KR101232453B1 - 회로차단기 - Google Patents

Abstract

< 과제 > 외곽을 크게 하지 않고, 코일의 형상을 궁리함으로써, 고(高)차단용량을 가지는 회로차단기를 얻는다.
< 해결 수단 > 조작 핸들을 가지며 서로 대향하는 프레임판의 사이에 설치된 개폐기구부와, 상기 개폐기구부와 연동하여 회동하는 크로스바와, 이 크로스바와 연동하며 적어도 일단에 가동접점을 가지는 가동접촉자와, 상기 가동접점과 접리를 반복하는 고정접점을 가지는 고정접촉자와, 상기 양 접점 사이에 발생하는 아크를 재단(裁斷)하는 소호장치와, 상기 개폐기구부 및 소호장치가 수납되는 베이스를 구비하며, 상기 고정접촉자와 상기 베이스에 고착되는 전원측 단자가 블로우아웃코일에 의해 전기적으로 접속되며, 또한, 상기 블로우아웃코일에, 상기 아크를 상기 소호장치로 유인하는 제1 및 제2 아크흡인전로를 마련했다.

Description

회로차단기{CIRCUIT BREAKER}

본 발명은, 배선용 차단기나 누전 차단기 등의 회로차단기에 관한 것으로, 자세하게는, 외곽을 크게 하지 않고 차단용량을 향상시킨 회로차단기에 관한 것이다.

회로차단기에는, 이 회로차단기에 구비된 조작 핸들을 조작함으로써 전로(電路)를 개폐하는 기능, 즉 스위치 기능뿐만 아니라, 과전류가 흐르는 것에 의한 전선이나 부하 기기의 소실을 미연에 방지하기 위해서 전로를 차단하는 큰 역할을 담당하고 있다. 이 과전류의 검출에 있어서는, 크게 나누어 보면 열동(熱動)식, 전자식(電磁式), 전자식(電子式)이라고 하는 각 방식에 의해서 행해지는 것은 주지하는 바와 같다. 또한, 보다 큰 과전류, 즉 단락전류에 대해서는, 이들 각 방식에 의한 작동을 기다리지 않고, 접점 사이에서 발생하는 전자 반발력에 의해 재빠르게 가동자를 회동시키는 것도 주지하는 바와 같다.

이 가동자의 회동에 의해 접점 사이에 아크가 발생하는데, 이 아크는 자기(磁氣)작용에 의해서 소호(消弧)실로 유인되어 아크의 신장 및 냉각에 의해서 아크 저항의 증대가 초래됨으로써 소멸한다. 이 소멸에 의해, 앞서 설명한 전로의 차단이 달성되는 것이다. 그러나, 예를 들면, 전원용량의 증대에 수반하는 것보다 큰 단락전류를 가동자의 개리(開離)거리를 변화시키지 않고, 즉 동일한 외곽에 의해서 차단하려고 해도, 앞서 설명한 아크의 신장 및 냉각만으로는 그 자체로 한계가 있었다.

그래서, 가동자의 개폐범위에 걸쳐서, 그 양측으로, 전원측 단자와 고정접점 사이를 중계하는 코일을 설치하고, 이 코일에 단락전류가 통류(通流, 통과하여 흐름)함으로써 자속(磁束)을 발생시킨다. 그리고, 이 자속이 아크를 횡단함으로써 이 아크를 보다 강력하게 소호실로 유인시키는, 이른바 블로우 작용에 의해서 아크를 소멸시키는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본공개특허공보 특개2000-188031호 공보(제 3 페이지 좌측컬럼 제42행 ~ 우측컬럼 제20행, 도 1 및 도 2)

그런데, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 코일의 설치에서는, 그 통류에 의한 자속에만 의존하고 있기 때문에, 신장 및 냉각이 시작되어 단락전류가 감소하는, 이른바 한류(限流)효과가 발생한다. 이 한류효과가 효과를 내기 시작하면, 반대로 블로우 작용도 약해져 「열림(開)」위치에 도달한 가동자(가동접점)와 고정접점 사이로 아크가 되돌아온다고 하는 우려가 있었다. 이 때문에, 접점의

이상소모(異常消耗)나 한류성능 저하에 의한 절연 열화 등의 가능성이 고려되어, 보다 높은 차단용량을 확보하는 것이 곤란했다.

