CN106134025B - 用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备、其操作方法、插入式盒子 - Google Patents

用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备、其操作方法、插入式盒子 Download PDF

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Abstract

用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备、其操作方法、插入式盒子。本发明涉及组合设备，所述组合设备用于电气防御瞬态冲击和用于监测电气设施，是在单相或多相交流系统或直流系统中使用的类型，或是由可插入到固定底座中的盒子或者由单块形成的类型，两种类型的设备在每个插入式盒子中或者在单块中包括用于防御瞬态冲击的一个或更多个组件，所述组合设备特征在于，该组合设备包括：监测装置，所述监测装置被形成为使得它们连续地测量和处理关于电气设施的状态和保护设备本身的一个或多个参数，所述组合设备还包括指示装置，该指示装置连接至所述监测装置，并且被构造为使得它们指示输出参数中的一个或组合。

Description

用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备、其操 作方法、插入式盒子
技术领域
本发明涉及用于电气防御瞬态过电压和用于监测电气设施的组合设备。
背景技术
当前，用于防御瞬态过电压的可用设备(在本技术领域中由缩写“SPD”指定)被通常用于保护固定电气设施和连接到该电气设施的负载点，其防御由于大气现象(诸如，闪电)、不同类型的切换策略中的网络策略导致的变化所产生的过电压。
该类型的保护设备(“SPD”)用在由干线所提供的电气设施或其它类型的发电机中并且还用在通过直流提供的设施(例如，光电发生器)中。
这样的SPD设备具有至少一个保护组件，具有非线性特征，旨在限制瞬态过电压并且转移到使瞬态电流脉冲接地。这些保护组件主要是变阻器、气体放电管、吸弧器、“火花隙”、抑制二极管、三端双向可控硅元件、晶闸管、MOSFET、或者包括在未来可以被研发的其它组件的其它技术上等效的组件、或者其组合。
SPD设备通常被安装在位于设施的原点处的固定设施的保护和控制板上，并且还可以由位于下游子配电盘中的其它SPD设备补充。
SPD设备通常结合切断设备，当达到干线组件的有效寿命的结束时，所述切断设备例如通过热保险丝使待保护的电源组件与干线断开连接，目的是防止设施中的永久性故障。
存在限定SPD设备的特性的多个重要参数，我们将在以下提及。这些参数包括：
-Uc：可以在每一个保护模式下应用的最大连续电压。
-Ures：残留电压，即，由于放电电流的通过导致的端子之间呈现的峰值电压。
在用于特征化SPD设备的测试中使用的波形是通常为8/20μs或10/350μs类型的电流脉冲和为1.2/50μs的电压脉冲；它们的峰值由制造商指定并且特征化SPD设备。
通常，存在用于实际实现SPD设备的两种不同格式或类型：
i)插入式设备，其中，每一个保护组件位于不同的插入式盒子(与其它盒子一起插在固定底座上)内，位于所述固定底座上、用于在SPD设备与干线之间的布线的连接装置上。盒子内的保护组件和固定底座之间的电连接通过用于插入到设置在所述固定底座上的金属寄宿点(lodgings)中的盒子中的金属连接端子作出，所述寄宿点连接至SPD设备的连接装置。
ii)坯块(compact)或者单块，其中，所有保护组件都位于单个外壳内，用于在SPD与干线之间的布线的连接的结合装置。
坯块型SPD具有以下缺点：在一个或多个保护组件存在故障的情况下，必须替换整个设备以维持完全保护，这意味着设备必须被完全拆卸并且被再次组装。两个缺点导致在多个SPD的情况下进一步增加的高成本。
相反，插入式型SPD设备(通过插入式盒子形成在固定底座上)具有以下优点：在保护组件或者位于给定盒子中的组件存在故障的情况下，仅盒子必须被替换，而不必须替换盒子的其余部分或者从电气设施拆卸SPD设备。该类型的插入式SPD设备还具有涉及电气设施的初始验证的另一个优点：在实现用于验证电介质强度(withstand)和绝缘的检查测试时，要求对其施加高于SPD设备的激活电压的交流电压和直流电压(它们的功能是限制过电压)；在插入式SPD设备的情况下，可以通过简单地去除盒子实现测试，但是通过坯块SPD保护器，必须去除线缆并且再次连接它们，由此增加操作时间和成本。
同一申请人的西班牙专利N° ES2266741"Equipment for the measurement ofground resistance"在图1中示出测量设备，其中阐述了当关闭由微控制器1管理的触头11时注入电流信号，利用必要能量注入从电池10获得的信号。
为了电池在像当前情况下的电路一样的电路中在网络的每半周期内提供高电流脉冲，电池必须很大，并且因此在所述专利中描述的系统不能被集成到SPD设备的盒子中，此外，不论是否可装载，当达到其有效寿命的结束时，电池必须被替换。
还在所述专利的权利要求1、5、6和7中阐述在AC电压源的约90°处进行电流注入，使得电压的整体变化是由于具有短持续时间的峰值电流导致的，而不是由于AC源的一半波形的演变导致的。考虑到对于不包含谐波或者失真的纯正弦电压，在90°处AC信号的变化小是真的，在该情况下，不必满足所述考虑。不仅必须考虑AC电压源中的最终谐波，而且必须考虑由电流源中的谐波导致的其它问题。该电流导致测量装置与电压发电厂之间的中性导体的电压下降，并且根据现有谐波，电压的下降可能抵消或者充分减小存储在电容器中的电压的值，这导致其放电。这将导致所注入的电流脉冲非常小或者为零，在该情况下，测量的结果将是错误的。
以上操作行为构成非常严重的缺陷，现今，在电气设施中使用的大部分装置导致谐波，例如，用于处理和控制具有变速器的生产系统的装置、空调设备、电梯、计算机、荧光灯、以及大部分当前家用电器。这样的装置的操作不是恒定的，为此原因，谐波的内容和幅值将改变，导致接地电阻的错误的和不稳定测量，并且还导致无端报警。此外，应该考虑接地系统的阻抗可以具有高电容分量，根据放电电容器之间的电容关系、接地系统的容量(其是可变的)、以及在注入脉冲时存在的电压，在它们中的每个中，可以获得非常小的电流脉冲，导致关于测量的以上指示的问题。
除了以上之外，为了以90°获得电流注入，必须以可靠方式(即，通过确定电压源的正弦信号的过零，如图1中所示)确定0°角。这可以使用在电阻分压器6或7中获得的电压进行，如在AC电压中存在噪声的情况下，测量可能是错误的，并且从而90°的理论启动点将不对应于正弦信号的变化很小的区域。该文献未公开或者提出用于消除所述问题的任何滤波装置，例如，使用用于微控制器的有源、无源或者或软件滤波器。
