KR100609417B1 - 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치 - Google Patents

회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치에 관한 것으로, 단락 사고전류 차단시 한류 동작의 효율을 극대화 함으로써 동일한 체적의 차단기로 최대의 차단 성능을 확보할 수 있는 장점이 있으며, 이를 위해 본 발명에 의해 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치는 각각 전원측 또는 부하측에 접속되는 절곡된 형상을 갖는 적어도 2개의 한류형 고정 접촉자; 상기 고정 접촉자에 각각 대응되게 구성되고 하나의 회전축에 동축으로 접속되는 다수의 제 1 가동접촉자 쌍과 제 2 가동접촉자;를 구비하며, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자는 상기 고정 접촉자에 각각 접촉 또는 상기 고정 접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능하며, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자를 동시 회전가능하게 지지하고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 길이방향으로 개구되어 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 전자반반력에 의한 회동을 허용하기 위한 개구부를 가지는 전기적 절연물로 된 축을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치{ARC DIVIDING APPARATUS FOR CIRCUIT BREAKER}
도 1은 종래 기술에 따른 회로차단기의 내부 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 쌍방향 한류 방식의 가동 접촉자 어셈블리의 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치를 나타낸 입체 사시도
도 4는 도 3의 가동접촉자(80)의 동작 방향을 나타낸 입체 사시도
도 5a 및 도 5b는 도 3의 가동접촉자(80)의 개리점과 대응하는 소호장치(70)의 구성을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치를 나타낸 입체 사시도
도 7은 도 6의 가동접촉자(80)의 동작 방향을 나타낸 입체 사시도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
21 : 절연물의 축 70 : 소호장치
80, 82 : 가동 접촉자 80a, 80b : 제1 가동 접촉자 쌍 80c : 제2 가동접촉자
본 발명은 차단성능을 향상시키기 위한 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크(ARC) 분류(DIVIDING) 장치에 관한 것으로, 특히 단락전류의 차단시 한류동작의 효율을 극대화 함으로써 동일한 체적의 차단기로 최대의 차단 성능을 확보한 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 회로차단기의 내부 구성도이다.
상기 회로차단기는 외함(1)의 상부에 커버(2)가 결합되고, 상기 외함(1)의 일측에는 타단에 고정접점(3a)이 부착된 제 1 고정접점대(3)의 일단이 고정되며, 상기 외함(1)의 타측에는 타단에 고정접점(6a)이 부착된 제 2 고정접점대(6)의 일단이 고정되며, 일측 및 타측에 가동접점(8a)(8b)이 부착된 가동접촉자(80)가 절연물로 된 축(11)에 고정된 핀(9)을 중심으로 토션 스프링(도 2의 10)에 의해 상기 제 1 고정접점대(3)의 고정접점(3a)과 상기 제 2 고정접점대(6)의 고정접점(6a)에 상기 가동접점(8a)(8b)이 접촉 또는 분리되도록 구성된다. 또한, 상기 외함(1)의 내부에는 개폐기구부(4), 이상전류감지부(5), 소호장치(7)를 포함하여 구성하고 있다.
여기서, 상기 제 1 고정접점대(3)는 전원측 단자이고, 상기 제 2 고정접점대(6)는 부하측 단자이다.
도 2는 종래 기술에 따른 쌍방향 한류 방식의 가동 접촉자 어셈블리의 구성 도이다.
종래의 쌍방향 한류 방식의 차단기에 있어서 가동 접촉자 어셈블리는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가동접촉자(8)와, 상기 가동접촉자(8)를 회전가능하게 지지하는 전기적 절연물, 예컨대 합성 수지재로 된 축(11)과, 축(11)에 상기 가동접촉자(8)와 동축으로 지지되어 상기 가동접촉자(8)에 상기 고정 접촉자에 접촉하는 방향으로 접촉압력을 행사하는 토션 스프링(10)과, 상기 가동접촉자(8)와 상기 토션스프링(10)을 축(11)의 회전지점과 동일한 축이 되도록 축(11)에 고정하는 핀(9)으로 구성된다.
종래 기술에 있어서, 상기 가동접촉자(8)는 상기 토션스프링(10)에 의해 축(11)에 고정되고 개폐기구부(4)의 개폐 동작에 의해 상기 축(11)이 회전하면 상별로 다수개가 설치된 상기 가동접촉자(8)가 동시에 회전하여 상기 제 1 및 제 2 고정접촉자(3)(6)와 접촉 또는 개리하여 통전과 개로를 행한다.
