KR102169822B1 - 배선용 차단기의 아크 소호 장치 - Google Patents

배선용 차단기의 아크 소호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차단시 고정접점과 가동접점 사이에 아크 배리어가 마련되는 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치는 베이스 어셈블리 외함의 일부에 고정 설치되는 고정접촉자; 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동접촉자; 및 상기 가동접촉자가 상기 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호부;를 포함하고, 상기 아크 소호부는, 상기 가동접촉자와 고정접촉자의 양측에 배치되는 한 쌍의 측판; 상기 한 쌍의 측판에 소정 간격으로 결합되는 복수 개의 그리드; 및 상기 베이스 어셈블리 외함에 슬라이딩 가능하게 관통 설치되어, 정상 전류의 통전 및 차단 시에는 상기 고정접촉자와 가동접촉자 사이에서 발생하는 아크에 의해 주변에 발생하는 자기장에 의해 자화되어 상기 가동접촉자로부터 이격된 개방 상태에 놓이고, 고장 전류의 차단시에는 상기 가동접촉자와 고정접촉자의 사이를 폐쇄하는 아크 배리어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배선용 차단기의 아크 소호 장치{Arc Extinguishing Unit of Molded Case Circuit Breaker}
본 발명은 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차단시 고정접점과 가동접점 사이에 아크 배리어가 마련되는 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 관한 것이다.
일반적으로 배선용 차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker)는 전기적으로 과부하 상태 또는 단락 사고시 자동으로 회로를 차단하여 회로 및 부하를 보호하는 전기기기이다.
배선용 차단기는 크게 전원 또는 부하에 연결될 수 있는 단자부, 고정접촉자와 이에 접촉 또는 분리되어 회로를 연결 또는 분리하는 가동접촉자를 포함하는 접점부, 상기 가동접촉자를 움직여 회로의 개폐에 필요한 동력을 제공하는 개폐 기구, 회로 상에 흐르는 과전류 또는 단락전류를 감지하여 개폐 기구의 트립(trip) 동작을 유도하는 트립부, 이상 전류의 차단시 발생하는 아크(Arc)를 소호하기 위한 소호부 등으로 구성되어 있다.
도 1에 종래기술에 따른 배선용 차단기의 내부 구조도가 도시되어 있다. 종래기술에 따른 배선용 차단기는 절연물로 형성되는 외함(case)(9) 내부에 전원측으로부터 부하측에 전달되는 회로를 연결 또는 차단하기 위해 마련되는 접점부를 구성하는 고정접촉자(1)와 가동접촉자(2), 상기 가동접촉자(2)를 회전시킬 수 있는 동력을 제공하는 개폐기구부(4), 사고 전류 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위해 마련되는 소호부(3), 이상전류를 검출하고 개폐기구를 트립시키기 위한 트립부(5) 등을 포함하고 있다. 여기서, 도면 부호 8은 베이스 어셈블리의 외함이다.
회로에 사고 전류가 흐르면 트립 작동이 진행되어 고정접촉자(1)로부터 가동접촉자(2)를 분리시켜 전류의 흐름을 차단할 때, 접점부(1,2)에 아크가 발생한다. 이때, 아크의 크기(세기)는 전류의 크기에 비례한다. 아크란 대기중의 기체가 전압에 의해 순간적으로 플라즈마 상태에 이르게 되는 것으로 아크 중심온도는 8,000 ~ 12,000℃에 이르며 폭발적인 팽창압력을 가진다. 이로 인해 접점부(1,2)를 용융, 소모시키고 주변 부품을 열화, 파괴시키는 특징을 지니므로 아크의 지속 여부는 차단기의 성능 및 내구성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 아크는 소호부(3) 내에서 신속하게 차단되고 소호되며 배출되어야 한다.
이처럼, 배선용 차단기에 있어서 사고 전류 발생시 아크를 처리하는 작업은 사고 전류를 차단하여 제품과 부하 및 선로를 보호하는데 있어서 주요 목표가 되며 차단기의 성능에 직접적인 영향을 미친다.
도 2 및 도 3에는 종래기술에 따른 배선용 차단기에서 베이스 어셈블리가 도시되어 있다. 도 2는 통전 상태를 나타내고, 도 3은 차단 상태를 나타낸다.
베이스 어셈블리에는 절연물로 사출 성형되는 베이스 어셈블리 외함(또는 간략히 베이스)(8)과 상기 베이스 어셈블리 외함(8)에 설치되는 접점부(1,2)와 소호부(3)가 포함된다.
가동접촉자(2)는 개폐기구부(4)의 힘을 전달받아 회동하는 샤프트 어셈블리(6)에 결합되어 회동하며, 고정접촉자(1)의 고정접점과 가동접촉자(2)의 가동접점이 맞닿는 접점부는 소호부(3)의 측판(3a) 내부에 배치된다.
