KR100610952B1 - 순차 트립 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순차 트립 방식의 차단기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전원과 부하 사이에 개재되어 소정 규정치 이상의 과전류가 흐를 때 전류를 차단하는 차단기에 있어서, 전원 또는 부하에 전기적으로 연결되는 제1 고정전극; 제1 고정전극에 접촉되며 상기 과전류가 흐르면 제1 고정전극과의 계면반발력에 의해 개리되도록 설치되고 부하의 타방에 전기적으로 연결된 제1 가동전극; 전원의 일방에 전기적으로 연결되는 제2 고정전극; 제2 고정전극에 접촉되며 제1 가동전극의 개리동작에 의해 가동되어 제1 가동전극의 개리동작과 소정 시간간격을 두고 제2 고정전극과 개리되도록 설치되고 부하의 타방에 전기적으로 연결되는 제2 가동전극; 제2 고정전극 및 제2 가동전극을 잇는 통전 경로 상에 위치하되 전원의 일방과 제2 고정전극 사이에 개재되고 소정 시간간격동안 한류 작용을 하는 PTC 소자; 제1 가동전극을 제1 고정전극 쪽으로 가압하는 제1 탄성부재; 제2 가동전극을 제2 고정전극 쪽으로 가압하는 제2 탄성부재; 및 상기 제1 및 제2 탄성부재를 지지하며, 절연체로 이루어진 베이스;를 포함하는 순차 트립 차단기가 개시된다.

차단기, 순차 트립, PTC

Description

순차 트립 차단기{A circuit breaker adopting sequential trip type}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 차단기를 개략적으로 도시한 개념도.

도 2는 종래 기술에 따른 순차 트립 방식의 차단기를 개략적으로 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기를 도시한 절개 사시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기의 정상 통전 상태를 도시하는 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기의 제1 차단동작을 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기의 제2 차단동작을 나타내는 단면도.

도 7은 계면 반발력의 원리를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...제1 고정전극 120...제1 가동전극

130...제1 탄성부재 210...제2 고정전극

220...제2 가동전극 230...제2 탄성부재

300...PTC 소자 320...접촉전극

340...절연부재 400...베이스

본 발명은 차단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PTC 특성을 갖는 한류(限流)소자와 두 개의 스위치를 전기적으로 연결하여, 과전류를 차단하기 위한 순차 개폐동작을 하는 순차 트립 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 송, 배전 등 전력계통에 고장 및 사고가 발생하는 경우 정상적인 상시전류의 10배 이상이 되는 과전류가 흐를 수 있다. 이때 선로 및 선로에 설치된 전력기기를 보호하기 회로를 차단하는 장치를 차단기라 한다. 근래에 는 상기 차단기와 전류를 제한하는 한류소자를 전기적 및 기계적으로 연동시켜 사용하는 기술이 제안되고 있는 바 상기 한류소자에는 주로 PTC(Positive temperature coefficient)특성을 갖는 물질이 이용된다.

PTC 특성을 갖는 물질은 상온에서는 상대적으로 저항이 낮아 전류를 잘 통과시키지만 주위의 온도가 상승하거나 허용치 이상의 전류가 유입되어 자체적으로 발열될 경우 저항이 수백 배 혹은 그 이상으로 급격히 상승하게 되는 물질이다. 따라 서 PTC 특성을 갖는 물질을 이용하면 선로의 과전류를 제한할 수 있다.

상기 PTC 특성을 가진 물질을 차단기에 채택하는 경우, 한류 작용과 더불어 차단기가 제한된 과전류를 완전히 차단하게 된다. 그 후 전력계통의 과전류가 정상상태로 회복되게 되면 PTC 물질의 온도가 하강하여 냉각되고 이에 따라 저항값이 초기값으로 복귀된다. 이 때 차단기가 재투입되어 선로에는 통상의 부하전류가 흐르게 된다.

한편, 한류 소자와 차단기를 연동하여 이용하는 방식에는 미국특허 제2,639,357호에서 한류 소자와 차단기를 서로 병렬 연결하는 방식이 제안되었다. 그러나 상기와 같은 방식은 사고가 발생한 경우 과전류가 한류 소자 측으로 효과적으로 전환되지 않는 문제점이 있었다.

