KR100191480B1 - 회로 차단기 - Google Patents

Abstract

몰드 케이스(10)를 갖는 한정된 회로 브레이커는, 초과압력이 접촉부(11, 12)의 전기 역학적 반발에 의해 초래되는 아크의 작용으로인해 아크 소멸실(13)에서 발생될 때, 상기 초과압력을 받는 피스톤(26)에 의해 회로 브레이커 트립바(23)의 발동이 야기되는 초과압력 발동자(26, 27)를 포함한다. 초과압력 발동자는 거의 누출이 없는 조립체로 형성된다.

Description

회로 차단기

제1도는 본 발명에 따른 과도압력 작동기를 갖춘 회로 차단기 극의 개략적 축 단면도.

제2도는 제1도에 따른 과도압력 작동기의 확대도.

제3도는 삼극 회로 차단기와 조합된 과도압력 작동기의 개략도.

제4도는 고체 상태 트립 장치의 편광 계전기와 조합된 과도 압력 작동기의 개략 단면도.

제5도는 트리핑(tripping) 특성의 변화곡선을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 몰드 케이스 11, 12 : 접촉부

13 : 아크소멸실 14 : 탈이온화 플리이트

15 : 간막이 16 : 지지아암

17 : 채널 18 : 바

19 : 작동기구 20 : 수동 개폐 핸들

21 : 래치 22 : 스프링

23 : 트립(trip)바 24 : 바이메탈 스트립

25 : 전자 코일 26 : 피스톤

27 : 실린더 28 : 로드

29 : 리턴 스프링 30 : 방

31 : 덕트 32 : 매니폴드

33 : 밸브 34 : 편광 계전기

35 : 플런저 코어 36 : 영구자석

37 : 스프링 38 : 푸시로드

39 : 코일 40 : 러그

본 발명은 회로 차단기의 폐로 상태에서 탄성적으로 접촉되어 있는 한 쌍의 접촉부를 극으로 갖으며, 접촉부를 통해 흐르는 전류가 상기 전류를 제한하는 소정의 한계값을 초과할 때, 전기역학적 반발력의 작용으로 인해 분리될 수 있는 몰드 케이스 전기 회로 차단기의 트립 장치에 관한 것으로서, 상기 트립 장치는 고장시에 회로 차단기의 자동 개방 동작 기구를 작동시키는 과부하, 단락 회로, 또는 과부하 및 단락 회로 고장 검출기를 갖는다.

상술된 기술의 트립 장치(US-A-3,631,369)는 바이메탈 스트립으로 배열되어 있으며, 전자기 트립 장치의 작용에 영향을 받는 가동 블레이드를 포함한다. 블레이드의 확장부분은 아크 소멸실의 가스 유출덕트로 돌출한다. 차단이 발생했을 때 가스 흐름은 블레이드를 트리핑 위치로 이동시킨다. 대부분의 회로 차단기에 있어서 가스 유출 덕트는 트립 장치로부터 떨어져 위치에 있으므로 상술된 장치는 적합하지 않다. 블레이드는 오염된 가스의 작용에 쉽게 영향을 받게되므로 그의 올바른 작동에 즉시 방해를 일으킨다. 각각의 극은 상기 종류의 트립 장치에 장착되어야만하며, 가스 흐름에 반응하여 작동기가 열자기 트립 장치내에 통합되어 있기 때문에 트리핑의 선택은 상상할 수도 없다.

본 발명의 목적은 단순하고, 보편적이고, 신뢰할만한 수단에 의해 트리핑의 제한과 선택, 양자 모두를 제공하는 트립 장치를 얻기 위한 것랬.

트립 장치는 상기 작동 장치가 접촉대와 소통하여, 제한된 작동거리를 지닌 누출 방지 조립체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

접촉대, 특히 아크 소멸실에서의 압력은 아크 전력의 직접적인 함수가 되어, 예를 들어 3 내지 10 바(bar)의 고압에 빠르게 이르게 된다. 상기 과도압력은 회로 차단기 트리핑 장치를 작동시키는 가동 피스톤 장치나 간단한 멤브레인에 작용된다. 상기 압력의 증가와 검출기로 상기 압력의 전송은 전류가 높으면 높을수록 더 빠르게 발생된다. 그러나 상기 장치는 미소전류에 민감하지 못하므로, 단순한 과부하 상에서의 스퓨리어스(spurious) 트리핑은 피스톤이나 측정 멤브레인에 복구 스프링을 제공함으로써 쉽게 피할 수 있다.

