KR100690148B1 - 회로차단기의 전자 트립장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자석의 흡인 동작으로 트립 크로스바를 구동할 때, 아마추어에 반력으로서 작용하는 부하 하중과 전자석의 흡인력 특성을 정합시키고, 소형, 소용량의 전자석을 유효하게 사용하여 안정된 트립 동작을 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며, 그것을 위한 수단으로서, 주회로의 과전류를 검출하여 회로차단기를 트립 동작시키는 전자 트립장치에서, 전자석 유닛(7)의 아마추어(14)에 마련된 조작 아암(4a)과 트립 크로스바(8)의 트립 아암(8a)을 대치시키고, 전자석의 흡인 동작시에 조작 아암이 트립 크로스바의 트립 아암을 누르고, 래치받이(9)를 석방하여 차단기를 트립 동작시키도록 한 것에 있어서, 전자석의 흡인 동작시에 있어서의 아마추어/접극자간의 공극(gap) 길이(g)의 변화에 맞추어 조작 아암/트립 아암간의 착력점을 P1으로부터 P2로 바꾸도록 하고, 흡인력이 작은 전반에서는 아마추어에 가해지는 부하 하중을 낮게 억제하고, 전자석의 흡인력이 증가하는 후반에서 착력점을 P2로 옮겨 트립 크로스바를 석방 위치로 구동한다.

고정 접촉자, 가동 접촉자, 접촉자 개폐기구, 트립 크로스바, 트립 아암

Description

회로차단기의 전자 트립장치{Electromagnetic tripping device for circuit breaker}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전자 트립장치의 구조 및 트립 동작의 설명도로서, (a) 내지 (d)는 그 트립 동작의 다른 상태를 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 전자 트립장치 및 종래의 전자 트립장치에 있어서의 전자석의 공극 길이와 아마추어의 부하 하중과의 관계를 전자석의 흡인력과 함께 나타낸 특성도.

도 3은 본 발명의 실시 대상이 되는 회로차단기의 구성 단면도.

도 4는 도 3에 있어서의 전자석 유닛의 조립 구조를 나타내는 분해 사시도.

도 5는 종래의 회로차단기에 채용되어 있는 전자 트립장치의 구조 및 트립 동작의 설명도로서, (a) 내지 (d)는 그 트립 동작의 다른 상태를 나타내는 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

3 : 고정 접촉자 4 : 가동 접촉자

5 : 접촉자 개폐기구 7 : 전자 트립장치의 전자석 유닛

8 : 트립 크로스바 8a : 트립 아암

8a-1 : 단차부 9 : 래치받이

11 : 전자석 코일 12a : 접극자

13 : 요크 14 : 아마추어

14a : 조작 아암 g : 공극 길이

P1, P2 : 착력점

본 발명은 오토 브레이커, 누전차단기 등을 대상으로 하는 회로차단기의 전자 트립장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

우선, 앞에서 기재한 오토 브레이커를 예로, 본 발명의 실시 대상이 되는 회로차단기의 구성을 도 3에 도시한다. 도면에 있어서, 부호 1은 차단기 케이스, 2는 전원측 단자, 3은 고정 접촉자, 4는 가동 접촉자. 5는 접촉자 개폐기구, 6은 개폐조작 핸들, 7은 과전류 트립장치의 전자석 유닛, 8은 전자석 유닛(7)과 연계되는 트립 크로스바, 9는 접촉자 개폐기구(4)와 트립 크로스바(8)와의 사이를 연계하는 래치받이, 10은 부하측 단자이며, 전자석 유닛(7)의 전자 코일이 부하측 단자(10)와 가동 접촉자(4)와의 사이에 장착되어 주 회로에 접속되어 있다.

또한, 상기 전자석 유닛(7)은 도 4에 도시한 바와 같이 전자석 코일(11)과, 접극자(12a)를 아래를 향해서 전자석 코일(11)에 삽입한 오일 대시포트(oil dashpot)식의 코일 철심(12)과, L자형 요크(13)와, 요크(13)의 하단에 요동이 자유 롭게 힌지 결합된 지점형의 아마추어(14)와 아마추어(14)의 후단으로부터 L자형으로 굴곡되어 요크(13)의 배후로 연장되는 조작 아암(14a)으로 이루어지고, 각 부품을 유닛 케이스(15)에 조립된 다음에, 도 3의 차단기 케이스(1)에 내장되어 있다.

