reacción del elemento de protección contra
sobretensiones, se presente en la superficie del elemento de
encendido una descarga deslizante que conduzca a una unión
conductiva entre los dos electrodos - adyacentes al elemento de
encendido -. En caso de carga de esta unión conductiva con una
corriente de fuga se produce entonces, debido a la pequeña
capacidad de transporte de corriente de la unión conductora, un
"abrasamiento" de dicho unión conductora. Debido a este
"abrasamiento" se ioniza la zona de encendido, de modo que se
produce - de golpe - un encendido del explosor de perforación del
aire entre los dos electrodos.
Debido a la unión conductiva que se produce
intencionadamente entre los dos electrodos del explosor de
perforación del aire, el elemento de protección contra
sobretensiones según la invención se diferencia esencialmente de
los elementos de protección contra sobretensiones conocidos. Se
conoce ciertamente por el estado de la técnica (véase el documento
198 56 939 A1) el recurso de disponer un elemento de material
aislante entre los dos electrodos, pero este elemento, en
correspondencia con su función como distanciador, consiste en un
material aislante que, incluso en caso de un arco voltaico
existente, garantiza de manera duradera el aislamiento deseado entre
los dos electrodos.
Se conoce ciertamente también por el documento
DE 42 44 051 A1 un elemento de protección contra sobretensiones en
el que está dispuesto un elemento de encendido de material aislante
entre los dos electrodos, pero en este elemento de protección
contra sobretensiones conocidos el encendido del explosor de
perforación del aire se produce únicamente debido a que se presenta
una descarga deslizante en el elemento de encendido. Por tanto, en
el elemento de protección contra sobretensiones conocido se
materializa un explosor de descarga disruptiva en aire auxiliar
debido a la disposición del elemento de encendido entre los dos
electrodos; por el contrario, no está prevista una unión conductiva
entre los dos electrodos a través del elemento de encendido.
La disposición y configuración anteriormente
descritas del elemento de encendido puede obtenerse preferiblemente
haciendo que la zona de aislamiento debilitado (zona de encendido)
esté materializada por una escotadura practicada en el elemento de
encendido. Esta escotadura puede consistir simplemente, por ejemplo,
en un agujero practicado en el elemento de encendido, estando
entonces la zona de encendido rodeada completamente por el elemento
de encendido. Sin embargo, es posible también formar la zona de
encendido en el lado del borde del elemento de encendido.
Como material para el elemento de encendido
puede emplearse preferiblemente un plástico con un valor CTI
relativamente bajo (CTI = Comparative Tracking Index = Índice de
Seguimiento Comparativo). Empleando un plástico con un bajo valor
CTI - y, por tanto, con una baja resistencia a corrientes de
contorneo - se fomenta la formación deseada de la unión conductiva
en la superficie del elemento de encendido. A diferencia de esto, en
elementos de protección contra sobretensiones conocidos se emplean
para los distanciadores dispuestos entre los electrodos unos
plásticos, por ejemplo POM, con un valor CTI lo más alto
posible.
Según otra ejecución preferida de la invención,
el elemento de encendido está dispuesto y configurado de modo que,
al presentarse un arco voltaico entre los electrodos, se produzca
una carbonización de la superficie del elemento de encendido. Se
consigue así que, al aparecer nuevamente una sobretensión, se
presenten nuevamente en la superficie del elemento de encendido las
condiciones iniciales de una unión conductiva poco apta para
transporte de corriente entre los dos electrodos, de modo que se
produzcan de nuevo un encendido inicial del explosor de perforación
del aire y un "abrasamiento" de la unión conductora y, por
tanto, una ionización de la zona de encendido. Se proporciona así
un elemento de protección contra sobretensiones que, incluso en el
caso de varias sobretensiones que aparezcan sucesivamente en el
tiempo, presenta un comportamiento de reacción constante con una
baja tensión de reacción.