본 발명은, 앞서 설명한 것과 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 외곽을 크게 하지 않고, 코일의 형상을 궁리함으로써 고(高)차단용량을 가지는 회로차단기를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 따르는 회로차단기는, 조작 핸들을 가지며 서로 대향하는 프레임 판의 사이에 설치된 개폐기구부와, 상기 개폐기구부와 연동하여 회동하는 크로스바와, 이 크로스바와 연동하며 적어도 일단에 가동접점을 가지는 가동접촉자와, 상기 가동접점과 접리(接離)를 반복하는 고정접점을 가지는 고정접촉자와, 상기 양 접점 사이에 발생하는 아크를 재단(裁斷, 자르는 것)하는 소호장치와, 상기 개폐기구부 및 소호장치가 수납되는 베이스를 구비하며, 상기 고정접촉자와 상기 베이스에 고착되는 전원측 단자가 블로우아웃코일(blow out coil)에 의해서 전기적으로 접속되고, 또한, 상기 블로우아웃코일에, 상기 아크를 상기 소호장치로 유인하는 제1 아크흡입전로 및 제2 아크흡인전로를 마련한 것이다.

본 발명에 의해서, 외곽을 크게 하지 않고 고차단용량의 회로차단기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 예에 있어서의 회로차단기를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 잘라낸 부분의 내부에 대한 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 부분 사시도이다.
도 4는 도 3에 대해 가동 접촉자가 전자반발 상태(열린 상태)에 있는 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서 절연블록을 부가한 도면이다.

실시형태의 예

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 회로차단기를 나타내는 정면도이며, 일부를 잘라내어 내부를 나타내고 있다. 도 2는, 도 1에서 잘라내어 나타낸 부분의 확대도이다. 도 3 및 도 4는, 도 2로부터 소호그리드(grid)를 제거한 사시도이며, 각각, 도 3이 닫힌 상태를 나타내며, 도 4가 전자반발 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 5는, 도 4에 있어서 블로우아웃코일에 절연블록을 씌운 도면이다.

도 1에서, 커버(1) 및 베이스(2)는 회로차단기(101)의 케이스를 구성하는 것이며, 각각 합성수지로 형성되어 있다. 베이스(2)에 도시하지 않은 개폐기구부가 수납되어 있고, 이 개폐기구부에 연동하는 조작핸들(3)이 커버(1)의 핸들용 창구멍(1a)으로부터 커버(1)의 표면으로 돌출하고 있으며, 외부로부터 손으로 조작 가능하다. 또한, 닫힌 상태에 있는 회로차단기(101)의 조작핸들(3)의 위치보다 지면(紙面)상 좌측이, 예를 들면 도시하지 않은 전원측 전선과 접속되는 전원측 단자(4)이며, 우측이, 예를 들면 도시하지 않은 부하측 전선과 접속되는 부하측 단자(5)이다.　

블로우아웃코일(6)을 매개로 고정접촉자(7)이 전원측 단자(4)와 접속되며, 이 고정접촉자(7)의 일단에 고착된 고정접점(8)이, 가동접촉자(9)의 일단에 고착된 가동접점(10)과 접리함으로써, 회로차단기(101)의 개폐, 즉 전로의 스위칭이 행하여진다. 이 개폐는, 가동접촉자(9)를 도시하지 않은 축에 의해서 맞물림하는 크로스바(11)가 개폐기구부와 연결됨으로써 이 개폐기구부의 작동에 따라 행해진다.

