KR100872512B1 - 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부에 관한 것으로서, 영구자석의 반발력과 복귀스프링의 탄성력에 의해 접점부의 개폐동작이 이루어지는 트립부를 제공하며, 전류의 개폐동작에서 발생하는 아크를 신속히 소호할 수 있도록 기밀상태의 트립부 하우징 내부에는 수소와 질소의 혼합가스가 충진된 직류 고전압 차단기의 트립부를 제공하는 것이다.

직류 고전압 차단기, 트립부, 영구자석, 수소, 질소

Description

자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부 {Trip apparatus using magnet repulsion force for DC high voltage auto breaker}

본 발명은 직류 고전압 차단기의 트립부에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 영구자석의 반발력과 복귀스프링의 탄성력에 의해 접점부의 개폐동작이 이루어지고, 전류의 개폐동작에서 발생하는 아크를 신속히 소호할 수 있도록 구성된 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부에 관한 것이다.

일반적으로 회로 차단기는 부하측 선단에 위치하여 유입전력이 특정의 한계를 초월하는 경우에 상기 과전력의 유입을 차단함으로써 후단의 특정 회로를 과전력으로부터 보호하는 것이다.

이러한 회로 차단기는 차단대상의 전력에 따라 직류용 및 교류용 등으로 나누어지고, 아크의 소호 방식에 따라 기체식, 액체식, 진공식 등으로 대별될 수 있으며, 고전압 또는 고전류에 중점을 두고 제작되는 경우 등 다양하게 구분된다.

일반적으로 직류전원 차단기는 DC 250V이하의 저전압 및 저전류를 차단하는 데 주로 이용되는 것이었다.

또한, 종래의 직류전원 차단기는, 저전압을 차단하는 과정에서 발생하는 아크량이 적기 때문에 차단속도 및 아크의 소호방식에 있어 크게 고려하지 않아도 되었으며, 이를 고전압에 적용하고자 하면 그 구성적 특징상 부피가 너무 커지는 문제점이 있었다.

그러나, 최근에는 신재생 에너지 사용의 증가로 태양광 발전 시스템 또는 풍력 발전 시스템, 그리고 하이브리드 자동차 및 각종 전기자동차와 같은 고전압의 직류전원을 사용하게 되는 장치가 늘어나면서 보다 안전성과 신뢰성을 겸비한 고전압 직류전원 차단기의 필요성이 증가하였으며, 또한, 이와 같은 고전압 직류전원 차단기는 가정용 및 산업용, 그리고 전기 자동차와 같은 이동체에서 사용하기 위해서는 소형화가 요구되었다.

