CN102340136B - 插拔式电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种插拔式电涌保护器，包括插拔模块和底座，插拔模块插入到底座中，插拔模块包括：壳体、放置在壳体中的电极、卡扣、设置在壳体两侧的解扣板以及固定在壳体底部的插脚，插脚与电极电连接；底座具有大小形状与插拔模块相匹配的开口，插拔模块插入到底座的开口中，开口的底部具有插拔结构，插拔结构与插脚配合；开口的侧壁具有卡槽，卡槽与卡扣配合；插拔模块插入底座时，插脚插入到底座的插拔结构中，实现电连接并储存能量，卡扣卡在底座的卡槽中，将插拔模块固定在底座中；插拔模块拔出底座时，解扣板使得卡扣从卡槽中退出，插脚插入到插拔结构中储存的能量释放将插脚推出插拔结构，实现插拔模块从底座中拔出。

Description

插拔式电涌保护器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及适用于以过电压保护为目的，具有保护模块与接线或/和安装底座可分离的插拔式电涌保护器。

背景技术

随着社会的不断发展，雷电防护已经逐步成为各行各业需要考虑的问题之一，特别是由于雷电引起的过电压入侵，对于低压配电系统的影响更广泛。

为了保障电气设备的正常运行，降低或消除雷电过电压带来的影响，需要综合采取如等电位连接、电缆埋地、屏蔽、安装电涌保护器(SPD)等多项措施，其中，SPD已经成为低压配电系统中常规的重要防雷措施之一。

由于SPD本身存在老化、故障以及寿命等，需要在后期运行中被更换；此外，被保护的系统持续性运行也是需要保证的。处于上述两点要求，新型SPD一般采用了可在线更换式结构--即插拔式结构。这种结构的特点是将需要被更换的部分集成到一个模块内，而一些可以重复使用的部分，如传导电流的导体、遥信报警装置等集成到底座上，当模块与底座组装在一起时就是一个完整的产品。

这种插拔式结构的设计极大地方便了产品在应用过程中的维护性。

例如：在使用过程中遇到系统不稳定、产品老化或通过连续雷电流时，都可能导致模块失效，这种情况下模块内的安全装置--热脱离机构将被迫动作，以保证SPD产品安全脱离系统，此时，将失效后的、可被移除模块拔出并换上新的模块，如此达到在线更换的目的。

例如：对于系统稳定性要求更高的铁路、电信等行业，为了保证SPD保护的持续性，要求对SPD进行定期的检测维护。对于插拔式SPD进行检测时，仅需要将被检测的模块直接从安装底座上拔出而无须将整个产品从系统中脱离出来，减少了拆、接线的麻烦，极大地方便了这种定期维护的工作。

因此，插拔式结构已经成为SPD的主流设计。但这种设计在需要泄放大的雷电流的部分产品中并没有体现出应有的价值。

对于标称放电电流较小(8/20μs，20kA及以下)的产品而言，由于电流持续时间短，在设计插拔结构时，插拔模块与底座的插拔连接处压力可以小一点，因此插拔力也就较小，再配合模块侧面的外形或表面设计，基本可以不借助工具下将模块从底座上拔出。

尽管如此，在实际使用中，为了保障插拔件的可靠接触，会放大插拔件中的插座与插头之间的夹紧力，这种力形成的摩擦力往往很难被克服，使得模块在拔出时显得非常困难；此外，由于模块的体积向小型化发展，可供徒手拔出模块的区域也变的很小，增加了拔出模块的难度。

当标称放电电流较大(8/20μs，20kA以上)或产品需要进行I级/类试验时，较小压力的插拔件就不适合再继续使用，否则会在雷电流冲击下形成放电电弧，轻则损坏插拔件，重则发生爆炸、火灾等危险事故。因此，为了保障雷电流顺利通过，插拔模块与底座的插拔连接处压力需要做到很大。这种情况带来的好处是模块与底座之间的接插件满足了电性能的试验要求，另一方面却提高了维护难度--模块变得不易拔出。在现有市场上的流通产品通常情况下必须借助工具才能够将模块从底座拔出，影响了产品维护的方便性以及增加了产品的维护及更换工作量。

特别是，当产品所安装的场合空间较小时，无法借助常用的诸如螺丝刀等工具拔出模块，降低了插拔结构的价值。

另外，插拔式结构还存在另一个对于安装在有振动性质场合(如风力发电机组内)的插拔式SPD而言，还存在一个致命的结构威胁--模块可能会从底座脱落。原因在于产品处在振动性质场合工作时，插拔式SPD中的模块在一定的振动频率下受到不定方向的振动力，当振动加速方向与模块的拔出方向一致时，此时的振动力会直接作用在插拔件上，当该力值大于或接近插拔件中接插件的摩擦力、或长期存在时，都有可能导致SPD的模块脱落，降低了插拔式结构SPD的安全工作系数。