또한, 가동접촉자(9)는 도시하지 않은 가동자받이, 중계도체, 과전류 트립(trip)장치를 매개로 부하측 단자(5)에 접속되어 있다. 따라서, 이 닫힌 상태에 있어서의 전류경로는, 전원측 단자(4) - 블로우아웃코일(6) - 고정접촉자(7) - 고정접점(8) - 가동접점(10) - 가동접촉자(9) - 가동자받이 - 중계도체 - 과전류 트립장치 - 부하측 단자(5)의 경로를 따라간다. 그 전류의 초과상태에 따른 과전류 트립장치의 작동에 의해서, 마찬가지로 개폐기구부가 대응하여 작동하며, 전로의 차단이 행하여지는데, 개폐기구부 및 과전류 트립장치는 그 자세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 주요부가 되는 블로우아웃코일(6)을 포함한, 단락차단 시의 아크의 동향에 대해서 설명한다. 또한, 소호장치(12)는, 단락차단 시에 고정접점(8)과 가동접점(10)의 사이에 발생하는 아크(13)(도 2 참조)를 재단하는 소호그리드(12a)를 구비한다. 또한, 아크러너(14, arch runner)는, 이 아크(13)를 소호장치(12)로 유인시키고, 이때, 단락전류의 통류에 의한 전자반발력에 의해서 반발상태에 있는 가동접촉자(9)를 부호 9'로 나타내고 있다.

우선, 블로우아웃코일(6)은 도 3에 나타내는 형상을 가지고 있다. 즉, 전원측 단자(4)로부터 고정접촉자(7)로 흐르는 전류는, 지면상 전로 A, B, …, L의 각 전로를 따라가는 경로로 되어 있다. 도 4와 비교하면, 가동접촉자(9)의 개폐 범위에 걸쳐서, 그 양측으로 아웃코일(6a, 6b)이 서로 대향하고 있다. 부호 6c(도 2도 참조)는 양 아웃코일(6a, 6b)을 연결하는 접속부이며, 접속전로 G라고 부른다. 또한, 전로 B(H)는 제1 아크흡인전로, 전로 C(I)는 제2 아크흡인전로, 전로 D(J)는 가동자흡인전로, 전로 E(K)는 아크반발전로라고 각각 부르는 것으로 한다. 또한, 고정접점(8)에 이르는 전로 M은 주지의 가동자반발전로이다.

다음으로, 도 2 내지 4를 참조하면서, 단락차단 시에 있어서의 아크(13)의 소멸에 이르기까지의 과정을 설명한다. 도 2 또는 도 3으로부터도 명확한 것과 같이, 가동자반발전로 M과 전로 N의 방향이 반대이기 때문에, 그 전자반발력에 의해, 가동접촉자(9)는 도 2의 지면상 시계방향으로 회동하고, 가동접점(8)과 고정접점(10)의 사이에 아크(13)가 발생한다. 이 아크(13)에 의해, 단락전류는 한류되면서 계속 흐르지만, 도 4에 나타내는 것과 같이, 가동자흡인전로 D(J, 또한 이하 블로우아웃코일(6b)측의 전로 부호는 부기하지 않고 생략한다)와 가동자의 전로 N의 방향이, 이번에는 동일하기 때문에, 가동접촉자(9)는 개극 시의 가동접촉자(9')로서 개극 위치를 향하려고 한다. 이것이, 전로 D를 「가동자흡인」전로라고 부르는 이유이다.

한편, 도 2로부터도 명확하듯이, 지면 아래쪽으로부터 위쪽으로 향하는 아크(13)와 아크반발전로 E의 방향이 반대이기 때문에, 아크(13)는 블로우 작용에 의해 아크러너(14)를 통하여 소호그리드(12a), 즉, 유인된 아크(13')로 향하여 유인된다. 이것은, 아크반발전로 E와 가동자반발전로 F의 굴곡점을 고정접점(8)의 부하측(도 2의 지면상 우측)에 마련한 것이 효과를 내고 있는 것이다.

