KR100542880B1 - 배선용 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것으로, 고정접점대측의 상하부에 각각 분리 형성된 복수의 배기공을 형성하여 최소한의 공간 내에서 아크 소호부의 배기 효율성을 최대한 확보할 수 있도록 함으로써 아크가스 분산배출방식을 구현하여 아크 소호부의 내력을 증대시킴과 아울러 단락차단성능을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이를 위한 본 발명에 의한 배선용 차단기는 케이스의 일측면에 배기공이 형성된 배선용 차단기에 있어서, 회로 단락과정에서의 접점간 이격으로 인한 아크가 발생되었을 때 아크가스가 상하로 분산 배출될 수 있도록 상기 케이스 각 접점대의 상하부에 각각 한 쌍의 배기공을 형성하되, 상기 배기공에는 그 배기공을 통해 먼지나 이물질이 기기 내부로 유입되지 않도록 해주는 먼지유입방지수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

Description

배선용 차단기{MOLDED CASE CIRCUIT BREAKER}

도 1은 종래 기술에 따른 배선용 차단기의 내부구조를 도시한 종단면도

도 2는 종래 기술에 따른 배선용 차단기의 아크가스 배기구조를 도시한 부분 단면도

도 3은 종래 기술에 따른 배선용 차단기의 배기공 구조를 도시한 고정접점대측의 일측면도

도 4는 종래 기술에 따른 배선용 차단기에 적용된 고정접점대의 구조를 도시한 사시도

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배선용 차단기의 내부구조를 도시한 종단면도

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크가스 배기구조를 도시한 부분 단면도

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배선용 차단기의 배기공 구조를 도시한 고정접점대측의 일측면도

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용된 케이스의 구조를 도시한 사시도

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용된 고정접점 대의 구조를 도시한 사시도

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용된 케이스의 구조를 도시한 사시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 케이스 1a, 1b : 배기공

1c : 걸림턱 1d : 걸림돌기

2 : 백커버(Back Cover) 3 : 고정접점대

3a : 아크런너(Arc Runner) 3b : 절개공

4 : 아크 소호부(Arc Chamber) 4a : 측벽

5 : 가동접점대 6 : 부하측 단자대

7 : 과전류검출기구부 8 : 핸들

9 : 개폐기구부 10 : 아크배리어(Arc Barrier)

10c : 결합공 10d : 걸이홈

11, 12 : 전선체결나사

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것으로, 특히 최소한의 공간 내에서 아크 소호부의 배기 효율성을 최대한 확보하여 종래와 상이한 새로운 아크가스 분산배출방식을 구현함으로써 차단기의 가장 중요한 기능이라 할 수 있는 단락차단성능을 현저히 향상시킬 수 있게 한 배선용 차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 차단기는 배선용 차단기와 누전차단기 등으로 구분될 수 있다. 상기 배선용 차단기는 전선의 보호 또는 부하의 개폐를 위해서, 또한 과부하 또는 단락사고의 발생시 전로를 차단하기 위한 목적으로 사용되는 산업용 전기기기를 말한다. 그리고, 상기 누전차단기는 상기 배선용 차단기의 기능에 더하여 누전이나 감전 또는 지락사고의 발생시 규정동작시간 내에 전로를 차단하기 위한 기능이 추가된 전기적 안전장치라 할 수 있다.

이러한 차단기들은 단락 등의 사고가 발생하였을 경우에 효과적으로 부하전로를 차단시키는 단락차단성능을 가장 중요한 기능으로 한다. 예컨대, 100A 정격전류의 차단기에 있어서 전로상에서 요구되는 단락차단용량(전류의 크기)은 대략 25～100배에 해당하는 2,500～10,000A의 사고전류를 2회 차단시키는 시험을 통해 그 성능을 검증하게 되며, 이러한 차단성능을 충족시키기 위해서는 다음의 사항들이 주요관건으로 작용한다.

그 첫 번째 사항으로서 소호성능을 들 수 있다. 이는 전류가 차단되는 순간인 고정접점과 가동접점간의 개리 순간에 발생되는 아크에 의한 고열 및 아크가스압력 등을 얼마나 효과적으로 억제, 소멸 또는 배출시킬 수 있는가 하는 기술적 향상성의 문제이다.

