KR101201285B1 - 직류 방전 차단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 방전 차단기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 직류 방전 차단기는 전원으로부터 부하로 직류 전압을 인가하는 제 1 및 제 2 스위치; 부하의 입력단 연결되는 저항; 저항과 직렬 연결되며 다른 일단이 부하의 다른 입력단과 연결되는 가변 커패시터; 및 저항과 부하의 입력단 사이에 형성되는 제 3 스위치;를 구비한다.

Description

직류 방전 차단기{DC DISCHARGABLE BREAKER}
본 발명은 직류 방전 차단기에 관한 것으로, 특히 스위치의 동작시에 유도되는 아크 방전을 방지할 수 있는 직류 방전 차단기에 관한 것이다.
차단기는 전기화재나 감전 사고의 예방을 위한 것으로, 배선용차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker)와 누전차단기(ELB : Earth Leakage Breaker) 등이 있다. 그리고, 넓은 의미의 차단기는 전원에서 인가되는 전압을 부하로 연결하거나 차단하는 스위치를 포함할 수 있다.
결국 차단기는 수동이나 자동으로 전원을 부하로 인가하거나 차단하는 동작을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 이때, 차단기에서 고전압의 전원을 스위칭하는 과정에서 아크 방전이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 고전압의 전압이 흐르고 있는 상태에서 차단기가 턴-오프 될 때, 순간적으로 아크 방전이 발생하면서 아크 가스가 생성된다. 이로 인하여 회로의 오작동이 야기될 수 있으며, 차단기의 케이스 등이 손상될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차단기의 스위칭 과정에서 발생하는 아크 방전으로 인한 문제점을 개선하기 위한 직류 방전 차단기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 의한 직류 방전 차단기는 전원으로부터 부하로 직류 전압을 인가하는 제 1 및 제 2 스위치; 부하의 입력단 연결되는 저항; 저항과 직렬 연결되며 다른 일단이 부하의 다른 입력단과 연결되는 가변 커패시터; 및 저항과 부하의 입력단 사이에 형성되는 제 3 스위치;를 구비한다.
이때 제 3 스위치의 출력단자는 제 1 스위치와 부하 사이에 형성되는 제 1 노드와 연결되고, 커패시터는 제 3 스위치와 부하 사이의 제 2 노드와 연결된다.
그리고, 제 3 스위치는 제 1 및 제 2 스위치의 턴-오프와 동시에 턴-온 됨으로써 부하, 저항 및 가변 커패시터를 연결하는 폐루프를 형성한다.
본 발명의 실시예에 의한 직류 방전 차단기는 서로 직렬 연결된 저항 및 가변 커패시터; 직류 전원의 양 단자와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 입력단자; 제 1 및 제 2 입력단자와 대응되며, 부하의 양 단자와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 출력단자;저항과 연결되는 제 3 입력단자; 제 3 입력단자와 대응되며, 제 1 출력단자와 부하 사이의 제 1 노드와 연결되는 제 3 출력단자; 상/하부로 일정 반경 회전함으로써, 제 1 및 제 3 입력단자와 접촉하는 가동 접촉자; 가동 접촉자의 회전 이동을 위한 핸들; 제 1 및 제 2 입력단자에서 하부 방향으로 굴곡되어 신장됨으로써, 가동 접촉자의 하부 방향으로의 회전에 의해서 가동 접촉자와 접속하는 제 1 및 제 2 고정 접촉자; 및 제 3 입력단자에서 상부 방향으로 굴곡되어 신장됨으로써, 가동 접촉자의 상부 방향으로의 회전에 의해서 가동 접촉자와 접속하는 제 3 고정 접촉자;를 구비하고, 가변 커패시터의 일단은 제 2 출력단자와 부하 사이의 제 2 노드와 연결된다.
이때 제 1 내지 제 3 가동 접촉자는 핸들에 의해서 동시에 같은 방향으로 회전운동함으로써, 제 1 및 제 2 고정 접촉자와 가동 접촉자의 턴-온 될 때에 제 3 고정 접촉자는 가동 접촉자와 턴-오프 된다.
