KR101733276B1 - 직류용 회로 차단 장치 - Google Patents

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Abstract

직류 급전 차단시 발생하는 아크 전류 및 아크 전압에 의한 전극 용융 등의 사고를 예방할 수 있는 직류용 회로 차단 장치가 개시된다. 상기 직류용 회로 차단 장치는, 극성을 갖는 직류 전원과 상기 직류 전원으로부터 직류 전력을 제공받는 부하의 전원 입력단자 사이에 연결된 직류용 회로 차단 장치로서, 상기 직류 전원의 일 극성 단자와 상기 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 상호 직렬 연결된 복수의 스위치와, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 저항을 포함하는 스위칭 회로; 및 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단에 양단이 연결된 바이패스 회로를 포함하며, 상기 직류 전원에서 상기 부하로의 급전을 차단하는 경우, 상기 복수의 스위치는 순차적으로 된다.

Description

직류용 회로 차단 장치{CIRCUIT BREAKER FOR DIRECT CURRENT}
본 발명은 직류용 회로 차단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직류 급전 차단시 발생하는 아크 전류 및 아크 전압에 의한 전극 용융 등의 사고를 예방할 수 있는 직류용 회로 차단 장치에 관한 것이다.
최근 들어 디지털 제품의 급증으로 인해 직류를 사용하는 부하가 증가하고 있고, 또한 신재생 에너지 발전등 직류형태의 분산발전기술이 확산됨에 따라 직류 배전망에 대한 관심이 높아지고 있다.
직류는 교류와 달리 전류가 일정하게 흐르므로 접속 상태를 차단할 때 아크전류가 발생하기 쉽고, 지속적으로 발생하는 아크전류에 의하여 화재가 야기되어 인명 및 재산적 손실이 발생할 가능성이 높다.
예를 들어, 일반적인 교류에서 사용되는 회로 차단 장치(circuit breaker)를 직류 배전망에 적용하는 경우, 회로 차단 시 매우 큰 아크 전류가 발생하여 회로 차단 장치의 스위치 단자 등 전극을 융착시키는 사고가 빈번히 발생한다. 특히, 유도성 부하가 존재하는 경우, 유도성 직류 부하에서 발생되는 역기전력은 플러그에 유도되어 큰 아크전압(Varc)을 생성하므로 사용자의 안전을 위협할 수 있다.
이러한 문제점들로 인해, 직류 배전망은 교류 배전망에 비해 많은 장점을 갖고 있음에도 불구하고 그 보급이 저해되어 왔다.
따라서, 본 발명은 직류 급전 차단 시 아크 발생을 방지하여 차단 장치 자체의 파손을 방지하고 사용자 안전을 도모할 수 있는 직류용 회로 차단 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
극성을 갖는 직류 전원과 상기 직류 전원으로부터 직류 전력을 제공받는 부하의 전원 입력단자 사이에 연결된 직류용 회로 차단 장치에 있어서,
상기 직류 전원의 일 극성 단자와 상기 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 상호 직렬 연결된 복수의 스위치와, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 저항을 포함하는 스위칭 회로; 및
상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단에 양단이 연결된 바이패스 회로를 포함하며,
상기 직류 전원에서 상기 부하로의 급전을 차단하는 경우, 상기 복수의 스위치는 순차적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저항은 상기 순차적으로 개방되는 복수의 스위치 중 가장 먼저 개방되는 스위치의 두 접점에 양단이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 바이패스 회로는 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단 중 - 단자 측에 애노드가 연결되고 + 단자측에 캐소드가 연결된 다이오드; 및 상기 다이오드와 직렬 연결된 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 회로는, 복수의 고정 접점단자; 상기 복수의 고정 접점단자의 전방에 각각 배치되어 상기 고정 접점단자가 배치된 반대 방향으로 절곡부를 갖는 복수의 레버링크; 상기 복수의 레버링크의 움직임에 따라 상기 복수의 고정 접점단자와 각각 접촉하도록 상기 복수의 레버 링크 각각의 일단에 배치된 이동 접점단자; 상기 복수의 레버 링크 각각의 타단에 연결된 일단과 위치가 고정된 타단을 각각 포함하는 복수의 탄성부재; 상기 복수의 레버링크 각각의 절곡부를 고정하고 상기 절곡부를 축으로 상기 복수의 레버링크 각각을 회동시키는 제1 고정 피봇; 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 고정하고 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 축으로 상기 복수의 탄성부재 각각을 회동시키는 제2 고정 피봇; 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단을 연결하고, 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단의 연결부를 축으로 상호 회동시키는 유동 피봇; 및 상기 유동 피봇을 상기 고정 점점 단자의 접촉부에 대해 수직방향을 따라 양방향 이동시키는 인터록 슬라이더를 포함하며, 상호 접촉하는 한 쌍의 고정 접점 단자 및 이동 접점 단자는 상기 복수의 스위치 각각의 두 접점이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인터록 슬라이더는 그 이동 방향에 따라 일렬로 형성된 복수의 슬라이딩 슬롯을 포함하며, 상기 복수의 유동 피봇 각각은 상기 복수의 슬라이딩 슬롯 각각에 배치되며 상기 복수의 슬라이딩 슬롯의 단부에 의해 위치가 이동될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