소형이면서 빠른 차단동작을 갖추고, 안전을 위해 아크를 짧은 시간에 소호하는 기능을 갖춘 직류 고전압 차단기 및 그 내부에서 차단동작을 수행하는 트립부의 구성은 고전압 직류전원 장치의 증가와 함께 절실히 요구되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자석의 반발력을 이용해 구동되는 직류 고전압 차단기의 트립부를 제공하고자 함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 트립부의 가동접점부 및 고정접점부가 기밀상태의 하우징 내부에 형성되고, 기밀상태의 트립부 하우징에는 내부에는 아크를 신속히 소호할 수 있도록 수소와 질소의 혼합가스가 충진되도록 함에 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 직류 고전압 차단기의 트립부에 있어서, 상기 트립부는 두 개의 영구자석에 대한 동극 반발력으로 가동접점을 고정접점측으로 이동시켜 접점의 연결상태를 형성하고, 어느 하나의 영구자석이 이격될 경우 탄성수단에 의해 가동접점이 원 위치로 복귀되어 접점이 차단되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제1영구자석을 포함하는 동작전달부와; 베이스 및 덮개부가 기밀 접합됨으로 기밀상태의 공간부를 형성하는 제1하우징 및 상기 베이스에 관통 결합되는 제1전극부를 포함하는 고정접점부와; 제1하우징 내측에 또 다른 공간을 형성하는 것으로, 덮개부의 내측 상단에 연결되는 제2하우징과, 제2하우징의 내측에 수용되며 제1영구자석의 동극 반발력으로 이동하는 제2영구자석과, 제2영구자석 하 단에 연결되되 전극이 제2하우징을 관통하도록 형성된 제2전극부와, 제2영구자석과 제2하우징 사이에 위치하여 제2영구자석을 원위치로 복귀시키는 탄성수단을 포함하는 가동접점부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 기밀상태의 제1하우징 내부에는 수소 및 질소의 혼합가스가 충진되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 고정접점에 해당하는 제1전극부 및 가동접점에 해당하는 제2전극부는 다수개가 동시에 적용되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 베이스 소정의 위치에는 흡배기관이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 제1영구자석에는 회동축이 관통 연결되고, 상기 제1영구자석의 일측 단부에는 개폐기구부의 구동바가 연결되는 것으로, 구동바의 움직임에 따라 제1영구자석은 회동축을 중심으로 회동 동작하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 제1하우징 외부에는 아크소호용 영구자석이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부에 의하면, 기밀상태의 트립부 하우징 내부에 접점부가 형성되므로 산화되지 않으며, 수소와 질소의 혼합가스가 기밀상태의 트립부 하우징 내부에 충진되므로 아크를 신속히 소호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기밀상태의 트립부 하우징 내부에서 접점 과정이 일어나며, 그 동작은 하우징 외부에서 제어할 수 있으므로, 고전압 장치의 구성에 용이하게 적용할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구성에 따른 생산원가를 줄일 수 있으며, 제품의 소형화가 가능하여 각종 고전압 장치에 폭 넓게 적용할 수 있는 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 자석의 반발력을 이용한 트립부가 적용된 직류 고전압 차단기의 내부 정면도이며, 도 2는 자석의 반발력을 이용한 트립부가 적용된 직류 고전압 차단기의 내부 사시도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부를 도시한 사용상태 사시도로서, 도 3은 트립부의 전원 연결 상태에 대한 내부 사시도이며, 도 4는 트립부의 전원 차단 상태에 대한 내부 사시도이다.

도 5 및 도 6은 트립부의 접점 온-오프 동작에 따른 사용상태 단면도로서, 도 5는 트립부의 전원 연결 상태에 대한 내부 단면도이며, 도 6은 트립부의 전원 연결 상태에 대한 내부 단면도이다.

도 7 및 도 8은 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부에 대한 동작 개념도로서, 도 7은 트립부의 전원 연결 상태에 대한 동작 개념도이며, 도 8은 트립부의 전원 차단 상태에 대한 동작 개념도이다.

직류 고전압 차단기(1)의 구성은, 인위적으로 고정접점 및 가동접점을 온-오프시키기 위한 스위치(S)와, 전원측 및 부하측을 연결하는 다수의 단자(T1, T2)가 본체 외부에 돌출 형성되며, 본체 내부에는 전원의 차단 및 연결에 있어 트립부(20)측에 물리적인 작동력을 제공하는 개폐기구부(10) 및 고정접점 및 가동접점을 온-오프시키는 트립부(20)를 포함하여 구성된다.

개폐기구부(10)는 온도변화에 따라 만곡되는 바이메탈(11) 또는 스위치(S)로부터 기구적인 연결 구성에 의해 동작하는 것으로, 바이메탈(11)과 이격된 위치에는 트립래버(Trip Lever)(12)가 형성된다.

즉, 스위치(S)를 이용해 접점을 닫은 상태에서 과전류발생시 바이메탈(11)의 만곡으로 트립래버(12)를 작동시키면 구동바(16)가 이동하여 트립부(20)의 접점이 열리는 것으로, 순간적인 대 전류가 흐르면 전자코일부(13)의 가동철심(14)이 동작하여 바이메탈(11)의 만곡과 함께 트립래버(12)를 밀어 작동되는 것이다.

상기에서 기구적인 연결 구성의 개폐기구부(10) 종단에는 트립부(20)를 동작시키기 위해 물리적인 힘을 인가하는 구동바(16)가 형성되는 것으로, 이는 전원의 차단 여부에 따라 트립부(20)를 향해 직선 방향의 움직임을 제공하는 것이다.

