本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的、多級的、協(xié)同的過壓放電器電路，所述過壓放電器電路具有至少一個(gè)在橫向支路中的第一粗保護(hù)-放電器路徑和至少一個(gè)在縱向支路和橫向支路中的第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑，其中，在第一放電器路徑中設(shè)置有電流隔離的浪涌電流測量裝置和用于處于第一放電器路徑中的過壓放電器的物理狀態(tài)的監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
：由de102004006987b3已知一種用于對在低壓電網(wǎng)或者信息技術(shù)中的過壓保護(hù)儀器進(jìn)行基于無線電的狀態(tài)控制的裝置，該裝置基于一個(gè)或多個(gè)溫度的閾值實(shí)現(xiàn)故障識別。由wo2011/058318a1已知的一種用于過壓保護(hù)儀器的診斷電路屬于現(xiàn)有技術(shù)，該診斷電路能夠借助于傳感器記錄在過壓保護(hù)儀器中的快速的瞬態(tài)電流負(fù)載。此外，按照那里的解決方案將電流脈沖的數(shù)量存儲在評價(jià)裝置中。接著，通過所記錄的脈沖數(shù)量可以進(jìn)行對過壓保護(hù)儀器的狀態(tài)的評價(jià)。de102008016585a1公開了一種測量裝置，該測量裝置檢測在過壓保護(hù)儀器上的電壓曲線并且借助于診斷裝置評價(jià)該電壓曲線。通過電壓曲線的特征、比如幅值、斜率、電壓值范圍和時(shí)間特征進(jìn)行對過壓保護(hù)儀器的功能狀態(tài)的確定。ep2574940a1示出一種用于感應(yīng)式監(jiān)控放電電流的裝置。該裝置與過壓保護(hù)儀器串聯(lián)并且具有感應(yīng)線圈、積分器、評價(jià)單元以及指示裝置連同通信接口。在按照de102011110252a1的狀態(tài)控制系統(tǒng)或者診斷系統(tǒng)以及所屬的方法中，應(yīng)進(jìn)行對過壓保護(hù)儀器的狀態(tài)的評價(jià)。每個(gè)儀器包括一功能組件，該功能組件安置在殼體中。所述功能組件例如可以是被監(jiān)控的過壓保護(hù)組件。此外，設(shè)置有監(jiān)控-傳輸裝置，該監(jiān)控-傳輸裝置監(jiān)控在儀器中的功能組件并且可以傳輸關(guān)于功能組件的暫時(shí)狀態(tài)的信息。信息的查詢通過讀取儀器進(jìn)行。每個(gè)儀器的監(jiān)控和傳輸裝置包括由無源電子結(jié)構(gòu)元件組成的諧振電路。在此方面，使用電阻、電容或者電感。監(jiān)控和傳輸裝置不包括有源結(jié)構(gòu)元件、特別是不包括rfid發(fā)射應(yīng)答器或者rfid芯片。由ep2675032a1已知一種用于多級的過壓保護(hù)儀器的診斷方法。所涉及的過壓保護(hù)儀器包括至少一個(gè)作為第一級的氣體放電區(qū)段以及至少一個(gè)作為第二級的在輸出端和參考電位之間的二極管區(qū)段和至少一個(gè)連接在輸入端和輸出端之間的解耦電感。該已知的診斷方法的特征在于，測量施加于次級電感上的次級電壓并且關(guān)于過壓事件進(jìn)行評價(jià)，所述次級電感與解耦電感感應(yīng)式地作用連接。在按照de112010004351t5的具有過壓保護(hù)-監(jiān)控裝置的電路中，監(jiān)控裝置用于檢查在過壓保護(hù)裝置中的電流過程并且用于檢測由于快速瞬態(tài)電干擾量而對閾值電壓的違反。監(jiān)控裝置具體使用電磁場或者靜電場，所述電磁場或者靜電場基于流過過壓保護(hù)裝置的電流引起，亦即要么通過作為檢測機(jī)構(gòu)的電感式監(jiān)控裝置、要么通過作為檢測機(jī)構(gòu)的電容式監(jiān)控裝置引起。