KR101309732B1 - 전기기계식 회로차단기 및 상기 전기기계식회로차단기에서의 전류차단 방법 - Google Patents

전기기계식 회로차단기 및 상기 전기기계식회로차단기에서의 전류차단 방법 Download PDF

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Abstract

전기기계식 회로차단기는, 주회로(3, 4) 내의 전류를 수립 및 차단하도록 의도되고, 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)를 포함하는데, 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)는 제1 위치에서 주회로(3, 4)의 전류를 전달하도록 서로에 대해 전기적으로 접촉된다. 상기 이동식 접촉요소(6)는 주회로 내의 전류가 차단되도록 하기 위하여 고정식 접촉요소(5)로부터 분리되는 제2 위치로 변위될 수 있도록 적합화된다. 회로차단기에는 자화 전류에 의하여 횡단되는 자화 코일(8)을 포함하는 방출 장치(2)가 제공되고, 자화 전류는 상기 두 개의 접촉요소들(5, 6)의 분리에 의하여 생성되는 아크를 아크소멸수단(1) 내로 구동하도록 적합화된 자기장(26)을 생성시키기 위한 것이다. 방출 장치(2)는 전극(12)들을 포함하며, 그 전극은 아크가 자화 코일(8) 내에 상기 자화 전류를 생성시키는 방식으로 상기 아크와 협동하도록 적합화되고 또한 자화 코일(8)에 전기적으로 연결된다. 아크를 구동하기 위한 자기장은 상기 아크의 작용에 의하여 생성된다. 상기 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크가 일 접촉요소(5)와 전극 수단(12) 사이의 제1 아크(13a) 및 다른 접촉요소(6)와 전극 수단(12) 사이의 제2 아크(13b)로 적어도 부분적으로 분리되도록 상기 전극(12)들은 상기 접촉요소들(5, 6)과 관계되어 배치된다. 상기 제1 또는 제2 아크(13a, 13b)는, 일 측부가 전극(12)들에 연결되고 다른 측부가 접촉요소들(5, 6) 중의 하나에 연결된 상기 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정된다. 이 특징들은 적은 전류를 차단할 때조차도 높은 차단 효율 및 성능을 얻는 것을 가능하게 한다.

Description

전기기계식 회로차단기 및 상기 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법{Electromechanical circuit breaker and method of breaking the current in said electromechanical circuit breaker}
본 발명은 레일식 차량(rail vehicle)을 포함하는 철도운송 네트워크와 같은 직류 설비(DC installation)의 보호를 위하여 특히 적합화되되 이에만 한정되지는 않는 전기기계식 회로차단기에 관한 것이다. 그러한 네트워크는 전형적으로 750V 내지 3000V의 공칭 전압(nominal voltage)을 갖는다. 회로차단기는, 예를 들어 그 설비의 어딘가에서의 회로단락(short circuit)이 발생된 경우에 과전류(heavy currents)를 차단하기 위하여 이용된다. 그러나 그것은 다른 수많은 산업적 용도도 갖는다.
그러한 공지된 전기기계식 회로차단기는 주회로(main circuit)의 전류를 수립 및 차단하도록 의도되고, 고정식 접촉요소(fixed contact element)와 이동식 접촉요소(moving contact element)를 포함하는데, 이들은 제1 위치(first position)에서 주회로의 전류 전달을 위하여 서로에 대해 전기적으로 접촉하고, 상기 이동식 접촉요소는 주회로 전류의 차단을 위하여 고정식 접촉요소로부터 분리되는 제2 위치로 변위될 수 있도록 적합화된다. 회로차단기에는 방출(blow-out) 장치가 제공 되는데, 그 방출 장치는 상기 두 개의 접촉 요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크(arc)를 아크소멸수단(arc extinction means)으로 구동(驅動, drive)하도록 적합화된 자기장을 생성시키기 위한 자화 전류(magnetising current)에 의하여 횡단되는 자화 코일(magnetising coil)을 포함한다. 방출 장치(2)는, 아크가 자화 코일 내에 상기 자화 전류를 생성시키도록, 상기 아크와 협동하도록 적합화되고 자화 코일에 전기적으로 연결된 전극 수단을 포함한다. 상기 아크를 구동하는 자기장은 상기 아크의 작용에 의하여 생성된다.
오늘날, 회로차단기들은 철도운송 시스템의 레일식 차량들과 공급 스테이션들(feeding station)의 대부분에서 사용된다. 이 전기기계식 회로차단기들은 이동가능한 접촉요소와 함께 작동하는 고정식 접촉요소를 포함한다. 보통의 조건 하에서는, 이 요소들이 서로 접촉된 상태에 있으며, 주회로 내의 전류는 그 요소들 간으로 도전된다. 그 전류를 차단할 때에는 이 접촉요소들 간의 물리적인 거리가 증가되는데, 이것은 그 두 개의 접촉요소들 간의 전기적인 아크를 생성시키는 어떤 형태의 전기기계식 엑츄에이터에 의하여 증가된다.