극성을 갖는 직류 전원과 상기 직류 전원으로부터 직류 전력을 제공받는 부하의 전원 입력단자 사이에 연결된 직류용 회로 차단 장치에 있어서,
복수의 고정 접점단자; 상기 복수의 고정 접점단자의 전방에 각각 배치되어 상기 고정 접점단자가 배치된 반대 방향으로 절곡부를 갖는 복수의 레버링크; 상기 복수의 레버링크의 움직임에 따라 상기 복수의 고정 접점단자와 각각 접촉하도록 상기 복수의 레버 링크 각각의 일단에 배치된 이동 접점단자; 상기 복수의 레버 링크 각각의 타단에 연결된 일단과 위치가 고정된 타단을 각각 포함하는 복수의 탄성부재; 상기 복수의 레버링크 각각의 절곡부를 고정하고 상기 절곡부를 축으로 상기 복수의 레버링크 각각을 회동시키는 제1 고정 피봇; 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 고정하고 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 축으로 상기 복수의 탄성부재 각각을 회동시키는 제2 고정 피봇; 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단을 연결하고, 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단의 연결부를 축으로 상호 회동시키는 유동 피봇; 및 상기 유동 피봇을 상기 고정 점점 단자의 접촉부에 대해 수직방향을 따라 양방향 이동시키는 인터록 슬라이더를 포함하며, 상호 접촉하는 한 쌍의 고정 접점 단자 및 이동 접점 단자는 하나의 스위치를 구성하고, 상기 스위치 각각은 상호 직렬 연결되며, 상호 직렬 연결된 복수의 스위치는 상기 직류 전원의 일 극성 단자와 상기 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 연결되는 스위칭 구조; 및
상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단에 양단이 연결된 바이패스 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 바이패스 회로는 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단 중 - 단자 측에 애노드가 연결되고 + 단자측에 캐소드가 연결된 다이오드; 및 상기 다이오드와 직렬 연결된 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인터록 슬라이더는 그 이동 방향에 따라 일렬로 형성된 복수의 슬라이딩 슬롯을 포함하며, 상기 복수의 유동 피봇 각각은 상기 복수의 슬라이딩 슬롯 각각에 배치되며 상기 복수의 슬라이딩 슬롯의 단부에 의해 위치가 이동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 직류용 회로 차단 장치가 직류의 급전을 차단하는 경우 다수의 스위치를 순차적으로 개방하고 먼저 개방되는 스위치의 양 접점에 저항을 연결함으로써 부하전류를 낮은 수준으로 감소시킴으로써 아크의 발생을 억제하여 스위치 접점 용융 등의 소손을 방지할 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, 직류용 회로 차단 장치가 부하측 양단에 저항 및 다이오드를 포함하는 바이패스 회로를 구비함으로써 유도성 부하에 의해 발생하는 역기전력을 차단하여 스위치 접점 용융이나 사용자 부상 등의 위험을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 스위치의 동작에 대한 지연 시간 설정이 필요 없고 복수의 스위치를 단지 순차적으로 개방하면 되므로, 지연 시간을 설정하고 그에 따라 스위치의 연결/차단을 제어하기 위한 별도의 회로가 요구되지 않으며, 간단한 기구적 연결/차단 구조를 통해 스위치의 순차적 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 전기적 특성을 검증하기 위한 시뮬레이션 회로도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 시뮬레이션 회로를 이용한 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 전기적 특성을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 스위칭 회로를 구현하기 위한 기구적 구조를 도시한 모식도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 스위칭 회로를 구현한 기구적 구조의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치(10)는, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)에 의해 개방 또는 단락되는 두 접점 사이에 양단이 각각 연결된 저항(RS)를 포함하는 스위칭 회로(11)와 피드백 회로(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
스위칭 회로(11)는 상호 직렬 연결되는 복수의 스위치(SW1, SW2)를 포함할 수 있다. 도 1은 2 개의 스위치로 구현되는 일례를 도시하고 있으나, 필요에 따라 스위치의 개수는 더 증가할 수 있다. 직렬 연결된 복수의 스위치(SW1, SW2)는 직류 전원(VDC)의 일 극성 단자(도 1에서는 + 단자)와 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치는, 직렬 연결된 복수의 스위치(SW1, SW2)가 연결되지 않은 직류 전원(VDC)의 타 극성 단자(도 1에서는 - 단자)와 부하의 전원 입력단자 중 타 극성 단자를 상호 전기적으로 연결된 상태로 유지시킬 수 있다.
