CIRCUITO DE SEGURIDAD PARA DISPOSITIVO ELÉCTRICO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un circuito de seguridad para su uso en relación con dispositivos eléctricos. En los dispositivos eléctricos, algunas veces es necesario interrumpir la energía operativa para evitar el daño o afectación causada por condiciones de sobrecalentamiento. Se ha tenido un avance substancial en el desarrollo de medios de seguridad para lograr esta tarea en relación con colchas y cobertores calentados eléctricamente. Los cobertores eléctricos están formados comúnmente con revestimientos de tela que incluyen conductos en toda el área del cobertor en los que está trenzado un elemento laberíntico de calentamiento de bajo wataje. A fin de proporcionar protección contra el sobrecalentamiento del elemento de calentamiento, es conocido colocar termostatos bimetálicos o alambres detectores continuos en cercanía al elemento de calentamiento a fin de detectar las condiciones de sobrecalentamiento. Tales medios de seguridad responden a las condiciones de sobrecalentamiento operando un relevador o dispositivo de interrupción similar para abrir el circuito y de esta manera cortar la energía operativa al elemento de calentamiento. En los cobertores más modernos, el elemento de calentamiento consiste de dos conductores separados que están cubiertos por un material de coeficiente de tem peratu ra positiva (CTP) . Dicho elemento de calentamiento es auto limitante desde un punto de vista de temperatura que le permite compensar algunas condiciones de sobrecalentamiento sin que sea necesario interrumpir la energía operativa. Sin embargo, todavía se necesitan medios separados para interrumpir la energía operativa si existen condiciones extremas de sobrecalentamiento, tales como cuando ocurre que el circuito se abra o rompa en relación con uno de los dos conductores del elemento de calentamiento de CTP. Tales medios de calentamiento comúnmente operan fundiendo un fusible para interrumpir el circuito antes de que se desarrolle una condición peligrosa. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un medio mejorado para interrumpir la energía operativa a un dispositivo eléctrico en una condición de sobrecalentamiento. La presente invención está incluida en un circuito de seguridad que tiene un elemento conductivo en proximidad térmica a por lo menos uno de los elementos del circuito de un dispositivo eléctrico que se energiza mediante una energía operativa. El elemento conductivo está estructurado para interrumpir rápidamente en respuesta a altas temperaturas. El circuito de seguridad incluye un circuito interruptor que está acoplado al elemento conductivo y a la energía operativa, y que responde a una interrupción en el elemento conductivo interrumpiendo la energía operativa al dispositivo eléctrico. Los expertos en la técnica comprenderán y apreciarán estos y otros aspectos, ventajas y objetos de la presente invención con referencia a la siguiente especificación, reivindicaciones y dibujos anexos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 , es un diagrama esquemático de un cobertor eléctrico incluyendo la presente invención; La Figura 2 es una vista seccional aumentada del elemento de calentamiento de coeficiente de temperatura positiva de la presente invención ; y La Figura 3 es un diagrama de circuito esquemático del circuito de seguridad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Los medios de seguridad de la presente invención se pueden implementar en todos los tipos de circuitos eléctricos, dispositivos eléctricos, y cables de conexión, incluyendo, pero no limitado a , cobertores eléctricos, cojines de calentamiento eléctrico, motores eléctricos, y circuitos de cableado para edificios . La siguiente descripción se enfoca en la aplicación de la presente invención en un cobertor eléctrico para propósitos de explicación. Con referencia primero a la Figura 1 , se muestra un cobertor eléctrico 10, en el cual se puede encontrar el medio de seguridad de la presente invención . El cobertor 10, incluye un elemento de calentamiento alargado 12 que está enlazado por canales formados en un revestimiento del cobertor eléctrico 14 para proporcionar calor uniforme en la superficie del ^oberíor de una manara bien r.onocida.
