CN206908287U - 一种安全型防雷模块 - Google Patents

Abstract

一种安全型防雷模块，涉及一种运用于铁路信号系统雷电防护的安全型防雷模块。为克服现有技术中防雷模块故障后存在短路的缺陷，包括外壳，底板，以及一组以上防雷电路；每组所述的防雷电路分别安装在一个内罩上；脱扣连接件的两端分别与所述的压敏电阻和放电管的一个电极用低温焊锡材料焊接；内罩与放电管之间还设有弹簧。当防雷模块发生故障，其失效模式为高阻状态，对被保护线路及其设备做充分的雷电防护的同时防止防雷电路发生短路故障，安全性高，特别适合使用在铁路信号雷电防护领域，其自身发生故障后不影响信号线路及其设备的正常工作。

Description

一种安全型防雷模块

技术领域

本实用新型涉及一种防雷模块，特别涉及一种运用于铁路信号系统雷电防护的安全型防雷模块。

背景技术

目前，电子设备对雷电或浪涌保护的要求越来越高。通常采用防雷模块对电子设备及其信号系统进行防护，并取得了一定的雷电防护效果。防雷模块中通常采用放电管和或压敏电阻作为防雷模块的核心元件，但压敏电阻通常随着时间逐渐劣化，劣化后的压敏电阻通常为短路模式；放电管因各种因素损坏，损坏后也有可能导致短路。防雷模块中的防雷器件短路，会将被保护设备与大地相连通，导致被保护设备故障不能正常，在严重情况下，由于防雷器件短路还会导致着火安全事故。

在铁路信号系统雷电防护领域，由于铁路信号设备为安全设备，要求设备出现故障后，必须倒向安全侧，防止信号设备故障原因造成安全事故，同时，由于铁路运用准时、准点要求日益突出，对信号设备的可靠性越来越高。因此，用于铁路信号系统防护的防雷模块，也要求在故障后能够倒向安全侧，即防雷模块故障后要呈现开路模式，避免将信号与大地接通导致故障升级，防止防雷模块故障影响信号设备的正常工作影响列车运营。现有技术的防雷模块，虽然采取的了一些故障后续保证方式，但仍然时常有防雷模块故障导致列车运行的情况发生，当前缺少一种安全型防雷模块，在发生故障后不影响列车运行。

发明内容

为克服现有技术中防雷模块故障后存在短路的缺陷，本实用新型提供一种发生故障后、失效模式仅仅为高阻状态的安全型防雷模块，运用于铁路信号系统的防护，防止铁路信号设备线路与地短路，影响列车运行。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：一种有安全型防雷模块，包括外壳（1），与外壳（1）配合盖合的底板（2），以及一组以上设于外壳（1）内由压敏电阻（6）、放电管（5）、脱扣连接件（7）串联构成的防雷电路；其特征在于：每组所述的防雷电路分别安装在一个内罩（3）上；压敏电阻固定安装在内罩（3）上，放电管（5）与内罩（3）之间滑动连接；所述的脱扣连接件（7）的两端分别与所述的压敏电阻（6）和放电管（5）的一个电极用低温焊锡材料焊接；内罩（3）与放电管（5）之间还设有给放电管（5）沿限位槽滑动方向施加推力或拉力、使放电管保持有脱离所述脱扣连接件（7）的势能的弹簧（4）。

所述内罩（3）上设置有弹簧安装孔（301），弹簧（4）一端置于弹簧安装孔（301）内，另一端以施加弹力的方式顶接所述的放电管（5）外壁；所述的放电管外壁上设置有凸台，内罩（3）上设有与所述的凸台滑动配合的滑槽（302）。

所述的脱扣连接件（7）上设置有限流导电段。

所述放电管包括电极，瓷管及电子发射材料，所述的电极与瓷管形成密闭空间，密闭空间内充有气体，电极上设有置于密闭空间内的凸台，电子发射材料固定在所述电极的凸台上，所述瓷管内壁设置有导电带，密闭空间内位于电极的凸台侧边与瓷管内壁之间设有防短路隔离带。