그 전류의 차단을 효과적으로 만들기 위해서는 이 전기적 아크가 소멸되어야 한다. 이것은, 주회로에 의하여 생성된 자기장에 관계된 힘에 의하여 아크가 지향되는 공지된 형태의 소위 아크-슈트(arc-chute)를 이용함에 의하여 달성되는 것이 통상적이다. 이 아크-슈트 내에서는, 그 아크가 복수의 작은 아크들로 나뉘는바, 궁극적으로 그것은 분리된 접촉요소들에 걸친 도전(conduction)의 최종적 붕괴로 이어질 것이다.
직류 회로차단기에 있는 아크-슈트 내로 아크를 변위시키기 위한 전자기력은, 일반적으로 전류값의 제곱의 함수이다. 차단되어야 하는 전류가 매우 낮은 때에는 특별한 문제점이 있다. 이 경우에는, 발생되는 힘이 아크를 아크-슈트 내로 변위시키기에 충분하지 않은 것이다.
이를 위하여, 이 형태의 회로차단기들에는 전자기적 형태일 수 있는 소위 방출 장치가 제공되는데, 전자기적 형태라 함은 전기적 아크를 아크-슈트와 같은 아크소멸장치로 구동하는데에 전자기력이 이용된다는 의미이다.
예를 들어 미국특허 제4302644호에 해결책이 제안되어 있는데, 그에 따르면, 전기적 코일이 접촉부들과 직렬로 연결되고 따라서 그것은 차단기의 모든 전류(full current)를 취한다. 구조물의 체적을 제한범위 내로 유지시키기 위하여, 적은 수의 감김(turn)만이 이용될 수 있는바, 이것은 적은 전류를 차단시킬 때에의 효율성을 제한한다.
본 기술분야에서는, 어떤 경우들에 있어서는 큰 전류 차단의 경우보다 적은 전류 차단의 경우에서 차단 성능 측면이 훨씬 더 많이 요구될 수 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 일 목적은 공지된 장치의 불편함을 해소하는 전기기계식 회로차단기를 위한 방출 장치의 개선된 설계를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이것은 청구항 1 에 따른 특징들을 갖는 방출 장치를 제공함에 의하여 달성되는바, 청구항 1 에서는, 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크가 일 접촉요소와 전극 수단 사이의 제1 아크 및 다른 접촉요소와 전극 수단 사이의 제2 아크로 적어도 부분적으로 분리되도록 전극 수단들이 상기 접촉요소들과 관계되어 배치되며, 상기 제1 또는 제2 아크는, 일 측부가 전극 수단에 연결되고 다른 측부가 접촉요소들 중의 하나에 연결된 상기 자화 코일과 병렬 연결되도록 설정된 것 등을 특징으로 한다.
이 특징들은 적은 전류의 차단 시에도 높은 효율을 갖는 회로차단기를 얻게 해준다. 또한 높은 신뢰성, 수명, 및 저렴한 가격이 얻어질 수 있다.
방출 장치는, 상기 접촉요소들 중의 하나와 전극 수단 사이의 자화 코일과 병렬 연결되도록 설정된 제1 또는 제2 아크 내에서 통과하는 전류보다 자화 코일 내에서 통과하는 전류가 적게 되는 방식으로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상당한 횟수의 감김(turns)을 갖는 자화 코일을 이용하는 것이 가능하게 되는데, 이것은 적은 전류의 차단 시에도 방출 장치의 성능 및 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
유리한 일 실시예에서, 아크의 적어도 일부가 전극(들)로 뛰어넘어 상기 제1 아크를 형성하고 전극(들)로부터 이동가능한 접촉요소로 뛰어넘어 상기 제2 아크를 형성할 수 있도록, 이동식 접촉요소는, 이동식 접촉요소의 미리 결정된 위치에서, 이동식 접촉요소의 궤적의 양 측부에 배치된 전극(들)을 통과하는 평면과 같은 높이에 있는 표면을 포함한다.
이 구성은 매우 정확하고 안정적인 회로차단기의 기능을 얻는 것을 가능하게 한다.
각각 적어도 하나의 극성부재에서 종료되는 적어도 두 개의 아암들을 포함하는 자화 회로가 방출 장치에 제공되고, 아크를 구동하기 위한 상기 자기장은 적어도 부분적으로 상기 극성부재들 사이에서 생성된다.
이 특징은 아크를 아크-슈트 내로 구동시키기에 특히 잘 적합화된 자기장을 생성시키는 것을 가능하게 함으로써, 높은 차단 성능 및 안정성이 얻어질 수 있다.