또한, 스위칭 회로(11)는 직렬 연결된 복수의 스위치(SW1, SW2) 중 직류 전원(VDC)에 가까운 스위치(SW1)가 연결되는 양 접점(C1, C2) 사이에는 저항(RS)가 연결된다.
스위칭 회로(11)의 동작을 회로적으로 해석하면 다음과 같다.
초기에 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 닫혀진 상태(전기적 도통이 이루어지는 단락 상태)를 가정한다. 이 경우 제1 스위치(SW1)의 두 접점(C1, C2) 간의 전압과 제2 스위치(SW2)의 두 접점(C3, C4) 간의 전압은 거의 ‘영(zero)’ 이며 전류는 직렬 연결된 두 스위치를 통하여 직류 전원(VDC)에서 부하로 흐른다. 이때 두 스위치(SW1, SW2)를 통하여 흐르는 부하 전류는 다음과 같다.
[식 1]
Figure 112015024779559-pat00001
(IL: 부하 전류, VDC: 직류 전원의 전압, RL: 부하 저항)
이어, 부하 전류를 차단하기 위하여 우선 제1 스위치(SW1)를 개방한다. 제1 스위치(SW1)를 개방했을 때, 제1 스위치(SW1)의 두 접점인 고정 접점(C1)과 가동 접점(C2) 사이에 양 단이 연결된 전류 억제용 저항(RS)에 의해 고저항 상태가 되어 부하 전류를 제한한다. 이 때 전류 억제용 저항(RS)과 제2 스위치(SW2)를 통하여 흐르는 부하전류는 다음과 같이 감소하게 된다.
[식 2]
Figure 112015024779559-pat00002
(RS: 전류 억제용 저항)
따라서, 전류 억제용 저항(RS)의 저항값을 선택함으로써, 제2 스위치(SW2)를 개방하여 부하로의 급전을 완전하게 차단하기 직전의 부하 전류값을 원하는 수준으로 제한시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 제2 스위치(SW2)를 사용하여 최종적으로 부하 전류를 차단하는 경우, 부하 전류의 크기를 감소시킴으로써 아크 발생 현상을 저감시킬 수 있다. 다만, 유도성 부하인 경우 부하 인덕터에 의한 전류 감소의 시간 지연이 발생하므로, 제1 스위치(SW1)을 개방한 후 부하 전류가 충분히 감소할 때까지 시간을 충분히 경과시킨 후 제2 스위치(SW2)를 순차적으로 개방하여야 한다.
이를 위하여 기계적인 기법 또는 전자적인 기법으로 시간 지연을 두어서 제1 스위치(SW1)과 제2 스위치(SW2)의 순차제어(Sequence control)를 하여야 한다. 이렇게 1차적으로 전류 억제용 저항(RS)을 통해 큰 부하전류를 낮은 수준으로 감소시킨 후에 제2 스위치(SW2)를 사용하여 최종 차단함으로써, 접점의 용융을 방지 할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시형태에 적용된 스위칭 회로(10)의 구성 만으로는 직류 급전 차단 시 아크 발생 억제 효과가 떨어질 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 인덕터와 같은 유도성 부하가 존재하는 경우, 제1 스위치(SW1)가 개방 되어 부하 인덕터에 흐르던 전류가 서서히 감소하는 과정에서 일시적으로 제1 스위치(SW1)의 접점(C1, C2)사이에 매우 큰 아크 전압(VArc1)이 형성될 수 있다. 다시 설명하면, 제1 스위치(SW1)가 개방될 때 두 접점(C1, C2)사이에 일시적으로 형성되는 아크 전압(VArc1)은 정상 부하전류 (IL)와 저항(RS)의 곱에 의한 값에 이르게 된다.