Aunque sólo se muestra un elemento de calentamiento, q ue comúnmente es del orden de 30.48 metros de largo, se pueden incluir dos o más elementos de calentamiento en un sólo cobertor. Un controlador 16 está conectado al elemento de calentamiento 12 e incluye un interruptor de encendido/apagado 18, un botón de inicio 20, y un control de calor ajústable 22 que permite al operador del cobertor 10, ajustar el calor generado por el elemento de calentamiento 12. El controlador 16 acopla el cobertor 10 a una fuente adecuada de energía operativa eléctrica mediante la clavija 24. La Figura 2 muestra un vista seccional del elemento de calentamiento 12 de la presente invención que está implementada en el cobertor eléctrico 10. El elemento de calentamiento 12 es de un tipo que utiliza un material de coeficiente de temperatura positiva (CTP) 26 que está extruido entre y alrededor de un par de conductores separados 28 y 30 con forma de hueso de perro. Un recubrimiento aislante eléctricamente adecuado 32, es extruido en el material CTP 26. Aunque la estructura específica del elemento de calentamiento de CTP puede variar considerablemente, se detallan modalidades preferidas de tal elemento de calentamiento en la Patente de los Estados Unidos No. 4,277,673 a Kelly, publicada el 7 de julio de 1981 titulada ARTÍCU LO AUTO-R EG U LADOR CONDUCTOR E LÉCTR ICO, y en la Patente de los Estados U nidos No. 4, 309, 596 a Crowley, publicada el 5 de enero de 1982, titulada CABLE DE CALENTAMIENTO FLEXI BLE AUTO-LIMITANTE, ambas patentes se incorporan a la presente por referencia. Comúnmente, el material de CTP en el elemento de calentamiento tiene una resistencia de superficie muy alta, y contiene polietileno, caucho de silicona, o similares, que tengan partículas de negro de humo de gas natural mezcladas en el mismo de tal manera que proporcione características específicas de temperatura/resistencia. En la modalidad preferida, cada uno de los conductores 28 y 30 tienen un núcleo aislante sobre el cual se ha devanando alambre conductor de manera helicoidal, cada núcleo ha sido recubierto con una dispersión de carbono conductor, como se detalla en la Patente de los Estados Unidos No. 4,309,596 a Cro ley. El recubrimiento aplicado a cada núcleo neutraliza la superficie de alta resistencia del material CTP 26, dando como resultado una interfase eléctrica de baja resistencia entre el material CTP 26, y cada uno de los conductores 28 y 30. En la operación, la corriente eléctrica pasa entre los conductores 28 y 30 y a través del material 26 entre los mismos. El material CTP 26 proporciona una área de calentamiento resistivo en toda la longitud del elemento de calentamiento 12 y, aunque se muestra en la Figura 3, como resistencias paralelas discretas, forma un calentador de resistencia continua sencilla entre los conductores 28 y 30. La constitución del material CTP 26 y las dimensiones físicas de su extrusión se seleccionan de manera que la resistencia y, por lo tanto, la disipación de calor por metro de longitud sean razonablemente constantes a cualquier temperatura dada. A temperaturas bajas, la disipación de calor por metro será mayor que a temperaturas ambiente normales. En una condición de temperatura alta o sobrecalentamiento, la disipación de calor será menor a la normal . El material CTP 26 se auto-limita para producir una disipación de calor dada o temperatura del alambre para cada cada sistema de aislamiento y ambiente diferente. De esta manera , cuando una sección del cobertor 10 sea apilada o restringida anormalmente en lo que se refiere a la transferencia de calor (ocasionado por ejemplo, por algo que esté en la parte superior del cobertor) , el elemento de calentamiento 12, reacciona al nuevo ambiente y reduce su disipación de calor en esa área en un i ntento por mantener una temperatura razonablemente constante . Incluido en el elemento de calentamiento 12 de la presente invención se encuentra un elemento conductivo 34 (Figura 2) que corre paralelo a los conductores 28 y 30 en toda la longitud del elemento de calentamiento . En la modalidad preferida, el elemento 34 es un filamento o fibra, y está colocado en un espacio 36 (un tanto exagerado en la Figura 2) entre el material CTP 26 y el recubrimiento aislante 32. Colocado de esta manera, la fibra 34 está en proximidad térmica a los conductores 28 y 30. Sin embargo, a diferencia de los conductores 