또한 본 발명은 주회로 내의 전류를 차단하도록 의도되고 고정식 접촉요소 및 이동식 접촉요소를 포함하는 전기기계식 회로차단기에서 전류를 차단하는 방법에 관한 것이기도 하다. 고정식 접촉요소 및 이동식 접촉요소는 제1 위치에서 주회로의 전류를 전달하도록 서로에 대해 전기적으로 접촉되고, 상기 이동식 접촉요소는 주회로 내의 전류가 차단되도록 하기 위하여 고정식 접촉요소로부터 분리되는 제2 위치로 변위될 수 있도록 적합화된다. 상기 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크는 방출 장치에 의하여 아크소멸수단 내로 구동되고, 방출 장치는 상기 아크를 구동하도록 적합화된 자기장을 생성시키기 위한 자화 전류에 의하여 횡단되는 자화 코일을 포함하며, 아크를 구동하기 위한 자기장은 아크의 작용에 의하여 생성되고, 아크를 아크소멸수단 내로 구동시키기 위한 자화 코일 내에 자화 전류를 생성시키기 위하여 아크는 자화 코일에 전기적으로 연결된 전극 수단과 협동하도록 강제되며, 상기 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크는 일 접촉요소와 전극 수단 사이의 제1 아크 및 다른 접촉요소와 전극 수단 사이의 제2 아크로 적어도 부분적으로 분리되고, 상기 제1 또는 제2 아크는, 일 측부가 전극 수단에 연결되고 다른 측부가 접촉요소들 중의 하나에 연결된 상기 자화 코일과 병렬 연결되도록 설정된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징들, 목적들, 용도들, 및 효과들은 하기의 도면들을 참조로 하는 상세한 설명과 첨부된 청구항들로부터 명백하게 될 것이다.
도 1 에는 방출 장치 및 관련된 아크-슈트를 구비한 본 발명에 따른 회로차단기가 도시되어 있다.
도 2 는 도 1 에 따른 방출 장치의 구성을 도시하는 다른 도면이다.
도 3 에는 본 발명에 따른 회로차단기에 있는 전극들의 기계적 구성이 도시되어 있다.
도 4 에는 상기 방출 장치에 있는 자기 회로(magnetic circuit)의 구성의 일 예가 도시되어 있다.
도 5 는 상기 방출 장치에 있는 자기 회로의 상세도이다.
도 6 은 도 5 에 도시된 구성요소들의 측면도이다.
도 7 에는 도 5 에 도시된 일부 구성요소들의 상세도가 도시되어 있다.
도 8 에는 방출 장치에 있는 영구자석을 포함하는 회로차단기의 변형예가 도시되어 있다.
도 9a, 9b, 9c, 및 9d 에는 본 발명에 따른 회로차단기 내에서의 아크 형성이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1 에는 방출 장치(2) 및 관련된 아크-슈트(1)를 구비한 본 발명에 따른 회로차단기가 개략적으로 그리고 일반적인 방식으로 도시되어 있다. 이 아크-슈트는 일반적인 형태의 구성이고, 여기에서는 더 이상 상세히 설명되지 않는다. 주전류 경로(main current path)는, 접촉바(contact bar; 3)를 통하여 고정식 기계적 접촉요소(5)로, 관련된 이동식 기계적 접촉요소(6) 및 접촉바(4)를 통하여 간다. 보통의 상태에서는, 이 접촉요소들이 서로 전기적으로 접촉된 상태로 있어서 주전류를 전달한다. 기계적 접촉요소들을 통한 전류는 회로차단기가 작동되는 순간에 어느 방향으로든 흐를 수 있다.
기계적 접촉요소(6)의 움직임은 매우 고속인 엑츄에이터(7)에 의하여 제어되는데, 그 엑츄에이터는 예를 들어 접촉요소를 당겨 분리시키고 그 요소들 간의 거리를 증가시킴에 의하여 그 전기적 접촉을 개방하기 위하여 필요한 물리적 움직임을 야기한다.
회로차단기가 작동되는 전형적인 경우는, 무슨 이유에서이든 회로차단기가 연결된 주회로의 어디에선가 회로단락이 있는 것으로 보이는 때이다.
그러한 회로단락은 공칭값(nominal value)을 초과하도록 전류를 상당히 증가시킬 수 있는데, 이것은 상기 주회로 내의 장비와 구성부품들을 손상시킬 수 있는 것이다.
그러므로, 그러한 회로단락의 영향을 최소화하기 위하여는, 가능한 신속히 그 전류를 완전히 차단하는 것일 것인바, 이것은 회로차단기에 의하여 수행되는 것이다.
그러나, 회로차단기는 적은 전류를 차단할 수도 있어야 하는데, 그것은 더 큰 설계 문제를 야기할 수 있는 것이다.
검출 수단(detection means)(미도시)은, 주전류가 차단되어야 하는 상태의 감지를 목적으로 하여, 예를 들어 주회로 내에 배치된다. 그러한 상태는, 회로단락의 결과일 수 있는 전류의 증가일 수 있다. 함께 작동하는 제어수단(미도시)이 회로차단기의 엑츄에이터(7)로 신호를 보내는바, 그것은 그 접촉을 개방시킬 것이다. 그러나 회로차단기는 이례적인 상태의 감지없이 엑츄에이터(7)로 보내지는 통상의 제어 신호를 이용함으로써 또는 수동으로(manually)도 작동될 수 있다.
