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用于检测电力电路的辉光接触的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于检测电力电路(2；16)的辉光接触(4；14)的方法。该方法在电力电路两端施加(24，26，28)至少两个不同的电阻值(18，20，22)，并响应地感测(30)在电力电路两端的至少两个电压(V2；VOC)。至少两个电压中的每一个对应至少两个不同电阻值中的一个。然后该方法确定(8)与该至少两个不同电阻值的若干变化有关的所感测的至少两个电压中的若干变化是否在预定范围内是线性的，或者确定(8)所感测的至少两个电压中的两个的变化是否随着至少两个不同电阻值中的两个的减小而没有增大，并且否则响应地生成与检测电力电路的辉光接触对应的跳闸信号(34)和警告信号(36)中的至少一个。
【专利说明】用于检测电力电路的辉光接触的方法和装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年4月5日提交的美国专利申请号No. 13/440,243的优先权，其 通过引用并入本文。

【技术领域】
[0003] 所公开的构思一般涉及电力电路的辉光接触（glowing contact)，并更特别涉及 检测这种辉光接触的方法。所公开的构思还涉及用于检测电力电路的辉光接触的装置。

【背景技术】
[0004] 电路中断器例如包括断路器，插座，接触器，电机启动器，电动机控制器以及其它 负载控制器。
[0005] 辉光接触是一种高电阻电连接，其例如但不限于可在导体（例如电线）和例如插 座的螺旋端子（例如线路端子，中性端子）的界面处形成。辉光接触同样例如但不限于可 能位于插头出口处，在其中阳三叉插头和插座出口的三组出口接触片相配合。在插座处的 辉光接触已知为产生能够融化插座和引起火灾的大量热量。使用铜导线在插座终端处很容 易产生高电阻或辉光接触。已知与包括使用铜、黄铜和铁的所有组合制造的接触的辉光接 触相关联的危害。例如参见美国专利号No. 6, 948, 846和No. 6, 707, 652。
[0006] 根据UL 1699(电弧故障电路中断器）（范围1. 3)，提供电弧故障检测的电弧故障 电路中断器（AFCI)并不旨在检测辉光连接并因而确信AFCI不提供辉光接触保护。
[0007] 过热的电连接可以因诸如配电板、负载中心、电出线口和照明开关的电气元件内 的松动连接而引起。这些电连接时常未被检测地工作，可导致电气元件的破坏并且许多时 候产生火灾。
[0008] 已知采用温度传感器（例如热继电器；双金属材料）感测在大约200°C处的温度 并为插座提供辉光接触保护。
[0009] 美国专利No. 6, 707, 652公开了一种插座，该插座包括输出代表用户线电路的第 一温度的第一信号的第一温度传感器，输出代表中性线路的第二温度的第二信号的第二温 度传感器，以及根据在第一温度和第二温度之间的差提供辉光接触跳闸信号的电路。
[0010] 同样已知通过检测从过热塑料发出的烟或气体来检测辉光接触或产生的过热状 态，通过采用主动声学感测来检测电力电路的电传导故障，或通过其它机构来保护免受过 热状态。
[0011] 用于检测电力电路的辉光接触的方法存在改进的空间。
[0012] 用于检测电力电路的辉光接触的装置存在改进的空间。


【发明内容】

[0013] 所公开构思的实施方式满足这些以及其他需求，其中在电力电路两端施加不同阻 抗并且在电力电路两端响应地感测电压。每一个电压对应不同阻抗中的一个。确定与不同 阻抗的若干变化相关的所感测电压的若干变化是否在预定范围内是线性的，或两个所感测 电压的变化是否随着两个不同电阻值的减小而没有增大，并且否则响应地生成与检测电力 电路的辉光接触对应的跳闸信号和警告信号中的至少一个。
[0014] 依据所公开的构思的一个方面，检测电力电路的辉光接触的方法包括：在电力电 路两端施加至少两个不同的电阻值，并响应地感测电力电路两端的至少两个电压，该至少 两个电压中的每一个对应于该至少两个不同电阻值中的一个；以及确定与该至少两个不同 电阻值的若干变化有关的所感测的至少两个电压的若干变化是否在预定范围内是线性的， 或者所感测的至少两个电压中的两个的变化是否随着该至少两个不同电阻值中的两个的 减小而没有增大，并且否则响应地生成与检测电力电路的辉光接触所对应的跳闸信号和警 告信号中的至少一个。