28 y 30, la fibra conductiva 34 no está revestida con una dispersión de carbono conductor. Por lo tanto , la superficie de alta resistencia del material CTP 26 hace que la fibra conductiva 34 esté esencialmente aislada eléctricamente, causando que pase una corriente de fuga muy pequeña entre la fibra 34 y los conductores 28 y 30. En la modalidad preferida, los conductores 28 y 30 están separados por una distancia de aproximadamente 0.1016 cm, y la fibra conductiva 34 está separada de cada conductor por una distancia de aproximadamente 0.07874 cm. La composición de la fibra 34, abajo descrita, es tal que se rompe cuando se expone a altas temperaturas asociadas con condiciones de sobrecalentamiento excesivas que no se pueden compensar mediante la naturaleza auto-limitante del material CTP 26. Existen muchos tipos de materiales y composiciones que se pueden usar para el elemento conductivo 34. Se puede usar cualquier metal, aleación de metal, o material conductivo eléctricamente, y combinaciones de los mismos, incluyendo, pero no limitado a: Acero Inoxidable Circonio/cobre Cobre y aleaciones de cobre Níquel y aleaciones de níquel Platino Plomo y aleaciones de plomo Plata Níquel/cromo Oro Níquel/cromo/hierro Aluminio Bronce Aleaciones de cinc Berilio/cobre Bronce Hierro Hierro/cromo/aluminio Aleaciones de Cadmio Estaño y aleaciones de estaño Carbono Fósforo/bronce También, se puede usar cualquier fibra o hilo recubierto metálico o conductivo eléctricamente para la fibra conductiva 34, incluyendo, pero no limitado a: Hilo recubierto de plata Hilo recubierto de níquel Hilo recubierto de grafito Hilo recubierto de cobre Hilo recubierto de cobre/plata Hilo recubierto de plata/níquel Hilo recubierto de grafito/hierro Hilo recubierto de carbono Adicionalmente, se puede usar cualquier hilo que tenga cualquier combinación de rellenos metálicos o conductivos eléctricamente para la fibra conductiva 34, incluyendo pero no limitado a: Hilo de plástico rellenado con plata Hilo de plástico rellenado con níquel Hilo de plástico rellenado con carbono Hilo de plástico rellenado con grafito H ilo rellenado con cobre/plata Hilo rellenado con plata/n íquel Hilo rellenado con aluminio H ilo rellenado con cobre Hilo rellenado con oro También se pueden usar muchos tipos de fibras ópticas para la fibra conductiva 34. Se probaron varios de los materiales y composiciones arriba mencionadas en un esfuerzo por determinar lo que constituye las modalidades preferidas de la fibra cond uctiva 34. Se probó la fi bra de acero inoxidable , fibras de acero inoxidable trenzadas alrededor de un hilo de poliester, hilo de poliester cubierto con plata, hilo de polietileno cubierto con plata , hilo de polipropileno cubierto con plata . Aunque todos los materiales y composiciones probadas funcionaron bien, se determinó que las fibras de acero inoxidable trenzadas alrededor de un hilo de poliester es el material más preferido. El tipo específico del material más preferido que se probó en realidad consiste en cuatro hilos de fibra de acero inoxidable de
mieras que están trenzados alrededor de dos hilos de 1 50 denieres (equivalente aproximadamente a 0.01524 centímetros de diámetro) de hilo de poliester, y está d isponible de Bekaert Fi bre
Technologies como hilo de acero inoxidable de poliester VN 35/4. El poliester contenido dentro de este material más preferido tiene un punto de fusión típico de 256 grados Celsius, y el acero inoxidable tiene un punto de fusión típico de aproximadamente 1500 grados Celsius. Entre otros materiales probados para la fibra conductiva 34, se determinó que el segundo material más preferido es la fibra de acero inoxidable (sin el hilo de poliester). El tipo específico del segundo material más preferido que se probó en realidad consiste de 90 hilos de fibra de acero inoxidable de 14 mieras (que tiene un punto de fusión típico de aproximadamente 1500 grados Celsius) , y está disponible de Bekaert Fibre Technologies como Bekinox #VN 14/1.X90/90Z. Las dos composiciones más preferidas arriba mencionadas para la fibra conductiva 34 son preferidas porque son suficientemente fuertes para soportar el lavado, manejo y dobleces normales de los cobertores eléctricos, y son suficientemente flexibles para no hacer que el cobertor sea demasiado rígido. Adicionalmente, por razones que se discuten