도 2 에는 도 1 에 따른 방출 장치(2)를 다른 시각에서 본 도면이 도시되어 있다. 이 도면에서 아크-슈트는 보이지 않는다. 엑츄에이터(7) 및 접촉바들(3, 4)은 물론 두 개의 극성부재(9)들도 도시되어 있는바, 이들은 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다. 상측의 전체적으로 편평한 표면(15)은 관련된 아크-슈트를 위한 지지 표면이다.
도 3 에는 방출 장치(2) 내의 전극들의 기계적인 구성이 도시되어 있다. 지지 표면(15)의 중앙부에 있는 오리피스(orifice; 16)에서, 두 개의 극성부재(9)들은 이 도면에 도시되지 않은 아크-슈트(1)의 방향으로 상향으로 뻗어 있다. 이동식 접촉요소(6)의 각 측부에 장착된 두 개의 전극(12)들도 이 오리피스(16)를 통하여 볼 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 이 전극들은 본 발명의 중요한 부분을 형성한다.
또한, 방출 장치(2)는, 이동식 접촉요소(6) 위로 장착되고 그에 전기적으로 연결된 제1 안내 혼(first guiding horn; 20), 및 고정식 접촉요소(5)의 상측에 장 착되고 그에 전기적으로 연결된 제2 안내 혼(21)을 더 포함한다.
도 4 에는 방출 장치(2) 내의 자기 회로(25)의 구성의 일 실시예가 도시되어 있다. 자화 코일(8)은 상기 자기 회로 내에 자기장을 생성시키는데, 그 자기 회로는 극성부재(9)에서 각각 종료되는 두 개의 아암(arm; 11)들 및 코어(core; 8a)를 포함한다. 자기 회로 내에는 두 개의 극성부재(10)들도 배치되는데, 이들은 지지 표면(15)의 상측에 장착될 아크-슈트(1)의 일부분을 형성한다.
이 극성부재(10)들은 극성부재(9)들에 고정되지 않지만, 아크-슈트(1)가 방출 장치(2)의 상측에 장착되는 때에 극성부재(9)들에 가까이 또는 그에 접촉하도록 배치될 것이다. 자기 회로의 코어, 아암들, 및 극성부재들은 철로 만들어지는 것이 적합하다. 이 구성은 도 5 에도 개략적으로 도시되어 있다.
도 5 에는 방출 장치(2)에 있는 자기 회로(25)의 상세가 도시되어 있다. 도 5 는 개략적인 것이고, 아크-슈트 내에서 그리고 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6) 사이의 간극 내에서의 자기장(26)의 생성을 보이기 위하여 특히 의도된 것이라는 것에 유의하여야 한다. 전류 I(B) 에 의하여 작동되는 때에, 자화 코일(8)은 극성부재들(9, 10) 사이의 간극 내에서 자기 회로의 아암(11)들을 통하는 자기흐름(magnetic flow)을 생성시킨다. 극성부재(9)들의 설계 및 구성은, 아크-슈트 영역(27)에서 높은 유도(induction)가 이루어지고 이동식 접촉요소(6)와 고정식 접촉요소(5) 사이의 영역(28)에서는 낮은 또는 심지어는 상당히 낮은 유도(2)가 이루어지도록 된다.
도 5 에는 전극 수단을 형성하는 두 개의 전극(12)들이 이동식 접촉요소(6) 둘레로 둘러싸는 방식으로 배치된 것도 도시되어 있다. 이 전극(12)들 각각은 그 상측 부분에 서로 대면하는 돌출부(protrusion; 30)를 포함한다. 전극(12)들 둘 다는 도선(wire; 31)에 의하여 전기적으로 연결된다. 또한 그들은 도선(32)에 의하여 자화 코일(8)에 전기적으로 연결되고, 또한 도선(33)에 의하여 자화 코일(8)로부터 이동식 접촉요소(6)로 연결된다.
도 6 에는 방출 장치(2) 내의 전극(12)들의 구성의 측면도가 도시되어 있다. 상기 사항에 따른 자화 코일(8)을 위한 작동 전류(I(B))가 어떻게 차단절차(breaking sequence) 중에 회로차단기의 외부로부터의 에너지 입력 없이 자동적으로 생성될 수 있는지가 개략적으로 도시되어 있다. 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)가 측면으로서 도시되어 있다. 협동하는 전기 회로는 이동식 접촉요소(6), 자화 코일(8), 및 이동식 접촉요소(6)의 양 측에 배치된 전극(12)들의 쌍을 포함한다. 이 전극들의 구성은 도 7 에도 도시되어 있다.
보통의 상태에서는 고정식 접촉요소와 이동식 접촉요소가 전기적으로 접촉되어 모든 주전류(I(M'))를 전달한다. 특히 도 1 및 도 6 에 도시된 실시예에서, 이동식 접촉요소(6)는 회전 움직임(35)을 갖는다. 이것은 보통의 상태 하에서는 접촉요소들(6, 5)의 표면들(17, 18)이 전기적으로 접촉된다는 것을 의미한다.