사고전류 차단시 베이스 어셈블리의 동작은 다음과 같다.
사고 전류가 발생하면, 트립부(5)의 작용에 의해 개폐 기구부(4)가 작동하고, 이에 따라 샤프트 어셈블리(6)가 시계 방향으로 회전한다. 이때, 접점부(1,2)에서는 아크가 발생하고, 아크는 아크 챔버(3) 내의 그리드(3b)로 이동하면서 신장 된다. 아크는 그리드(3b)를 따라 이동함으로써 아크 전압이 높아지게 되고 분할 냉각되어 종국에는 아크가 소멸하게 된다.
차단시 발생되었던 고온의 아크로 인하여 접점부(1,2) 및 샤프트(6)의 금속부는 일부가 용융되어 금속 알갱이로 비산하게 된다. 이러한 금속 입자들은 베이스 어셈블리 외함(8)의 내부에 잔류한다. 즉, 오염 물질이 된다.
종래 기술에 있어서는 주로 샤프트 어셈블리(6)의 회전 속도와 그리드(3b)의 형상을 조절함으로써 아크 소호 기능을 개선하였다. 하지만 이러한 기능 개선에는 한계가 있다.
또한, 아크 소호 시 발생되는 열로 인하여 발생하는 금속입자들이 베이스 어셈블리 내부를 오염시키게 된다. 금속 알갱이들이 샤프트 어셈블리(6)의 구동부나 접점부(1,2)의 접점에 끼게 되면 차단 성능의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 가동접촉자와 고정접촉자 사이에 아크 배리어를 구비하여 아크를 효과적으로 차단하도록 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치는 베이스 어셈블리 외함의 일부에 고정 설치되는 고정접촉자; 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동접촉자; 및 상기 가동접촉자가 상기 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호부;를 포함하고, 상기 아크 소호부는, 상기 가동접촉자와 고정접촉자의 양측에 배치되는 한 쌍의 측판; 상기 한 쌍의 측판에 소정 간격으로 결합되는 복수 개의 그리드; 및 상기 베이스 어셈블리 외함에 슬라이딩 가능하게 관통 설치되어, 정상 전류의 통전 및 차단 시에는 상기 가동접촉자로부터 이격된 개방 상태에 놓이고, 고장 전류의 차단시에는 상기 고정접촉자와 가동접촉자 사이에서 발생하는 아크에 의해 주변에 발생하는 자기장에 의해 자화되어 상기 가동접촉자와 고정접촉자의 사이를 폐쇄하는 아크 배리어;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 베이스 어셈블리 외함의 양측면에는 상기 아크 소호부에 인접하도록 배리어 수용부가 각각 내측으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어 수용부의 외측면에는 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수용홈의 중앙부에는 상기 아크 배리어가 슬라이딩 가능한 슬라이딩홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수용홈의 일부에는 상기 아크 배리어의 운동을 제한하는 스토퍼가 단차 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수용부의 내측면에는 상기 아크 배리어가 일부 삽입될 수 있는 배리어 작동홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수 개의 그리드 중에서 상부에 배치되는 그리드는 몸체부와 다리부로 구성되고, 하부에 배치되는 그리드는 몸체부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측판에는 상기 다리부가 삽입되는 삽입부가 형성되고, 상기 삽입부의 하부는 절개되어 상기 아크 배리어가 작동하는 배리어 작동부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 배리어는, 상기 수용홈에 이동 가능하게 설치되는 자성 부재; 상기 자성부재에 결합되고, 상기 배리어 작동홈에 삽입 가능하게 설치되는 슬라이딩 부재; 상기 수용홈에 구비되어 상기 자성 부재를 외측으로 운동시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성 부재는 고장 전류 차단시에 상기 자기장에 의해 자화되어 발생하는 인력이 상기 탄성 부재의 탄성력보다 커져서 상기 슬라이딩 부재를 내측 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성 부재에는 결합홀이 형성되고, 상기 슬라이딩 부재는, 상기 가동접촉자의 운동 방향에 직교하는 방향으로 운동하도록 설치되는 차단플레이트부; 및 상기 슬라이딩홀에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되어, 상기 차단플레이트부와 자성 부재를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 베이스 어셈블리 외함의 일측면에 구비되는 아크 배리어의 차단플레이트부에는 삽입판이 돌출 형성되고, 상기 베이스 어셈블리 외함의 타측면에 구비되는 아크 배리어의 차단플레이트부에는 상기 삽입판이 삽입되는 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 의하면 차단시 가동접점과 고정접점 사이에 아크 배리어가 개재되어 아크 차단이 효율적으로 수행된다.