con más detalle a continuación, el trenzado del acero inoxidable es suficientemente pequeño que el calor causará que la fibra conductiva 34 se corte antes de que la tela del cobertor se encienda. El poliester en la modalidad más preferida es benéfico, ya que añade resistencia a los hilos de acero inoxidable a fin de facilitar el proceso de fabricación. Con referencia ahora a la Figura 3, se muestra es un diagrama de circuito esquemático del circuito de seguridad 37 de la presente invención, fa mayoría del cual está alojado dentro de un controlador 16 (Figura 1 ). La clavija 24 acopla el circuito de seguridad a una fuente adecuada de energía operativa eléctrica que es comúnmente voltaje de línea de CA . Se incluye un fusible 38 que está conectado en serie con la punta de energía 40 y que sirve para interrumpir el circuito cuando la corriente a través de él excede un valor predeterminado. En la modalidad preferida, el fusible 38 tiene un valor de 5 amperios que especifica que abrirá el circuito si la corriente es al menos 4.5 amperios (90 por ciento de su valor). El valor del fusible 38 es suficientemente alto , de manera que no se fundirá debido a las corrientes de entrada normalmente altas , comúnmente de 4 amperios aproximadamente, que se experimentan temporalmente cuando la energ ía se proporciona al cobertor 10. Tales corrientes de entrada altas son producidas por el hecho de que el material CTP 26, cuando está frío, tiene una resistencia muy baja que se eleva rápidamente cuando el elemento de calentamiento 12 se energiza. Sin embargo, el fusible 38 se fundirá rápidamente y desenergizará el circuito si se desarrolla una condición de corto en el elemento de calentamiento 12 , como se describe a continuación . El interruptor de encendido/apagado 18, controlado por el operador del cobertor 10, está conectado en serie con el fusible 38 (Figura 1 ). El interruptor 18 está cerrado en la posición de "encendido" para acoplar el resto del circuito de seguridad a la fuente de energía operativa eléctrica. El circuito de seguridad incluye un relevador comprendido por una bobina del relevador 42 y un interruptor del relevador 44 normalmente abierto. En la modalidad preferida , el relevador tiene una bobina de voltaje de 1 15 voltios CA y un interruptor de un solo polo , y es fabricado por Cornell Dubilier Corporation. Acoplado a la bobina del relevador 42, se encuentra el botón 20 que, cuando el operador lo presiona momentáneamente en un momento en que el interruptor de encendido/apagado 18 está cerrado ("encendido") , hace que se forme un circuito completo en donde la bobina del relevador 42 será energizada y tendrá suficiente corriente a través del mismo, para hacer que el interruptor del relevador 44. Después de liberar el botón de inicio 20, el circuito completo formado con fibra conductiva 34 (abajo descrito) , aunque induce menos corriente a través de la bobina del relevador 42 que el botón de inicio 20, entonces hará que la bobina del relevador 42 esté energizada suficientemente para mantener el interruptor del relevador 44 cerrado. En la modalidad preferida , el botón de inicio 20 es un interruptor unipolar de acción simple normalmente abierto momentáneamente fabricado por Grayhill Corporation . El circuito de seguridad incluye un tubo de gas 46 que es energizado cuando el interruptor del relevador 44 y el interruptor de encendido/apagado 18 están cerrados. El tubo de gas 46 emite luz cuando se energiza como tal, y sirve como una luz indicadora para indicar que el cobertor eléctrico está en uso. En serie con el tubo de gas 46, está el resistor limitador de corriente R1 . En la modalidad preferida, el tubo de gas 46 es un foco de neón, el resistor R1 es un resistor de 62 Kohmios, y la combinación del tubo 46 y el resistor R 1 tiene un valor de 120 voltios. También incluido en el circuito de seguridad , se encuentra un termostato bimetálico 48 que está en cercanía física y térmica a un resistor R2. El resistor R2 está conectado de manera que esté energizado, y así genera calor, cada vez que el elemento de calentamiento 12 está generando calor, y es un resistor de carbono de 62 Kohmios en la modalidad preferida. De una manera bien conocida para los expertos en la técnica, el termostato 48 opera como un interruptor en relación con su temperatura, la cual se determina por