Para mejorar el comportamiento de reacción del
elemento de protección contra sobretensiones según la invención al
producirse la primera aplicación de una sobretensión se ha aplicado
sobre la superficie del elemento de encendido, según una ejecución
preferida, un revestimiento conductivo poco apto para transporte de
corriente. Se garantiza así una unión conductiva entre los dos
electrodos que sea independiente de la carbonización que se origine
por efecto de la descarga en la superficie del elemento de
encendido. El revestimiento puede materializarse aquí, por ejemplo,
por medio de una carbonización química, térmica o electrotérmica de
la superficie del elemento de encendido durante la fabricación del
elemento de protección contra sobretensiones.
Dado que en el elemento de protección contra
sobretensiones anteriormente descrito según la invención se ha
materializado una unión conductiva entre los dos electrodos o bien
se materializa esta unión al aplicar una sobretensión por descarga
en la superficie del elemento conductivo, el elemento de protección
contra sobretensiones lleva ventajosamente conectado en serie un
elemento de conexión de tensión. Como elemento de conexión de
tensión puede estar previsto aquí especialmente un descargador de
sobretensión lleno de gas, un varistor o un diodo supresor.
Mediante el elemento de conexión de tensión conectado adicionalmente
en serie se impide aquí que circule una corriente por el elemento
de protección contra sobretensiones en el caso normal, es decir,
cuando no se aplica ninguna sobretensión. En este dispositivo de
protección contra sobretensiones, que consiste entonces en el
elemento de protección contra sobretensiones según la invención y en
el elemento de conexión de tensión adicional, se ha elegido o
dimensionado el elemento de conexión de tensión de modo que se haga
conductor, es decir, "conecte", a la tensión de reacción del
dispositivo de protección contra sobretensiones. De este modo, se
aplica entonces la sobretensión al elemento de protección contra
sobretensiones o a los dos electrodos, lo que conduce luego al
encendido anteriormente descrito con detalle del explosor de
perforación del aire por efecto del encendido inicial provocado por
el elemento de encendido.
El elemento de encendido descrito al principio,
que está previsto para su empleo en el elemento de protección
contra sobretensiones anteriormente descrito, se puede fabricar de
manera especialmente sencilla y barata haciendo que el elemento de
encendido consista en al menos dos capas eléctricamente conductivas
y al menos una capa aislante dispuesta entre ellas, habiéndose
unido la capa aislante por pegado o prensado con las capas
eléctricamente conductivas y presentando una zona de aislamiento
debilitado (zona de encendido). La fabricación del elemento de
encendido según la invención puede efectuarse aquí de manera
correspondiente a los procesos de fabricación conocidos para placas
de circuito impreso de múltiples capas (placas de circuito impreso
multicapa), pudiendo emplearse también en su mayor parte los
materiales conocidos por ellos, es decir, láminas de cobre para las
capas eléctricamente conductivas y películas de poliimida o
películas FR4 para la capa aislante.
El empleo de capas o películas eléctricamente
conductivas, especialmente láminas de cobre, y de películas
aislantes, por ejemplo películas de poliimida, hace posible que se
establezcan distancias muy pequeñas entre las capas conductivas
junto con tolerancias de cotas muy estrechas. Las capas
eléctricamente conductivas se pueden distanciar o aislar entre
ellas por medio de la capa aislante hasta el punto de que el
aislamiento eléctrico sea netamente superior a la tensión de
reacción que cabe esperar en el caso más desfavorable en el
elemento de protección contra sobretensiones. En la práctica, se
pueden emplear aquí tanto para las capas eléctricamente conductivas
como para la capa aislante unas láminas de cobre y unas películas de
poliimida o películas FR4, respectivamente, con espesores
normalizados disponibles de 35 \mum, 50 \mum, 70 \mum ó 100
\mum. Sin embargo, en lugar de láminas de cobre se pueden emplear
también, por supuesto, otras láminas metálicas o películas de
plástico eléctricamente conductivas.
