KR101344260B1 - 배선용 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 전원측 단자와 연결되는 고정접촉자; 상기 고정접촉자와 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동접촉자; 상기 가동접촉자를 회동가능하게 지지하는 접속판 조립체; 상기 접속판 조립체와 결합되는 히터; 및 상기 접속판 조립체가 고정되고, 상기 가동접촉자의 회동 범위를 제한하는 샤프트;를 포함하는 배선용 차단기로서, 상기 접속판 조립체는 상기 히터와 결합되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 후면으로부터 상기 샤프트 측으로 연장되며, 일측 단부에 상기 가동접촉자가 회동 가능하게 결합되는 한 쌍의 접속판;을 포함하는 배선용 차단기가 제공된다.

Description

배선용 차단기{MOLDED CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배선용 차단기의 개폐기구부의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 회로 차단기(Circuit Breakers)는 각종 배선설비에 있어서 정상부하시의 개폐 및 접지, 단락 등의 사고가 발생할 경우 전류를 차단시켜 각종 회로 및 기기를 보호하는데 사용되는 전기기기이다. 이러한 회로 차단기의 종래 구성을 살펴보면, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이 외형을 이루는 절연 재질의 케이스(1)와, 상기 케이스 양단에 각각 구비되어 전로를 연결하는 전원측 단자(2) 및 부하측 단자(3)와, 상기 케이스(1) 내부의 전원측 단자(2)와 접속된 상태로 전로를 차단기 내부로 연결하도록 고정접촉자(4)가 설치되어 있다.

또한 상기 차단기의 케이스(1) 내부에는 과전류 또는 단락전류를 검출하여 회로 차단기를 트립(trip)시키는 트립장치부와, 상기 트립장치부의 트립 및 수동조작에 의해 가동접촉자(5)를 구동시키면서 자동차단 및 개폐동작을 수행하는 개폐기구부가 설치되어 있는데, 한편 케이스(1) 상면에는 상기 개폐기구부와 연동되어 회로를 인위적으로 개폐할 수 있도록 핸들(6)이 외부로 돌출되어 있다.

여기서, 상기 트립장치부는 회로 차단기에 정격전류 이상의 과전류가 흐를 경우 발열하는 히터(7)와, 상기 히터의 발열에 따라 일측으로 만곡되는 바이메탈(8)과, 상기 바이메탈의 만곡에 따라 일측으로 회동되면서 개폐기구부와 연결된 크로스바(9)를 작동시키는 조정나사(10)로 구성되어 있는데, 상기 고정접촉자(4)의 상방 일측에는 가동접촉자(5) 및 고정접촉자(4)의 접점 사이에서 발생되는 아크(arc)를 소멸시키도록 소호장치(11)로 더 설치된다.

상기 소호장치(11)는 V자 형태의 홈을 가진 복수개의 그리드(grid)(12)가 일정한 간격을 이루면서 접접의 아크발생경로와 수직하게 배치되어 상기 접점 간에 발생된 아크를 신속히 소호시키도록 구성된다.

또한 상기 개폐기구부에는 핸들(6)의 조작에 의해 메인스프링(13)을 구동하여 내부의 각 링크(도시는 생략함)를 반전시킴에 따라 가동접촉자(5)를 일측으로 회전시키는 링크기구(14)가 설치되어 있다.

그럼 여기서, 상기 구성요소들로 이루어진 회로 차단기에 과전류가 통전될 시 이를 차단하는 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 회로에 정격전류를 넘어서는 과전류가 통전될 경우, 상기 차단기의 가동접촉자(5) 및 고정접촉자(4)는 서로 접촉되어 있는 상태; 즉, 전류가 회로 차단기를 통과하고 있는 상태에 있게 되는데, 이 때 상기 차단기의 전원측 단자(2)를 통해 과부하 전류가 일정시간 이상 지속적으로 통전됨에 따라 트립장치부의 히터(7)가 발열을 시작하게 된다.