el calor emitido por el resistor 42. En particular, el termostato 48 está "cerrado" cuando la temperatura del mismo está por debajo de un valor mínimo, y está "abierto" cuando se excede la temperatura mínima . La temperatura mín ima, y por lo tanto, la sensibilidad del termostato 48, es controlada por el control de calor ajustable 22 del controlador 16 (Figura 1 ) . Cuando se excede la temperatura m ínima y se abre el termostato 48 , ni el resistor R2 ni el elemento de calentamiento 12 están energizados, haciendo que dejen de generar calor y se empiecen a enfriar. Cuando el resistor R2 se ha enfriado al punto en donde la temperatura del termostato 48 disminuye por debajo de la temperatura mínima, el termostato 48 se cierra, haciendo que el resistor R2 y el elemento de calentamiento 12 para estar energizados de nuevo. Esta naturaleza cíclica permite al operador del cobertor 10 controlar efectivamente la cantidad de calor generado por el elemento de calentamiento 12 mediante el control de calor ajustable 22.
La Figura 3 también muestra el elemento de calentamiento 12. Cuando el interruptor de encendido/apagado 18, el interruptor del relevador 44, y el termostato bimetálico 48 estén cerrados , el elemento de calentamiento 12 es energizado y genera calor por medio de la corriente que pasa entre los conductores 28 y 30 a través del material resistivo CTP 26. Por razones abajo mencionadas, los dos extremos 50 y 52 del conductor 28 están acoplados conjuntamente , y los dos extremos 54 y 56 del conductor 30 están acoplados conju ntamente. Como se describió anteriormente , el elemento de calentamiento 12 incluye el elemento o fibra conductiva 34, que está acoplada a la energía operativa y, en la Figura 3, se extiende desde el punto 58 al punto 60 y a través de la longitud del elemento de calentamiento 12. La fibra conductiva 34, aislada eléctricamente del material CTP 26 y los conductores 28 y 30, está acoplada a la bobina del relevador 42 y forma una trayectoria de circuito completo que conduce corriente cuando el interruptor de encendido/apagado 18 está cerrado. Como se mencionó anteriormente, esta corriente energiza la bobina del relevador 42 , manteniendo cerrado de esta manera el' interruptor del relevador 44. Los cobertores eléctricos, tales como el arriba descrito, se usan convencionalmente de la misma manera que los cobertores no eléctricos. En particular, es común que los cobertores eléctricos se doblen y flexionen repetidamente, ya sea durante su uso, entre usos o al lavarse. En vista de estas demandas de los cobertores eléctricos, es necesario que los elementos de calentamiento contenidos en tales cobertores eléctricos estén hechos de materiales y dimensiones adecuados para que se puedan flexionar repetidamente sin romperse u ocasionar otros problemas. A pesar del diseño y fabricación cuidadoso de tales elementos de calentamiento, habrá ocasiones en que se dañará un elemento de calentamiento al punto de crear condiciones severas de sobrecalentamiento si el cobertor se conecta a la energ ía operativa. Tales condiciones severas de sobrecalentamiento pueden quema r el elemento de calentamiento y hacer que se desarrolle una situación peligrosa . Ejemplos de dicho daño a un elemento de calentamiento incluyen rupturas o fallas que se desarrollan en uno o más conductores contenidos en el elemento de calentamiento, o cua ndo se crea un corto entre los conductores. Las condiciones severas de sobrecalentamiento son ocasionadas con frecuencia por a rcos eléctricos que pueden alcanzar temperaturas de miles de grados Celsius. El circuito de seguridad arriba descrito de la presente invención evita o elimina problemas de este tipo. En la situación en donde ocurre una sola ruptura en el conductor 28 ó 30, sólo se crea una caída de voltaje relativamente pequeña, cuando mucho , a través de la ruptura porque los extremos de cada conductor están conectados conjuntamente y acoplados a la energía operativa . La magnitud exacta de esta caída de voltaje depende de la ubicación de la ruptura con respecto a los extremos del conductor. Una ruptura en la mitad del conductor 28 ó 30 no produce caída de voltaje a través de la ruptura , mientras que una ruptura en un extremo del conductor produce una ca ída máxima de voltaje igual a la caída de voltaje a través de la longitud del conductor. La