发明内容

本发明对具有标称放电电流较大或需要通过I级试验波形要求的接插可靠性以及在振动场合工作的SPD在插拔操作的舒适性方面作进一步改进，提出一种插拔式电涌保护器。

该插拔式电涌保护器包括插拔模块和底座，插拔模块插入到底座中，插拔模块包括：壳体、放置在壳体中的电极、卡扣、设置在壳体两侧的解扣板以及固定在壳体底部的插脚，插脚与电极电连接；底座具有大小形状与插拔模块相匹配的开口，插拔模块插入到底座的开口中，开口的底部具有插拔结构，插拔结构与插拔模块的插脚配合；开口的侧壁具有卡槽，卡槽与插拔模块的卡扣配合；插拔模块插入底座时，插拔模块的插脚插入到底座的插拔结构中，实现电连接并储存能量，插拔模块的卡扣卡在底座的卡槽中，将插拔模块固定在底座中；插拔模块拔出底座时，解扣板使得卡扣从卡槽中退出，插脚插入到插拔结构中储存的能量释放将插脚推出插拔结构，实现插拔模块从底座中拔出。

卡扣由弹性金属制作，卡扣包括上端部和下端部，上端部倾斜延伸，下端部具有竖直的下端面和水平的延伸段；卡扣的下端部的延伸段插入到位于电极的卡槽或绝缘壳体内，并由壳体的侧板的内侧面挡住卡扣的下端面，将卡扣固定在电极的卡槽内。

卡扣的上端部为直角平面或者为弧面形；卡扣的下端部的延伸段为U形。

解扣板包括下端部、上端部以及连接上端部和下端部的中间部分；解扣板的下端部有“口”形缺口，“口”形缺口的供插拔模块的卡扣的上端部通过该“口”形缺口卡在底座的卡槽中；解扣板的中间部分包括凸台和基体，当插拔模块插入底座时，凸台处于底座的导向和定位槽内，基体则位于插拔模块的侧面槽内，形成插拔模块与底座的横向定位。

解扣板的上端部具有受力区域，该受力区域为等高非连续面或者阶梯式非连续面；解扣板的上端部具有侧翼，侧翼与插拔模块的侧面轨道配合。

解扣板的下端部具有限位面，插拔模块具有止位面，限位面和止位面之间的距离为δ，在插拔模块拔出之前解扣板有一定的向上位移δ，该向上位移δ利用“口”形缺口的下沿将卡扣的上端部压缩，解开卡扣与底座上的卡槽形成的互锁状态。

插拔结构包括夹紧弹簧、助拔能量件以及“U”形导电带；夹紧弹簧设置在导电带的“U”形内，夹紧弹簧上的第一矩形口与导电带的“U”形内的凸台定位，助拔能量件的形变部分插入导电带的“U”形部分的矩形口以及夹紧弹簧的第二矩形口形成定位，助拔能量件的定位端插入导电带的“U”形外侧壁凹台内；插脚插入到的插拔结构内与夹紧弹簧、“U”形导电带形成导电性连接。

本发明技术方案能够更好地实现插拔结构的方便性，使得产品在线检测或更换时，降低了对工作者的操作要求。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明的一实施例的插拔式电涌保护器的插拔模块插入底座后的整体状态。

