KR101572753B1 - 회로차단기의 트립 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치는, 바이메탈과, 바이메탈에 구비되며 홀을 갖는 가이드 캡과, 가이드 캡의 홀에 연결되는 중공 형상의 가이드 봉과, 가이드 봉의 중공을 관통하여 연결되며 일부가 돌출되는 구조를 가지고, 인가되는 전류에 의해 가이드 봉에 접합되는 조정 바와, 조정 바와 이격되고, 바이메탈의 동작에 의해 조정 바와 접촉이 가능한 가조정 트립샤프트를 포함한다.

Description

회로차단기의 트립 장치{TRIP DEVICE OF CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 회로차단기의 트립 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사고전류를 검출하고 회로를 차단할 시, 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 사이 간격을 설정할 수 있는 회로차단기의 트립 장치에 관한 것이다.

회로차단기는 송, 변전이나 전기회로 등에서 부하를 개폐하거나 접지 또는 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단시키는 장치를 말한다. 회로차단기는 사용자의 조작에 의해 전기 선로를 개로 또는 폐로 상태로 전환시킨다.

이러한 회로차단기는 선로에 과부하 및 단락사고가 발생하였을 때 회로를 차단하여 부하기기 및 선로를 보호하게 된다.

이 중에서 회로차단을 중심으로 살펴보면, 일반적으로 사용되는 회로차단기는 한시트립특성과 순시트립특성을 가진다. 한시트립특성은 과전류치에 반비례한 동작시간을 가지는 과전류 트립특성을 말한다.

이때, 한시트립특성은 바이메탈(bi-metal) 등의 열적 요소를 이용하는 열동전자형과, ODP(Oil Dash Pot)의 제동 작용을 이용하는 완전전자형이 있다.

순시트립특성은 단락전류 등 비교적 큰 과전류에 의해 빠르게 차단기를 트립하고, 한시트립특성은 정격전류 이상의 과전류가 흐르면 전선이 줄(joule) 열에 의해 온도가 위험한 상태에 이르기 전에 차단기를 트립한다.

여기서 한시트립특성을 살펴보면, 보호의 측면에서 차단기가 재빨리 동작하는 것이 좋겠지만, 전로에는 정상적인 부하전류 이외에 전동기의 시동전류와 같은 과도적인 과전류가 흐른다.

이에 차단기가 이와 같은 과전류에 의해 동작되지 않도록 전로의 온도가 허용온도를 넘지 않는 범위 내에서 시간지연을 가지고 동작하는 것이 좋다. 그러한 의미에서 시연동작특성이라고도 한다.

시연동작특성에 있어서 시간지연을 결정하는 것은 과전류가 흘러 바이메탈이 만곡되기 시작하면서부터 가조정 트립샤프트의 회전에 의해 개폐기구가 작동되기 전까지의 시간에 해당한다.

이러한 지연시간은 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 초기 설정간격(gap), 바이메탈이 가조정 트립샤프트와 접촉한 시점에서부터 가조정 트립샤프트가 회전하여 개폐기구가 작동되기 시작하는 시점까지의 가조정 트립샤프트의 회전거리를 중요한 요인으로 하여 결정된다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0138004호(2010.12.31. 공개)가 있으며, 상기 선행문헌에는 '순시전류가 발생 시에 차단기의 차단시간을 개선한 회로차단기'에 관한 기술이 개시되어 있다.

본 발명은 사고전류를 검출하고 회로를 차단할 시, 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 사이 간격을 설정할 수 있는 회로차단기의 트립 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치는, 바이메탈; 상기 바이메탈에 구비되며 홀을 갖는 가이드 캡; 상기 가이드 캡의 홀에 연결되는 중공 형상의 가이드 봉; 상기 가이드 봉의 중공을 관통하여 연결되며 일부가 돌출되는 구조를 가지고, 인가되는 전류에 의해 상기 가이드 봉에 접합되는 조정 바; 및 상기 조정 바와 이격되고, 상기 바이메탈의 동작에 의해 상기 조정 바와 접촉이 가능한 가조정 트립샤프트;를 포함한다.

상기 가이드 캡은, 상기 바이메탈의 상부에 일체형 또는 분리형으로 연결된다.

상기 가이드 캡은, 합성수지 재질로 이루어진다.

상기 가이드 봉은, 상기 가이드 캡의 홀에 감싸지는 중공부와, 상기 중공부의 양단에 연장 형성되며, 상기 가이드 캡의 홀 양단 일부를 감싸는 단턱부를 포함한다.

상기 조정 바는, 상기 가이드 봉에 접합되기 전에, 상기 가이드 봉 상에서 이동이 가능하다.