상기 아크 배리어는 소호부의 측벽에 구비되어 차단시 신속히 동작한다.
상기 아크 배리어는 가동접촉자에 연동하여 동작하므로 동작 실패가 발생하지 않는다.
상기 아크 배리어는 좌,우 한 쌍의 삽입 구조로 구성되어 서로 일부 중첩되므로 차단 효과가 크다.
도 1은 종래기술에 따른 배선용 차단기의 내부 구조도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 있어서 베이스 어셈블리의 내부 사시도이다. 도 2는 통전 상태를 나타내고, 도 3은 차단 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 베이스 어셈블리의 사시도이다.
도 5 및 도 4의 내부 구조도이다. 좌측 접점부의 아크 배리어는 생략되어 있다.
도 6은 도 5에서 제2 베이스 몰드의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 아크 챔버의 사시도이다
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 아크 배리어의 사시도 및 분리사시도이다.
도 10은 아크 챔버와 아크 배리어의 상면도이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치의 차단 과정을 나타낸 작용도이다. 도 11 및 도 12는 회로에 정상 전류가 흐를 때의 통전 상태 및 차단 상태, 도 13 및 도 14는 회로에 고장 전류가 흐를 때의 통전 상태 및 차단 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 베이스 어셈블리의 사시도, 도 5 및 도 4의 내부 구조도, 도 6은 도 5에서 제2 베이스 몰드의 사시도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치는 베이스 어셈블리 외함(10)의 일부에 고정 설치되는 고정접촉자(18,19); 상기 고정접촉자(18,19)에 접촉 또는 분리되는 가동접촉자(22,23); 및 상기 가동접촉자(22,23)가 상기 고정접촉자(18,19)로부터 분리될 때 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호부(30);를 포함하고, 상기 아크 소호부(30)는, 상기 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19)의 양측에 배치되는 한 쌍의 측판(31); 상기 한 쌍의 측판(31) 사이에 소정 간격을 갖도록 설치되는 복수 개의 그리드(40); 및 상기 베이스 어셈블리 외함(10)에 슬라이딩 가능하게 관통 설치되어, 정상 전류 통전 및 차단 시에는 상기 가동접촉자(22,23)로부터 이격된 개방 상태에 놓이고, 고장 전류의 차단시에는 상기 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19) 사이에서 발생하는 아크에 의해 주변에 발생하는 자기장에 의해 자화되어 상기 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19)의 사이를 폐쇄하는 아크 배리어(50,60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치는 일반적인 배선용 차단기에 적용될 수 있다. 따라서, 배선용 차단기의 일반적인 사항에 대해서는 종래기술(예를 들면, 도 1)을 참조할 수 있다.
베이스 어셈블리 외함(간략히 베이스라 칭하기도 한다)(10)이 마련된다. 베이스 어셈블리 외함(10)은 사출성형물로 형성될 수 있다. 베이스 어셈블리 외함(10)은 대략적으로 박스 형태로 형성된다. 베이스 어셈블리 외함(10)은 절연재료로 형성되는 것이 바람직하다. 베이스 어셈블리 외함(10)의 내부에는 접점부(18,19,22,23)와 아크 소호부(30)가 설치된다. 베이스 어셈블리 외함(10)의 상부에는 개폐기구(미도시)가 설치될 수 있다.
베이스 어셈블리 외함(10)은 대응되는 2개의 성형사출물로 구성될 수 있다. 이를 구분하여 제1 베이스 몰드(11)와 제2 베이스 몰드(12)라고 하기로 한다. 제1 베이스 몰드(11)는 도 4를 참조할 수 있고, 제2 베이스 몰드(12)는 도 5 및 도 6을 참조할 수 있다. 제1 베이스 몰드(11)와 제2 베이스 몰드(12)는 형상의 대부분이 대칭적으로 형성될 수 있다.
베이스 어셈블리 외함(10)에는 배리어 수용부(13)가 형성된다. 배리어 수용부(13)는 제1 베이스 몰드(11)와 제2 베이스 몰드(12)에 각각 형성된다. 이를 구분하여 제1 배리어 수용부(13A)와 제2 배리어 수용부(13B)라고 하기로 한다. 제1 배리어 수용부(13A)와 제2 배리어 수용부(13B)의 형상은 서로 동일하게 형성될 수 있다.
배리어 수용부(13)는 아크 소호부(30)의 측판(31)이 배치되는 부분에 인접하게 형성된다. 즉 측면에서 볼 때, 배리어 수용부(13)는 아크 소호부(30)의 측판(31)에 중첩되도록 형성된다.