단락전류등 큰 사고 전류가 유입되면 개폐기구부(4)의 기계적 동작 속도로는 전로를 충분히 짧은 시간내 개로할 수 없으므로 이때 개폐기구부(4)의 개로 동작전에 대전류에 의한 상기 고정 접촉자와 가동 접촉자(8)간 전자반발력으로 상기 가동접촉자(8)가 상기 토션스프링(10)의 탄성력에 의한 접압력을 이기고 축(11)의 회전과 무관하게 개로되는 방향으로 회전하여 전로를 열고 (이를 소위 한류동작이라 부름) 후속 동작으로 개폐기구부(4)의 동작에 의해 축(11)이 개로방향으로 회전하여 사고를 차단하게 된다.
이때, 단일 개로점 ｛가동접점과 고정접점이 각각 하나로서 이들의 접촉위치 (접촉점)이자 동시에 분리위치(개로점), 실질적으로는 고정접점 위치가 하나인 것을 의미｝및 단일 개로점의 부근에 소호장치(7)를 배치한 그이전의 차단기에 비교하여 쌍방향 한류 방식이 갖는 이득은 상기 가동접촉자(8)가 회전중심으로부터 양방향으로 회전동작히기 때문에 이론적으로 동일한 시간내 차단시 확보할 수 있는 개리거리를 2배로 얻을 수 있다.
이는 사고전류 차단시 사고전류가 최고점에 도달하는 시간보다 빠른 시간내 차단 동작으로 사고 전류를 제한하는 한류동작의 과정에서 단일 개로점을 갖는 차단기의 기계적인 한계 속도를 돌파하여 2배의 속도가 되는것과 같은 효과를 얻어 이전보다 더 큰 차단성능을 얻는 것을 의미한다. 또한 사고전류 차단시 발생 아크가 2곳에서 분산 발생하므로, 아크전류를 1/2로 분류할 수 있다는 효과가 있다.
그러나, 상기 구성을 갖는 종래의 회로차단기는 차단 성능을 높이는 것에는 효과가 있으나 단일 도체의 중심에 회전 지점을 두고 양방향에서 상기 양 고정 접촉자와 전기적 접촉을 하도록 구성되어 있어 상기 양 고정 접촉자와의 접촉거리간 불일치등으로 인한 접촉 신뢰성의 저하 우려가 있다.
상기 양 고정 접촉자와의 접촉거리간 불일치 및 가동 접촉자(8)의 양 접점중 어느 한 접점의 편소모를 고려하여 접촉 거리에 여유를 부여하는 방안이 모색되었으나, 이 방안도 여유를 가지는 쪽의 오버트래블(overtravel)(접점이 소모되어도 가동접촉자가 고정 접촉자 방향으로 스프링력에 의해 수mm정도 더 회전할 수 있도록 고려된 여유거리)의 거리만큼 반대쪽 가동 접점은 접촉력이 약화되는 장애가 되므로 실질적으로 완벽한 접촉력의 밸런스(balance)를 득하는 것은 현실적으로 불가 능하다.
또한, 3상 4선식의 회로구성에서와 같이 전기적 안전상 중성극(접지용 전극)용 가동 접촉자를 별도로 구성하는 경우, 중성극의 가동 접촉자는 다른 극(상)의 가동 접촉자 보다 고정 접촉자와의 접촉시는 더욱빠르게 고정 접촉자로부터 분리될 때는 다른 극의 가동 접촉자 보다 느리게 분리되는 속입 지절의 특성을 갖도록 동일 회전축에 대해서 다른 극의 가동 접촉자와 다른 설치각도를 갖게 중성극용 가동 접촉자를 설치하는 구성을 취한다. 그러나 동일 회전축에 대해서 다른 극의 가동 접촉자와 다른 설치각도를 갖도록 중성극용 가동 접촉자를 설치하면서 중성극용 가동 접촉자를 다른 가동 접촉자와 동일하게 쌍 접점형으로 구성하는 경우, 중성극의 가동 접촉자로 인해 다른 극의 가동 접촉자는 고정 접촉자와의 접촉이 불가능해지며, 따라서 중성극용 가동 접촉자는 일 단부측에만 접점을 설치하고 다른 단부측에는 가요성 도체를 접속하는 별도의 구성으로 제작해야 한다. 이러한 구성의 가동 접촉자는 본원의 출원인이 2001년 출원하여 등록한 특허원 2001-0019912(발명의 명칭: 회로차단기의 중성극 개폐장치)로 제안된 바 있으므로 상세한 사항은 이를 참조할 수 있다.
