KR101297515B1 - 차단기 - Google Patents

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KR101297515B1
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장봉윤
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Abstract

본 발명의 차단기는, 내부에서 발생하는 아크를 배출하기 위한 아크 배출구를 가지는 내함; 상기 내함을 수용하며, 상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 외부로 배출하기 위한 아크 통로를 가지는 외함; 및 상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 상기 아크 통로로 가이드하기 위한 아크 가이드부를 포함하고, 상기 아크 가이드부는, 상부 가이드와, 상기 상부 가이드와 이격되는 하부 가이드와, 상기 상부 가이드와 하부 가이드를 상하 방향으로 연결하는 연결부를 포함한다.

Description

차단기{Circuit breaker}
본 발명은 차단기에 관한 것이다.
차단기는 과부하 또는 단락 등의 이상 상태에 대해 회로를 차단하여 안전을 유지하는 장치이다. 즉, 전기회로에 정격전류 이상의 전류가 흐를 때, 차단기는 작업자의 안전을 보호하기 위하여 전류의 흐름을 차단하는 기능을 한다.
이하 도면을 참조하여 차단기에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 차단기의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 차단기(1)는, 상부 외관을 형성하는 상부 외함(도 2의 20 참조)과 하부 외관을 형성하는 하부 외함(10)과, 상기 상부 외함(도 2의 20 참조) 및 상기 하부 외함(10) 내측에 배치되는 내함(30)을 포함한다. 사용자가 상기 차단기(1)의 작동을 제어하기 위해 개폐 레버를 작동할 때 상기 차단기(1) 내부에 위치하는 고정 접촉자와 가동 접촉자가 이격되고, 이 때 상기 두 접촉자 사이에는 고온 고열의 아크가 발생한다. 상기 아크는 차단기 내부 도체 및 성형물에 손상을 가할 수 있다. 따라서 상기 차단기(1) 내부에서 발생하는 아크를 신속하게 차단기(1) 외부로 배출하는 것이 필요하다.
도 2는 종래 기술에 따른 차단기 부하부의 아크 배기 구조를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 차단기 부하부의 아크 배기 구조는, 내함(30), 상기 내함(30)과 연결되는 부하부 아크 배출구(12), 상기 부하부 아크 배출구(12)를 통과한 아크의 이동을 가이드 하는 아크 가이드부(14), 상기 아크 가이드부(14)에 의해 가이드 된 아크가 외부로 배출되기 위한 통로를 제공하는 아크 통로 형성부(13)를 포함한다. 상기 아크 가이드부(14)는 수평 방향을 기준으로 상향 경사지게 형성되어 부하부 아크 통로(15)와 연결될 수 있다.
상기 아크 통로 형성부(13)는, 아크의 출입 통로를 제공하는 부하부 아크 통로(15) 및 상기 부하부 아크 통로(15)와 인접하게 위치하는 돌출부(11)를 포함한다. 상기 돌출부(11)는 다수의 경사부(11a)를 포함하고 일 예로 삼각 기둥 형상일 수 있다.
상기 차단기(1)의 부하부에서 발생하는 아크의 이동 경로는 다음과 같다.
차단기(1)의 내함(30)에서 발생하는 초기 아크가 부하부 아크 배출구(12)를 통과하고, 상기 부하부 아크 배출구(12)를 통과한 아크는 아크 가이드부(14)를 따라 부하부 아크 통로(15)를 통과하여 차단기(1) 외부로 배출된다.
그런데, 상기 부하부 아크 배출구(12)와 상기 부하부 아크 통로(15)가 이격되어 있고, 상기 부하부 아크 배출구(12)에서 배출된 아크를 상기 부하부 아크 통로(15)로 연속적으로 가이드 하는 구성이 없기 때문에, 부하부 아크 배출구(12)를 통과한 아크가 차단기(1) 외부로 신속하게 배출되지 못하고 차단기(1) 내부에서 누압 및 역류 현상이 발생하는 경우가 있었다.
도 3은 종래 기술에 따른 차단기 전원부의 아크 배기 구조를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 차단기 전원부의 아크 배기 구조는, 내함(30), 상기 내함(30)과 연결되는 전원부 아크 배출구(25), 상기 전원부 아크 배출구(25)를 통과한 아크의 이동을 가이드 하는 전원부 아크 통로 형성부(22)를 포함한다.
