KR100748788B1 - 쐐기 삽입형 전류 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류 차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위치의 가동에 의해 쐐기를 이동시킬 수 있는 간단한 구조의 쐐기 삽입형 전류 차단기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기는 고정접점 및 가동접점을 구비하는 스위치; 상기 가동접점에 부착되며, 전류의 흐름에 대응하여 상기 스위치를 개폐시키는 가동도체; 상기 고정접점에 부착되며, 유입되는 전류를 상기 가동접점 측으로 유도하는 고정도체; 상기 가동접점과 고정접점 사이의 공극에 형성되는 전류 전송로를 차단하는 절연체를 구비하는 쐐기; 및 상기 가동도체에 연결되며, 상기 가동도체의 작동에 대응하여 상기 쐐기를 상기 가동접점과 고정접점 사이에 삽입시키는 쐐기구동수단;을 포함한다. 본 발명의 전류 차단기에 따르면, 캠 형상의 쐐기구동수단을 통해 간단한 구조로 쐐기를 제어할 수 있고, 쐐기구동수단이 가동도체와 동시에 구동됨으로써, 사고전류 발생에 신속하게 대응할 수 있다.

차단기, 삽입형, 쐐기, 스위치, 접점, 캠, 사고전류, 이상전류

Description

쐐기 삽입형 전류 차단기{Current limiting circuit breaker with insertable insulating object}

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 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기를 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기를 나타내는 측 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기에 구비되는 쐐기의 사시도 이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기에 구비되는 쐐기구동수단의 사시도 이다.

도 5a 내지 도 5d는 발명의 바람직한 실시예에 따른 쐐기 삽입형 전류 차단기의 작동을 순차적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

110...차단기 120...가동접점

125...고정접점 135...고정도체

155...가동도체 190...제 1접점

191...쐐기 11...고정도체

12...고정접점 13...가동도체

14...가동접점 20...쐐기

21...절연체 22...고정부재

30...쐐기구동수단 31...하우징

32...체결부재 33...탄성부재

본 발명은 전류 차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위치의 가동에 의해 쐐기를 이동시킬 수 있는 간단한 구조의 쐐기 삽입형 전류 차단기에 관한 것이다.

송배전 계통 등의 전력계통에서 단락전류와 같은 사고전류로부터 선로 및 선로에 설치된 전력기기를 보호하기 위해 차단기가 널리 사용되고 있다.

종래의 차단기는 선로에 직렬로 연결되어 선택적 개폐 동작이 가능한, 고정접점과 가동접점으로 이루어진 스위치, 선로의 사고전류를 차단하는 과정에서 스위치로부터 발생되는 아크를 소호하는 소호 그리드, 및 사고전류를 검지하여 가동접점을 각운동(angular motion)시킴으로써 스위치를 트립하는 가동접점 회동수단을 포함한다. 이러한 종래의 차단기에 있어서, 상기 고정접점과 가동접점은 평상시 가동접점 회동수단에 의해 가해지는 일정한 힘에 의해 서로 접촉된 상태를 유지하며, 사고 전류가 유입되면, 고정접점과 가동접점 사이에서 발생되는 전자반발력으로 인해 가동접점이 고정접점으로부터 재빨리 이격된다. 이격된 고정접점 및 가동접점 사이에서는 아크가 발생되며, 발생된 아크는 주위의 소호 그리드 쪽으로 구동되어 소호 처리된다.

그런데, 아크유도방식에 의해 사고전류를 차단하는 경우 소호 그리드가 반드시 필요하여 차단기 제조 비용이 증가하고, 소호 그리드가 상당한 공간을 점유하므로 차단기의 크기를 소형화 하는데 한계가 있다. 따라서, 접점 사이에 쐐기를 삽입하여 접점 사이에서 발생하는 아크를 차단하는 방식이 미국 특허 제 6437960에서 제안되었다.

도 1을 참조하여 쐐기를 이용하여 아크를 차단하는 차단기(이하, 쐐기형 차단기)를 살펴보면, 쐐기형 차단기는 가동도체(155), 가동접점(120), 고정도체(135) 및 고정접점(125)를 구비하며, 고정접점(125)으로부터 가동접점(120)이 off됨에 따라 발생하는 아크를 차단하기 위한 수단으로 쐐기(191) 및 제 2접점(190)을 구비한다.