상기 가조정 트립샤프트는, 상기 조정 바에 의해 접촉 가압되면, 회전되어 회로차단기의 가동접촉자를 고정접촉자로부터 분리시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치에 의하면, 수작업에 의하지 않고 자동으로 바이메탈과 가조정 트립샤프트 사이 간격(이하, 트립 갭)을 조정하고 고정시킬 수 있다.

이에 작업 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 트립 갭을 조정하고 고정시켜 오차 발생의 가능성을 줄일 수 있어, 회로차단기의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 회로차단기를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 표시된 A-A'의 단면도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치의 구성 간 작동관계를 개략적으로 나타낸 예시도.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 회로차단기를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 회로차단기(10)는 회로의 고장으로 과전류나 단락전류와 같은 정격전류보다 수십 퍼센트 내지 수백 퍼센트 큰 사고전류로부터 부하와 설비를 보호해 주는 기능을 한다.

이때, 사고전류는 크게 과부하 전류와 단락전류로 구분되며, 각각의 전류가 기준치 이상으로 흐르게 되면 회로차단기(10)는 선로를 개방하게 된다.

특히, 단락전류가 흐를 경우의 전류량은 설비용량에 따라 적게는 수백 암페어에서 많게는 수만 암페어까지 흐르게 되며, 이 순간 회로차단기(10)가 동작하여 회로를 개방(차단)하게 된다.

회로차단기(10)의 단락전류로 인한 동작 메커니즘에 있어, 시연동작특성은 회로차단기에 과전류가 흐르면 히터에 열이 발생하게 된다.

이때 발생한 열이 바이메탈에 전도되어 바이메탈을 구성하는 두 부재의 열전도차이에 의해 바이메탈이 만곡되어 가조정 트립샤프트를 가압함으로써, 가조정 트립샤프트가 회전하게 된다.

그에 따라 개폐기구가 작동되어 전기 선로를 개로상태로 전환하여 회로를 차단하게 된다.

시연동작특성에 있어서 시간지연을 결정하는 것은, 과전류가 흘러 바이메탈이 만곡되기 시작하면서부터 가조정 트립샤프트의 회전에 의해 개폐기구가 작동되기 전까지의 시간에 해당한다.

이러한 지연시간은 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 초기 설정간격(gap), 바이메탈이 가조정 트립샤프트와 접촉한 시점에서부터 바이메탈의 만곡하중이 가조정 트립샤프트를 회전시키기 시작할 때까지의 무효만곡량, 가조정 트립샤프트가 회전하여 개폐기구부가 작동되기 시작하는 시점까지의 가조정 트립샤프트의 회전거리를 중요한 요인으로 하여 결정된다.

이에 의해 바이메탈의 회전정도인 만곡량을 형성한다. 상기 요인들 중에서, 무효만곡량과 가조정 트립샤프트의 회전거리는 개별적인 회로차단기의 특성에 영향을 받기 때문에 부품을 교체하지 않는 한 미세한 조정이 어렵다.

따라서, 시연동작특성에 있어서, 필요도 하는 지연시간을 조정할 수 있는 요인은 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 간격(gap)이다.

상기 간격이 너무 작으면 회로차단기(10)의 트립시간이 단축되며 너무 빨리 트립되어 시동전류와 같은 과도적인 과전류에도 회로가 차단될 수 있다.

이와 반면에, 상기 간격이 너무 크면 회로차단기(10)의 트립시간이 지연되거나 트립되지 않아 회로에 과전류가 공급되어 회로에 손상이 발생할 수 있다.

따라서, 회로차단기(10)는 과전류가 흐를 때의 히터 발열량 및 이에 따른 바이메탈의 만곡량을 계산하여 몇 가지의 부품으로 전개하고, 정확한 시연동작특성을 위하여 제조 시에 바이메탈과 가조정 트립샤프트의 간격을 조정한다.

도 2는 도 1에 표시된 A-A'의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 회로차단기(10)는 케이스(20), 트립 장치(100), 개폐기구(200), 단자부(300) 및 아크소호부(600)를 포함한다.

케이스(20)는 회로차단기(10)의 부품을 수납하는 절연성 외부구조물로 이루어진다. 이러한 케이스(20)는 절연물로 몰드되어 내부를 외부와 절연시켜준다. 이러한 구조는 일반적인 것으로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치(100)는 과전류와 같은 이상전류 및 사고전류를 검출하여 회로를 차단하는 기능을 갖는다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치(100)는 바이메탈(110), 가이드 캡(120), 가이드 봉(130), 조정 바(140) 및 가조정 트립샤프트(150)를 포함하는 구성을 갖는다.

여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치(100)는 후술되는 도면을 통해 상세히 살펴보기로 한다.

개폐기구(200)는 전로를 기구적으로 온/오프시키는 기능을 가지며, 핸들(210)과 레버(220)를 포함한다.