이로 인해 상기 히터(7)에 발생된 열은 바이메탈(8)을 가열시킴에 따라 바이메탈이 일측으로 만곡되면서 조정나사(10)를 회동시키게 되고, 이에 따라 링크기구(14)에 연결된 크로스바(9)가 상기 조정나사의 회동력에 의해 일측으로 회동되면서 링크기구(14)를 작동시키게 되므로 결국에는 전로를 연결하는 가동접촉자(5)가 고정접촉자(4)로부터 분리되어져 전류가 차단된다.

상기에서 고정접촉자(4)와 가동접촉자(5)가 서로 분리되는 순간에는 통상 강렬한 아크(arc)가 발생되는데, 이 때 발생된 아크는 전자기력에 의해 소호장치(11)의 그리드(12) 안쪽으로 유도되어 그 곳에서 소멸되게 된다.

그럼, 여기서 첨부된 도 3 또는 도 4를 참조하여 상기한 차단기의 트립장치부에 대해서 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 트립장치부의 구성은, 먼저 복수개의 링크로 연결된 샤프트(15) 내에 각각 회동가능하게 삽입된 가동접촉자(5)와, 상기 샤프트(15) 내에 삽입된 가동접촉자의 일단에 일체로 형성되어 상기 가동접촉자가 상하로 회동되는 범위를 제한하기 위한 리미트 래치(17)와, 상기 샤프트(15)와 리미트 래치(17) 사이에 수평하게 삽입되어 압축에 대한 탄발력을 부가하는 압축스프링(18)과, 상기 샤프트(15)의 반대쪽에 설치되어 과전류가 통전시 발열되는 히터(7)와, 상기 가동접촉자(5)의 타단에 힌지결합됨과 함께 상기 히터(7)의 일단과 함께 케이스(1) 내면에 고정 결합된 접속판(19)으로 이루어져 있다.

상기에서 가동접촉자(5)와 접속판(19)의 힌지결합부에는 그 축을 형성하도록 일정 길이의 핀(20)이 삽입되고, 상기 핀의 양단에는 가동접촉자(5)가 접속판(19)에 끼워진 상태로 양측에서 접촉압력을 부가하기 위한 접촉스프링(21)이 끼워져 있으며, 상기 핀(20)의 양측에는 다시 와셔(22)가 끼워져 결합됨으로써 힌지결합이 완료된다.

그럼 여기서, 상기한 구성요소들의 작용을 살펴보면, 앞서 살펴본 바와 같이 회로에 과전류가 통전하게 되면 가동접촉자(5)는 상방으로 회동되면서 전로를 개로시키게 되는데, 이러한 과정은 상기 과전류의 통전에 의해 히터(7)가 발열되어짐에 따라 그와 연동된 링크기구(14)를 작동시키고, 상기 링크기구는 다시 복수개의 링크로 이루어진 샤프트(15)를 일방향으로 반전시킴에 따라 가능하다.

즉, 상기 샤프트(15)는 링크기구(14)에 의해 도면상 반시계방향으로 회동되면서 가동접촉자(5)의 밑면과 접촉된 샤프트(15)가 상기 가동접촉자(5)를 상방으로 밀어 올리게 되어 결국 상기 가동접촉자(5)가 고정접촉자(4)로부터 분리되면서 전로가 개로되어지는 것이다.

반대로 전로의 폐로시에는 상기한 바의 역순에 따라 상기 샤프트(15)가 도면상 시계방향으로 회전하면서 샤프트(15) 내에 설치된 압축스프링(18)이 리미트 래치(17)를 밀게 되고, 상기 스프링(18)의 압력에 의해 밀려난 리미트 래치(17)는 다시 가동접촉자(5)의 뒷부분을 상방으로 밀어 올리게 되므로 결국 이 때에는 가동접촉자(5)의 앞부분이 시계방향으로 회동되면서 가동접촉자의 접점이 그 하방에 설치된 고정접촉자(4)의 접점과 맞닿아 전류가 통전되는 것이다.

