一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱，包括：防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；其中，所述防雷电路板中设有N个独立且可插拔的单路防雷单元，每一单路防雷单元还连有故障旁路开关；所述防雷箱外壳的一侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的接口。通过采用本实用新型公开的防雷箱保证了设备的正常工作，降低了维修概率，大大缩减了维修时间。
【专利说明】一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及防雷【技术领域】，尤其涉及一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱。
【背景技术】
[0002]截至目前很多铁路货运超偏载检测装置和轨道衡室内采集系统(铁路超偏载、轨道衡)经常出现因雷击导致的设备接口损坏，原来都安装过一些防雷保护装置，但效果甚微，一方面造成了巨大的经济损失，另一方面导致了安全隐患。主要原因:防雷装置防护电路结构及参数不合理，经常出现防雷保护装置未动作而被保护设备接口雷击损坏；防雷装置动作，但不能保证其防护水平值小于被防护设备耐冲击水平值Uw，造成设备接口雷击损坏。
[0003]目前，现场对该类系统大多采用单个模块防护，系统接口有很多路，采用单个模块防护需要用很多个模块，安装极为不便，而目前铁路现场现有的一些通道防雷箱的模式不外乎两种:1、集成在一块大的电路板上，一旦某一路遭雷击损坏或故障时，要将多路通道防雷箱整个换掉，且影响系统运行时间较长；2、采用各路单独防护的模式，配线复杂，且一旦某路遭雷击损坏或故障时，也要将该路取下，换上新的备板，系统该路才能正常运行，也影响系统运行时间。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱，保证了设备的正常工作，减少了维修时间。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱，包括:防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；
[0007]其中，所述防雷电路板中设有N个独立且可插拔的单路防雷单元，每一单路防雷单元还连有故障旁路开关；
[0008]所述防雷箱外壳的一侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的接口。
[0009]进一步的，所述单路防雷单元包括:采集系统信号防雷电路与电源防雷电路；
[0010]其中，采集系统信号防雷电路包括:并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感；
[0011]所述采集系统电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管、电阻与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与电阻之间的第三电感与第四电感，以及分别连接在正负极且位于所述电阻与第二瞬态二极管之间的第五电感与第六电感；其中，所述电阻为串联连接的第一电阻与第二电阻。
[0012]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，采用防雷电路优化设计和动态模拟试验相结合的方法设计出超编载、轨道衡采集设备接口防护电路，解决铁路货运超偏载、轨道衡室内采集系统接口出现的雷击故障问题，从而保证设备的正常工作，降低维修概率；并采用结构优化设计方法设计多路通道防雷箱，独创整体电路和单路防护电路相结合的模式，当某路防护电路遭雷击损坏或故障时，可将该路防护电路板拔下，并可在防护整体电路板上通过故障旁路开关将该路设置为通路，不影响其它路的正常工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0014]图1为本实用新型实施例一提供的一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱中防雷电路板的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型实施例一提供的一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱外部接口的不意图；
[0016]图3为本实用新型实施例一提供的一种传感器信号防雷电路的示意图；
[0017]图4为本实用新型实施例一提供的一种电源防雷电路的示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0019]实施例一
[0020]本实用新型实施例一提供一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱，其主要包括:
[0021]防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；
