Disposición de protección frente a sobretensiones.

Disposición de protección frente a sobretensiones para el empleo en el suministro eléctrico,

en particular de redes de baja tensión, con un alojamiento (2), con un primer electrodo (3), con al menos un segundo electrodo (4), con una cámara de combustión de arco eléctrico (5) conformada entre los dos electrodos (3, 4) en el interior del alojamiento (2), y con un espacio de chispa para descarga disruptiva conformado entre los dos electrodos (3, 4), en que al encender el espacio de chispa para descarga disruptiva se produce un arco eléctrico entre los dos electrodos (3, 4), y en que en el alojamiento (2) está conformado al menos un canal de salida y refrigeración (6), a través del cual puede salir el plasma caliente de la cámara de combustión de arco eléctrico (5), en que el canal de salida y refrigeración (6) se extiende en la dirección longitudinal del alojamiento (2) y está conformado helicoidalmente, caracterizada porque el alojamiento (2) está conformado en dos partes y las dos partes de alojamiento (7, 8) están dispuestas coaxialmente entre sí, y porque el espacio intermedio entre las dos partes de alojamiento (7, 8) está conformado como canal de salida y refrigeración (6) para el gas ionizado.

Disposición de protección frente a sobretensiones La invención se refiere a una disposición de protección frente a sobretensiones para el empleo en el suministro eléctrico, en particular de redes de baja tensión, con un alojamiento, con un primer electrodo, con al menos un segundo electrodo, con una cámara de combustión de arco eléctrico conformada entre los dos electrodos en el interior del alojamiento y con un espacio de chispa para descarga disruptiva conformado entre los dos electrodos, en que al encender el espacio de chispa para descarga disruptiva se produce un arco eléctrico entre los dos electrodos.

Circuitos de medida, control, regulación y conmutación eléctricos, en particular sin embargo electrónicos, sobre todo también disposiciones e instalaciones de telecomunicación, son sensibles frente a sobretensiones transitorias, como las que pueden aparecer en particular por descargas atmosféricas, pero también por maniobras de conmutación o cortocircuitos en redes de suministro de energía. Esta sensibilidad ha aumentado en la medida en la que se emplean componentes electrónicos, en particular transistores y tiristores; sobre todo están en riesgo en gran medida por sobretensiones transitorias circuitos integrados empleados crecientemente.

Los circuitos eléctricos operan con la tensión especificada para ellos, la tensión nominal, normalmente sin perturbaciones. Esto no es válido cuando aparecen sobretensiones. Se consideran sobretensiones todas las tensiones que están por encima del límite de tolerancia de la tensión nominal. Aquí se incluyen sobre todo también las sobretensiones transitorias, que pueden aparecer por descargas atmosféricas, pero también por maniobras de conmutación o cortocircuitos en redes de suministro de energía y que pueden incorporarse por acoplamiento galvánico, inductivo o capacitivo en circuitos eléctricos. Para proteger entonces frente a sobretensiones transitorias circuitos eléctricos o electrónicos, en particular circuitos de medida, control, regulación y conmutación electrónicos, sobre todo también disposiciones e instalaciones de telecomunicación, donde sea que estén aplicados, han sido desarrolladas disposiciones de protección frente a sobretensiones y son conocidas desde hace más de veinte años.

Constituye un componente esencial de la disposición de protección frente a sobretensiones del tipo aquí en consideración al menos un espacio de chispa, que responde para una determinada sobretensión, la tensión de respuesta, y evita con ello que en el circuito protegido por una disposición de protección frente a sobretensiones aparezcan sobretensiones que sean mayores que la tensión de respuesta del espacio de chispa.

Se ha expuesto al principio que la disposición de protección frente a sobretensiones conforme a la invención tiene dos electrodos y un espacio de chispa para descarga disruptiva existente o eficaz entre los dos electrodos. En cuanto a un espacio de chispa para descarga disruptiva puede tratarse tanto de un espacio de chispa para descarga disruptiva de aire como también de un espacio de chispa para descarga disruptiva tal que no hay aire, sino otro gas entre los electrodos. Junto a disposiciones de protección frente a sobretensiones con un espacio de chispa para descarga disruptiva hay disposiciones de protección frente a sobretensiones con un espacio de chispa para contorneamiento, en las cuales aparece una descarga progresiva al responder.