한편, 단락사고 등과 같이 매우 큰 사고전류가 발생될 경우에는 상기 사고전류가 차단기 내부로 유입되면서 고정접촉자(4)와 가동접촉자(5)의 접촉부분에서 매우 큰 전자 반발력이 발생하게 되는데, 이 때에는 상기 발생된 전자 반발력이 리미트 래치(17)의 압축스프링(18)이 부가하는 탄성력보다 더 크게 되므로 결국 가동접 촉자(5)가 샤프트(15)에서 상방으로 회동되면서 전로를 개방하게 되므로 이로 인해 발생될 수 있는 화재 등의 사고를 예방하도록 구성되어 있다.

따라서, 상술한 구조의 개폐기구부가 안정적이게 동작하기 위해서는 상기 가동접촉자(5)와 상기 접속판(19)이 적절한 정도의 마찰력을 가지고 접속되어야 한다. 즉, 상기 가동접촉자(5)와 접속판(19) 사이의 간격이 큰 경우에는 접촉저항이 증가하여 온도가 규격 이상으로 상승되어 규정된 것보다 조기에 트립이 이루어지게 되며, 반대로 양자의 간격이 지나치게 좁으면, 즉 마찰력이 지나치게 크면 가동접촉자(5)가 원활하게 회동되지 않는 문제가 있다.

상기 종래에는 상술한 바와 같이 접속판(19)을 실제 간격보다 약간 크게 제작한 후 접촉스프링(21)에 의해 탄성력에 의해 접속판(19)이 휘어지면서 적절한 간격이 유지되도록 하였다. 그러나, 상기 접속판(19)은 상기 가동접촉자(5)를 지지하는 역할도 겸하기에 어느 정도 이상의 강성을 가지고 있어야 하므로 일정 이상의 두께를 가져야 하므로 잘 휘어지지 않아, 접촉스프링(21)이 상당한 정도의 탄성력을 가져야 했다.

이로 인해, 제조가 어려워질 뿐만 아니라 실질적으로 접속판(19)이 잘 휘어지지 않아 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 적정 정도의 강성을 가지면서도 접촉스프링에 의해 원활하게 휘어질 수 있는 접속판을 갖는 배선용 차단기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 전원측 단자와 연결되는 고정접촉자; 상기 고정접촉자와 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동접촉자; 상기 가동접촉자를 회동가능하게 지지하는 접속판 조립체; 상기 접속판 조립체와 결합되는 히터; 및 상기 접속판 조립체가 고정되고, 상기 가동접촉자의 회동 범위를 제한하는 샤프트;를 포함하는 배선용 차단기로서, 상기 접속판 조립체는 상기 히터와 결합되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 후면으로부터 상기 샤프트 측으로 연장되며, 일측 단부에 상기 가동접촉자가 회동 가능하게 결합되는 한 쌍의 접속판;을 포함하는 배선용 차단기가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 접속판 조립체를 서로 분리된 몸체부와 접속판으로 구성함으로써, 가동접촉자와 접속판 조립체의 조립을 용이하게 할 수 있다. 즉, 접속판을 먼저 상기 가동접촉자와 결합시킨 후 몸체부를 결합하는 것에 의해서 스프링계수가 큰 접촉스프링을 사용하는 경우에도 보다 용이한 조립작업이 가능해진다.

여기서, 상기 한 쌍의 접속판은 각각 상기 몸체부와 결합되는 몸체부측 결합부; 및 상기 가동접촉자와 힌지 결합되는 힌지 결합부;를 포함하며, 상기 몸체부측 결합부의 폭과 상기 힌지 결합부의 폭이 서로 다르게 설정될 수 있다. 이를 통해서, 폭이 넓은 쪽은 결합강도를 향상시키는데 기여하도록 하고 폭이 좁은 쪽이 보다 용이하게 변형되도록 하여 접속판이 충분한 강도를 가지면서도 원활하게 휘어지도록 할 수 있다. 이때, 상기 몸체부측 결합부의 폭이 상기 힌지 결합부의 폭 보다 작게 설정될 수도 있고, 반대로 힌지 결합부의 폭이 작게 설정될 수도 있다.

