用于檢測電力電路的輝光接觸的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于檢測電力電路(2；16)的輝光接觸(4；14)的方法。該方法在電力電路兩端施加(24，26，28)至少兩個不同的電阻值(18，20，22)，并響應地感測(30)在電力電路兩端的至少兩個電壓(V2；VOC)。至少兩個電壓中的每一個對應至少兩個不同電阻值中的一個。然后該方法確定(8)與該至少兩個不同電阻值的若干變化有關的所感測的至少兩個電壓中的若干變化是否在預定范圍內是線性的，或者確定(8)所感測的至少兩個電壓中的兩個的變化是否隨著至少兩個不同電阻值中的兩個的減小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢測電力電路的輝光接觸對應的跳閘信號(34)和警告信號(36)中的至少一個。
【專利說明】用于檢測電力電路的輝光接觸的方法和裝置
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年4月5日提交的美國專利申請號No. 13/440,243的優先權，其 通過引用并入本文。
【技術領域】
[0003] 所公開的構思一般涉及電力電路的輝光接觸（glowing contact)，并更特別涉及 檢測這種輝光接觸的方法。所公開的構思還涉及用于檢測電力電路的輝光接觸的裝置。
【背景技術】
[0004] 電路中斷器例如包括斷路器，插座，接觸器，電機啟動器，電動機控制器以及其它 負載控制器。
[0005] 輝光接觸是一種高電阻電連接，其例如但不限于可在導體（例如電線）和例如插 座的螺旋端子（例如線路端子，中性端子）的界面處形成。輝光接觸同樣例如但不限于可 能位于插頭出口處，在其中陽三叉插頭和插座出口的三組出口接觸片相配合。在插座處的 輝光接觸已知為產生能夠融化插座和引起火災的大量熱量。使用銅導線在插座終端處很容 易產生高電阻或輝光接觸。已知與包括使用銅、黃銅和鐵的所有組合制造的接觸的輝光接 觸相關聯的危害。例如參見美國專利號No. 6, 948, 846和No. 6, 707, 652。
[0006] 根據UL 1699(電弧故障電路中斷器）（范圍1. 3)，提供電弧故障檢測的電弧故障 電路中斷器（AFCI)并不旨在檢測輝光連接并因而確信AFCI不提供輝光接觸保護。
[0007] 過熱的電連接可以因諸如配電板、負載中心、電出線口和照明開關的電氣元件內 的松動連接而引起。這些電連接時常未被檢測地工作，可導致電氣元件的破壞并且許多時 候產生火災。
[0008] 已知采用溫度傳感器（例如熱繼電器；雙金屬材料）感測在大約200°C處的溫度 并為插座提供輝光接觸保護。
[0009] 美國專利No. 6, 707, 652公開了一種插座，該插座包括輸出代表用戶線電路的第 一溫度的第一信號的第一溫度傳感器，輸出代表中性線路的第二溫度的第二信號的第二溫 度傳感器，以及根據在第一溫度和第二溫度之間的差提供輝光接觸跳閘信號的電路。
[0010] 同樣已知通過檢測從過熱塑料發出的煙或氣體來檢測輝光接觸或產生的過熱狀 態，通過采用主動聲學感測來檢測電力電路的電傳導故障，或通過其它機構來保護免受過 熱狀態。
[0011] 用于檢測電力電路的輝光接觸的方法存在改進的空間。
[0012] 用于檢測電力電路的輝光接觸的裝置存在改進的空間。
【發明內容】
[0013] 所公開構思的實施方式滿足這些以及其他需求，其中在電力電路兩端施加不同阻 抗并且在電力電路兩端響應地感測電壓。每一個電壓對應不同阻抗中的一個。確定與不同 阻抗的若干變化相關的所感測電壓的若干變化是否在預定范圍內是線性的，或兩個所感測 電壓的變化是否隨著兩個不同電阻值的減小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢測電力 電路的輝光接觸對應的跳閘信號和警告信號中的至少一個。
[0014] 依據所公開的構思的一個方面，檢測電力電路的輝光接觸的方法包括：在電力電 路兩端施加至少兩個不同的電阻值，并響應地感測電力電路兩端的至少兩個電壓，該至少 兩個電壓中的每一個對應于該至少兩個不同電阻值中的一個；以及確定與該至少兩個不同 電阻值的若干變化有關的所感測的至少兩個電壓的若干變化是否在預定范圍內是線性的， 或者所感測的至少兩個電壓中的兩個的變化是否隨著該至少兩個不同電阻值中的兩個的 減小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢測電力電路的輝光接觸所對應的跳閘信號和警 告信號中的至少一個。