작동기는 피스톤이나 멤브레인을 갖는 실리더와 상기 실린더와 아크 소멸실 간의 연결 덕트로 구성된 누출 방지 혹은 거의 누출되지 않는 조립체이다. 작은 단면적을 갖는 상기 덕트는 비교적 길게 할 수 있으며 쉽게 케이스내에 내장시킬 수 있다. 피스톤의 이동은 덕트 내에서의 아주 같은 양의 가스 흐름만을 요구하며 상기 가스 흐름은 아크 작용으로 인한 가스 오염 전에 거의 전적으로 발생된다. 그러므로 상기 작동기는 상기 오염된 값으로부터 보호된다.

고장으로부터 직접 거슬러 올라간 회로 차단기(이하 업스트림(upstream) 회로 차단기라고 함) 에는 개로 상태를 요구하는 반면, 다른 다운스트림(ownstream) 회로 차단기는 본선 시스템의 사운드(sound) 부에 계속적인 전력공급을 보장하기 위해 페로 상태를 유지하도록하는 트리핑의 선택과, 제한 회로 차단기의 고속 개방은 쉽게 양립되지 못한다. 연속적으로 설치된 두 개의 회로 차단기 사이의 선택 조건을, 그들의 트리핑 곡선을 조절함으로써 얻도록 시도되기는 하나, 그들 조건은 극히 짧은 시간동안에 유지되기 어렵다. 포화현상(saturation phenomena)은 종종 차단 전류의 차이를 측정하는 것을 방해하여, 선택이 항상 이루어지는 것은 아니다.

본 발명은 제한 회로 차단기 내에서의 차단은 항상 높은 아크 전압을 발생시킴으로써, 그것에 의한 주요 아크 에너지는 차단대(breaking zone) 내에서 압력 증가를 발생시킨다는 결과에 근거를 두었다. 상기 압력 증가는 매우 고속으로 이루어지며, 선택은 가중된 복구 스프링을 사용하여 얻을 수 있는데, 소정의 압력에서 트립되도록 한다. 더욱이, 정격이 다른 두 회로 차단기가 그들을 통해 흐르는 동일한 단략 전류를 가질 때, 업스트림 회로 차단기내의 압력은 자체적으로차단된 경우보다 훨씬 낮아서, 선택은 더 낮은 정격 트립을 지닌 회로 차단기만을 위한, 특별히 간단한 방법으로 자동적으로 얻는다.

상기 선택은 과부하, 단락회로, 혹은 과부하 및 단락 회로 고장 검출기로부터 전적으로 독립되어 있으며, 디자인은 작은 전류에 동작되도록 적용할 수 있다. 고장 검출기의 작동은 과도압력 작동기와의 임의의 간섭을 피하기 위하여 약간 지연시킬 수 있는데, 이것은 요구되는 순간 바로 보호된다.

본 발명의 개발에 따르면, 다극 (multipole) 회로 차단기의 각각의 극은 과도압력 작동기를 구비하고 있어서, 그들 극중 어느 하나에서 과도압력이 발생하게 되면 바로 작동하고, 가능한한 빨리 트리핑이 실행된다. 과도압력 작동기의 피스톤은 다른 극에 공용될 수 있으며, 그 후부는 비복구 장치가 장착된 덕트에 의해 피스톤에 접속된다. 바람직하게는 다른 아크 소멸실은 중간에 체크 밸브를 갖는 공통 매니폴드(manifold)에 접속되며, 상기 매니폴드 자체는 회로 차단기 트립바(bar)에 작용하는, 과도압력 작동기의 멤브레인 혹은 피스톤에 덕트에 의해서 접속된다. 고장으로 인한 트리핑은 표준 열전자기 트립 장치 혹은 편광 계전기를 갖는 고체 트립 장치에 의해서 얻을 수 있다. 상기의 모든 트립 장치와 작동기는 해당 기술의 공지된 방법으로써, 회로 차단기 개방 기구를 개방시켜주는 동일한 트립 바에 작용한다. 과도압력이 높고, 과도압력 작동기가 1㎠ 정도의 작은 거의 피스톤으로 구비되며, 상기의 작은 크기는 아마도 현존하는 몰드 케이스 내에 쉽게 장착시킬 수 있다.