이러한 회로차단기의 동작은 주지된 것이며, 도시한 온(ON) 상태에서는 주 회로전류가 전원측 단자(2)로부터 고정 접촉자(3), 가동 접촉자(4), 전자석 유닛(7)의 전자석 코일(11), 부하측 단자(10)를 거쳐 부하측으로 흐른다. 여기서, 조작 핸들(6)을 오프 위치로 기울이면, 개폐기구(5)가 가동 접촉자(4)를 오프 위치로 구동한다. 또한, 주회로에 과전류가 흐르면, 전자석 유닛(7)의 흡인 동작에 의해 아마추어(14)가 접극자(12a)에 흡인되고, 아마추어(14)에 마련된 조작 아암(14a)이 요동(搖動)하여 도 3에 도시한 트립 크로스바(8)의 트립 아암(8a)을 두드려 트립 크로스바(8)와 래치받이(9)와의 결합을 해제한다. 이로 인해, 접촉자 개폐기구(4)가 트립 동작하여 가동 접촉자(4)가 개방 분리되어 주 회로전류가 차단된다.

다음에, 상기한 전자석 유닛(7)의 흡인 동작시에 있어서의 아마추어(14)와 트립 크로스바(8)와의 연계 동작을 도 5(a) 내지 (d)에서 설명한다. 우선 도 5(a)는 회로차단기가 오프, 또는 주회로에 정격 전류가 통전하고 있는 정상 상태를 나타내고 있고, 전자석 유닛(7)의 아마추어(14)는 복귀 스프링(16)의 스프링력을 받아 접극자(12a)로부터 개방 분리(공극 길이(g))된 위치로 후퇴하고 있다. 또한, 이 정상 상태에서는 아마추어(14)의 후단으로부터 윗방향으로 늘어난 조작 아암(14a)과 대치하여 트립 크로스바(8)로부터 아래쪽으로 돌출된 트립 아암(8a)과의 사이가 이간되어 있고, 또한 래치받이(9)의 결합편(9a)은 트립 크로스바(8)의 손톱부(8b)에 닿아 이 위치에 지지되어 있다. 또한, 트립 크로스바(8)는 복귀 스프링(도시 생략)에 의해 도시된 대기 위치에 스프링 가세되고, 또한 래치받이(9)는 상단을 요동 지점으로 하여 반시계방향으로 스프링 가세되어 있다.

한편, 전자석 유닛(7)의 전자석 코일(11)에 과전류가 흐르면, 도 5(b), (c)에 나타낸 바와 같이 전자석의 흡인력에 의해 아마추어(14)가 접극자(12a)를 향해 흡인되고, 이 움직임에 따라 조작 아암(14a)이 힌지 점(O)을 지점으로 반시계방향으로 요동하여 그 아암 선단이 트립 크로스바(8)의 트립 아암(8a)에 부딛쳐,트립크로스바(8)를 시계방향으로 누른다. 또한. 조작 아암(14a)의 선단과 트립 아암(8a)이 맞닿는 착력점(힘의 작용점)을 P로서 나타낸다. 그리고, 도 5(c)의 상태를 거쳐 도 5(d)에 도시한 바와 같이 아마추어(14)가 접극자(12a)에 흡착된 상태가 되면, 래치받이(9)의 결합편(9a)과 트립 크로스바(8)의 손톱부(8b)와의 결합이 분리되고, 래치받이(9)는 가세 스프링에 의해 반시계방향으로 요동되어 접촉자 개폐기구(도 3 참조)의 래치를 석방한다. 그 결과, 개폐기구가 트립 동작하여 가동 접촉자(4)가 개극(開極)하여 주 회로전류를 차단한다.