[0015] 作為所公開的構思的另一方面，裝置檢測電力電路的輝光接觸。該裝置包括：多個 電阻器；多個開關，其被構造為切換在電力電路兩端的若干電阻器；電壓傳感器，其被構造 為感測在電力電路兩端切換的若干電阻器兩端的電壓；處理器，其被構造為控制多個開關 以切換在電力電路兩端的至少兩個不同電阻值，輸入與至少兩個不同電阻值中的每一個對 應的所感測電壓，并確定與該至少兩個不同電阻值的若干變化有關的所感測電壓的若干變 化是否在預定范圍內是線性的，或者所感測電壓的變化是否隨著該至少兩個不同電阻值中 的兩個的減小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢測電力電路的輝光接觸對應的跳閘信 號和警告信號中的至少一個；以及跳閘信號和警告信號中的至少一個的輸出。
[0016] 作為所公開的構思的另一方面，檢測電力電路的輝光接觸的方法包括：在電力電 路兩端施加至少兩個不同的阻抗并響應地感測在電力電路兩端的至少兩個電壓，所感測的 至少兩個電壓中的每一個對應于該至少兩個不同阻抗中的一個；以及確定與該至少兩個不 同阻抗的若干變化有關的所感測的至少兩個電壓的若干變化是否在預定范圍內是線性的， 或者所感測的至少兩個電壓中的兩個的變化是否隨著該至少兩個不同阻抗中的兩個的減 小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢測電力電路的輝光接觸對應的跳閘信號和警告信 號中的至少一個。
[0017] 附圖簡要說明
[0018] 當結合附圖閱讀時，從優選實施例的如下說明可以得到所公開構思的全面理解， 在附圖中：
[0019] 圖1是三個不同材料組合以及用于20安培電路的#12AWG銅導體的三個不同電線 長度的電流-電阻（IR)降的輝光電壓相對電流的曲線圖。
[0020] 圖2是圖1的輝光電壓的組合電壓降加上兩個不同電線長度的IR降的電壓相對 電流的曲線圖。
[0021] 圖3是三個不同材料組合以及用于15安培電路的#14AWG銅導體的三個不同電線 長度的IR降的輝光電壓相對電流的曲線圖。
[0022] 圖4是圖3的輝光電壓的組合電壓降加上兩個不同電線長度的IR降的電壓相對 電流的曲線圖，其中依據所公開構思的實施例，三個垂直線指示三個所施加的電流水平和 所期望的電壓降。
[0023] 圖5是依據所公開構思的實施例，以示意形式的簡化住宅分支電路和用于檢測松 脫/輝光連接的裝置的方框圖。
[0024] 圖6是依據所公開構思的另一實施例，以示意形式的松脫/輝光連接檢測器裝置 的方框圖。
[0025] 圖7A和7B是以示意形式的圖6的松脫/輝光連接檢測器裝置的不同輸出的方框 圖。
【具體實施方式】
[0026] 如本文所體現的，術語"若干"將意為一個或多于一個的整數（即多個）。
[0027] 如本文所體現的，術語"處理器"將意為：可編程的模擬和/或數字設備，其可存 儲、檢索和處理數據；計算機；工作站；個人計算機；微處理器；微控制器；微型計算機；控 制器；中央處理單元；主機計算機；迷你計算機；服務器；網絡處理器；或任何合適的處理 設備或裝置。
[0028] 如本文所體現的，術語"輝光接觸"將與"輝光連接"有同樣的含義。輝光接觸或輝 光連接是在兩個導體的界面處形成的高阻電連接，其遭受流過它們的電流的加熱或過熱。
[0029] 與安全電連接相比，輝光接觸產生顯著更高的電壓降。通過監測在流過電力電路 的不同電流水平下對松脫連接敏感的在電力電路兩端的電壓，可檢測輝光連接并響應地生 成跳閘信號或警告信號。
[0030] 對于銅接觸而言，典型的負載在大約l〇g至大約10, 〇〇〇g連接力的范圍內，產生在 大約ΙπιΩ至大約0. ΙπιΩ范圍內的典型連接電阻。在20A處，這將產生在大約2mV"s至大 約20mV"s范圍內在安全電連接兩端的電壓降。這完全低于高于1V" S的在輝光連接兩端的 電壓降。事實上，如在圖1和圖3中所示，電流越低，輝光連接電壓越高。同樣，在輝光連接 中耗散的功率足夠高，尤其是在高于l〇A" s的電流處，以便將電子接合點過熱并且加熱周圍 區域到可能產生火災的程度。
[0031] 如圖1-4中所示，對于各種材料組合，諸如銅-銅，銅-不銹鋼，或黃銅-鐵，在相 對低的電流（比如，低于5A" S)處輝光連接具有相對高的電壓降。