가동접촉자(9')의 개극 위치로 향하는 과정에서, 제1 아크흡인전로 B도 크게 공헌하고 있다. 즉, 도 2의 지면상 가동접촉자(9)가 개극된 가동접촉자(9')와의 사이에 도달하면, 제1 아크흡인전로 B가 아크(13)와 동일한 방향이 되기 때문에 아크(13)를 유인아크(13')로서 보다 빠르게 소호그리드(12a)로 유인시킨다. 이것이, 전로 B를 「아크 흡인」전로라고 부르는 이유이다.

이 때쯤 되면, 아크는 충분히 한류되지만, 블로우 작용도 약해지기 때문에, 이동하기 쉬운 것이므로, 아크(13)로서 부활시키지 않도록 대처할 필요가 있다. 그래서, 유인된 아크(13')와 동일한 방향인 제2 아크흡인전로 C에 의해서 아크(13)를 보다 더 유인된 아크(13")로서 소호그리드(12a)로의 전류와 함께, 보다 심부(도 2의 지면상 좌측)로 향하게 하고 있다.

이 결과, 아크(13")는, 충분히 신장 및 냉각되어 소호그리드(12a)에 의해서 재단이 행하여짐으로써, 아 소멸, 즉, 단락차단이 완료한다. 다시 말해서, 지금까지의 설명으로 분명한 것과 같이, 제1 아크흡인전로 B, 제2 아크흡인전로 C 및 가동자흡인전로 D를 블로우아웃코일(6)에 설치함과 아울러, 제1 아크흡인전로 B를 소호그리드(12a)의 대략 중간에 위치시키고, 또한 가동접촉자(9)의 선단(9a)이 제1 아크흡인전로 B와 아크반발전로 E의 사이에 위치하도록 한 것이, 보다 큰 단락전류를 차단하는 것에 기여하고 있다. 이 결과, 외곽을 바꾸지 않고 차단용량의 대소를 제품베리에이션(variation)으로서 고르게 갖출 수 있으므로, 특히 사용자 측에 있어서는, 전원용량의 대소나 전원용량으로부터의 거리를 별로 신경쓰지 않고, 회로차단기를 수납하는 배전반의 설계의 표준화를 도모할 수 있다고 하는 효과를 많이 기대할 수 있다.

또한, 도 2로부터도 알 수 있듯이, 양측의 블로우아웃코일(6a, 6b)의 사이에 소호장치(12)가 수납되기 때문에, 소호그리드(12a)를 사이에 두고 양측의 블로우아웃코일(6a, 6b)이 단락하지 않도록 배려할 필요가 있다. 이를 위해서, 양측의 블로우아웃코일(6a, 6b)과 소호그리드(12a)의 사이에, 절연 배리어(barrier)를 개재시키는 것을 고려할 수 있는데, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 고정접점(8)과 아크러너(14) 만을 노출시키고, 블로우아웃코일(6)을 절연블록(15)으로 덮어도 된다. 이 경우, 주지하는 바와 같이, 절연블록(15)에 아크(13)가 접촉했을 때 증기가 발생함으로써, 아크(13)의 배면압과 전면압의 압력차에 의해, 보다 아크(13)가 도 2의 지면상 좌측으로 이동하기 쉬워진다. 또한, 가이드(15a)는 소호장치(12)를 수납하기 위한 가이드이다.

그런데, 블로우아웃코일(6)은, 이른바 한류저항으로써도 응용할 수 있기 때문에, 예를 들면, 정격전류가 30A를 넘으면, 그 재질은 동, 30A 이하라면 철이라고 하는 방식으로 형상은 바꾸지 않고 재질만 바꿈으로써, 그 프레스 금형을 공용할 수 있고, 제품의 정격전류가 증가해도 설계의 표준화가 도모되어 제조비용도 억제할 수 있다. 특히, 30A 이하의 경우, 과전류 트립장치를 구성하는 부재의 단락전류 통전 시의 용단(溶斷)특성을 고려했을 경우, 블로우아웃코일(6)에 의한 한류 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 고정접촉자(7)와 블로우아웃코일(6)을 별도의 부재로서 설명했지만, 고정접점(8)의 고착이라고 한, 그 두께 조건등이 만족되면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 블로우아웃코일(6b)의 선단을 절곡하고, 고정접촉자부(6d)로서 블로우아웃코일(6)과 일체화해도 상관없다.