在此方面，該已知的監(jiān)控裝置可以是線圈布線或者是電路板導(dǎo)體引線，所述電路板導(dǎo)體引線繞過壓保護(hù)裝置軸向卷繞和/或所述線圈布線作為導(dǎo)體電路或者電路板引線設(shè)置在過壓保護(hù)裝置中。此外，關(guān)于檢測可以使用其它不同的方法。例如監(jiān)控裝置可以具有傳感器，該傳感器設(shè)計(jì)用于檢測在過壓保護(hù)裝置中的物理狀態(tài)的變化?，F(xiàn)有技術(shù)所介紹的各解決方案的共同之處是，所述解決方案不能連續(xù)地監(jiān)控多級的、協(xié)同的過壓放電器電路的狀態(tài)。雖然對損壞情況的暫時(shí)讀取或者指示在個(gè)別情況下給出了關(guān)于保護(hù)電路的進(jìn)一步可用性的提示，然而不允許持續(xù)的狀態(tài)評價(jià)。如果僅監(jiān)控過壓放電器的溫度，則不可能識別出保護(hù)元件的短時(shí)間的高過載。而如果檢查通過放電路徑的通過電流，則不能以所需的精確度記錄持續(xù)的熱過載。上面提到的探測問題可能是環(huán)境溫度很高的結(jié)果，所述環(huán)境溫度例如由于錯(cuò)誤地使用保護(hù)儀器或者在持續(xù)過壓時(shí)產(chǎn)生。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的任務(wù)的解決方案通過一種多級的、協(xié)同的過壓放電器電路實(shí)現(xiàn)，該過壓放電器電路具有按照根據(jù)權(quán)利要求1的特征組合的監(jiān)控特性，其中，從屬權(quán)利要求至少構(gòu)成符合目的的構(gòu)造方案和改進(jìn)方案。因此以一種多級的、協(xié)同的過壓放電器電路為出發(fā)點(diǎn)，該過壓放電器電路具有至少一個(gè)在橫向支路中的第一粗保護(hù)-放電器路徑和至少一個(gè)在縱向支路和橫向支路中的第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑。術(shù)語“協(xié)同”以下指的是對在粗保護(hù)和細(xì)保護(hù)之間的特性的協(xié)調(diào)。在第一放電器路徑中設(shè)置有電流隔離的電流測量裝置和用于處于第一放電器路徑中的過壓放電器的物理狀態(tài)的監(jiān)控裝置。按照本發(fā)明，在第二放電器路徑中的各過壓放電器分別同樣配設(shè)有用于物理狀態(tài)的監(jiān)控裝置。作為狀態(tài)監(jiān)控，不僅在粗保護(hù)-放電器路徑方面而且在細(xì)保護(hù)-放電器路徑方面確定相應(yīng)的過壓放電器的溫度，其中，由所獲得的溫度并且特別是溫度上升時(shí)間確定在相應(yīng)的過壓放電器中所轉(zhuǎn)化的能量并且由此對相應(yīng)的過壓放電器的可能的損壞進(jìn)行確定。處于第一放電器路徑中的電流隔離的電流測量裝置能夠?qū)υ谶^壓情況下的浪涌電流進(jìn)行分析，其中，所使用的溫度傳感器確定在第一放電器路徑中的放電元件的溫度，以便可以對所述過壓放電器、例如氣體放電器的持續(xù)負(fù)載進(jìn)行分析。因此，按照本發(fā)明的基本構(gòu)思，關(guān)于過壓放電器設(shè)置多個(gè)傳感器，其中，由所述傳感器提供的數(shù)據(jù)被輸送給評價(jià)單元，以便診斷出實(shí)際的保護(hù)電路或者所監(jiān)控的保護(hù)元件、亦即過壓放電器的老化或者故障。在共同考慮所有測量值的基礎(chǔ)上，能夠與模型函數(shù)相關(guān)聯(lián)地導(dǎo)出對負(fù)載的參數(shù)、比如電壓、電流和時(shí)間的結(jié)論，于是由此最終可以評價(jià)關(guān)于老化或者故障的狀態(tài)。