핸들(210)은 밀거나 당기는 동작에 의하여 회로를 개폐 조작할 수 있는 수동 조작 수단을 제공한다.

레버(220)는 핸들(210)에 접속되어 핸들(210)의 회전지지부(미도시)를 제공하는 수단으로서, U자로 이루어져 절곡 형성된 금속재 판으로 구성될 수 있다.

이러한 레버(220)는 상부의 평평한 평면부분이 핸들(210)의 하부에 끼워지는 등의 방법으로 핸들(210)에 접속될 수 있다.

단자부(300)는 전원 및 부하가 연결되는 고정접촉자(310)와, 가동접촉자(320)를 포함한다.

다시 말해, 단자부(300)는 입력측 전원에 연결되며 케이스(20)에 고정되어 있는 고정접촉자(310)와, 부하측에 연결되어 상기 고정접촉자(210)와 분리 또는 접촉이 가능한 가동접촉자(320)를 포함한다.

고정접촉자(310)는 선로의 고장전류를 차단하기 위하여 구성되며, 전로로부터 공급받은 전원을 부하 측으로 전달하는 기능을 갖는다.

이러한 가동접촉자(320)는 상기 케이스(20)에서 회동가능하게 장착되며, 개폐기구(200)에 기구적으로 연결된다.

즉, 가동접촉자(320)는 레버(220)에 의해 수동으로 가동되거나, 트립 장치(100)에 의해 동작이 격발된 개폐기구(200)에 의해 가동된다.

가동접촉자(320)는 상기 고정접촉자(310)와 접촉하여 통전이 가능하도록 배치된다. 이러한 가동접촉자(320)는 상기 고정접촉자(310)로부터 접촉 또는 분리가 가능한 위치에 배치되어 회동이 가능한 구조를 갖는다.

한편, 사고전류 발생 시에 고정접촉자(310)로부터 가동접촉자(320)를 분리시켜 회로를 차단(trip)하여 회로를 보호할 때, 접점들 사이의 전류에 의해 공기 중의 절연이 파괴되어 고온의 플라즈마 상태인 아크가 발생하게 된다.

또한 아크에 의해 주변의 절연물 등이 용융되어 가스가 발생하여 아크 압력이 발생할 수도 있다.

이때 아크소호부(400)는 발생된 아크를 분할 및 냉각시키고, 아크 압력을 외부로 배출하는 기능을 갖는다.

이러한 아크소호부(400)는, 단자부(300)의 고정접촉자(310)와 가동접촉자(320)의 접촉 또는 분리되는 이동경로를 절연하여 회로차단기(10)의 차단성능을 향상시킬 수 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치의 구성 간 작동관계를 개략적으로 나타낸 예시도이다.

도 3 내지 도 4를 병행 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치(100)는, 바이메탈(110), 가이드 캡(120), 가이드 봉(130), 조정 바(140), 가조정 트립샤프트(150) 및 히터(160)를 포함한다.

바이메탈(110)은 열팽창계수가 서로 다른 두 종류의 얇은 금속판을 쪼개어 붙여 한 장으로 만든 막대 형태의 부재이다. 이러한 바이메탈(110)은 열을 가했을 때 휘는 성질을 이용해 기기를 온도에 따라 제어하는 역할을 할 수 있다.

이러한 바이메탈(110)은 과전류 발생 시, 적정량의 열을 발생시키는 히터(160)로부터 열이 전달되면, 일측(가조정 트립샤프트 방향)으로 만곡된다.

가이드 캡(120)은 상기 바이메탈(110)에 구비되며 관통된 소정의 홀(121)을 구비한다. 이러한 가이드 캡(120)은 상기 바이메탈(110)의 상부에 일체형 또는 분리형으로 연결될 수 있다.

그리고 가이드 캡(120)은 경량의 합성수지 재질로 이루어진다.

가이드 봉(130)은 상기 가이드 캡(120)의 홀(121)에 연결되며 중공 형상으로 이루어진다. 이러한 가이드 봉(130)은, 상기 가이드 캡(120)의 홀(121)에 감싸지는 중공부(131)와, 상기 중공부(131)의 양단에 연장 형성되는 단턱부(132)를 포함한다.

여기서 상기 단턱부(132)는, 상기 가이드 캡(120)의 홀(121) 양단 일부를 감싸는 형태로 이루어진다.

조정 바(140)는 상기 가이드 봉(130)에 관통 연결되며, 일부가 돌출된 형상을 갖는다. 이러한 조정 바(140)는 상기 가이드 봉(130)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 조정 바(140)는 단부에 걸림턱(141)을 구비할 수 있다.