还参考相同专利文献并且关于上述防御瞬态过电压、变阻器4和气体放电5，通常在将被永久地组装在电气设施中的电子设备中使用该类型的组件，而不管它们是否被标尺寸以保护设备本身，从而满足在产品标准中建立的电磁兼容性测试的要求，这是因为所述测试使用具有低能量的多个kV的脉冲被执行。该类型的保护不能承受像大气放电产生的那些电流脉冲(其可以达到100kA)那样高的瞬态电流脉冲，即，其将不适用于保护所述测量仪器的设施和负载连接的下游。在专利ES2266741中在测量仪器中使用具有高能量的保护组件总体上不足以保护设施和测量装置二者，这是因为通过保护组件由大气放电产生的电流脉冲的循环产生非常强的电磁场，其在测量仪器的电子电路中感应高电流和电压，导致其破坏。
发明内容
本发明的目标之一是公开一种设备，该设备将提供对瞬态过电压的防御并且还监测电气设施并且通知用户设备和电气设施的特定参数的电流裕量，以通知并且警告用户设备和电气设施的状态。
本发明的另一个目标是公开一种组合保护和监测设备，该设备在其惯常安装在的保护和控制板上占用可能最小空间。
本发明的另一个目标是公开一种组合保护和监测设备，该设备在保护或监测部分故障的情况下容易被替换。
本发明的另一个目标是公开一种用于电气设施的组合保护和监测设备，其具有低制造和安装成本。
本发明的还有的另一个目标是公开一种组合保护和监测设备，该设备不干扰其它保护设备(例如，残余电流断路器，此后称为“RCD”)或者在相同设施中或者邻近设施中安装的其它装置的操作。
本发明的描述
其是不仅防御瞬态过电压而且监测电气设施的组合设备，为在单相交流电压设施或者多相或直流电压设施中使用的类型，为由用于插入到固定底座中的盒子形成或者由单块形成的类型。两种类型的设备通常包括由布置在每个插入式盒子或者包含在单块中的所有元件中布置的防御瞬态过电压的一个或更多个组件形成的保护单元。所述保护组件可以是变阻器、气体避雷器、熄弧器、“火花隙”、抑制二极管、三端双向可控硅元件、晶闸管、和/或MOSFET、和/或已知或者可以在未来开发的任何其它等效组件。
本发明的特征主要在于，包括所配置的一组监控设备，该组监控设备永久地测量和处理系统设施、操作和维护处理的最重要参数，并且连接至所述监测装置，并且该组监控设备还包括一组所配置的指示装置，该组指示装置设施的状态和设备的状态通知给用户。
优选地，所涉及的指示装置示出以下参数或者输出条件的一个或组合：
-由保护和监控设备测量的接地电阻(RPE)的值是否在所设立的限度内或者裕量RPEmin到RPEmax内。
-保护设备和电气设施的连接是否正确：(a)在交流电压源的情况下：L、N、PE或PEN；或者(b)在直流电压源的情况下：正、负和PE。
-接地系统的电压vPE是否≥vPEmax。
-交流或直流电压网络上的电压源VL是否在正常预定限度内，即，VL是否在VLmin到VLmax之间。
可选地，另一个参数或者输出条件可以是被集成到保护设备中的防御过电压的组件组中的至少一组是否已经达到其有效寿命的结束的指示。
优选地，以上指示装置示出上述五个参数或者输出条件的存在，但是它们还可以指示所述参数的更小组合，诸如，那些参数中的两个或三个。
根据本发明的优选应用，指示装置由第一类型的指示器和第二类型的指示器形成。第一类型的指示器(优选地，点亮指示器)以不同方式被激活(例如，给出指示1、2、3和4)并且提供关于前四个参数或者输出条件的信息，即，到干线的连接和/或vPE≥vPEmax电压是否正确和/或干线电压(vL)是否是vLmin＞vL＞vLmáx。当所有前述都正确时，该点亮指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值给出相应指示。如果必要，如果包括在盒子中的保护组件已经达到其有效寿命的结束，则可以提供不同指示。
第二类型的指示器(点亮或者未点亮)指示包括在给定盒子或单块中的保护组件是否已经达到它/它们的有效寿命的结束。
如果本发明被应用至插入式设备，即，由插在固定底座上的一个或更多个盒子的组装件形成的设备，除了防御瞬态过电压的组件之外，形成该组装件的至少一个盒子还包括上述监控和指示装置。形成组装件的其它盒子还可以具有示出盒子的特征的指示装置，诸如，每个盒子中的保护组件的有效寿命的结束。
在盒子内，可以使用保护组件的不同组合(诸如，连接到气体避雷器的变阻器系列、并联的多种变阻器或气体避雷器)或者单个组件(诸如，变阻器、气体避雷器、熄弧器、“火花隙”、抑制二极管、三端可控硅、晶闸管、和/或MOSFET、以及其它技术上等效的组件)。此后，这些被称为“保护组件”，但是应该理解，这还可以是组件的组合。
可选地，如果包括在第一指示器所在的盒子中的保护组件达到它们的有效寿命的结束，则第一类型的指示器(将被称为“RPE值指示器”)还可以给出附加指示。
第一类型的指示器由一种或更多种颜色的一个或更多个LED形成，它们中的每个都提供不同信息；例如，通过根据参数的值范围或者输出条件以不同颜色点亮或者永久地点亮或者通过闪光。第二类型的指示器可以由一个或更多个LED形成或者为机械类型的。另选地，或者与LED组合，第一类型的指示器可以由显示器构成。
在本发明中描述的保护和监测设备优选地被安装在位于设施的原点处的固定设施的保护和控制板上，并且还可以通过位于下游的其它SPD设备完成。为此，本发明的SPD设备设置有用于安装在标准DIN轨道或者类似元件上的合适连接装置。
根据电源或分布网络的特征，SPD可以使用不同保护模式(差模和共模)，例如，线到线、线到地、线到中性点、以及中性点到地。
可选地，本发明的保护和监测设备的盒子和固定底座可以设置有(当为插入式类型时)：机械装置，机械装置适于防止在固定底座上的不正确位置中插入盒子或者确保它们不对应于不同电压额定值，例如，将必须连接在L-N之间的盒子插入到N-PE盒子的壳体中或者反之亦然。
本发明还预见到使用多孔类型的保护和监测设备，其提供多于一个保护模式。除了该类型之外还考虑电互连的单孔SPD的组合。
优选地，在插入式执行时应用本发明的情况下，当监控和指示装置位于插入式盒子中的一个内时，允许对设施的状态的永久监控，涉及低成本、容易安装、以及在故障情况下替换的要求被适当地实现。在该情况下，应该考虑盒子具有非常小的尺寸，并且在很多情况下，盒子的宽度是17.5mm或者35mm，并且保护组件位于该盒子内。
通过还集成所述盒子的监测和指示装置并且从而获得在保护板上的空间的最佳使用的目标，本发明的设备包括对瞬态过电压的嵌入式双重防御：由位于盒子内的保护组件形成的第一阶段，其吸收能量的主要部分，在其两极之间留下减小的残余电压；该电压脉冲已经具有低能量并且其使命是将其限制到对于第二保护阶段中的监控电路的可接受值。作为示例，所述第二阶段可以由具有减小尺寸的小阻抗Z和变阻器V构成。该第二保护阶段防止监控电路的破坏或故障操作，这是因为其进一步减小了由于保护组件中的残余电压(Ures)或者由于所生成的电磁场导致的对其有影响的扰动。
从而，作为本发明的目标的用于防御瞬态过电压和监控的设备不需要保护和控制板上的任何附加空间，从而使得设备低成本，这是因为其使用相同外壳并且使用与正常盒子相同的制造处理被创建，容易在故障的情况下替换(保护组件和监测设备)，并且在存在任何以上问题的情况下通知用户。被实现的重要要素是设备不干扰相同设施内或邻近设施中的其它保护设备(例如，残余电流断路器，此后称为RCD)的操作。
在特定情况下，监测和/或指示装置的一部分可以位于固定底座内，其容纳插入式盒子。
