ES2281127T3 - Dispositivo de seguridad electrica con sensor polimerico conductor. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo eléctrico de seguridad que comprende una banda de detección (123) dispuesta en el aislamiento (121) de un cordón de alimentación eléctrica (101) u otro aparato eléctrico. La banda de detección está hecha de un polímero conductor con un coeficiente de temperatura positivo de resistividad que incrementa la temperatura. La banda de detección forma una serie de lazos conectados (137) conectados a un circuito de medición de impedancia (139). Un relé (115) interrumpe la corriente hacia los conductores (107, 109) del cordón cuando la impedancia de la banda de detección aumenta debido a una condición de exceso de temperatura. La banda de detección está posicionada entre los conductores del cordón y la superficie externa del cordón. La posición de la banda de detección permite que la banda actúe como un detector mecánico de daños, abriendo la serie de lazos conectados antes de exponer un conductor bajo tensión.

Description

Dispositivo de seguridad eléctrica con sensor polimérico conductor.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a dispositivos de seguridad eléctrica y, más concretamente, a conductores de electricidad aislados destinados a la detección de daños ocasionados por sobretemperaturas o por efectos mecánicos.

Históricamente, los aparatos eléctricos han dependido de dispositivos de protección contra sobrecorriente tales como interruptores de circuito y fusibles destinados a proteger los aparatos de sobretemperaturas, que pudiesen ocasionar daños en los componentes o daños personales como resultado de un incendio o humo. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente padecen de ciertas limitaciones con respecto a su efectividad, debido a que las situaciones de sobretemperatura pueden resultar de un flujo de corriente normal a través de equipos que presenten conductores defectuosos o conexiones eléctricas defectuosas. Por ejemplo, un cordón eléctrico que contiene conductores de hilos trenzados puede sobre-calentarse cuando algunos de los torones están rotos, aunque la corriente que pase por el cordón sea inferior a la corriente nominal. Actualmente, muchos incendios son ocasionados por conexiones defectuosas en clavijas de enchufe y en tomacorrientes y en los hilos de conexión dispuestos en cordones y aparatos eléctricos.

Otro dispositivo de seguridad de uso muy común que se utiliza en equipos eléctricos son los interruptores de falla a tierra (GFI, del inglés ground fault interruptor). Aunque estos dispositivos son capaces de reducir eficazmente los electrochoques y daños ocurridos en el equipo debido a cortocircuitos a tierra, lo cierto es que resultan ineficaces en aquellos casos en que la falla no ocasiona un flujo de corriente a tierra. Por ejemplo, un GFI no podrá impedir un incendio en caso de una rotura de torones en un conductor o en caso de conexiones defectuosas, puesto que en estos casos no se producirá ningún flujo de corriente a tierra. Ni los GFI ni los dispositivos de protección contra sobrecorriente son capaces de proteger un cordón u otro dispositivo de situaciones de sobretemperatura resultantes de fuentes de calor externas tales como condiciones de temperatura ambiente excesivamente alta o el contacto con quemadores calientes, tuberías calientes, etc. Ninguno de los dos dispositivos será útil si el cordón es incapaz de disipar el calor normal. Por ejemplo, el cordón o aparato eléctrico puede cubrirse con un material termoaislante que impida la disipación del calor originado por el flujo de corriente normal.

Los sensores de temperatura tales como los sensores de temperatura resistivos (RTD) y los termistores suelen utilizarse para detectar situaciones de sobretemperatura en los equipos. Estos dispositivos pueden ser utilizados para activar alarmas o relés a fin de interrumpir el flujo de corriente hacia el dispositivo en caso de producirse sobretemperaturas. Aunque estos dispositivos tienen capacidad termosensible en un espacio pequeño o cerrado, resultan ineficaces cuando se trata de detectar sobretemperaturas a largas distancias o en grandes volúmenes, a no ser que se emplee un gran número de dispositivos. El empleo de un número suficiente de dispositivos para detectar temperaturas a larga distancia o en grandes volúmenes aumenta significativamente el coste de la protección. Además, el cableado que se necesita para conectar un gran número de sensores hace más complejo el dispositivo, aumentando también las dimensiones y el volumen del mismo.

Ninguno de los dispositivos mencionados puede ofrecer protección contra daños mecánicos en cordones o carcasas de equipos, que pueden dejar los conductores al descubierto u originar cortocircuitos internos. Aparte de ello, ninguno de dichos dispositivos ofrecerá protección contra choques o incendios resultantes de cordones eléctricos o equipos dañados, hasta que empiece a haber un flujo suficiente de corriente de pérdida. Por ejemplo, una persona que utiliza una pieza de equipo defectuosa con interrupción de puesta a tierra y que establece una conexión a tierra, tendrá que experimentar un choque momentáneo para que el interruptor abra el circuito.

El documento WO 95/24757 revela un dispositivo de seguridad eléctrica que reúne las características indicadas en los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 2 y que utiliza un conductor sensor configurado como bucle continuo (loop continuo) y dispuesto en un componente eléctrico, cuya finalidad es la de detectar sobretemperaturas o daños mecánicos a lo largo o ancho de dicho componente. El sensor comprende un simple alambrado de cobre aislado o no aislado, o hilos (strips) conductores poliméricos. Se coloca un conductor de referencia para percibir la temperatura ambiente, y un circuito sensor mide la diferencia entre la resistencia del conductor sensor y la del conductor de referencia aplicando un potencial de voltaje bajo a los conductores. Un circuito de control desactiva el componente eléctrico cuando la diferencia entre la resistencia del conductor sensor y la del conductor de referencia alcanza un nivel predeterminado, lo que puede ocurrir en caso de la aparición de sobretemperaturas en el componente eléctrico. El conductor sensor y el conductor de referencia son elegidos de tal modo que tengan un coeficiente similar de temperatura de la resistencia.

Además, se hace referencia al documento US-A-4545926, el cual describe composiciones poliméricas conductoras que presentan un coeficiente de temperatura positivo de la resistividad y cuya resistividad experimenta un gran aumento cuando la temperatura excede un valor determinado, al que se le denomina temperatura de conmutación (en inglés, switching temperature). En particular, se revela un cambio en la resistividad de tal forma que si la composición alcanza una temperatura por encima de la temperatura de conmutación, la resistividad de la composición es como mínimo unas mil veces más alta que la resistividad de la composición a una temperatura por debajo de la temperatura de conmutación. Aparte de ello, el documento menciona que las composiciones poliméricas descritas son útiles para los dispositivos limitadores de corriente.

Objetos y resumen de la invención

Un objetivo de la presente invención es poner a disposición un dispositivo de seguridad eléctrica para cordones eléctricos de alimentación, aparatos electrodomésticos y otros aparatos eléctricos, que es capaz de detectar sobretemperaturas a lo largo de un gran trecho del cordón eléctrico de alimentación o sobre una superficie amplia de un aparato eléctrico.

Una ventaja de la presente invención es la puesta a disposición de un dispositivo de seguridad eléctrica destinado a impedir el sobrecalentamiento de cordones eléctricos de alimentación y aparatos eléctricos que presenten conductores defectuosos o malas conexiones en clavijas de enchufe, tomacorrientes o conexiones.

Otra ventaja de la presente invención es la puesta a disposición de un dispositivo de seguridad eléctrica que brinda protección a cordones eléctricos o aparatos que experimentan un daño mecánico que, a su vez, puede derivar en conductores expuestos, cortocircuitos internos o cortocircuitos a tierra.

Otra ventaja de la presente invención es la puesta a disposición de un dispositivo de seguridad eléctrica para cordones eléctricos de alimentación y aparatos eléctricos que ofrece protección contra excesivas temperaturas ambiente o contra el contacto con equipos calientes.

Otra ventaja de la presente invención es la puesta a disposición de un dispositivo de seguridad eléctrica para cordones eléctricos de alimentación y aparatos eléctricos que sea apropiado para la integración con una protección de falla a tierra y/o una protección contra sobretensiones con las características de la presente invención.