Las disposiciones de protección frente a sobretensiones con un espacio de chispa para descarga disruptiva tienen, frente a disposiciones de protección frente a sobretensiones con un espacio de chispa para contorneamiento, la ventaja de una mayor resistencia a sobrecorrientes, pero la desventaja de una mayor tensión de respuesta - y que tampoco es particularmente constante - . Por ello, se han propuesto ya diferentes disposiciones de protección frente a sobretensiones con un espacio de chispa para descarga disruptiva, que han sido mejoradas en lo relativo a la tensión de respuesta. En este caso, en la zona de los electrodos o respectivamente del espacio de chispa eficaz para descarga disruptiva entre los electrodos, se han realizado de diferentes maneras elementos auxiliares de encendido, por ejemplo de tal modo que entre los electrodos esté previsto al menos un elemento auxiliar de encendido que desencadene una descarga progresiva, cuyo elemento sobresale al menos parcialmente hacia el espacio de chispa para descarga disruptiva, está realizado a modo de puente y está hecho de material sintético (véanse los documentos DE 41 41 681 A1 o DE 44 02 615 A1) .

Los elementos auxiliares de encendido anteriormente citados, previstos en las disposiciones de protección frente a sobretensiones conocidas, pueden ser denominados igualmente "elementos auxiliares pasivos", por el motivo de que no responden "activamente" por sí mismos, sino que responden a través de una sobretensión que aparece en los electrodos principales.

A partir del documento DE 198 03 636 A1 es conocida una disposición de protección frente a sobretensiones con dos electrodos, con un espacio de chispa eficaz para descarga disruptiva entre los dos electrodos y con un elemento auxiliar de encendido. En esta disposición de protección frente a sobretensiones, el elemento auxiliar está conformado como "elemento auxiliar activo", a saber mediante el recurso de que junto a los dos electrodos - denominados ahí electrodos principales - están previstos otros dos electrodos de encendido. Estos dos electrodos de encendido forman un segundo espacio de chispa para descarga disruptiva que sirve como espacio de chispa para encendido. En esta disposición de protección frente a sobretensiones forma parte del elemento auxiliar de encendido, además del espacio de chispa para encendido, también un circuito de encendido con un elemento interruptor de encendido. En caso de aplicación de una sobretensión a la disposición de protección frente a sobretensiones, el circuito de encendido proporciona con el elemento interruptor de encendido una respuesta del espacio de chispa para encendido. Los dos electrodos de encendido están dispuestos de tal modo con relación a los dos electrodos principales que mediante el hecho de que el espacio de chispa para encendido ha respondido, responde también el espacio de chispa para descarga disruptiva entre los dos electrodos principales.

En las formas de realización conocidas, anteriormente descritas, de disposiciones de protección frente a sobretensiones con elementos auxiliares de encendido, los elementos auxiliares de encendido llevan a una tensión de respuesta mejorada, a saber más baja y más constante.

En disposiciones de protección frente a sobretensiones del tipo en cuestión - con o sin empleo de un elemento auxiliar de encendido -, al encender el espacio de chispa para descarga disruptiva se produce por el arco eléctrico generado una conexión de baja impedancia entre ambos electrodos. Por esta conexión de baja impedancia fluye primeramente - de forma deseada - la sobrecorriente transitoria a derivar. Cuando está aplicada la tensión de red, sigue entonces sin embargo una corriente secundaria de red indeseada por la conexión de baja impedancia de la disposición de protección frente a sobretensiones, de modo que se que se deseará apagar lo más rápidamente posible el arco eléctrico una vez terminado el proceso de derivación. Una posibilidad para alcanzar este objetivo consiste en aumentar la longitud de arco eléctrico y con ello la tensión de arco eléctrico tras la respuesta del espacio de chispa.