caída de voltaje a través del conductor que se mantiene suficientemente baja para que aún la situación de caída máxima de voltaje no cree un arco eléctrico en la ruptura. De la manera arriba descrita , explicado con mayor detalle en la Patente del Reino U nido de la Gran Bretaña No. 2, 168, 580 a Crowley, titulada COJ I N ETE O COB ERTOR ELÉCTRICO e incorporada en la presente por referencia , el circuito de seguridad evita que una sola ruptura en uno o ambos conductores 28 y 30 produzca una condición de sobrecalentamiento . Sin embargo, en la situación en la que ocurren dos rupturas en cualquiera de los conductores 28 ó 30, la ca ída de voltaje a través de una o ambas rupturas es usualmente muy significante, dando como resultado la creación de un arco eléctrico. Tal arco, como se mencionó anteriormente, puede generar calor excesivo el cual , si no se interrumpe la energía operativa , puede crear una situación peligrosa quemando el material CTP 26, el recubrimiento aislante 32 y finalmente la tela del cobertor 10. La fibra conductiva 34 del circuito de seguridad de la presente invención evita que se desarrolle una situación peligrosa cuando ocurren dos rupturas en cualquiera de los conductores 28 ó 30. Como se mencionó anteriormente, la fibra 34 está en cercanía física y térmica a los conductores 28 y 30 y está formada de material que hace que se corte cuando se expone a temperatu ras altas. Como tal , la fibra conductiva 34 no se romperá durante la operación normal del cobertor 10 cuando el elemento de calentamiento 12 está generando la cantidad deseada de calor, pero se romperá rápidamente si se desarrollan condiciones excesivas de sobrecalentamiento tales como las causadas por un arco eléctrico . Tal ruptura en la fibra conductiva 34 abrirá la trayectoria del circuito que normalmente conduce corriente a través de la bobina del relevador 42. Entonces la ruptura desenergizará la bobina del relevador 42 , haciendo que el interruptor del relevador 44 se abra e interrum pa la energía operativa al elemento de calentamiento 12. Los materiales utilizados para la fibra conductiva 34 , arriba descritos, se seleccionan de manera que la fibra 34 se cortará y se interrumpirá la energía operativa , antes de que se desarrolle cualquier situación peligrosa. En la situación en donde ocurre una condición de corto circuito entre los conductores 28 y 30, se incrementará la corriente a través del circuito de seguridad . Si el corto es severo, la corriente incrementada a través de los conductores 28 y 30, si no se interrumpe la corriente operativa, se puede ocasionar que el elemento de calentamiento 12 se sobrecaliente , aún al punto en donde ocurre el arqueo eléctrico, de manera que se desarrolla una situación peligrosa . El fusible 38 del circuito de seguridad evita tales condiciones de sobrecalentamiento abriendo el circuito, interrumpiendo de esta manera la energía operativa, si la corriente a través del mismo excede un valor predeterminado que, en la modalidad preferida, es de aproximadamente 5.0 amperios. Sin embargo, en el caso poco probable de que el fusible 38 no funcione, la fibra conductiva 34 evitará que se desarrolle una situación peligrosa. De la manera arriba descrita, la fibra 34 se cortará, interrumpiendo así la energía operativa , si la temperatura del elemento de calentamiento 12 alcanza un nivel altamente peligroso debido al corto. De la descripción anterior, se puede ver que la fibra cond uctiva 34 y el circuito de seguridad de la presente invención se pueden implementar fácilmente para proteger contra condiciones de sobrecalentamiento en casi cualquier situación . Adicionalmente , los beneficios de tal circuito de seguridad se pueden realizar en todos los tipos de circuitos eléctricos, dispositivos eléctricos, y cables de conexión, independientemente de si la energía operativa es CA o CD. La descripción anterior se considera sólo la de la modalidad preferida. Modificaciones de la invención se le ocurrirán a los expertos en la técnica y a los que hagan uso de la invención . Por lo tanto, se comprende que la modalidad mostrada en los dibujos y arriba descrita es sólo para propósitos ilustrativos y no se pretende limitar el alcance de protección de la invención, que se define por las reivindicaciones interpretadas de acuerdo con los pri ncipios de la ley de patentes.