關(guān)于所使用的測量原理的基本方案在于，一方面能通過感應(yīng)式的方法確定快速改變的與負(fù)載有關(guān)的電流。就此而言，在本發(fā)明的一種構(gòu)造方案中，可以將測量線圈設(shè)置在第一粗保護(hù)-放電器路徑中的電流路徑上。所使用的溫度傳感器提供各個(gè)使用的過壓放電器的溫度測量值。在評價(jià)方面在第一步驟中確定溫度和電流值的變化。接著，由變化值計(jì)算出過壓放電器的內(nèi)部溫度，其中，在此方面使用所用構(gòu)件的已知的特征曲線參數(shù)或者其它參數(shù)。此外，評價(jià)單元能夠合計(jì)所確定的過壓放電器的損壞并且將所述損壞通過顯示單元示出或者傳輸給上一級的評價(jià)單元，這不僅可以有線地進(jìn)行而且可以無線地進(jìn)行。按照本發(fā)明的基本構(gòu)思，在所有所使用的過壓放電器上導(dǎo)熱地、但電流隔離地特別是設(shè)置熱電偶作為溫度傳感器，其中，作為電流測量裝置在第一放電器路徑上構(gòu)造有已經(jīng)提到的測量線圈。在第一放電器路徑中檢測在過壓情況下產(chǎn)生的峰值電流和在那里使用的過壓放電器的溫度變化并且由這些值確定用于損壞評價(jià)的等效矩形脈沖。在超過預(yù)先給定的電流閾值時(shí)將所使用的放電器視為故障的。為了確定在第二放電器路徑中的過壓放電器的損壞或者老化特性，分析所使用的過壓放電器的與脈沖電壓有關(guān)的加熱特性。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的構(gòu)造方案中，在第二放電器路徑中的橫向支路中設(shè)置有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件并且在縱向支路中設(shè)置有線性的歐姆電阻。所述第二放電器路徑實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的細(xì)保護(hù)，其中，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件構(gòu)造為一個(gè)或多個(gè)二極管結(jié)構(gòu)組、特別是構(gòu)造為抑制二極管。由在第二放電器路徑中的電流積分和二極管結(jié)構(gòu)組的特征曲線數(shù)據(jù)確定相應(yīng)的阻擋層溫度并且由此確定結(jié)構(gòu)組的損壞。由在線性的電阻上所轉(zhuǎn)化的、能通過溫度測量確定的能量能夠以間接的方式確定在第二放電器路徑中的電流積分。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，監(jiān)控裝置和電流測量裝置構(gòu)造為處于單獨(dú)的布線載體上的結(jié)構(gòu)組。于是，處于單獨(dú)的布線載體上的結(jié)構(gòu)組可以用作改裝工具箱或者出于監(jiān)控過壓放電器裝置的目的而用于改善現(xiàn)有的過壓放電器裝置。不言而喻地，在本發(fā)明的所述改進(jìn)方案中也存在如下可能性，即，所需的形成評價(jià)單元的電子結(jié)構(gòu)組同樣設(shè)置在單獨(dú)的布線載體上，特別是在這里可以使用本身已知的微控制器連同所屬的計(jì)算軟件。原則上，代替多級的、協(xié)同的過壓放電器裝置，按照本發(fā)明的解決方案也可以用于單個(gè)的通常限制電壓或者轉(zhuǎn)換電壓的構(gòu)件。在這種情況下存在如下可能性，即，通過兩個(gè)傳感器的組合完全監(jiān)控限制電壓的或者轉(zhuǎn)換電壓的構(gòu)件。通過具有連接在下游的峰值探測器的感應(yīng)式的電流傳感器的裝置可以確定最大脈沖電流。