이제 어떤 미리 정의된 상태(조건)가 주회로에서 감지되면, 적용되는 방책(strategy)에 따라서 주회로의 차단으로 귀결되고, 그 후 이동식 접촉요소(6)에 작용하는 전기기계식 형태일 수 있는 엑츄에이터(7)가 제어 신호를 받을 것이다. 결과적으로, 이동식 접촉요소(6)가 고정식 접촉요소(5)로부터 후퇴된다.
그러나, 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6) 사이에 전기적인 아크(13)가 생성된다는 사실 때문에 주전류(I(M'))가 즉시적으로 0 으로 떨어지지는 않을 것이다. 이제, 회로차단기의 과제는, 주회로에서의 발생가능한 손상을 제한하기 위하여, 이 전기적인 아크를 가능한 신속히 소멸시키는 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 이와 같은 형태의 회로차단기는 아크-슈트(1)를 이용하는데, 전기적 아크를 분리시키고 최종적으로는 소멸시키기 위하여 전기적 아크(13)는 아크-슈트(1) 내로 강제된다. 도 1 및 도 6 에서, 아크-슈트는 도면의 상측 부분에 물리적으로 배치되어 있다. 아크를 아크-슈트 내로 가져갈 구동력(driving force; F)은 접촉요소들(5, 6) 주위의 공간 내에서 자기장(26)과 아크 간의 상호작용에 의하여 생성된다. 그러면 그 구동력(F)은 도 6 에서의 상방향으로 지향된다.
본 실시예에 따른 회로차단기에서의 아크(13)에 대한 결과적인 힘은 원칙적으로 아래에서 설명되는 세 개의 성분들을 갖는다. 도 8 에 따른 변형예에는 부가적인 일 성분이 추가될 것이다.
아크(13)가 접촉요소들(5, 6) 사이에 나타날 때에 이미, 이 아크는 그 아크가 나타나는 공간 주위의 강철 부분들에 있는 잔류 자기(remanent magnetism)로부터의 힘에 노출될 것이다. 또한 아크(13) 그 자신이 자기장을 생성하는바, 그 자 기장은 아크를 편향시키려고 할 것이다. 접촉요소들(5, 6) 간의 거리가 증가할 때, 아크(13)는 더 길어지고, 이동식 접촉요소(6)는 어떤 위치에 도달하는데, 그 위치에서 이동식 접촉요소(6)의 표면(17)은 전극(12)들을 통과하는 평면과 같은 높이에 있게 된다. 상기 전극(12)들은, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 이동식 접촉요소(6)의 궤적의 양 측부에 배치된다. 실제에서 아크는 플라즈마의 형태를 가지고, 표면들(17, 18) 상에서의 타격 지점 또는 영역은 잘 한정되지 않는다. 전류(I(B))가 0 인 때에, 전극(12)들에서의 전위는 표면(17)에서의 전위와 같다. 이제 아크 또는 그의 일부는 접촉요소(6)의 일 측에 있는 전극(12)들 중의 하나로 뛰어넘을 수 있는데, 그것은 고정식 접촉요소(5)와 전극(12) 간의 일 아크(13a)와 전극(12)과 표면(17) 간의 다른 아크(13b)를 생성시킬 것이다. 이제, 전극(12)과 표면(17) 간의 아크에 걸친 전위차는 자화 코일(8)을 통하여 전류를 흐르게 할 것이다. 본 발명에 따르면, 이 사실이 아크가 아크-슈트(1) 내로 강제 상향되는 것을 보장할 극성부재들(9, 10) 및 접촉요소들(5, 6) 간의 공간 내에 자기장을 생성시키는데에 이용된다. 이와 같은 구성은 낮은 값이 주전류에 대해서도 우수한 결과를 낳는 것으로 나타났다. 그 구성은 차단의 순간에 주전류의 양 방향들에 대해 작용한다는 것에 유의하여야 한다.
일단 아크가 아크-슈트(1) 내에 있게 되면, 아크는 전극(12)들을 떠난 것으로 된다. 따라서, 아크를 더 미는 힘은 자기 회로의 잔류 유도에 의하여 생성된다. 유도 수준(induction level)이 높을 수록, 아크는 더 신속하게 아크-슈트 내 로 방출될 것이다.
도 5 와 관련하여 설명된 바와 같이, 설계 때문에, 자속(magnetic flux)은 접촉요소들(5, 6)에 근접한 위치보다 극성부재들(9, 10) 사이에서 그리고 아크-슈트(1) 내에서 훨씬 더 높은데, 이것은 유리한 특징이다.
도 7 에는 방출 장치(2) 내의 전극(12)들의 구성의 일 예가 상세히 도시되어 있다. 전극(12)들은 이동식 접촉요소(6)를 가까이 둘러싸서 아크(13) 또는 그 아크의 적어도 일부분이 뛰어넘는 것을 용이하게 한다. 요소(6)의 바로 상측에서, 전극(12)들에는 서로 대면하는 두 개의 돌출부(30)들이 제공된다. 전극의 이 부분들은 아크가 전극들을 접촉하지 않고 전극들 사이로 상향 이동하는 것을 효과적으로 방지한다.