전류 전송로 상에 정상전류가 유입될 경우, 전류는 고정도체(135)/ 고정접점(125)/ 가동접점(120)/ 가동도체(155)를 통해 흐른다. 그러나 이상전류가 유입될 경우, 고정접점(125)으로부터 가동접점(120)이 전자 반발력에 의해 이격되며, 이상전류를 감지하여 쐐기(191)를 구동하는 쐐기구동수단(미 도시)이 쐐기(191)를 고정 접점(125)과 가동접점(120) 사이에 삽입시킨다. 그 결과, 쐐기(191)에 연결되는 제 2접점(190)은 가동접점(120)에서 발생하는 아크를 억제하게 된다.

그러나 쐐기형 차단기의 경우 쐐기(191)의 구동을 위한 쐐기구동수단을 추가로 구성하여야 하므로 차단기의 구조가 복잡해지고, 사고전류를 쐐기구동수단을 이용하여 별도로 감지해야 하므로 차단기에 유입되는 사고전류의 차단시간이 지연될 수 있다는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 스위치에 구비되는 접점 사이에 신속하게 쐐기를 삽입할 수 있고, 간단한 구조로 쐐기를 제어할 수 있는 전류 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전류 차단기는 고정접점 및 가동접점을 구비하는 스위치; 상기 가동접점에 부착되며, 전류의 흐름에 대응하여 상기 스위치를 개폐시키는 가동도체; 상기 고정접점에 부착되며, 유입되는 전류를 상기 가동접점 측으로 유도하는 고정도체; 상기 가동접점과 고정접점 사이의 공극에 형성되는 전류 전송로를 차단하는 절연체를 구비하는 쐐기; 및 상기 가동도체에 연결되며, 상기 가동도체의 작동에 대응하여 상기 쐐기를 상기 가동접점과 고정접점 사이에 삽입시키는 쐐기구동수단;을 포함한다.

바람직하게, 상기 쐐기는 상기 절연체의 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입되는 면을 제외한 외주면을 따라 구비되는 고정부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 쐐기는 쐐기구동수단과 접하는 면이 곡면인 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 쐐기구동수단은 상기 가동도체의 구동에 따라 상기 쐐기를 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입하는 하우징; 및 상기 쐐기구동수단을 상기 가동도체에 부착하여 고정할 수 있는 체결수단;을 포함할 수 있다.

상기 하우징은 상기 쐐기와 접하는 면이 상기 쐐기가 구비되는 방향을 향하여 소정의 각을 유지하는 경사면인 것이 바람직하다.

한편, 상기 쐐기구동수단은 상기 가동접점의 열림으로 인하여 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입된 상기 쐐기를 상기 가동접점이 닫힘에 따라 삽입 전의 위치로 복구 시키기 위한 탄성부재;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 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 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 차단기의 측 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전류 차단기는 고정접점(12), 가동접점 (14), 고정접점(12)에 부착되는 고정도체(11), 가동접점(14)에 연결되는 가동도체(13), 선로로부터 이상 전류 유입시 상기 가동접점(14)과 고정접점(12) 사이의 공극에 삽입되는 쐐기(20) 및 가동도체(13)에 연결되어 쐐기(20)를 구동시키는 쐐기구동수단(30)을 구비한다.

고정도체(11)는 전원 측과 전기적으로 연결되어 전원 측에서 공급되는 전류를 고정접점(12) 측으로 전송한다. 따라서, 고정도체(11)는 예컨대, 구리, 황동과 같은 재질의 전도체로 구성된다.

가동도체(13)는 선로의 부하 측과 전기적으로 연결되어 가동접점(14)을 통해 유입되는 전류를 부하 측에 전송한다. 따라서, 가동도체(13)도 실질적으로 고정도체(11)와 동일한 재질로 구성된다.