그 두 번째 사항으로서 동작시간성능을 들 수 있다. 이는 고정접점과 가동접점간의 개리 순간으로부터 개극이 완료되는 순간에 이르기까지의 시간을 얼마나 단축시켜 아크를 얼마만큼 빨리 소멸시킬 수 있는가 하는 기술적 향상성의 문제이다.

그 세 번째 사항으로서 아크 소호부의 내구성능을 들 수 있다. 이는 기기 동작시 발생하는 고열과 압력 및 충격 등을 내부부품이 충분히 견딜 수 있는가 하는 기술적 향상성의 문제이다.

이상에서 열거한 바와 같은 차단기의 성능조건들은 사용자가 원하는 제품의 크기 및 가격 등에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 최근에는 분전반의 크기가 더욱 소형 경량화되면서 그 내부에 장착되는 차단기의 크기도 소형 경량화되어감에 따라서 차단성능향상에 필요한 아크 소호부의 공간확보에 관한 해결방안이 강구되어야 하는 한편, 부하기기의 용량은 증대되어 과거에 비해 동일크기대비 높은 차단용량의 제품을 요구하고 있는 추세이다.

도 1은 종래 기술에 따른 배선용 차단기의 내부구조를 보인 종단면도를 도시한 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 배선용 차단기의 일반적인 구조는, 기기의 외함을 이루는 케이스(101) 및 백커버(102)와, 전로로부터 전원을 공급받을 수 있도록 전원측 전선을 고정체결하기 위한 고정접점대(103)와, 전선을 인출하여 부하기기쪽으로 전원을 출력할 수 있도록 전선을 고정체결하여 인출하기 위한 부하측 단자대(106)와, 상기 고정접점대(103)와 부하측 단자대(106)간을 전기적으로 연결하거나 차단시켜주는 전로연결매체로서의 가동접점대(105)와, 상기 고정접점대(103)와 가동접점대(105)간의 단락차단시 발생하는 아크를 소호 및 냉각시켜주는 아크 소호부(104)와, 상기 가동접점대(105)를 개폐 작동시켜주는 개폐기구부(109) 및 핸들(108)과, 이상전류를 검출하여 상기 개폐기구부(109)가 작동되도 록 기계적 신호를 전달해주는 과전류검출기구부(107)를 포함하는 구성을 이루고 있다. 상기 도면중 미설명 부호 111, 112는 전선체결나사를, 101b는 상기 케이스(101)의 일측면쪽으로 형성되어 아크가스를 배출하기 위한 배기공을 각각 나타낸다.

상기 배기공(101b)은 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 고정접점대(103)와 대응되는 개수만큼 케이스(101)의 상부쪽에 각각 병립 형성되고, 각각의 배기공(101b)들은 상하좌우로 등간격을 유지하며 다수개 형성되어 있다. 그리고, 일반적인 고정접점대(103)의 형상은 도 4의 사시도에서 보는 바와 같이, 계단형상으로 절곡된 구조를 이룬다.

상기한 바와 같은 구조를 이루는 종래의 배선용 차단기에 의하면, 전로가 정상을 유지하는 경우에는 고정접점대(103)와 가동접점대(105)의 각 접점이 접속된 상태를 유지하지만, 상기 전로상에서의 과부하나 단락 등으로 인한 이상전류가 발생하였을 경우에는 도 2의 부분 단면도에 도시된 바와 같이, 과전류검출기구부(107)에서 이를 검출한 후 개폐기구부(109)가 작동되도록 함과 동시에 상기 가동접점대(105)가 상기 고정접점대(103)로부터 개리되기 시작하여 각 접점간 충분한 거리로 이격됨으로써 회로차단동작을 완료하게 된다. 이와 같은 회로의 단락과정에서 접점이 이격될 때 아크와 강한 아크압력이 발생하게 되는데, 발생된 아크는 상기 아크 소호부(104)의 그리드(Grid)에 의해 분할 및 냉각되어 소멸된 후 그 아크가스가 상기 배기공(101b)을 통해 외부로 배출된다.

이러한 아크가스의 배출과정은 앞서 설명한 바와 같은 고열의 아크 및 아크 가스압력 등이 차단기의 성능에 직접적인 영향을 미치게 되므로 아크 소호부(104)의 크기와 형상, 아크가스의 배출방향 등에 관한 설계가 매우 중요한 요소로 작용한다.