본 발명의 다른 장점과 특성은 첨부도면을 참조하여 이후 보다 상세히 설명될 것이다.

제1도에서, 몰드 케이스 회로 차단기(10)의 극은 탈이온화플레이트(14)가 장착된 아크 소멸실(13)내에 위치된 한쌍의 접촉부(11,12)를 포함한다. 아크 소멸실(13)은 간막이 (15)에 의해서 제한되는데 그 간막이 중 하나는 가동 접촉부(12)의 지지아암(16)을 통과한다. 아크 소멸실(13)은 거의 누출이 없으며 몰드 케이스(10)의 외측에 있는 작은 단면의 채널(17)에 의해 소통된다. 가동 접촉아암(16)은 접촉부(11, 12)의 수동 개폐 핸들(20)을 갖으며, 작동기구(19)에 속하는 바(18)와 기구(19)의 트리핑을 제어하는 래치(21) 위에 축으로 장착된다. 가동 접촉부(12)는 스프링(22)에 의해 폐쇄 위치로 바이어스되고,접촉아암(16)과 접촉부(11,12) 내의 전류 흐름에 의하여 발생된 전기역학적 반발력으로 인해 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 래치(21)는 회로 차단기의 다른 극에 공통인 트립 바(23)에 의해 제어된다. 회로 차단기는 트립 바(23)상에서 작동하는 바이메탈 스트립(24)과 전자 코일(25)을 갖춘 표준(standard) 트립 장치를 포함한다. 상기 종류의 회로 차단기는 해당 기술에서 이미 공지된 것이므로 여기서 더욱 상세히 기술하지는 않겠다. 단락이 발생할 대, 접촉부(11,12)의 반발은 상기 스프링(22)이 힘에 대응하는 상기 접촉부의 고속 개방을 야기하며, 상기 고속 개방은 단락 전하를 제한하게 된다. 접촉부(11,12)의 개방은 회로 차단기로 기구(19)를 개방하는 래치(21)상의 트립바(23)를 경유하여 작용하는 전자 트립 장치(25)의 작동에 의해 확실하게 된다.

본 발명에 따르면, 회로 차단기는 트립 바(23)와 함께 작동하는 실린더(27) 조립체와 피스톤(26)으로 구성된 과도압력 작동기를 포함한다. 제2도를 참조하면, 실린더(27)내에 미끄러져 움직이게 장착된 피스톤(26)이 트립 바(23)에 스트라이킹(striking)을 일으키는 로드(28)를 지니고 있음을 볼 수 있다. 제2도에 도시된 바와 같이, 복구 스프링(29)은 들어간 상태로 피스톤(26)을 유지시킨다. 피스톤(26)의 로드(28)가 있는 반대면, 즉 덕트(31)를 거쳐 아크소멸실(13)과 소통하는 실(30) 내에서는 압력을 받게된다. 제1도의 실시예에 있어서, 덕트(31)는 탈이온화 플레이트(14) 부근의 소멸실(13)쪽으로 통해 있어서, 실(13)의 임의의점에 압력이 결과, 거의 순간적으로 상기 실 내측의 압력이 일률적으로 된다.

본 발명에 따른 회로 차단기의 작동은 상술된 것으로부터 구동된다. 접촉부(11, 12)가 단락 회로상에서 개방될 때, 상기 접촉부 사이에서 유도된 아크는 아크 소멸실(13)내에 함유된 가스를 가열함으로써 결과적으로 아크 에너지의 직접적인 작용에 의해 압력이 증가하게 된다. 상기 압력 증가는 덕트(31)에 의해 상기 실(30)로 전달되어지는데, 상기 과도 압력이 복구 스프링(29)의 힘을 초과하자마자 피스톤(26)은 왼쪽으로 미끄러지고 트립 바(23) 의 작동은 작동기구(19)를 개방시켜 접촉부의 분리를 확실하게 한다. 강한 전류 아크의 검출은 극도로 빨리 이루어지며, 과도압력 작동기(26, 27)는 약한 전류 또는 정상 브레이크 용으로 거의 작동되지 않기 때문에, 아크 소멸실(13)내에 발생된 과도압력은 복구 스프링(29)의 힘을 극복하기에 불충분하게 된다, 상기와 같은 스프링(29)은 발달된 그 자체가 파손되는 압력보다 결코 크기 않을 때, 두 회로 차단기를 통해 흐르는 동일한 단락 전류를 갖는 다른 정격의 두 회로 차단기 사이에서 선택이 이루어지게 된다.