所述的外壳（1）内设有三组防雷电路，其中两组防雷电路的内罩（3）并排侧立设置，底部安装于底板（2）上；另一组防雷电路的内罩（3）横跨连接在侧立的两组防雷电路的内罩（3）顶部。

还包括设于外壳内的告警显示块（9）；所述的告警显示块（9）与至少一组防雷电路中的内罩（3）滑动连接，各防雷电路的放电管（5）外壁分别与告警显示块（9）驱动连接。

所述的外壳（1）上设置有窗口（101）；所述的告警显示块（9）涂有两种在常态或故障状态分别与窗口（101）对应的颜色。

外壳内还设置有遥信杆(8)；所述的遥信杆（8）设置有凸环（801）；所述的内罩（3）上设置有两个凸起（303），凸起上分别设置有供遥信杆（8）插入的通孔；所述的底板2上设有通孔（201）；所述的遥信杆（8）穿入所述内罩上的凸起（303）的通孔，顶端与所述的告警显示块（9）顶接，底端穿过底板（2）上的通孔（201）并伸出底板2外部，且遥信杆上的凸环（801）与底板（2）抵接。

在内罩（3）外侧安装压敏电阻，在内罩（3）内侧安装弹簧、放电管、脱扣连接件；所述底板（2）设置有三至六个分别与三组防雷电路连接的插脚。

本实用新型的积极效果是，当防雷模块发生故障，其失效模式为高阻状态，对被保护线路及其设备做充分的雷电防护的同时防止防雷电路发生短路故障，安全性高，特别适合使用在铁路信号雷电防护领域，其自身发生故障后不影响信号线路及其设备的正常工作。同时，在一个防雷模块内可以设置三路防雷电路，在不需要外部培训的情况下，可选择实现一对线路横向、纵向、纵横向保护模式，防雷模块总体体积小，可以实现集约化雷电防护。

下面结合实施例和附图来进一步说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型安全型防雷模块原理示意图。

图2为本实用新型安全型防雷模块立体结构示意图。

图3为本实用新型安全型防雷模块分解结构示意图一。

图4为本实用新型安全型防雷模块内部分解结构示意图一。

图5为本实用新型安全型防雷模块内部分解结构示意图二。

图6为本实用新型安全型防雷模块的其中一个内罩部件配合示意图。

图7为本实用新型安全型防雷模块的其中一个内罩部件配合侧面示意图。

图8为常规放电管结构剖面示意图。

图9为本实用新型的放电管结构剖面示意图。

图10为本实用新型的另一种放电管结构剖面示意图。

图11为本实用新型的再一种放电管结构剖面示意图。

图中：1外壳，2底板，3内罩， 4弹簧，5放电管，6压敏电阻，7脱扣连接，8遥信杆，9告警显示块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的安全型防雷模块做进一步详细说明。应当注意的是：本实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果，都应当被理解为是本实用新型的范围。

如图1至图7所示，本实用新型安全型防雷模块包括外壳1，与外壳1配合盖合的底板2，以及一组以上的防雷电路。

每组防雷电路均由压敏电阻6、放电管5、脱扣连接件7串联构成，每组防雷电路还包括有一内罩3，压敏电阻固定安装在内罩3上，放电管5与内罩3之间滑动连接；其中压敏电阻6包括两个电极601、 602，放电管5包括两个电极501、502，所述的放电管5、压敏电阻6固定安装在内罩3上。所述的压敏电阻6的其中一个电极如601电连接引脚如A1，另一个电极602与所述的脱扣连接件7的一端使用低温焊锡材料焊接在一起；所述的放电管5的其中一个电极如501与所述的脱扣连接件7的另一端使用低温焊锡材料焊接在一起，另一个电极502电连接引脚B1。内罩3与放电管5之间还设有给放电管5沿限位槽滑动方向施加推力或拉力、使放电管保持有脱离所述脱扣连接件7的势能的弹簧4。优选方案：所述内罩3上设置有弹簧安装孔301，弹簧4一端置于弹簧安装孔301内，另一端以施加弹力的方式顶接所述的放电管5外壁；所述的放电管外壁上设置有凸台，内罩3上设有与所述的凸台滑动配合的滑槽302。如附图3、4所示，弹簧4装入安装孔301后，一端抵住安装孔301底部，另一端抵接放电管表面，所述的弹簧4使放电管具有移动的势能，当压敏电阻或放电管温度升高至低温焊接材料的熔点后，或脱扣连接件遭遇过雷电流从导电限流段断开时，该势能确保放电管移动一定的距离，断开防雷模块内的防雷电路。放电管上的凸台配合套入所述的滑槽302内，当放电管移动时，约束放电管的移动方向，使放电管只能朝滑槽方向直线移动。当然，也可以将弹簧4的固定安装在放电管的另一面，给放电管施加拉力，使放电管具有移动的势能。此外，弹簧4还可以采用其它弹性元件替代。