또한, 미국특허 제4,878,038호에서는 한류소자와 차단기를 직렬 연결하는 방식을 제안하였다. 그러나 이와 같은 방식은 평상시 선로와 직렬로 연결된 한류소자에 지속적인 줄열이 발생하여 전력손실을 초래하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 제5,629,658호에서는 복수개의 스위치와 한류소자가 병렬 및 직렬로 연계하여 동작하는 순차차단방식이 제안되었는바 도 1에는 이러한 순차차단방식의 차단기가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 제1 스위치(1)와 한류소자(3)는 병렬로 연결되어 있고, 제2 스위치(2)와 한류소자(3)는 직렬로 연결되어 있다. 평상시 부하전류는 상대적으로 저항값이 작은 제1 스위치(1)를 통하여 흐르는데 일반적으로 제1 스위치(1)는 저항값이 작으므로 줄열에 의한 전력손실과 같은 부작용이 없다.

선로에 사고가 발생하여 단락전류와 같은 사고 전류가 발생하면 제1 스위치(1)는 먼저 개리(開離)되고, 사고전류는 제2 스위치(2) 및 한류소자(3)를 통해 흐르게 된다. 사고 전류는 일반적으로 과전류이므로 한류소자의 온도를 상승시키고 한류소자의 저항값은 급격히 증가하여 과전류가 제한된다. 이와 더불어 사고전류에 의한 전자력으로 제2 스위치는 개리되고 전력계통에서 전류가 완전히 차단된다.

상기와 같은 순차차단방식의 차단기를 구현한 기술은 일본특허공개 평10 326554호에 개시되어 있다. 이를 도시한 도 2를 참조하면, 종래의 순차차단방식의 차단기는 선로의 전원 측에 직접 접속되고 제1 고정접점(11)과 PTC 소자(13)가 고정되어 있는 제2 고정접점(12)을 구비하는 고정아암(10)을 포함한다. 또한 종래의 차단기는 선로의 부하 측에 접속되고 제1 고정접점(11)과 접촉되는 제1 가동접점(21)과 제2 고정접점(12)에 접촉되는 제2 가동접점(22)을 구비하는 가동아암(20)을 포함한다. 가동아암(20)은 제1 가동접점(21)이 부착되며 탄성력을 갖는 제1 가동아암(20a)과 제2 가동접점(22)이 부착된 제2 가동아암(20b)으로 분할되어 있다.

평상시 제1 접점들(11, 21)과 제2 접점들(12, 22)은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 정상 상태의 전류가 흐를 경우 제1 접점들(11, 21) 사이의 저항값이 작으므로 대부분의 전류는 제1 접점들(11, 21) 및 제1 가동아암(20a)을 통해 흐른다. 이때 선로에 단락사고 등이 발생하여 과전류가 흐르는 경우 제1 고정접점(11)과 제1 가동접점(21) 사이에는 전자 반발력이 작용한다. 이 전자 반발력이 제1 가동아암(20a)의 탄성력보다 크다면 제1 가동아암(20a)은 상방향으로 이동하여 접촉이 끊어진다. 따라서 전류는 제2 고정접점(12) 및 제2 가동접점(22)을 통해 흐르고 PTC 소 자(13)는 과전류를 제한하게 된다. 그런 후 차단기에 별도로 마련된 개폐기구부(미도시)에 의하여 가동아암(20) 전체가 회동축(23)을 중심으로 움직이고 제2 고정접점(21)과 제2 가동접점(22) 사이에 흐르던 과전류는 완전히 차단된다.

그러나 종래의 차단기는 여러 문제점들이 있는 바 이를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 종래 차단기에 의하면 제1 접점들(11, 21)의 개리 및 제2 접점들(12, 22)의 개리 시 상당한 아크가 발생하는데 일반적으로 아크는 주위의 금속 및 비금속을 녹일 만큼 고온이다. 따라서 이 아크에 의해 특히 제2 접점을 구성하고 있는 PTC 소자가 용삭되거나 파손될 우려가 매우 크다.