在本发明中描述的保护和监测设备可以具有切断设备，当电源装置达到它们的有效寿命的结束时，切断设备触发保护组件与电源装置断开连接，以防止设施的永久故障。当所述切断设备被触发时，它们导致SPD设备中的指示器警告用户该情况(例如，点亮或机械指示器)，但是该指示器还可以在SPD设备外部或者其可以存在两个指示。在电气网络的一些结构中，可以不必实现所述报警设备。
关于设施和/或SPD和/或保护组件的状态的信息可以通过无线或者有线传输装置提供。所述无线传输装置可以包括在相同盒子中，或者它们可以总体上或者部分地包括在SPD的固定底座中或者内部地安装在坯块SPD中。
通常，根据电气网络电源系统的结构使用两种类型的连接；例如，图22示出针对三相网络的连接结构。
根据电气网络电源系统(例如，TT、TN-S或者TN-C-S)，L1、L2和L3连接至线导体，N到中性导体、以及PE到保护导体。在NT-C系统的情况下，PEN导体作为保护导体和中性导体操作。在SPD设备的下游，利用连接至材料的可接近导电部分的保护导体和下面所述的电气装置来连接设施、负载和将被防御过电压的装置，所述电气装置在故障的情况下不正常地经受电压但可被提供有电压。
防御触电所必须的PE导体(或PEN)连接至接地系统，接地系统可以是本地的(在建筑物中)或者由电力公司提供。然而，如果实现必须被保护的设施的建筑物具有外部雷电保护系统(例如，避雷针)，则必须创建本地接地系统以分散雷电的电流脉冲。该接地点必须在设施的单个点处连接至对应于建筑物的其余部分的一个。
接地的一般目标如下：
-允许故障电流到地球的放电或者大气放电。
-考虑人和装置的安全性，将由故障电流产生的电势维持在安全限度内和/或按及时方式确保保护系统的操作。
-在电气或电子系统中的一些点处维持基准电势。当安装SPD设备时，该点是非常重要的，如果不安装所述设备，则由电气网络中的策略或者大气放电导致的瞬态过电压将导致所述电势的巨大增加(几百kV)，导致设施中或者所连接装置中的绝缘故障。
然而，不仅必须使低阻抗保持接地(例如，通过正确安装或者维护埋在地里的电极)，而且来自SPD的保护导体到完全接地系统的连接点的阻抗必须尽可能低，两者不仅从人和装置的安全性的视点而且考虑到防御过电压。除了在保护导体和/或接地电极的断开或中断的情况下，系统的阻抗通常非常慢地改变，这是因为其主要取决于地的湿度和温度，其通常是季节性的，但是这还取决于接地电极的逐渐腐蚀。
可能发生的另一个异常情况是接地系统经受虽然不足以触发设施的保护装置但是可能导致对人或装置的危害的电压。
错误还可以发生在SPD设备的导体的连接中或者设施中，这可能影响一些装置的操作或者甚至导致对SPD设备的损害。还可能发生的是，在三相保护器中，一条线的连接针对中性导体的那些连接而突然改变，这将在大多数情况下导致对连接至另两条线的保护组件的永久损害。
还应该考虑线线中性和保护导体的连接中的其它错误。
附图说明
以下是在图中所示并且由以下数值参数指示的本发明的不同组件的列表；
10、10'、10”、10”'、10””保护和监控设备，
11插入式盒子，
12固定底座，
13 RPE值光学指示器和其它指示，
14保护组件的有效寿命的结束的指示器，
15 RPE值光学指示器和由LED形成的其它指示，
16第一连接端子的插入点，
17第三连接端子的插入点，
18盒子到固定底座的连接端子，
19具有电子电路的印刷电路板，
20保护组件，
21防御瞬态过电压的第二阶段，
22 AC/DC转换器，
23适配器，
24适配器，
25微控制器，
26电阻，
27 LED二极管，
28热切断设备。
在图中：
图1示出从N-PE盒子的外部部分的最终应用的后部的立体图。
图2至图5示出在可能类型的指示器的不同应用中的与图1中相同的盒子的正面立体图：
图2示出具有由LED形成的针对RPE值的三个点亮指示器的盒子的情况，
图3示出具有针对RPE值的唯一点亮指示器的盒子的情况，
图4示出具有针对RPE值的第一类型的点亮指示器和针对保护组件的有效寿命的结束的第二类型的指示器的盒子的情况，以及
图5示出具有由LED形成的针对RPE值的三个点亮指示器和针对保护组件的有效寿命的结束的第二类型的指示器的情况。
图6示出具有到固定底座的三个连接端子(N、L、PE)的图1的盒子的内部组件的正视图。
图7至图10示出由固定底座上的一个或更多个插入式盒子形成的本发明的保护和监控设备的第一优选应用的正面立体图：
图7示出保护和监测设备为单相类型(N、L)并且装配有由第一指示器和第二指示器形成的指示装置的应用的示例的视图。第一指示器(优选地，点亮指示器)被不同地激活(例如，给出指示1、指示2、指示3和指示4)并且提供关于到网络的连接和/或电压vPE≥vPEmax、和/或网络电压(vL)vLmin＞vL＞vLmax是否正确的信息。当前述所有都正确时，相同点亮指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值给出相应指示。如果其也应该是必要的，则在包括在盒子中的保护组件已达到其有效寿命的结束的情况下，给出另一种指示。在包括在相同盒子(L)中的保护组件已达到它们的有效寿命的结束的情况下，位于其它盒子中的第二指示器给出指示(其可以或可以不被点亮)。
图8示出保护和监测设备为三相型(N、L1、L2、L3)的应用的示例的视图。该保护和监测设备装配有由以不同方式激活的第一点亮指示器形成的指示装置，提供关于到网络的连接和/或电压vPE≥vPEmax、和/或网络电压(vL)vLmin＞vL＞vLmax是否正确的信息。当以上所有都是正确的时，第一光学指示器提供与针对在所选裕量内的RPE获得的值相对应的指示器。如果必要，还可以在盒子内的保护组件已经达到其有效寿命的结束的情况下给出不同指示。位于其它三个盒子(L1、L2、L3)中的指示器提供关于包括在所述盒子中的保护组件是否已经达到其有效寿命的结束的指示(其可以或可以不被点亮)。
图9示出保护和监测设备用于光伏应用(L+、PE、L-)的应用的视图，该保护和监测设备装配有由以不同方式激活的第一点亮指示器形成的指示装置，给出关于到电源电压的连接是否正确和/或电压vPE≥vPEmax、和/或电源电压vLmin＞vL+-vL-＞vLmax是否正确的信息。当以上所有都是正确的时，相同光学指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值提供相应指示。盒子具有另一个指示器(其可以或可以不被点亮)，以指示包括在所述盒子中的保护组件已达到其有效寿命的结束。其它盒子的指示器(L+、L-)通过点亮或未点亮的装置指示包括在它们中的保护组件已达到其有效寿命的结束；以及
图10示出在固定底座上的图1的敞开的盒子(N)。
图11和图12示出由坯块或者单块SPD形成的形成本发明的主题的保护设备的第二优选应用的各自正面立体图：
图11示出SPD保护设备为单相(N、L)类型的应用的示例，以及
图12示出保护SPD设备为三相型(N、L1、L2、L3)的应用。
图13示出按不同方式(例如给出类型1指示、类型2指示和类型3指示，每个指示为不同颜色)对第一指示器的那些的不同阶段和激活条件的流程图。
图14示出与位于盒子内的保护组件一起的针对本发明的监控装置的电子电路的框图。
图15示出用于正脉冲和负脉冲的注入的简化视图。
