KR101830268B1 - 퓨즈를 내장한 개폐기 - Google Patents

Abstract

개시되는 개폐기는, 전원측 단자와 연결된 고정접점을 구비한 고정자와, 부하측 단자와 연결된 가동접점을 구비하고 상기 가동접점이 상기 고정접점에 접촉하는 제1 위치와 상기 고정접점에서 분리되는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 가동자를 각각 포함하는 제1 접점기구 및 제2 접점기구;와, 상기 제1 접점기구의 부하측 단자와 가동접점이 연결된 전기회로 사이에 개재되는 퓨즈; 및 상기 제1/제2 접점기구 및 퓨즈를 수용하는 케이스;를 포함한다.

Description

퓨즈를 내장한 개폐기{Switchgear unit having built-in electrical fuse}

본 발명은 개폐기에 관한 것으로서, 특히 개폐기 내부의 전원회로 중간에 교체 가능한 퓨즈를 내장함으로써 전원이 개폐기를 지나는 도중에 정격 전류 이상의 과전류가 흐르는 경우 퓨즈가 먼저 단락됨으로써 개폐기의 소손은 물론 전체 전로(電路)의 손상을 방지할 수 있는 퓨즈를 내장한 개폐기에 관한 것이다.

수백 볼트 이상의 고전압 직류가 흐르는 시스템, 예를 들면 직렬로 연결된 복수 개의 태양광 발전 모듈이나 배터리의 직류 시스템에는 전류의 흐름을 연결하거나 차단하기 위한 개폐기가 설치된다.

일반적으로 개폐기는, 절연 재료로 이루어지는 케이스 내에 고정접점을 구비하는 고정자와, 가동접점을 구비하는 가동자와, 핸들의 조작에 의해 고정접점과 가동접점을 개폐 동작시키는 개폐기구 등을 수납되어 구성된다.

또한, 부하가 걸려 있는 직류 전로(電路)를 차단하기 위해 개폐기의 핸들을 조작하여 가동접점을 고정접점으로부터 분리시키면 양 접점 사이에 아크가 발생하는데, 이 아크가 개폐기를 소손시키지 않도록 재빨리 아크를 끌어들여 소멸시키기 위해 자기장을 형성하는 하나 이상의 영구 자석을 구비하는 경우도 많다.

이와 같이, 종래의 개폐기는 단순히 직류 전로의 개폐만을 조작할 수 있을 뿐이고 직류 전로 상에 급격한 부하 상승이 발생하였을 경우 자동으로 전로를 개방하는 차단기의 기능은 없었다. 따라서 차단기를 구성하기 위해서는 별도의 솔레노이드를 추가하거나 가동자를 바이메탈로 구성하는 등의 설계가 필요하지만, 고전압 직류 환경에서 안정적으로 작동하는 차단기를 구현하는 것은 쉽지 않은 실정이다.

한국등록특허 제10-1031975호 (2011.05.09 공고)

본 발명은 고전압 직류 환경에서 개폐기가 설치된 직류 전로에 정격전류 이상의 과전류가 흐르는 경우 안정적으로 차단하여 개폐기의 소손은 물론 전체 직류 전로의 손상을 방지할 수 있는 개폐기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 퓨즈를 내장한 개폐기는, 전원측 단자와 연결된 고정접점을 구비한 고정자와, 부하측 단자와 연결된 가동접점을 구비하고 상기 가동접점이 상기 고정접점에 접촉하는 제1 위치와 상기 고정접점에서 분리되는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 가동자를 각각 포함하는 제1 접점기구 및 제2 접점기구; 상기 제1 접점기구의 부하측 단자와 가동접점이 연결된 전기회로 사이에 개재되는 퓨즈; 상기 제1/제2 접점기구 및 퓨즈를 수용하는 케이스; 상기 고정접점과 가동접점이 분리된 상태에서 가동자의 타단을 경사면으로 밀착하여 지지하며, 케이스 본체에 구비된 가동자 가이드; 및 케이스 본체에 구비된 돌기와 가동자의 중간 부분에 구비된 절곡편에 양단이 결합되는 코일 스프링을 포함한다.
본 발명에 따른 퓨즈를 내장한 개폐기는, 케이스에 구비된 힌지점에 회동가능하게 결합되는 동시에 가동자를 회동가능하게 연결하는 핸들; 을 더 포함하고, 상기 핸들의 힌지점을 중심으로 케이스의 안쪽으로 핸들 힌지점에 대해 편심된 위치에 돌출 형성된 회동 연결부가 구비되며, 회동 연결부에 길게 뻗은 가동자의 일단이 회동가능하게 연결되고, 코일 스프링의 양단 사이의 거리가 가장 멀어지는 지점은 상기 제1 위치에 조금 못 미치는 곳에 위치하도록 설계되어, 상기 핸들을 이동시켜 가동자를 제 2위치에서 제 1위치를 향하여 회동시킬 때, 가동자가 코일 스프링이 최대로 인장되는 지점을 넘어서는 순간 제2 위치와는 반대 방향으로 잡아당기는 힘을 받아 빠르제1 위치로 이동하도록 할 수 있다.