도 8 에는, 도 6 에 도시된 실시예에 따른 방출 장치 내에 부가적인 영구자석(14)을 포함하는, 앞선 실시예의 변형예가 도시되어 있다. 이 영구자석(14)은 접촉요소들(5, 6) 사이의 공간 내의 아크발생 영역 내에 부가적인 자속(14a)을 생성한다. 이 자속은, 시작부터 이미 아크(13)에 대한 힘(Fp)을 생성하는데, 이것은 아크의 아크-슈트 내로의 상향 이동에 직접적으로 기여하지는 않는다. 그 힘은 종이 평면에 대해 수직으로 지향될 것이고, 따라서 초기 단계에서 아크가 전극(12)들 중의 하나에 측방향으로 접촉하도록 강제할 것이다.
도 9a, 9b, 9c, 및 9d 에는, 고정식 및 이동식 접촉요소들(5, 6) 간의 전류(I( M' ))를 차단할 때에 네 개의 상이한 위치들에서의 아크 형성이 개략적으로 도시 되어 있다.
도 9a 에서, 아크(13)는 접촉요소들(5, 6) 사이에서 나타나고, 전류(I( M' ))는 그 아크를 통하여 구동된다.
도 9b 에서, 이동식 접촉요소(6)가 전극(12)들에 접근함에 따라서 아크(13)는 더 길어진다.
도 9c 에서, 이동식 접촉요소(6)는 전극(12)들을 통과하는 평면(36)에 포함된다. 이제, 아크(13) 또는 그 아크의 일부분은 전극(12)들 중의 하나로 측방향으로 뛰어넘게 된다.
최종적으로, 도 9d 에서, 아크 또는 그것의 일부분은 전극(12)들 중의 하나와 고정식 접촉요소(5) 사이의 제1 아크(13a), 및 이동식 접촉요소(6)와 그 전극(12) 사이의 제2 아크(13b)로 분리된다.
전류(I( M' ))의 일 부분은 제1 아크(13b)의 채널을 통하여 이동식 접촉요소(6)와 전극(12) 사이에 수립된다. 전류(I(B))의 다른 부분은, 코일(8)을 통하여 구동됨에 의하여 그리고 자기장(26)을 생성시킴에 의하여 전극(12)으로부터 이동식 접촉부(6)로 통과할 것이다.
코일(8)을 통과하는 전류(I(B))는 아크(13b)를 통과하는 전류(I( M' )) 보다 훨씬 더 적은 값을 갖는다. 일반적으로 전류(I(B))는 10A 내지 50A의 값을 가지고, 전류(I( M' ))는 1000A 내지 200,0OOA 의 값을 갖는다. 따라서 전류(I(B))는 전 류(I( M' )) 보다 적어도 세 배 적은 것이 바람직하다.
아크(13b)의 저항은 코일(8)의 저항보다 훨씬 더 낮다. 상기 코일(8)은 아크(13b)와 병렬 연결(parallel coupling)되도록 설정된다.
이와 같은 전극(12)들, 이동식 및 고정식 접촉요소들의 특정한 구성으로 인하여, 아크 또는 그 아크의 일부분과 코일(8)의 병렬 연결의 장점이 얻어진다. 따라서, 상당한 횟수의 감김을 갖는 코일(8)을 구비한 방출 장치를 제공하는 것이 가능하게 되는데, 이것은 상승된 자기장(26)의 생성을 허용한다. 따라서, 그 방출 장치의 효율이, 모든 전류가 코일을 통해 흐르는 공지된 방출 장치에 비하여 훨씬 더 높게 된다. 상기 공지된 장치에서는, 코일은 매우 제한된 횟수의 감김만을 가질 수 있다. 그러므로, 그 공지된 장치에서는 매우 제한된 방출 효율이 얻어질 수 있었다.
또한, 본 발명에서는 코일이 높은 전류를 받지 않게 되고, 그러므로 그 장치는 공지된 장치에 비하여 낮은 가격과 향상된 수명을 갖게 된다.
도 5 내지 도 9 에 도시된 바와 같이, 전극(12)들은, 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크가 그 접촉요소들 중의 하나(여기서는 고정식 접촉요소(5))와 전극(12)들 사이의 제1 아크(13a), 및 다른 접촉요소(여기서는 이동식 접촉요소(6))와 전극(12)들 사이의 제2 아크(13b)로 적어도 부분적으로 분리되도록, 접촉요소들(5, 6)과 관계되어 배치된다. 제2 아크(13b) 또는 제1 아크(13a)는, 일 측부가 전극(12)들에 연결되고 또한 다른 측부가 접촉요소들(5, 6) 중의 하나(여기 서는 이동식 접촉요소(6))에 연결되는 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정된다. 특히 이와 같은 구성은 전술된 장점들의 획득을 가능하게 한다.