图2揭示了根据本发明的一实施例的插拔式电涌保护器的插拔模块拔出底座时整体状态。

图3a揭示了根据本发明的一实施例的插拔式电涌保护器的插拔模块插入底座后插拔模块的状态。

图3b揭示了根据本发明的一实施例的插拔式电涌保护器的插拔模块拔出底座时插拔模块的状态。

图4a揭示了根据本发明的一实施例的上端部为平面的卡扣被压缩状态。

图4b揭示了根据本发明的一实施例的上端部为平面的卡扣自然状态。

图4c揭示了根据本发明的一实施例的上端部为圆弧面的卡扣自然状态。

图5a揭示了根据本发明的一实施例的上端部受力区域为等高非连续面的解扣板。

图5b揭示了根据本发明的一实施例的上端部受力区域为阶梯式非连续面的解扣板。

图6a揭示了根据本发明的一实施例的插拔结构(局部爆炸视图)。

图6b揭示了根据本发明的一实施例的插拔结构(导电带13的局部剖视图)。

图7a、7b揭示了根据本发明的一实施例的卡扣与电极装配图。

图8a、8b、8c揭示了根据本发明的一实施例的解扣板装配过程图。

图9揭示了根据本发明的一实施例的插拔模块插入底座示意图。

具体实施方式

本发明揭示了一种插拔式电涌保护器，参考图1或者图2，该插拔式电涌保护器包括插拔模块101和底座102，插拔模块101插入到底座102中。

插拔模块包括：壳体、放置在壳体中的电极125、卡扣104、设置在壳体两侧的解扣板109以及固定在壳体底部的插脚107，插脚107与电极125电连接。

底座102具有大小形状与插拔模块101相匹配的开口，插拔模块101插入到底座102的开口中，开口的底部具有插拔结构106，插拔结构106与插拔模块101的插脚107配合；开口的侧壁具有卡槽105，卡槽105与插拔模块101的卡扣104配合。

插拔模块101插入底座102时，插拔模块101的插脚107插入到底座102的插拔结构106中，实现电连接并储存能量，插拔模块101的卡扣104卡在底座102的卡槽105中，将插拔模块101固定在底座102中。

插拔模块101拔出底座102时，解扣板109使得卡扣104从卡槽105中退出，插脚107插入到插拔结构106中储存的能量释放将插脚107推出插拔结构106，实现插拔模块101从底座102中拔出。

具体的插拔过程如下：

处于图3a状态的插拔模块101插入底座102后形成图1或者图2中的完整的插拔式电涌保护器103。根据本发明的设计要求，在插入或安装插拔模块101时需要克服插拔结构106中夹紧弹簧110的摩擦力以及需要对插拔结构106内的助拔能量件114蓄能，并且依靠底座102的内侧面123、123(内侧面123、123可参考图9所示)迫使位于插拔模块101上的卡扣104呈现图4a所示的状态，即卡扣104处于被压缩状态。此时卡扣104的上端部117被压缩到插拔模块101内部。当插拔模块101插入到规定位置时，被压缩到插拔模块101内部的卡扣104的上端部117将恰好地通过解扣板109下端部的一“口”形缺口120弹出并伸入到位于底座102上的卡槽105内形成互锁，如此，即使有外力或振动力作用在插拔模块101上，由于卡扣104的上端部117卡在底座102上的卡槽105内的缘故，插拔模块101也能被安全地锁在底座102上。

此时，位于插拔模块101上的插脚107已经插入到位于底座102上的插拔结构106内与夹紧弹簧110、“U”形导电带113形成导电性连接。同时，且设置在插拔模块101上的卡扣104此时位于底座102上的卡槽105内，形成插拔模块101与底座102的互锁状态。如此达到插拔模块101插入底座102并形成过电压防护电路后，保持拔出方向受力或振动时插拔模块101不会不脱落。

当插拔模块101由于老化、劣化、需要被检测或其它情况要求从底座102上取下时，仅需对插拔模块101的上下两侧的解扣板109的上端部受力区域108上施加作用力，例如，将拇指和食指分别作用在两块解扣板109的上端部受力区域并稍微用力F向外拔(参考图2)。此时插拔模块101处于如图3b所显示的状态，在插拔模块101拔出之前解扣板109有一定的向上位移δ，该向上位移δ能够利用“口”形缺口120的下沿将卡扣104处于压缩状态并保持其上端部117被压缩到插拔模块101内部，解开卡扣104与底座102上的卡槽105形成的互锁状态。当解扣板109的向上位移结束后，位于底座102内插拔结构106的助拔能量件114会释放出弹力，使之形成有利于拔出插拔模块101的助力--即助拔力，如此即可容易地从底座102取下插拔模块101，实现插拔式结构的最大优势。

解扣板109的结构在图3a、3b以及图5a、5b中揭示。如图3a与图3b的所表示的，解扣板109的下端部有一限位面119，该限位面119与位于插拔模块101上的止位面118的距离为δ，这两个面的设计目的，是当需要插拔模块101拔出底座102时，能够确保解扣板109的有效行程或位移等于δ。如图5a与图5b所表示，解扣板109的中间部分分为长条形凸台122和基体122′组成。其中，当插拔模块101插入底座102上时，长条形凸台122处于底座的导向和定位槽121内，基体122′则一直位于插拔模块101的侧面槽111内，如此形成插拔模块101与底座102的横向定位关系。解扣板109下端部有一“口”形缺口120，使卡扣104的上端部117通过该缺口120成自然状态，或卡入底座102预定的卡槽105内。