이와 같은 개폐기구부(10)의 구성은 이미 공지 공용된 기구적인 연결구성이 적용되는 것으로, 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

트립부(20)는 전원측과 부하측을 잇는 전류의 통로를 차단시키는 것으로, 동작전달부(300)와, 고정접점부(400) 및 가동접점부(500)를 포함하여 구성된다.

동작전달부(300)는 전원의 차단여부에 따라 가동접점부(500) 측에 작동력을 인가하는 것으로, 제1영구자석(310)을 포함하여 구성되며, 상기의 제1영구자석(310)은 개폐기구부(10)의 구동바(16)에 의해 그 위치가 이동 동작하는 것이다.

바람직하게, 상기의 제1영구자석(310)은 상부에 회동축(311)이 관통 연결되고 하부에는 구동바(16)의 단부가 연결된 것으로, 구동바(16)가 직선방향으로 왕복동작시 회동축(311)을 중심으로 제1영구자석(310)의 하부측이 회동 동작하는 것을 특징으로 한다.

고정접점부(400)는 전극이 전원측 또는 부하측 중 어느 하나의 전원라인과 연결된 것으로, 움직이지 않는 고정된 접점을 제공한다.

상기의 고정접점부(400)는 제1전극(411) 및 제1전극지지대(412)로 이루어진 제1전극부(410)와, 베이스(421) 및 덮개부(422)로 이루어진 제1하우징(420)을 포함하여 구성된다.

제1전극(411)은 제1전극지지대(412)의 상단에 적층 고정되는 것이며, 제1전극지지대(412)는 세라믹 소재의 베이스(421) 중앙부에 관통 결합되는 것으로, 제1전극지지대(412)의 일부는 제1하우징(420) 내부에 수용되고 일부는 제1하우징(420) 외부에 노출 형성되는 것이다. 이와 같이, 제1하우징(420) 외부에 노출 형성된 제1전극지지대(412)는 전원측 또는 부하측 중 어느 하나의 전원라인과 전기적 연결구성을 갖는 것이다.

제1하우징(420) 내부에는 가동접점부(500)가 수용되는 것으로, 덮개부(422)는 내부에 공간이 형성되는 특정 형상을 갖되 베이스(421)와 기밀 접합되는 구성을 갖으며, 기밀상태의 제1하우징(420) 내부에는 발생된 아크의 빠르고 효율적인 소호동작을 위해 수소 및 질소의 혼합가스가 충진된다.

또한, 기밀상태의 제1하우징(420) 내부에 수소 및 질소의 혼합가스를 충진하기 위해 베이스(421) 소정의 위치에는 흡배기관(423)이 더 형성된다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 의하면 상기의 베이스(421)는 세라믹 절연소재가 적용되며, 덮개부(422)는 무산소 동계열로 형성됨을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 제1하우징(420) 외부에는 아크소호용 영구자석이 더 포함되는 것으로, 영구자석의 자력에 의해 아크가 더 빨리 소멸되도록 함을 특징으로 한다.

가동접점부(500)는 전극이 전원측 또는 부하측 중 고정접점부(400)의 제1전극(411)과 연결되지 않은 나머지 다른 하나의 전원라인과 연결되는 것으로, 유동적인 움직임에 따라 고정접점부(400)의 제1전극(411)과 접점 여부를 결정하는 것이다.

상기의 가동접점부(500)는 제2전극(511) 및 제2전극지지대(512)로 이루어진 제2전극부(510)와, 제2하우징(520) 및 제2영구자석(530), 그리고 탄성수단(540)을 포함하여 구성된다.

제2전극(511)은 제2전극지지대(512)의 하단에 고정되는 것이며, 제2전극지지대(512)는 제2하우징(520)의 하부측에 관통 결합하되 수직 방향으로 움직임이 가능한 결합구조를 형성한다. 또한, 제2전극지지대(512)의 일부는 제2하우징(520) 내부에 수용되고 일부는 제2하우징(520) 외부에 노출 형성되는 것으로, 이와 같이, 제2하우징(520) 외부에 노출 형성된 제2전극지지대(512)는 전원측 또는 부하측 중 고정접점부(400)의 제1전극(411)과 연결되지 않은 나머지 다른 하나의 전원라인과 연결되는 것이다.