배리어 수용부(13)는 각 베이스 몰드(11,12)의 내측으로 돌출되는 상자 형태로 형성된다. 여기서, 배리어 수용부(13)는 각 베이스 몰드(11,12)의 외부면에 홈으로 형성되는 수용홈(14)이 마련된다.
수용홈(14)에는 중앙부에 아크 배리어(50,60)가 슬라이딩 가능하게 설치될 수 있는 슬라이딩홀(15)이 형성된다. 슬라이딩홀(15)을 통해 베이스 어셈블리 외함(10)의 내,외부가 연통된다. (슬라이딩홀을 보이기 위하여, 도 4에서 우측의 수용홈에는 아크 배리어가 제거된 상태로 도시하였다.)
수용홈(14)에는 일측에 스토퍼(16)가 마련된다. 스토퍼(16)는 수용홈(14) 일면에 단차 형성되는 또는 돌출되는 부분으로 마련될 수 있다. 스토퍼(16)는 아크 배리어(50,60)의 운동 범위를 제한할 수 있다.
배리어 수용부(13)의 내측면에는 (베이스 몰드(11,12)의 내측으로) 배리어 작동홈(17)이 형성될 수 있다. 배리어 작동홈(17)은 아크 배리어(50,60)의 일부가 인입출될 수 있다. 상기 슬라이딩홀(15)은 배리어 작동홈(17)의 일부에 형성될 수 있다.
베이스 어셈블리 외함(10)의 내부에 접점부(18,19,22,23)가 마련된다. 접점부(18,19,22,23)는 고정접촉자(18,19)와 가동접촉자(22,23)를 포함한다.
고정접촉자(18,19)가 구비된다. 고정접촉자(18,19)는 전원측 고정접촉자(18)와 부하측 고정접촉자(19)로 구성된다. 전원측 고정접촉자(18)는 전원측 단자(18a)와 일체로 형성될 수 있다. 부하측 고정접촉자(19)는 트립기구(미도시)를 거쳐 부하측 단자(미도시)에 연결될 수 있다. 고정접촉자(18,19)에는 고정접점(18a,19a)이 각각 형성된다.
샤프트 어셈블리(20)가 마련된다. 샤프트 어셈블리(20)에는 회전핀(미도시)이 한 쌍 관통 설치된다. 샤프트 어셈블리(20)는 회전핀(미도시)에 의해 개폐기구(미도시)의 개폐 동력을 전달받아 회전한다. 샤프트 어셈블리(20)가 회전함에 따라 가동접촉자(22,23)도 회전하여 고정접촉자(18,19)에 접촉되거나 분리된다.
샤프트 어셈블리(20)는 샤프트 바디(21)와 가동접촉자(22,23)를 포함하여 구성된다.
샤프트 바디(21)는 원기둥 형태로 형성된다. 샤프트 바디(21)의 평평한 양측면(원판면)에 회전축(25)이 돌출 형성된다. 샤프트 바디(21)에는 회전축(25) 방향에 나란하게 관통되어 회전핀이 삽입될 수 있는 회전핀홀(26)이 한 쌍 형성된다.
가동접촉자(22,23)는 샤프트 바디(21)에 원주 방향을 따라 회전 가능하게 설치된다. 가동접촉자(22,23)는 샤프트 바디(21)와 함께 또는 독자적으로 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전하면서 고정접촉자(18,19)에 접촉 또는 분리되어 회로를 통전시키거나 차단시킨다.
가동접촉자(22,23)의 양단부에는 고정접촉자(18,19)의 고정접점(18a,19a)에 접촉될 수 있는 가동접점(22a,23a)이 각각 구비된다. 가동접점(22a,23a)은 크롬-동(Cr-Cu) 합금 등 전도성, 내구성이 우수한 재질로 제작될 수 있다.
가동접촉자(22,23)는 일반적인 소전류나 대전류 차단 상황에서는 샤프트 바디(21)와 함께 회전하지만, 한류 차단시에는 급격한 전자반발력에 의해 가동접촉자(22,23)가 독자적으로 회전한다. 이 경우, 가동접촉자(22,23)는 샤프트 바디(21)의 원주면 상에 형성된 개구부에 구비된 샤프트 핀(미도시)에 접하여 회전이 멈추게 된다.
전류 차단 시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 고정접촉자(18,19)의 고정접점(18a,19a)과 가동접촉자(22,23)의 가동접점(22a,23a) 주변에 아크 소호부(30)가 마련된다.
도 5에 아크 소호부의 설치 상태가 나타나 있고, 도 7에 아크 소호부의 사시도가 도시되어 있다. 도 7에서 제1 측판은 분리된 상태이다.
아크 소호부(30)는 전류 차단 시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 마련된다. 아크 소호부는 아크 소호 장치 또는 아크 챔버로 칭하기도 한다.