고정도체(11)에 연결되는 고정접점(12)과 가동도체(13)에 연결되는 가동접점(14)은 하나의 스위치로 작용하며, 상기 스위치의 작동에 따라 고정접점(12)과 가동접점(14) 사이에 아크가 발생할 수 있다. 따라서, 고정접점(12) 및 가동접점(14)은 AgCd0, AgC, AgWC와 같은 내 아크 특성이 우수한 판형의 금속 절편으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 가동도체(13)는 가동접점(14)을 off방향(A) 또는 투입방향(B)으로 구동시켜 상기 스위치를 개폐한다. 바람직하게, 가동도체(13)는 회전 메카니즘에 의하여 구동된다. 이를 위하여 가동도체(13)는 가동도체 회동수단(미 도시)과 결합되어 회전될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 가동도체 회동수단은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려진 MCCB(Molded Case Circuit Breaker)에 채용되는 가동도체 회동수단을 그대로 채용가능하다. 가동도체 회동수단은 차단기의 투입 상태에서 스위치에 접압력을 인가하며 미리 정해진 소정의 레벨 이상의 사고전류가 감지되면 사고 전류를 차단하기 위하여 가동도체에 회전력을 인가한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차단기에 구비된 쐐기(20)의 사시도 이다.

도면을 참조하면, 쐐기(20)는 고정도체(11), 고정접점(12), 가동도체(13) 및 가동도체(13)의 고정으로 인해 형성되는 내부공간에 마련되며, 고정접점(12)과 가동접점(14) 사이의 공극에 아크 발생으로 인하여 형성되는 전류 전송로를 차단하기 위하여 절연체(21)를 구비한다.

바람직하게, 쐐기(20)는 절연체(21)를 고정하고 쐐기(20) 자체의 슬라이딩을 원활하게 하기 위하여 고정접점(12)과 가동접점(14) 사이의 공극에 삽입되는 면을 제외한 절연체(21)의 외주면이 삽입되어 고정되는 고정부재(22)를 더 구비한다.

비록, 본 실시예에 의하여 도시된 도면에는 절연체(21)가 사각형의 형상으로 구성되고, 사각형의 3면을 고정부재(22)로 고정하는 것을 예시 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 절연체(21)의 형상은 다양하게 변형할 수 있고, 고정부재(22)는 고정접점(12)과 가동접점(14) 사이에 절연체(21)가 삽입될 수 있도록 일부가 개방된 형상이면 어떠한 것이라도 채용 가능하다.

또한, 쐐기구동수단(30)의 회동으로 인하여 발생하는 힘을 유연하게 고정부재(22)로 전달하기 위하여, 고정부재(22)는 쐐기구동수단(30)과 접하는 면이 곡면처리되는 것이 바람직하다.

쐐기구동수단(30)은 가동도체(13)의 구동에 따라 상기 쐐기를 가동접점(14)과 고정접점(12) 사이에 삽입하는 하우징(31) 및 하우징(31)을 가동도체(13)에 부착하여 고정할 수 있는 체결수단(32)을 포함한다.

하우징(31)은 상기 쐐기(20)와 접하는 면이 쐐기(20)가 구비되는 방향을 향하여 소정의 각을 유지하는 경사면(S)인 것이 바람직하다. 하우징(31)의 쐐기(20)와 접하는 면이 경사면(S)으로 구비됨에 따라, 가동도체(13)가 off방향(A)으로 회동하면서 하우징(31)에 전달되는 힘을 하우징(31)의 경사면(S)과 쐐기(20)의 접촉을 통해 쐐기(20)로 전달하고, 쐐기(20)는 전달받은 힘을 통해 좌측방향으로 이동된다.

체결수단(32)은 도 4에 도시된 바와 같이 홀이 형성된 체결부(320)에 볼트(321), 너트(322)와 같은 체결부재를 포함한다. 본 발명에서 체결수단(32)을 홀이 형성된 체결부(320)에 볼트(321)를 끼우고, 상기 볼트(321)에 너트(322)를 체결하는 것을 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 쐐기구동수단(30)은 가동도체(13)가 투입방향(B)으로 이동함에 따라 쐐기(20)를 원위치로 복구 시키기 위한 탄성부재(33)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 탄성부재(33)의 양단은 쐐기(20)와 하우징(31)에 각각 연결되며, 탄성부재(33)의 탄성인력은 회전에 의하여 쐐기(20)에 전달되는 힘보다 상대적으로 적게 유지된다. 따라서, 가동도체(13)가 투입방향(B)으로 회동하면, 탄성부재(33)의 인력으로 인해 쐐기(20)는 원위치로 복구될 수 있다.

