KR101594870B1 - 차단기의 소호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차단기의 소호 장치는, 케이스와 그 케이스에 고정되는 그리드 사이에 열전달을 차단하는 이격부가 형성됨으로써, 그리드를 통해 전달되는 고열이 케이스로 전달되는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 케이스가 소호시 발생하는 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또, 이격부가 홈 형상으로 형성됨에 따라 소호시 발생되는 플라즈마가 신속하게 배출될 수 있어 케이스의 열변형을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

차단기의 소호 장치{ARC EXTINGUISHING DECICE FOR CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 차단기에 관한 것으로, 특히 단락전류 발생시 생기는 아크를 소호하는 차단기의 소호 장치에 관한 것이다.

차단기에서 아크는 단락전류 발생시 전원측 접촉단자(이하, 고정접촉자)와 가동측 접촉단자(이하, 가동접촉자)가 떨어질 때에 발생하는데, 전류 차단시 양쪽 접촉자 사이의 접점에서 전류의 관성에 의해 발생한다.

통상적으로 사용되는 소호장치는 그리드(grid)라 불리는 V자형 자성판을 난연성 절연판인 아크챔버(arc chamber)에 적당한 간격을 두고 여러 층으로 수납하여 아크를 그리드 끝으로 이동시켜서 아크를 냉각시키는 동시에 아크를 분할하여 짧게 해주는 방법으로 아크를 소호하게 된다.

배선용 차단기의 동작시간, 즉 기계적으로 접점이 떨어지는 개리시간은 2~3ms 정도이며, 아크발생 후 소호되기까지의 시간은 5~10ms정도가 된다. 따라서 차단기의 단락전류 차단시간은 차단기의 기계적 동작시간과 아크가 소호되기까지의 시간의 합으로 표현될 수 있다. 따라서 아크를 빠르게 소호하게 되면 차단기의 단락전류 차단시간이 단축되어 차단기의 전기적/기계적 손상을 크게 줄일 수 있다.

도 1은 종래 배선용 차단기의 내부 구조를 보인 종단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 종래의 배선용 차단기는 케이스(9)의 내부에 전로로부터 전원을 공급받아 부하 측에 전달하기 위한 고정접촉자(1) 및 가동접촉자(2)와, 상기 가동접촉자(2)를 움직여 개로와 폐로를 가능하게 하여 주는 링크기구부(3)와, 단락 전류 등의 이상 전류를 검출하는 검출기구부(4)와, 상기 검출기구부(4)의 검출 신호를 링크기구부(3)에 기계적 신호로 전달하여 주는 크로스바(5)와, 상기 고정접촉자(1)와 가동접촉자(2)의 개리시 발생하는 아크를 억제 소호하는 소호부(arc chamber)(6) 등이 설치되어 있다.

상기 고정접촉자(1)와 가동접촉자(2)에는 서로 접촉되거나 분리되는 고정접점(11)과 가동접점(21)이 구비되어 있다. 도면중 미설명 부호인 11은 고정접점, 21은 가동접점이다.

도 2는 종래 배선용 차단기에서 소호부를 보인 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 소호부(6)는 아크챔버를 이루는 복수 개의 측판(61)과, 상기 측판(61)에 수직방향을 따라 적당한 간격을 두고 수납되는 복수 개의 그리드(62)들로 이루어져 있다. 도면중 미설명 부호인 63은 소호공간부이다.

상기와 같은 종래의 차단기는, 폐로 상태에 있는 배선용 차단기에 정격 전류의 수십 배가 되는 이상 전류가 흐르면 검출기구부(4)에서 이를 감지하여 전자석의 원리에 의해 흡인력이 발생하고 이 흡인력에 의해 아마튜어(7)가 빠른 속도로 흡인된다. 아마튜어(7)가 흡인되면 그 동작에 의해 크로스바(5)가 회전하고, 이때 크로스바(6)에 의해 폐로 상태로 구속되어 있던 링크기구부(3)는 크로스바(5)의 구속으로부터 해제되어 가동접촉자(2)와 고정접촉자(1)를 개리 시킨다.

상기 고정접촉자(1)와 가동접촉자(2)가 개리되면 전로가 개로 상태로 전환되어 이상 전류가 지속적으로 통전 되는 것을 막아주게 되고, 상기 고정접촉자(1)가 가동접촉자(2)로부터 개리될 때 아크가 발생하게 된다. 이때, 발생한 아크는 초기상태에서 가동접촉자(2)와 고정접촉자(1) 사이에 머무르고 있으며, 이를 아크 습착 상태라고 한다.