여기서, 상기 퓨즈는 상기 케이스에 대해 삽탈(揷脫) 가능한 퓨즈 케이스 내에 수용된다.

그리고, 상기 케이스 내부에는 상기 제1 접점기구의 부하측 단자와 연결된 제1 퓨즈 홀더 및 상기 제1 접점기구의 가동접점과 연결된 제2 퓨즈 홀더가 구비되고, 상기 퓨즈 케이스는 그 안에 수용된 상기 퓨즈가 상기 제1 퓨즈 홀더 및 제2 퓨즈 홀더와 전기적으로 연결되도록 상기 케이스에 삽입된다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 퓨즈는 통형 퓨즈이고, 상기 제1 퓨즈 홀더 및 제2 퓨즈 홀더에는 상기 통형 퓨즈와 탄력적으로 접촉하는 오목면이 각각 형성된다.

그리고, 상기 케이스는 케이스 본체 및 상기 케이스 본체의 양 측면에 각각 결합되는 제1 커버 및 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 접점기구 및 제2 접점기구는 상기 케이스 본체를 기준으로 그 양 측면에 각각 수용될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 퓨즈를 내장한 개폐기는 직류 전로에 정격전류 이상의 과전류가 흐르는 경우 부하측 단자와 가동접점이 연결된 전기회로 사이에 개재된 퓨즈가 즉시 소손됨으로써 개폐기 자체는 물론 전체 직류 전로의 손상을 방지하는 것이 가능해진다.

특히, 퓨즈는 오랜 시간 동안 사용되어 그 기능이 확실히 검증된 전기부품이기 때문에 본 발명의 퓨즈를 내장한 개폐기가 안정적으로 과전류를 차단하는 것을 보증할 수 있으며, 또한 퓨즈는 그 비용이 상당히 저렴하기 때문에 장기간 고전압 직류 시스템을 운용하는데 사용하기 적합하다는 이점도 갖는다.

도 1은 본 발명의 퓨즈를 내장한 개폐기의 전체적인 외형을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 퓨즈를 내장한 개폐기의 제1 커버를 분리하여 퓨즈를 내장한 접점기구의 구조를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 접점기구에서 가동접점이 고정접점에 접촉하는 제1 위치인 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 접점기구에서 가동접점이 고정접점에서 분리된 제2 위치인 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 퓨즈를 내장한 개폐기의 제2 커버를 분리하여 제2 접점기구의 구조를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 제2 접점기구의 동작 상태를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

도 1은 본 발명의 개폐기(10)의 전체적인 외형을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 개폐기(10)의 제1 커버(24a)를 분리하여 퓨즈(140)를 내장한 접점기구의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 개폐기(10)는 그 케이스(20) 내부에 개폐기에 필수적으로 구비되어야 하는 접점기구(100,100')를 구비하는 것은 물론 개폐되는 접점기구(100,100')에 의해 형성되는 전기회로 사이에 개재되는 퓨즈(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 본 발명의 개폐기(10)에는 전원측과 부하측에 각각 플러스극과 마이너스극의 2극 단자(30a,30b)(40a,40b)가 구비된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 퓨즈(140)는 개폐기(10)의 케이스(20)에 대해 삽탈(揷脫) 가능한 퓨즈 케이스(26) 내에 수용되어 있는데, 이에 따라 개폐기(10)로부터 퓨즈 케이스(26)를 뽑아내고 퓨즈 케이스(26) 안에 퓨즈(140)를 삽입하는 간단한 작업으로 퓨즈(140)를 설치 또는 교체할 수 있다.