通過由配設(shè)給過壓保護(hù)構(gòu)件的溫度傳感器所檢測到的構(gòu)件溫度相對于環(huán)境溫度的變化得出在構(gòu)件中轉(zhuǎn)化的能量。第一種分析由輸送給評價(jià)單元的參量提供脈沖負(fù)載的參數(shù)。于是，基于所述參數(shù)存在如下可能性，即，對于所述單個(gè)的限制電壓的或者轉(zhuǎn)換電壓的構(gòu)件進(jìn)行所述構(gòu)件的損壞程度評估。附圖說明以下應(yīng)借助于實(shí)施例以及參照附圖詳盡地闡述本發(fā)明。在此：圖1示出具有監(jiān)控裝置的多級的、協(xié)同的過壓放電器電路的原理電路圖；圖2示出用于導(dǎo)出等效矩形脈沖的示意性圖示；圖3示出關(guān)于示例性的t80-a90x類型的氣體放電器的負(fù)載能力的示例性插值廠家說明數(shù)據(jù)；圖4示出用于確定抑制二極管的熱阻的特征曲線(用黑色示出)和數(shù)學(xué)近似(用紅色示出)，以及圖5示出用于根據(jù)抑制二極管的阻擋層溫度來確定該抑制二極管的使用壽命的曲線圖。具體實(shí)施方式按照根據(jù)圖1的圖示，基于一種多級的、協(xié)同的過壓放電器電路，該過壓放電器電路具有至少一個(gè)在橫向支路中的第一粗保護(hù)-放電器路徑和至少一個(gè)在縱向支路和橫向支路中的第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑。在第一放電器路徑中存在氣體放電器a1，其中，在第二放電器路徑的縱向支路中設(shè)置有電阻r1和r2。此外，在第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑的橫向支路中還存在抑制二極管v1。為了可以識別在第一粗保護(hù)-放電器路徑中、特別是在氣體放電器a1上的高浪涌電流，電流隔離地確定在那里的通過電流，這由i和箭頭圖標(biāo)來表示。為了同時(shí)確定對持續(xù)的通過電流的結(jié)論，按照t1監(jiān)控在氣體放電器a1上的溫度。該溫度通過連接在下游的評價(jià)電路在考慮數(shù)學(xué)模型的情況下提供關(guān)于所轉(zhuǎn)化的、可能與損壞有關(guān)的能量的線索。在包括電阻r1、r2和二極管v1的第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑中接收到的脈沖波形可以基于抑制二極管裝置v1的非線性而通過關(guān)聯(lián)各構(gòu)件溫度以計(jì)算方式確定。由在電阻r1上的溫度傳感器t2、在二極管組v1上的溫度傳感器t3和在電阻r2上的溫度傳感器t4可以取得關(guān)于在各結(jié)構(gòu)元件中所轉(zhuǎn)化的功率的結(jié)論。由此存在計(jì)算出脈沖電壓和脈沖電流的可能性。這樣獲得的脈沖參數(shù)能夠代入函數(shù)中，由該函數(shù)能夠確定所涉及的結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)部溫度。結(jié)構(gòu)元件的可能的損壞由在圖中未示出的評價(jià)單元合計(jì)并且可視化地顯示在同樣未示出的顯示器上。為了測量溫度可以使用與溫度有關(guān)的電阻，但也可以使用熱電偶。為了即使在長達(dá)多年的長時(shí)間間隔內(nèi)依然確保可靠的測量，使用熱電偶是特別有利的。由熱電偶產(chǎn)生的電壓與存在于熱電偶的接合點(diǎn)和連接點(diǎn)之間的溫度差近似成正比。相應(yīng)的熱電偶導(dǎo)熱地、但電流隔離地耦合到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件的殼體或者表面上。所產(chǎn)生的熱電壓對于直接測量和處理來說通常過小，從而進(jìn)行放大和信號過濾。然后將已這樣預(yù)處理的數(shù)據(jù)傳送至評價(jià)單元。