De acuerdo con la presente invención, se pone a disposición un conductor eléctrico aislado destinado a detectar sobretemperaturas y daños mecánicos según lo definido en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2. Los ejemplos de los aparatos que pueden ser protegidos incluyen cordones de extensión, cordones eléctricos de alimentación de aparatos electrodomésticos o herramientas, regletas de alimentación, computadoras, equipos electrónicos así como equipos eléctricos comerciales e industriales. Preferiblemente, un dispositivo de control, como por ejemplo un circuito medidor de impedancias, mide la impedancia o resistencia eléctrica del loop sensor y activa un interruptor o relé dispuesto en serie con un conductor contenido en el cordón que suministra la potencia eléctrica al aparato. Un aumento suficiente de la resistencia del sensor abrirá el relé, deteniendo el flujo de corriente a través del aparato. El hilo sensor se extiende a lo largo de un trecho considerable del cordón. En una realización del invento, el hilo sensor se extiende desde la clavija de enchufe hasta el segundo extremo del cordón, es decir el extremo que está conectado con el aparato.

El hilo sensor está hecho de un polímero eléctricamente conductor que tiene un coeficiente positivo de temperatura de la resistividad que aumenta con la temperatura. Dicho en otras palabras, el incremento de la resistencia del hilo sensor que ocurrirá durante un determinado aumento de temperatura será más alto a una temperatura más alta que a una temperatura más baja. En el caso ideal, el polímero conductor tiene una resistencia relativamente baja cuando esté por debajo de una temperatura que pueda dañar el aislamiento u otros materiales del aparato, y una resistencia infinitamente alta a temperaturas que puedan originar daños.

El efecto "switching", o de conmutación, que se ha descrito anteriormente permite la detección de temperaturas a lo largo de un gran trecho del cordón, puesto que el aumento de la resistencia que resulta de él será lo suficientemente grande para causar la desconexión del circuito, incluso en aquellos casos en los que el trecho sobrecalentado del cordón fuese muy corto. La gran magnitud del cambio de resistencia, el cual se produce a temperaturas próximas a la temperatura de desconexión deseada, es de gran importancia puesto que otros factores, como por ejemplo altas temperaturas ambientales, el calentamiento ocasionado por el flujo de corriente normal, o los esfuerzos normales que actúan sobre el cordón también harán que la resistencia aumente. Si el cambio de la resistencia producido dentro de un rango de temperatura determinado fuese generalmente constante (tal como ocurre en el caso de muchos metales), un cambio de temperatura mínimo a lo largo de todo el cordón originaría el mismo cambio de resistencia que un cambio de temperatura grande (y quizás perjudicial) limitado a un trecho corto del hilo sensor.

Muchos polímeros conductores tienen un coeficiente de temperatura positivo (PTC) de la resistividad, que aumenta con la temperatura. Entre estos materiales se cuentan tanto los polímeros intrínsecamente conductores como los polímeros cargados de partículas o fibras conductoras, como por ejemplo el carbono o los metales. Los polímeros conductores preconizados en la presente invención deberían presentar un aumento de PTC del material de por lo menos un orden de magnitud entre 30 grados centígrados y una temperatura máxima admisible especificada por debajo del punto de ablandamiento, de fusión o de carbonización del aislamiento del cordón. La temperatura máxima admisible dependerá del aislamiento y de los demás materiales utilizados en el aparato, variando su valor típicamente entre 75 y 200 grados centígrados. En otras realizaciones, el aumento del PTC desde una temperatura de operación máxima esperada hasta la temperatura máxima admisible será superior a 2 órdenes de magnitud. En las realizaciones preferidas, el aumento del PTC desde la temperatura de operación máxima esperada hasta la temperatura máxima admisible será superior a 3 órdenes de magnitud.

De acuerdo con la presente invención, por lo menos tres hilos sensores serán colocados en el cordón, entre los conductores y la superficie exterior más próxima del cordón. Ocupando los hilos la posición indicada, cualquier daño o abrasión que pueda producirse en el cordón eléctrico de alimentación ocasionará un circuito abierto en el hilo sensor, antes de que el conductor quede expuesto. De preferencia, los hilos sensores son conectados en serie mediante un puente, o "shunt", localizado en por lo menos un extremo del cordón, de tal modo que un circuito abierto en cualquier hilo es detectado como alta resistencia por el circuito medidor de impedancias que abrirá el relé o interruptor. Preferentemente, un número suficiente de hilos sensores conectados en serie son colocados al exterior de los conductores de alimentación, de tal modo que un daño proveniente desde una sola o varias direcciones hará que por lo menos un conductor sensor sea desconectado antes de que un conductor portador de corriente sea expuesto.

En otras realizaciones, el conductor de tierra puede ser utilizado como uno de los hilos sensores. En esta configuración, el circuito medidor de impedancias detecta también un circuito abierto en el conductor de puesta a tierra del cordón. En aún otras realizaciones, uno o más hilos sensores hechos de un polímero conductor son utilizados para la detección de temperaturas, y varios hilos sensores adicionales conectados en serie y hechos de cualquier material conductor son utilizados para la detección de daños mecánicos.

El interruptor de la presente invención puede estar conectado con un detector de fallas a tierra a fin de utilizar las ventajas de ambos métodos. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente, como por ejemplo los calentadores, pueden incorporarse en el interruptor para ofrecer múltiples sistemas de protección en un solo dispositivo.

Breve descripción de los dibujos

Una comprensión más completa de las características y ventajas mencionadas así como de otros rasgos, aspectos y ventajas de la presente invención se desprenderá de la siguiente descripción, de las reivindicaciones agregadas en el anexo y del juego de dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 representa un diagrama esquemático de un cordón de extensión que incorpora una realización del dispositivo de seguridad eléctrica, en la que el cordón comprende una clavija de enchufe que suministra corriente a un extremo provisto de una carga, así como un hilo sensor dispuesto en el aislamiento del cordón, un circuito medidor de impedancias destinado a medir la resistencia del hilo sensor, y un relé cuya misión es la de interrumpir el flujo de corriente hacia los conductores de alimentación del dispositivo.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un cordón eléctrico de alimentación destinado a suministrar potencia eléctrica a una carga, en el que el cordón eléctrico de alimentación incorpora la realización 200 del dispositivo de seguridad, en la cual el dispositivo de seguridad utiliza el conductor de puesta a tierra en un loop sensor conectado en serie y comprende un detector de fallas a tierra y la circuitería pertinente para interrumpir el flujo de corriente hacia el dispositivo.

La figura 3 es un diagrama esquemático del cordón de acuerdo con otra realización del invento, en la que se utilizan cuatro hilos sensores y puentes en los extremos de toma de corriente y de carga del cordón de tal modo que forman un loop sensor conectado en serie.

La figura 4 es un diagrama esquemático eléctrico de una realización del dispositivo de seguridad eléctrica y muestra una fuente de potencia, un circuito medidor de impedancias y un indicador de fallas.

La figura 5A es una vista en perspectiva de un aparato eléctrico y un cordón eléctrico de alimentación que utilizan una realización del dispositivo de seguridad eléctrica, en la que el dispositivo de seguridad comprende un módulo enchufable que contiene el circuito medidor de impedancias así como un relé.

La figura 5B es un dibujo parcial de un fragmento del cordón representado de acuerdo con la realización de la figura 5A, que muestra dos hilos sensores dispuestos en el interior del recubrimiento aislante del cordón.

La figura 6A es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en la superficie interior de un recubrimiento aislante exterior del cordón.

La figura 6B es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en la superficie exterior de un recubrimiento aislante exterior del cordón.

La figura 6C es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en la superficie interior de un recubrimiento aislante exterior del cordón, sobresaliendo los hilos hacia el interior de la superficie interior del recubrimiento.

La figura 6D es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en la superficie exterior de un recubrimiento aislante exterior del cordón, sobresaliendo los hilos hacia el exterior de la superficie exterior del recubrimiento, y en la que un revestimiento aislado está dispuesto sobre el recubrimiento.

La figura 6E es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en el aislamiento del cordón, estando los hilos espaciados radialmente en torno de un centro geométrico de la sección transversal del cordón.

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La figura 6F es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en el aislamiento de un cordón plano provisto de un conductor de puesta a tierra central.

La figura 6G es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en el aislamiento de un cordón plano no provisto de un conductor de puesta a tierra central.

La figura 6H es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos en la superficie del aislamiento de un cordón plano, estando el aislamiento cubierto por un revestimiento aislante.

La figura 6I es una vista en corte transversal de una realización de un cordón eléctrico, en la que los hilos sensores están dispuestos de tal manera que las líneas rectas que conectan los hilos sensores adyacentes se encuentran al exterior de los conductores contenidos en el cordón.