그러나, 종래의 배선용 차단기에 의하면 케이스(101)의 일측에 마련된 상기 배기공(101b)만을 통해 아크가스를 배출하는 협소한 구조이므로 원활한 성능을 발휘하는데 제약이 따를 뿐만 아니라, 이는 결국 차단용량의 한계를 드러내는 것이다. 즉, 단락차단성능의 향상을 위해서는 배기공(101b)을 크게 설계하여야 하지만, 상기 배기공(101b)을 크게 형성할 경우에는 이 배기공(101b)을 통해 먼지와 이물질이 케이스(101)의 내부로 침투되어 통전 불량이나 절연성 약화 등을 초래하는 또 다른 문제점을 유발하게 된다.

또한, 상기 배기공(101b)을 통한 먼지나 이물질의 침투를 억제하기 위하여 그 크기를 작게 설계할 경우에는 아크가스의 배출이 원활히 이루어지지 못하여 단락차단성능을 저해함은 물론이고 과다한 아크압력이 차단기 내에 작용하여 아크 소호부(104)가 파손되거나 절연 파괴될 수 있는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 최소한의 공간 내에서 아크 소호부의 배기 효율성을 최대한 확보하여 종래와 상이한 새로운 아크가스 분산배출방식을 구현함으로써 아크 소호부의 내력을 증대시킴과 아울러 단락차단성능을 현저히 향상시킬 수 있도록 된 배선용 차단기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배기공을 통해 케이스의 내부로 유입될 수 있는 먼지나 이물질을 차단하기 위한 수단을 마련함으로써 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 배선용 차단기를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배선용 차단기는, 회로 단락과정에서의 접점간 이격으로 인한 아크가 발생되었을 때 아크가스가 상하로 분산 배출될 수 있도록 외부 케이스의 각 접점대의 상하부에 각각 한 쌍의 배기공을 형성하되, 상기 배기공에는 그 배기공을 통해 먼지나 이물질이 기기 내부로 유입되지 않도록 해주는 먼지유입방지수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 먼지유입방지수단은 상기 각 배기공의 크기 및 개수를 아크가스가 배출될 수 있는 정도로 최소화한 형상에 의해 이루어진 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 먼지유입방지수단은, 상기 각 배기공의 외측에 장착되는 것으로서, 전로가 정상을 유지하는 경우에는 자체의 탄성에 의해 상기 배기공의 외측에 밀착되어 외기중의 먼지나 이물질을 차단함과 아울러, 상기 전로상에 이상전류가 발생하였을 경우에는 아크 소호부 내에 조성된 아크압력에 의해 탄력적으로 외향 만곡되면서 자동 개방되는 박판상의 아크배리어(Arc Barrier)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정접점대는 상기 배기공이 형성된 지점의 케이스 내측면과 인접하는 형상을 이루도록 절곡 형성되고, 상기 고정접점대의 그 인접면에는 상기 배기공을 통한 아크가스의 배출과정에서의 간섭이 발생하지 않게 하여 아크가스의 배 출을 원활히 하기 위한 절개공이 관통 형성되며, 아크 소호부와 인접한 고정접점대의 내측 표면상에는 초기 아크를 원활히 유도하기 위한 아크런너가 장착된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 배선용 차단기를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제 1실시예에 따른 배선용 차단기의 전체 및 각부구조를 도시한 것으로, 도 5는 상기 실시예에 따른 배선용 차단기의 내부구조를 도시한 종단면도, 도 6은 상기 실시예에 따른 아크가스 배기구조를 도시한 부분 단면도, 도 7은 상기 실시예에 따른 배기공(1a)(1b)의 구조를 도시한 고정접점대(3)측의 일측면도, 도 8은 상기 실시예에서 적용된 케이스(1) 및 백커버(2)의 구조를 도시한 사시도, 도 9는 상기 실시예에서 적용된 고정접점대(3)의 구조를 도시한 사시도를 각각 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 배선용 차단기는, 기기의 외함을 이루며 그 전원측 일측면에 상하 한 쌍의 배기공(1a)(1b)이 다수개 형성된 케이스(1) 및 백커버(2)와, 전로로부터 전원을 공급받을 수 있도록 전원측 전선을 고정체결하기 위한 고정접점대(3)와, 전선을 인출하여 부하기기쪽으로 전원을 출력할 수 있도록 전선을 고정체결하여 인출하기 위한 부하측 단자대(6)와, 상기 고정접점대(3)와 부하측 단자대(6)간을 전기적으로 연결하거나 차단시켜주는 전로연결매체로서의 가동접점대(5)와, 상기 고정접점대(3)와 가동접점대(5)간의 단락차단시 발생하는 아크를 소호 및 냉각시켜주는 아크 소호부(4)와, 상기 가동접점대(5)를 개폐 작동시켜주는 개폐기구부(9) 및 핸들(8)과, 이상전류를 검출하여 상기 개폐기구부(9)가 작동되도록 기계적 신호를 전달해주는 과전류검출기구부(7)를 포함하는 구성을 이루고 있다. 상기 도면중 미설명 부호 11, 12는 전선체결나사를 나타낸다.