[0022]其中，所述防雷电路板如图1所示，其中设有N个独立且可插拔的单路防雷单元，每一单路防雷单元还连有故障旁路开关；
[0023]所述防雷箱外壳的一侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的接口。
[0024]进一步的，所述单路防雷单元包括:传感器信号防雷电路与电源防雷电路；
[0025]其中，传感器信号防雷电路包括:并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感；
[0026]所述电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管、电阻与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与电阻之间的第三电感与第四电感，以及分别连接在正负极且位于所述电阻与第二瞬态二极管之间的第五电感与第六电感；其中，所述电阻为串联连接的第一电阻与第二电阻。
[0027]为了便于说明，下面以16个独立单路防雷单元为例并结合附图2-4对本实用新型做进一步说明。
[0028]如图2所示，为本实用新型实施例一提供的一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱外部接口的示意图，其每一接口均连有一独立且可插拔的单路防雷单元，且每一单路防雷单元还连有故障旁路开关，每一单路防雷单元的接地端全部复接后与机箱接地端子连接，为雷电流提供泄放通路，同时构成等电位系统。能实现铁路货运超偏载、轨道衡采集系统接口多路雷电防护，独创整体电路和单路防护电路相结合的模式，当某路防护电路遭雷击损坏或故障时，可将该单路防雷单元拔下，并可在防雷电路板上通过故障旁路开关将该路设置为通路，不影响设备正常工作，每路输入输出都为DB9端子，即插即用。
[0029]本实用新型实施例中，每一单路防雷单元均可实现传感器信号与电源防雷。
[0030]采集系统信号防雷部分既要保证频率范围宽、插损低不影响微电子、高精度低压传感信号传输，又要保证达到一定的通流容量、低限制电压，防护采用二级防护电路。第一级采用气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA(8/20ys波形)。第二极采用瞬态二极管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力上百A (8/20 μ s波形)。每级电路用电感或电阻进行隔离，使得二极防护有明确的分界。
[0031]其线路图如图3所示，包括:并联在正负极的第一放电管Gl与第一瞬态二极管D1，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感LI与第二电感L2。
[0032]示例性的，其工作时的原理如下:第一级采用3R-90气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA (8/20 μ s波形)。第二极采用瞬态二极管1.5KE6.8A，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力200A (8/20 μ s波形)。每级电路用114uH电感线圈进行隔离，使得二极防护有明确的分界，使通过TVS中的电流在小于其最大冲击承受电流之前，前级放电管可靠放电。
[0033]以一路为例，冲击电压侵入时，侵入的电磁波以行波方式进入气体放电管，在通过该电路前第一级时，放电管来不及击穿，冲击波又继续前进，并到达电感线圈LI入口，电流流经线圈LI被延时发生迟滞，等到达第二级瞬态二极管时，由于瞬态二极管的响应时间仅1ns，因此它立即被雷电电压击穿导通，将防护单元的残压钳位至1V以下，使防雷装置输出的雷电压低于设备接口耐压水平，有效防护了微电子设备。瞬态二极管击穿导通使第二级环路中有电流12。瞬态二极管的残压和流过电感L2的电流产生的电压一起施加在第一级放电管上。该电压大于第一级放电管的击穿电压，使第一级放电管导通，将后续大部分雷电流泄放入地。
[0034]示例性的，信号防雷部分的技术参数如下:
[0035]I)最大持续运行电压UC=6V。
[0036]2)限制电压:系统处于工作状态时,输入端用10/200 μ S、1KV的模拟雷电波冲击
时，对系统无影响，输出端测得限制电压Ub ( 30V。
[0037]3)冲击通流容量:用波形8/20 μ s的模拟雷电流波冲击，通流容量大于5ΚΑ。
[0038]4)插损及速率≤0.5db (适用速率:0~1Mbps)。
[0039]5)响应时间:小于1ns0
[0040]6)工作及贮存条件:工作温度:-40°C~+70°C，贮存:-10°C~+40°C、相对湿度不大于80%。[0041 ] 采集系统电源防雷部分，采用三级防护电路，第一级采用气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA (8/20 μ s波形)。第二级采用压敏电阻，它的响应时间小于50ns，雷电冲击承受能力约为lkA(8/20y s波形)。第三极采用瞬态二级管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力上百A (8/20ys波形)。每级电路用电感或电阻进行隔离，使得三极防护有明确的分界。