La figura 7A representa una vista en perspectiva del extremo de la clavija de un cordón eléctrico de alimentación, en la que se muestra la utilización de un conector anular de sensores provisto de un puente e hilos conectores y fijado al extremo de toma de corriente del cordón eléctrico de alimentación protegido.

La figura 7B es una vista en corte transversal de un conector de hilos sensores que presenta una conexión de ajuste forzado con el extremo del hilo sensor.

La figura 7C es una vista en corte transversal de un conector de hilos sensores que presenta un electrodo incorporado en el extremo del hilo sensor.

La figura 7D representa una vista en perspectiva de las conexiones que conectan los hilos sensores en un extremo de la toma de corriente de un cordón eléctrico, utilizándose un material polimérico conductor para establecer las conexiones con los extremos de los hilos sensores.

La figura 7E representa una vista en perspectiva de las conexiones que conectan los hilos sensores en el extremo de la carga de un cordón eléctrico de alimentación, utilizándose un material polimérico conductor para establecer las conexiones con los extremos de los hilos sensores y estando un hilo sensor dispuesto en la carcasa de un aparato eléctrico.

La figura 7F representa una vista en perspectiva del enchufe hembra de un cordón de extensión, en la que se utilizan hilos hechos de un polímero conductor en un enchufe hembra como hilos sensores suplementarios y como puente para los hilos sensores del cordón.

La figura 8 es un diagrama esquemático de dos aparatos eléctricos protegidos por un dispositivo de seguridad único realizado de acuerdo con la presente invención, en el cual el conector hembra del primer aparato comprende un manguito destinado a recibir una patilla del enchufe del segundo aparato al objeto de proporcionar un sensor único conectado en serie.

La figura 9A es un diagrama esquemático de dos aparatos eléctricos protegidos por un dispositivo de seguridad único realizado de acuerdo con la presente invención, en el que el conector hembra del primer aparato comprende un manguito destinado a recibir una patilla del segundo aparato al objeto de proporcionar un sensor único conectado en serie, estando el conductor de puesta a tierra de cada aparato integrado en el sensor conectado en serie.

La figura 9B representa una vista en perspectiva de la realización según la figura 9A, que muestra el enchufe macho con la patilla sensora así como el conector hembra con el manguito destinado a recibir la patilla sensora.

La figura 10A representa un gráfico de la resistencia volumétrica vs. temperatura de una muestra de polietileno cargado de baja densidad.

La figura 10B representa un gráfico del coeficiente de temperatura de la resistividad vs. temperatura de la muestra de polietileno cargado de baja densidad objeto de la figura 10A.

La figura 11A representa un gráfico de la resistencia volumétrica vs. temperatura de una muestra de polietileno cargado de alta densidad.

La figura 11B representa un gráfico del coeficiente de temperatura de la resistividad vs. temperatura de la muestra de polietileno cargado de alta densidad objeto de la figura 10A.

Descripción de las realizaciones preferidas

A continuación se hará una descripción de las realizaciones preferidas de un dispositivo de seguridad eléctrica que utiliza hilos sensores hechos de un polímero conductor y destinados a detectar sobretemperaturas en cordones eléctricos, conexiones o aparatos eléctricos.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un cordón eléctrico de extensión que utiliza la realización 100 del dispositivo de seguridad eléctrica para la detección de sobretemperaturas en el cordón 101. El enchufe macho de alimentación 103 del cordón 101 suministra energía eléctrica al enchufe hembra o conector hembra 105 para la carga a través del primer conducto 107 y el segundo conductor 109. La primera clavija de contacto 111 del enchufe macho 103 se conecta con el primer conductor 107 por medio del contacto 113 del relé 115. La segunda clavija de contacto 112 del enchufe macho 103 se conecta con el segundo conductor 109 por medio del contacto 114 del relé 115. El enchufe macho 103 puede introducirse en un enchufe hembra de alimentación 117 con el objeto de suministrar energía eléctrica a una carga 119 a través del conector de carga 105. El aislamiento 121 circunda el primer conductor 107 y el segundo conductor 109 entre el enchufe macho 103 y el conector de carga 105.

Un primer hilo sensor 123 dispuesto dentro del aislamiento 121 comprende un primer extremo 125 y un segundo extremo 127. Un segundo hilo o hilo de retorno 129 dispuesto dentro del aislamiento 121 comprende un primer extremo 131 y un segundo extremo 133. El segundo extremo 127 del primer hilo sensor 123 está conectado con el segundo extremo 133 del segundo hilo 129 mediante el puente 135, formándose así un sensor conectado en serie a modo de loop 137. El segundo hilo 129 puede estar hecho de cualquier material conductor. En otra realización, el segundo hilo 129 es un segundo hilo sensor. El sensor conectado en serie 137 está conectado con un circuito medidor de la impedancia o resistencia 139 en el primer extremo 125 del primer hilo sensor 123 y en el primer extremo 131 del segundo hilo 129.

El hilo sensor 123 está hecho de un material cuyo coeficiente de temperatura de la resistividad es positivo y aumenta con la temperatura. Se ha comprobado que el empleo de materiales que tengan un coeficiente de temperatura positivo (PTC), cuyo valor sea más alto a una temperatura elevada en comparación con una temperatura más baja, es especialmente útil para poder detectar sobretemperaturas a lo largo de un gran trecho de un hilo sensor. Por ejemplo, un hilo sensor que está hecho de un material con una determinada resistencia volumétrica, una determinada área de la sección transversal y una determinada longitud resultará tener un valor de resistencia medido de un extremo al otro. Este valor de resistencia es proporcional a la resistencia volumétrica y a la longitud del hilo sensor e inversamente proporcional al área de la sección transversal del sensor. Un cambio de temperatura en el hilo originará un cambio de resistencia que será proporcional al coeficiente de temperatura de la resistividad y a la diferencia de temperatura.

Si el material tiene un PTC relativamente constante dentro de un rango de temperatura especificado, lo que sucede en el caso de muchos materiales, (como por ejemplo metales), el cambio de resistencia (medido en los extremos del hilo) se comportará de forma distinta en comparación con un material en el que el PTC aumente con la temperatura. Por ejemplo, la resistencia de un hilo fabricado de un material con un PTC constante experimentará el mismo cambio en la resistencia independientemente de si el hilo entero experimenta un determinado aumento de temperatura o si la mitad de la longitud del hilo experimenta un cambio en la temperatura que sea el doble del valor dado. Esta situación ocasionará un problema cuando un material de este tipo se utilice como sensor de temperatura lineal, en el sentido de que el mismo cambio de resistencia (que representa un punto de desconexión del dispositivo de protección) podría resultar de un aumento mínimo de temperatura en el hilo entero, aunque dicho cambio no implique ningún riesgo. Alternativamente, el punto de desconexión puede requerir de una temperatura excesivamente alta en el caso de una longitud de falla muy corta.

Los materiales de los hilos propuestos en la presente invención utilizan un material con un PTC que aumenta con la temperatura. Estos materiales, cuando se emplean en un hilo sensor de temperatura lineal, se caracterizan por un incremento de la resistencia eléctrica que aumenta con la temperatura a una tasa creciente. Un cambio de temperatura en un trecho corto del hilo sensor originará un cambio de resistencia que será lo suficientemente grande como para desconectar el circuito antes de que pueda producirse un daño. Un cambio de temperatura pequeño a lo largo de todo el cordón, que podría resultar de una alta temperatura ambiental o de flujos de corriente normales a través del cordón, no causará un cambio de resistencia lo suficientemente grande como para desconectar el circuito.. Ya que es muy probable que una falla eléctrica se presente solamente en un trecho muy corto del cordón, (por ejemplo en caso de la falla de varios torones de un conductor de hilos trenzados), el material debería tener un valor PTC que sea al menos un orden de magnitud mayor a una temperatura que se acerque a la temperatura de fusión o de ablandamiento del aislamiento que a las temperaturas de operación normales. En las realizaciones preferidas, el valor del PTC del polímero conductor es de 2 a 12 órdenes de magnitud mayor a la temperatura de fusión o de ablandamiento que a las temperaturas de operación normales.

Para reducir la complejidad del circuito medidor de impedancias, la resistencia volumétrica del material sensor se elige de tal modo que sea inferior a 10.000 \Omega-cm. En las realizaciones preferidas, la resistencia volumétrica se elegirá de tal modo que sea inferior a 100 \Omega-cm.