본 발명에 따른 직류 방전 차단기에 의하면 전원에서 부하로 인가되는 전원이 차단될 때에 발생하는 아크 방전을 아크 완충부를 통하여 완화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 직류 방전 차단기를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 직류 방전 차단기의 스위치부의 일실시예를 나타내는 사시도.
도 3은 스위치부의 가동 접촉자 및 고정 접촉자의 배열을 나타내는 사시도.
도 4 및 도 5는 가동 접촉자 및 고정 접촉자의 접속 및 차단 동작을 나타내는 단면도.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 의한 직류 방전 차단기를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 직류 방전 차단기는 직류 전원(10)에서 전압을 인가받아 부하(20)로 공급하기 위한 스위치부(100)와 스위치부(100)에서 발생하는 아크 전압을 방전시키기 위한 아크 완충부(200)를 구비한다.
스위치부(100)는 전원(10)을 부하(20)의 양 단과 연결하는 제 1 및 제 2 스위치(110,120)와 아크 완충부(200)의 폐회로 구성을 위한 제 3 스위치(130)를 포함한다.
제 1 및 제 2 스위치(110,120)는 각각 직류 전원(10)과 부하(20)를 연결하도록 구성됨으로써, 제 1 및 제 2 스위치(110,120)의 턴-온 동작으로 직류 전원(10)에서 인가되는 전압을 부하(20)로 인가할 수 있다.
제 3 스위치(130)는 아크 완충부(200)와 부하(20) 간의 폐회로를 구성하기 위해서, 직렬로 연결된 아크 완충부(200)와 부하(20) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제 3 스위치(130)는 일단이 부하(20)와 연결되고, 다른 일단이 아크 완충부(200)와 연결된다. 그리고 아크 완충부(200)는 제 3 스위치(130)와 연결되지 않은 다른 극과 연결됨으로써, 제 3 스위치(130)는 턴-온 시에 부하(20)와 아크 완충부(200) 간의 폐회로를 형성한다.
아크 완충부(200)는 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 인가하거나 차단하는 과정에서 순간적으로 발생하는 아크 전압을 댐핑(damping)시키기 위한 것으로, 저항(210)과 가변 커패시터(220)를 직렬로 연결함으로써 구현할 수 있다. 이러한 아크 완충부(200)는 스위치부(100)에서 발생하는 아크 전압을 댐핑(damping)시켜서 순간적인 고전압으로 인한 사고를 방지할 수 있다.
직류 전압의 흐름을 개폐하기 위한 차단기의 동작 과정에서는 순간적으로 아크 전압이 발생할 수 있다. 이는 스위치의 동작에 의한 전류의 개폐과정에서 고전압이 순간적으로 흐르거나 차단되는 과정에서 발생하는 것으로, 이러한 아크 전압은 고전압의 서지 전압과 함께 아크 가스를 발생시켜서 차단기의 동작과 케이스의 손상 및 안전상에 문제를 야기할 수 있다.
아크 완충부(200)는 이처럼 스위치에서 발생하는 아크 전압으로 인한 문제를 방지할 수 있다.
이러한 아크 완충부(200)의 동작은 다음과 같다.
회로의 제 1 및 2 스위치부(100)는 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 인가하기 위한 것으로, 스위치의 턴-온 동작에 따라서 전원(10)의 직류 전압이 부하(20)로 인가된다. 이때 제 1 및 제 2 스위치(110,120)에서는 순간적인 고전압이 흐름에 따라서 아크 전압이 유도된다. 마찬가지로, 제 1 및 제 2 스위치(110,120)가 차단될 경우에도 아크 전압이 발생한다.
제 1 및 제 2 스위치(110,120)가 턴-온 될 시에 유도되는 아크 전압은 부하(20)로 저장된다.
도 2는 본 발명에 의한 직류 방전 차단기의 스위치부에 대한 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 직류 방전 차단기의 스위치부(100)는 케이스(105)와, 케이스(105) 내에 배치되는 제 1 내지 제 3 스위치(110,120,130) 및 각각의 스위치들의 동작을 제어하기 위한 핸들(150)을 구비한다.
케이스(105)는 제 1ㄴ 내지 제 3 스위치(110,120,130)들 및 스위치들의 동작을 제어하는 핸들(150)을 탑재하는 것으로, 강도가 높은 절연성의 수지를 이용하여 제작될 수 있다.