La zona de aislamiento debilitado (zona de
encendido) en la capa aislante, en la que tienen lugar tanto el
encendido inicial como el encendido propiamente dicho del explosor
de perforación del aire, puede estar materializada simplemente por
una escotadura o un agujero formados en la capa aislante y, en su
caso, adicionalmente en una o ambas capas eléctricamente
conductivas. Un agujero que esté formado tanto en la capa aislante
como en las dos capas conductivas puede producirse aquí
simplemente, por ejemplo, mediante un taladrado correspondiente de
la laminación de las distintas capas.
Con un dimensionamiento correspondiente de las
capas eléctricamente conductivas, éstas pueden asumir directamente
la función de los electrodos de un elemento de protección contra
sobretensiones, de modo que un elemento de encendido de esta clase
puede funcionar entonces él mismo como elemento de protección contra
sobretensiones. Sin embargo, las capas conductivas del elemento de
encendido se realizan en general de modo que los electrodos del
elemento de protección contra sobretensiones puedan ser contactados
directamente por ellas.
En particular, existe ahora un gran número de
posibilidades para configurar y perfeccionar el elemento de
protección contra sobretensiones según la invención o el elemento de
encendido según la invención. A este fin, se remite al lector, por
un lado, a las reivindicaciones subordinadas a las reivindicaciones
1 y 8 y, por otro lado, a la descripción siguiente de ejemplos de
realización preferidos en unión del dibujo. Muestran en el
dibujo:
La figura 1, un croquis de principio de un
ejemplo de realización de un elemento de protección contra
sobretensiones según la invención,
La figura 2, un primer ejemplo de realización de
un elemento de encendido según la invención,
La figura 3, un segundo ejemplo de realización
de un elemento de encendido según la invención,
La figura 4, un ejemplo de realización de un
elemento de encendido semejante a la realización según la figura
1;
La figura 5, un ejemplo de realización de un
elemento de encendido con una pluralidad de capas eléctricamente
conductivas y aislantes,
La figura 6, otro ejemplo de realización de un
elemento de encendido con una pluralidad de capas eléctricamente
conductivas y aislantes,
La figura 7, un ejemplo de realización de un
elemento de encendido para un sistema polifásico de protección
contra sobretensiones y
La figura 8, otro ejemplo de realización de un
elemento de encendido para un elemento polifásico de protección
contra sobretensiones.
En la figura 1 se representa un elemento de
protección contra sobretensiones según la invención tan sólo en lo
que respecta a su constitución básica. Pertenecen al elemento de
protección contra sobretensiones representado un primer electrodo
1, un segundo electrodo 2, un elemento de encendido 3 dispuesto
entre los dos electrodos 1 y 2 y un explosor 4 de perforación del
aire existente u operativo entre los dos electrodos 1 y 2. Al
encenderse el explosor 4 de perforación del aire se produce entre
los dos electrodos 1 y 2 un arco voltaico - no representado - a
través del cual circula la corriente instantánea que se debe
evacuar.
El elemento de encendido 3 está dispuesto ahora
de modo que entre los dos electrodos 1 y 2 esté formada una zona de
aislamiento debilitado (zona de encendido) en la que se origine un
arco voltaico al encenderse el explosor 4 de perforación del aire.
Según la invención, el elemento de encendido 3 está configurado de
modo que, al aplicar una tensión al elemento de encendido 3, una
descarga en la superficie 5 del elemento de encendido 3 conduzca a
una unión conductiva entre los dos electrodos 1 y 2, presentando la
unión conductiva solamente una pequeña capacidad de transporte de
corriente. Si comienza a circular ahora una corriente de fuga a
través de esta unión conductiva, se producen entonces, a
consecuencia de la pequeña capacidad de transporte de corriente de
la unión conductiva, un abrasamiento de dicha unión conductiva y,
por tanto, una ionización de la zona de encendido, lo que conduce a
un encendido de golpe del explosor 4 de perforación del aire.
