ELEMENTO DE PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES Y ELEMENTO DE ENCENDIDO PARA UN ELEMENTO DE PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES.

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

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.

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...

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 µm a 70 µm.