아크 소호부(아크 챔버)(30)는 대칭적으로 마주 배치되는 한 쌍의 측판(31)과 복수 개의 철판으로 구성되어 측판(31)에 소정의 간격으로 나란히 삽입 설치되는 그리드(40)를 포함한다. 아크 소호부(30)는 측판(31)와 그리드(40)에 둘러싸여 아크가 소호될 수 있는 내부공간을 갖는다.
회로가 정상 통전 상태에 있는 경우 고정접촉자(18,19)의 고정접점(18a,19a)과 가동접촉자(22,23)의 가동접점(22a,23a)이 연결되어 전류가 흐르게 된다. 회로에 사고전류가 발생하여 트립부(미도시)의 작용에 의해 개폐기구가 작동하여 가동접촉자(22,23)가 회전하여 가동접점(22a,23a)이 고정접점(18a,19a)으로부터 분리되어 전류가 차단된다. 이때, 가동접점(22a,23a)과 고정접점(18a,19a) 사이에서 아크가 발생하게 된다. 이 아크는 그리드(40)에 흡인되어 신장되고, 그리드(40)의 사이사이로 들어가면서 짧은 아크로 분할되며 아크전압이 상승하게 되고 종국에는 소멸된다.
측판(31)은 대칭되는 한 쌍으로 구비된다. 측판(31)은 절연 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 차단시 발생하는 아크는 측판(31)에서는 반사되어 그리드(40)로 모이도록 할 수 있다.
한 쌍의 측판(31)을 각각 구분하여 칭할 때는 제1 측판(31A)과 제2 측판(31B)으로 구분하기로 한다. 즉, 제1 측판(31A)에 대해서는 첨자 A를 부기하고, 제2 측판(31B)에 대해서는 첨자 B를 부기하기로 한다. 이하, 제1 측판(31A)의 부속 구성과 제2 측판(31B)의 부속 구성에 대해서도 구분이 필요할 경우에는 첨자, A,B를 부기하기로 한다.
측판(31)의 후면부에는 그리드(40)가 결합될 수 있는 끼움홀(32) 및 끼움홈(33)이 복수 개 형성된다. 또한, 측판(31)의 전면부에는 그리드(40)의 다리부가 삽입될 수 있는 삽입부(34)가 마련된다.
아크를 흡인하고 분할 냉각시키기 위하여 그리드(40)가 마련된다. 이때, 그리드(40)는 복수 개가 마련되어 상기 한 쌍의 측판(31)에 소정 간격으로 설치된다.
그리드(40)는 평판으로 형성된다. 그리드(40)는 아크를 흡인하기 유리하도록 철재로 형성된다. 그리드(40)는 몸체부(41)와 다리부(42)로 구성될 수 있다.
그리드(40)의 몸체부(41)의 양측면에는 측판(31)에 설치될 수 있도록 끼움돌기(43,44)가 복수 개 돌출 형성된다. 그리드(40)의 끼움돌기(43,44)가 측판(31)의 끼움홀(32) 및 끼움홈(33)에 끼움결합된다. 이때, 안정적인 결합을 위하여 코킹작업이 수행될 수 있다.
그리드(40)의 몸체부(41)에는 다리부(42) 사이의 일부가 절개되어 유인부(45)가 형성된다. 유인부(45)는 접점부의 차단시 발생하는 아크가 흡인되는 공간을 제공하기 위해 마련된다. 유인부(45)는 V자형 홈, U자형 홈 등으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 아크 소호부(30)는 아크의 신장 성능을 향상시킬 수 있다.
그리드(40)는 복수 개가 구비되어 측판(31)에 소정 간격을 갖고 다층으로 설치될 수 있다. 이에 따라, 그리드(40)의 사이사이로 아크가 지나갈 수 있는 통로가 마련된다. 그리드(40)가 적층 설치될 때의 간격은 아크의 분할 및 흡인력을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
상부에 배치되는 그리드(40A)는 몸체부(41)와 다리부(42)로 구성되고, 하부에 배치되는 그리드(40B)는 몸체부(41)만으로 구성될 수 있다. 즉, 하부에 배치되는 그리드(40B)는 다리부(42)가 제거된 상태로 구성될 수 있다.
측판(31)의 전방부에 마련되는 삽입부(34)의 하부에는 아크 배리어(Arc Barrier)(50,60)가 설치될 수 있는 배리어 작동부(35)가 마련된다. 배리어 작동부(35)는 측판(31)의 전방부의 일부(하부)가 절개되어 마련될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 측판(31)의 일부(하부)에는 삽입부(34)가 마련되지 않거나 삽입부(34)가 제거된 상태로 형성된다.