제1 접점기구(100)와 제2 접점기구(100')는 각각 전원측 단자(30a,30b)와 연결된 고정접점(112)을 구비한 고정자(110)와, 부하측 단자(40a,40b)와 연결된 가동접점(122)을 구비하는 가동자(120)를 포함한다. 가동자(120)에 구비된 가동접점(122)은 고정접점(112)에 접촉하는 제1 위치와 고정접점(112)에서 분리되는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는데, 가동자(120)를 제1/제2 위치 중 어느 하나의 위치로 절환시키는 개폐기구(SW)의 구성은 제1 접점기구(100)에 대해 도시한 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 가동접점(122)이 고정접점(112)에 접촉하는 제1 위치인 상태를 도시한 도면이다. 도시된 바를 참조하여 먼저 개폐기구(SW)에 대해 설명하면, 개폐기구(SW)는 케이스(20)에 구비된 힌지점(A)에 회동가능하게 결합되는 동시에 가동자(120)를 회동가능하게 연결하는 핸들(H), 그리고 가동자(120)의 요동을 정확한 방향으로 유도하는 가동자 가이드(GD) 및 코일 스프링(S)을 포함한다.

핸들(H)은 핸들 힌지점(A)을 중심으로 하여 사용자가 손으로 잡을 수 있게 케이스(20) 바깥으로 돌출된 손잡이(G)를 구비하고 있다. 손잡이(G)는 케이스(20)에 형성된 장방형의 개구(O) 바깥으로 돌출되어 개구(O)의 상하 폭만큼의 각도로만 회동할 수 있는데, 손잡이(G)가 개구(O)의 폭 방향 상하 양단에 붙었을 때가 각각 가동자(120)의 제1/제2 위치에 해당하게 된다.

그리고, 핸들 힌지점(A)을 중심으로 손잡이(G)의 반대편에는 핸들 힌지점(A)에 대해 편심된 위치에 돌출 형성된 회동 연결부(B)가 구비되며, 이 회동 연결부(B)에 길게 뻗은 가동자(120)의 일단이 회동가능하게 연결된다. 가동자(120)의 타단에는 가동접점(122)이 형성되어 있다.

이와 같이 핸들(H)에 대해 가동자(120)가 회동가능하게 편심 연결되어 있기 때문에 핸들(H)이 상하로 이동하면 이에 따라 가동자(120)의 위치가 변하게 되는데, 가동자(120)의 이동궤적이 고정접점(112)에 대해 가동접점(122)이 정확히 접촉, 분리되는 방향으로 일어나도록 유도할 필요가 있다. 이를 위해 가동자 가이드(GD)와 코일 스프링(S)이 구비된다.

코일 스프링(S)은 케이스 본체(22)에 구비된 돌기와 가동자(120)의 중간 부분에 구비된 절곡편에 그 양단이 결합되는데, 이 코일 스프링(S)의 인장력에 의해 가동자(120)는 핸들(H)에 가까워지려는 방향으로 돌려는 힘을 받게 된다. 이 상태가 도 4에 도시된 가동자(120)의 제2 위치, 즉 고정접점(112)과 가동접점(122)이 분리된 상태이며, 이 상태에 있을 때 가동자(120)의 가동접점(122)이 구비된 타단이 케이스 본체(22)에 구비된 가동자 가이드(GD)의 경사면에 밀착된다.

이 위치에서 핸들(H)을 올리면 코일 스프링(S)은 점차로 인장되면서 인장력이 점점 증가하는데, 여기서, 코일 스프링(S)이 최대로 인장되는 지점, 즉 코일 스프링(S)의 양단 사이의 거리가 가장 멀어지는 지점은 제1 위치에 조금 못 미치는 곳에 위치하도록 설계되어 있다. 따라서, 가동자(120)는 핸들(H)이 코일 스프링(S)이 최대로 인장되는 지점을 넘어서는 순간 제2 위치에서와는 반대 방향으로 잡아당기는 힘을 받게 되므로, 핸들(H)의 움직임에 따라 천천히 회전하던 가동자(12)는 코일 스프링(S)이 최대로 인장되는 지점을 넘어서는 순간 빠르게 제1 위치로 이동하게 된다.