[0015] 作为所公开的构思的另一方面，装置检测电力电路的辉光接触。该装置包括：多个 电阻器；多个开关，其被构造为切换在电力电路两端的若干电阻器；电压传感器，其被构造 为感测在电力电路两端切换的若干电阻器两端的电压；处理器，其被构造为控制多个开关 以切换在电力电路两端的至少两个不同电阻值，输入与至少两个不同电阻值中的每一个对 应的所感测电压，并确定与该至少两个不同电阻值的若干变化有关的所感测电压的若干变 化是否在预定范围内是线性的，或者所感测电压的变化是否随着该至少两个不同电阻值中 的两个的减小而没有增大，并且否则响应地生成与检测电力电路的辉光接触对应的跳闸信 号和警告信号中的至少一个；以及跳闸信号和警告信号中的至少一个的输出。
[0016] 作为所公开的构思的另一方面，检测电力电路的辉光接触的方法包括：在电力电 路两端施加至少两个不同的阻抗并响应地感测在电力电路两端的至少两个电压，所感测的 至少两个电压中的每一个对应于该至少两个不同阻抗中的一个；以及确定与该至少两个不 同阻抗的若干变化有关的所感测的至少两个电压的若干变化是否在预定范围内是线性的， 或者所感测的至少两个电压中的两个的变化是否随着该至少两个不同阻抗中的两个的减 小而没有增大，并且否则响应地生成与检测电力电路的辉光接触对应的跳闸信号和警告信 号中的至少一个。
[0017] 附图简要说明
[0018] 当结合附图阅读时，从优选实施例的如下说明可以得到所公开构思的全面理解， 在附图中：
[0019] 图1是三个不同材料组合以及用于20安培电路的#12AWG铜导体的三个不同电线 长度的电流-电阻（IR)降的辉光电压相对电流的曲线图。
[0020] 图2是图1的辉光电压的组合电压降加上两个不同电线长度的IR降的电压相对 电流的曲线图。
[0021] 图3是三个不同材料组合以及用于15安培电路的#14AWG铜导体的三个不同电线 长度的IR降的辉光电压相对电流的曲线图。
[0022] 图4是图3的辉光电压的组合电压降加上两个不同电线长度的IR降的电压相对 电流的曲线图，其中依据所公开构思的实施例，三个垂直线指示三个所施加的电流水平和 所期望的电压降。
[0023] 图5是依据所公开构思的实施例，以示意形式的简化住宅分支电路和用于检测松 脱/辉光连接的装置的方框图。
[0024] 图6是依据所公开构思的另一实施例，以示意形式的松脱/辉光连接检测器装置 的方框图。
[0025] 图7A和7B是以示意形式的图6的松脱/辉光连接检测器装置的不同输出的方框 图。

【具体实施方式】
[0026] 如本文所体现的，术语"若干"将意为一个或多于一个的整数（即多个）。
[0027] 如本文所体现的，术语"处理器"将意为：可编程的模拟和/或数字设备，其可存 储、检索和处理数据；计算机；工作站；个人计算机；微处理器；微控制器；微型计算机；控 制器；中央处理单元；主机计算机；迷你计算机；服务器；网络处理器；或任何合适的处理 设备或装置。
[0028] 如本文所体现的，术语"辉光接触"将与"辉光连接"有同样的含义。辉光接触或辉 光连接是在两个导体的界面处形成的高阻电连接，其遭受流过它们的电流的加热或过热。
[0029] 与安全电连接相比，辉光接触产生显著更高的电压降。通过监测在流过电力电路 的不同电流水平下对松脱连接敏感的在电力电路两端的电压，可检测辉光连接并响应地生 成跳闸信号或警告信号。
[0030] 对于铜接触而言，典型的负载在大约l〇g至大约10, 〇〇〇g连接力的范围内，产生在 大约ΙπιΩ至大约0. ΙπιΩ范围内的典型连接电阻。在20A处，这将产生在大约2mV"s至大 约20mV"s范围内在安全电连接两端的电压降。这完全低于高于1V" S的在辉光连接两端的 电压降。事实上，如在图1和图3中所示，电流越低，辉光连接电压越高。同样，在辉光连接 中耗散的功率足够高，尤其是在高于l〇A" s的电流处，以便将电子接合点过热并且加热周围 区域到可能产生火灾的程度。
[0031] 如图1-4中所示，对于各种材料组合，诸如铜-铜，铜-不锈钢，或黄铜-铁，在相 对低的电流（比如，低于5A" S)处辉光连接具有相对高的电压降。
[0032] 参考图4和5,没有其它负载电流流动的情况下，检测是否存在辉光接触的方法采 用已知电阻（例如通过若干电阻器R 2a，R2b，R2。的组合）加载电力电路2并且比较所感测电 压％的变化。非线性电压变化指示问题。如果不存在辉光连接，则图5中所示的电力电路 2的电压降（其等于电力电路电流I乘以两个电力电路导体的电阻2R wiM，或2IRwiM)将是 线性的。因此，当将加倍电流21施加至电力电路2时，则电压降（=21 X 2Rwire = 4IRwiJ 将期望加倍。若不是这种情况，当存在辉光连接时，则电压降将不是线性的，从而指示问题。