由于脱扣连接件7采用低温焊锡材料与压敏电阻焊接，当压敏电阻劣化，防雷电路中有过电流导致压敏电阻发热，压敏电阻的温度逐步升高，当温度升高到低温焊接材料的熔点时，由于放电管与脱扣连接件焊接在一起并保持有脱离脱扣连接件7的势能的作用，放电管带着脱扣连接件7一同脱离压敏电阻6，与电极602断开，阻断防雷电路上的过电流，阻止防雷模块温度进一步升高甚至短路或燃烧的故障发生。同样，脱扣连接件7采用低温焊锡材料与放电管焊接，当放电管被击穿导通呈辉光放电导通状态时，其两端的电压非常低，流过的电流比较大，且放电管的体积远小于压敏电阻，放电管的温度迅速升高，当温度升高到低温焊锡材料的熔点时，由于放电管保持有脱离脱扣连接件7势能的作用，放电管与脱扣连接件7脱离，与电极501断开并阻断过电流，阻止防雷模块温度进一步升高甚至燃烧短路故障发生。脱扣连接件7两端都使用低温焊接材料与压敏电阻和放电管分别焊接，用弹簧在放电管上施加推力，使放电管上一直保持有脱离脱扣连接件7的势能，不管是放电管或是压敏电阻出现故障，引起压敏电阻或放电管过热，都能及时的断开防雷电路，防止线路短路故障的发生，防雷模块具有双重短路保护的能力，大大提高了防雷模块的安全性。

进一步的，所述的脱扣连接件7上设置有限流导电段，当雷电流超过限流导电段的能力时，脱扣连接件7从限流导电段处被击断，阻止雷电流通过，阻止防雷模块的其它部件被强大的雷电流损坏着火燃烧甚至短路，防止被保护线路形成短路。所述的脱扣连接件一般采用铜金属材料制成，根据铜材单位截面积通过雷电流的能力，以及防雷模块设计的最大通流能力，计算出导电段截面面积的大小，脱扣连接件的其中一部分按计算出的截面面积制作成限流导电段。在脱扣连接件上设置限流导电段，防雷模块具有过雷电流自我保护能力，进一步提高了防雷模块的安全性能。

所述的放电管5为安全型放电管，其失效模式只有一种高阻状态，失效后放电管两个电极间的电阻超过1000M欧姆。所述的安全型放电管，包括电极，瓷管及电子发射材料；电极与瓷管形成密闭空间，密闭空间内充有气体，电极上设有凸台，电子发射材料固定在所述电极的凸台上；所述瓷管内壁设置有导电带；密闭空间内位于电极凸台侧边与瓷管内壁之间设有防短路隔离带，即电极与瓷管内壁保持有不接触的距离。采用这种安全型放电管发生故障时，防雷电路为高阻状态，不发生短路及其引起后续故障升级现象，进一步提高了防雷模块的安全性。

本实用新型安全型防雷模块，外壳1内设有三组防雷电路，其中两组防雷电路的内罩3并排侧立设置，底部安装于底板2上；另一组防雷电路的内罩3横跨连接在侧立的两组固定在防雷电路的内罩3顶部。三组防雷电路呈门字结构设置；对应的可为被保护线路提供横向或纵向或纵横向保护模式。其中第一组防雷电路将两个引脚A1、B1与被保护的一对线路分别电连接，可以实现该对线路的横向保护。第一、二组防雷电路与被保护的一对线路电连接，可以实现该对线路的纵向保护。三组防雷电路与被保护的一对线路电连接，可以实现该对信号线路的纵横向保护。