상기 전원부 아크 통로 형성부(22)는 라운드지게 형성되는 통로 가이드부(22a) 및 상기 통로 가이드부(22a)와 연결되고 일정 각도 경사지게 형성되는 통로 경사부(22b)를 포함한다. 상기 통로 가이드부(22a)와 통로 경사부(22b)가 형성하는 내부 공간인 전원부 아크 통로(21)를 통해 아크가 차단기(1) 외부로 배출될 수 있다.
상기 차단기(1)의 전원부에서 발생하는 아크의 이동 경로는 다음과 같다.
차단기(1)의 내함(30)에서 발생하는 초기 아크가 전원부 아크 배출구(25)를 통과하고, 상기 전원부 아크 배출구(25)를 통과한 아크는 전원부 아크 통로(21)를 통과하여 차단기(1) 외부로 배출된다.
그런데, 상기 전원부 아크 배출구(25)가 상기 전원부 아크 통로(21)와 이격되어 있고, 상기 전원부 아크 배출구(25)에서 배출된 아크를 상기 전원부 아크 통로(21)로 연속적으로 가이드 하는 구성이 없기 때문에, 상기 전원부 아크 배출구(25)를 통과한 아크가 차단기(1) 외부로 신속하게 배출되지 못하고 차단기(1) 내부에서 누압 및 역류 현상이 발생하는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 차단기의 작동에 따라 발생하는 아크를 차단기 외부로 신속하게 배출하여 상기 차단기 내부에 잔류하거나 누설되는 아크를 최소화하는 차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 차단기는, 내부에서 발생하는 아크를 배출하기 위한 아크 배출구를 가지는 내함; 상기 내함을 수용하며, 상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 외부로 배출하기 위한 아크 통로를 가지는 외함; 및 상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 상기 아크 통로로 가이드하기 위한 아크 가이드부를 포함하고, 상기 아크 가이드부는, 상부 가이드와, 상기 상부 가이드와 이격되는 하부 가이드와, 상기 상부 가이드와 하부 가이드를 상하 방향으로 연결하는 연결부를 포함한다.
제안되는 본 발명에 의하면, 차단기의 부하부와 전원부에 통로식의 아크 배기 구조를 설치함으로써, 아크를 차단기 외부로 신속하게 배출할 수 있고, 상기 통로식의 아크 배기 구조에 의해 아크의 이동 흐름이 역류되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차단기의 사시도
도 2는 종래 기술에 따른 차단기 부하부의 아크 배기 구조를 보여주는 도면
도 3은 종래 기술에 따른 차단기 전원부의 아크 배기 구조를 보여주는 도면
도 4는 본 발명에 따른 차단기의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 차단기 부하부 측에서 바라본 차단기를 보여주는 도면
도 6은 본 발명에 따른 제 1 아크 배기 구조를 보여주는 도면
도 7은 본 발명에 따른 제 1 아크 배기 구조 저면 사시도
도 8은 본 발명에 따른 하부 가이드의 구성도
도 9는 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 전 하부 외함의 저면 사시도
도 10은 본 발명에 따른 도 9의 A 부분 확대도
도 11은 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 후 하부 외함의 사시도
도 12는 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 후 하부 외함의 저면 사시도
도 13은 본 발명에 따른 차단기 전원부 측에서 바라본 차단기를 보여주는 도면
도 14는 본 발명에 따른 제 2 아크 배기 구조를 보여주는 도면
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 차단기의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차단기(100)는, 상부 외관을 형성하는 상부 외함(200)과, 하부 외관을 형성하는 하부 외함(300)을 포함한다. 사용자는 상기 차단기(100)의 전원을 조절하기 위한 개폐 레버(500)를 작동할 수 있다.
일 예로 사용자가 차단기(100)의 전원을 오프시키기 위하여 상기 개폐 레버(500)를 작동시키면, 고정 접촉자와 가동 접촉자가 이격되고, 이때 두 접촉자 사이에는 고온 고열의 아크가 발생한다. 상기 아크에 의해 차단기(100) 내부 도체 및 성형물에 손상을 입게 되므로 차단기(100) 내부의 아크를 신속하게 외부로 배출하는 것이 필요하다.