물론, 위에서 설명된 실시예는 결코 한정적인 것이 아니며, 그것은 청구항들에 의하여 정의되는 틀 내에서 모든 바람직한 변형예들로 변형될 수 있다.
도 9d 에 점선으로 도시된 바와 같이, 코일(8)은 고정식 접촉요소(5)와 전극(12)들 사이에 연결될 수 있다.
전극(12)들은 매우 다양한 형상을 가질 수 있다. 단 하나의 전극만이 전극 수단으로서 제공될 수 있다. 이 단일의 전극은 이동식 접촉요소(5) 주위를 둘러싸는 방식으로 장착될 수 있다.
회로차단기에는 하나 이상의 이동식 접촉요소 및 고정식 접촉요소가 제공될 수 있다.
극성부재들(9, 10), 아암(11)들, 및 자기 회로(25)의 설계는 상이하게 선택될 수 있다.
방출 장치(2)에는 하나 이상의 코일이 제공될 수 있지만, 그 코일은 아크 또는 아크의 일부와 병렬 연결되도록 설정된다.
본 발명은 레일식 차량을 포함하는 철도운송 네트워크와 같은 직류 설비의 보호를 위하여 적합화된 전기기계식 회로차단기 등에 이용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 주회로(3, 4) 내의 전류를 수립(establish) 및 차단하도록 의도되고 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)를 포함하는 전기기계식 회로차단기로서, 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)는 제1 위치에서 주회로(3, 4)의 전류를 전달하도록 서로에 대해 전기적으로 접촉되고, 상기 이동식 접촉요소(6)는 주회로 내의 전류가 차단되도록 하기 위하여 고정식 접촉요소(5)로부터 분리되는 제2 위치로 변위될 수 있도록 적합화되며, 회로차단기에는 자화 전류에 의하여 횡단되는 자화 코일(8)을 포함하는 방출 장치(2)가 제공되고, 자화 전류는 상기 두 개의 접촉요소들(5, 6)의 분리에 의하여 생성되는 아크를 아크소멸수단(1) 내로 구동하도록 적합화된 자기장(26)을 생성시키기 위한 것이며, 방출 장치(2)는 전극 수단(12)을 포함하며, 전극 수단은 아크가 자화 코일(8) 내에 상기 자화 전류를 생성시키는 방식으로 상기 아크와 협동하도록 적합화되고 또한 자화 코일(8)에 전기적으로 연결되며, 아크를 구동하기 위한 자기장은 상기 아크의 작용에 의하여 생성되고, 상기 두 개의 접촉요소들의 분리에 의하여 생성되는 아크가 일 접촉요소(5)와 전극 수단(12) 사이의 제1 아크(13a) 및 다른 접촉요소(6)와 전극 수단(12) 사이의 제2 아크(13b)로 부분적으로 분리되도록 상기 전극 수단(12)들은 상기 접촉요소들(5, 6)과 관계되어 배치되며, 상기 제1 또는 제2 아크(13a, 13b)는, 일 측부가 전극 수단(12)에 연결되고 다른 측부가 접촉요소들(5, 6) 중의 하나에 연결된 상기 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정되고,
    아크(13)의 일부가 전극(들)(12)로 뛰어넘어 상기 제1 아크(13a)를 형성하고 전극(들)(12)로부터 이동가능한 접촉요소(6)로 뛰어넘어 상기 제2 아크(13b)를 형성할 수 있도록, 이동식 접촉요소(6)는, 이동식 접촉요소(6)의 미리 결정된 위치에서, 이동식 접촉요소(6)의 궤적의 양 측부에 배치된 전극(들)(12)을 통과하는 평면과 같은 높이에 있는 표면(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    방출 장치는, 상기 접촉요소들(5, 6) 중의 하나와 전극 수단(12) 사이의 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정된 제1 또는 제2 아크(13a, 13b) 내에서 통과하는 전류(I( M' ))보다 자화 코일(8) 내에서 통과하는 전류(I(B))가 적게 되는 방식으로, 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전극 수단은, 이동식 접촉요소(6)를 둘러싸도록 이동식 접촉요소(6)의 양 측부에 장착된 하나 또는 두 개의 전극(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    전극 수단은 이동식 접촉요소(6)의 양 측부에 장착된 두 개의 전극(12)들을 포함하고, 상기 두 개의 전극들 모두에는 아크를 포착(catch)하도록 형상화되고 서로 대면하는 돌출부(30)가 제공된 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    각각 극성부재(9)에서 종료되는 두 개의 아암(11)들을 포함하는 자화 회로(25)가 방출 장치(2)에 제공되고, 아크를 구동하기 위한 상기 자기장(26)은 부분적으로 상기 극성부재(9)들 사이에서 생성되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    소멸 수단은 방출 장치(2) 상에 장착된 아크-슈트(1)이고, 방출 장치(2)에 가까운 아크-슈트(1)의 측부에는 상기 극성부재(9)들에 가깝게 또는 그에 접촉하게 배치된 두 개의 보조 극성부재(10)들이 제공된 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    아크소멸수단(1)의 영역에서 이루어지는 유도(induction)가 이동식 접촉요소(6)와 고정식 접촉요소(5) 사이의 영역에서 이루어지는 유도보다 높게 되도록, 극성부재들(9, 10)이 설계 및 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    아크가 전극 수단(12)과 접촉하게 강제되도록 아크를 변위시키기 위하여, 아크에 대한 힘을 생성시키도록 적합화된 영구자석(14)이 방출 장치(2)에 제공된 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    주전류가 차단되어야 하는 주회로 내의 미리 결정된 조건을 검출하기 위한 검출 수단이 전기기계식 회로차단기에 제공되고, 상기 검출 수단은 상기 주전류의 차단을 위하여 이동식 접촉요소(6)를 변위시키도록 적합화된 엑츄에이터(7)와 협동하는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기.