2 : 베이스 3 : 조작 핸들
4 : 전원측 단자 6 : 블로우아웃코일
6c : 접속부 7 : 고정접촉자
8 : 고정접점 9 : 가동접촉자
10 : 가동접점 11 : 크로스바
12 : 소호장치 13 : 아크
101 : 회로차단기

Claims (9)

1. 조작 핸들을 가지며 서로 대향하는 프레임판의 사이에 설치된 개폐기구부와,
   상기 개폐기구부와 연동하여 회동하는 크로스바와,
   이 크로스바와 연동하며 적어도 일단에 가동접점을 가지는 가동접촉자와,
   상기 가동접점과 접리(接離)를 반복하는 고정접점을 가지는 고정접촉자와,
   상기 가동접점과 상기 고정접점 사이에 발생하는 아크를 재단(裁斷)하는 소호장치와,
   상기 개폐기구부 및 소호장치가 수납되는 베이스를 구비하며,
   상기 고정접촉자와 상기 베이스에 고착되는 전원측 단자가 블로우아웃코일에 의해 전기적으로 접속된 회로차단기로서,
   상기 블로우아웃코일에, 상기 아크를 상기 소호장치로 유인하는 제1 아크흡인전로 및 제2 아크흡인전로를 마련한 것을 특징으로 하는 회로차단기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가동접촉자의 전자반발 시의 위치와, 블로우아웃코일에 마련한 가동자흡인전로가, 정면에서 보아, 일직선상으로 늘어서는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
3. 청구항 2에 있어서,
   접속부를 마련함으로써 블로우아웃코일은 가동접촉자를 중심으로 서로 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
4. 전원측 단자와, 블로우아웃코일과, 고정접점을 가지는 고정접촉자와, 가동접점을 가지는 가동접촉자와, 부하측 단자와, 소호장치를 구비하는 회로차단기로서,
   상기 블로우아웃코일은,
   상기 가동접점과 상기 고정접점 사이에 발생하는 아크를 상기 소호장치로 유인하는 제1 아크흡인전로와,
   상기 제1 아크흡인전로와 접속하는 제2 아크흡인전로와,
   상기 제2 아크흡인전로와 접속하는 가동자흡인전로와,
   상기 가동자흡인전로와 접속하는 아크반발전로와,
   상기 아크반발전로와 접속하는 가동자반발전로
   를 구비하며,
   상기 제1 아크흡인전로가, 정면에서 보아, 상기 제2 아크흡인전로와 상기 아크반발전로 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
5. 청구항 4에 있어서,
   개극(開極) 시의 상기 가동접촉자와 상기 가동자흡인전로가, 정면에서 보아, 직선상으로 늘어서는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 가동접촉자의 선단은, 정면에서 보아, 상기 제1 아크흡인전로와 상기 아크반발전로의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 아크반발전로와 상기 가동자반발전로와의 사이에는 굴곡부가 마련되며,
   상기 고정접촉자의 상기 고정접점은, 정면에서 보아, 상기 제1 아크흡인전로와 상기 굴곡부와의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
8. 청구항 4 내지 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 블로우아웃코일은,
   접속전로와, 제1 블로우아웃코일과, 제2 블로우아웃코일
   을 구비하며,
   상기 제1 블로우아웃코일과 상기 제2 블로우아웃코일은, 상기 가동접촉자를 중심으로 서로 대향하고 있으며, 상기 접속전로에 의해서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1 블로우아웃코일과 상기 제2 블로우아웃코일과의 사이에 마련된 절연블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회로차단기.

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