En la realización preferida, el material de los hilos sensores tendrá un PTC cuyo valor sea relativamente bajo a las temperaturas de operación y relativamente alto a aquellas temperaturas que puedan ocasionar averías en el aislamiento del cordón, o a temperaturas que sean susceptibles de provocar un incendio. Determinados polímeros conductores presentan estas propiedades, pudiéndose tratar tanto de polímeros intrínsecamente conductores como de polímeros cargados con materiales de relleno. Los polímeros cargados pueden incluir polímeros termoplásticos y termoestables así como copolímeros, elastómeros y cauchos naturales o sintéticos. Los materiales de relleno electroconductores pueden incluir partículas o fibras metálicas, como por ejemplo de acero inoxidable, aluminio, níquel, cobre y plata. También pueden utilizarse materiales de relleno hechos a base de carbono. Así mismo pueden combinarse varios polímeros y materiales de relleno para optimizar la conductividad y el "efecto de conmutación" del sensor.

Aparte de un PTC que aumenta con la temperatura, algunos de estos materiales presentan también propiedades mecánicas que son ventajosas con respecto a su utilización como sensor de temperatura lineal en cordones eléctricos y otros aparatos. Estas propiedades incluyen una buena flexibilidad, una elongación alta y una alta resistencia al agrietamiento. Algunos de estos materiales pueden ser moldeados por extrusión y algunos pueden ser moldeados por coextrusión junto con polímeros aislantes comunes, tales como el polietileno de baja y alta densidad y el cloruro de polivinilo. Algunos de estos materiales pueden ser utilizados para el moldeo por inyección o para el co-moldeo con polímeros de uso común empleados en enchufes macho, enchufes hembra y enchufes eléctricos de otro tipo. Aún otros polímeros conductores pueden ser empleados como adhesivos hotmelt, revestimientos o tintas. Estas propiedades hacen que dichos materiales sean apropiados para poder optimizar el posicionamiento del hilo sensor dentro del cordón o aparato a fin de obtener características adicionales, tal y como queda explicado con respecto a las realizaciones adicionales de la presente invención.

En condiciones de funcionamiento, una temperatura excesivamente alta que se produzca en cualquier punto a lo largo del cordón eléctrico 101, al ser detectada por el primer hilo sensor 123, ocasionará una alta resistencia o impedancia en el sensor conectado en serie 137. El circuito medidor de la impedancia 139 abre el relé 115 después de medir una impedancia predeterminada del sensor conectado en serie que representa una situación de sobretemperatura en el hilo sensor 123.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un cordón eléctrico de alimentación 203 que utiliza la realización 200 del dispositivo de seguridad. Esta realización se distingue de la realización 100 en el sentido de que en el cordón 203 está dispuesto un conductor de puesta a tierra 201 que conecta la patilla de puesta a tierra 205 del enchufe macho 207 con el conector de carga 209. El conector de carga 209 puede ser un conector de enchufe hembra o de enchufe macho, como ocurre en un cordón de extensión, o puede representar las conexiones internas del dispositivo de carga 211. En esta realización, el conductor de puesta a tierra 201 ejerce la función del segundo hilo o hilo de retorno 129 de la figura 1. El puente 213 conecta el segundo extremo 127 del primer hilo sensor 123 con el extremo 215 del conductor de puesta a tierra 201. El puente 213 hace que el hilo sensor 123 y el conductor de puesta a tierra 201 conformen un sensor conectado en serie 217. La utilización del conductor de puesta a tierra 201 como vía de retorno del sensor conectado en serie 217 hace que el circuito medidor de la impedancia 219 ejerza una segunda función de sensor de continuidad del hilo de tierra, puesto que una interrupción de la continuidad del conductor de puesta a tierra 201 entre la conexión 221 y la conexión puente 223 originará una alta impedancia medida por el circuito 219.

La realización 200 también puede comprender un transformador o detector de falla a tierra 225. Una diferencia del flujo de corriente entre los conductores 107 y 109, detectada por el detector 225, abrirá el relé 115 a través del circuito detector de fallas a tierra 227. En otra realización, el detector 225 puede ser reemplazado por un detector de corriente. El detector de corriente puede ser representado por dispositivos en derivación, tales como calentadores que disparan el relé 115 en caso de sobrecorriente, o bien puede comprender un dispositivo en derivación que abre el relé 115 a través de un dispositivo de control (no representado en el esquema). También pueden utilizarse otros dispositivos de protección contra sobrecorriente conocidos por el estado de la técnica, como por ejemplo interruptores de circuito o fusibles. Aún otras realizaciones utilizan un detector de arco en lugar del detector 225. La utilización de varios detectores, tal como se puede apreciar en la figura 2, otorga/ofrece una seguridad adicional mediante la puesta a disposición de una detección múltiple de fallas y permite el empleo de un relé único 115 para desactivar el aparato en caso de fallas.

El relé 115 puede estar posicionado en el extremo del lado de la carga del cordón 203, o también puede estar colocado dentro del dispositivo de carga 211. La posición preferida está en aquel extremo del cordón 203 que se encuentra del lado de la fuente de alimentación. El hilo de retorno del sensor conectado en serie 217 puede estar situado al exterior del cordón 203. Un retorno exterior puede utilizarse en las aplicaciones de tierra común.

La figura 3 es un diagrama esquemático de otra realización de un cordón eléctrico de acuerdo con la presente invención. El cordón 301 comprende el primer conductor 303 y el segundo conductor 305 revestidos por el aislamiento de cordón 307. Un primer hilo sensor 309, un segundo hilo sensor 311, un tercer hilo sensor 313 y un cuarto hilo sensor 315 están dispuestos a lo largo del aislamiento 307, extendiéndose desde un extremo del lado de la fuente 317 hasta un extremo del lado de la carga 319. El primer puente 321 establece la conexión entre los hilos sensores 309 y 311 en el extremo del lado de la carga 319; el segundo puente 323 establece la conexión entre los hilos sensores 311 y 313 en el extremo del lado de la fuente 317; y el tercer puente 325 establece la conexión entre los hilos sensores 313 y 315 en el extremo del lado de la carga 319. De esta manera, los puentes 321, 323 y 325 conectan en distintas combinaciones de parejas los hilos sensores 309, 311, 313 y 315, formando un loop conectado en serie 327 en las conexiones 329 y 331.

La figura 4 es un diagrama eléctrico esquemático de una realización 400 de la presente invención. La carga 401 es alimentada de energía eléctrica a través del enchufe macho 403, el contacto de relé 404 A, los conductores 405 y 407 y el conector de carga 407. El suministro de corriente eléctrica a la carga 401 a través de los conductores 405 y 407 se realiza solamente cuando se cierre el contacto de relé 404A, que normalmente está abierto. El circuito medidor de la impedancia 402 activará el relé 404 durante la operación normal, y desactivará el relé 404 durante situaciones de sobretemperatura cuando éstas sean detectadas por los hilos sensores 411 y 413. El puente 412 establece la conexión entre los extremos de los hilos sensores 411 y 413 en el extremo del lado de la carga, formando así el sensor conectado en serie 437.

En condiciones normales de operación, la fuente de potencia 415 suministra una tensión CC baja en la conexión de suministro de potencia 417. Esta tensión de servicio es recibida desde el enchufe macho 403 a través del transformador aislador 419, el rectificador de onda completa 421, el regulador de voltaje 423 y los condensadores de filtro 425 y 427. El voltaje de servicio, que normalmente es inferior a 10 Vcc, es suministrado a un divisor de tensión de referencia, que comprende las resistencias 429 y 431. El voltaje de referencia en la conexión 433 es suministrado a la entrada (-) del comparador 435. Un segundo divisor de tensión comprende el sensor conectado en serie 437 y la resistencia 438. El voltaje sensor de la conexión de división 441 está conectado a la compuerta (gate) del FET 443. El FET 443 proporciona un amortiguador (buffer) de alta impedancia al comparador 435. La salida del FET 443 proporciona la entrada (+) al comparador 435. El transistor 436 actúa como excitador del relé 404.

El contacto 404B proporciona un latch para el relé 404. El interruptor momentáneo 439 es utilizado para activar el relé 404 una vez que el enchufe macho 403 esté enchufado en un enchufe hembra de alimentación.

En condiciones normales de funcionamiento con temperaturas ambientales y corrientes de carga normales, la resistencia del sensor conectado en serie 437 es inferior a un valor determinado con anterioridad. Este valor de resistencia predeterminado garantizará que la tensión existente en la conexión (+) del comparador 435 sea superior a la tensión de referencia existente en la conexión (-) del comparador 435. En este estado, la salida del comparador 435 es alta, de modo que se activarán el transistor 436 así como el relé 404.