즉, 정상 부하 전류(IL)가 100[A]이고, 저항(RS)의 값이 400[Ω] 인 경우, 제1 스위치(SW1)가 개방될 때 두 접점(C1, C2) 사이에 형성되는 아크 전압(VArc1)은 일시적으로 40,000[V]에 이르게 되어 접점(C1, C2)을 용융시키는 상황이 발생할 수도 있다.
이러한 스위칭 회로(10)의 단점을 해소하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는 바이패스 회로(13)를 구비한다. 바이패스 회로(13)는, 직류 급전 차단 시 제1 스위치(SW1)를 개방하여 전류 억제용 저항(RS)에 의하여 부하 전류를 감소시키는 과정에서, 부하 인덕터에 흐르던 전류를 다시 부하쪽으로 바이패스 시킴으로써 제1 스위치(SW1)의 두 접점(C1, C2) 사이에 형성되는 아크 전압(VArc1)을 직류 전원 전압(VDC) 수준으로 감소시킴으로써 제1 스위치(SW1)의 개방에 의한 아크 발생을 억제할 수 있다.
바이패스 회로(13)는 부하의 전원 입력단과 연결되는 두 극성의 출력단 사이에 연결되는 다이오드(D) 및 저항(RD)을 포함할 수 있다. 다이오드(D)는 출력단의 - 단자 측에 애노드가 연결되고 + 단자측에 캐소드가 연결될 수 있으며, 저항(RD)는 다이오드(D)와 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 발명자는 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단기의 전기적 특성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 전기적 특성을 검증하기 위한 시뮬레이션 회로도이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 시뮬레이션 조건은 VDC=400[V], RL=4[Ω], Rs=400[Ω]이다. 따라서 정상적인 부하전류는 100[A]이고 400[Ω]의 직렬저항에 의하여 제한되는 전류는 약 1[A]가 되도록 하였다. 부하 인덕터는 L=80[mH], 160[mH], 240[mH]로 하여 부하 시정수를 각각 20[ms], 40[ms], 660[ms]로 하여 IEEE Standard C37의 부하 시험 조건 규정을 따르도록 설정하였다. 바이패스 회로에 포함되는 저항은 RD=0.47[Ω] 하였다.
도 3은 도 2에 도시된 시뮬레이션 회로를 이용한 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 전기적 특성을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면으로, 특히 제1 스위치(SW1)와 전류 억제용 저항(RS)에 의해 100[A]의 부하 전류를 1[A]수준으로 감소시키는 과정을 시뮬레이션한 결과 파형이다.
도 3의 시뮬레이션 파형에서 나타난 바와 같이, 제1 스위치(SW1)가 개방 되면 부하 전류(IL)는 부하 시정수에 따라 시간지연을 갖고 100[A]에서 1[A] 수준으로 서서히 감소한다. 부하 인덕터의 값이 클수록 1[A]의 수준으로 감소되는 시간이 길어진다.
제1 스위치(SW1)가 개방될 때, 부하전류는 다이오드-저항으로 이루어진 바이패스 회로(13)를 통하여 바이패스 되므로, 직류전원에서 출력되는 전류(IS)는 제1 스위치(SW1)가 개방되는 즉시 ‘영’으로 떨어진다. 따라서, 제1 스위치(SW1)가 개방된 즉시 제2 스위치(SW2)를 개방하여도 아크가 거의 발생하지 않으므로 제2 스위치(SW2)의 두 접점(C3, C4)은 용융에 의한 손상이 발생하지 않는다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시형태에서는, 스위칭 회로(10)의 스위치를 구동하는데 있어 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 개방 시간에 지연시간 설정을 위한 지연 릴레이 등과 같은 별도의 전기적 구성을 추가하지 않고, 단순히 백래시를 갖는 기계적 슬라이더 링크를 사용하여 공간적인 유극을 갖고 순차적으로 스위치를 동작시키기만 하면 된다. 기계적 슬라이더 링크를 이용하여 스위칭 회로를 구현한 일례를 후술하기로 한다.
도 4는 도 3의 시뮬레이션 결과를 더욱 상세하기 확인하기 위하여 제1 스위치(SW1)의 양단 전압(VArc1)과 부하단 전압(VL)을 확대한 파형이다. 제1 스위치(SW)가 개방되는 순간, 제1 스위치(SW1)의 두 접점(C1, C2) 사이의 전압(VArc1)은 일시적으로 다이오드 및 저항으로 이루어진 바이패스 회로(13) 양단에 발생하는 전압강하(40V)와 전원전압(400V)가 합쳐진 크기만큼만 상승한다. 따라서 440[V] 이상 전압 스트레스가 가해지지 않으므로 제1 스위치(SW1)의 두 접점(C1, C2) 사이에서는 아크가 발생할 가능성이 없다.