本实用新型的安全型防雷模块，还包括设于外壳内的置有告警显示块9，告警显示块9与侧立的两组防雷电路中的内罩3滑动连接，各防雷电路的放电管5外壁分别与告警显示块9驱动连接。当任一组防雷电路的断开后，在弹簧4驱动放电管5滑槽302移动时，放电管5就会推动告警显示块9相对于内罩3滑动，具体实施过程中，可以通过告警显示块9的移控制开关触发，为外观设备提供告警信号。另外，告警显示块9上面还可以有两种颜色，如红色902和绿色901；所述的外壳1上设置有窗口101，当防雷模块正常工作状态时，窗口101对应显示绿色，表示防雷模块正常；当防雷模块故障时，告警显示块9受弹簧4驱动，窗口101对外显示红色，表示防雷模块异常。

所述的告警显示块9与位于顶部的一组防雷电路的内罩上方，告警显示块9的左右两端分别与侧立的两组防雷电路的内罩滑动配合，当脱扣连接件7从压敏电阻的电极602处或从放电管电极501处脱离并因存在的势能移动时，放电管驱动所述的告警显示块9同步移动，将告警显示块9的红色部分显示出来，表示防雷模块故障异常。当任一组防雷电路的断开后，该组防雷电路的放电管5都会驱动警显示块9同步移动，将告警显示块的红色部分显示出来，表示防雷模块异常。当防雷模块窗口显示红色时，提示人们尽快更换。

所述的安全型防雷模块外壳内还设置有遥信杆(8)；所述的遥信杆8设置有凸环801；所述的内罩3上设置有两个凸起303，凸起上分别设置有供遥信杆8插入的通孔；所述的底板2上设有通孔201；所述的遥信杆8穿入所述内罩上的凸起303的通孔，顶端与所述的告警显示块9顶接，底端穿过底板2上的通孔201并伸出底板2外部，且遥信杆上的凸环801与底板2抵接。遥信杆8用于触发外部的远程告警电路的开关。正常情况下，告警显示块9，内罩3上的两个凸起303，底板2及其通孔201共同约束住遥信杆8的位置，使遥信杆8固定不可移动，当防雷模块故障异常时，放电管驱动告警显示块9移动后，遥信杆则脱离所述告警显示块9的压制约束，产生位置移动，从而触发远程告警的开关。

在内罩3外侧安装压敏电阻，在内罩3内侧安装弹簧、放电管、脱扣连接件；所述底板2设置有三至六个分别与三组防雷电路连接的插脚。根据被保护线路的保护模式，分别与相应防雷电路的引脚电连接。内罩3外侧安装压敏电阻，在内罩3内侧安装弹簧、放电管、脱扣连接件，可以有效使用防雷模块内的空间，使防雷模块内部器件组合紧凑，缩小防雷模块的体积。即通过这种结构安排，在一个防雷模块可以设置3路防雷电路，可选择实现一对线路横向、纵向、纵横向保护模式，其中具有六个压敏电阻、六个放电管和六个热保护脱扣点，三个过雷电流脱扣保护点，防雷模块总体体积小，可以实现集约化雷电防护。这种体积小且能一对线路进行纵横向保护的防雷模块，在需要通讯、铁路信号需要集中进行雷电防护的场合，在相同的空间环境下，能够对更多的线路进行防护，具有非常大的优势；而通常情况下，使用现有技术的防雷模块，需要用三个防雷模块通过外部配线才能实现纵横向防护，体积比较大，在需要保护线路比较多的场合下，会受到空间的限制，没有位置安装防雷模块。底板2上设置有3-6个插片脚，所述防雷电路的引脚A1、A2、A3、B1、B2、B3依据被的线路需求的保护模式引接在相应的插片脚上，实现与被保护线路的电连接。

本实用新型的安全型防雷模块，同时采用多级防短路保护措施，几乎不发生短路现象，安全性非常高，即使防雷模块发生故障也不影响被保护线路及其设备的正常工作，特别适合铁路信号系统及其设备的雷电防护。