둘째, 차단기의 사용이 지속적으로 이루어지면 접점들(11, 12, 21, 22)의 개폐작용이 반복되게 된다. 상기 반복적인 개폐작용 때문에 접점 재료에는 기계적인 강도가 요구되는데 제2 접점(12, 22)에 마련된 PTC 소자(13)는 강도가 떨어져 반복적인 개폐작용에 의해 변형 또는 파손이 되기 쉽다.

셋째, 종래 기술의 원리상 제2 접점들(12, 22)간의 접촉저항은 제1 접점들(11, 21)간의 접촉저항보다 상대적으로 커야 하는데, 제2 접점들(12, 22)간의 접촉저항이 너무 크면, 사고 등에 의한 과전류 시 제2 접점(12, 22)들로 과전류가 효과적으로 전환되지 않게 된다. 따라서 제2 접점들(12, 22)간의 접촉저항 값을 일정한 수준으로 감소시켜야 하는데, 종래 기술의 경우 제2 고정접점(12)에는 PTC 소자(13)가 설치되기 때문에 제2 가동접점(22)과의 접촉저항 값이 매우 클 우려가 있다.

넷째, 일반적으로 접점재료는 브레이징(brazing)을 이용해 부착하는데 PTC 소자는 브레이징을 이용한 접점부착이 곤란한 점이 있다.

다섯째, 종래의 기술은 탄성력을 가지는 제1 가동아암(20a)에 부착된 제1 가동접점(21)이 전자반발력에 의해 제1 고정접점(11)으로부터 먼저 개리되는 구조인데 일반적으로 금속의 탄성력은 매우 크므로 개리된 제1 가동아암(11)이 재빨리 재투입(재연결)되는 경우가 발생하여 사고전류를 충분히 제한시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 첫째 차단기의 작용시 발생하는 아크로 인하여 한류역할을 하는 PTC 소자의 용삭 및 파손을 줄이고, 한류소자의 기계적인 손상을 방지하며, PTC 소자로 인한 불필요한 접촉저항을 줄일 수 있는 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

둘째, 브레이징을 이용하지 않고 PTC 소자를 설치하는 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

셋째, 차단이 완결되기 전에 재투입되지 않을 정도의 탄성력만으로 제어되는 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차단기는, 전원과 부하 사이에 개재되어 소정 규정치 이상의 과전류가 흐를 때 전류를 차단하는 차단기에 있어서, 상기 전원 또는 부하의 어느 일방에 전기적으로 연결되는 제1 고정전극; 상기 제1 고정전극에 접촉되며, 상기 과전류가 흐르면 제1 고정전극과의 계면반발력에 의해 제1 고정전극과 개리되도록 설치되고, 상기 전원 또는 부하의 타방에 전기적으로 연결된 제1 가동전극; 상기 전원 또는 부하의 상기 일방에 전기적으로 연결되는 제2 고정전극; 상기 제2 고정전극에 접촉되며, 상기 제1 가동전극의 개리동작에 의해 가동되어 상기 제1 가동전극의 개리동작과 소정 시간간격을 두고 제2 고정전극과 개리되도록 설치되고, 상기 전원 또는 부하의 상기 타방에 전기적으로 연결되는 제2 가동전극; 상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극을 잇는 통전 경로 상에 위치하되, 상기 전원 또는 부하의 상기 일방과 제2 고정전극 사이에 개재되고, 상기 소정 시간간격동안 한류 작용을 하는 PTC 소자; 상기 제1 가동전극을 상기 제1 고정전극 쪽으로 가압하는 제1 탄성부재; 상기 제2 가동전극을 상기 제2 고정전극 쪽으로 가압하는 제2 탄성부재; 및 상기 제1 및 제2 탄성부재를 지지하며, 절연체로 이루어진 베이스;를 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 가동전극에는 걸림돌기가 구비되고, 상기 제2 가동전극에는 상기 걸림돌기에 상응하는 걸림턱이 구비되어, 상기 걸림돌기와 걸림턱이 상호 걸림으로써, 상기 제1 가동전극의 개리동작에 의해 상기 제2 가동전극이 가동되도록 한다.