Al detectarse una situación de sobrecorriente, la resistencia del loop sensor conectado en serie 437 aumentará hasta superar un valor predeterminado, haciendo que la tensión existente en la conexión de división 441 y la correspondiente tensión en la conexión (+) del comparador 435 sea lo suficientemente baja para poder cambiar el estado del comparador 435. La salida del comparador 435 bajará, desactivando el transistor 436 y cortando la corriente al relé 404. La desactivación del relé 404 abrirá el contacto 404A, interrumpiéndose el flujo de corriente a través de los conductores 405, 407 y la carga 401. La desactivación del relé 404 abrirá también el contacto 404B, abriendo el circuito de relé. El relé 404 permanecerá desactivado aun cuando la falla se elimine y la resistencia del sensor conectado en serie 437 caiga por debajo del valor predeterminado. El interruptor momentáneo 439 tendría que ser cerrado momentáneamente a fin de reactivar el relé 404. Ello se llevaría a cabo después de haber investigado la falla y el estado del aparato eléctrico.

En otras realizaciones, el relé 404 es reemplazado por un relé de estado sólido o circuito triac y driver (no representado en el esquema). También puede añadirse un circuito de cierre electrónico apropiado. Los condensadores conectados en shunt 442 y 444 derivan a tierra el ruido CA inducido.

El diodo LED 445 recibe energía eléctrica cuando se activa el relé 404, indicando un modo "normal" de operación con suministro de potencia a la carga 401. El LED 447 es activado cuando hay potencia disponible en el enchufe macho 403, pero estando el comparador 435 en estado desconetado, indicando una falla detectada por el sensor conectado en serie 437.

Los componentes del circuito medidor de la impedancia 402 están dispuestos de tal manera que una falla ocurrida en los componentes principales hará que el relé 404 se abra. Por ejemplo, un corte en la fuente de potencia 415, en el FET 443, en el comparador 435, en el excitador (driver) 436, en el relé 404 o en el sensor conectado en serie 437 originará un modo "a prueba de fallos".

La figura 5A es una vista en perspectiva de un aparato eléctrico, tomando como ejemplo una lámpara portátil de taller 501. La lámpara portátil 501 está conectada con un módulo enchufable 503 mediante un cordón eléctrico 505. El módulo enchufable 503 comprende las clavijas estándar 507 y la punta de la patilla de puesta a tierra 509, las cuales son introducidas en un enchufe hembra estándar de alimentación (no representado en el dibujo). El módulo 503 contiene el circuito medidor de impedancias 402 y el relé 404 que se pueden apreciar en la figura 4. La fuente de alimentación 402 también está posicionada en el módulo 503. Un indicador de estado "normal" 511 indica que la unidad ha sido enchufada y que el conmutador "start" 513 ha sido apretado, de modo que la lámpara portátil 501 es alimentada con energía eléctrica. La iluminación del indicador de fallas 515 indica que la impedancia del sensor conectado en serie (437 de la figura 4) ha aumentado hasta alcanzar un punto que indica una temperatura excesivamente alta en el cordón 505, o un corte en el sensor conectado en serie 437.

La figura 5B es un esquema parcial de un fragmento del cordón eléctrico 505 representado en la figura 5A. Los conductores aislados que se utilizan en el cordón incluyen el conductor de fase 511A, el conductor neutro 511B y el conductor de puesta a tierra 511C. Los conductores 511A, 511B y 511C están revestidos por el recubrimiento aislado 515. El hilo sensor 517A está bobinado helicoidalmente alrededor de los conductores 511A, 511B y 511C. El hilo sensor 517B está bobinado helicoidalmente alrededor del aislamiento fibroso 518 que envuelve los conductores. Los hilos sensores 517A y 517B han sido extrusionados de un material polimérico conductor y están conectados mediante un puente (no representado gráficamente) dentro de la lámpara portátil 501, formando el sensor conectado en serie 437 que queda representado en la figura 4. El hilo sensor 517B puede bobinarse en una dirección opuesta a la de 511A, a fin de cancelar las corrientes inducidas provenientes de los conductores. Alternativamente, los hilos sensores 517A y 517B incluyen un recubrimiento aislante coextrusionado (no representado gráficamente), siendo el aislamiento coaxial al hilo sensor. Aislados de este modo, ambos hilos sensores pueden estar bobinados al exterior del aislamiento fibroso 518.

Las figuras 6A a 6I son vistas en corte transversal de cordones eléctricos de alimentación, en las cuales pueden apreciarse varios métodos para distribuir los hilos sensores dentro de los cordones.

La figura 6A es una vista en corte transversal de un cordón eléctrico de alimentación 600A, el cual comprende los conductores 601A, 601B y 601C representando varias combinaciones posibles de los conductores de fase, de neutro y de puesta a tierra. Uno o varios de los conductores pueden estar cubiertos por el aislamiento 603. Todos los conductores están protegidos por un recubrimiento aislante exterior 605 que envuelve los conductores a lo largo de todo el cordón eléctrico de alimentación. Pueden usarse materiales adicionales tales como el material fibroso 607 para conseguir un aislamiento adicional o para reforzar el cordón.

Los hilos sensores 609A, 609B, 609C y 609D están dispuestos en el recubrimiento aislante exterior 605. En esta realización, la superficie interior 611 de los hilos sensores forma parte de la superficie interior 613 del recubrimiento 605. Los hilos sensores están espaciados radialmente con respecto al centro geométrico 602 de la sección transversal del cordón. Los hilos sensores están espaciados radialmente hacia el exterior con respecto a los conductores. La distancia radial entre los hilos sensores 609A, 609B, 609C y 609D y la superficie exterior 606 del recubrimiento aislado 605 es menor que la distancia radial entre los conductores 601A, 601B y 601C y la superficie exterior 606 del recubrimiento 605.

El espaciado hacia el exterior de los hilos sensores en relación a los conductores (especialmente al conductor de fase) favorece una segunda propiedad de protección de los hilos sensores, en el sentido de que es muy probable que una acción desconectadora o abrasiva proveniente del exterior del cordón desconecte un hilo sensor antes de que el objeto que origina dicha desconexión o abrasión entre en contacto con alguno de los conductores. Los hilos sensores están fabricados de un material polimérico conductor, como por ejemplo una matriz de polietileno cargada con carbono particulado como material de relleno. Los hilos pueden incorporarse coextrusionando los hilos sensores junto con el recubrimiento aislado 605.

La figura 6B representa una vista en corte transversal del cordón eléctrico de alimentación 600B provisto de los hilos sensores 611A, 611B, 611C y 611D, los cuales están dispuestos en la parte exterior del recubrimiento aislado 605. Una superficie exterior 615 de los hilos sensores forma parte de la superficie exterior 606 del recubrimiento 605. En esta realización, un revestimiento exterior aislado 619 está dispuesto en la superficie exterior 606 del recubrimiento 605 incluyendo la superficie exterior 615 de los hilos sensores 611A, 611B, 611C y 611D. La distancia radial entre los hilos sensores 611A, 611B, 611C y 611D y la superficie exterior 606 del recubrimiento 605 es menor que la distancia radial entre los conductores y la superficie exterior. El revestimiento 619 aisla los hilos sensores contra materiales conductores que podrían entrar en contacto con los hilos sensores, tales como agua contaminada, tubos metálicos, etc.

La figura 6C representa una vista en corte transversal de un cordón 600C, que se asemeja a la realización que se muestra en el cordón eléctrico de alimentación 600A, estando los hilos sensores 621A, 621B, 621C y 621D localizados en la superficie interior 613 del recubrimiento 605, de tal manera que los hilos sensores se extienden hacia la zona interior 604 del recubrimiento 605. Los hilos sensores pueden ser incorporados mediante un método como por ejemplo la termoimpregnación (hot melt).

La figura 6D representa una vista en corte transversal del cordón 600D, en el que los hilos sensores 623A, 623B, 623C y 623D están dispuestos en la superficie exterior 606 del recubrimiento 605. El revestimiento aislado 625 cubre y aisla tanto los hilos sensores como el recubrimiento exterior 605.