바람직하게, 상호 연결된 제1하우징(420)의 덮개부(422) 및 제2하우징(520)은 금속재 등의 도전체로 이루어지며, 제2전극지지대(512)는 전선 또는 플렉시블한 금속재 등으로 이루어진 가동접점 전기연결수단(513)에 의해 덮개부(422)와 상호 연결된 것으로, 덮개부(422)와 단자가 전기적으로 연결됨으로써 제2전극지지대(512) 및 제2전극(511)에도 해당 연결단자측의 전류가 도통되는 구성을 갖는 것이다.

제2하우징(520) 내부에는 가동접점부(500)의 주요 구성이 수용되는 것으로 공간부를 형성하며, 제2하우징(520)의 상단은 절곡되어 제1하우징(420)의 내측 상단과 연결되도록 구성한다.

제2하우징(520) 내측에는 제2영구자석(530) 및 탄성수단(540)이 수용되는 것 으로, 제2영구자석(530)은 제1하우징(420) 외부에 존재하는 제1영구자석(310)의 동극 반발력에 의해 상하 수직으로 이동할 수 있도록 형성된다.

또한, 상기 제2영구자석(530) 하단에는 제2전극지지대(512)가 연결되어 제2영구자석(530)과 함께 제2하우징(520) 내부에서 상하 수직으로 이동하는 것이며, 제2영구자석(530)과 제2하우징(520) 사이에는 탄성수단(540)이 위치하여 제2영구자석(530)과 함께 하강한 제2전극지지대(512)가 원위치로 복귀할 수 있도록 탄성력을 제공한다. 바람직하게, 상기의 탄성수단(540)은 압축스프링이 적용됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 작동방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이, 제1영구자석(310)과 제2영구자석(530)은 제1하우징(420)의 내측과 외측에 각각 형성되되, 서로 같은 극성이 마주보도록 형성되는 것으로, 개폐기구부(10)로부터 작동력을 제공받을시 제1영구자석(310)이 제1하우징(420)의 상부측에 위치하면 제1하우징(420) 내측에 위치하는 제2영구자석(530)은 동극 반발력에 의해 하강하고, 제2영구자석(530)의 하부에 형성되어 함께 하강한 제2전극지지대(512) 및 제2전극(511)은 고정접점부(400)의 제1전극(411)과 접점이 연결되는 것이다. 이때, 제1전극(411) 및 제2전극(512)은 전원측 및 부하측에 각각 전기적 연결된 구성을 갖는 것으로 상호 전기가 도통되는 것이다.

만약, 과전류 또는 과전압 등의 전기적 이상 신호 발생시 개폐기구부(10) 내에 수용된 바이메탈(11)은 만곡되고, 이에 따라 개폐기구부(10)의 동작이 이루어지 면 기구적 연결동작의 최종단에 형성된 구동바(16)가 직선방향의 움직임을 제공하며, 구동바(16)의 움직임에 따라 제1영구자석(310)은 회동축(311)을 중심으로 회동함으로 제1하우징(420)으로부터 이격된다.

즉, 제1영구자석(310)이 제1하우징(420)으로부터 이격됨은 내측에 수용된 제2영구자석(530)에 대한 동극 반발력이 상실된 것으로, 이때, 탄성수단(540)의 탄성력 작용으로 제2전극지지대(512) 및 제2전극(511) 그리고 제2영구자석(530)은 상향으로 승강되어 제1전극(411)과 제2전극(512)의 접점이 상호 이격됨으로 전류의 연결이 차단되는 것이다.