가조정 트립샤프트(150)는, 상기 조정 바(140)와 이격된 간격으로 배치된다. 이러한 가조정 트립샤프트(150)는 상기 바이메탈(110)의 만곡에 의해 상기 조정 바(140)와 접촉이 가능하다.

이러한 가조정 트립샤프트(150)는 상기 조정 바(140)에 의해 접촉 가압되면, 회전되어 회로차단기의 가동접촉자를 고정접촉자로부터 분리시킨다.

여기서 상기 조정 바(140)는, 상기 가조정 트립샤프트(150)와 미리 설정된 간격(D)으로 배치된 후, 인가되는 전류에 의해 상기 가이드 봉(130)에 접합된다.

상기 미리 설정된 간격(D)은, 상기 조정 바(140)와 가조정 트립샤프트(150)와의 트립 조건 및 회로 차단 시간 등의 조건을 통해, 과전류에도 회로가 차단되지 않고 회로에 손상을 방지할 수 있는 최소한의 기준 간격을 의미한다.

이에 상기 미리 설정된 간격(D)은 회로차단기마다 차이가 생길 수 있으며, 이러한 차이는 본 발명에 제한될 필요가 없다.

상기 조정 바(140)와 가조정 트립샤프트(150)의 간격이 상기 미리 설정된 간격(D) 보다 작으면 회로차단기의 트립시간이 단축되며 너무 빨리 트립되어 시동전류와 같은 과도적인 과전류에도 회로가 차단될 수 있다.

이와 반면에, 상기 간격이 상기 미리 설정된 간격(D)보다 크면 회로차단기의 트립시간이 지연되거나 트립되지 않아 회로에 과전류가 공급되어 회로에 손상이 발생할 수 있다.

한편, 상기 조정 바(140)는 상기 가이드 봉(130)에 접합되기 전에, 상기 가이드 봉(130) 상에서 자유롭게 이동이 가능하다.

즉, 상기 조정 바(140)는 상기 가조정 트립샤프트(150)와의 미리 설정된 간격(D)으로 배치되면, 인가되는 전류에 의해 상기 가이드 봉(130) 상에서 접합되어 고정된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치는, 수작업에 의하지 않고 자동으로 바이메탈과 가조정 트립샤프트 사이 간격(트립 갭)을 조정하고 고정시킬 수 있다.

이에 작업 생산성을 향상시키고 비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 트립 갭을 조정하고 고정시켜 오차 발생의 가능성을 줄일 수 있어, 회로차단기의 품질을 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 회로차단기의 트립 장치에 관하여 살펴보았다.

상술된 상세한 설명 및 후술될 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

그리고 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예시에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 회로차단기
20 : 케이스
100 : 회로차단기의 트립 장치
110 : 바이메탈
120 : 가이드 캡 121 : 홀
130 : 가이드 봉 131 : 중공부
132 : 단턱부
140 : 조정 바 141 : 걸림턱
150 : 가조정 트립샤프트
160 : 히터
200 : 개폐기구 210 : 핸들
220 : 레버
300 : 단자부 310 : 고정접촉자
320 : 가동접촉자
400 : 아크소호부

Claims (6)

1. 바이메탈;
   상기 바이메탈에 구비되며 홀을 갖는 가이드 캡;
   상기 가이드 캡의 홀에 연결되는 중공 형상의 가이드 봉;
   상기 가이드 봉의 중공을 관통하여 연결되며 일부가 돌출되는 구조를 가지고, 인가되는 전류에 의해 상기 가이드 봉에 접합되는 조정 바; 및
   상기 조정 바와 이격되고, 상기 바이메탈의 동작에 의해 상기 조정 바와 접촉이 가능한 가조정 트립샤프트;를 포함하며,
   상기 조정 바는 상기 가이드 봉에 접합되기 전에, 상기 가이드 봉 상에서 자유롭게 이동이 가능하여, 상기 조정 바와 상기 가조정 트립샤프트 사이의 간격을 설정한 후, 인가되는 전류에 의해 상기 조정 바가 상기 가이드 봉에서 접합되는 것을 특징으로 하는 회로차단기의 트립 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 캡은,
   상기 바이메탈의 상부에 일체형 또는 분리형으로 연결되는 회로차단기의 트립 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 캡은,
   합성수지 재질로 이루어지는 회로차단기의 트립 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 봉은,
   상기 가이드 캡의 홀에 감싸지는 중공부와,
   상기 중공부의 양단에 연장 형성되며, 상기 가이드 캡의 홀 양단 일부를 감싸는 단턱부를 포함하는 회로차단기의 트립 장치.
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 가조정 트립샤프트는,
   상기 조정 바에 의해 접촉 가압되면, 회전되어 회로차단기의 가동접촉자를 고정접촉자로부터 분리시키는 회로차단기의 트립 장치.

Images