[0033] 根据所公开的构思，用于检测可对电连接故障敏感的示例性电力电路2的辉光接 触的方法，包括在电力电路2两端施加至少三个不同的诸如电阻值的阻抗，并响应地感测 在电力电路2两端的至少三个电压（V 2)。这些电压中的每一个对应不同电阻值中的一个， 该不同电阻值例如但不限于通过若干示例性电阻器R2a，R 2b，R2。的任何适当组合形成。然后， 确定与不同电阻值的变化有关的所感测电压（V 2)的变化是否在预定范围内是线性的，并且 否则响应地生成跳闸信号和警告信号中的至少一个以便保护电力电路2免受辉光接触4并 通告辉光接触4。
[0034] 在图5中，包括三个示例性电阻器R2a，R2b，R 2c的检测器装置6被插到电力电路2 的输出（未示出）内。检测器装置6中的处理器（未示出，但参见图6的示例性控制器8) 将三个电阻器R2a，R2b，R2。的组合切换到电力电路2并测量产生的负载电压V 2。如果所感测 的电压差是线性的，则电力电路2良好并且不存在辉光接触。如果所感测的电压不是线性 的，则指示电力电路2的配线和/或电连接中的问题。如将要描述的，通过向上游（朝向负 载中心或配电板10)移动检测器装置6直至非线性电压测量值消失来隔离该问题。
[0035] 示例 1
[0036] 下面的表1示出了具有良好电连接的分支电路对于具有100英尺#12AWG铜电力 电缆的120Vac的示例的示例值。在该示例中，R lMd是由图5的若干示例性电阻器R2a，R2b， R2。的适当组合形成的电阻。电流I是在电力电路2内流动的电流。VdMp是电压降，其等于 电力电路电流I乘以两个电力电路导体的电阻2R wire，或2IRwire。V2指三个示例所感测电压 V2a，V2b，V2。，其分别对应不同的电阻值120 Ω，60 Ω，30 Ω。电阻器R2a，R2b，R2。可以例如但不 限于分别具有120 Ω，60 Ω，30 Ω的值，使得当开关Sa，Sb，Sc分别闭合时形成RlMd。如另一 个非限制性示例，1^，1^，1? 2。可分别具有12(^，12(^，6(^的值，使得当（&)开关5&闭合 时（R lMd = 120 Ω)，（b)开关 Sa 和 Sb 闭合时（RlMd = 60 Ω)，（c)开关 Sa，Sb 和 Sc 闭合时 (RiMd = 3〇Ω)，形成 Rload。
[0037] 表 1
[0038]

【权利要求】
1. 一种方法，用于检测电力电路（2 ;16)的辉光接触（4 ;14)，所述方法包括： 在所述电力电路两端施加（24, 26, 28)至少两个不同阻抗（18, 20, 22)，并响应地感测 (30)在所述电力电路两端的至少两个电压（V2;Vre)，所述感测的至少两个电压中的每一个 对应所述至少两个不同阻抗中的一个；以及 确定（8)与所述至少两个不同阻抗的若干变化有关的所述感测的至少两个电压的若 干变化是否在预定范围内是线性的，或者确定（8)所述感测的至少两个电压中的两个的变 化是否随着所述至少两个不同阻抗中的两个的减小而没有增大，并且否则响应地生成与检 测所述电力电路的辉光接触对应的跳闸信号（34)和警告信号（36)中的至少一个。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 无线地（50)或通过电力线载波（52)发送（38)所述跳闸信号和警告信号中的至少一 个。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 在所述电力电路的部件￠6)处在所述电力电路两端施加所述至少两个不同阻抗。
4. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 采用与所述电力电路可操作地相关联的电路中断器（48);以及 响应于跳闸信号来跳闸（54)电路中断器。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 响应于跳闸信号在所述电力电路两端施加（44)另一个不同阻抗（46)，以便使上游电 路中断器（48)跳闸。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 采用三个不同电阻值作为所述至少两个不同阻抗，其中该三个不同电阻值对应于在所 述电力电路中流动的大约1个单位的电流，大约2个单位的电流和大约4个单位的电流。