图16示出2个脉冲突发的示例；在第二视图中，通过2个正脉冲示出突发的情况，并且第三个视图示出一个正脉冲和一个负脉冲的突发的情况，其中，变量“Tr”是突发之间经过的时间。
图17示出正半周期中的脉冲的详情，其中，变量“Timp”是脉冲的持续时间。
图18示出示出vPE信号的容量的效果的视图。最后视图用于12μF的容量，并且其示出存在错误。为此原因，所考虑的PE系统的最大容量约为10μF。
图19示出用于通过减少每突发的脉冲的数量减少所注入的电流的阶段，假设RPE的稳定性是令人满意的，保持针对突发的脉冲的宽度。在该情况下，例如，使用最初三个脉冲突发，如果RPE的稳定性是令人满意的，则其此后可以改变至两个脉冲突发，并且然后改变至一个脉冲。来自控制器的输出脉冲适于针对MOSFET的传导的必要的栅源电压(VGS)。当注入电流脉冲时，其在该时间期间。在所有阶段中，保持脉冲宽度(Timp)以及突发之间的分离(Tr)。
图20示出脉冲的持续时间(Timp)的减小阶段，假设RPE的稳定性是令人满意的。在该情况下，例如，具有4个脉冲的突发使用初始持续时间Timp1，其可以被减少到更短持续时间Timp2(即，Timp2＜Timp1)。来自控制器的输出脉冲适于必要的栅源电压(VGS)，以使MOSFET导通，并且在该时间期间，注入电流脉冲。
图21示出当MOSFET Q导通时的等效电路。
图22示出根据三相输电干线的系统结构的两种类型的连接。
具体实施方式
本发明的实际应用但不是限制性应用是保护和监测设备10、10'、10”、10”'、10””，其中，盒子11中的一个例如通过多个LED27和切断设备28结合保护组件20、监控安装所必须的监控装置、以及必要指示装置。
例如，图1示出使用气体避雷器或熄弧器作为保护组件20的连接在N-PE之间的盒子11，其在TT和TN-S系统中被用作单相和三相保护设备的N-PE之间的保护。所述盒子11具有分别连接至线(L)、中性点(neutral)(N)和保护导体(PE)的具有固定底座18的三个连接端子。在该情况下，通常约为kA的瞬态放电电流在该情况下通过端子N-PE循环，并且较低电流通过端子(L)循环，为此原因，可以减小截面。
此外，针对保护设备可以添加其它连接端子，例如，必须知晓每相的电压的三相设备。
添加的连接端子还可以用于将从监测设备获得的信息和/或保护组件的寿命的结束或状态指示器发送到固定底座。
然而，如果由于安装要求是必须的而需要，则可以使用变阻器或另一个保护组件。
图6示出在一个盒子11中集成监测装置和双重保护组件21的电子电路19的布局，其在该特定示例中确定：从PE端子到地的阻抗值，在接地系统中是否存在可能为危险的电压，AC或DC网络的电源电压VL是否落在正常限度内，即，VL是否在VLmin到VLmax之间，并且在SPD设备连接或者布线安装中是否存在任何错误，向用户指示该情况。如果期望，则还可以包括可选装置以指示保护组件已达到其寿命的结束。
这些参数的以上指示优选地由不同颜色的多个LED二极管27(例如，三个或四个二极管)执行，多个LED二极管可以是固定的或者闪光以允许用户正确地解释该情况。参见图2至图5中的不同结构。
图13示出以不同于第一指示器光的方式(例如，给出指示1、指示2、指示3和根据不同RPE值的指示)的多个阶段和激活条件的操作顺序，：
-第1阶段(可选)：当将电源连接至监测电路时，在执行不同测试之前可以存在延迟，主要目标是允许设备的电子电路中的电压稳定，以防止假故障指示。
-第2阶段：如果网络连接不正确→激活指示1。
-第3阶段：如果接地系统中的电压vPE≥vPEmax→激活指示2。
-第4阶段：如果干线电压(vL)具有值，使得vLmin＞vL＞vLmax→激活指示3。
-第5阶段：如果以上所有条件都正确，则相同视觉指示器(在图7的情况下)根据在4个优选RPE值裕量内的所获得的RPE值给出相应指示：
-裕量1：RPE＜30Ω
-裕量2：30Ω≤RPE＜60Ω
-裕量3：60Ω≤RPE＜600Ω
-裕量4：RPE≥600Ω
对应于RPE≥600Ω的指示清楚地指示设施中的危险情形，因为其意味着接地系统处于开路。
为了在步骤5中确定接地系统阻抗(RPE)的值，监测装置通过PE端子将电流脉冲注入地。
如果在第2阶段、第3阶段或第4阶段中的任何检验是不正确的(即，连接、接地系统电压(VPE)或者网络电压(VL)的值)，则系统在该点停止，并且有规律地(优选每几秒钟)对此进行检查。一旦故障已被校正，就进行至脉冲注入的步骤5。
如果处理不停止，则在步骤5中监测接地系统阻抗时获得的值将是不正确的。
在内部，根据可能应用，通过不同颜色的一系列LED，根据指示的类型，利用一些或其它点亮(lighting up)，根据它们的状态，形成第一点亮指示器。此外，所述LED可以是固定的或者闪光。
为了确定接地系统阻抗(RPE)或者接地电压(VPE)的值，不必使用具有非常高精密度的装置，这是因为对于本发明的特定实现，申请人发现具有小于10％的精度的值是足够的。从而，可以获得小且具有低成本的用于保护和监测的设备。通过该精度，给予用户的视觉指示具有足够的安全裕量。
用于确定接地系统的阻抗(RPE)或接地电压(VPE)的值的装置基于电流脉冲使用相地环路经由PE端子接地的应用。这些脉冲满足多个要求：
它们具有充分高强度以确定接地电路中的电压增加，但是进而必须不使电路中的可能其余电流断路器启动，它们也不应该导致其余电流断路器长期故障。
其余电流断路器的长期故障可能因为多种原因而发生。RCD包含具有由每个制造商调节的磁化程度的磁敏组件，并且其取决于其灵敏度以检测跨其的导体之间的AC电流的差。如果以高重复率(例如，在网络的每个周期或者半个周期中)施加单极性的电流脉冲(诸如，在ES2266761专利或者具有大量脉冲的训练序列(trains)中)，这样的组件可以长期(几年)被永久地磁化/去磁化，并且它们的故障没有被检测到，直到在设施中存在故障为止。用户可以周期性地检验RCD的操作(如由它们的制造商指示的)，但是这是很少的，主要是在家庭环境中。
所描述的所有这些要求都可以利用所注入的突发中的非常少数量的脉冲和非常低的突发重复频率(其从几秒钟到几分钟是可变的并且被控制)，通过使用小值的电流脉冲在很大程度上被满足。
其它已知系统今天采用具有远远更高重复的电流和频率以减少噪声的影响并且针对非常低阻抗获得降低的精度值，其中，由所注入的脉冲导致的接地系统中的电压的增加非常低。这些特征在形成本发明的主题的设备中是必须的，但是还可能适得其反。除了更改设施和设备本身的状态之外，所要求的保护和监测设备基本不是测量仪器，而是包括在设施安装、操作和维护处理期间永久地监测最重要参数的装置的保护设备。
当确定接地系统的阻抗时，还必须考虑这通常不具有纯电阻组件，并且根据设施的状态，还将存在电感和电容组件。然而，当监测装置优选地被安装在设备中时，关键组件通常是电阻式的和电容式的，这是因为SPD设备被安装在设施的原点，并且布线长度减小，并且特别地被执行以最小化其可以引入的电感效应。
从而，申请人在多次测试之后推断出，电流脉冲的持续时间(Timp)必须足够长，以在测量电压增加时不受阻抗的电容组件影响。提供由本发明使用的监测电路以获得低于10％的精度，具有10μF那么高的电容组件，但是它们通常远远更低。