또한, 가동자(120)가 일단 제1 위치에 있게 되면 코일 스프링(S)의 인장력에 의해 제2 위치 쪽으로 저절로 돌아가지 않고 안정적으로 그 위치를 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 개폐기(10)에 구비된 퓨즈(140)와 제1 접점기구(100)의 전기적 연결 구조는 도 3 및 도 4에 잘 나타나 있다. 퓨즈(140)에 구비된 두 개의 전극은 각각 개폐기(10)의 부하측 단자(40a)와 가동자(120)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 가동자(120)의 가동접점(122)이 전원측 단자(30a)와 연결된 고정접점(112)에 접촉하면 개폐기(10) 내부에 형성되는 직류 전로 중간에 퓨즈(140)가 개재되는 회로를 이루게 된다. 여기서, 가동자(120)의 위치는 제1 위치와 제2 위치 사이를 오가면서 변하기 때문에 퓨즈(140)의 전극과 가동자(120)는 적당한 길이를 가진 유연한 전선인 연동 연선(130)으로 연결된다.

퓨즈(140) 연결의 구체적인 실시형태에서, 부하측 단자(40a)와 연결된 제1 퓨즈 홀더(28a) 및 가동접점(122)과 연결된 제2 퓨즈 홀더(28b)가 케이스(20) 내부에 구비되며, 퓨즈 케이스(26) 안에 수용된 퓨즈(140)의 두 개의 전극이 각각 제1 퓨즈 홀더(28a) 및 제2 퓨즈 홀더(28b)와 전기적으로 연결된다. 즉, 퓨즈(140)를 넣은 퓨즈 케이스(26)를 케이스(20) 안에 삽입하는 그대로 퓨즈(140)가 제1/제2 퓨즈 홀더(28a,28b)와 전기적으로 연결된다.

여기서, 퓨즈(140)로는 양단에 각각 전극이 하나씩 구비된 통형 퓨즈(140)를 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우 제1 퓨즈 홀더(28a) 및 제2 퓨즈 홀더(28b)에 통형 퓨즈(140)와 탄력적으로 접촉하는 오목면(29)을 각각 형성하여 통형 퓨즈(140) 전극과의 밀착성 및 밀착면적을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 퓨즈를 내장한 개폐기(10)는 상술한 제1 접점기구(100) 이외에 또 하나의 접점기구, 즉 제2 접점기구(100')를 더 포함하는데, 각 접점기구(100,100')는 직류 전로 상의 플러스극(30a,40a)과 마이너스극(30b,40b)에 각각 연결된다.

제2 접점기구(100')의 구조 및 동작 형태는 도 5 및 도 6에 각각 도시되어 있는데, 도면으로부터 파악할 수 있듯이 개폐기구(SW)를 포함하는 제2 접점기구(100')의 구성은 제1 접점기구(100)에 대해 설명한 바와 거의 동일하다.

다만, 제2 접점기구(100')에는 별도의 퓨즈 장치가 구비되어 있지 않다는 점에서 차이가 있는데, 이는 직류 회로의 특성상 어느 한 극의 접점기구(100)에만 퓨즈(140)가 구비되면 충분하기 때문이다. 또한, 제2 접점기구(100')는 제1 접점기구(100)와 함께 개폐되는 것이 무방하기도 하면서 안전상 바람직하기 때문에 각각의 개폐기구(SW)는 하나의 핸들(H)로 조작된다.

그리고, 도 2 및 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 개폐기(10)의 케이스(20)는 모든 개폐기구(SW)와 접점기구(100,100')가 설치되는 케이스 본체(22)와, 케이스 본체(22)의 양 측면에 각각 결합되어 내부구조를 감싸는 제1 커버(24a) 및 제2 커버(24b)를 포함하는데, 제1 접점기구(100)와 제2 접점기구(100')가 케이스 본체(22)를 기준으로 그 양 측면에 각각 수용되는 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이 케이스 본체(22)의 양면을 모두 이용하는 대칭구조는 개폐기(10)의 사이즈를 최적화시키고, 특히 하나의 핸들(H)로 양 측면의 개폐기구(SW)를 동시에 조작하는 구조를 쉽게 구현할 수 있다는 이점을 가진다.