회로 차단기는 다극일 수 있으며 이 경우, 각 극에 트립 바(23) 상에 작용하는 회로 차단기의 과도압력 작동기(26, 27)가 설치될 수 있다. 단락이 발생할대, 대부분의 부하된 극은 그의 아크 소멸실(13)내의 압력 증가로 인해 트리핑되고, 상기 트립은 회로 차단기의 모든 극을 개방시킨다.

제3도에 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 덕트(31)를 경유하여 매니폴드(32)와 소통하는 삼극 회로 차단기의 세극 P₁, P₂, P₃는 과도압력 작동기(26, 27)의 실(30)에 접속된다. 덕트(31)가 매니폴드(32)로 들어갈 때, 경유하는 구멍은 하나의 극에서 다른 극으로 가스가 흐르는 것을 막기 위한 체크 밸브(33)에 의해 봉쇄 되어진다. 제3도에 도시된 실시예에 있어서, 제1극(P₁)의 아클 소멸실 내의 압력 증가는 신속히 이루어지며, 상기 압력은 덕트(31)와 매니폴드(32)를 거쳐 과도압력 작동기(26, 27)로 전달되며, 밸브(33)는 개발되어진다. 다른 두 극(P₂, P₃)은 그들의 대응하는 밸브(33)의 폐쇄로 인해 매니폴드(32)로부터 고립되고, 작동 장치는 거의 누출이 없다.

본 발명은 과부하 또는 단락을 검출하기 위해 전류 변압기를 사용한 고체 상태의 트립 장치를 장치를 갖는 회로 차단기에 적용될 수 있다. 상기 전류 변압기는 소정의 한계값이 초과될 때, 편광 계전기(34)로 트리핑 명령을 전달하는 전자 처리 장치에 신호를 공급한다. 제4도를 참조하면, 편광 계전기(34)는 영구 자석(36)에 의해 수축 위치로 유지된 플런저 코어(35)를 포함하며, 스프링(37)에 의해 푸시로드(push-rod)(38)에 의해서 트립 바(23)의 작동 위치로 바이어스된다. 트림핑 명령은 코어 (35)를 풀어주는 코일(39)로 전달된다. 과도압력 작동기(26, 27)는 편광 계전기(34)에 인접하게 되고 로드(28)는 과도압력이 발생할 때 작동기를 작동시키기 위해 트립 바(23)에 면하여 위치된다.

트립 바(23)는 계전기(34)의 코어(350를 움직이지 않고 과도압력 작동기(26,27)의 작용으로 인한 트립 바(23)의 이동이 충분한 틈새 j를 유지하면서, 푸시로드(38)의 헤드 후면과 함께 작동하는 러그(rug)(40)를 받치고 있다. 상기 러크(40)는 작동기구(19)가 트립된 이후 편광 계전기(34)의 방전(discharging)을 일으킨다.

고체 상태의 트립장치를 갖춘 회로 차단기의 작동은 표준 트립 장치를 갖춘 상술된 것과 꼭 일치된다. 두 경우에 있어서, 과도압력 작동기의 고속작동은 고장시에 트립장치의 미소한 시간 지연을 허용하며, 상기 시간 지연은 전자 트립 장치와 트립 바 사이 혹은 편과 계전기(34)와 상기 트립바 (23)사이의 단순한 틈새에 의해 얻어지게 된다. 임의의 다른 지연 수단으로는 예를 들어 런너(runner) 타입이 사용된다.

제5도의 곡선은 본 발명에 따른 트립장치의 작용 모드를 도시하였다. 곡선 a는 가동 접촉부(12)의 전기 역학적 반발에 의한 단락상에서 개방될 때의 접촉부(11, 12)의 분리 간격을 도시한 것이다. 곡선 b는 접촉부(11, 12)의 개방에 대응하는 아크 전압의 변화를 도시한 것이다. 곡선 c는 추정된 단락 전류의 증가를 예시하는 반면, 곡선 d는 접촉부(11,12)의 전기 역학적 반발에 의해 한정된 전류에 대응된다. 곡선 e는 아크 소멸실(13)내의 압력 변화를 도시하였다. 접촉부(11, 12)의 분리는 시간 t1에서 발생하고 과도압력 작동기는 작동기구(19)의 개방을 발생하며 그에 의해 시간 t2에서 회로 차단기의 삼극의 작동기는 전기역학적 반발에 의해 접촉부의 개방을 확실하게 한다. 직경 10mm인 피스톤(26)은 트립 바(23)를 작동시키기에 충분한 힘을 충분히 가할 수 있다.