본 발명에 따르면, 상기 PTC 소자는 상기 제1 고정전극과 제2 고정전극 사이에 개재될 수 있다.

바람직하게, 상기 PTC 소자의 양면에는 접촉전극이 부착되어 상기 제1 및 제2 고정전극에 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 제1 고정전극은 제2 고정전극 주변을 둘러싸도록 구성되고, 상기 제1 가동전극은 제2 가동전극 주변을 둘러싸도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 PTC 소자의 측면을 감싸고, 상기 제1 고정전극과 제1 가동전극의 접촉면 및 상기 제2 고정전극과 제2 가동전극의 접촉면으로부터 상기 PTC 소자를 격리시키는 절연부재 더 포함될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극은 원기둥 형태이고, 상기 제1 고정전극 및 제1 가동전극은 상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극을 수용하는 원통형으로 이루어질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기를 도시하는 절개 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차단기는 제1 차단동작을 위한 제1 고정전 극(110) 및 제1 가동전극(120), 한류작용을 위한 PTC 소자(300), 제2 차단동작을 위한 제2 고정전극(210) 및 제2 가동전극(220)을 포함하여, 순차 트립이 이루어진다.

제1 고정전극(110)은 일단이 전원(미도시) 측과 연결되어 전원으로부터 전류를 인가 받아 제1 가동전극(120)으로 전달한다.

제1 가동전극(120)은 타단이 부하(미도시) 측과 연결되어 제1 고정전극(110)으로부터 인가받은 전류를 부하 측에 전달한다. 제1 가동전극(120)은 제1 탄성부재(130)에 의해 제1 고정전극(110) 쪽으로 가압되어 제1 고정전극(110)과 접촉하도록 마련된다. 또한 제1 가동전극(120)은 제1 탄성부재(130)의 탄성력보다 큰 계면 반발력이 제1 가동전극(120)과 제1 고정전극(110)의 접촉점에서 발생하면, 제1 고정전극(110)으로부터 개리되어 이동될 수 있도록 설치된다.

또한 제1 가동전극(120)에는 별도의 개폐조작기구가 연결되어 상기 계면 반발력에 의해 초기 개리동작이 이루어진 후에 제1 가동전극(120)이 개리되는 방향으로 계속하여 가압된다.

상기 개폐조작기구를 개략적으로 설명하자면 과전류를 감지하는 센싱부 및 제1 가동전극(120)과 기계적으로 연결된 가동부를 구비할 수 있다. 상기 센싱부는 변류기(current transformer)를 이용하는 전자식 또는 전자석을 이용하는 기계식으로 구성될 수 있다. 상기 가동부는 스프링 등으로 가압된 래치구조로 이루어져 센싱부의 가동에 의해 래치구조가 해제되면서 제1 가동전극(120)을 가동시키게 된다. 비록 상기에서 개폐조작기구의 구체적인 구성이 개시되었으나 본 발명은 이에 한정 되지 않으며 본 발명의 목적을 달성하기 위한 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 채용될 수 있다.

바람직하게 제1 가동전극(120)의 측면에는 걸림돌기(121)가 구비되어 후술하는 바와 같이 순차적인 트립이 이루어지도록 한다.

제2 고정전극(210)은 전원 측으로부터 전류를 인가 받아 제2 가동전극(220)에 전달한다. 제2 고정전극(210)은 예컨데, 전원 측과 연결된 제1 고정전극(110)에 연결되어 제1 고정전극(110)을 거쳐 전류를 인가 받을 수 있다. 그러나 이러한 구성에 한하지 않고 제2 고정전극(210)이 직접 전원과 연결되어 전류를 직접 인가 받도록 구성될 수도 있다.

제2 가동전극(220)은 타단이 부하 측과 연결되어 제2 고정전극(210)으로부터 인가 받은 전류를 부하 측에 전달한다. 제2 가동전극(220)은 제2 탄성부재(230)에 의하여 제2 고정전극(210) 쪽으로 가압되어 제2 고정전극(210)과 접촉하도록 마련된다. 또한 제2 가동전극(220)은 제2 고정전극(210)으로부터 개리되어 제2 차단동작이 이루어질 수 있도록 설치된다.