상기의 구성에 있어서, 본 발명의 제 1실시예에 따른 배선용 차단기는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 회로 단락과정에서의 접점간 이격으로 인한 아크가 발생되었을 때 아크가스가 상하로 분산 배출될 수 있도록 상기 케이스(1) 각 고정접점대(3)의 상하부에 각각 한 쌍의 배기공(1a)(1b)을 형성하되, 상기 배기공(1a)에는 그 배기공(1a)을 통해 먼지나 이물질이 기기 내부로 유입되지 않도록 해주는 먼지유입방지수단이 마련된 것을 특징적 구조로 한다.

여기서, 상기 제 1실시예에 의한 먼지유입방지수단은, 상기 각 배기공(1a)의 외측에 장착되는 것으로서, 전로가 정상을 유지하는 경우에는 자체의 탄성에 의해 상기 배기공(1a)의 외측에 밀착되어 외기중의 먼지나 이물질을 차단함과 아울러, 상기 전로상에 이상전류가 발생하였을 경우에는 아크 소호부(4) 내에 조성된 아크압력에 의해 탄력적으로 외향 만곡되면서 자동 개방되는 박판상의 아크배리어(Arc Barrier)(10)로 이루어진 것이다. 즉, 상기 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 각 배기공(1a)과 근접한 중앙지점의 케이스(1) 외측면상에는 걸림턱(1c)과 그 양측에 걸림돌기(1d)가 형성되어 있는 한편, 상기 아크배리어(10)에는 상기 케이스(1)의 외측면상에 그 일단부를 고정시킬 수 있도록 상기 걸림턱(1c)을 삽입 수용할 수 있는 결합공(10c)이 대응 형성되고 상기 아크배리어(10)의 타단(자유단)부에 상기 걸림돌기(1d)와 대응되는 걸이홈(10d)이 형성되어 상기 아크배리어(10) 가 케이스(1) 외측에 개폐 가능하도록 결합된 구조를 이룬다.

상기 상하 한 쌍의 배기공(1a)(1b)은 상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(1)의 일측면쪽으로 형성되어 아크가스를 상기 고정접점대(3)의 상하위치에서 각각 분산 배출할 수 있도록 해주는 것으로서, 각각의 고정접점대(3)와 대응되는 개수만큼 케이스(1)의 상하부쪽에 각각 병립 형성되고, 각각의 배기공(1a)들은 상하좌우로 등간격을 유지하며 다수개 형성되어 있다.

또한, 상기 고정접점대(3)는 상기 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 배기공(1a)이 형성된 지점의 케이스(1) 내측면과 인접하는 형상을 이루도록 '디귿'자 형상으로 절곡 형성되고, 상기 고정접점대(3)의 그 인접면에는 상기 배기공(1a)을 통한 아크가스의 배출과정에서의 간섭이 발생하지 않게 하여 아크가스의 배출을 원활히 하기 위한 절개공(3b)이 관통 형성되며, 아크 소호부(4)와 인접한 고정접점대(3)의 내측 표면상에는 초기 아크를 원활히 유도하기 위한 아크런너(Arc Runner)(3a)가 장착되어 있다.