따라서 상기 아크 발생시 차단기의 전원부에서는 전원부 아크 통로(210)를 통해 아크가 외부로 배출되고, 차단기의 부하부에서는 부하부 아크 통로(도 5의 310 참조)를 통해 아크가 외부로 배출된다.
이하 차단기의 부하부 측에 구비되는 제 1 아크 배기 구조와, 차단기의 전원부 측에 구비되는 제 2 아크 배기 구조를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제 1 아크 배기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 차단기 부하부 측에서 바라본 차단기를 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 제 1 아크 배기 구조를 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 제 1 아크 배기 구조 저면 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 하부 가이드의 사시도이다.
먼저 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제 1 아크 배기 구조는, 내함(400), 상기 내함(400)과 연결되는 부하부 아크 배출구(330), 상기 부하부 아크 배출구(330)에서 배출된 아크를 상기 차단기(100) 외부로 배출시키기 위한 부하부 아크 통로(310)와, 상기 부하부 아크 배출구(330)에서 배출된 아크를 상기 부하부 아크 통로(310)로 가이드 하기 위한 하부 가이드(320) 및 상부 가이드(340)를 포함한다.
상기 하부 가이드(320)는 하측 경사면(321)을 포함하고 상기 상부 가이드(340)는 상측 경사면(341)을 포함한다. 상기 부하부 아크 배출구(330)에서 상기 부하부 아크 통로(310)로 갈수록 상기 상측 경사면(341)과 하측 경사면(321) 사이의 거리는 점점 좁아지도록 형성될 수 있다.
예시적으로, 상기 하측 경사면(321)은 상기 부하부 아크 배출구(330)에서 상기 부하부 아크 통로(310)로 갈수록 상향 경사지게 형성될 수 있다.
상기 상측 경사면(341)은 상기 부하부 아크 배출구(330)에서 상기 부하부 아크 통로(310)로 갈수록 하향 경사질 수 있다.
경우에 따라서는 상기 상부 가이드(340) 및 상기 하부 가이드(320) 중 어느 하나에만 경사면이 형성되는 것도 가능하다.
상기 상측 경사면(341)과 상기 하측 경사면(321)은 상하 방향으로 연장되는 연결부(도 7의 350 참조)(또는 측면 가이드라고도 할 수 있음)에 의해 연결될 수 있다. 또한 상기 연결부(도 7의 350 참조)의 일측은 부하부 아크 통로(310)와 연결된다.
따라서 상기 부하부 아크 배출구(330)를 통과한 아크는 상기 상측 경사면(341), 하측 경사면(321) 및 연결부(도 7의 350 참조)에 의해서 유동이 연속적으로 가이드 되어 상기 부하부 아크 통로(310)로 유입될 수 있다.
상기 상측 경사면(341)과 하측 경사면(321) 사이를 이동한 아크는 상기 부하부 아크 통로(310)를 통해 차단기(100) 외부로 배출된다.
이하에서는 상기 하부 가이드(320)를 도면을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 하부 가이드(320)는, 내함(400)의 하측에 위치하고 수평 방향으로 형성되는 연장면(322) 및 상기 연장면(322)과 연결되고 일정 각도 상방향으로 경사지게 형성되는 하측 경사면(321)을 포함한다. 상기 하측 경사면(321)은 일 예로 삼각형 형상의 다수의 가이드 돌기(323)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 하측 경사면(321)에는 각 부하부 아크 배출구(330)에서 배출된 아크의 통로를 구획하기 위한 다수의 구획부(324)를 포함할 수 있다.
상기 다수의 돌기(323)와 다수의 지지부(324)는 교번하여 배치될 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 다수의 돌기(323) 형상 및 위치는 제한이 없다. 이하에서는 차단기(100) 부하부에서의 아크 이동 경로에 대해 설명한다.
고정 접촉자와 가동 접촉자가 이격되는 과정에서 아크가 발생하면, 상기 아크는 차단기(100)의 내부를 형성하는 내함(400)으로 이동한다. 상기 내함(400)을 통과한 아크는 좁은 통로인 부하부 아크 배출구(330)를 통과하고, 상기 부하부 아크 배출구(330)의 상측과 하측에 각각 연결되는 상측 경사면(도 6의 341 참조)과 하측 경사면(도 6의 321 참조) 사이의 공간을 따라 이동한다. 그 다음, 상기 아크는 부하부 아크 통로(310)를 따라 이동한다.