그런데, 회로차단기의 소형화 및 소비전력의 저감화를 진행시킨 다음, 커다란 스페이스를 점유하는 전자석 유닛에 관해서 소형, 소용량의 전자석을 채용하면, 상기한 종래의 전자 트립장치 그대로는 다음과 같이 회로차단기의 트립 동작이 불안정하게 되는 문제가 발생한다.

즉, 발명자 등이 행한 실험 데이터를 기초로 한 도 2의 특성도에 있어서, A 는 정격 용량이 큰 전자석(330AT)에 200%의 과전류를 흘린 경우의 흡인력 특성, B는 정격 용량의 작은 전자석(200AT)에 200%의 전류를 흘린 경우의 흡인력 특성을 나타내고 있다. 또한, 전자석의 흡인력은 주지한 바와 같이 아마추어와 접극자 사이의 공극 길이(g)(도 5(a) 참조)의 2승에 반비례한다.

이에 대하여, 도 5의 전자 트립장치에서, 전자석 유닛(7)의 흡인 동작에 의해 트립 크로스바(8)를 대기 위치로부터 석방 위치를 향해 구동할 때, 스프링 가세되어 있는 래치받이(9), 트립 크로스바(8)로부터 트립 아암(8a) 및 해당 아암의 선단(착력점(P))에 당접하는 조작 아암(14a)을 통하여 아마추어(14)에 모멘트로서 작용하는 부하 하중(전자석의 자기 흡인력에 거역하여 아마추어를 접극자로부터 개방분리시키는 힘)은 C에서 나타낸 특성으로 된다. 또한, 이 예에서는, 아마추어의 복귀 스프링(16)(도 5 참조)이 부하 하중(5g)으로서 가해진다.

여기서, 전자석 유닛(7)으로서 정격 용량이 큰 전자석을 채용하면, 그 흡인력(특성 A)이 아마추어의 부하 하중(특성 C)보다 크기 때문에, 문제없이 트립 크로스바(8)를 석방 위치에 구동할 수 있다. 이에 대하여, 상기한 바와 같이 회로차단기의 소형화를 추진하기 위해 작은 정격 용량의 전자석을 사용하면, 그 흡인력 특성 B와 아마추어의 부하 하중 특성 C가 도면중에 사선으로 나타낸 부분(C1)(도 5(b)의 상태로 대응하고 있다)에서 크로스하고, 이 부분에서는 아마추어의 부하 하중이 전자석의 흡인력을 상회하게 된다. 그 때문에, 전자석의 아마추어가 이 위치에서 정지하여, 트립 크로스바의 트립 아암을 더 이상 밀어넣지 못하고, 회로차단기를 트립할 수 없게 되는 경우가 있다.

이와 같이, 종래 구조의 전자 트립장치 그대로는 그 전자석 유닛에 소형, 소용량의 전자석을 채용하여 회로차단기를 소형화하기 곤란하다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 전자석 유닛의 흡인 동작으로 트립 크로스바를 구동할 때, 전자석의 아마추어에 반력으로서 작용하는 하중(작업)을 분산하여 전자석의 흡인력 특성과의 정합화(整合化)를 도모하고, 정격 용량이 작은 전자석의 흡인력을 유효하게 살려 안정된 트립 동작이 행하여 질 수 있도록 개량한 회로차단기의 전자 트립장치를 제공하는 데 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면, 주회로의 과전류를 검출하여 작동하고, 트립 크로스바 및 래치받이(latch receiver)를 통하여 주 회로접점의 개폐기구를 트립 동작시키는 회로차단기의 전자(電磁) 트립장치로서, 과전류를 검출하여 흡인 동작하는 전자석(電磁石) 유닛의 지점형(rocker-type) 아마추어에 마련된 조작 아암과 트립 크로스바에 마련된 트립 아암을 대치시켜, 전자석 유닛의 동작시에 그 흡인력을 받아 아마추어와 함께 요동하는 상기 조작 아암이 트립 크로스바의 트립 아암을 누르고, 래치받이를 석방하여 개폐기구를 트립 동작시키도록 한 것에 있어서,