바람직하게, 제2 가동전극(220)의 측면에는 제1 가동전극(120)의 걸림돌기(121)에 상응하는 형상의 걸림턱(221)을 구비한다. 상술한 바와 같이 제1 가동전극(120)이 제1 고정전극(110)으로부터 개리되면서 이동하면, 제1 가동전극(120)의 걸림돌기(121)는 제2 가동전극의 걸림턱(221) 걸리고 제1 가동전극(120)의 이동으로 제2 가동전극(220)도 가동된다. 따라서 제2 가동전극(220)은 제2 탄성부재(230)의 탄성력을 이기면서 제2 고정전극(210)으로부터 개리되어 제2 차단동작이 이루어진 다. 이로써 제1 및 제2 차단 동작이 일정한 시간간격을 두고 이루어지는 순차 트립이 가능하다.

상기 제1 차단동작을 위한 제1 고정전극(110) 및 제1 가동전극(120)은 상기 제2 차단동작을 위한 제2 고정전극(210) 및 제2 가동전극(220)의 주변을 둘러싸도록 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 제1 고정전극(110) 및 제1 가동전극(120)은 중공이 형성된 원통형태로 구성되어 원기둥 형태로 구성된 제2 고정전극(210) 및 제2 가동전극(220)을 각각 둘러싸도록 마련될 수 있다. 또한 걸림돌기(121) 및 걸림턱(221)은 제1 가동전극(120) 및 제2 가동전극(220)의 형태에 따라 역시 원형으로 구성되어 상호 걸리는 영역을 보다 넓게 확보할 수 있고, 이에 따라 상호 걸림 작용이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 차단기는 한류 작용을 하는 PTC 소자(300)를 포함한다. PTC 소자(300)는 제2 고정전극(210) 및 제2 가동전극(220)을 잇는 경로 상에 마련된다. 이는 상기 제1 차단동작이 이루어진 후에 제2 고정전극(210) 및 제2 가동전극(220)을 잇는 경로로 전류가 흐를 때, PTC 소자(300)가 전류를 한류하게 하기 위함이다.

바람직하게, PTC 소자(300)는 전원 측과 제2 고정전극(210) 사이에 개재된다. 즉, 제2 고정전극(210)과 제2 가동전극(220)의 접촉부위에 PTC 소자(300)를 마련하는 것이 아니라, 전원 측으로부터 인가된 전류가 제2 고정전극(210)에 유입되기 전에 PTC 소자(300)를 통과하게 하는 것이다.

이로써 제2 가동전극(220)이 개리 되면서 발생하는 아크로 인해 PTC 소자(300)가 손상되는 것을 방지하고, 반복적인 개리작용으로 PTC 소자(300)가 기계적 으로 마모되는 것을 방지한다. 또한 제2 고정전극(210)과 제2 가동전극(220) 사이의 접촉점에 PTC 소자로 인하여 불필요한 접촉저항이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 제1 전극들(110, 120) 사이의 개리 동작 후 제2 전극들(210, 220) 사이의 접촉저항이 너무 커서 사고전류가 제2 전극들(210, 220) 측으로 제대로 전환되지 않는 경우를 방지한다.

더욱 바람직하게, 제1 고정전극(110)은 전원에 직접 연결되고, PTC 소자(300)는 제1 고정전극(110)과 제2 고정전극(210) 사이에 개재되도록 설치될 수 있다. 이 때 PTC 소자(300)의 상하 양면에는 접촉전극(320, 330)이 부착되어 제1 고정전극(110) 및 제2 고정전극(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, PTC 소자(300)를 브레이징 방식을 이용하여 전극에 부착하기 곤란한 점을 해결하고, 보다 효과적인 통전이 가능하게 한다.

한편 PTC 소자(300)의 측면은 절연부재(340)로 감싸여지는 것이 바람직하다. PTC 소자(300)의 한류 작용시 PTC 소자(300)의 상 하면에 마련된 양 접촉전극(320, 330)과 PTC 소자(300)의 계면 사이에는 순간적인 아크가 발생하게 된다. 상기 아크를 억제하지 못하면 PTC 소자(300)를 건너뛰어 양 접촉전극(320, 330)사이에 섬락(flashover)이 일어날 수 있다. 이 때 절연부재(340)는 접촉전극(320, 330) 사이에 절연거리를 확보하여 접촉전극(320, 330)간 섬락을 방지한다.