이때, 측판(31) 중에서 상부, 즉 삽입부(34)가 있는 부분에는 다리부(42)가 있는 그리드(40A)가 배치되고, 측판(31) 중에서 하부, 즉 배리어 작동부(35)가 있는 부분에는 다리부(42)가 없는 그리드(40B)가 배치된다.
도 8 내지 도 10을 더 참조하기로 한다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 아크 배리어의 사시도 및 분리사시도, 도 10은 아크 챔버와 아크 배리어의 상면도이다.
아크 배리어(50,60)가 마련된다. 아크 배리어(50,60)는, 정상 전류 통전 상황에서는 개방된 상태로 유지되어 고정접촉자(18,19)와 가동접촉자(22,23)의 접촉 및 분리 작용이 간섭없이 일어나도록 하고, 고장 전류 상황에서는, 차단 시 고정접촉자(18,19)와 가동접촉자(22,23) 사이에 배치되어 고정접촉자(18,19)와 가동접촉자(22,23) 사이를 상당 부분 폐쇄함으로써 접점부에서 발생하는 아크를 차단하도록 한다. 아크 배리어(50,60)는 절연 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
아크 배리어(50,60)는 자성 부재(magnetic member)(51,61), 슬라이딩 부재(sliding member)(53,63), 탄성 부재(elastic member)(70)를 포함할 수 있다.
자성 부재(51,61)는 평판으로 형성될 수 있다. 이때, 자성 부재(51,61)는 베이스 어셈블리 외함(10)의 측면에 평행하게 배치된다. 자성 부재(51,61)는 적어도 베이스 어셈블리 외함(10)의 측면에 평행한 부분을 갖는다. 자성 부재(51,61)는 소정의 면적을 갖도록 형성되어 차단시 발생하는 아크에 의해 자화되어 자기력을 갖게 된다. 자성 부재(51,61)는 마그넷이나 철재 등 자기장에 의해 자화될 수 있는 재질로 형성된다.
자성 부재(51,61)는 베이스 몰드(11,12)의 수용홈(14)에 삽입 설치된다. 이때, 자성 부재(51,61)의 단면은 수용홈(14)의 형상과 동일한 형상(예를 들면 직사각형)으로 형성될 수 있다. 자성 부재(51,61)의 두께는 수용홈(14)의 깊이보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 자성 부재(51,61)는 수용홈(14) 내에서 전,후진 이동할 수 있다. 즉, 자성 부재(51,61)는 도 4에서 z 방향(샤프트 어셈블리의 회전축 방향)을 따라 직선 운동 가능하다.
자성 부재(51,61)의 중앙부에는 결합홀(52,62)이 형성된다.
슬라이딩 부재(53,63)는 연결부(56,66)와 차단플레이트부(54,64)를 포함한다. 슬라이딩 부재(53,63)는 절연 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
연결부(56,66)는 자성 부재(51,61)의 결합홀(52,62)에 삽입되어 결합된다. 결합력을 갖기 위해, 연결부(56,66)의 후단에는 환형의 고정돌기부(57)가 형성될 수 있다. 또한, 조립성을 향상시키기 위해 연결부(56,66)의 후단에는 종축을 따라 일자홈(58)이 형성될 수 있다.
차단플레이트부(54,64)는 아크 차단을 위해 마련된다. 차단플레이트부(54,64)는 한 쌍의 측판(31) 사이에 수용되는 길이(너비)으로 형성될 수 있다. 즉, 차단 상태에서 차단플레이트부(54,64)의 길이(너비)는 한 쌍의 측판(31) 사이의 간격보다 작게 형성된다.
차단플레이트부(54,64)는 장방형의 플레이트로 형성될 수 있다. 차단플레이트부(54,64)는 평판으로 형성될 수 있다. 차단플레이트부(54,64)는 자성 부재(51,61)에 직교하는 방향으로(도 4에서 xz평면상에) 배치될 수 있다.
차단플레이트부(54,64)는 아크를 차단하는 부분이다. 고장 전류(사고 전류) 차단시 차단플레이트부(54,64)는 고정접점(18a,19a)과 가동접점(22a,23a) 사이에 배치되어 접점부 사이에서 발생하는 아크를 조기에 차단하게(유인부로 밀어내게) 된다. 차단시, 차단플레이트부(54,64)은 대략적으로 가동접촉자(22,23)의 운동방향(상하방향)에 수직인 방향(수평 방향)으로 배치된 상태에 놓인다 .
아크 배리어(50,60)는 제1 베이스 몰드(11)에 구비되는 제1 아크 배리어(50)와 제2 베이스 몰드(12)에 구비되는 제2 아크 배리어(60)로 구분된다.