参照图8至11中所示，本实用新型的放电管包括电极，瓷管及电子发射材料，所述的电极与瓷管形成密闭空间，密闭空间内充有气体，电极上设有置于密闭空间内的凸台，电子发射材料固定在所述电极的凸台上，所述瓷管内壁设置有导电带，密闭空间内位于电极的凸台侧边与瓷管内壁之间设有防短路隔离带。

通常的放电管包括两个或三个电极，瓷管，电子发射材料，以及导电带；其中两个电极与瓷管用焊接的方式形成一个密闭空间，在该密闭空间内充有气体；电极上一般设有凸台，两电极的凸台相隔一定的距离，电子发射材料用烧结的方式涂覆凸台上，在所述的瓷管一般为金属化陶瓷绝缘体并做成圆柱状，其内壁上还设置有沿内壁轴向延伸的条状导电带，通过其作用电场加速放电区域的电离，使放电管具有快速的反应特性，导电带通常采用2 B铅笔划线而成，即所谓的碳线。

放电管的电极由金属材料制作而成，当放电管导通处于弧光放电状态时温度非常高，电极凸台部位的金属容易融化并溅射在瓷管内壁上，随着内壁金属粉末的积累会将两个电极连通，导致放电管短路失效。

本实用新型的放电管在瓷管内壁与电极间设置防短路隔离带，当放电管导通处于弧光放电状态高温时，融化的电极金属溅射在瓷管内壁上，由于隔离带的作用，内壁上的金属粉末不能接触到两端的电极，放电管的两个电极不能通过瓷管内壁短路，确保放电管失效后为开路状态，测试两端的绝缘电阻大于1000M欧姆。

本实用新型的放电管一个实施例如图9所示，包括两个电极1A，瓷管2A，电子发射材料3A，导电带4A；在瓷管内壁侧做一台阶21A，当两个电极与瓷管焊接密封后，该台阶21A与电极1A间有保持二者不接触的间距；还可以在瓷管的台阶上设置一凹槽22A以加大内壁台阶与电极1A的距离，通过这种结构设置使瓷管2A与电极1A之间形成了防短路隔离带5A，当两个电极上的金属受到高温融化溅射到瓷管内壁，即使内壁上溅射满了金属粉末，由于隔离带的存在，不会通过内壁而短路。

为本实用新型安全型放电管的另一种实施例，在放电管的瓷管2A内设置内管7A，内管7A的长度比瓷管2A短，其通过固定装置8A与瓷管2A结合固定，内管7A的两端与两侧电极1A间有保持二者不接触的间距，导电带4A设置在内管7A的内壁，这种结构使内管8A、瓷管2A与电极1A之间形成了防短路隔离带5A，当两个电极上的金属受到高温融化溅射到内管7A后，即使内管7A的内壁上溅射满了金属粉末，由于隔离带的存在，不会通过内管而短路。

如图11所示，本实用新型安全型放电管的另一种实施例，在电极1A的凸台11A四周设置耐高温的金属材料套或绝缘套6A，将电极的凸台部位包住，耐高温的金属材料套或绝缘套6A做成锥形，略高出电极1的凸台。当两个电极上的金属受到高温融化向外溅射时，由于耐高温的金属材料套或绝缘套6A的锥形结构并略高于电极凸台，使融化的金属溅射角度受到约束，不能喷射到瓷管的内壁上，只会喷射到对面的电极上，即在耐高温的金属材料套或绝缘套6A与瓷管内壁之间形成一个防短路隔离带5，由于隔离带的作用，两电极不会通过瓷管内壁而短路。所述的耐高温的金属材料套由钨铜制作而成。

本实用新型的再一实施例为，在所述的电极1A的凸台表面设置成网状凹凸结构，所述的电子发射材料放置在网状凹凸结构的凹槽内，电子发射材料放置在凹槽内，不容易脱落，这样向外溅射的电子材料或金属粉末减少，从而降低放电管两极的短路的可能性。