La figura 6E representa una vista en corte transversal del cordón eléctrico de alimentación 600E, en la cual los conductores 627A, 627B y 627C están distribuidos dentro del aislamiento 629 del cordón. El aislamiento 629, además de aislar los conductores, ejerce la función de apoyarlos y espaciarlos. Los hilos sensores 631A, 631B, 631C, 631D, 631E, 631F, 631G y 631H están distribuidos radialmente en torno al centro geométrico 632 de la sección transversal del aislamiento 629. La distancia radial entre los hilos sensores y la superficie exterior 633 del cordón 600E es menor que la distancia radial entre los conductores 627A, 627B y 627C y la superficie exterior 633 del cordón 600E.

La figura 6F representa una vista en corte transversal del cordón eléctrico de alimentación plano 600F. Los conductores 635A, 635B y 635C están dispuestos de manera colineal. Los hilos sensores 637A, 637B, 637C, 637D, 637E y 637F están distribuidos dentro del aislamiento 639 de tal modo que los hilos se hallan más próximos a la superficie exterior más próxima que el conductor de fase que se protege. Un conductor conectado al potencial de tierra (tal como sería el caso del conductor 635B en los cordones típicos) no requerirá de semejante protección.

La figura 6G representa una vista en corte transversal del cordón 600G provisto de ocho hilos sensores 641 dispuestos dentro del aislamiento 642 y alrededor del primer conductor 643A y de ocho hilos sensores 641 dispuestos alrededor del segundo conductor 643B. Al ser fabricado el cordón, los hilos sensores 641 pueden ser coextrusionados junto con el aislamiento 642.

La figura 6H es una vista en corte transversal del cordón 600H, el cual está provisto de una pluralidad de hilos sensores 645 extrusionados de tal modo que una superficie exterior 646 de los hilos está en la superficie exterior 647 del aislamiento 649. El revestimiento 651 proporciona un aislamiento a fin de impedir trayectorias de corriente no deseadas a través de los hilos sensores.

La figura 6I es una vista en corte transversal del cordón 600I en la que se puede apreciar un método para distribuir los hilos sensores 651 dentro del cordón 600I. Los conductores de fase 653A y 653B están circundados por las líneas rectas 652 que conectan los hilos sensores adyacentes. De esta manera, será bastante alta la probabilidad de que los hilos sensores abran y desconecten los conductores antes de que un objeto pueda entrar en contacto con el conductor de fase.

La figura 7A representa una vista en perspectiva del extremo del enchufe macho 701 de un cordón eléctrico de alimentación 703 provisto de un conector de hilos sensores 705. Cuando el anillo 706 del conector de hilos sensores 705 es presionado en el extremo 701, los contactos elásticos 707A, 707B, 707C y 707D se abren estableciendo un contacto de enclavamiento con los hilos sensores 709A, 709B, 709C y 709D. Parte del aislamiento 711 del cordón ha sido pelado, quedando expuestos los hilos sensores a lo largo de un trecho lo suficientemente largo para poder insertar el conector de hilos sensores 705. Las puntas de enclavamiento 708 dispuestas en cada uno de los contactos elásticos retienen el conector de hilos sensores 705 en el cordón 703 y ayudan a mantener el contacto con los hilos sensores. En esta realización, los contactos elásticos 707B y 707D están conectados mediante el puente 713. El hilo conector 715 conectado con el contacto elástico 707A y el hilo conector 717 conectado con el contacto elástico 707C están conectados con un circuito medidor de la impedancia (no representado en el esquema). Los conductores 719A, 719B y 719C pasan a través del orificio 706A del conector de hilos sensores 705.

La figura 7B representa una vista en corte transversal de un conector de hilos sensores 700B. El resalte 721 del conector de hilos sensores 700B está conectado mediante conexión de ajuste con el extremo desaislado del cordón 703. El contacto de hilos sensores 723 está fijado mediante una conexión de ajuste al hilo sensor 709A. El hilo conector 725 conecta el contacto de hilos sensores 723 con el circuito medidor de impedancias u otro elemento del sensor conectado en serie (no representados en el esquema). El aislamiento 711 se ha quitado en parte, permitiendo que el contacto 723 del conector 700B haga contacto con el hilo sensor 709A. El orificio 722 proporciona una abertura para el conductor 719C.

La figura 7C representa una vista en corte transversal de un conector de hilos sensores 700C. En esta realización, el conector 700C está fijado al aislamiento exterior 711 del extremo 703 del cordón mediante una conexión de ajuste. No es necesario desaislar el extremo 703 del cordón. El contacto de inserción 727 penetra en el extremo del hilo sensor 709C para establecer el contacto eléctrico con el hilo sensor 709C. Un hilo conector 725 conecta el contacto de inserción 727 con otro elemento (no representado en el esquema).

La figura 7D es una vista en perspectiva en corte parcial de otra realización de conexiones de hilos sensores. El extremo 729 del cordón penetra en la envoltura 731 de un módulo. El puente 733A hecho de un polímero conductor conecta los extremos de un par de hilos sensores (no representados en el esquema). El puente 733B hecho de un polímero conductor conecta los extremos del hilo sensor 734 (representado en corte parcial) y de un segundo hilo sensor (no representado en el esquema). Los conectores 735A y 735B hechos de un polímero conductor conectan los extremos de los hilos sensores (no representados en el esquema) con los hilos conectores 737A y 737B. Los puentes de polímero conductor y los conectores de polímero conductor pueden estar hechos del mismo material conductor que los hilos sensores. Por ejemplo, el material conductor puede ser un polietileno cargado de partículas de carbono como material de relleno. Los puentes de polímero conductor y los conectores de polímero conductor pueden ser incorporados mediante un método de soldadura o de hot melt. En otras realizaciones, los puentes de polímero conductor y los conectores de polímero conductor pueden estar hechos de una pasta polimérica adhesiva cargado de partículas, tales como partículas metálicas, para establecer las conexiones en los extremos de los hilos sensores.

La figura 7E representa una vista en perspectiva de conexiones de hilos sensores dispuestas en el extremo del lado de la carga de un cordón eléctrico de alimentación 743. Los puentes 745A y 745B hechos de un polímero conductor conectan pares de extremos de hilos sensores (no representados en el esquema), tal como se puede apreciar en la figura 7D.. Los conectores 747A y 747B hechos de un polímero conductor conectan el hilo sensor 749 en serie con un par de hilos sensores dispuestos en el cordón a través de los hilos conectores 746A y 746B. El hilo sensor 749 está fabricado de un polímero conductor que se incorpora en el interior de la carcasa 751 del dispositivo de carga 753. Si la carcasa 751 es dañada lo suficientemente para que se rompa la caja, el hilo sensor 749 se abrirá, desconectando el suministro de energía a los conductores 755A y 755B.

La figura 7F representa una vista en perspectiva del enchufe hembra 761 fijado al extremo del lado de la carga 763 de un cordón de extensión 765. Los hilos sensores 767A y 767B dispuestos en el enchufe hembra están conectados (no representado en el esquema) de tal modo que forman un puente que conecta los hilos sensores 769A y 769B del cordón. Las conexiones en las que los hilos sensores 767A y 767B del enchufe hembra coinciden con los hilos sensores 769A y 769B del cordón, pueden ser conexiones de ajuste, conexiones de soldadura o conexiones en las que se usan adhesivos conductivos. Un revestimiento (no representado en el esquema) colocado por encima de los hilos sensores 767A y 767B sirve para aislar dichos hilos. Alternativamente, los hilos sensores 767A y 767B son comoldeados por debajo de la superficie del enchufe hembra.

La figura 8 es un diagrama esquemático de la realización 800 de un segundo aparato eléctrico protegido 801, el cual puede ser enchufado en un primer aparato eléctrico protegido 803. La carga 805 es suministrada de energía eléctrica a través de las clavijas de contacto 810A y 810B del primer enchufe macho 808, del primer conductor 807A y el segundo conductor 807B, los manguitos 812A y 812B para clavijas dispuestos en el primer conector 809, las clavijas de contacto 814A y 814B del segundo enchufe macho 811, y a través de los conductores 816A y 816B del aparato 801. El relé 813 interrumpe el flujo de corriente a través del primer conductor 807A al ser abierto por el circuito medidor de la impedancia 815. El sensor conectado en serie para el primer aparato protegido 803 comprende el primer hilo sensor 819, el segundo hilo sensor 821 así como el puente (shunt) 823, que comprende la armadura 825, el contacto de armadura 827 y el conector de derivación (o conector shunt) 829.