바람직하게, 절연부재(340)는 제1 전극들(110, 120) 간의 접촉지점 및 제2 전극들(210, 220) 간의 접촉지점까지 연장되어 형성될 수 있다. 이로써 절연부재(340)는 제1 전극들(110, 120)간 및 제2 전극들(210, 220)간의 개리 시 발생하는 아크로부터 PTC 소자(300)를 보호할 수 있다.

본 발명에 따른 차단기는, 제1 가동전극(120)을 제1 고정전극(110) 쪽으로 가압하는 제1 탄성부재(130) 및 제2 가동전극(220)을 제2 고정전극(210) 쪽으로 가압하는 제2 탄성부재(230)를 포함한다.

본 발명에 따른 차단기에 상시전류가 흐를 때에는 제1 가동전극(120)이 제1 탄성부재(130)의 탄성력에 의해 제1 고정전극(110)에 접촉하다가, 과전류로 인해 제1 전극들(120, 130) 사이의 계면 반발력이 발생하는 경우 제1 가동전극(120)이 상기 탄성력을 이기면서 개리되고, 이 개리동작 이후에는 별도로 마련된 개폐조작기구에 의해 개리되는 동작이 지속된다. 따라서 제1 탄성부재(130)는 상기 계면 반발력 및 개폐동작기구의 가압력보다 작은 탄성력을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 제1 차단동작이 일어나는 소정 과전류 이하의 전류가 흐르는 경우에 계면 반발력으로 인하여 제1 가동전극(120)의 개리가 일어나지 않도록, 제1 탄성부재(130)의 탄성력은 상기 과전류보다 작은 전류로 인한 계면 반발력보다는 크도록 설계됨이 바람직하다.

제2 가동전극(220)은 제2 탄성부재(230)의 탄성력에 의하여 제2 고정전극(210)에 접촉하고 있다가, 제1 가동전극(120)이 개리되는 동작에 의하여 제2 탄성부재(230)의 탄성력을 이기면서 개리된다. 따라서 제2 탄성부재(230)는 제1 가동전극(120)이 계면 반발력 및 개폐조작기구의 가압력에 의해 제1 탄성부재(130)의 탄성력을 이기면서 개리될 때 제2 가동전극(220)에 가하는 가압력보다 작은 탄성력을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 차단기는 제1 탄성부재(130) 및 제2 탄성부재(230)를 지지하는 베이스(400)를 포함한다. 베이스(400)는 제1 및 제2 가동전극(120, 220)에 가압력을 제공하는 제1 및 제2 탄성부재(130, 230)를 지지하는 역할 뿐 아니라 차단기의 외형을 구성하는 케이싱의 역할을 담당할 수 있다.

바람직하게 베이스(400)는 제2 가동전극(220)을 감싸고 있는 제1 가동전극(120) 또는 제2 고정전극(210)을 감싸고 있는 제1 고정전극(110)을 감싸도록 연장 형성될 수 있다.

베이스(400)는 절연물로 구성되는 것이 바람직한 바 이는 차단기 자체에서 누전이 발생하지 않게 하기 위함이다. 상기 절연물은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등 일반적으로 사용되는 절연성을 가진 물질이 채택될 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 차단기의 작동에 대해 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기가 동작하는 모습을 도시하는 단면도이다.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 차단기의 정상 통전 상태를 설명한다. 제1 가동전극(120)은 베이스(400)에 설치되어 지지되는 제1 탄성부재(130)에 의해 제1 고정전극(110) 측으로 가압되어, 제1 고정전극(110)과 제1 가동전극(120)은 상호 접촉하고 있다(이하 제1 통전 경로라 한다). 또한 제2 가동전극(220)은 역시 베이스(400)에 설치되어 지지되는 제2 탄성부재(230)에 의해 제2 고정전극(210) 측으로 가압되어 제2 고정전극(210)과 제2 가동전극(220)은 상호 접촉된 상태를 유지한다(이하 제2 통전 경로라 한다).