전자석 유닛의 흡인 동작시에 있어서의 아마추어와 접극자(接極子)와의 사이의 공극(gap) 길이의 변화에 맞추어 상기 조작 아암과 트립 아암과의 착력점(着 力点)을 조작 레버의 길이방향을 따라 단계적으로 바꾸도록 하고, 공극 길이가 큰 흡인 동작의 전반(前半)에서는 착력점을 조작 아암의 근원측에 설정하여 아마추어에 가해지는 하중을 낮게 억제하고, 공극 길이가 작아진 흡인 동작의 후반에서 착력점을 조작 아암의 선단측으로 옮겨 트립 크로스바의 트립 아암을 구동하도록 구성하는(청구항 1) 것으로 하고,

그 구체적인 형태로서, 전자석 유닛의 아마추어에 마련된 조작 아암과 트립 크로스바에 마련된 트립 아암이 서로 반대방향으로부터 연재되어 서로 대치하도록 배치되고, 또한 조작 아암을 직선 아암으로 한 상태에서, 트립 아암에는 그 길이방향에 따라 조작 아암과의 대향면에 스텝 형상으로 변화하는 단차부를 형성하는 것으로 한다(청구항 2).

상기의 구성에 의하면, 전자석 유닛의 흡인 동작으로 트립 크로스바를 석방 위치에 구동할 때, 그 전반(아마추어와 접극자와의 사이의 공극 길이가 크고 자기 흡인력이 작다)에서는, 트립 크로스바의 트립 아암과 조작 아암과의 작력점이 조작 아암의 근원측에 위치하고 있기 때문에, 트립 크로스바 측으로부터 전자석의 아마추어에 가해지는 모멘트 하중은 지레(lever principle)의 원리에 의해 낮은 값으로 억제된다. 따라서, 전자석이 비교적 흡인력이 작은 소용량이라도 아마추어는 도중에 정지하지 않고, 조작 아암을 통하여 트립 크로스바의 트립 아암을 석방 위치를 향해 누를 수 있다.

한편, 아마추어의 흡인 동작이 진행되어 상기 공극 길이가 감소되면, 아마추어에 배열된 조작 아암의 경사 각도가 변하여 트립 아암에 맞닿는 착력점이 조작 아암의 선단측으로 이동된다. 이 때문에 트립 크로스바 측으로부터 아마추어에 가해지는 모멘트 하중이 커지지만, 아마추어의 공극 길이가 작아지면 전자석의 흡인력도 증가하기 때문에, 문제없이 트립 크로스바를 최종 위치까지 구동할 수 있다.

즉, 전자석 유닛의 흡인 동작시에 있어서의 아마추어와 접극자와의 사이의 공극 길이의 변화에 맞추어 상기 조작 아암과 트립 아암과의 착력점을 조작 레버의 길이방향을 따라 단계적으로 바꾸도록 함으로써, 트립 크로스바를 대기 위치로부터 석방 위치까지 구동하는데 요하는 일(힘×거리)에 상응하는 아마추어의 하중을 전자석의 흡인력 특성에 정합시킬 수 있고, 이로 인해 소형, 소정격 용량의 전자석의 흡인력을 유효하게 살려 회로차단기를 트립 동작시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도 1, 도 2에 도시한 실시예에 의거하여 설명한다. 또한, 도 1에 있어서 도 5에 대응하는 동일 부재에는 같은 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

도 1에 도시한 실시예의 전자형 트립장치는, 도 5에 도시한 구조와 기본적으로 같지만, 트립 크로스바(8)로부터 아래쪽으로 연장하여 전자석 유닛(7)의 조작 아암(14a)의 측방으로 대치시킨 트립 아암(8a)이 다음에 기재한 형상으로 변경되어 있다. 또한, 도 1(a) 내지 (d)는 각각 도 5(a) 내지 (d)에 대응한 동작 상태를 나타내고 있다.

즉, 도시한 실시예의 트립 아암(8a)에서는, 그 아암 선단이 아래쪽으로부터 윗방향으로 기립하는 조작 아암(14a)에 대하여, 그 길이 보행(步行)의 중앙부와 마주보는 길이로 설정(도 5의 종래 구조에서는 트립 아암(8a) 선단과 조작 아암(14a)의 선단이 마주보고 있다)한 다음, 또한 조작 아암(14a)과의 대향면에는 길이방향을 따라 스텝 형상으로 변화되는 단차부(8a-1)가 형성되어 있다.