제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 전체적인 구성은 동일하게 마련될 수 있다. 즉, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 각각 자성 부재(51,61), 연결부(56,66), 차단플레이트부(54,64)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 아크 배리어(50)의 자성 부재(51)와 제2 아크 배리어(60)의 자성 부재(61)는 서로 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 제1 아크 배리어(50)의 자성 부재(51)와 제2 아크 배리어(60)의 자성 부재(61)는 서로 동일한 부재로 마련될 수 있다
또한, 제1 아크 배리어(50)의 연결부(56)와 제2 아크 배리어(60)의 연결부(66)도 서로 동일하게 형성될 수 있다.
그러나, 제1 아크 배리어(50)의 차단플레이트부(54)와 제2 아크 배리어(60)의 차단플레이트부(64)는 전체적인 형상은 유사하나 세부적인 형상은 다르게 형성된다.
제1 아크 배리어(50)의 차단플레이트부(54)에는 전면에 삽입판(55)이 돌출 형성되고, 제2 아크 배리어(60)의 차단플레이트부(64)에는 전면에 삽입홈(65)이 돌출 형성 형성된다. 고장 전류 차단 동작시 삽입판(55)은 삽입홈(65)에 끼움 결합되어 아크를 완벽하게 차단한다. 이에 따라, 아크 차단 효과는 증대된다.
물론, 이 예시는 일의적인 것으로 반대 형태의 실시예도 가능하다. 예를 들면, 제1 아크 배리어(50)가 제2 베이스 몰드(12)에 결합되고, 제2 아크 배리어(60)가 제2 베이스 몰드(12)에 결합되는 경우도 가능하다.
아크 배리어(50,60)를 원위치(아크 배리어가 개방된 위치)로 보내는 탄성력을 제공하기 위하여 탄성 부재(70)가 마련된다. 탄성 부재(70)는 코일 스프링으로 구성될 수 있다. 탄성 부재(70)는 수용홈(14)에 설치된다. 탄성 부재(70)는 수용홈(14) 내에서 자성 부재(51,61)를 외측으로 밀어내는 방향으로 탄성력을 제공한다.
도 11 내지 도 14를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치의 작용을 살펴보기로 한다. 도 11 및 도 12는 회로에 정상 전류가 흐를 때의 통전 상태 및 차단 상태, 도 13 및 도 14는 회로에 고장 전류가 흐를 때의 통전 상태 및 차단 상태를 나타낸다.
먼저, 회로에 정상적인 전류가 흐를 때의 On, off 동작을 살펴 보기로 한다.
도 11과 같은 통전 상태에서, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 탄성 부재(70)의 탄성력에 의해 개방된 상태에 있다. 즉, 차단플레이트부(54,64)가 배리어 작동홈(17)에 완전히 삽입된 상태에 놓인다. 자성부재(51,61)는 외측으로 이동한 위치에 있다. 이때, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 서로 최대한 멀리 떨어진 상태를 유지한다. 이때, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 가동접촉자(22,23)로부터 이격되어 가동접촉자(22,23)의 운동을 간섭하지 않는 위치에 있다.
사용자의 조작에 의해 off 상태로 전환되면, 도 12와 같이 가동접촉자(22,23)는 상방으로 회전하여 고정접촉자(18,19)로부터 각각 분리되어 회로는 끊어진다. 도 12에 나타나 있듯이, 정상적인 전류가 흐르는 상태에서의 차단 동작은 제1 아크 배리어(50) 및 제2 아크 배리어(60)를 움직이지 않는다. 제1 아크 배리어(50) 및 제2 아크 배리어(60)는 통전시와 동일한 위치를 유지하여 개방된 상태에 있다.
요약하면, 정상적인 전류의 On, off 작동시에는 아크 배리어(50,60)는 개방된 상태를 유지하여 가동접촉자(22,23)의 운동을 간섭하지 않는 위치에 존재한다.
다음으로, 회로에 고장 전류(사고 전류)가 흐를 때의 통전 및 차단 동작을 살펴 보기로 한다.
도 13과 같은 통전 상태에서, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 탄성 부재(70)의 탄성력에 의해 개방된 상태에 있다. 즉, 차단플레이트부(54,64)가 배리어 작동홈(17)에 완전히 삽입된 상태에 놓인다. 자성부재(51,61)는 외측으로 이동한 위치에 있다. 이때, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 서로 최대한 멀리 떨어진 상태를 유지한다. 이때, 제1 아크 배리어(50)와 제2 아크 배리어(60)는 가동접촉자(22,23)로부터 이격되어 가동접촉자(22,23)의 운동을 간섭하지 않는 위치에 있다.