為了測量快速改變的電流，感應(yīng)式的方法是特別合適的。此外，可以以有利的方式實(shí)現(xiàn)測量回路與放電器回路的電流隔離。在一種實(shí)施方式中，測量線圈設(shè)置在第一放電器路徑中的電流路徑上。測量線圈的輸出電壓(所述輸出電壓與di/dt成正比)通過rc低通濾波器求積分，以便獲得與電流成正比的信號。為了也可以探測到邊沿陡峭的電流，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中設(shè)置有峰值探測器。評價(jià)單元在第一步驟中首先確定溫度和通過電流的變化。由這些值根據(jù)利用不同數(shù)學(xué)函數(shù)的結(jié)果來確定結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)部溫度。由此，已經(jīng)可以得出對各個(gè)組件所產(chǎn)生的損壞的結(jié)論。損壞的第一次評估在確定脈沖持續(xù)時(shí)間的基礎(chǔ)上進(jìn)行。該脈沖持續(xù)時(shí)間借助于所測量的溫度上升時(shí)間確定。如果脈沖負(fù)載低于一秒的持續(xù)時(shí)間，則所使用的結(jié)構(gòu)元件的熱特性在該時(shí)間間隔內(nèi)被視為絕熱的。于是，所測量的溫度能夠利用常數(shù)換算成在構(gòu)件中所轉(zhuǎn)化的能量。在第一放電器路徑中檢測氣體放電器a1的峰值電流和溫度變化。所涉及的值按照公式1和圖2換算成等效矩形脈沖。根據(jù)脈沖波形和按照圖3的廠家規(guī)格說明，通過按照公式2和公式3的關(guān)系式確定所涉及的構(gòu)件的損壞值。在廠家數(shù)據(jù)冊中給出的關(guān)于氣體放電器的負(fù)載能力的數(shù)據(jù)能夠被插值并且通過合適的函數(shù)進(jìn)行模擬。由此，可以根據(jù)在放電器中的脈沖峰值電流和溫度變化來確定關(guān)于氣體放電器的以百分比為單位的損壞s的公式。公式1脈沖持續(xù)時(shí)間的確定：表格1脈沖持續(xù)時(shí)間的確定符號名稱單位trect矩形脈沖的持續(xù)時(shí)間sδθ溫度變化ka(與構(gòu)件有關(guān)的)熱常數(shù)k/wsimax所測量的最大電流ab(與構(gòu)件有關(guān)的)電壓常數(shù)v公式2損壞的計(jì)算：公式3損壞的計(jì)算(簡化形式)：s=e*imax2.16*△θ-3.53表格2gdtt80-a90x的損壞的計(jì)算符號名稱單位imax所測量的最大電流aδθ溫度變化ka(與構(gòu)件有關(guān)的)熱常數(shù)k/wsb(與構(gòu)件有關(guān)的)電壓常數(shù)vc時(shí)間常數(shù)sd電流常數(shù)ae(與構(gòu)件有關(guān)的)損壞常數(shù)a-2.16*k3.53s損壞％除了損壞計(jì)算還考慮電流閾值。在超過確定的電流閾值時(shí)存在如下危險(xiǎn)，即，氣體放電器a1由于高的氣體壓力而被損壞。由于所述原因，在超過預(yù)先給定的閾值時(shí)將所述放電器診斷為有故障的。長時(shí)間的電流探測通過借助于溫度傳感器t1對氣體放電器a1的溫度測量實(shí)現(xiàn)。如果超過確定的溫度閾值，則同樣將氣體放電器評價(jià)為有故障的。所述溫度與使用的焊料的熔點(diǎn)和給出的氣體放電器最大溫度相關(guān)聯(lián)。用于在第二細(xì)保護(hù)-放電器路徑中進(jìn)行老化確定的模型基于處于那里的構(gòu)件的與脈沖電壓有關(guān)的加熱特性?；谒褂玫亩O管v1的限制電壓的特性，在二極管v1中所轉(zhuǎn)化的能量與在次級路徑中的電流積分成正比，這是因?yàn)槎O管電壓可以認(rèn)為是近似恒定的。在線性電阻r1和r2中轉(zhuǎn)化的能量與電流的平方在次級路徑上的積分成正比。