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 采用三个不同电阻值作为所述至少两个不同阻抗； 采用三个电压作为所述至少两个电压； 确定与在所述电力电路中流动的大约1个单位电流的变化对应的所述感测的三个电 压的第一变化； 确定与在所述电力电路中流动的大约2个单位电流的变化对应的所述感测的三个电 压的第二变化；以及 确定第二变化是否是第一变化的大约两倍并且在预定范围内，并且否则响应地生成所 述跳闸信号和警告信号中的至少一个。
8. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 采用包括负载中心（59)、电路中断器（48)和在所述负载中心下游的多个输出口（60， 62,64,66)的所述电力电路； 在远离所述负载中心的所述输出口中的第一个输出口 ￠6)处在所述电力电路两端首 先施加所述至少两个不同阻抗，并检测所述电力电路的辉光接触；以及 在比所述输出口中的第一个输出口离所述负载中心更近的若干所述输出口（64,62， 60)处在所述电力电路两端逐渐地施加所述至少两个不同阻抗，直到在所述电力电路中未 检测到辉光接触。
9. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 采用两个不同电阻值作为所述至少两个不同阻抗； 采用两个电压作为所述至少两个电压；以及 确定两个电压的变化是否随着两个不同电阻值的减小而没有增大。
10. 如权利要求9所述的方法，进一步包括： 采用开路电阻值作为所述两个不同电阻值中的一个；以及 采用开路电压值作为所述两个电压中的相应一个。
11. 一种装置（6 ;12)，用于检测电力电路（2 ;16)的辉光接触（4 ;14)，所述装置包括： 多个电阻器（18, 20, 22); 多个开关（24, 26, 28)，其被构造为切换在所述电力电路两端的若干所述电阻器； 电压传感器（30)，其被构造为感测在所述电力电路两端切换的所述若干所述电阻器两 端的电压（V2 ;VQC); 处理器（8)，被构造为控制（32)所述多个开关以切换在所述电力电路两端的至少两个 不同电阻值，以输入与所述至少两个不同电阻值中的每一个对应的感测电压，并确定与所 述至少两个不同电阻值的若干变化有关的所感测电压的若干变化是否在预定范围内是线 性的，或者确定所感测电压的变化是否随着所述至少两个不同电阻值中的两个的减小而没 有增大，并且否则响应地生成与检测所述电力电路的辉光接触对应的跳闸信号（34)和警 告信号（36)中的至少一个；以及 所述跳闸信号和警告信号中的至少一个的输出（38)。
12. 如权利要求11所述的装置（12)，其中所述电力电路包括输出口（66,64,62,60); 并且其中所述多个开关被构造为在所述电力电路的输出口处在所述电力电路两端切换若 干所述电阻器。
13. 如权利要求11所述的装置（12)，其中电路中断器（48)与所述电力电路可操作地 关联，并且从由可视指示器（40)，可听指示器（40)和被构造为激活负载（46)以产生故障 电流来跳闸电路中断器的开关（44)所组成的组中选择所述输出；其中所述输出被构造为 无线地（50)或通过电力线载波（52)发送所述跳闸信号和警告信号中的至少一个；其中电 路中断器（48)与所述电力电路可操作地相关联，并且所述输出（38)被构造为发送跳闸信 号以跳闸所述电路中断器；或其中所述输出被构造为发送（52)警告信号（36)以远程通告 (56, 58)辉光接触。
14. 如权利要求11所述的装置（12)，其中所述装置（12)被构造为暂时接合（66)所述 电力电路；或其中所述装置（12)被构造为永久接合（60,62,64,66)所述电力电路，并且所 述处理器进一步被构造为对于所述辉光接触周期性地检查（42)所述电力电路。
15. 如权利要求11所述的装置（12)，其中所述处理器进一步被构造为控制（32)所述 多个开关以对于至少大约十个线周期切换在所述电力电路两端的所述至少两个不同电阻 值中的每一个。
【文档编号】G01R31/14GK104285154SQ201380018709
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年2月20日 优先权日:2012年4月5日
【发明者】J·J·谢伊 申请人:伊顿公司