제 1 및 제 2 스위치(110,120)는 전원(10)과 부하(20)를 전기적으로 연결하거나 차단하기 위한 것이고, 제 3 스위치(130)는 부하(20)와 아크 완충부(200) 간의 폐회로를 구성하기 위한 것이다. 이러한 제 1 내지 제 3 스위치(110,120,130)는 제 1 내지 제 3 입력단자(111,121,131) 및 제 1 내지 제 3 출력단자(114,124,134)와 제 1 내지 제3 입/출력 단자(111,121,131,124,134,154)를 연결하는 가동 접촉자(156)를 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 내지 제 3 입력단자(111,121,131)는 가동 접촉자(156)와 접속을 위한 제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)와 각각 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 스위치(110,120)의 제 1 및 제 2 입력단자(111,121)는 전원(10)으로부터 전압을 인가받는 것으로, 볼트 등의 체결구를 이용하여 구현될 수 있다. 이에 따라 제 1 및 제 2 입력단자(111,121)는 전원(10)과 연결되는 전선 등이 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)에 물리도록 연결하면서 전기적으로 접속되도록 할 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 출력단자(114,124)는 부하(20)와 연결되며, 도전선(140)등을 이용하여 가동 접촉자(156)와 전기적으로 접속할 수 있다.
제 3 스위치(130)를 구성하는 제 3 입력단자(131) 및 제 3 출력단자(134)는 부하(20)와 아크 완충부(200) 간의 폐회로를 구성하기 위해서 부하(20) 및 아크 완충부(200)와 연결될 수 있다. 즉, 제 3 입력단자(131)는 아크 완충부(200)와 연결되고, 제 3 출력단자(134)는 부하(20)와 제 1 출력단자(111) 사이의 제 1 노드(52)와 연결된다. 이에 따라서 제 3 스위치(130)가 턴-온 됨에 따라서 부하(20)와 아크 완충부(200)는 직렬로 연결되는 폐회로를 형성할 수 있다.
제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)와 접속을 위한 가동 접촉자(156)는 각각의 고정 접촉자에 대응하는 세 개의 바(Bar) 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 핸들(150)의 회전운동에 의해서 상/하 방향으로 이동함에 따라서 고정 접촉자와 접속하거나 차단될 수 있다.
이러한 제 1 내지 제 3 스위치(110,120,130)의 고정 접촉자들과 가동 접촉자(156)의 구조 및 접속 형태를 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 제 1 내지 제 3 고정 접촉자들과 가동 접촉자의 배치를 나타내는 사시도이고, 도 4 및 도 5는 제 1 내지 제 3 고정 접촉자들과 가동 접촉자의 접속 및 차단 동작을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 스위치부는 제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)와 이에 대응하는 출력단자와 전기적으로 접속하는 가동 접촉자(156)를 포함한다.
제 1 및 제 3 고정 접촉자(112,132)는 가동 접촉자(156)와의 접속을 위해서 입력단자와 결합된 부위에서 상부 또는 하부 방향으로 굴곡되어 신장된 형태를 갖는다. 도면에서와 같이 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)는 하부 방향으로 굴곡되어 신장되고, 제 3 고정 접촉자(132)는 상부 방향으로 굴곡되어 신장될 수 있다.
그리고 가동 접촉자(156)는 제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)와 접속을 위한 것으로, 제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)에 각각 대응되는 세 개의 가동 접촉자(156)를 포함할 수 있다.
가동 접촉자(156)는 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)의 상측에 배치되고, 제 3 고정 접촉자(132)의 하측에 배치된다. 따라서, 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)와 제 3 고정 접촉자(132)는 가동 접촉자(156)의 수직 이동에 따라서 서로 접촉되거나 차단된다.
가동 접촉자(156)는 홀더(154)에 장착되어서 홀더(154)의 회전운동에 따라서 상/하로 수직 이동할 수 있다. 홀더(154)는 회전축(152)에 고정되어 결합되고, 회전축(152)은 핸들(154)의 이동에 따라서 일정 반경 회전할 수 있다. 즉, 핸들(150)의 조작에 의해서 회전축(152)과 홀더(154)는 일정 반경 회전하고, 이에 따라서 가동 접촉자(156)는 상/하로 수직 이동한다. 이로 인해서 가동 접촉자(156)는 상부와 하부 방향으로 수직 이동을 하며, 제 1 내지 제 3 고정 접촉자(112,122,132)들과 접속되거나 차단된다.
즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 가동 접촉자(156)가 하부 방향으로 이동할 경우에는 하측으로 굴곡되어 신장된 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)와 접속되고, 제 3 고정 접촉자(132)와는 차단된다. 이에 따라서, 제 1 및 제 2 스위치(110,120)가 턴-온 됨과 동시에 제 3 스위치(130)는 턴-오프된다.
그리고, 도 5에서와 같이, 가동 접촉자(156)가 상부 방향으로 이동할 경우에는 상측으로 굴곡되어 신장된 제 3 고정 접촉자(132)와 접속되고, 제 1 및 제 2 고정 접촉자(112,122)와는 차단된다. 이에 따라서, 제 3 스위치(130)가 턴-온 됨과 동시에 제 1 및 제 2 스위치(110,120)는 턴-오프된다.
즉, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 직류 방전 차단기는 직류 전원을 부하로 인가하는 제 1 및 제 2 스위치가 차단됨과 동시에 제 3 스위치가 턴-온 됨으로써, 아크 완충부가 폐회로를 구성한다. 이에 따라서 제 1 및 제 2 스위치에 발생하는 아크 방전이 아크 완충부를 통해서 방전되고 댐핑될 수 있다. 이와 같은 동작으로 인해서 아크 방전으로 인한 피해를 방지할 수 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (5)

  1. 전원으로부터 부하로 직류 전압을 인가하는 제 1 및 제 2 스위치;
    상기 부하의 입력단 연결되는 저항;
    상기 저항과 직렬 연결되며 다른 일단이 상기 부하의 다른 입력단과 연결되는 가변 커패시터; 및
    상기 저항과 상기 부하의 입력단 사이에 형성되는 제 3 스위치;를 구비하는 직류 방전 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 스위치의 출력단자는 상기 제 1 스위치와 상기 부하 사이에 형성되는 제 1 노드와 연결되고, 상기 커패시터는 상기 제 3 스위치와 상기 부하 사이의 제 2 노드와 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 방전 차단기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 스위치는 상기 제 1 및 제 2 스위치의 턴-오프와 동시에 턴-온 됨으로써 상기 부하, 상기 저항 및 상기 가변 커패시터를 연결하는 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 직류 방전 차단기.
  4. 서로 직렬 연결된 저항 및 가변 커패시터;
    직류 전원의 양 단자와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 입력단자;
    상기 제 1 및 제 2 입력단자와 대응되며, 부하의 양 단자와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 출력단자;
    상기 저항과 연결되는 제 3 입력단자;
    상기 제 3 입력단자와 대응되며, 상기 제 1 출력단자와 상기 부하 사이의 제 1 노드와 연결되는 제 3 출력단자;
    상/하부로 일정 반경 회전함으로써, 상기 제 1 및 제 3 입력단자와 접촉하는 가동 접촉자;
    상기 가동 접촉자의 회전 이동을 위한 핸들;
    상기 제 1 및 제 2 입력단자에서 하부 방향으로 굴곡되어 신장됨으로써, 상기 가동 접촉자의 하부 방향으로의 회전에 의해서 상기 가동 접촉자와 접속하는 제 1 및 제 2 고정 접촉자; 및
    상기 제 3 입력단자에서 상부 방향으로 굴곡되어 신장됨으로써, 상기 가동 접촉자의 상부 방향으로의 회전에 의해서 상기 가동 접촉자와 접속하는 제 3 고정 접촉자;를 구비하고,
    상기 가변 커패시터의 일단은 상기 제 2 출력단자와 상기 부하 사이의 제 2 노드와 연결되는 직류 방전 차단기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 가동 접촉자는 핸들에 의해서 동시에 같은 방향으로 회전운동함으로써, 상기 제 1 및 제 2 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자의 턴-온 될 때에 상기 제 3 고정 접촉자는 상기 가동 접촉자와 턴-오프 되는 것을 특징으로 하는 직류 방전 차단기.

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