通过在不同类型的设施中大量实验测试的重复测量，申请人最终确定电流脉冲的持续时间(Timp)的优选值在200＜Timp＜300μs之间。由申请人在不同类型的RCD设备(新设备和安装多年的设备)中进行的测试提出该范围的值更期望用于具有接地系统阻抗的最佳结果，具有高电容组件。然而，其它值可以用于本发明的Timp应用，而不改变本发明的本质。
通过关于接地系统中的电压(该电压随着时间可变，通常处于与电源电压相同的频率，并且可以具有充分高值以更改RPE测量的结果(如果不考虑))确定由所注入的脉冲电流导致的电压增加，来获得接地系统阻抗的值(基于以上考虑，可以仅考虑其电阻RPE值)，在所注入的脉冲的最后几微秒内执行测量接地系统电压的增加，以最小化可能存在的容量和/或电感的影响。考虑上述脉冲电流(Timp)的持续时间值，电压增加的值充分稳定，以满足精度要求。
将由符合监测装置的电路满足的另一个要求是指示干线电压(VL)是否在SPD设备和监测电路的操作范围内。在大多数国家中，标准电压裕量倾向于在额定电压的+10％-15％之间，因此当对SPD设备调整大小时，为15-20％更高的Uc值在额定电压(VLnom)下被正常地使用(VLmax)。这防止SPD针对干线电压的最大电压值导电并且变成被永久损坏。如果电压值(VL)小于所指示的最小值(vLmin)，则监测电路可以给予不正确指示，并且还可能影响所连接的负载和安装设备的操作；如果电压值高于SPD Uc，则设备的寿命减小或者其可能被永久地损坏，还影响连接SPD的下游的装置和负载。所指示的电压范围被认为是优选电压范围，因为它们是最通常使用的那些，但是如果认为是必须的，则可以使用不同值。
本发明的保护和监测功能优选地根据图14中所示的电子电路方案执行。在本示例中，AC/DC(22)转换器从公共电路点(GND)提供DC电压V+，公共电路点(GND)连接至盒子的端子(N)。该AC/DC 22转换器在性能特征方面必须符合严格要求，其线调整率必须非常高，这是因为AC输入电压裕量很高。还必须能够耐受在-40℃到+80℃之间的温度裕量(其是针对SPD设备的一般裕量)，并且正确地调节V+电压，这是因为该电压取决于电压测量的正确结果。V+电压被用于给控制器25和适配器23和24供电。这些适配器23和24的输出电压给控制器25提供DC电压(对于最大动态范围来说，正常地为V+/2)和与它们的输入电压成比例的叠加AC电压：
v1(t)＝V+/2+k1 VL(t) [1]
v2(t)＝V+/2+k2VPE(t) [2]
此后，时间依赖变量(V1(t)和V2(t))将仅通过变量的字符并且在较低情况下被指示。
适配器23和24由无源和/或有源设备构成，进一步允许滤除可能来自VL电压网络或者VPE接地系统电压的高频分量(通常是噪声和/或谐波)的可能性。以上等式[1]和[2]中的参数k1和k2可以表示信号v1和v2的增益和衰减，并且可以或可以不取决于频率(滤波器)。k1＝k2并且正常地＜1。在特定应用中，适配器24必须放大VPE电压，使得k2将超过k1。
如图13的视图中所示，基于L、N和PE中的电压，电路检测连接SPD设备或设施的布线是否正确，例如，V+电压是正电压，而不管L和N连接是否正确或者被交换，并且在该点处，电路可以测量V1电压(从VL获得)和V2电压(从VPE获得)，并且确定L-N连接是否正确(并且电压)。如果该检验的结果是正确，则监测处理继续，否则电路给出该故障的指示，并且每几秒钟对该情况进行周期性地检查，直到故障已被校正为止。
如果以上检查的结果是正确的，则设备检查vPE电压，并且如果vPE电压小于所设置的最大值(优选地在从20V至40V的范围内)，则监测处理继续，否则电路给予该故障的指示，每几秒钟对该情况进行周期性地检查，直到故障已被校正为止。
该处理继续以通过电压值v1(其与vL成比例)确定电压的值。如果该值在范围vLmin≤vL≤vLmax内，则监测处理继续，否则电路给予该故障的指示，定期地检查该情况(优选每几秒钟)，直到故障被校正为止。
当所有检查都成功时，其进行至在PE端子上注入脉冲，以确定接地系统阻抗值。然而，以上检查仍然被定期地执行。虽然如此，在特定情况下可以部分地假设处理的不间断，尽管存在故障，例如，如果布线是正确的，但是系统电压接地高于所设置的系统电压接地，则可以指示该故障，但是继续测量该电压以确保其在正确裕量内。然而，推荐的是不将电流脉冲注入接地系统。
图13中所示的方法表示在关于其它已知设备的设施或用户的安全性方面的优点。在本发明的设备中，可选地假设当电源被连接时，在执行不同测试之前存在时间延迟。在先地指示该目标中的一个是允许稳定设备的电子电路中的电压，以避免假故障指示，并且另一个目标是当连接AC电源电压时，防止任何事物干扰RCD设备的操作。
保护和监测分别使用v1和v2信号(其与vL和vPE信号成比例)以确定接地系统阻抗值(RPE)。该处理通过在正半周期内注入脉冲来执行，但是优选地在连续半周期内重复多达4次(1个、2个、3个或4个脉冲的突发，所述突发被连续地注入并且一直包含相同数量的脉冲)。参见图16，由电流脉冲导致的vPE电压增加允许针对所施加的每个单位脉冲获得接地系统阻抗。其被看作针对每个突发获得的接地系统阻抗，这优选地通过针对每个单位脉冲获得的平均值来确定。为此原因最小化在vL和/或vPE中存在的变化和/或在网络上存在的噪声的影响，并且当对用户27给予指示时或者如果认为必须则给予其它可能警告标志，则使用所获得的值。
如上所述，处理被连续地重复，并且施加连续脉冲突发，在连续脉冲突发之间存在分离，优选地在几秒到几分钟之间。突发之间的分离(Tr)将取决于在接地系统阻抗测量中获得的稳定性(这是因为电路的功率消耗通过所使用的方法非常低)。例如，当电源被连接时，可以使用几秒钟的分离，然后逐渐增加至几分钟，当其保持稳定时，除非检测到变化(诸如，较高阻抗)，优选地从一个突发到下一个突发在10-20％之间，在该情况下，减小突发之间的分离。这些变化可以例如通过中断SPD设备与接地系统之间的连接和/或通过vL和/或vPE信号中的噪声或波动导致，这是因为如上所述，阻抗改变非常缓慢地发生(线圈的温度和/或湿度的明显改变)。
使用对不同类型的设施的多个测量，已经发现，每突发该数量的脉冲和所指示的突发之间的分离足以获得在所建立裕量内的所要求的精度。所指示的值裕量被认为是优选裕量，但是如果认为合适，则不同值可以被用于每突发的脉冲数量和它们之间的分离，而不改变本发明的本质。然而，变得明显的是，期望尽可能使用最小数量的脉冲，其大大降低RCD的不期望启动、连接到网络的敏感设备的操作中的可能干扰、以及由于结合到RCD的组件的磁化的改变所导致的其过早老化。
通过确定vL电压从负半周期到正半周期的过零，处理继续。该信号被认为是AC电压网络的0°基准，并且脉冲优选地以90°到150°之间的θ角被注入。为此目的，控制器生成具有导通MOSFET晶体管(Q)的持续时间Timp的脉冲。在这些情况下，图21中示出等效电路。
然而，适配器23和24具有足够高以获得电流i1和i2＜＜iPE的输入阻抗，获得以下等式：
iPE＝(VL-VPE)/(R1+RPE)＝(V3-VPE/RPE) [3]。
在该等式[3]中，v3是当注入电流脉冲时SPD的端子PE中的电压。所指示的vPE值发生器是当不注入脉冲时的接地电压，并且通常是与网络相同频率的但是在减小值的正常条件下的电压。