Otra posibilidad para apagar el arco eléctrico tras el proceso de derivación consiste en el enfriamiento del arco eléctrico mediante el efecto refrigerante de paredes de material aislante así como mediante el empleo de materiales aislantes que emiten gas. Aquí es necesario un flujo fuerte del gas de apagado, lo que requiere un esfuerzo constructivo elevado.

Si en disposiciones de protección frente a sobretensiones del tipo en cuestión está apagado el arco eléctrico, ciertamente la conexión de baja impedancia entre los dos electrodos está primeramente interrumpida, pero el espacio entre los dos electrodos, es decir la cámara de combustión de arco eléctrico, está aún casi completamente llena de plasma. Mediante el plasma existente, la tensión de respuesta entre los dos electrodos es rebajada de tal modo que estando aplicada incluso la tensión operativa puede llegarse a un nuevo encendido del espacio de chispa para descarga disruptiva. Este problema aparece en particular cuando la disposición de protección frente a sobretensiones... [Seguir leyendo]

1. Disposición de protección frente a sobretensiones para el empleo en el suministro eléctrico, en particular de redes de baja tensión, con un alojamiento (2) , con un primer electrodo (3) , con al menos un segundo electrodo (4) , con una cámara de combustión de arco eléctrico (5) conformada entre los dos electrodos (3, 4) en el interior del alojamiento (2) , y con un espacio de chispa para descarga disruptiva conformado entre los dos electrodos (3, 4) , en que al encender el espacio de chispa para descarga disruptiva se produce un arco eléctrico entre los dos electrodos (3, 4) , y en que en el alojamiento (2) está conformado al menos un canal de salida y refrigeración (6) , a través del cual puede salir el plasma caliente de la cámara de combustión de arco eléctrico (5) , en que el canal de salida y refrigeración (6) se extiende en la dirección longitudinal del alojamiento (2) y está conformado helicoidalmente, caracterizada porque el alojamiento (2) está conformado en dos partes y las dos partes de alojamiento (7, 8) están dispuestas coaxialmente entre sí, y porque el espacio intermedio entre las dos partes de alojamiento (7, 8) está conformado como canal de salida y refrigeración (6) para el gas ionizado.

2. Disposición de protección frente a sobretensiones según la reivindicación 1, caracterizada porque el canal de salida y refrigeración (6) tiene una sección transversal relativamente grande.

3. Disposición de protección frente a sobretensiones según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la primera parte interior de alojamiento (7) tiene una rosca exterior (9) y la segunda parte exterior de alojamiento (8) tiene una rosca interior (10) correspondiente, y porque la parte interior de alojamiento (7) está atornillada en la parte exterior de alojamiento (8) .

4. Disposición de protección frente a sobretensiones según la reivindicación 3, caracterizada porque la rosca exterior

(9) de la parte interior de alojamiento (7) y/o la rosca interior (10) de la parte exterior de alojamiento (8) está interrumpida parcialmente, de modo que entre la parte interior de alojamiento (7) y la parte exterior de alojamiento

(8) están conformadas una o varias cámaras (11) .

5. Disposición de protección frente a sobretensiones según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizada porque la parte interior de alojamiento (7) tiene un contorno exterior al menos parcialmente cónico y la parte exterior de alojamiento (8) tiene un contorno interior al menos parcialmente cónico, de modo que el atornillamiento entre la parte interior de alojamiento (7) y la parte exterior de alojamiento (8) está realizado cónicamente.

6. Disposición de protección frente a sobretensiones según la reivindicación 5, caracterizada porque la parte interior de alojamiento (7) y la parte exterior de alojamiento (8) tienen por sus extremos (12, 13) apartados entre sí respectivamente el grosor de pared máximo, y porque el grosor de pared de la parte interior de alojamiento (7) y de la parte exterior de alojamiento (8) se estrecha hacia el otro extremo (14, 15) .

7. Disposición de protección frente a sobretensiones según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizada porque las dos partes de alojamiento (7, 8) están hechas de acero.

8. Disposición de protección frente a sobretensiones según una de las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizada porque la cámara de combustión de arco eléctrico (5) está revestida al menos parcialmente con un material aislante

(16) y discurre al menos parcialmente de forma transversal a la extensión longitudinal de la disposición de protección frente a sobretensiones.