또한, 상기 한 쌍의 접속판 각각은 복수 개의 판재가 적층되어 형성되도록 할 수도 있다. 이를 통해서 접속판이 휘어지는 경우에는 각각의 판재가 독립적으로 휘어지도록 하여 변형이 용이하게 하면서도 복수 개의 판재가 모두 가동접촉자를 지지하고 있으므로 충분한 결합강도를 얻을 수 있게 된다.

이때, 상기 접속판을 구성하는 각각의 판재가 서로 동일한 형상을 갖도록 할 수도 있고, 상기 접속판을 구성하는 각각의 판재가 서로 다른 형상을 갖도록 할 수도 있다.

각각의 판재가 서로 다른 형상을 갖는 경우에는, 상기 각각의 판재 중 외측에 배치되는 판재의 길이가 더욱 길게 형성되도록 함으로써 안정적인 지지가 가능하면서도 용이하게 휘어질 수 있도록 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 접속판이 충분한 강성을 가지면서도 원활하게 휘어질 수 있으므로 접속판과 가동접촉자가 안정적으로 결합될 수 있도록 하므로 기기의 신뢰성을 향상시키고 오동작을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 배선용 차단기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배선용 차단기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배선용 차단기 중 개폐기구부의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배선용 차단기의 일 실시예 중 개폐기구부를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 개폐기구부를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배선용 차단기의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배선용 차단기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다. 참고로 이하의 설명에 있어서, 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 배선용 차단기와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 배선용 차단기의 일 실시예 중 가동접촉자와 접속판 조립체를 도시한 사시도이고, 도 5는 분해 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 가동접촉자(17)를 회동가능하게 고정하는 접속판 조립체는 접속판(100)과 몸체부(110)를 포함하고 있다. 상기 접속판(100)은 상기 가동접촉자(17)의 양측면에 밀착되어, 가동접촉자(17)와 충분한 면접촉을 이루는 동시에 가동접촉자(17)가 흔들리지 않도록 견고하게 지지하는 역할을 한다.

상기 접속판(100)는 상기 가동접촉자(17)의 각 측면마다 두 개가 서로 적층된 형태를 가지고 있으며, 별도의 접착제 등을 사용하지 않고 고정 볼트(120)에 의해서만 상기 몸체부(110)와 결합되어 있다. 따라서, 상기 접속판(100)의 측면으로 외력을 가하는 경우 각각의 접속판(100)는 어느 정도는 서로 독립적으로 변형되므로 일체형으로 이루어지는 경우에 비해서 동일한 힘을 가하여도 변형량이 커지게 된다.

이때, 두 개의 접속판(100)의 두께의 합을 종래의 접속판과 동일하게 설정할 수도 있다.

그리고, 상기 각각의 접속판(100)는 상기 몸체부(110)와 결합되는 몸체부측 결합부(102)와 상기 핀(20)과 결합되는 핀측 결합부(104)를 포함하고 있으며, 상기 핀측 결합부(104)의 폭이 상기 몸체부측 결합부(102)의 폭보다 크게 설정되어 있다. 따라서, 폭이 넓은 핀측 결합부(104)에 비해서 몸체부측 결합부(102)가 휨 강성이 적으므로 외력이 가해지는 경우 상기 몸체부측 결합부(102)에서 변형이 이루어지게 된다. 따라서, 핀(20)과 힌지 결합되는 지점의 강성을 크게 하여 견고한 결합이 이루어질 수 있도록 하면서도, 상대적으로 몸체부측 결합부(102)의 강성을 적게 하여 보다 원활한 변형이 가능하도록 할 수 있다.

한편, 상기 몸체부(110)는 상기 히터(7) 측과 연결되는 히터측 연결부(112)와 상기 히터 연결부(112)의 상부에 위치하는 헤드부(114)를 포함하고 있으며, 상기 헤드부(114)의 양측면에 상기 접속판(100)이 각 측면마다 두 개의 고정볼트(120)에 의해 고정된다.