상기 크기의 피스톤은 몰드 케이스(10)내에 용이하게 내장되고, 작은 단면의 덕트(31)는 압력이아크 소멸실(13)의 임의점에서 향상(picked up)되도록 한다. 아크 소멸실(13)은 필요한 과도압력을 얻기에 충분히 넓어 통상적으로 누출이 없게 되므로, 이들 방에 부가적으로 누출이 없은 수단을 제공할 필요는 없다. 상기 조립체는 특히 간단하며, 그 선택은 적당한 크기의 복구 스프링(29)의 사용으로 얻어진다.

Claims (7)

1. 전기 회로 차단기에 있어서, 아크 소멸실(13)을 갖느 몰드 케이스(10)와, 상기 아크 소멸실(13)에 내장된 한 쌍의 접촉부(11, 12)와, 접촉부를 폐로 상태로 만드는 탄성 수단(22)과, 상기 접촉부는 접촉부(11, 12)를 통해 흐르는 전류가 상기 전류를 제한하는 소정의 한계값을 초과할 때 전기 역학적 반발력의 작용으로 인해 분리할 수 있는, 상기 접촉부의 개폐 작동기구(19)와, 상기 작동기구(19)를 작동시키는 과부하(24), 단락 회로(25), 또는 과부하(24) 및 단락 회로(25)의 고장 트립 장치와, 상기 아크 소멸실(13)과 소통하는 덕트(31)와 상기 덕트(31)에 의해 전달된 압력에 반응하는 부분(26)을 갖으며, 상기 압력이 소정의 한계값을 초과할 때 상기 작동기구(19)를 작동시키는 누출이 없는 조립체로 형성된 작동장치(26, 27, 31)로 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
2. 제1항에 있어서, 탈이온화 플레이트(14)를 갖으며, 상기 아크 소멸실(13)이 부분적으로 누출이 없고 한 쌍의 접촉부(11, 12)와 탈이온화 플레이트(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
3. 제1항에 있어서, 상기 작동기는 상기 압력을 받는 피스톤(26)이나 멤브레인과 같은 가동부와, 상기 가동부 상에 작동하는 가중된 복구 장치(29)를 포함하며, 가중된 복구 자이의 움직임이 상기 회로 차단기 개방 기부(19)를 작동시키며, 상기 가중된 복구 장치(29)가 단순한 과부하 혹은 단락 회로가 다른 회로 차단기에 의해서 차단이 나타날 때, 스퓨리어스 작동을 피하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
4. 제1항에 있어서, 다극 (multipole) 중 임의의 한 극에서의 압력이 상기 역치를 초과할 때, 다극 회로 차단기의 개방을 야기하도록 각각의 극이 작동장치(26, 27)와 작용함을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
5. 제4항에 있어서, 작동 장치가 상기 압력을 받는 가동부(26)와, 모든 극에 공통이며 상기 가동부(26)를 각 극의 아크 소멸실(13)로 접속시키는 비복구 장치(33)가 설비된 덕트(31, 32)를 포함함을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
6. 제5항에 있어서, 모든 극에 공통인 매니폴드 (32)를 가지며 체크 밸브(33)가 설비된 덕트(31)를 거쳐 각 극의 아크 소멸시(13)과 소통하는, 상기 가동부(26)가 상기 매니폴드에 접속됨을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.
7. 제1항에 있어서, 상기 고장(fault) 트립 장치는 전류가 통하는 열 소자 (24), 전자 소자(25), 또는 열 소자(24) 및 전자 소자(25)를 포함하며 트립 바(23)는 상기 소자(24, 25)와 상기 작동 장치(26, 27)상에서 작용하는데 고장 트립 장치의 작용은 트리핑이 선택되어지는 작동장치의 작용에 대해 지연된 시간을 가짐을 특징으로 하는 전기 회로 차단기.