更进一步，可以将瓷管内的条状导电带的长度缩短，导电带与电极的距离至少大于1mm，最佳大于1.5mm，导电带距离电极越远，两电极通过瓷管内壁导通的可能性就越小。

本实用新型的安全型放电管，在两端施加工频电流直至放电管失效，测试两端的绝缘电阻大于1000OM欧姆。在两端施加8/20冲击电流进行冲击，直至放电管失效，测试两端的绝缘电阻大于1000OM欧姆。在放电管两端施加高频脉冲快速开关测试，直到放电管失效，测试两端的绝缘电阻大于1000OM欧姆。对失效的放电管进行解剖，瓷管内壁上或有溅射的金属粉末，但始终不会导致两个电极导通。经过上述实验证明，在放电管内部设置防短路隔离带，能够使放电管的失效模式只有开路模式，没有短路模式。

本实用新型优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的顺序，包括根据所涉及功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应当被本实用新型的实施例的所属技术领域的技术员的理解。实施例中的描述仅仅是实例性的，而不是作为限制，本领域的技术人员通过理解实施例技术内容能够获得的技术方案，是属于本实用新型的范畴。

Claims (9)

1.一种有安全型防雷模块，包括外壳（1），与外壳（1）配合盖合的底板（2），以及一组以上设于外壳（1）内由压敏电阻（6）、放电管（5）、脱扣连接件（7）串联构成的防雷电路；其特征在于：每组所述的防雷电路分别安装在一个内罩（3）上；压敏电阻固定安装在内罩（3）上，放电管（5）与内罩（3）之间滑动连接；所述的脱扣连接件（7）的两端分别与所述的压敏电阻（6）和放电管（5）的一个电极用低温焊锡材料焊接；内罩（3）与放电管（5）之间还设有给放电管（5）沿限位槽滑动方向施加推力或拉力、使放电管保持有脱离所述脱扣连接件（7）的势能的弹簧（4）。

2.根据权利要求1所述的安全型防雷模块，其特征在于：所述内罩（3）上设置有弹簧安装孔（301），弹簧（4）一端置于弹簧安装孔（301）内，另一端以施加弹力的方式顶接所述的放电管（5）外壁；所述的放电管外壁上设置有凸台，内罩（3）上设有与所述的凸台滑动配合的滑槽（302）。

3.根据权利要求1所述的安全型防雷模块，其特征在于：所述的脱扣连接件（7）上设置有限流导电段。

4.根据权利要求1所述的安全型防雷模块，其特征在于：所述放电管包括电极，瓷管及电子发射材料，所述的电极与瓷管形成密闭空间，密闭空间内充有气体，电极上设有置于密闭空间内的凸台，电子发射材料固定在所述电极的凸台上，所述瓷管内壁设置有导电带，密闭空间内位于电极的凸台侧边与瓷管内壁之间设有防短路隔离带。

5.根据权利要求1至4任一所述的安全型防雷模块，其特征在于：所述的外壳（1）内设有三组防雷电路，其中两组防雷电路的内罩（3）并排侧立设置，底部安装于底板（2）上；另一组防雷电路的内罩（3）横跨连接在侧立的两组防雷电路的内罩（3）顶部。

6.根据权利要求5所述的安全型防雷模块，其特征在于：还包括设于外壳内的告警显示块（9）；所述的告警显示块（9）与至少一组防雷电路中的内罩（3）滑动连接，各防雷电路的放电管（5）外壁分别与告警显示块（9）驱动连接。

7.根据权利要求6所述的安全型防雷模块，其特征在于：所述的外壳（1）上设置有窗口（101）；所述的告警显示块（9）涂有两种在常态或故障状态分别与窗口（101）对应的颜色。

8.根据权利要求7所述的安全型防雷模块，其特征在于：外壳内还设置有遥信杆(8)；所述的遥信杆（8）设置有凸环（801）；所述的内罩（3）上设置有两个凸起（303），凸起上分别设置有供遥信杆（8）插入的通孔；所述的底板2上设有通孔（201）；所述的遥信杆（8）穿入所述内罩上的凸起（303）的通孔，顶端与所述的告警显示块（9）顶接，底端穿过底板（2）上的通孔（201）并伸出底板2外部，且遥信杆上的凸环（801）与底板（2）抵接。

9.根据权利要求5所述的安全型防雷模块，其特征在于：在内罩（3）外侧安装压敏电阻，在内罩（3）内侧安装弹簧、放电管、脱扣连接件；所述底板（2）设置有三至六个分别与三组防雷电路连接的插脚。