습착된 아크는 가동접촉자(2)와 고정접촉자(1) 사이의 거리가 증가함에 따라 발생하는 전자 구동력에 의해 소호부(6)의 그리드(62)쪽으로 이동을 하게 되고, 이 아크는 상기 그리드(62)들 사이에서 냉각 절단되며, 전류의 영점에서 완전히 소호되어 전류의 폐로 상태가 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 배선용 차단기는, 상대적으로 큰 단락 전류가 흐르게 되면 접점 개리까지의 시간에 통과 전류의 주울(joule) 열에 의한 도전부의 용융, 용단, 전자력에 의한 변형, 아크 가스의 내압 상승에 의한 열변형으로 인해 케이스(9)의 변형이 발생할 수 있고, 이로 인해 차단기의 절연이 파괴되어 차단기 내 부품 절연 파괴 및 사고 확산으로 이어져 결국 사고 전류 차단이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 단락 전류 발생으로 인한 전류 차단시 소호부를 고정하는 케이스에 열이 전달되는 것을 최소화하는 동시에 고열 고압의 가스 배출이 용이하도록 하여 절연부의 변형 방지를 통해 제품의 안전성을 개선할 수 있는 차단기의 소호 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이스; 상기 케이스에 고정 결합되는 고정접촉자; 상기 케이스에 회전 가능하게 결합되어 상기 고정접촉자와 선택적으로 접촉되거나 개리되면서 전류가 인가 또는 차단되도록 하는 가동접촉자; 상기 케이스에 고정되어 상기 고정접촉자의 일측에 구비되는 아크챔버; 및 상기 아크챔버에 적층되어 아크를 소호시키는 복수 개의 그리드;를 포함하고, 상기 케이스와 그리드 사이에는 그 케이스의 내벽면 또는 이에 대응하는 그리드의 외측면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 소정의 깊이를 갖는 이격부가 형성되는 것을 특징으로 차단기의 소호 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 이격부는 상기 케이스의 내벽면에 접하는 상기 그리드의 외측면에 아치형 또는 사각형으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 이격부는 상하 방향으로 동일한 단면적으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 단열부는 상기 케이스의 내벽면과 그에 접하는 상기 그리드의 외측면 사이에 단열부재를 구비하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 케이스 중에서 상기 그리드의 외측면에 접하는 부위에는 내외측을 관통하는 관통구멍이 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 차단기의 소호 장치는, 소호부를 이루는 그리드의 측면과 이 소호부를 지지하는 케이스의 내벽면 사이에 이격부를 형성함으로써, 상기 그리드를 통해 전달되는 고열이 케이스로 전달되는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 케이스가 소호시 발생하는 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 이격부가 홈 형상으로 형성됨에 따라 소호시 발생되는 플라즈마가 신속하게 배출될 수 있어 케이스의 열변형을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종래 배선용 차단기의 내부 구조를 보인 개략도,
도 2는 도 1에 따른 차단기에서 소호부를 보인 사시도,
도 3은 도 2에 다른 소호부의 그리드를 보인 평면도,
도 4는 본 발명에 의한 소호부를 보인 사시도,
도 5 및 도 6은 도 4에 따른 소호부에서 그리드를 보인 사시도 및 평면도,
도 7은 본 발명에 의한 그리드의 다른 실시예를 보인 평면도,
도 8은 본 발명에 의한 배선용 차단기에서 케이스의 다른 예를 보인 부분 사시도.

이하, 본 발명에 의한 배선용 차단기의 소호 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 소호부를 보인 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4에 따른 소호부에서 그리드를 보인 사시도 및 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 배선용 차단기는, 케이스(9)의 내부에 고정접촉자(1)와, 가동접촉자(2)와, 링크기구부(3)와, 검출기구부(4)와, 크로스바(5)와, 소호부(6) 등의 부품들이 설치되어 이루어질 수 있다.

상기 케이스(9)는 수지와 같은 절연재로 된 하부케이스와 상부케이스가 결합되어 상기 부품들이 설치되는 내부공간이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 케이스는 절연성은 우수하지만 열에는 취약할 수 있다.

그리고 상기 케이스(9)는 도 1의 지면방향 양측은 막힌 구조로 형성되는 반면, 소호부(6)의 후방측, 즉 도 1의 좌우 양측면은 각각 아크 소호시 발생되는 가스를 배출할 수 있도록 가스배출구(미도시)가 형성될 수 있다.

도 4에서와 같이, 상기 소호부(6)는 케이스(9)에 결합되고 아크챔버(arc chamber)를 이루는 복수 개의 측판(161)과, 상기 측판(161)에 수직방향을 따라 적당한 간격을 두고 수납되는 복수 개의 그리드들(162)로 이루어질 수 있다.