본 발명의 제 1 아크 배기 구조에 따르면 부하부 아크 배출구(330)를 통과한 아크가 상기 상부 가이드(도 6의 340 참조) 및 하부 가이드(도 6의 320 참조)에 의해서 상기 부하부 아크 통로(310)로 이동될 수 있으므로, 차단기(100) 외부로 신속하게 외부로 배출되는 것이 가능하다.
그리고 상기 상측 경사면(도 6의 341 참조)과 하측 경사면(도 6의 321 참조) 사이의 거리가 아크의 이동 방향을 따라 점차적으로 좁아지게 됨으로써 아크의 이동 속도가 상승하게 되어 상기 아크가 차단기(100) 외부로 신속하게 배출되는 것이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 전 하부 외함의 저면 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 도 9의 A 부분 확대도이고, 도 11은 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 후 하부 외함의 사시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 하부 가이드 결합 후 하부 외함의 저면 사시도이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 하부 외함(300)은, 부하부 아크 통로(310)로 가이드 하기 위한 상부 가이드(340)를 포함한다. 상기 상부 가이드(340)는 상기 하부 외함(300)과 일체로 형성될 수 있다. 또는 상기 상부 가이드(340)는 상기 하부 외함(300)에 결합될 수 있다.
상기 상부 가이드(340)는, 하부 가이드(320)에 형성되는 가이드 돌기(323)와 대응되는 형상의 가이드 홈(342)을 포함한다. 또한 상기 가이드 돌기(323)는 상기 가이드 홈(342)에 삽입될 수 있다. 일 예로 상기 가이드 돌기(323)는 삼각형 형상으로 돌출될 수 있고, 상기 가이드 홈(342)은 상기 가이드 돌기(323)와 대응되는 삼각형 형상으로 함몰될 수 있다.
상기 하부 가이드(320)는 상기 상부 가이드(340)와 결합한다. 구체적으로, 상기 하부 가이드(320)의 가이드 돌기(323)와 상기 상부 가이드(340)의 가이드 홈(342)이 결합할 수 있다. 다른 예로서, 상기 상부 가이드(340)와 하부 가이드(320)의 일측에 다수의 결합구가 서로 대응되는 위치에 형성됨으로써, 상기 상부 가이드(340) 및 하부 가이드(320)가 서로 결합될 수 있다.
상기 상부 가이드(340)와 상기 하부 가이드(320)의 결합에 의해 부하부 아크 배출구(도 7의 330 참조)에서 발생하는 아크가 부하부 아크 통로(도 7의 310 참조)로 이동할 수 있는 공간이 형성된다.
구체적으로, 상기 상부 가이드(340)의 가이드 홈(342)과 상기 하부 가이드(320)의 가이드 돌기(323)가 결합할 때 상기 상부 가이드(340)와 상기 하부 가이드(320) 사이에는 아크가 이동할 수 있는 공간이 형성된다.
상기 부하부 아크 배출구(도 7의 330 참조)에서 발생하는 아크는, 상기 상부 가이드(340)와 상기 하부 가이드(320) 사이에 아크가 이동할 수 있도록 형성된 공간을 따라 상기 부하부 아크 통로(도 7의 310 참조)로 이동하여 아크가 외부로 배출될 수 있다.
본 실시 예에서는, 상기 상부 가이드에 가이드 홈이 형성되고, 하부 가이드에 가이드 돌기가 형성되는 것이 설명되었으나, 이와 반대로, 상기 상부 가이드에 가이드 돌기가 형성되고, 하부 가이드에 가이드 홈이 형성되는 것도 가능하다.
이하에서는 제 2 아크 배기 구조 및 아크의 이동 흐름에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 차단기 전원부 측에서 바라본 차단기를 보여주는 도면이고 도 14는 본 발명에 따른 제 2 아크 배기 구조를 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 제 2 아크 배기 구조는, 내함(400), 상기 내함(400)과 연결되는 전원부 아크 가이드부(240) 및 상기 전원부 아크 가이드부(240)에 의해 가이드 되는 아크가 배출되는 전원부 아크 배출구(250)와, 전원부 아크 통로를 형성하는 통로 가이드부(230) 및 통로 경사부(220)를 포함한다.