卡扣104的固定方式可以参考图7a与图7b所示。卡扣104的下端部124的延伸段直接插入到位于电极125上的卡槽126内，或者，卡扣104的下端部124的延伸段直接插入到绝缘壳体125b内，并由插拔模块101的壳体的侧板127的内侧面挡住卡扣104的下端部的下端面128，使得卡扣104固定在卡槽126内。解扣板109与卡扣104成对称性安装在插拔模块101的外侧面129、129′的上下部分(可参考图1、图3b和图8a)。

解扣板109的安装过程可以参考图8a、8b及8c所示。解扣板109的上端部受力区域108的反面紧贴插拔模块101的外侧面129形成图8b所示的状态。此时的卡扣104呈现图4a的状态，随后将解扣板109上端部的侧翼131、131插入到插拔模块101的侧面轨道130、130并向上移动到图8c所示位置，卡扣104的上端部117穿过解扣板109的下端部的“口”形缺口120。在一个实施例中，在插拔模块101拔出底座102后，解扣板109在卡扣104的回弹力作用下能够实现自动复位到如图3a的初始状态。

卡扣104可以采用弹性金属加工制作，例如采用冲压工艺。卡扣104可以具有多种结构。例如，图4a所示的卡扣104的上端部117为直角平面形，而图4c所示的卡扣104的上端部117为弧形面，例如圆角圆弧面形。

根据本发明的实施方案，解扣板109的上端部受力区域108具有两种实现方式：一种是上端部受力区域108为等高非连续面式解扣板109，如图5a所示，该方式能够有效增加解扣板109的摩擦系数，提高插拔效率。另一种如图5b所示的为上端部受力区域108′为阶梯式非连续面的解扣板109′，该实施方式除了具有“等高非连续面式解扣板”的摩擦系数外，还有效利用拔出插拔模块101时手指作用在上端部受力区域108夹紧力的分量利于插拔模块101的拔出。

本发明的插拔结构106包括夹紧弹簧110、助拔能量件114以及“U”形导电带113。参考图1、图6a和图6b所示，夹紧弹簧110设置安装在导电带113的“U”形内，通过夹紧弹簧110上的第一矩形口133与导电带113的“U”形内的凸台134定位，同时采用助拔能量件114的形变部分136同时插入导电带113的“U”形部分的矩形口135以及夹紧弹簧110的第二矩形口139形成定位条件。此外，助拔能量件114的定位端138插入导电带113的“U”形外侧壁凹台137内，如此构成插拔结构106。

本发明在插入插拔模块时需要克服插拔件的摩擦力以及需要对插拔结构内的助拔能量件蓄能，并且依靠底座的侧面将位于插拔模块上的卡扣端部压缩到模块内部，当插拔模块插入到规定位置时，被压缩到插拔模块内部的卡扣端部将恰好地弹出并伸入到位于底座上的卡槽内形成互锁，如此，即使有外力或振动力作用在模块上，由于卡扣端部位于底座槽内的原因，模块也能被安全地锁在底座上。

位于底座上的卡槽、插拔模块上的卡扣共同构成防振结构。此外，该结构还能够保证位于底座上插拔件结构中的助拔力不至于将模块从底座上弹出。

本发明在插拔模块的两侧面安装了解扣板，该解扣板将卡扣、拔出插拔模块时的作用面联系在一起，并且解扣板工作方向与插拔模块的拔出方向始终保持一致，设计成恰好符合工作者的用力习惯，更有利于该结构的应用。解扣板安置在插拔模块侧面相应的滑道内，通过插拔模块上的限位槽固定解扣板的自由度，仅允许在其上作插拔模块拔出方向的有限位移。该有限位移同样通过插拔模块滑道台阶面与解扣板相应的台阶面限制。解扣板下端部左右方向的中心设计了“口”状缺口，以便于卡扣能够在模块内部与外部作压缩与弹出运动。在“口”状缺口靠近底边并与卡扣接触的一边，还可形成圆角以更好地将解扣板的有限位移力传递到卡扣的压缩方向上，实现卡扣的解锁，便于模块的拔出。解扣板中部区域有一凸台，该凸台与基部分别位于底座及模块侧面的槽中，形成左右方向上的限位，如此确保了模块不至于在底座上左右受力时的晃动--即实现对模块在底座上的左右自由度的限制。