이때, 제1전극(411)과 제2전극(512)의 이격동작에서 발생한 아크는 제1하우징(420) 내측에 충진된 수소와 질소의 혼합가스로부터 빠른 확산과 냉각에 의해 소멸되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

도 1은 자석의 반발력을 이용한 트립부가 적용된 직류 고전압 차단기의 내부 정면도이며,

도 2는 자석의 반발력을 이용한 트립부가 적용된 직류 고전압 차단기의 내부 사시도이며,

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부를 도시한 사용상태 사시도로서,

도 3은 트립부의 전원 연결 상태에 대한 내부 사시도이며,

도 4는 트립부의 전원 차단 상태에 대한 내부 사시도이며,

도 5 및 도 6은 트립부의 접점 온-오프 동작에 따른 사용상태 단면도로서,

도 5는 트립부의 전원 연결 상태에 대한 내부 단면도이며,

도 6은 트립부의 전원 차단 상태에 대한 내부 단면도이며,

도 7 및 도 8은 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부에 대한 동작 개념도로서,

도 7은 트립부의 전원 연결 상태에 대한 동작 개념도이며,

도 8은 트립부의 전원 차단 상태에 대한 동작 개념도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 직류 고전압 차단기 10 : 개폐기구부

11 : 바이메탈 12 : 트립래버

13 : 전자코일부 14 : 가동철심

15 : 요크 16 : 구동바

20 : 트립부 300 : 동작전달부

310 : 제1영구자석 311 : 회동축

400 : 고정접점부 410 : 제1전극부

411 : 제1전극 412 : 제1전극지지대

420 : 제1하우징 421 : 베이스

422 : 덮개부 423 : 흡배기관

500 : 가동접점부 510 : 제2전극부

511 : 제2전극 512 : 제2전극지지대

513 : 가동접점 전기연결수단 520 : 제2하우징

530 : 제2영구자석 540 : 탄성수단

S : 스위치 T1, T2 : 단자

Claims (7)

1. 직류 고전압 차단기의 트립부에 있어서,

   상기 트립부는 쌍을 이루는 영구자석에 대한 동극 반발력으로 가동접점을 고정접점측으로 이동시켜 접점의 연결상태를 형성하고,

   어느 하나의 영구자석이 이격될 경우 탄성수단에 의해 가동접점이 원 위치로 복귀되어 접점이 차단되는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
2. 제1영구자석(310)을 포함하는 동작전달부(300)와;

   베이스(421) 및 덮개부(422)가 기밀 접합됨으로 기밀상태의 공간부를 형성하는 제1하우징(420) 및 상기 베이스(421)에 관통 결합되는 제1전극부(410)를 포함하는 고정접점부(400)와;

   제1하우징(420) 내측에 또 다른 공간을 형성하는 것으로, 덮개부(422)의 내측 상단에 연결되는 제2하우징(520)과, 제2하우징(520)의 내측에 수용되며 제1영구자석(310)의 동극 반발력으로 이동하는 제2영구자석(530)과, 제2영구자석(530) 하단에 연결되되 전극이 제2하우징(520)을 관통하도록 형성된 제2전극부(510)와, 제2영구자석(530)과 제2하우징(520) 사이에 위치하여 제2영구자석(530)을 원위치로 복귀시키는 탄성수단(540)을 포함하는 가동접점부(500);를 포함하여 구성된 것을 특 징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
3. 제 2항에 있어서,

   기밀상태의 제1하우징(420) 내부에는 수소 및 질소의 혼합가스가 충진되는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
4. 제 2항에 있어서,

   고정접점에 해당하는 제1전극부(410) 및 가동접점에 해당하는 제2전극부(510)는 다수개가 동시에 적용되는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
5. 제 2항에 있어서,

   상기의 베이스(421) 소정의 위치에는 흡배기관(423)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
6. 제 2항에 있어서,

   상기의 제1영구자석(310)에는 회동축(311)이 관통 연결되고, 상기 제1영구자석(310)의 일측 단부에는 개폐기구부(10)의 구동바(16)가 연결되는 것으로, 구동바(16)의 움직임에 따라 제1영구자석(310)은 회동축(311)을 중심으로 회동 동작하는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.
7. 제 2항에 있어서,

   상기의 제1하우징(420) 외부에는 아크소호용 영구자석이 형성되는 것을 특징으로 하는 자석의 반발력을 이용한 직류 고전압 차단기의 트립부.

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