부하단 전압(VL)은 제1 스위치(SW1)가 개방되고 부하전류가 바이패스 회로(13)로 바이패스 되는 동안 음의 값을 갖는다. 부하 인덕터에 축적되어 있던 에너지가 다이오드 및 저항으로 이루어진 바이패스 회로(13)를 통해 소진되고 나면, 부하단 전압(VL)은 양의 값으로 극성이 바뀐다. 이렇게 부하단 전압의 극성이 양의 값으로 바뀌기 전에 제2 스위치(SW2)를 개방시키면 아크 발생 없이 전원측과 부하측은 완전히 차단될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 스위칭 회로를 구현하기 위한 기구적 구조를 도시한 모식도이다. 도 5는 두 개의 접점 사이를 개방/단락 시키는 하나의 스위치 구조를 통해 기본적인 동작 원리를 설명하는 것이며 도 6은 도 1에 도시된 것과 같은 2 개의 스위치를 구현한 일례를 도시한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 스위칭 회로를 구현하기 위한 기구적 구조는, 복수의 고정 접점단자(C1, C4)와, 복수의 고정 접점단자(C1, C4)의 전방에 각각 배치되어 고정 접점단자(C1, C4)가 배치된 반대 방향으로 절곡부를 갖는 복수의 레버링크(31, 31-1, 32-2)와, 복수의 레버링크(31, 31-1, 32-2)의 움직임에 따라 복수의 고정 접점단자(C1, C4)와 각각 접촉하도록 복수의 레버 링크(31, 31-1, 32-2) 각각의 일단에 배치된 이동 접점단자(C2, C3)와, 복수의 레버 링크(31, 31-1, 32-2) 각각의 타단에 연결된 일단과 위치가 고정된 타단을 각각 포함하는 복수의 탄성부재(33, 33-1, 33-2)를 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 복수의 고정 접점단자(C1, C4) 및 복수의 이동 접점단자(C2, C3)는 도 1에 도시된 것과 같은 전기적 연결관계가 사전에 형성될 수 있다. 즉, 도 1의 고정 접점(C1)에 대응되는 고정 접점단자(C1)은 직류 전원의 + 단자와 연결이 사전에 형성될 수 있고, 도 1의 이동 접점(C2, C3)에 해당하는 이동 접점단자(C2, C3)는 사전에 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 도 1의 고정 접점(C4)에 대응되는 고정 접점단자(C4)는 부하와 연결되는 출력단 중 하나(+ 출력단)과 전기적 연결이 사전에 형성될 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 고정 접점 단자(C1)과 이동 접점 단자(C2) 사이에는 저항 소자(RS)가 사전 연결될 수 있다.
복수의 레버링크(31, 31-1, 32-2) 각각의 절곡부는 고정 피봇(Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2)에 의해 위치가 고정되어 고정 피봇(Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2)을 축으로 회동 가능하도록 배치될 수 있다.
또한, 복수의 탄성부재(33, 33-1, 33-2) 각각의 타단은 하우징 등에 고정된 고정 피봇(Pfixed2, Pfixed2-1, Pfixed2-2)에 의해 위치가 고정되며, 복수의 탄성부재(33, 33-1, 33-2) 각각은 고정 피봇(Pfixed2, Pfixed2-1, Pfixed2-2)을 축으로 회동 가능하도록 배치될 수 있다.
또한, 복수의 레버링크(31, 31-1, 32-2) 각각의 타단과 복수의 탄성부재(33, 33-1, 33-2) 각각의 일단은 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2)으로 상호 연결된다.