따라서, 속입지절을 포기하고 3상(3극) 접점의 동시동작을 보장할 수 있는 회로 차단기를 제작한다고 한다면, 이론적으로는 동시동작이 가능하나 부품 편차나 조립 공정 등에서 발생할 수 있는 불량에 대비해 매우 엄밀한 품질 관리 시스템이 그 제조사(공장)에 필요하게 된다. 또한 중성극 가동 접촉자를 속입 지절의 특성을 갖도록 구성한다면, 중성극용 가동 접촉자는 상기와 같이 다른 극용 가동 접촉자와 다른 별도의 구성, 예컨대 쌍접점이 아닌 단접점의 구조를 채택하여야만 한다.
이때 실질적인 사고 조건에서 중성극의 사고 전류는 다른 극들보다 매우 낮은 수준이기 때문에 중성극이 쌍접점 방식이 아니더라도 사고보호에는 문제가 없으나 설계비용 및 구조는 모든 극의 가동 접촉자가 동일하게 쌍접점으로 구성되는 경우 보다 상당히 복잡해지므로 재료비 및 생산비용의 부담은 높아진다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 3개 이상의 개리점(접촉점)을 갖는 가동 접촉자를 구성함으로써 회로 차단 성능과 아크의 분류성능을 높일 수 있는 회로차단기의 쌍방향 한류형 ARC 분류 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 중성극 가동 접촉자를 다른 극의 가동 접촉자와 동일한 쌍접점형으로 구성하여도 중성극 외 다른 극 접점 개폐에 악영향이 없는 동시에 중성극 가동 접촉자의 속입지절 특성을 구현할 수 있는 회로차단기의 쌍방향 한류형 ARC 분류 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 아크 소호 그리드의 구조를 개선하여 아크 소호 특성을 더욱 향상 시킬 수 있는 회로차단기의 쌍방향 한류형 ARC 분류 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치는,
각각 전원측 또는 부하측에 접속되는 절곡된 형상을 갖는 적어도 2개의 한류형 고정 접촉자;
상기 고정 접촉자에 각각 대응되게 구성되고 하나의 회전축에 동축으로 접속되는 다수의 제 1 가동접촉자 쌍과 제 2 가동접촉자;를 구비하며,
상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자는 상기 고정 접촉자에 각각 접촉 또는 상기 고정 접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능하며,
상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자를 동시 회전가능하게 지지하고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 길이방향으로 개구되어 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 전자반반력에 의한 회동을 허용하기 위한 개구부를 가지는 전기적 절연물로 된 축을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍 각각의 회동을 허용하고 상기 제 1 가동 접촉자 쌍 각각으로부터 발생되는 아크를 유도하기 위한 한 쌍의 요홈부와, 상기 제 2 가동 접촉자의 회동을 허용하고 상기 제 2 가동 접촉자로부터 발생되는 아크를 유도하기 위한 하나의 요홈부를 갖는 다수의 아크 그리드를 다수 적층 설치하여 구성되고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자에 각각 대향하게 설치되는 아크 소호장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 회로차단기의 회로차단기의 쌍방향의 한류형 아크 분류 장치를 나타낸 입체 사시도이고, 도 4는 도 3의 가동접촉자(80)의 동작 방향을 나타낸 입체 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 3의 가동접촉자(80)의 개리점과 대응하는 소호장치(70)의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 회로차단기의 쌍방향의 한류형 아크 분류 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 전원측 또는 부하측에 접속되는 절곡된 형상을 갖는 적어도 2개의 한류형 고정 접촉자(도 1의 부호 3 및 6 참조)와; 상기 고정 접촉자에 각각 대응하게 마련되고 하나의 회전축에 동축으로 접속되는 한쌍의 제 1 가동접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동접촉자(80a), 여기서 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)는 상기 고정 접촉자에 각각 접촉 또는 상기 고정 접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능하며; 다수의 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)를 동시 회전가능하게 지지하고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)의 길이방향으로 개구되어 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)의 전자반반력에 의한 회동을 허용하기 위한 개구부(21a)를 가지는 전기적 절연물로 된 축을 포함하여 구성된다.
또한, 중성 극용 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)의 상기 회전축에의 설치각도를 다른 극용 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가 동 접촉자(80a)의 상기 회전축에의 설치각도와 다르게 하여도 상기 고정 접촉자와의 접촉 또는 분리동작에 방해됨이 없도록, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)는 각각 별체로 분리되어 있다.
본 발명의 회로차단기의 쌍방향의 한류형 아크 분류 장치는 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c) 각각의 회동을 허용하고 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c) 각각으로부터 발생되는 아크를 유도하기 위한 한 쌍의 요홈부(70a)(70b)와, 제 2 가동 접촉자(80a)의 회동을 허용하고 제 2 가동 접촉자(80a)로부터 발생되는 아크를 유도하기 위한 하나의 요홈부(70c)를 갖는 다수의 아크 그리드(70)를 다수 적층설치하여 구성되고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)에 각각 대향하게 설치되는 아크 소호장치를 추가적으로 포함하여 구성된다.