El segundo aparato protegido 801 comprende un segundo sensor conectado en serie 830, el cual comprende el tercer hilo sensor 831, el cuarto hilo sensor 833 así como el puente (shunt) 835, que puede ser un hilo sensor dispuesto en posición adyacente a la carga 805. El cuerpo 837 de la patilla de dos conductores 839 está conectado con el tercer hilo sensor 831 del sensor conectado en serie 830. La punta 841 de la patilla de dos conductores 839 está conectada con el cuarto hilo sensor 833 del sensor conectado en serie 830.

Cuando el enchufe macho 811 del segundo aparato eléctrico 801 es enchufado en el conector hembra 809 del primer aparato eléctrico 803, la punta 841 de la patilla de dos conductores 839 hará contacto con el contactor de punta 843 del conector 809. La punta 841 también mueve el contactor de punta 843 y la armadura 825 en dirección de la flecha 846, interrumpiendo el contacto eléctrico entre la armadura 825 y el contacto de armadura 827. El cuerpo 837 de la patilla de dos conductores 839 establece el contacto eléctrico con el contacto a masa 845 del conector hembra 809. Por consiguiente, la introducción del segundo enchufe 811 en el conector hembra 809 hará que el primer sensor conectado en serie 817 sea desconectado, creando un tercer sensor conectado en serie que comprende el primer hilo sensor 819, el tercer hilo sensor 831, el puente 835, el cuarto hilo sensor 833 y el segundo hilo sensor 821. La aparición de sobretemperaturas en el segundo aparato eléctrico 801 o bien en el primer aparato eléctrico 803 será detectada por el circuito medidor de la impedancia 815, y se desconectará el suministro de energía a los aparatos a través del relé 813.

La figura 9A es un diagrama esquemático de la realización 900 de un segundo aparato eléctrico protegido 901, el cual puede ser enchufado en un primer aparato eléctrico protegido 903. La carga 905 es suministrada de energía eléctrica a través de las clavijas de contacto 910A y 910B del primer enchufe macho 908, del primer conductor 907A y el segundo conductor 907B, los manguitos 912A y 912B para clavijas dispuestos en el primer conector 909, las clavijas de contacto 914A y 914B del segundo enchufe macho 911, y a través de los conductores 916A y 916B del aparato 901. El relé 913 interrumpe el flujo de corriente a través del primer conductor 907A al ser abierto por el circuito medidor de la impedancia 915. El contacto de puesta a tierra con la carcasa de la carga 905 es proporcionado por la patilla de puesta a tierra 918 del enchufe macho 908, el conductor de puesta a tierra 920 del aparato 903, el manguito 922 del conector hembra 909 destinado a recibir dicha patilla de puesta a tierra, la patilla de puesta a tierra 924 del enchufe macho 911, el conductor de puesta a tierra 926 del aparato 901 y por el conductor de puesta a tierra 928 de la carga.

El sensor conectado en serie 906 para el primer aparato protegido 903 comprende el primer hilo sensor 919, el conductor de puesta a tierra 920 así como el puente (shunt) 923, que comprende la primera armadura 925, el primer contacto de armadura 927 y el conector de derivación (o conector shunt) 929.

El segundo aparato protegido 901 comprende un segundo sensor conectado en serie 930, el cual comprende el tercer hilo sensor 931, el conductor de puesta a tierra 926 y el puente (shunt) 935. La patilla 939 está conectada con el tercer hilo sensor 931 del sensor conectado en serie 930.

Cuando el enchufe macho 911 del segundo aparato eléctrico 901 es enchufado en el conector hembra 909 del primer aparato eléctrico 903, la patilla 939 establecerá el contacto eléctrico con el contactor 943 del conector 909. La patilla 939 también mueve el contacto 943 y la armadura 925 en dirección de la flecha 960, interrumpiéndose el contacto eléctrico entre la armadura 925 y el contacto de armadura 927.

Por consiguiente, la introducción del segundo enchufe 911 en el conector hembra 909 hará que el primer sensor conectado en serie 906 sea desconectado, creando un tercer sensor conectado en serie que comprende el primer hilo sensor 919, el tercer hilo sensor 931, el puente 935, el conductor de puesta a tierra 926 y el conductor de puesta a tierra 920 y sus respectivos conectores. La aparición de sobretemperaturas en el segundo aparato eléctrico 901 o bien en el primer aparato eléctrico 903 será detectada por el circuito medidor de la impedancia 915, y se desconectará el suministro de energía a los aparatos a través del relé 913.

Los sensores conectados en serie de los aparatos 901 y 903 ejercen tres funciones distintas. Primero, la aparición de sobretemperaturas en cualquiera de los aparatos es detectada por los hilos sensores que están dispuestos en dichos aparatos y se desconectará el suministro de energía a través del relé 913. Segundo, un daño mecánico que interrumpa la continuidad del sensor conectado en serie desconectará el suministro de energía a través del relé 913. Tercero, el sensor conectado en serie actúa como sensor de continuidad a tierra que desconectará el suministro de energía a los aparatos a través del relé 913 en caso de que se produzca un corte en el circuito de tierra hacia la carga.

La figura 9B representa una vista en perspectiva de un enchufe macho 911 para un segundo aparato protegido, comprendiendo dicho enchufe la clavija de contacto 914A del primer conductor, la clavija de contacto 914B del segundo conductor, la patilla de puesta a tierra 924 y la patilla sensora 939. El enchufe macho 911 es introducido en el enchufe hembra o conector hembra 909 de un primer aparato protegido, comprendiendo éste el primer manguito receptor de clavijas 912A, el segundo manguito receptor de clavijas 912B, el manguito 922 destinado a recibir la patilla de puesta a tierra y el manguito 951 destinado a recibir la patilla sensora. Un adaptador 953 destinado a adaptar el enchufe macho 911 protegido a un enchufe hembra estándar puesto a tierra (no representado en el dibujo) comprende manguitos para recibir clavijas y patillas (similares a los manguitos 912A, 912B, 922 y 951 del enchufe hembra 909) dispuestos en el extremo 955 así como una clavija de contacto 957A del primer conductor, una clavija de contacto 957B del segundo conductor y una patilla de puesta a tierra 959. Un adaptador similar puede utilizarse para los aparatos representados en la figura 8, omitiendo la patilla de puesta a tierra. En una realización alternativa, la patilla sensora 939 está configurada de tal modo que puede ser retirada del enchufe macho 911 mediante una conexión de tipo pin and jack (patilla y jack) (no representada en el esquema), permitiéndose así que el enchufe macho 911 pueda ser introducido en un enchufe hembra estándar puesto a tierra.

Ejemplo 1

Una muestra de prueba de 0,330 cm de ancho por 0,152 cm de espesor por 15,24 cm de largo fue preparada partiendo de una lámina extrusionada de un polímero conductor, tratándose de un producto disponible en el mercado. El polímero conductor fue un polietileno de baja densidad cargado de partículas de carbono como material de relleno, siendo disponible dicho producto bajo el nombre comercial de CONTRIM® LD, fabricado por la Crystal-X Corporation de Darby, Pensilvania. La resistencia fue medida de un extremo al otro por medio de clips de prueba, desprendiéndose de los cálculos efectuados que la resistencia volumétrica era de 101 \Omega-cm a la temperatura ambiental (22 grados centígrados). La muestra fue calentada al aire, midiéndose a continuación su resistencia. La figura 10A muestra los valores registrados de la resistencia volumétrica vs. temperatura resultantes del procedimiento descrito. El coeficiente de temperatura de la resistividad fue calculado partiendo de estos datos, dividiendo el cambio en la resistividad por el cambio en la temperatura para lecturas sucesivas. El diagrama del coeficiente de temperatura de la resistividad vs. temperatura se puede apreciar en la figura 10B.

Ejemplo 2

Una muestra de prueba de 0,355 cm de ancho por 0,154 cm de espesor por 10,16 cm de largo fue preparada partiendo de una lámina extrusionada de un polímero conductor, tratándose de un producto disponible en el mercado. El polímero conductor fue un polietileno de alta densidad cargado de partículas de carbono como material de relleno, siendo disponible dicho producto bajo el nombre comercial de CONTRIM® VF, fabricado por la Crystal-X Corporation de Darby, Pensilvania. La resistencia fue medida de un extremo al otro por medio de clips de prueba, desprendiéndose de los cálculos efectuados que la resistencia volumétrica era de 125 \Omega-cm a una temperatura de 27 grados centígrados. La muestra fue calentada al aire, midiéndose a continuación su resistencia. La figura 11A muestra los valores registrados de la resistencia volumétrica vs. temperatura resultantes del procedimiento descrito. El coeficiente de temperatura de la resistividad fue calculado partiendo de estos datos, dividiendo el cambio en la resistividad por el cambio en la temperatura para lecturas sucesivas. El diagrama del coeficiente de temperatura de la resistividad vs. temperatura se puede apreciar en la figura 11B.