고정 피봇(Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2)과 고정 피봇(Pfixed2, Pfixed2-1, Pfixed2-2) 및 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2)은 상호 동일 방향의 회전축을 형성한다. 즉, 고정 피봇(Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2)과 고정 피봇(Pfixed2, Pfixed2-1, Pfixed2-2) 및 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2)에 의한 회동의 회전축은 고정 점점 단자(C1, C4)의 접촉부와 평행한 방향으로 상호 나란하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치의 스위칭 회로를 구현하기 위한 기구적 구조는 링크레버(31, 31-1, 31-2)와 탄성부재(33, 33-1, 33-2)의 연결부인 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2)을 고정 점점 단자(C1, C4)의 접촉부에 수직방향을 따라 양방향 이동시키는 인터록 슬라이더(35)를 포함할 수 있다. 인터록 슬라이더(35)는 복수의 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2) 각각이 이동되는 복수의 슬라이딩 슬롯(351, 353)이 이동방향을 따라 순차적으로 설치될 수 있으며, 인터록 슬라이더(35)의 이동 방향에 따라 슬라이딩 슬롯(351, 353)의 각 단부에 의해 유동 피봇(Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2)의 위치가 전후로 이동하여 레버 링크(31, 31-1, 31-2)가 고정 피봇(Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2)을 축으로 회동하게 됨으로써, 레버 링크(31, 31-1, 31-2)의 일단에 배치된 이동 접점단자(C2, C3)가 위치 고정된 고정 접점단자(C1, C4)와 접촉하거나 분리되게 할 수 있다.
즉, 도 5의 (a)와 같이, 인터록 슬라이더(35)가 도면상 좌측으로 이동하면, 슬라이딩 슬롯(351)의 우측 단부에 접촉하면서 유동 피봇(Pfloat)이 좌측으로 이동하게 되고, 레버링크(31)는 반시계 방향으로 회전하여 레버링크(31)의 일단에 배치된 이동 접점 단자(C2)는 고정 접점 단자(C1)와 상호 접촉을 형성하게 된다.
또한, 도 5의 (b)와 같이, 인터록 슬라이더(35)가 도면상 우측으로 이동하면, 슬라이딩 슬롯(351)의 좌측 단부에 접촉하면서 유동 피봇(Pfloat)이 우측으로 이동하게 되고, 레버링크(31)는 시계 방향으로 회전하여 레버링크(31)의 일단에 배치된 이동 접점 단자(C2)와 고정 접점 단자(C1)의 접촉이 해제된다.
도 6과 같이, 복수의 스위치를 구현하기 위해서, 인터록 슬라이더(35)의 이동 방향을 따라 레버링크(31-1, 31-2)와 탄성부재(33-1, 33-2)의 결합구조를 나란히 배치하고, 인터록 슬라이더(35)에 복수의 슬라이딩 슬롯(351, 353)을 적절한 길이로 형성하여 각 이동 피봇(Pfloat-1, Pfloat-2)을 슬라이딩 슬롯(351, 353) 내에서 이동 가능하도록 연결할 수 있다. 즉, 인터록 슬라이더(35)에 그 이동 방향으로 일렬로 복수의 슬라이딩 슬롯을 형성함으로써 복수의 스위치 동작을 구현할 수 있다. 특히, 인터록 슬라이더(35)의 슬라이딩 슬롯(351, 353)은 적절한 유극이 형성되어 있어서 두 스위치가 동시에 동작하지 않고 백래쉬 간격만큼 공간적 차이를 갖고 순차적으로 동작할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 스위칭 회로를 구현한 기구적 구조의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서, 좌측 레버링크(31-1) 부분이 도 1의 접점(C1, C2) 간의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위치(SW1)에 해당하고, 우측 레버링크(31-2) 부분이 접점(C3, C4) 간의 전기적 연결을 형성/차단하는 제2 스위치(SW2)에 해당된다.
도 7은 개방 동작시 접점과 인터록 슬라이더의 동작 순서를 도시한 것이다. 도 7의 (a)와 같이, 초기에 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 접점 단자는 모두 닫혀진 상태로 안정화 되어 있다.
이어, 도 7의 (b)와 같이, 인터록 슬라이더(35)를 우측방향으로 밀어주면, 인터록 슬라이더(35)의 슬라이딩 슬롯(351)이 먼저 좌측의 레버링크(31-1)의 이동 피벗(Pfloat-1)에 우측 방향의 힘을 가하게 되어, 레버링크(31-1)는 고정 피벗(Pfixed1-1)을 축으로 시계방향으로 회전하여 접점단자(C1, C2)가 상호 분리된다.
이어, 도 7의 (c)와 같이 다음으로 인터록 슬라이더(35)를 더욱 우측방향으로 밀어줌에 따라 인터록 슬라이더(35)의 슬라이딩 슬롯(353)이 레버링크(31-2)의 이동 피벗(Pfloat-2)에 우측 방향의 힘을 가하게 되어, 레버링크(31-2)는 고정 피벗(Pfixed1-2)을 축으로 시계방향으로 회전하여 접점단자(C3, C4)가 상호 분리된다.