Con un dimensionamiento adecuado del elemento de
encendido 3, el arco voltaico producido al encenderse el explosor 4
de perforación del aire cuida de que se produzca una
"carbonización" en la superficie 5 del elemento de encendido
3. Se consigue así que, al aparecer nuevamente una nueva
sobretensión, se vuelva a presentar entre los dos electrodos 1 y 2
una unión conductiva con poca capacidad de transporte de corriente
que, al ser cargada con una corriente de fuga, conduzca nuevamente
a un abrasamiento y, por tanto, a un encendido inicial del explosor
4 de perforación del aire y, por tanto, a un encendido del elemento
de protección contra sobretensiones.
Dado que en un elemento de protección contra
sobretensiones de esta clase se presenta también al aplicar la
tensión normal - intencionadamente - una unión conductiva entre los
dos electrodos 1 y 2, se tiene que, según la figura 1, el elemento
de protección contra sobretensiones propiamente dicho lleva
conectado en serie un elemento de conexión de tensión adicional 6,
por ejemplo un varistor y/o un descargador de sobretensión lleno de
gas. En un dispositivo de protección contra sobretensiones de esta
clase, que consta del elemento de protección contra sobretensiones
según la invención y del elemento de conexión de tensión adicional
6, este elemento de conexión de tensión 6 está dimensionado de modo
que se haga conductor a la tensión de reacción del dispositivo de
protección contra sobretensiones. Si se presenta una sobretensión en
el dispositivo de protección contra sobretensiones, esto conduce
entonces a una conexión del elemento de conexión de tensión 6, de
modo que la sobretensión se aplica en tal caso a los dos electrodos
1 y 2, lo que conduce el encendido anteriormente descrito del
explosor 4 de perforación del aire por efecto del encendido inicial
del elemento de encendido 3 provocado por el encendido de
corriente. En el otro lado, el elemento de conexión de tensión 6
impide que en el caso normal, es decir, cuando no se aplica ninguna
sobretensión, circule una corriente - entonces no deseada - a
través del elemento de protección contra sobretensiones.
A continuación, se explican ejemplos de
realización preferidos del elemento de encendido 3 según la
invención con ayuda de las figuras 2 a 8.
El elemento de encendido 3 representado en las
figuras 2 a 4 está constituido por dos capas conductivas 7, 8 y una
capa aislante 9 dispuesta entre ellas, estando materializada la zona
de aislamiento debilitado por una escotadura 10 en la capa aislante
9. La escotadura, que, por ejemplo según las figuras 1 y 3, puede
estar configurada en forma de un agujero central, puede producirse
simplemente por taladrado o fresado. La escotadura 10 - tal como
muestra una comparación de las figuras 2 y 4, puede estar formada
entonces solamente en una capa conductiva 7 o en ambas capas
conductivas 7, 8.
La fabricación del elemento de encendido 3 según
la invención es ahora especialmente sencilla debido a que pueden
emplearse los procesos de fabricación conocidos por la fabricación
de capas de circuito impreso de múltiples capas (placas de circuito
impresos multicapa). Así, las capas conductivas 7, 8, que pueden
consistir, por ejemplo, en láminas de cobre normalizadas, pueden
unirse con la capa aislante 9 por laminación. Para la capa aislante
9 son adecuados también los materiales conocidos por la fabricación
de placas de circuito impreso multicapa, tales como películas
poliimida o películas FR4, con sus espesores normalizados
disponibles de 35 a 100 \mum. La distancia entre las capas
conductivas 7, 8 aptas para unirse directamente con los electrodos
1 y 2 puede ajustarse así en un valor muy pequeño, pero, no
obstante, muy exacto, con lo que se pueden materializar tensiones
de reacción muy
pequeñas.
pequeñas.
En el caso de una configuración de forma
circular del elemento de encendido 3 - representada en los ejemplos
de realización - la capa aislante 9 presenta un diámetro exterior
ligeramente mayor que el de las capas conductivas 7, 8, de modo que
en la zona del borde 11 del elemento de encendido 3 se proporciona
un aislamiento incrementado por efecto de un trayecto de contorneo
alargado, con lo que se impide un encendido en esta zona.