从来自v2测量的电压v1和v3的测量确定VL，R1是已知的并且通过设计建立R1以通过Q将所注入的电流限制到地。当RPE和VPE是未知的时，如果可以确定VPE的值，则RPE值可以通过在控制器中的计算来确定。
可以通过在注入电流脉冲之前在几微秒内测量其值获得VPE的非常近似的值，并且该值可以在等式[3]中使用，这是因为所施加的脉冲的持续时间非常短，并且可以认为VPE是与在VL和V3的测量期间基本相同的值。在电流脉冲的最后几秒钟期间测量这两个变量，使得电压V3稳定，从而防止接地系统的电容和电感的影响。还应该考虑到，同时进行vL和v3测量，使得网络电压的可能变化将不影响测量结果。从而，获得具有由监测系统要求的充分精度的RPE的值，该值在很大程度上独立于接地系统中的电压的存在、网络电压的变化或噪声、以及接地系统中的高电容或电感。
存在直到现在为止未考虑的一个或更多个因素，即以避免由电解导致的接地系统中的增加的腐蚀问题。该现象因具有DC分量的注入电流而增加，真实的是，所使用(近几年被评估)的平均电流值为小，但是它们增加了在电极和与接地导体互连的装置中发生的腐蚀过程。电解因潮湿而进一步增加，但是在精度上方便的是接地电极设施保持潮湿。通过使用保护导体、接地电极(通常是棒)和相同材料的互连片段，该类型的腐蚀被显著减弱。该情况非常少地发生。对于保护导体并且对于电极和互连片段来说，在接地设施中使用的材料通常是铜，是铁或者镀锌钢、不锈钢、以及镀铜钢。
前两个类型(铁或者镀锌钢和不锈钢)是针对电极和互连部件最通常用的那些，其是最受腐蚀影响的那些组件。越来越通常地，使用具有不同铜涂覆厚度的钢电极，使得它们更抗腐蚀。然而，这些材料的制造商和检查接地系统的安装者发现，它们的长度明显比预期长度短。通常不被考虑的影响因素之一是设施中的连续接地泄漏，其通过将电子装置大规模地结合在所有类型的设施中而显著增加。
安装系统以监测加速其腐蚀的接地系统的状态不是明智的，这是因为其注入具有连续分量的电流脉冲，并且一直必须考虑到多年来其必须评估设置的行为：具有监测设备的SPD+RCD+接地系统设施。
总之，保护和监测电路必须注入具有可能的最小电流幅值的最小可能数量的脉冲，以获得针对正在考虑的产品的足够精度。为此目的，本发明使用用于根据AC电源电压、接地系统电阻和所采用的测量的稳定性来控制动态电流脉冲注入角的方法。
用于注入最小电流值使得获得所要求的精度的处理是：优选地以包括突发的单位的每个正半周期的电压的角θ≥90°且≤150°注入电流脉冲，从而当值θ增加到最大值的50％(sin150°＝0.5)的值时，减小所注入的电流。应该注意，只要可能，必须避免在接近90°的区域中注入脉冲区域，这是因为在这样的点处，在具有输入网络电压整流器的电源中使用的滤波电容器被再充电。虽然由电流脉冲导致的电压的增加较小，但是其频谱高，这是因为注入了具有非常小升/下降时间的微秒内的电流脉冲，如果没有被正确地设计，则高频分量最终影响控制器。根据vL电压网络控制θ角；对于vLmax，优选使用150°的角θ，并且对于vLmin，优选使用90°角θ。对于vL的中间值，优选以线性方式调节角θ，并且如果合适，可以使用其它准则。
分别针对突发的每个脉冲设置θ角控制，这是因为vL可以从一个半周期到另一个半周期改变。为此目的，电路将电压从负半周期到正半周期的过零确定为基准θ＝0°，将vL的值确定为90°，并且根据该值，以该角施加脉冲。作为数值非限制性示例，对于标称电压网络vLNOM＝230V±15％，获得以下等式：
vLmax＝264.5V→vL(90°)＝374V→θ＝150°
vLmin＝195.5V→vL(90°)＝276V→θ＝90°
vLnom＝230V→vL(90°)＝325V→θ＝130°
脉冲以精确角注入不是关键方面，这是因为当同时测量VPE和VL电压时，它们在半周期内的正弦信号中不改变，并且它们对在90°处测量电压时可能存在叠加噪声的事实(影响其值并且施加不同于所计算的相位角的相位角，这是因为θ被限制在90°至150°之间并且除此之外，通过对针对突发的每个各自脉冲获得的值求平均来获得电阻RPE)不具有任何显著影响，其倾向于抵消任何误差。
从用户的观点看，我们还应该考虑盒子中的接地阻抗值的指示优选地使用LED由值裕量作出。已经示出为合适的一系列RPE裕量是：
·裕量1：RPE＜30Ω
·裕量2：30Ω≤RPE＜60Ω
·裕量3：60Ω≤RPE＜600Ω
·裕量4：RPE≥600Ω
裕量4清楚地指示设施中的危险情况，这是因为系统将理解系统处于开路。
相反，裕量1指示从安全性和瞬态过电压保护的效率的视点看，阻抗是合适的。
可以根据保护和监测设备的特定需要修改和适配RPE裕量的数量、RPE裕量的值、以及指示器和指示的数量，因此使用不同的数量、值将不改变本发明的本质。
以上处理还通过使用在每个突发中获得的RPE值完成。在其它已知设备中，在电流脉冲中通常使用较高值，并且应该注意，利用非常低水平的RPE，由脉冲导致的电压增加被减少，并且从而很可能受噪声影响。这在具有超过几十欧姆的RPE电阻的本发明的电路中不是必须的，这是因为由系统接地中的脉冲电流导致的电压增加足够高以不受噪声显著影响。然而，可以针对小RPE改进操作，这是因为电路包括适配器23和24，其可以根据电压电平输入放大、滤波相应信号，并且例如输入可变增益，以防止对控制器的损害(或者限制输出电压电平)。
这意味着用于基于电压vLθ＝90°的值在突发的每半周期内调节注入角θ的决策准则优选地根据针对先前突发获得的RPE的值被修改，使得随着RPEθ值增加，电流值0增加以进一步减小电流，并且反之亦然。
例如，所获得的平均RPE值可以被用于多个在前突发，以使得系统更加稳定，这是因为其已经指示在正常情况下，RPE在全年缓慢地并且季节性地改变。
由于例如接地系统在其路径上的某处的断开或者故障而导致在接地系统中出现中断的情况下，发生一个突发和下一个突发之间的突然改变，并且这将由电路监测，这是因为如果vPE高于所建立的值或者如果vL在正确裕量之外，则施加突发的处理是无限的，除非在连接中检测到误差。一旦这些问题被解决，电路就继续脉冲注入。
当控制θ角时在本发明中考虑的另一个因素是从一个突发到下一个突发获得的RPE值的稳定性。所使用的优选准则之一如下：如果在一个突发与下一个突发之间存在多于10-20％θ的RPE的变化和/或Tr将逐渐减小以增加所注入电流的电平，则获得更大的vPE电压增加，并且更快地检验是否存在电流RPE的改变或者这是否是由于干线电压中的扰动导致的。从而，任何噪声或者vL和/或vPE电压的现有改变的影响被减小，这是因为已检测到确定RPE值的稳定性在所指示的范围内并且θ和/或Tr将基于vL和RPE被修改。
可以应用的另一个准则是使用RPE指示器的状态的改变，使得在指示的状态改变的情况下，施加最小值θ和Tr值。这将增加系统的灵敏度并且指示将被更快地更新。
所描述的这些准则或方法可以作为指南给出，但是在不改变本发明的含义的情况下可以使用其它准则或方法。
我们应该考虑利用所指示的θ裕量(90-150°)，在确定接地系统的电阻时获得低于10％的精度，并且如果允许更大精度，则考虑高于150°的θ值。
本发明的目标在于注入具有最低可能值的最小可能数量的电流脉冲。