이 후, 도 7의 (d)와 같이 두 레버링크(31-1, 31-2)는 각각 탄성부재(33-1, 33-2)에 의하여 힘을 받아서 가동 접점(C2, C3)이 완전히 열리는 상태에서 안정화 된다. 즉, 인터록 슬라이더(35)를 우측으로 이동시킴에 따라 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 순차적으로 개방될 수 있다.
도 8은 닫힘 동작시 접점과 인터록 슬라이더의 동작 순서를 보인다.
도 8의 (a)와 같이, 초기에 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 접점 단자는 모두 개방된 상태로 안정화 되어 있다.
이어, 도 8의 (b)와 같이, 인터록 슬라이더(35)를 좌측방향으로 밀어주면, 인터록 슬라이더(35)의 슬라이딩 슬롯(353)이 먼저 우측의 레버링크(31-2)의 이동 피벗(Pfloat-1)에 좌측 방향의 힘을 가하게 되어, 레버링크(31-2)는 고정 피벗(Pfixed1-2)을 축으로 반시계방향으로 회전하여 접점단자(C3, C4)가 상호 접촉되어 단락 상태가 된다.
이어, 도 8의 (c)와 같이 다음으로 인터록 슬라이더(35)를 더욱 좌측방향으로 밀어줌에 따라 인터록 슬라이더(35)의 슬라이딩 슬롯(351)이 레버링크(31-1)의 이동 피벗(Pfloat-1)에 좌측 방향의 힘을 가하게 되어, 레버링크(31-1)는 고정 피벗(Pfixed1-1)을 축으로 반시계방향으로 회전하여 접점단자(C1, C2)가 상호 접촉하여 단락 상태가 된다.
이 후, 도 8의 (d)와 같이 두 레버링크(31-1, 31-2)는 각각 탄성부재(33-1, 33-2)에 의하여 힘을 받아서 가동 접점(C2, C3)이 완전히 닫힌 상태에서 안정화 된다. 즉, 인터록 슬라이더(35)를 우측으로 이동시킴에 따라 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 순차적으로 개방될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치는, 직류용 회로 차단 장치가 직류의 급전을 차단하는 경우 다수의 스위치를 순차적으로 개방하고 늦게 개방되는 스위치의 양 접점에 저항을 연결함으로써 부하전류를 낮은 수준으로 감소시킴으로써 아크의 발생을 억제하여 스위치 접점 용융 등의 소손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치는, 직류용 회로 차단 장치가 부하측 양단에 저항 및 다이오드를 포함하는 바이패스 회로를 구비함으로써 유도성 부하에 의해 발생하는 역기전력을 차단하여 스위치 접점 용융이나 사용자 부상 등의 위험을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직류용 회로 차단 장치는, 복수의 스위치의 동작에 대한 지연 시간 설정이 필요 없고 복수의 스위치를 단지 순차적으로 개방하면 되므로, 지연 시간을 설정하고 그에 따라 스위치의 연결/차단을 제어하기 위한 별도의 회로가 요구되지 않으며, 간단한 기구적 연결/차단 구조를 통해 스위치의 순차적 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 직류용 회로 차단 장치 11: 스위칭 회로
13: 피드백 회로 31, 31-1, 31-2: 레버링크
33, 33-1, 33-2: 탄성부재 35: 인터록 슬라이더
351, 353: 슬라이딩 슬롯 SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치 C1, C2, C3, C4: 접점(접접 단자)
Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2, Pfixed1, Pfixed1-1, Pfixed1-2: 고정 피봇
Pfloat, Pfloat-1, Pfloat-2: 유동 피봇

Claims (9)

  1. 극성을 갖는 직류 전원과 상기 직류 전원으로부터 직류 전력을 제공받는 부하의 전원 입력단자 사이에 연결된 직류용 회로 차단 장치에 있어서,
    상기 직류 전원의 일 극성 단자와 상기 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 상호 직렬 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위칭 구조; 및
    상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 저항을 포함하되,
    상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치는,
    고정 접점단자;
    상기 고정 접점단자의 전방에 배치되어 상기 고정 접점단자가 배치된 반대 방향으로 절곡부를 갖는 레버링크;
    상기 레버링크의 움직임에 따라 상기 고정 접점단자와 접촉하도록 상기 레버 링크의 일단에 배치된 이동 접점단자;