La figura 5 muestra un ejemplo de realización de
un elemento de encendido 3 que presenta varias capas conductivas 7,
8 y varias capas aislantes 9. En el ejemplo de realización
representado las tres capas conductivas 7, 7' y 7'' y las tres
capas conductivas 8, 8' y 8'' están todas ellas unidas
eléctricamente una con otra, de modo que si bien existen en total
seis capas conductivas 7, 7', 7'' y 8, 8' y 8'', éstas presentan tan
solo dos potenciales diferentes, estando dispuestos los dos
potenciales de manera que ambos alternan uno con otro y estando
ambos separados por una capa aislante 9. Naturalmente, en lugar de
las seis capas conductivas mostradas pueden estar dispuestas
también más capas conductivas alternando con dos potenciales
diferentes.
Debido a esta multiplicación de la constitución
del elemento de encendido 3 ilustrada como una representación de
principio en la figura 2 se pueden compensar fluctuaciones
condicionadas por la fabricación respecto de las propiedades de las
capas aislantes 9 y fluctuaciones originadas por ellas respecto de
la tensión de reacción del elemento de encendido 3. En el ejemplo
de realización del elemento de encendido 3 representado en la figura
5 el encendido inicial es provocado siempre por el elemento de
encendido parcial 3' que presenta la más pequeña tensión de
reacción, es decir, en el elemento de encendido parcial 3' que,
manteniendo iguales las demás propiedades, tiene la más delgada
capa aislante 9.
En el ejemplo de realización según la figura 6
el elemento de encendido 3 presenta también varias capas conductivas
7, 7', 8, 8' y varias capas aislantes 9, estando las capas
conductivas 7, 7' y 8, 8' unidas eléctricamente una con otra, de
modo que también aquí se presentan solamente dos potenciales
diferentes. Sin embargo, a diferencia del ejemplo de realización
según la figura 5, los dos potenciales diferentes no están
dispuestos aquí con alternancia múltiple. La ventaja de esta forma
de realización en comparación con la realización según la figura 2
radica en que, después del encendido del explosor 4 de perforación
del aire, el arco voltaico salta directamente hacia las capas
conductivas exteriores 7, 8, con lo que se forma un arco voltaico
más grande.
Las figuras 7 y 8 muestran, finalmente, dos
ejemplos de realización de un elemento de encendido 3 con tres
potenciales dispuestos horizontalmente uno sobre otro (figura 7) y
dispuestos horizontalmente uno al lado de otro (figura 8). Por
tanto, tales elementos de encendido 3 son adecuados para su empleo
en un elemento de protección contra sobretensiones que se utilice
en una red trifásica. A diferencia del ejemplo de realización según
la figura 2, en el elemento de encendido 3 según la figura 7 está
prevista una tercera capa conductiva 13 que está separada de la
segunda capa conductiva 8 por una segunda capa aislante 14, de modo
que las tres capas conductivas 7, 8, 13 presentan tres potenciales
diferentes.
Aparte de una capa conductiva 7 de forma
circular y una capa aislante 9 también de forma circular, en el
elemento de encendido 3, tal como éste se representa en la figura
8, están previstas otras capas conductivas 8, 13, 15 y 16 que están
unidas eléctricamente todas ellas una con otra. Las capas
conductivas 8, 13, 15 y 16 están configuradas aquí todas ellas a
manera de segmentos circulares y están dispuestas una al lado de
otra, estando la capa conductiva 7 de forma circular dispuesta
enfrente de todas estas capas. Al producirse una sobretensión entre
la primera capa conductiva 7 y una de las demás capas conductivas 8,
13, 15 ó 16 se produce entonces primeramente un encendido inicial
del respectivo explosor 4 de perforación del aire, efectuándose un
encendido de todos los explosores 4 de perforación del aire a
consecuencia de la disposición de las distintas capas conductivas
8, 13, 15 y 16 una respecto de otra o respecto de la capa conductiva
7. Con una conexión correspondiente del elemento de protección
contra sobretensiones se asegura así el nivel de protección deseado
no sólo entre los conductores de fase activos (L1, L2, L3) y el
conductor neutro (N) o entre el conductor neutro (N) y tierra (PE),
sino también entre todas las ramificaciones de línea.