然而，可以考虑到，由于μC的特性或者由于所要求的软件开发时间，导致具有这种类型的控制的控制器的开发可能增加电路的成本。从而，可以采取仅使用以上准则之一(例如，仅基于vL或RPE的值改变θ角)的决策。
还可以应用以减小注入到接地系统中的平均电流的其它准则如下：
-每突发的脉冲数量的渐进减少，只要这实现RPE的稳定性是令人满意的准则，就可以针对冲击波保持脉冲宽度(Timp)。例如，在图19中，为3的脉冲突发然后根据RPE的稳定性，可以变为两个脉冲突发，并且然后变为1个脉冲突发。
-使用具有约零电流的平均值的电流突发，即，在每个一半(例如图16中)内注入具有不同极性的电流脉冲。通过该系统，可以避免由具有DC分量的注入电流导致的问题。在该情况下，还可以应用脉冲数量的减少。
-减少脉冲持续时间(Timp)，优选地减少到最初使用的值的75％。如果接地系统阻抗是电容式的，则不被认为是明智的是进一步减小脉冲持续时间以避免测量误差。可以在不更改本发明的本质的情况下使用其它值。Timp减小可以是渐进式的或者同时的，但是优选后者，以避免使控制器软件的开发和/或针对更好性能的需要的复杂化。
当减小电流时，可以应用以上准则中的一个、多个或所有。然而，为了防止系统输入稳定的但是不正确的RPE测量(可以减小所注入的电流，但是设备可能对噪声或者其它未预见到的参数更敏感)，高度推荐(但是是可选的)对测量执行周期性“重置”，即，返回到具有最大灵敏度的测量情况，以90°(不管干线电压和RPE如何)、突发之间的最小时间、最初决定的脉冲的最大数量和最初脉冲的持续时间来施加脉冲。自此之后，可以逐渐应用减少准则。“重置”之间的时间推荐是在12到24h之间的值，但是在用户的判断下可以使用其它值。
不像目前已知的其它设备那样，在本发明中所描述的组合保护和监测设备中，注入到环路中的电流脉冲来自干线电源并且由集成到盒子中的装置提供(当使Q晶体管导通时)，因此不需要使用任何类型的电池。另一方面，在本发明的情况下可以在适配器23和/或控制器软件中的数字滤波上使用滤波设备，以减少确定0°步骤时的可能误差。另外，本发明的设备不仅受注入脉冲的角的显著影响，这是因为其是可变的并且受控的。

Claims (23)

1.一种用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，所述组合设备在单相或者多相交流电压设施中或者利用直流电压被使用，所述组合设备由插入到固定底座的盒子形成或者由单块形成，两种类型的设备在每个插入式盒子中的或者在所述单块中包括由防御瞬态过电压的一个或更多个保护组件形成的最小的一个保护组，所述保护组件包括变阻器、气体避雷器、气体放电管、火花隙、抑制二极管、三端双向可控硅元件、晶闸管、和MOSFET中的至少一个，其特征在于，所述组合设备包括监测装置，所述监测装置被配置成为了永久地测量和处理关于所述电气设施的状况和组合设备本身的一个或多个参数，还连接到所述监测装置的是以指示以下输出参数中的一个或组合的方式设置的指示装置：
-如果由所述监测装置测量的接地电阻值RPE在特定预定RPEMIN和RPEmax限度或者裕量内或外；
-如果所述组合设备到所述电气设施的布线是正确的：(a)在交流电压的情况下：L、N、PE或PEN；否则(b)在直流电压的情况下：正、负和PE；
-如果交流或直流网络的电源电压VL落在预定正常限度内，即，如果VL在VLmin到VLmax之间；
-如果接地系统电压VPE≥VPEmax，
其中，由所述监测装置测量的所述接地电阻值RPE基于使用环相位接地经由PE端子电流脉冲到地的注入，并且这些脉冲具有高强度，以关于接地电路中的电压确定由所注入的脉冲导致的电压增加，但是不触发电路中的残余电流断路器，或者长期导致断路器的故障，
其中，所述组合设备根据AC电源电压、和/或所述接地电阻值RPE、和/或所进行的测量的稳定性控制所述电流脉冲的注入角。
2.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述指示装置的输出参数包括被集成到所述组合设备中的防御瞬态过电压的保护组件中的至少一个是否已经达到其有效寿命的结束的指示。
3.根据权利要求1或2所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述组合设备由插入固定底座中的一组一个或更多个盒子形成，其中，每个盒子包括防御瞬态过电压的一个或更多个保护组件，并且在所述盒子的至少一个内，存在监测装置和指示装置。
4.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述指示装置由第一类型的指示器和第二类型的指示器配置，其中：
所述第一类型的指示器以包括指示1、指示2和指示3的不同方式被激活以提供关于到干线的连接是否不正确和/或是否电压vPE≥vPEmax和/或电源电压VL<VLmin或VL>VLmax的信息；当前述所有都正确时，该第一类型的指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值发布相应指示；
如果包括在所述第二类型的指示器所在的盒子中或者所述单块中的保护组件已达到其有效寿命的结束，则所述第二类型的指示器发布指示，点亮或不点亮。
5.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述指示装置由第一类型的指示器配置，其中：
所述第一类型的指示器以包括指示1、指示2和指示3的不同的方式被激活，以提供关于干线连接是否为不正确和/或是否电压vPE≥vPEmax和/或电源电压VL<VLmin或VL>VLmax的信息；当前述所有都正确时，该第一类型的指示器根据在所选的裕量内的所获得的RPE值发布相应指示。
6.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述组合设备包括用于将构建到所述组合设备中的保护组件组中的至少一组与电源断开连接的设备。
7.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述组合设备包括特定装置，所特定装置将由所述监测装置测量和处理的参数无线和/或有线传送或传输到所述组合设备所安装的位置内或外的另一设备。
8.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述监测装置和所述指示装置被集成在电子电路中。
9.根据权利要求8所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述电子电路被完全或部分地集成在所述盒子中的一个中，所述盒子形成插入式盒子类型的所述组合设备。
10.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，通过确定接地系统中的当前电压上的由注入的脉冲电流引起的电压增加，来获得所述接地电阻值RPE。
11.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述脉冲的持续时间Timp在200μs到300μs之间。
12.根据权利要求8所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述电子电路由至少以下提供：