    상기 레버 링크의 타단에 연결된 일단과 위치가 고정된 타단을 포함하는 탄성부재;
    상기 레버링크의 절곡부를 고정하고 상기 절곡부를 축으로 상기 레버링크를 회동시키는 제1 고정 피봇;
    상기 탄성부재의 타단을 고정하고 상기 탄성부재의 타단을 축으로 상기 탄성부재를 회동시키는 제2 고정 피봇; 및
    상기 레버링크의 타단과 상기 탄성부재의 일단을 연결하고, 상기 레버링크의 타단과 상기 탄성부재 일단의 연결부를 축으로 상호 회동시키는 유동 피봇;을 포함하고, 상호 접촉하는 한 쌍의 고정 접점 단자 및 이동 접점 단자는 하나의 스위치에서 접점을 구성하는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 구조는, 상기 복수의 스위치 각각에 대하여 상기 유동 피봇을 상기 고정 접점 단자의 접촉부에 대해 수직방향을 따라 양방향 이동시키는 인터록 슬라이더;를 더 포함하고,
    상기 직류 전원에서 상기 부하로의 급전을 차단하는 경우, 상기 복수의 스위치는 순차적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저항은 상기 순차적으로 개방되는 복수의 스위치 중 가장 먼저 개방되는 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단에 양단이 연결된 바이패스 회로;를 더 포함하고,
    상기 바이패스 회로는 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단 중 - 단자 측에 애노드가 연결되고 + 단자측에 캐소드가 연결된 다이오드; 및
    상기 다이오드와 직렬 연결된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인터록 슬라이더는 그 이동 방향에 따라 일렬로 형성된 복수의 슬라이딩 슬롯을 포함하며, 상기 복수의 유동 피봇 각각은 상기 복수의 슬라이딩 슬롯 각각에 배치되며 상기 복수의 슬라이딩 슬롯의 단부에 의해 위치가 이동되는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  6. 극성을 갖는 직류 전원과 상기 직류 전원으로부터 직류 전력을 제공받는 부하의 전원 입력단자 사이에 연결된 직류용 회로 차단 장치에 있어서,
    복수의 고정 접점단자; 상기 복수의 고정 접점단자의 전방에 각각 배치되어 상기 고정 접점단자가 배치된 반대 방향으로 절곡부를 갖는 복수의 레버링크; 상기 복수의 레버링크의 움직임에 따라 상기 복수의 고정 접점단자와 각각 접촉하도록 상기 복수의 레버 링크 각각의 일단에 배치된 이동 접점단자; 상기 복수의 레버 링크 각각의 타단에 연결된 일단과 위치가 고정된 타단을 각각 포함하는 복수의 탄성부재; 상기 복수의 레버링크 각각의 절곡부를 고정하고 상기 절곡부를 축으로 상기 복수의 레버링크 각각을 회동시키는 제1 고정 피봇; 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 고정하고 상기 복수의 탄성부재 각각의 타단을 축으로 상기 복수의 탄성부재 각각을 회동시키는 제2 고정 피봇; 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단을 연결하고, 상기 복수의 레버링크 각각의 타단과 상기 복수의 탄성부재 각각의 일단의 연결부를 축으로 상호 회동시키는 유동 피봇; 및 상기 유동 피봇을 상기 고정 접점 단자의 접촉부에 대해 수직방향을 따라 양방향 이동시키는 인터록 슬라이더를 포함하며, 상호 접촉하는 한 쌍의 고정 접점 단자 및 이동 접점 단자는 하나의 스위치를 구성하고, 상기 스위치 각각은 상호 직렬 연결되며, 상호 직렬 연결된 복수의 스위치는 상기 직류 전원의 일 극성 단자와 상기 부하의 전원 입력단자 중 일 극성 단자 사이에 연결되는 스위칭 구조; 및
    상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 두 접점에 양단이 연결된 저항을 포함하는 직류용 회로 차단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단에 양단이 연결된 바이패스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바이패스 회로는 상기 부하의 전원 입력 단자와 연결되는 출력단 중 - 단자 측에 애노드가 연결되고 + 단자측에 캐소드가 연결된 다이오드; 및
    상기 다이오드와 직렬 연결된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 인터록 슬라이더는 그 이동 방향에 따라 일렬로 형성된 복수의 슬라이딩 슬롯을 포함하며, 상기 복수의 유동 피봇 각각은 상기 복수의 슬라이딩 슬롯 각각에 배치되며 상기 복수의 슬라이딩 슬롯의 단부에 의해 위치가 이동되는 것을 특징으로 하는 직류용 회로 차단 장치.
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