상기 가동접촉자(80)는 상기 토션 스프링에 의해 상기 절연물로 된 축(21)에 탄성지지되고 개폐기구부의 개폐 동작에 의해 상기 축(21)이 회전하면 상기 축(21)에 의해 지지된 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)가 동시에 회전하여 상기 고정접촉자(도 1의 3 및 6)와 접촉 또는 개리하여 통전과 개로를 행한다.
단락 전류등 큰 사고 전류가 유입되면 기구부의 기계적 동작 속도로는 전로를 충분히 짧은 시간내 개로할 수 없다. 이때 기구부가 개로 동작전에 전자 반발력으로 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 제 2 가동 접촉자(80a)가 토션스프링의 탄성력에 의한 구속력을 이기고 상기 축(21)의 회전과 무관하게 개로되는 방향으로 회전하여 전로를 열고 후속 동작으로 기구부의 해지에 의해 상기 축(21)이 개로 방향으로 회전하여 사고전류를 차단하게 된다.
이때, 상기 3개 이상의 가동접촉자(80)는 전자반발력에 의해 개별적으로 동시 동작하므로 동일한 동작 시간내 단일 접촉자에 비해 접촉자의 수량 배수 만큼의 개리 거리를 확보하게 되고 아크(ARC) 소호가 그만큼 빨라져서 사고 차단시 발생하는 아크(ARC) 에너지가 경감되므로 그만큼 큰 에너지의 사고차단도 가능하다.
또한 본 발명에 있어서의 소호장치(70)는 상기 가동접촉자(80)의 수량 만큼의 개극점(전기적 접촉이 해소되고 접점간에 멀어지는 방향으로의 분리가 일어나는 점; 도 5a 및 도 5b의 80a,80b,80c)이 발생하고 개극점마다 분할된 만큼의 아크(ARC)가 발생함에 따라 분할된 아크(ARC)를 소호키 위해 상기 소호장치(70)에도 개극점과 1대1 대응이 되는 냉각집중 요홈부(소호점; 도 5a 및 도 5b의 70a,70b,70c)를 설치하여야 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회로차단기의 습동 쌍방향 한류형 아크 분류 구조를 나타낸 입체 사시도이고, 도 7은 도 6의 가동접촉자(80)의 동작 방향을 나타낸 입체 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에서는 상기 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 개리점을 갖는 분할된 가동접촉자(82)의 동작 방향이 상기 도 3 및 도 4에 도시된 가동접촉자(80)의 동작 방향과 반대로 동작하도록 구성되어 있다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 구조에 의하면, 3개이상의 개리점을 가는 차단기가 가지는 접촉 신뢰성의 문제를 해소하고 3개이상의 다점 개리를 구현할 수 방안을 제시하여 차단 성능의 한계를 돌파할 수 있어 점차 증대되고 있는 전력수요용량에 적절한 구조를 갖는 차단기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치에 있어서,
    각각 전원측 또는 부하측에 접속되는 절곡된 형상을 갖는 적어도 2개의 한류형 고정 접촉자;
    상기 고정 접촉자에 각각 대응되게 구성되고 하나의 회전축에 동축으로 접속되는 다수의 제 1 가동접촉자 쌍과 제 2 가동접촉자;를 구비하며,
    상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자는 상기 고정 접촉자에 각각 접촉 또는 상기 고정 접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능하며,
    상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자를 동시 회전가능하게 지지하고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 길이방향으로 개구되어 상기 제 1 가동 접촉자 쌍과 상기 제 2 가동 접촉자의 전자반반력에 의한 회동을 허용하기 위한 개구부를 가지는 전기적 절연물로 된 축을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c) 각각의 회동을 허용하고 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c) 각각에서 발생되는 아크를 유도하기 위한 한 쌍의 요홈부(70a)(70b)와, 상기 제 2 가동 접촉자(80a)의 회동을 허용하고 상기 제 2 가동 접촉자(80a)로부터 발생되는 아크를 유도하기 위한 하나의 요홈부(70c)를 갖는 다수의 아크 그리드(70)를 다수 적층 설치하여 구성되고, 상기 제 1 가동 접촉자 쌍(80b)(80c)과 상기 제 2 가동 접촉자(80a)에 각각 대향하게 설치되는 아크 소호장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회로차단기의 쌍방향 한류형 아크 분류 장치.
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WO2022181985A1 (ko) * 2021-02-26 2022-09-01 엘에스일렉트릭 (주) 부하 개폐기

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