-AC/DC转换器，所述AC/DC转换器提供关于公共电路点GND的DC电压V+，所述公共电路点连接至所述盒子的N端子；
-控制器，所述控制器被提供电压V+；以及
-两个适配器，所述两个适配器也被提供所述电压V+，这些适配器的输出电压将通常分别为V+/2的DC电压v1(t)和v2(t)提供给控制器，以获得最大动态范围和与其输入电压成比例的叠加AC电压：v1(t)＝v+/2+k1 vL(t)和v2(t)＝v+/2+k2 vPE(t)，其中，k1表示v1(t)的增益和衰减，k2表示v2(t)的增益和衰减，vL(t)表示电源电压，vPE(t)表示接地系统电压。
13.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述电流脉冲在组成突发的那些脉冲的每个正半周期单位的电压的90°到150°之间的角被注入，从而减小所注入的电流，同时将θ值增加到最大值的50％的值。
14.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，根据RPE值基于在注入角为90度时的电压值VL调节突发的每半周期中的注入角θ，使得随着RPE增加，θ的值逐渐增加以进一步减小所述电流，并且反之亦然。
15.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述接地电阻值RPE通过针对每个单位脉冲获得的电阻的平均值来确定。
16.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，通过只要满足所述RPE的稳定性就减小每突发的脉冲的数量，将脉冲宽度Timp保持为突发之间的分离Tr，来减小所注入的电流。
17.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，通过只要满足所述RPE的稳定性就减小所述脉冲的持续时间Timp，来减小所注入的电流。
18.根据权利要求8所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备，其特征在于，所述电子电路以集成方式包括对瞬态过电压的双防御：
-由所述保护组件进行的第一保护阶段，所述保护组件吸收大部分能量，在其两极之间留下较低残余电压，该残余电压现在具有较低能量，
-第二保护阶段，其中，所述残余电压被限制到可接受值，所述第二保护阶段防止所述监测装置的破坏或故障，这是因为它使得由于所述保护组件的残余电压或者由于生成的电磁场所导致的会影响它的干扰减少。
19.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备的操作方法，其中，所述指示装置由第一类型的指示器并由第二类型的指示器配置，其中：
所述第一类型的指示器以包括指示1、指示2和指示3的不同方式被激活，以提供关于到干线的连接是否不正确和/或是否电压VPE≥VPEmax和/或电源电压VL<VLmin或VL>VLmax的信息；当前述所有都正确时，该第一类型的指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值发布相应指示；
如果包括在所述第二类型的指示器所在的盒子中或者所述单块中的保护组件已达到其有效寿命的结束，则所述第二类型的指示器发出指示，点亮或不点亮，其特征在于，点亮的第一类型的指示器的不同阶段的激活顺序和不同激活条件如下：
-第一阶段是可选阶段：延迟；
-第二阶段：如果到所述干线的连接不正确，则激活指示1；
-第三阶段：如果电压VPE≥VPEmax，则激活指示2；
-第四阶段：如果电源电压VL具有这样的值VL<VLmin或VL>VLmax，则激活指示3；
-第五阶段：如果所有以上条件都正确，则该第一类型的指示器根据在所述接地电阻值RPE的预定裕量内的所获得的RPE值发布相应指示。
20.根据权利要求1所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备的操作方法，其中，所述指示装置由第一类型的指示器配置，其中，所述第一类型的指示器以包括指示1、指示2和指示3的不同方式被激活，以提供关于到干线的连接是否不正确和/或是否电压vPE≥vPEmax和/或电源电压VL<VLmin或VL>VLmax的信息；当前述所有都正确时，该第一类型的指示器根据在所选裕量内的所获得的RPE值发布相应指示，其特征在于，点亮的第一类型的指示器的不同阶段的激活顺序和不同激活条件如下：
-第一阶段是可选阶段：延迟；
-第二阶段：第二阶段：如果到所述干线的连接不正确，则激活指示1；
-第三阶段：如果电压vPE≥vPEmax，则激活指示2；
-第四阶段：如果干线电压vL具有这样的值VL<VLmin或VL>VLmax，则激活指示3；
-第五阶段：如果所有以上条件都正确，则该第一类型的指示器根据在所述接地电阻值RPE的预定裕量内的所获得的RPE值发布相应指示。
21.根据权利要求19或20所述的用于电气防御瞬态过电压和监测电气设施的组合设备的操作方法，特征在于，所述接地电阻值RPE的裕量是：
-裕量1：RPE＜30Ω
-裕量2：30Ω≤RPE＜60Ω
-裕量3：60Ω≤RPE＜600Ω
-裕量4：RPE≥600Ω。
22.一种插入式盒子，所述插入式盒子是单独或者与其它插入式盒子一起插入固定底座中以形成用于防御瞬态过电压和监测电子设施的组合设备，所述插入式盒子是在单相或多相交流电压设施或者直流电压中使用的类型，其中，每个盒子包括具有变阻器、气体避雷器、气体放电管、火花隙、抑制二极管、三端双向可控硅元件、晶闸管、和MOSFET中的至少一个的防御瞬态过电压的一个或更多个保护组件，其特征在于，所述插入式盒子包括监测装置，所述监测装置以永久地测量并且处理关于电气设施的状况和所述组合设备本身的一个或多个参数的方式被设置，并且连接到所述监测装置的还有被配置为指示以下输出参数中的一个或更多个的指示装置：
-由监测装置测量的接地电阻值RPE是在特定预定RPemin到RPEmax限度内还是外；
-构建到所述组合设备中的防御过电压的保护组件中的至少一个是否已达到其有效寿命的结束的指示；
-所述组合设备和所述电气设施之间的布线是否是正确的：(a)在交流电压的情况下：L、N、PE或PEN；否则(b)在直流电压的情况下：正、负和PE；
-交流或直流网络的电源电压vL是否落在预定正常限度内，即，vL是否在VLmin到VLmax之间；
-接地电压VPE是否大于等于VPEmax，
其中，所述监测装置的所述接地电阻值RPE基于使用环相位接地经由PE端子电流脉冲到地的注入，并且这些脉冲具有高强度，以关于接地电路中的电压确定由所注入的脉冲导致的电压增加，但是不触发电路中的残余电流断路器，或者长期导致断路器的故障，
其中，所述组合设备根据AC电源电压、和/或所述接地电阻值RPE、和/或所进行的测量的稳定性控制所述电流脉冲的注入角。
23.根据权利要求22所述的插入式盒子，其特征在于，能够存在用于使集成到所述盒子中的保护组件组中的至少一组与电源断开连接的装置。
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