Tanto la muestra de polietileno cargado de baja densidad como la de polietileno cargado de alta densidad presentaban el aumento deseado del PTC con la temperatura. La muestra de polietileno de baja densidad presentaba un aumento de PTC de más de 4 órdenes de magnitud entre la temperatura ambiental y la temperatura máxima de prueba (78 grados centígrados).

Por consiguiente, el lector verá que el "Dispositivo de seguridad eléctrica con sensor de polímero conductor" ofrece una protección contra sobretemperaturas para El dispositivo ofrece las siguientes ventajas adicionales:

\bullet

El dispositivo interrumpe el suministro de energía eléctrica a un cordón eléctrico de alimentación o aparato eléctrico a lo largo de cualquier parte del cordón.

\bullet

El dispositivo interrumpe el suministro de energía eléctrica al aparato en caso de producirse un daño mecánico que pudiese dejar al descubierto conductores portadores de corriente.

\bullet

El dispositivo interrumpe el suministro de energía eléctrica al aparato si se pierde la continuidad a tierra.

\bullet

Pueden protegerse aparatos eléctricos adicionales sin componentes electrónicos o interruptores adicionales; y

\bullet

El dispositivo puede ser combinado fácilmente con una protección contra sobrecorrientes y contra fallas a tierra.

A pesar de que la descripción anterior contiene un gran número de especificaciones, éstas no deberán interpretarse en el sentido de que limiten el objetivo y alcance de la presente invención, entendiéndose que solamente intentan aclarar de manera ejemplar algunas de las realizaciones actualmente preferidas de la invención. Por ejemplo, puede aplicarse a través del sensor conectado en serie una señal de corriente alterna o de corriente pulsada. De ello resulta que el objetivo y alcance del invento se habrá de determinar a partir de las reivindicaciones agregadas y sus equivalentes legales, y no mediante los ejemplos presentados.

Claims (11)

1. Conductor eléctrico aislado destinado a detectar sobretemperaturas y daños mecánicos, comprendiendo el conductor eléctrico aislado:

una parte alargada formada por conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B), circundada por una parte formada por el aislamiento (121), comprendiendo la parte de aislamiento (121) una superficie exterior; y

por lo menos tres hilos sensores (123, 129; 123, 201; 651) que se extienden a lo largo de un trecho considerable de la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B), estando cada uno de los por lo menos tres hilos sensores (123, 129; 123, 201; 651) dispuesto dentro de la parte formada por el aislamiento (121) entre la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B) y una parte protegida de la superficie exterior, de tal forma que, en una sección transversal del conductor eléctrico aislado, la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B) está circundada por una pluralidad de líneas rectas (652) que conectan los hilos adyacentes de los por lo menos tres hilos sensores (651), de tal modo que cada uno de los por lo menos tres hilos sensores (123, 129; 123, 201; 651) actúa como sensor de daños mecánicos por pérdida de continuidad antes de que la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B) sea expuesta, comprendiendo al menos uno (123) de los por lo menos tres hilos sensores un material polimérico conductor,

caracterizado porque

el material polimérico conductor tiene un coeficiente positivo de temperatura de la resistividad, el cual aumenta con la temperatura en por lo menos un orden de magnitud entre treinta grados centígrados y una temperatura máxima admisible especificada por debajo del punto de ablandamiento, de fusión o de carbonización de la parte del aislamiento (121), de lo que resulta un sensor de sobretemperaturas con un efecto switching o de conmutación.

2. Conductor eléctrico aislado destinado a detectar sobretemperaturas y daños mecánicos, que comprende:

una parte alargada formada por conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B), circundada por una parte formada por el aislamiento (121), comprendiendo la parte del aislamiento (121) una superficie exterior; un primer hilo sensor (123) que está dispuesto en la parte del aislamiento (121) y se extiende a lo largo de un trecho considerable de la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B), comprendiendo el primer hilo sensor (123) un material polimérico conductor; y

por lo menos tres segundos hilos sensores (129; 651) dispuestos dentro de la parte formada por el aislamiento (121) entre la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B) y una primera parte protegida de la superficie exterior, de tal forma que, en una sección transversal del conductor eléctrico aislado, la parte constituida por los conductores eléctricos (107, 109; 653A, 653B) está circundada por una pluralidad de líneas rectas (652) que conectan los hilos adyacentes de los por lo menos tres hilos sensores (651), de tal modo que cada uno de los por lo menos tres segundos hilos sensores (129; 651) actúa como sensor de daños mecánicos por pérdida de continuidad antes de que el conductor eléctrico (107, 109; 653A, 653B) sea expuesto, caracterizado porque

el material polimérico conductor del primer hilo sensor (123) tiene un coeficiente positivo de temperatura de la resistividad, el cual aumenta con la temperatura en por lo menos un orden de magnitud entre treinta grados centígrados y una temperatura máxima admisible especificada por debajo del punto de ablandamiento, de fusión o de carbonización de la parte del aislamiento (121), de lo que resulta un sensor de sobretemperaturas con un efecto switching o de conmutación.

3. Conductor eléctrico aislado según la reivindicación 1, que comprende por lo menos un puente (135; 213) que conecta al menos dos de dichos hilos sensores (123, 129; 123, 201) en un primer extremo del conductor eléctrico aislado, formando un loop sensor conectado en serie (137; 217), conectable en un segundo extremo del conductor eléctrico aislado.

4. Conductor eléctrico aislado según la reivindicación 2, que comprende por lo menos un puente (135) que conecta el primer hilo sensor (123) y uno de dichos segundos hilos sensores (129) en un primer extremo del conductor aislado, formando un loop sensor conectado en serie (137), conectable en un segundo extremo del conductor aislado.

5. Conductor aislado según la reivindicación 1 ó 2, en el que el polímero conductor comprende una poliolefina.

6. Conductor aislado según la reivindicación 1 ó 2, en el que el polímero conductor comprende polietileno.

7. Conductor aislado según la reivindicación 1 ó 2, en el que el polímero conductor comprende partículas de carbono.

8. Conductor eléctrico aislado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el coeficiente positivo de temperatura de la resistividad aumenta en por lo menos dos órdenes de magnitud entre treinta grados centígrados y dicha temperatura máxima admisible especificada de la parte conformada por el aislamiento.

9. Aparato eléctrico destinado a reducir riesgos eléctricos resultantes de sobretemperaturas y daños mecánicos, comprendiendo el aparato lo siguiente:

un cordón eléctrico de alimentación (101; 203), que comprende un primer extremo y un segundo extremo;

un enchufe macho (103; 207) dispuesto en el primer extremo del cordón eléctrico de alimentación (101; 203), pudiéndose introducir el enchufe macho (103; 207) en un enchufe hembra de alimentación eléctrica (117);

Conductor eléctrico aislado según lo reivindicado en la reivindicación 3 o la reivindicación 4, que está dispuesto dentro del cordón (101; 203) y se extiende desde el enchufe macho (103; 207) hasta el segundo extremo del cordón eléctrico de alimentación; y

un interruptor (115) conectado operativamente con el loop sensor (137; 217) de la reivindicación 3 o la reivindicación 4, y conectado en serie con la parte alargada formada por conductores eléctricos (107; 109), desconectando el interruptor (115) el suministro de energía a la parte alargada formada por conductores eléctricos (107; 109) cuando la resistencia del hilo sensor aumenta hasta alcanzar un valor predeterminado.

10. Aparato según la reivindicación 9, que comprende un dispositivo de control de fallas a tierra (225, 227) conectado operativamente con el interruptor (115) de tal modo que el dispositivo de control de fallas a tierra abre el interruptor al detectar un flujo de corriente eléctrica a tierra.

11. Aparato según la reivindicación 9, que comprende un dispositivo de control de sobrecorriente conectado con el interruptor (115) de tal modo que el dispositivo de control de sobrecorriente abre el interruptor al detectar sobrecorrientes en la parte alargada formada por los conductores eléctricos (107; 109).