作为锁住插拔模块与底座的卡扣件，其底部固定在插拔模块内的电极内；自然状态下，上端部露在插拔模块外部，当解扣板移动或插拔模块插入底座时，上端部会被压缩到插拔模块内部。

位于底座内的带有助拔能量件的插拔结构中的助拔能量件在模块插入时蓄能，当需要模块拔出时助拔能量件将释能，如此有利于完成模块的助插拔要求。助拔能量件与插拔结构中的插座采用弹性金属材料，通过冲压加工制造。插座安置于导电体的“U”形槽内，助拔能量件形变部分位于插座中间、其它部分贴牢“U”形槽外壁。当插拔模块上的插脚进入底座内将首先与插座或/和助拔能量件的形变部分接触，继续往下插入时会迫使插座张开形成加紧插脚的目的，同时也使得助拔能量件的形变部分变形蓄能。当插拔模块向外拔出时，助拔能量件的形变部分恢复自然形状并释放能量，如此形成拔出插拔模块的助力。带有助拔能量件的插拔结构特点之一是将助拔能量件、“U”形槽的导电体以及插座集合在一个部件上，更有利于产品的组装生产。

总结而言，本发明技术方案能够更好地实现插拔结构的方便性，使得产品在线检测或更换时，降低了对工作者的操作要求。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种插拔式电涌保护器，包括插拔模块和底座，所述插拔模块插入到底座中，其特征在于，

所述插拔模块包括：壳体、放置在壳体中的电极、卡扣、设置在壳体两侧的解扣板以及固定在壳体底部的插脚，所述插脚与电极电连接；

所述底座具有大小形状与所述插拔模块相匹配的开口，所述插拔模块插入到底座的所述开口中，所述开口的底部具有插拔结构，所述插拔结构与所述插拔模块的插脚配合；所述开口的侧壁具有卡槽，所述卡槽与所述插拔模块的卡扣配合；所述卡扣由弹性金属制作，卡扣包括上端部和下端部，所述上端部倾斜延伸，所述下端部具有竖直的下端面和水平的延伸段；

插拔模块插入底座时，插拔模块的插脚插入到底座的插拔结构中，实现电连接并储存能量，插拔模块的卡扣卡在底座的卡槽中，将插拔模块固定在底座中；其中卡扣的下端部的延伸段插入到位于电极的卡槽或绝缘壳体内，并由壳体的侧板的内侧面挡住卡扣的下端面，将卡扣固定在电极的卡槽内；

插拔模块拔出底座时，解扣板使得卡扣从卡槽中退出，插脚插入到插拔结构中储存的能量释放将插脚推出插拔结构，实现插拔模块从底座中拔出。

2.如权利要求1所述的插拔式电涌保护器，其特征在于，

所述卡扣的上端部为直角平面或者为弧形面；

所述卡扣的下端部的延伸段为U形。

3.如权利要求1所述的插拔式电涌保护器，其特征在于，解扣板包括下端部、上端部以及连接上端部和下端部的中间部分；

解扣板的下端部有“口”形缺口，“口”形缺口供插拔模块的卡扣的上端部通过该“口”形缺口卡在底座的卡槽中；

解扣板的中间部分包括凸台和基体，当插拔模块插入底座时，凸台处于底座的导向和定位槽内，基体则位于插拔模块的侧面槽内，形成插拔模块与底座的横向定位。

4.如权利要求3所述的插拔式电涌保护器，其特征在于，

解扣板的上端部具有受力区域，该受力区域为等高非连续面或者阶梯式非连续面；

解扣板的上端部具有侧翼，侧翼与插拔模块的侧面轨道配合。

5.如权利要求3所述的插拔式电涌保护器，其特征在于，

解扣板的下端部具有限位面，插拔模块具有止位面，限位面和止位面之间的距离为δ，在插拔模块拔出之前解扣板有一定的向上位移δ，该向上位移δ利用“口”形缺口的下沿将卡扣的上端部压缩，解开卡扣与底座上的卡槽形成的互锁状态。

6.如权利要求1所述的插拔式电涌保护器，其特征在于，所述插拔结构包括夹紧弹簧、助拔能量件以及“U”形导电带；

夹紧弹簧设置在导电带的“U”形内，夹紧弹簧上的第一矩形口与导电带的“U”形内的凸台定位，助拔能量件的形变部分插入导电带的“U”形部分的矩形口以及夹紧弹簧的第二矩形口形成定位，助拔能量件的定位端插入导电带的“U”形外侧壁凹台内；

插脚插入到插拔结构内与夹紧弹簧、“U”形导电带形成导电性连接。

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