[发明专利]用于进行电弧故障检测的系统和方法

说明书

本申请要求于2006年10月31日提交的美国临时专利申请No. 60/855,424的提交日期的优先权及权益，该申请被全文合并在此以作参 考。

技术领域

本公开内容总体上涉及电路中的故障检测，更具体来说涉及用于检 测并且减轻电气系统中的电弧故障的系统和方法。

背景技术

电弧可能会产生远高于大多数常见的易燃材料的点燃水平的温度， 并且因此引起重大的火灾。举例来说，家中的用旧的电源线可能会形成 足以起火的电弧。所幸的是低压燃弧(arcing)是一种固有地不稳定的现 象，并且其持续时间通常不会长到足以起火。在反映于所产生的电干扰 的特定特性中的某些条件下，电弧持续并且起火的可能性要高得多。

有可能在家中发生的两种类型的危险的燃弧是由高电流故障所造 成的瞬时高能量电弧和持久的低电流“接触”燃弧。由线路与中性线或 者线路与接地之间的不经意的直接连接所导致的高电流故障通常将吸 取高达或者超出电路的额定容量的电流，在物理地进行接触及断开接触 时爆发性地形成电弧，调暗灯和其他负载从而表明正牵引过多负载，并 且/或者(假设所述电路由电路断路器适当保护的话)使断路器脱扣从 而中断到电弧的电流。由于这种“线路故障”是短期的，因此馈电导体 中的温度升高受到限制，并且火灾危险主要是由可能点燃附近的易燃材 料的来自接触区域的微小的炽热铜珠的爆发性排出而导致的。但是即使 起火，故障的高度可见性以及附近可能有人存在(其提供把所述导体聚 集到一起的物理动力)也大大减少不受控制的火灾的可能性。

另一方面，接触燃弧是发生在与负载的串联连接处的燃弧。这样， 电弧中的最大电流被限制于负载电流，因此可以基本上低于相关联的电 路断路器的过电流或“脱扣”额定值。接触燃弧是一种复杂的物理现象， 其可能由松弛连接、氧化的接触、干扰传导路径的外来的不导电材料、 接触材料的差异、接触形状以及其他因素所引发。在某些条件下，这种 燃弧可能会变成持久性的并且造成重大的火灾。

可能导致接触燃弧的条件的一个例子是经常使用的壁装电源插座， 其中由接触提供的弹簧压力由于老化及使用而被降低，从而使得被施加 到插入的插头接触的压力不足以确保低电阻连接。

接触燃弧还通常由于使用载流容量不足的延长绳线而导致。举例来 说，插头可能由于电阻加热而被加热，从而逐渐分解在接触周围的弹性 绝缘材料，直到所述材料部分地流到所述接触区域中，从而妨碍进行适 当的接触。这一过程可随着初始的燃弧产生更多热量而变得再生，从而 使绝缘碳化并且在接触表面上产生薄绝缘层。

常常在铝配线中观察到的第三种接触燃弧原因涉及到接触的氧化。 在这种情况下，化学过程(主要是氧化)在所述接触的表面上建立半导 电或非导电层。优选地，当接触材料易于发生氧化时，使连接气密以防 止氧气进入并促进氧化。但是如果所述连接随着时间而变得松弛，则氧 化开始并且可能导致燃弧。

当快速接通或关断的弹簧变得磨损从而增加闭合时间并且减小把 所述接触保持在一起的力时接触燃弧也是常见的。

发现容易在位宅中发生的接触燃弧的第五个例子是在传统的灯泡 的中心接触处。由于所述中心接触经受高温并且被反复使用，因此其经 常变松及氧化，从而增大燃弧的可能性。当燃弧发生时，通常由低熔点 焊料制成的灯接触熔化并变形，从而断开接触或者建立新的接触。在非 常老旧的灯架中常见的一种结果是在所述中心接触处或者在铝线周围 的燃弧导致灯变成被焊接到灯座中，因此非常难以移除。

最后，跨线路的高电阻故障在本上下文中也被视为接触燃弧。然而， 展现出足以防止电路断路器脱扣的电阻的不经意的“短路”可能在接触 点处产生燃弧，并且被视为接触电弧。特别是如果存在湿气，则发生轻 微的或间歇性的接触的磨损导体或者不经意地刺穿导线绝缘的钉子可 能通过污染和氧化物层而产生电阻性短路。