상기 측판(161)이 그리드(162)의 양측면에 각각 배치되어 복수 개의 그리드를 상하방향으로 적층할 수 있다. 상기 측판(161)은 각 그리드(162)의 양측면에 구비되는 고정돌기(162a)가 삽입되어 각각의 그리드(162)가 일정 간격을 유지하도록 그리드 장착용 슬릿(161a)이 상하방향으로 일정 간격으로 형성될 수 있다.

상기 그리드(162)는 강자성체로 된 판체로 형성될 수 있다. 상기 그리드(162)의 양측면에는 상기 측판(161)이 삽입되도록 복수 개식의 측판 삽입홈(162b)이 각각 형성될 수 있다. 상기 측판 삽입홈(162b)의 깊이(d)는 상기 측판(161)이 케이스(9)에 접촉하지 않도록 그 측판(161)의 두께(t)보다 깊게 형성될 수 있다.

상기 측판 삽입홈(162b)의 중간에는 상기 측판(161)의 그리드 장착용 슬릿(161a)에 삽입되는 상기 고정돌기(162a)가 각각 돌출 형성될 수 있다.

상기 측판 삽입홈(162b)은 각 그리드(162)의 전후방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 측판 삽입홈(162b)들 사이의 측면부(162c)는 케이스(9)의 내벽면에 접촉하거나 근접하게 위치하면서 상기 그리드(162)로 전달되는 열이 고스란히 케이스(9)로 전달될 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 상기 그리드(162)의 측면부(162c)에 이격부(162d)를 형성할 수 있다. 상기 이격부(162d)는 도 4 및 도 5에서와 같이, 케이스(9)의 내벽면으로부터 일정 간격을 가지도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 이격부(162d)만큼 상기 그리드(162)와 케이스(9) 사이에 일정 정도의 간격이 발생되어 상기 그리드(162)를 통해 전달되는 열이 케이스(9)로 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 이격부(162d)는 소호시 발생된 고온 고압의 플라즈마가 배출되는 배출유로의 역할을 할 수 있다.

상기 이격부(162d)는 도 4 내지 도 6과 같이 원호모양의 아치형으로 형성될 수 있다. 상기 이격부(162d)가 아치형으로 형성되는 경우에는 가공이 용이할 뿐만 아니라 노치부가 발생되지 않아 그리드의 파손을 방지할 수 있다. 하지만, 상기 이격부(162d)는 아치형 외에 사각형상 등 상기 케이스(9)의 내벽면과의 접촉을 최대한 피할 수 있는 구조이면 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또, 상기 이격부(162d)는 상하방향으로 동일한 단면적을 가지며 상기 이격부의 유로상에 단차면이 발생하지 않도록 조립되는 것이 바람직할 수 있다. 이로써, 상기 이격부에는 공기저항이 최소한으로 줄어 대류에 의해 상승하는 배기가스가 이격부를 따라 원활하게 배기될 수 있다.

한편, 상기 그리드(162)의 외측면과 케이스(9)의 내벽면 사이에는 도 7과 같이 별도의 단열재(163)가 개재되거나 또는 단열코팅층이 더 형성될 수도 있다. 이 경우에도 상기 그리드(162)를 통해 전달되는 열이 케이스(9)로 전달되는 것을 차단하거나 최소화할 수 있다. 또, 이 경우에도 상기 이격부(162d)를 함께 형성하여 열이 전달되는 것을 최소화하면서 소호시 발생되는 플라즈마가 신속하게 배출되도록 할 수도 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 단열재는 측면부 이외에 측판과 케이스가 접하는 부위에도 형성되어 상기 측판을 통해 전달되는 열을 차단할 수 있다.

한편, 상기 케이스(9)는 소호부(6)의 후방측면에는 가스배출구(미도시)가 형성되는 반면 도면의 전후방향, 즉 그리드(162)의 이격부(162d)가 대응되는 측면은 막힌 구조로 형성될 수도 있지만, 도 8과 같이 상기 케이스의 측면중에서 상기 그리드(162)의 이격부(162d)가 대응되는 부위에 다수개의 공기통공(9a)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 소호부(6)에서 발생되는 고온 고압의 플라즈마가 상기 이격부(162d)를 따라 흘러 케이스(9)의 외부로 쉽게 방출되는 동시에 상기 그리드(162)를 통해 전달되는 열이 외부의 공기와 쉽게 접촉되어 신속하게 방열됨으로써 상기 케이스(9)가 열변형되는 것을 줄일 수 있다.

도면중 미설명 부호인 165는 소호공간이다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 차단기의 소호 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 폐로 상태에 있는 배선용 차단기에 정격 전류의 수십 배가 되는 이상 전류가 흐르면 검출기구부(4)에서 이를 감지하여 전자석의 원리에 의해 흡인력이 발생하고 이 흡인력에 의해 아마튜어(7)가 빠른 속도로 흡인된다. 상기 아마튜어(7)가 흡인되면 그 동작에 의해 크로스바(5)가 회전하면서 폐로 상태로 구속되어 있던 링크기구부(3)는 크로스바(5)의 구속으로부터 해제되어 가동접촉자(2)와 고정접촉자(1)를 개리시킴으로써 전로가 개로 상태로 전환되어 이상 전류가 지속적으로 통전 되는 것을 막아주게 된다.