이를 위해, 상기 접속판(100)의 양단부 부근에는 각각 상기 핀(20)과 결합되기 위한 핀홀(104a) 및 상기 고정볼트(120)가 삽입되기 위한 볼트공(102a)이 형성되어 있다.

따라서, 상기 접속판(100)는 상기 히터측 연결부(112)의 상부에서부터 상기 핀(20)까지 연장된 형태를 가지고 있으므로, 종래에 비해 연장된 길이를 가지므로 변형이 보다 용이해지게 된다. 이를 통해, 상기 가동접촉자(17)와 적절한 간격을 가지고 결합될 수 있게 된다.

실제로 종래의 접속판과 상기 실시예에 대해서 각각 통전 시험을 실시하고 상기 전원측 단자(2), 부하측 단자(3) 및 상기 히터측 연결부(112)에서의 온도를 측정하였고, 그 결과를 아래의 표에 나타내었다.

	전원측 단자 및 부하측 단자의 평균값	히터측 연결부
종래예	65.3K	101.4 ~ 106.7K
본 발명의 실시예	64.8K	90.8K

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 전원측 단자와 부하측 단자에서의 온도의 평균값은 약 0.5K 차이로서 실질적으로 동일하지만, 히터측 연결부의 온도는 상기 실시예가 최대 16.7K 까지 낮은 것으로 확인되었다. 이는 상기 실시예에서의 경우 접속판이 원활하게 휘어서 가동접촉자와의 접촉면적이 종래예에 비해서 증가되었고, 이것이 접촉 저항의 감소로 이어졌기 때문이다.

한편, 상기 실시예는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 즉, 상기 접속판을 각기 서로 다른 형태의 접속판이 적층되도록 하는 예도 고려할 수 있는데, 도 6은 이러한 예를 도시한 평면도이다. 도 6을 참조하면, 상기 접속판(100)과 그보다 짧은 길이를 갖는 접속판(100a)이 서로 적층된 형태가 도시되어 있는데, 이 경우 내측에 위치하는 접속판(100a)은 상기 가동접촉자(17)와는 결합되지 않고 외측에 위치하는 접속판(100) 만이 가동접촉자(17)와 결합된다.

이를 통해서, 내측에 위치하는 접속판(100a)은 강성을 보강하고, 외측에 위치하는 접속판(100)은 보다 원활한 변형을 가증하게 한다.

경우에 따라서는, 내측에 위치하는 접속판만이 상기 핀과 결합되는 예도 고려할 수 있고, 3개의 접속판이 구비되어 중앙부에 위치하는 접속판만이 핀과 결합되는 예도 고려할 수 있다.

Claims (5)

1. 전원측 단자와 연결되는 고정접촉자;
   상기 고정접촉자와 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동접촉자;
   상기 가동접촉자를 회동가능하게 지지하는 접속판 조립체;
   상기 접속판 조립체와 결합되는 히터; 및
   상기 접속판 조립체가 고정되고, 상기 가동접촉자의 회동 범위를 제한하는 샤프트;를 포함하는 배선용 차단기로서,
   상기 접속판 조립체는
   상기 히터와 결합되는 몸체부; 및
   상기 몸체부의 후면으로부터 상기 샤프트 측으로 연장되며, 일측 단부에 상기 가동접촉자가 회동 가능하게 결합되는 한 쌍의 접속판;을 포함하는 배선용 차단기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 접속판은 각각
   상기 몸체부와 결합되는 몸체부측 결합부; 및
   상기 가동접촉자와 힌지 결합되는 힌지 결합부;를 포함하며,
   상기 몸체부측 결합부의 폭과 상기 힌지 결합부의 폭이 서로 다른 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 몸체부측 결합부의 폭이 상기 힌지 결합부의 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 접속판 각각은 복수 개의 판재가 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 접속판을 구성하는 각각의 판재 중 외측에 배치되는 판재의 길이가 더욱 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.

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