[0032] 參考圖4和5,沒有其它負載電流流動的情況下，檢測是否存在輝光接觸的方法采 用已知電阻（例如通過若干電阻器R 2a，R2b，R2。的組合）加載電力電路2并且比較所感測電 壓％的變化。非線性電壓變化指示問題。如果不存在輝光連接，則圖5中所示的電力電路 2的電壓降（其等于電力電路電流I乘以兩個電力電路導體的電阻2R wiM，或2IRwiM)將是 線性的。因此，當將加倍電流21施加至電力電路2時，則電壓降（=21 X 2Rwire = 4IRwiJ 將期望加倍。若不是這種情況，當存在輝光連接時，則電壓降將不是線性的，從而指示問題。
[0033] 根據所公開的構思，用于檢測可對電連接故障敏感的示例性電力電路2的輝光接 觸的方法，包括在電力電路2兩端施加至少三個不同的諸如電阻值的阻抗，并響應地感測 在電力電路2兩端的至少三個電壓（V 2)。這些電壓中的每一個對應不同電阻值中的一個， 該不同電阻值例如但不限于通過若干示例性電阻器R2a，R 2b，R2。的任何適當組合形成。然后， 確定與不同電阻值的變化有關的所感測電壓（V 2)的變化是否在預定范圍內是線性的，并且 否則響應地生成跳閘信號和警告信號中的至少一個以便保護電力電路2免受輝光接觸4并 通告輝光接觸4。
[0034] 在圖5中，包括三個示例性電阻器R2a，R2b，R 2c的檢測器裝置6被插到電力電路2 的輸出（未示出）內。檢測器裝置6中的處理器（未示出，但參見圖6的示例性控制器8) 將三個電阻器R2a，R2b，R2。的組合切換到電力電路2并測量產生的負載電壓V 2。如果所感測 的電壓差是線性的，則電力電路2良好并且不存在輝光接觸。如果所感測的電壓不是線性 的，則指示電力電路2的配線和/或電連接中的問題。如將要描述的，通過向上游（朝向負 載中心或配電板10)移動檢測器裝置6直至非線性電壓測量值消失來隔離該問題。
[0035] 示例 1
[0036] 下面的表1示出了具有良好電連接的分支電路對于具有100英尺#12AWG銅電力 電纜的120Vac的示例的示例值。在該示例中，R lMd是由圖5的若干示例性電阻器R2a，R2b， R2。的適當組合形成的電阻。電流I是在電力電路2內流動的電流。VdMp是電壓降，其等于 電力電路電流I乘以兩個電力電路導體的電阻2R wire，或2IRwire。V2指三個示例所感測電壓 V2a，V2b，V2。，其分別對應不同的電阻值120 Ω，60 Ω，30 Ω。電阻器R2a，R2b，R2。可以例如但不 限于分別具有120 Ω，60 Ω，30 Ω的值，使得當開關Sa，Sb，Sc分別閉合時形成RlMd。如另一 個非限制性示例，1^，1^，1? 2。可分別具有12(^，12(^，6(^的值，使得當（&)開關5&閉合 時（R lMd = 120 Ω)，（b)開關 Sa 和 Sb 閉合時（RlMd = 60 Ω)，（c)開關 Sa，Sb 和 Sc 閉合時 (RiMd = 3〇Ω)，形成 Rload。
[0037] 表 1
[0038]
【權利要求】
1. 一種方法，用于檢測電力電路（2 ;16)的輝光接觸（4 ;14)，所述方法包括： 在所述電力電路兩端施加（24, 26, 28)至少兩個不同阻抗（18, 20, 22)，并響應地感測 (30)在所述電力電路兩端的至少兩個電壓（V2;Vre)，所述感測的至少兩個電壓中的每一個 對應所述至少兩個不同阻抗中的一個；以及 確定（8)與所述至少兩個不同阻抗的若干變化有關的所述感測的至少兩個電壓的若 干變化是否在預定范圍內是線性的，或者確定（8)所述感測的至少兩個電壓中的兩個的變 化是否隨著所述至少兩個不同阻抗中的兩個的減小而沒有增大，并且否則響應地生成與檢 測所述電力電路的輝光接觸對應的跳閘信號（34)和警告信號（36)中的至少一個。
2. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 無線地（50)或通過電力線載波（52)發送（38)所述跳閘信號和警告信號中的至少一 個。
3. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 在所述電力電路的部件￠6)處在所述電力電路兩端施加所述至少兩個不同阻抗。
4. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 采用與所述電力電路可操作地相關聯的電路中斷器（48);以及 響應于跳閘信號來跳閘（54)電路中斷器。
5. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 響應于跳閘信號在所述電力電路兩端施加（44)另一個不同阻抗（46)，以便使上游電 路中斷器（48)跳閘。
6. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 采用三個不同電阻值作為所述至少兩個不同阻抗，其中該三個不同電阻值對應于在所 述電力電路中流動的大約1個單位的電流，大約2個單位的電流和大約4個單位的電流。
7. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 采用三個不同電阻值作為所述至少兩個不同阻抗； 采用三個電壓作為所述至少兩個電壓； 確定與在所述電力電路中流動的大約1個單位電流的變化對應的所述感測的三個電 壓的第一變化； 確定與在所述電力電路中流動的大約2個單位電流的變化對應的所述感測的三個電 壓的第二變化；以及 確定第二變化是否是第一變化的大約兩倍并且在預定范圍內，并且否則響應地生成所 述跳閘信號和警告信號中的至少一個。
8. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 采用包括負載中心（59)、電路中斷器（48)和在所述負載中心下游的多個輸出口（60， 62,64,66)的所述電力電路； 在遠離所述負載中心的所述輸出口中的第一個輸出口 ￠6)處在所述電力電路兩端首 先施加所述至少兩個不同阻抗，并檢測所述電力電路的輝光接觸；以及 在比所述輸出口中的第一個輸出口離所述負載中心更近的若干所述輸出口（64,62， 60)處在所述電力電路兩端逐漸地施加所述至少兩個不同阻抗，直到在所述電力電路中未 檢測到輝光接觸。
9. 如權利要求1所述的方法，進一步包括： 采用兩個不同電阻值作為所述至少兩個不同阻抗； 采用兩個電壓作為所述至少兩個電壓；以及 確定兩個電壓的變化是否隨著兩個不同電阻值的減小而沒有增大。
10. 如權利要求9所述的方法，進一步包括： 采用開路電阻值作為所述兩個不同電阻值中的一個；以及 采用開路電壓值作為所述兩個電壓中的相應一個。
11. 一種裝置（6 ;12)，用于檢測電力電路（2 ;16)的輝光接觸（4 ;14)，所述裝置包括： 多個電阻器（18, 20, 22); 多個開關（24, 26, 28)，其被構造為切換在所述電力電路兩端的若干所述電阻器； 電壓傳感器（30)，其被構造為感測在所述電力電路兩端切換的所述若干所述電阻器兩 端的電壓（V2 ;VQC); 處理器（8)，被構造為控制（32)所述多個開關以切換在所述電力電路兩端的至少兩個 不同電阻值，以輸入與所述至少兩個不同電阻值中的每一個對應的感測電壓，并確定與所 述至少兩個不同電阻值的若干變化有關的所感測電壓的若干變化是否在預定范圍內是線 性的，或者確定所感測電壓的變化是否隨著所述至少兩個不同電阻值中的兩個的減小而沒 有增大，并且否則響應地生成與檢測所述電力電路的輝光接觸對應的跳閘信號（34)和警 告信號（36)中的至少一個；以及 所述跳閘信號和警告信號中的至少一個的輸出（38)。
12. 如權利要求11所述的裝置（12)，其中所述電力電路包括輸出口（66,64,62,60); 并且其中所述多個開關被構造為在所述電力電路的輸出口處在所述電力電路兩端切換若 干所述電阻器。
13. 如權利要求11所述的裝置（12)，其中電路中斷器（48)與所述電力電路可操作地 關聯，并且從由可視指示器（40)，可聽指示器（40)和被構造為激活負載（46)以產生故障 電流來跳閘電路中斷器的開關（44)所組成的組中選擇所述輸出；其中所述輸出被構造為 無線地（50)或通過電力線載波（52)發送所述跳閘信號和警告信號中的至少一個；其中電 路中斷器（48)與所述電力電路可操作地相關聯，并且所述輸出（38)被構造為發送跳閘信 號以跳閘所述電路中斷器；或其中所述輸出被構造為發送（52)警告信號（36)以遠程通告 (56, 58)輝光接觸。
14. 如權利要求11所述的裝置（12)，其中所述裝置（12)被構造為暫時接合（66)所述 電力電路；或其中所述裝置（12)被構造為永久接合（60,62,64,66)所述電力電路，并且所 述處理器進一步被構造為對于所述輝光接觸周期性地檢查（42)所述電力電路。
15. 如權利要求11所述的裝置（12)，其中所述處理器進一步被構造為控制（32)所述 多個開關以對于至少大約十個線周期切換在所述電力電路兩端的所述至少兩個不同電阻 值中的每一個。
【文檔編號】G01R31/14GK104285154SQ201380018709
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年2月20日 優先權日:2012年4月5日
【發明者】J·J·謝伊 申請人:伊頓公司
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