  11. 주회로(3, 4) 내의 전류를 차단하도록 의도되고 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)를 포함하는 전기기계식 회로차단기에서 전류를 차단하는 방법으로서, 고정식 접촉요소(5) 및 이동식 접촉요소(6)는 제1 위치에서 주회로(3, 4)의 전류를 전달하도록 서로에 대해 전기적으로 접촉되고, 상기 이동식 접촉요소(6)는 주회로 내의 전류가 차단되도록 하기 위하여 고정식 접촉요소(5)로부터 분리되는 제2 위치로 변위될 수 있도록 적합화되며, 상기 두 개의 접촉요소들(5, 6)의 분리에 의하여 생성되는 아크는 방출 장치(2)에 의하여 아크소멸수단(1) 내로 구동되고, 방출 장치(2)는 상기 아크를 구동하도록 적합화된 자기장(26)을 생성시키기 위한 자화 전류에 의하여 횡단되는 자화 코일(8)을 포함하며, 아크를 구동하기 위한 자기장은 아크의 작용에 의하여 생성되고, 아크를 아크소멸수단(1) 내로 구동시키기 위한 자화 코일(8) 내에 자화 전류를 생성시키기 위하여 아크는 자화 코일(8)에 전기적으로 연결된 전극 수단(12)과 협동하도록 강제되며, 상기 두 개의 접촉요소들(5, 6)의 분리에 의하여 생성되는 아크는 일 접촉요소(5)와 전극 수단(12) 사이의 제1 아크(13a) 및 다른 접촉요소(6)와 전극 수단(12) 사이의 제2 아크(13b)로 부분적으로 분리되고, 상기 제1 또는 제2 아크(13a, 13b)는, 일 측부가 전극 수단(12)에 연결되고 다른 측부가 접촉요소들(5, 6) 중의 하나에 연결된 상기 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정되며,
    아크(13)의 일부가 전극(들)(12)로 뛰어넘어 상기 제1 아크(13a)를 형성하고 전극(들)(12)로부터 이동식 접촉요소(6)로 뛰어넘어 상기 제2 아크(13b)를 형성할 수 있도록, 이동식 접촉요소(6)의 미리 결정된 위치에서 이동식 접촉요소의 표면(17)이 이동식 접촉요소(6)의 궤적의 양 측부에 배치된 전극(들)(12)을 통과하는 평면과 같은 높이에 있게 되는 방식으로 이동식 접촉요소(6)가 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접촉요소들(5, 6) 중의 하나와 전극 수단(12) 사이의 자화 코일(8)과 병렬 연결되도록 설정된 제1 또는 제2 아크(13a, 13b) 내에서 통과하는 전류(I( M' ))보다 자화 코일(8) 내에서 통과하는 전류(I(B))가 적은 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    이동식 접촉요소(6)를 둘러싸도록 이동식 접촉요소(6)의 양 측부에 상기 전극 수단을 형성하는 하나 또는 두 개의 전극들(12)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    전극 수단은 이동식 접촉요소(6)의 양 측부에 장착된 두 개의 전극(12)들을 형성하도록 형상화되고, 상기 전극들 둘 다에는 아크를 포착하도록 형상화되고 서로 대면하는 돌출부(30)가 제공된 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 13 항, 및 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    자화 코일에서 생성되는 자기장은, 각각 극성부재(9)에서 종료되는 두 개의 아암(11)들을 포함하는 자화 회로에 의하여, 아크를 아크소멸수단(1)으로 구동시키도록 적합화된 미리 결정된 위치로 전도(conduct)되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    아크소멸수단(2)의 영역에서 이루어지는 유도(induction)가 이동식 접촉요소(6)와 고정식 접촉요소(5) 사이의 영역에서 이루어지는 유도보다 높게 되도록, 극성부재들의 설계 및 구성이 선택되는 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 13 항, 및 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    영구자석(14)이, 아크가 전극 수단(12)과 접촉하게 강제되도록 아크를 변위시키기 위하여, 아크에 대한 힘을 생성시키도록 적합화되고, 또한 방출 장치(2)에 장착된 것을 특징으로 하는, 전기기계식 회로차단기에서의 전류차단 방법.
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