이하 첨부된 도 5a 내지 5d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전류 차단 기의 동작을 설명한다. 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 차단기가 투입된 상태에서 가동도체 회동수단(미 도시)에 의해 가동도체(13)에 소정의 힘이 가해져 스위치를 누르게 된다. 이러한 상태에서, 차단기가 투입된 선로에 정상적인 부하전류가 흐르게 되면, 스위치의 접점 간에 전자 반발력이 발생되지만, 상기 전자 반발력은 상기 가동도체 회동수단이 인가하는 힘보다 상대적으로 작다. 따라서, 상기 스위치는 닫힌상태(ON)를 유지하고, 가동도체(13)도 회동하지 않는다.

그러나 차단기가 설치된 선로에 사고가 발생하여 사고 전류가 흐르게 되면, 전자 반발력의 크기는 전류의 제곱에 비례하여 증가한다. 이때, 전자 반발력의 크기가 상기 가동도체 회동수단이 인가하는 힘보다 상대적으로 커지게 되어 스위치는 열린상태(OFF)가 되고, 가동도체(13)는 off방향(A)으로 회동하게 된다(도 5b참조).

가동도체(13)가 off방향(A)으로 회동하게 되면, 가동도체에 부착된 쐐기구동수단(30)이 동시에 회동하게 되고, 하우징(31)의 경사면(S)이 쐐기(20)와 접하는 면을 통해 쐐기구동수단(30)의 회전력을 쐐기(20)로 전달하게 된다. 따라서, 쐐기(20)는 고정접점(12)과 가동접점(14) 사이의 공간으로 이동한다(도 5c 또는 도 5b참조). 이때, 탄성부재(33)의 장력은 쐐기구동수단(30)의 회전력보다 상대적으로 작게 설계되어, 쐐기구동수단(30)의 운동에 영향을 주지않는다.

위와 같이 사고전류의 발생시 가동접점(12)과 고정접점(14) 사이의 공극에 쐐기(20)가 삽입되면 가동접점(12)과 고정접점(14) 사이에서 발생하는 아크 전류의 전송로를 곧 바로 차단할 수 있다. 따라서, 보다 신뢰성 있는 사고전류 차단이 가능하게 된다.

이상에서 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.

본 발명의 전류 차단기에 따르면, 캠형상의 쐐기구동수단을 통해 간단한 구조로 쐐기를 제어할 수 있다. 또한, 힘의 충격을 적게 받는 캠형상의 쐐기구동수단을 통해 쐐기 및 쐐기구동수단의 수명을 오래 유지할 수 있다. 나아가, 쐐기구동수단이 가동도체와 동시에 구동됨으로써, 사고전류 발생에 신속하게 대응할 수 있다.

Claims (6)

1. 고정접점 및 가동접점을 구비하는 스위치;

   상기 가동접점에 부착되며, 전류의 흐름에 대응하여 상기 스위치를 개폐시키는 가동도체;

   상기 고정접점에 부착되며, 유입되는 전류를 상기 가동접점 측으로 유도하는 고정도체;

   상기 가동접점과 고정접점 사이의 공극에 형성되는 전류 전송로를 차단하는 절연체를 구비하는 쐐기; 및

   상기 가동도체에 연결되며, 상기 가동도체의 스위치 개방 작동에 대응하여 상기 쐐기를 상기 가동접점과 고정접점 사이에 삽입시키는 쐐기구동수단;을 포함하는 전류 차단기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 쐐기는

   상기 절연체의 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입되는 면을 제외한 외주면이 삽입되어 고정되는 고정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 쐐기는 쐐기구동수단과 접하는 면이 곡면인 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 쐐기구동수단은

   상기 가동도체의 구동에 따라 상기 쐐기를 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입하는 하우징; 및

   상기 쐐기구동수단을 상기 가동도체에 부착하여 고정할 수 있는 체결수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 하우징은

   상기 쐐기와 접하는 면이 상기 쐐기가 구비되는 방향을 향하여 소정의 각을 유지하는 경사면인 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
6. 제 1항, 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쐐기구동수단은

   상기 가동접점의 열림으로 인하여 상기 가동접점 또는 고정접점 사이에 삽입된 상기 쐐기를 상기 가동접점이 닫힘에 따라 삽입 전의 위치로 복구시키기 위한 탄성부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.

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