[0042]其线路图如图4所示，包括:依次并联在正负极的第二放电管G2、电阻M与第二瞬态二极管D2，分别连接在正负极且位于所述第二放电管G2与电阻M之间的第三电感L3与第四电感L4，以及分别连接在正负极且位于所述电阻M与第二瞬态二极管D2之间的第五电感L5与第六电感L6 ;其中，所述电阻M为串联连接的第一电阻Ml与第二电阻M2。
[0043]示例性的，其工作时的原理如下:第一级采用3R-90气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA(8/20ys波形)。第二级采用14D680K压敏电阻，它的响应时间小于50ns，雷电冲击承受能力约为IkA (8/20ys波形)。第三极采用
1.5KE36CA瞬态二极管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力200A (8/20 μ s波形)。每级电路用114uH电感进行隔离，使得三极防护有明确的分界。
[0044]以一路为例，冲击电压侵入时，侵入的电磁波以行波方式进入气体放电管，在通过该电路前第一级时，放电管来不及击穿，冲击波又继续前进，并到达电感线圈L3入口，电流流经线圈L3被延时发生迟滞，经过线圈到达压敏电阻时，其电压不足以使压敏电阻击穿。电流波继续传播到电感线圈L5入口处，再次被延迟，等到达第三级瞬态二极管时，由于瞬态二极管的响应时间仅1ns，因此它立即被雷电电压击穿导通，将防护单元的残压钳位至60V以下，使防雷装置输出的雷电压低于设备耐压水平，有效防护了电源部分接口。瞬态二极管击穿导通使第三级环路中有电流12。瞬态二极管的残压和流过电感L5的电流产生的电压一起施加在第二级压敏电阻上。该电压大于第二级压敏电阻的击穿电压，使第二级导通。流过压敏电阻的电流为II，流过电感L3电流产生的电压为和Umw(UM0V为压敏电阻上的残压)一起施加在第一级放电管上，该电压大于第一级放电管的击穿电压，使第一级放电管导通，将后续大部分雷电流泄放入地。
[0045]示例性的，电源防雷部分的技术参数如下:
[0046]I)最大持续运行电压UC=30V。
[0047]2)限制电压:系统处于工作状态时，接入防雷器，输入端用10/200μ s、10KV的模拟雷电波冲击时，对系统无影响，输出端测得限制电压Ub ( 50V。
[0048]3)冲击通流容量:用波形8/20 μ s的模拟雷电流波冲击，通流容量大于5ΚΑ。
[0049]4)插损及速率< 0.5db (适用速率:0?100kbps)。
[0050]5)响应时间:小于1ns0
[0051]6)工作及贮存条件:工作温度:-40°C?+70°C，贮存:-10°C?+40°C、相对湿度不大于80%。
[0052]本实用新型实施例提供的防雷箱防雷电路采用多级组合防护方式，防护电路根据最新铁运标准设计，可以耐受10/20010kV的冲击电压。保证了通流容量和限制电压都满足标准要求，同时在实际试验中不影响系统工作且能可靠保护系统。
[0053]本实用新型实施例采用防雷电路优化设计和动态模拟试验相结合的方法设计出超编载、轨道衡采集设备接口防护电路，解决铁路货运超偏载、轨道衡室内采集系统接口出现的雷击故障问题，从而保证设备的正常工作，降低维修概率；并采用结构优化设计方法设计多路通道防雷箱，独创整体电路和单路防护电路相结合的模式，当某路防护电路遭雷击损坏或故障时，可将该路防护电路板拔下，并可立即在防护整体电路板上通过故障旁路开关将该路设置为通路，不影响其它路的正常工作。
[0054]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种铁路超偏载、轨道衡多路通道防雷箱，其特征在于，包括:防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板； 其中，所述防雷电路板中设有N个独立且可插拔的单路防雷单元，每一单路防雷单元还连有故障旁路开关； 所述防雷箱外壳的一侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的接口。
2.根据权利要求1所述的防雷箱，其特征在于，所述单路防雷单元包括:采集系统信号防雷电路与电源防雷电路； 其中，采集系统信号防雷电路包括:并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感； 所述采集系统电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管、电阻与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与电阻之间的第三电感与第四电感，以及分别连接在正负极且位于所述电阻与第二瞬态二极管之间的第五电感与第六电感；其中，所述电阻为串联连接的第一电阻与第二电阻。
【文档编号】H02H9/00GK203826942SQ201420159222
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】王州龙 申请人:中国铁道科学研究院, 中国铁道科学研究院通信信号研究所, 北京市华铁信息技术开发总公司, 北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司