전원 측으로부터 인가된 전류는 제1 고정전극(110)측으로 유입된다. 상술한 바와 같이 제2 고정전극(210)과 제2 가동전극(220)을 잇는 제2 통전 경로에는 PTC 소자(300)가 배치되는데, PTC 소자(300)는 초기 저항값을 가지므로 정상적인 수치의 전류가 흐르는 평상시에는 대부분의 전류가 제1 통전 경로를 통해 흐른다. 이때 제2 통전 경로에는 상대적으로 미세한 전류만이 흐르므로 한류 소자의 발열로 인한 전력 손실을 최소화 할 수 있다.

상기와 같은 상태에서 단락 등의 사고로 과전류가 흐르게 되면 제1 고정전극(110)과 제1 가동전극(120)의 계면에서는 반발력이 발생한다. 예를 들어, 상기 계면에서는 접촉반발력 및 전자반발력이 일어난다. 도 7을 참조하면, 전극 사이의 계면은 탄성부재에 의해 적당한 접압력으로 전기적 접속이 되어 있는 상태인데, 실제로는 전극 표면의 미세한 요철에 의해 일부에서만 전기적인 접촉이 이루어진다. 이를 접촉점(70)이라 하는데 접촉점(70)에서의 전류 흐름은 도 7의 화살표와 같다. 여기서 일부 영역(71)을 살펴보면 전류의 방향은 대략 반대가 되고 반대 방향으로 흐르는 전류 흐름간에는 척력이 발생하여 계면 사이에 반발력이 발생하는 것이다.

상기와 같이 과전류로 인해 계면에서 반발력이 발생하면, 도 5와 같이 제1 가동전극(120)이 제1 고정전극(110)으로부터 신속하게 개리된다. 즉 정상 상태에는 제1 탄성부재(130)의 가압력 때문에 움직이지 않는 제1 가동전극(120)이 계면 반발력으로 인해 제1 탄성부재(130)의 탄성력을 이기고 제1 가동전극(120)은 제1 고정전극(110)으로부터 밀려나게 된다. 이때 별도로 마련된 개폐조작기구는 과전류를 감지하고 작동한다. 즉, 제1 가동전극(120)을 개리되는 방향으로 가압하여 개리동 작이 지속적으로 이루어지게 한다. 이로써 제1 통전 경로가 차단되어 제1 차단동작이 이루어진다.

이 때 제1 차단동작이 일어날 정도의 과전류보다 작은 전류가 흐르는 경우에도 계면 반발력이 일어날 수 있다. 그러나 제1 탄성부재(130)의 탄성력이 상기 과전류보다 작은 전류로 인한 계면 반발력보다 더 크게 설계되어 이때는 제1 가동전극(120)이 제1 고정전극(110)으로부터 개리되지 않도록 조절된다.

상기 제1 차단동작이 일어나면 제1 통전 경로를 통해 흐르던 대부분의 과전류는 제2 통전 경로로 흐르게된다. 이때 제2 통전 경로 상에 존재하는 PTC 소자(300)에는 상기 과전류가 흐르게 되고 점점 발열하게 된다. PTC 소자(300)의 온도가 임계온도를 넘어서면 PTC 소자(300)의 저항값은 급격히 증가하여 과전류를 제한하는 한류 작용을 하게 된다.

상기와 같은 한류 작용이 이루어지는 동안 제1 가동전극(120)은 개폐조작기구의 가압력에 의하여 계속 개리되는 방향으로 이동하고 제1 가동전극(120)의 걸림돌기(121)는 제2 가동전극(220)의 걸림턱(221)에 걸리게 된다. 그러면 제2 가동전극(220)이 제1 가동전극(120)의 개리가 진행되는 방향으로 가동되어 제2 고정전극(210)으로부터 개리된다. 이로써, 제2 차단 작용이 일어나면서 과전류가 전력계통에서 완전히 차단된다.