이러한 구성에 의한 트립 동작은 다음과 같이 행하여진다. 우선 도 1(a)은 정상 상태를 나타내고 있고, 도 5(a)와 같이 전자석 유닛(7)의 아마추어(14)는 접극자(12a)로부터 후퇴하고 있으며, 조작 아암(14a)은 오른쪽방향으로 경사된 자세로 트립 크로스바(8)의 트립 아암(8a)으로부터 이간된 위치에 정지하고 있다. 여기서, 주회로에 과전류가 흘러 전자석 유닛(7)이 흡인 동작을 시작하면, 조작 아암(14a)은 아마추어(14)의 힌지 결합부를 지점(O)으로 하고 반시계방향으로 요동하여. 도 1(b)의 위치에서 조작 아암(14a)의 중간부(복부)가 트립 아암(8a)의 선단에 맞부딪쳐 누른다. 이 상태에서는 조작 아암(14a)과 트립 아암(8a)과의 사이의 착력점이 P1으로 되고, 트립 크로스바(8)측으로부터 조작 아암(14a)을 통하여 아마추어(14)에 작용하는 모멘트 하중은, 착력점(P1)에 가해지는 힘(반력)과 조작 아암(14a)의 지점(O)으로부터 착력점(P1)까지의 거리의 곱이 된다.

한편, 전자석의 흡인 동작이 더욱 진행되어 아마추어(14)가 도 1(c)의 위치까지 흡인되어 조작 아암(14a)의 경사 각도가 변하면, 조작 아암(14a)과 트립 아암(8a)의 당접점이 상기한 단차부(8a-1)로 옮겨지고, 이에 따라 조작 아암(14a)과 트립 아암(8a) 과의 사이의 착력점이 P1부터 P2로 이동된다. 이 상태가 되면, 트립 크로스바(8)측으로부터 조작 아암(14a)을 통하여 아마추어(14)에 작용하는 모 멘트 하중은 착력점(P2)에 가해지는 힘과 아마추어(14)의 지점(O)으로부터 착력점(P2)까지의 거리의 곱으로 되고, 도 1(b)의 상태에 비하여 부하 하중이 증가하게 된다. 그리고, 도 1(d)과 같이 아마추어(14)가 접극자(12a)에 흡착되면, 도 5(d)의 경우와 같이 래치받이(9)의 결합편(9a)과 트립 크로스바(8)의 손톱부(8b)와의 결합이 분리되고, 래치받이(9)는 가세 스프링에 의해 반시계방향으로 요동하여 접촉자 개폐기구의 래치를 석방하고, 이로 인해 개폐 기구가 트립 동작하여 주 회로전류를 차단한다.

여기서, 상기의 트립 동작에 의한 아마추어(14)의 부하 하중을 도 2의 특성도상에 계획-하여 나타내면, 특성선 D와 같이 된다. 또한 특성선 D의 위에 나타낸 D1, D2점은 각각 도 1(b), (c)의 상태에 대응하고 있다. 이로서 알 수 있는 바와 같이, 아마추어의 접극자와의 사이의 공극 길이(g)에 대응하는 아마추어의 부하 하중은 도시한 바와 같이 스텝 형상으로 변화되게 되고, 공극 길이(g)가 큰 흡인 동작의 전반(착력점(P1))에서는 아마추어의 부하 하중이 작고, 공극 길이(g)가 감소된 흡인 동작의 후반(착력점(P2))이 되면 부하 하중이 증가하며, 이 스텝 형상의 하중 패턴하에서 전자석 유닛(7)의 흡인 동작에 의해 트립 크로스바(8)를 석방 위치에 구동한다. 게다가, 흡인 동작의 전반에서는 아마추어의 부하 하중을 낮게 억제함으로써, 정격 용량이 작은 전자석을 채용한 경우에도, 그 흡인력 특성(B선)과 부하 하중 특성(D선)이 도중에서 크로스되지 않고, 또한 흡인 동작의 후반에서는 부하 하중이 증가하지만, 전자석의 흡인력도 증가하기 때문에 트립 크로스바를 최종 위치까지 문제없이 구동할 수 있다.