여기서, 상기 고정접촉자(1)가 가동접촉자(2)로부터 개리되는 과정에서 아크가 발생하게 된다. 이 발생한 아크는 초기상태에서는 상기 고정접촉자(1)와 가동접촉자(2) 사이에 머물렀다가 상기 가동접촉자(2)와 고정접촉자(1) 사이의 거리가 증가함에 따라 전자 구동력에 의해 상기 소호부(6)의 그리드(162)쪽으로 이동을 하게 된다. 그리고 상기 그리드(162)로 이동하는 아크는 그 그리드(162)들 사이에서 냉각 절단되어 전류의 영점에서 완전히 소호된다.

이때, 아크 소호시 발생하는 고열은 그리드를 타고 케이스로 전달될 수 있으나, 상기 그리드와 케이스의 사이에 이격부(162d)가 형성됨에 따라 상기 그리드와 케이스가 직접 접촉되는 면적이 감소되고, 이로 인해 상기 그리드를 타고 흐르던 고열이 케이스로 전달되지 못해 상기 케이스가 열변형되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 상기 소호부가 케이스에 안정적으로 지지되어 아크를 효과적으로 소호할 수 있다.

또, 아크 소호시에는 고온, 고압의 플라즈마가 발생하게 되는데, 이 플라즈마는 도 8과 같이 상기 이격부(162d)를 따라 이동하여 상기 공기통공(9a)을 통해 케이스(9) 밖으로 신속하게 배출될 수 있다. 이와 동시에 상기 공기통공(9a)을 통해 외부의 공기와 소호부가 쉽게 접촉될 수 있다. 이를 통해 상기 케이스(1)가 열변형되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 아울러, 상기

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 이격부는 상기 케이스의 내벽면에 형성될 수도 있다. 하지만, 상기 케이스의 두께가 얇아 그 내벽면에 홈 형상으로 형성하기 어려운 경우에는 상기 케이스를 절곡하여 이격부가 형성되도록 할 수도 있다. 이 경우에도 그 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이할 수 있다.

이렇게 하여, 상기 그리드를 통해 전달되는 고열이 케이스로 전달되는 것을 차단하여 케이스가 소호시 발생하는 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 이격부가 홈 형상으로 형성되는 경우 소호시 발생되는 플라즈마가 신속하게 배출될 수 있어 케이스의 열변형을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

1 : 고정접촉자 11 : 고정접점
2 : 가동접촉자 21 : 가동접점
6 : 소호부 161 : 측판
161a : 그리드 장착용 슬릿 162 : 그리드
162a : 고정돌기 162b : 측판 삽입홈
162c : 측면부 162d : 이격부

Claims (6)

1. 케이스;
   상기 케이스에 고정 결합되는 고정접촉자;
   상기 케이스에 회전 가능하게 결합되어 상기 고정접촉자와 선택적으로 접촉되거나 개리되면서 전류가 인가 또는 차단되도록 하는 가동접촉자;
   상기 케이스에 고정되어 상기 고정접촉자의 일측에 구비되는 아크챔버; 및
   상기 아크챔버에 적층되어 아크를 소호시키는 복수 개의 그리드;를 포함하고,
   상기 케이스와 그리드 사이에는 그 케이스의 내벽면 또는 이에 대응하는 그리드의 외측면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상기 그리드의 측면에는 상기 아크챔버를 이루는 측판에 삽입되는 고정돌기가 형성되고, 상기 고정돌기의 양측에는 상기 측판이 삽입되는 측판삽입홈이 형성되며, 상기 측판삽입홈의 일측에 소정의 깊이만큼 오목하게 형성되어 상기 그리드가 상기 케이스로부터 이격되도록 하는 이격부가 형성되는 것을 특징으로 차단기의 소호 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이격부는 상기 케이스의 내벽면에 접하는 상기 그리드의 외측면에 아치형 또는 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차단기의 소호 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이격부는 상하 방향으로 동일한 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차단기의 소호 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 케이스의 내벽면과 그에 접하는 상기 그리드의 외측면 사이에 단열부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기의 소호 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 측판은 상기 그리드의 일측면에 각각 복수 개씩 구비되며, 상기 이격부는 상기 측판삽입홈 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 차단기의 소호 장치.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스 중에서 상기 그리드의 외측면에 접하는 부위에는 내측과 외측을 관통하는 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 차단기의 소호 장치.

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