상기 전원부 아크 가이드부(240)는 상기 내함(400)으로부터 소정 길이만큼 돌출되어 형성될 수 있다. 또한 상기 전원부 아크 가이드부(240)가 상기 내함(400)에서 상기 통로 가이드부(230)로 갈수록 상기 전원부 아크 배출구(250)의 통로 단면적이 점점 작아지도록 형성될 수 있다. 또한 상기 통로 가이드부(230)는 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 전원부 아크 가이드부(240)는 상기 통로 가이드부(230)에 접촉할 수 있다. 다른 예로서는, 상기 전원부 아크 배출구(250)가 상기 전원부 아크 가이드부(240)에 접촉할 수 있다.
상기 전원부 아크 배출구(250)를 통과한 아크는 통로 가이드부(230)를 따라 이동하고 상기 통로 가이드부(230)를 통과한 아크는 상면이 하방향으로 일정 각도 경사지게 형성되는 통로 경사부(220)를 따라 이동한 후 전원부 아크 통로(210)를 따라 차단기(100) 외부로 배출된다.
이하에서는 차단기(100) 전원부에서의 아크의 이동 경로에 대해 설명한다.
고정 접촉자와 가동 접촉자가 이격되는 과정에서 아크가 발생하면, 상기 아크는 차단기(100)의 내부를 형성하는 내함(400)으로 이동한다. 상기 내함(400)을 통과한 아크는 전원부 아크 가이드부(240)를 따라 좁은 통로인 전원부 아크 배출구(250)를 통과한다. 그 다음, 상기 아크는 통로 가이드부(230)에 의해 이동 방향이 가이드 되어 통로 경사부(220)를 따라 이동한 후 전원부 아크 통로(210)를 통해 차단기(100) 외부로 배출된다.
본 발명에 의하면, 전원부 아크 가이드부(240)에 의해서 아크가 상기 통로 가이드부로 가이드 될 수 있으므로, 아크에 의한 차단기(100) 내부로의 누압을 방지할 수 있다.
또한 상기 전원부 아크 가이드부(240)의 통로 단면적이 상기 통로 가이드부(230) 측으로 갈수록 줄어들어 아크의 이동 속도가 증가되므로 차단기(100) 외부로 신속하게 아크가 배출될 수 있도록 한다.
또한 통로 경사부(220)의 상면과 측면이 일정 각도로 경사지게 형성되어 상기 통로 경사부(220)의 통로 단면적이 상기 통로 가이드부(230)로부터 이격될수록 점점 작아짐에 따라 아크의 이동 속도를 점점 증가시켜 차단기(100) 외부로 신속하게 아크가 배출될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 명세서에서, 상기 상부 가이드, 상기 하부 가이드 및 상기 연결부를 통칭하여 부하부 아크 가이드부라 이름할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 차단기 200: 상부 외함
300: 하부 외함 400: 내함

Claims (7)

  1. 내부에서 발생하는 아크를 배출하기 위한 아크 배출구를 가지는 내함;
    상기 내함을 수용하며, 상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 외부로 배출하기 위한 아크 통로를 가지는 외함; 및
    상기 아크 배출구에서 배출된 아크를 상기 아크 통로로 가이드하기 위한 아크 가이드부를 포함하고,
    상기 아크 가이드부는,
    상부 가이드와, 상기 상부 가이드와 이격되는 하부 가이드와, 상기 상부 가이드와 하부 가이드를 상하 방향으로 연결하는 연결부를 포함하는 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 가이드와 상기 하부 가이드 중 하나 이상은 경사면을 포함하는 차단기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 가이드는 하측 경사면을 포함하고,
    상기 하측 경사면은, 상기 아크 배출구에서 상기 아크 통로 측으로 갈수록 상향 경사지는 차단기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 가이드와 상기 하부 가이드 중 어느 하나에는 가이드 돌기가 형성되고, 다른 하나에는 상기 가이드 돌기가 삽입되는 가이드 홈이 형성되는 차단기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 가이드는 상측 경사면을 포함하고,
    상기 상측 경사면은, 상기 아크 배출구에서 상기 아크 통로 측으로 갈수록 하향 경사지는 차단기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 통로는 통로 가이드부에 의해서 형성되며,
    상기 아크 가이드부는 상기 아크 배출구에서 연장되어 상기 통로 가이드부에 접촉하는 차단기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 가이드부의 통로 단면적은 상기 아크 배출구에서 상기 아크 통로 측으로 갈수록 작아지는 차단기.
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