또한, 실시형태에 따라서는 전원측과 부하측에 각각 구비된 한 쌍의 단자(30a,30b)(40a,40b) 사이의 높이를 서로 다르게 할 수도 있다(도 1, 도 2 참조). 이는 본 발명의 개폐기(10)가 고전압의 직류를 다루기 때문에 플러스극과 마이너스극 사이의 거리를 떨어트려 놓는 것이 안전상 바람직하기 때문이다.

참고로, 설명되지 않은 도면부호 '150'은 개폐기(10)를 배전반 등에 설치할 때 사용하기 위한 고정용 브래킷을 나타낸 것이다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재내용과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10: 퓨즈를 내장한 개폐기
20: 케이스 22: 케이스 본체
24a: 제1 커버 24b: 제2 커버
26: 퓨즈 케이스 28a: 제1 퓨즈 홀더
28b: 제2 퓨즈 홀더 29: 오목면
30a,30b: 전원측 단자 40a,40b: 부하측 단자
100: 제1 접점기구 100': 제2 접점기구
110: 고정자 112: 고정접점
120: 가동자 122: 가동접점
130: 연동 연선 140: 퓨즈
SW: 개폐기구 H: 핸들
G: 손잡이 O: 개구
A: 핸들 힌지점 B: 회동 연결부
GD: 가동자 가이드 S: 코일 스프링

Claims (5)

1. 전원측 단자와 연결된 고정접점을 구비한 고정자와, 부하측 단자와 연결된 가동접점을 구비하고 상기 가동접점이 상기 고정접점에 접촉하는 제1 위치와 상기 고정접점에서 분리되는 제2 위치 사이를 이동할 수 있는 가동자를 각각 포함하는 제1 접점기구 및 제2 접점기구;
   상기 제1 접점기구의 부하측 단자와 가동접점이 연결된 전기회로 사이에 개재되는 퓨즈;
   상기 제1/제2 접점기구 및 퓨즈를 수용하는 케이스;
   상기 고정접점과 가동접점이 분리된 상태에서 가동자의 타단을 경사면으로 밀착하여 지지하며, 케이스 본체에 구비된 가동자 가이드;
   케이스에 구비된 힌지점(A)에 회동가능하게 결합되는 동시에 가동자를 회동가능하게 연결하는 핸들(H); 및
   케이스 본체에 구비된 돌기와 가동자의 중간 부분에 구비된 절곡편에 양단이 결합되는 코일 스프링을 포함하며,
   상기 핸들의 힌지점(A)을 중심으로 케이스의 안쪽으로 핸들 힌지점(A)에 대해 편심된 위치에 돌출 형성된 회동 연결부(B)가 구비되며, 회동 연결부(B)에 길게 뻗은 가동자의 일단이 회동가능하게 연결되고,
   코일 스프링의 양단 사이의 거리가 가장 멀어지는 지점은 상기 제1 위치에 조금 못 미치는 곳에 위치하도록 설계되어, 상기 핸들(H)을 이동시켜 가동자를 제 2위치에서 제 1위치를 향하여 회동시킬 때, 가동자가 코일 스프링이 최대로 인장되는 지점을 넘어서는 순간 제2 위치와는 반대 방향으로 잡아당기는 힘을 받아 빠르게 제1 위치로 이동하도록 한, 퓨즈를 내장한 개폐기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 퓨즈는 상기 케이스에 대해 삽탈(揷脫) 가능한 퓨즈 케이스 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 퓨즈를 내장한 개폐기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 케이스 내부에는 상기 제1 접점기구의 부하측 단자와 연결된 제1 퓨즈 홀더 및 상기 제1 접점기구의 가동접점과 연결된 제2 퓨즈 홀더가 구비되고,
   상기 퓨즈 케이스는 그 안에 수용된 상기 퓨즈가 상기 제1 퓨즈 홀더 및 제2 퓨즈 홀더와 전기적으로 연결되도록 상기 케이스에 삽입되는 것을 특징으로 하는 퓨즈를 내장한 개폐기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 퓨즈는 통형 퓨즈이고, 상기 제1 퓨즈 홀더 및 제2 퓨즈 홀더에는 상기 통형 퓨즈와 탄력적으로 접촉하는 오목면이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 퓨즈를 내장한 개폐기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 케이스는 케이스 본체 및 상기 케이스 본체의 양 측면에 각각 결합되는 제1 커버 및 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 접점기구 및 제2 접점기구는 상기 케이스 본체를 기준으로 그 양 측면에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 퓨즈를 내장한 개폐기.
   

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