또한, 본 발명은 도시한 실시예의 구조에 한정되는 것이 아니라, 도시한 실시예에서는 착력점(P1, P2)을 설정하는 스텝 형상의 단차부를 트립 아암(8a)에 형성하고 있지만, 이것을 조작 아암(14a)측에 형성할 수도 있다. 또한, 그 착력점의 설정 수는 전자석의 흡인력 특성의 커브에 맞추어 3점 이상으로 나누어 실시하여도 좋다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 과전류를 검출하여 흡인 동작하는 전자석 유닛의 지점형 아마추어에 마련된 조작 아암과 트립 크로스바의 트립 아암을 대치시키고, 전자석 유닛의 흡인 동작시에 상기 조작 아암이 트립 크로스바의 트립 아암을 눌러 개폐기구를 트립 동작시키도록 한 것에 있어서,

상기 전자석 유닛의 흡인 동작시에 있어서의 아마추어와 접극자와의 사이의 공극 길이의 변화에 맞추어 상기 조작 아암과 트립 아암과의 착력점을 조작 레버의 길이방향을 따라 단계적으로 바꾸도록 하고, 공극 길이가 큰 흡인 동작의 전반에서는 착력점을 조작 아암의 근원측에 설정하여 아마추어에 가해지는 하중을 낮게 억제하고, 공극 길이가 작아진 흡인 동작의 후반에서 착력점을 조작 아암의 선단측으로 옮겨 트립 크로스바의 트립 아암을 구동하도록 함으로써,

회로차단기의 트립 동작시에 트립 크로스바측으로부터 트립 아암, 조작 아암을 통하여 전자석의 아마추어에 작용하는 부하 하중의 패턴과 전자석 유닛의 흡인력 특성을 교묘하게 정합시키고, 전자석 유닛으로서 흡인력이 비교적 작은 소형, 소정격 용량의 전자석을 채용한 경우에도, 그 흡인력을 유효하게 살려서 회로차단기를 확실히 트립 동작시킬 수 있고, 이로 인해 회로 차단기에 탑재하는 전자 트립장치의 소형, 소용량화, 나아가서는 회로차단기의 소형, 에너지 절약화 추진에 기여할 수 있다.

Claims (2)

1. 주회로의 과전류를 검출하여 작동하고, 트립 크로스바 및 래치받이(latch receiver)를 통하여 주 회로접점의 개폐기구를 트립 동작시키는 회로차단기의 전자(電磁) 트립장치로서, 과전류를 검출하여 흡인 동작하는 전자석(電磁石) 유닛의 지점형(rocker-type) 아마추어에 마련된 조작 아암과 트립 크로스바에 마련된 트립 아암을 대치시켜, 전자석 유닛의 동작시에 그 흡인력을 받아 아마추어와 함께 요동하는 상기 조작 아암이 트립 크로스바의 트립 아암을 누르고, 래치받이를 석방하여 개폐기구를 트립 동작시키도록 한 회로 차단기의 전자 트립장치에 있어서,

   전자석 유닛의 아마추어에 마련된 조작 아암과 트립 크로스바에 마련된 트립 아암이 서로 반대방향으로부터 연재되어 서로 대치하도록 배치되고, 또한 조작 아암을 직선 아암으로 한 상태에서, 트립 아암에는 그 길이방향에 따라 조작 아암과의 대향면에 스텝 형상으로 변화하는 단차부를 형성하고, 공극 길이가 큰 흡인 동작의 전반(前半)에서는 착력점을 조작 아암의 근원측에 설정하여 아마추어에 가해지는 하중을 낮게 억제하고, 공극 길이가 작아진 흡인 동작의 후반에서 착력점을 조작 아암의 선단측으로 옮겨 트립 크로스바의 트립 아암을 구동하도록 한 것을 특징으로 하는 회로차단기의 전자 트립장치.
2. 삭제

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