또한, 상기 아크 소호부(4)의 고정접점대(3)와 인접한 면에는 측벽(4a)이 형성되어 있어 아크가 고정접점대(3)측 전선체결나사(11)의 하부에 직접 전달되지 않고 상기 측벽(4a)에 의해 아크 소호부(4)를 보호할 수 있도록 되어 있다.

상기한 바와 같은 구조를 이루는 본 발명의 제 1실시예에 따른 배선용 차단기에 의하면, 전로가 정상을 유지하는 경우에는 고정접점대(3)와 가동접점대(5)의 각 접점이 접속된 상태를 유지하지만, 상기 전로상에서의 과부하나 단락 등으로 인한 이상전류가 발생하였을 경우에는 상기 도 6의 부분 단면도에 도시된 바와 같이, 과전류검출기구부(7)에서 이를 검출한 후 개폐기구부(9)가 작동되도록 함과 동시에 상기 가동접점대(5)가 상기 고정접점대(3)로부터 개리되기 시작하여 각 접점간 충분한 거리로 이격됨으로써 회로차단동작을 완료하게 된다. 이와 같은 회로의 단락과정에서 접점이 이격될 때 발생하는 아크는 상기 아크 소호부(4)의 그리드(Grid)에 의해 분할 및 냉각되어 소멸되고, 이로 인해 생성된 강한 압력의 아크가스는 상기 한 쌍의 각 배기공(1a)(1b)을 통해 외부로 원활히 분산 배출되는 것이다.

한편, 본 발명에 적용되는 케이스(1)는 앞서 설명한 제 1실시예와는 달리 상기 아크배리어(10)가 배기공(1a)의 외부에 결합되지 않은 상기 도 10의 제 2실시예와 같은 단순구조로 구현할 수 있다. 상기 실시예에 따른 케이스(1)의 구조는 배기공(1a)의 크기 및 개수를 아크가스가 배출될 수 있는 정도로 최소화하여 최적화 설계함으로써 앞서 언급한 상기 먼지유입방지수단을 대체할 수 있다.

상기 제 2실시예에 있어서, 상기 배기공(1a)의 구성을 제외한 나머지 구조는 선행 실시예의 경우와 동일하다. 단, 상기 제 2실시예는 별도의 아크배리어(10)가 구비된 제 1실시예에서와 같은 먼지나 이물질의 완전 차단 효과를 기대하기는 어렵다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 배선용 차단기에 의하면, 고정접점대측의 상하부에 각각 분리 형성된 복수의 배기공을 형성하여 최소한의 공간 내에서 아크 소호부의 배기 효율성을 최대한 확보할 수 있도록 함으로써 아크가스 분산배출방식을 구현하여 아크 소호부의 내력을 증대시킴과 아울러 단락차단성능을 현저 히 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

실제로, 본 발명의 구조는 동일체적의 기존 제품에 비하여 그 차단용량이 150% 이상 향상된다는 것이 성능테스트를 통해 입증된 바 있으며, 이러한 효과는 현재의 기술 추세인 분전반 등의 소형 경량화를 구현할 수 있다는 이점이 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 고정접점대측 일측면의 하단부에 최소크기의 배기공을 별도 형성하거나 또는 회로의 단락차단시 발생되는 아크압력에 의해 자동 개폐될 수 있는 아크배리어를 그 배기공의 외측에 마련함으로써 상기 배기공을 통해 케이스의 내부로 유입될 수 있는 먼지나 이물질을 차단할 수 있게 되어 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 케이스의 일측면에 형성되는 배기공과, 아크 소호부와, 상기 배기공의 외측에 장착되어 정상시에는 이물질을 차단하고 아크압력 발생시 자동 개방되는 아크배리어와, 고정접점대 및 가동접점대를 구비하는 배선용 차단기에 있어서,

   상기 고정접점대는 상기 배기공이 형성된 지점의 케이스 내측면과 인접하는 형상을 이루도록 절곡 형성되고, 상기 고정접점대의 그 인접면에는 상기 배기공을 통한 아크가스의 배출과정에서의 간섭이 발생하지 않게 하여 아크가스의 배출을 원활히 하기 위한 절개공이 관통 형성되며, 아크 소호부와 인접한 고정접점대의 내측 표면상에는 초기 아크를 원활히 유도하기 위한 아크런너가 장착된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
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