비록 상기 구체적인 실시예에서 제1 및 제2 고정전극(110, 210)은 전원에 연결되고 제1 및 제2 가동전극(120, 220)은 부하에 연결되는 것으로 설명하였으나, 제1 및 제2 고정전극(110, 210)은 부하에 연결되고 제1 및 제2 가동전극(120, 220) 은 전원에 연결되도록 하는 구성이 가능함은 물론이다.

또한 상기 실시예에서 제1 전극들(110, 120)은 원통형으로 제2 전극들(210, 220)은 원기둥 형태로 구성되는 것으로 설명되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 단면이 사각형 등의 다각형으로 다양하게 변형하여 채용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기는 첫째, 차단기의 작용시 발생하는 아크로 인하여 PTC 소자가 용삭 및 파손되는 것을 줄이고, PTC 소자의 기계적인 손상을 방지할 수 있어 PTC 소자의 수명을 연장할 수 있다. 또한 전극의 접촉점에 PTC 소자로 인한 불필요한 접촉저항이 생기지 않아 제1 차단동작 후에 과전류가 제2 통전 경로로 신속하게 전환될 수 있다.

둘째, 접촉전극을 이용하여 PTC 소자를 설치하여 보다 효과적인 통전을 기대할 수 있다.

셋째, 탄성력을 가지는 전극재료로 차단이 이루어지는 것이 아니라 별도의 탄성부재를 사용하기에 차단이 완결되기 전에 차단기가 재투입되지 않을 정도의 탄성력만을 차단기에 제공할 수 있어 사고전류가 전력계통에 다시 통전되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 전원과 부하 사이에 개재되어 소정 규정치 이상의 과전류가 흐를 때 전류를 차단하는 차단기에 있어서,

   상기 전원 또는 부하의 어느 일방에 전기적으로 연결되는 제1 고정전극;

   상기 제1 고정전극에 접촉되며, 상기 과전류가 흐르면 제1 고정전극과의 계면반발력에 의해 제1 고정전극과 개리되도록 설치되고, 상기 전원 또는 부하의 타방에 전기적으로 연결된 제1 가동전극;

   상기 전원 또는 부하의 상기 일방에 전기적으로 연결되는 제2 고정전극;

   상기 제2 고정전극에 접촉되며, 상기 제1 가동전극의 개리동작에 의해 가동되어 상기 제1 가동전극의 개리동작과 소정 시간간격을 두고 제2 고정전극과 개리되도록 설치되고, 상기 전원 또는 부하의 상기 타방에 전기적으로 연결되는 제2 가동전극;

   상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극을 잇는 통전 경로 상에 위치하되, 상기 전원 또는 부하의 상기 일방과 제2 고정전극 사이에 개재되고, 상기 소정 시간간격동안 한류 작용을 하는 PTC 소자;

   상기 제1 가동전극을 상기 제1 고정전극 쪽으로 가압하는 제1 탄성부재;

   상기 제2 가동전극을 상기 제2 고정전극 쪽으로 가압하는 제2 탄성부재; 및

   상기 제1 및 제2 탄성부재를 지지하며, 절연체로 이루어진 베이스;를 포함하는 순차 트립 차단기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 가동전극에는 걸림돌기가 구비되고,

   상기 제2 가동전극에는 상기 걸림돌기에 상응하는 걸림턱이 구비되어,

   상기 걸림돌기와 걸림턱이 상호 걸림으로써, 상기 제1 가동전극의 개리동작에 의해 상기 제2 가동전극이 가동되는 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 PTC 소자는 상기 제1 고정전극과 제2 고정전극 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 PTC 소자의 양면에는 접촉전극이 부착되어 상기 제1 및 제2 고정전극에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.
5. 제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 고정전극은 제2 고정전극 주변을 둘러싸도록 구성되고

   상기 제1 가동전극은 제2 가동전극 주변을 둘러싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 PTC 소자의 측면을 감싸고,

   상기 제1 고정전극과 제1 가동전극의 접촉면 및 상기 제2 고정전극과 제2 가동전극의 접촉면으로부터 상기 PTC 소자를 격리시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극은 원기둥 형태이고,

   상기 제1 고정전극 및 제1 가동전극은 상기 제2 고정전극 및 제2 가동전극을 수용하는 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 순차 트립 차단기.

Images