Claims (13)
1. Elemento de protección contra sobretensiones
para evacuar sobretensiones transitorias, que comprende al menos
dos electrodos (1, 2), al menos un elemento de encendido (3) de
material aislante dispuesto entre los electrodos (1, 2) y un
explosor (4) de perforación del aire operativo entre los electrodos
(1, 2), en donde se produce un arco voltaico entre los dos
electrodos (1, 2) al encenderse el explosor (4) de perforación del
aire y
en donde el elemento de encendido (3) está
dispuesto y configurado de modo que entre los dos electrodos (1, 2)
esté prevista una zona de aislamiento debilitado, es decir, una zona
de encendido,
caracterizado porque
al aplicar una tensión al elemento de encendido
(3), una descarga en la superficie (5) del elemento de encendido
(3) da lugar a una unión conductiva entre los dos electrodos (1, 2),
presentando la unión conductiva una pequeña capacidad de transporte
de corriente,
de modo que, cuando se carga esta unión
conductiva con una corriente de fuga, se produce un
"abrasamiento" de la unión conductora a consecuencia de la
pequeña capacidad de transporte de corriente de dicha unión
conductora.
2. Elemento de protección contra sobretensiones
según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona de
aislamiento debilitado está materializada por una escotadura (10) en
el elemento de encendido (3).
3. Elemento de protección contra sobretensiones
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el
elemento de encendido (3) consiste en plástico o en otro material
aislante con un valor CTI relativamente bajo.
4. Elemento de protección contra sobretensiones
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la unión conductiva se produce solamente en la superficie
(5) del elemento de encendido (3).
5. Elemento de protección contra sobretensiones
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque el elemento de encendido (3) está dispuesto y configurado de
modo que, al establecerse un arco voltaico entre los electrodos (1,
2), se produzca una "carbonización" de la superficie (5) del
elemento de encendido (3).
6. Elemento de protección contra sobretensiones
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque está aplicado sobre la superficie (5) del elemento de
encendido (3) un revestimiento conductivo dotado de una pequeña
capacidad de transporte de corriente.
7. Elemento de protección contra sobretensiones
según la reivindicación 6, caracterizado porque el
revestimiento se ha materializado por carbonización química,
térmica o electrotérmica.
8. Elemento de encendido para uso en un elemento
de protección contra sobretensiones según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el elemento de
encendido (3) consta de al menos dos capas eléctricamente
conductivas (7, 8) y al menos una capa aislante (9) dispuesta entre
ellas, habiéndose unido la capa aislante (9) por pegadura o
prensado con las capas eléctricamente conductivas (7, 8) y
presentando una zona de aislamiento debilitado (5), es decir, una
zona de encendido.
9. Elemento de encendido según la reivindicación
8, caracterizado porque la zona de aislamiento debilitado
está materializada por una escotadura (10) o un agujero practicados,
especialmente por taladrado o fresado, en la capa aislante (9) y,
en su caso, adicionalmente en la capa eléctricamente conductiva (7)
o en las capas eléctricamente conductivas (7, 8).
10. Elemento de encendido según la
reivindicación 8 ó 9, con al menos tres capas eléctricamente
conductivas (7, 7', 8, 8') y al menos dos capas aislantes (9),
caracterizado porque al menos dos capas eléctricamente
conductivas (7, 7', 8, 8') están unidas eléctricamente una con
otra.
11. Elemento de encendido según cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque se emplean
láminas de cobre en calidad de capas eléctricamente conductivas (7,
8) y una lámina de poliimida o una lámina FR4 en calidad de capa
aislante (9).
12. Elemento de encendido según cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque en la capa
aislante (9) están incorporados componentes conductivos, por ejemplo
fibras o partículas metálicas, de manera que quedan aislados entre
ellos.
13. Elemento de encendido según cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque las capas
eléctricamente conductivas (7, 8) y/o la capa aislante (9) presentan
un espesor de menos de 0,2 mm, preferiblemente de 35 \mum a 70
\mum.
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