所述能量在短時(shí)間的脈沖的情況下具有與外部加熱的直接關(guān)聯(lián)性。通過借助于傳感器t2、t3和t4的溫度測量并且通過熱常數(shù)能夠由所述脈沖計(jì)算出等效的、矩形波形的比較脈沖。對此前提條件是在脈沖期間假定的絕熱特性。這在小于結(jié)構(gòu)元件的溫度時(shí)間常數(shù)的短脈沖時(shí)間的情況下應(yīng)假定為已給定。如果脈沖持續(xù)時(shí)間比上面提到的時(shí)間常數(shù)長，則可以由溫度上升特性來確定脈沖持續(xù)時(shí)間。脈沖參數(shù)的計(jì)算訴諸于以下公式4、公式5和公式6以及以下表格3。公式4脈沖持續(xù)時(shí)間的計(jì)算：公式5在電阻上的電壓降的計(jì)算：公式6脈沖電流的計(jì)算：表格3脈沖參數(shù)的計(jì)算符號名稱單位timp脈沖持續(xù)時(shí)間sδθd二極管的溫度變化kδθr電阻的溫度變化kα電阻的溫度常數(shù)kβ二極管的溫度常數(shù)kγ電阻的能量常數(shù)wsr電阻值ωud二極管的抑制電壓vur在電阻上的電壓降viimp脈沖電流a借助于來自所用結(jié)構(gòu)元件的可供使用的數(shù)據(jù)冊的特征曲線的數(shù)學(xué)表示，能夠計(jì)算出特別是二極管v1和電阻r1和r2的內(nèi)部溫度。以下基于抑制二極管bxtml4be5的使用情況闡述一種具體示例。該電路裝置提供關(guān)于所使用的繞線電阻的信息，該繞線電阻具有1.7k的α和1ω的電阻。二極管v1是一種在所使用的范圍內(nèi)具有8.5v的平均導(dǎo)通電壓和具有1.26k的1β的抑制二極管。能量常數(shù)χ＝1ws用于單位修正，因?yàn)樵摂?shù)值已包含到常數(shù)α和β中。通過針對不超過3s的時(shí)間范圍的特征曲線的數(shù)學(xué)近似可以以如下公式確定在二極管中的內(nèi)部溫度：公式7阻擋層溫度的計(jì)算表格4阻擋層溫度的計(jì)算符號名稱單位數(shù)值timp脈沖持續(xù)時(shí)間s-δθd二極管的溫度變化k-δθr電阻的溫度變化k-α電阻的溫度常數(shù)k1.7kβ二極管的溫度常數(shù)k1.26kγ電阻的能量常數(shù)ws1wsr電阻值ω1ωud二極管的抑制電壓v-ur在電阻上的電壓降v-iimp脈沖電流a-ε溫度功率因數(shù)k/w7.36k/wtjunc阻擋層溫度ktambi環(huán)境溫度k借助于這樣計(jì)算出的阻擋層溫度能夠利用按照圖5的模型確定構(gòu)件通過相應(yīng)的脈沖引起的損壞。電阻r1或r2的溫度也能夠通過給出的參數(shù)來確定脈沖電流和脈沖持續(xù)時(shí)間。在使用繞線電阻的情況下，從繞線的500℃的最大溫度或者250℃的外部溫度起引起故障。不必在這樣的線性的歐姆電阻的情況下進(jìn)行老化確定。因此，在先前描述的、借助于實(shí)施例詳盡闡述的解決方案中將峰值電流和所使用的放電器的溫度確定為用于狀態(tài)評價(jià)的測量參量。于是，由輸入數(shù)據(jù)以及所使用的結(jié)構(gòu)元件的已知特征曲線值能夠確定脈沖持續(xù)時(shí)間和能量轉(zhuǎn)化量以及內(nèi)部的構(gòu)件溫度，由此可以導(dǎo)出用于使用壽命計(jì)算的模型并且最終可以指示損壞或者預(yù)期的剩余使用壽命。按照本發(fā)明的解決方案能夠在單獨(dú)的電路板上針對每個(gè)放電器設(shè)計(jì)為可改裝的，所述電路板能實(shí)現(xiàn)所使用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件或者電阻的溫度測量以及電流測量，并且所述電路板包含相應(yīng)的具有所需的計(jì)算算法的微控制器。當(dāng)前第1頁12