회로에 고장 전류가 흘러 (트립부에 의해) 차단 동작이 수행되면, 도 14와 같이 가동접촉자(22,23)는 상방으로 회전하여 고정접촉자(18,19)로부터 각각 분리되어 회로는 끊어진다. 이때, 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19) 사이에 아크가 발생하여 이 아크 주변에 발생하는 자기장이 형성되고, 이 자기장에 의해 자성부재(51,61)는 자화되어 서로 흡인되는 방향으로 이동하는 힘을 받는다. 이때의 흡인력이 탄성 부재(70)의 탄성력보다 크면 탄성 부재(70)의 저항을 이겨내고 아크 배리어(50,60)는 서로 내측으로 이동하게 된다.
따라서, 제1 아크 배리어(50) 및 제2 아크 배리어(60)는 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19)의 사이에 배치되고 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19) 사이에 발생하는 아크는 차단된다. 도 11을 참조하면, 이 아크는 유인부(45)로 이동하면서 신장되고 그리드(40)에 의해 분할 냉각되어 소멸한다.
여기서, 제1 아크 배리어(50)의 삽입판(55)은 제2 아크 배리어(60)의 삽입홈(65)에 끼워져 중첩된 상태를 갖는다. 즉, 상면에서 볼때 양 측판(31) 사이에서 가동접점(22a,23a)과 고정접점(18a,19a)이 존재하는 부분은 완전히 폐쇄된다.
요약하면, 고장 전류 차단시에는 아크 배리어(50,60)가 가동접촉자(22,23)와 고정접촉자(18,19)의 사이를 폐쇄하여 아크를 차단하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 아크 소호 장치에 의하면 차단시 가동접점과 고정접점 사이에 아크 배리어가 개재되어 아크 차단이 효율적으로 수행된다.
상기 아크 배리어는 소호부의 측판에 구비되어 차단시 즉각적으로 동작한다.
상기 아크 배리어는 가동접촉자에 연동하여 동작하므로 동작 실패가 발생하지 않는다.
상기 아크 배리어는 좌,우 한 쌍의 삽입 구조로 구성되어 서로 일부 중첩되므로 차단 효과가 크다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 베이스 어셈블리 외함 11,12 제1,제2 베이스 몰드
13 배리어 수용부 14 수용홈
15 슬라이딩홀 16 스토퍼
17 배리어 작동홈 18,19 고정접촉자
18a,19a 고정접점 20 샤프트 어셈블리
21 샤프트 바디 22,23 가동접촉자
22a,23a 가동접점 25 회전축
26 회전핀홀 30 아크 소호부
31 측판 34 삽입부
35 배리어 작동부 40 그리드
41 몸체부 42 다리부
45 유인부 50,60 제1,제2 아크 배리어
51,61 자성 부재 52,62 결합홀
53,63 슬라이딩 부재 54,64 차단플레이트부
56,66 연결부 57 고정돌기부
58 일자홈 70 탄성 부재

Claims (12)

  1. 베이스 어셈블리 외함의 일부에 고정 설치되는 고정접촉자;
    상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동접촉자; 및
    상기 가동접촉자가 상기 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호부;를 포함하고,
    상기 아크 소호부는,
    상기 가동접촉자와 고정접촉자의 양측에 배치되는 한 쌍의 측판;
    상기 한 쌍의 측판에 소정 간격으로 결합되는 복수 개의 그리드; 및
    상기 베이스 어셈블리 외함에 슬라이딩 가능하게 관통 설치되어, 정상 전류의 통전 및 차단 시에는 상기 가동접촉자로부터 이격된 개방 상태에 놓이고, 고장 전류의 차단시에는 상기 고정접촉자와 가동접촉자 사이에서 발생하는 아크에 의해 주변에 발생하는 자기장에 의해 자화되어 상기 가동접촉자와 고정접촉자의 사이를 폐쇄하는 아크 배리어;를 포함하고,
    상기 측판의 하부는 절개되어 상기 아크 배리어가 작동하는 배리어 작동부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 어셈블리 외함의 양측면에는 상기 아크 소호부에 인접하도록 배리어 수용부가 각각 내측으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배리어 수용부의 외측면에는 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수용홈의 중앙부에는 상기 아크 배리어가 슬라이딩 가능한 슬라이딩홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수용홈의 일부에는 상기 아크 배리어의 운동을 제한하는 스토퍼가 단차 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 수용부의 내측면에는 상기 아크 배리어가 일부 삽입될 수 있는 배리어 작동홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 그리드 중에서 상부에 배치되는 그리드는 몸체부와 다리부로 구성되고, 하부에 배치되는 그리드는 몸체부로 구성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 측판에는 상기 다리부가 삽입되는 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 아크 배리어는,
    상기 수용홈에 이동 가능하게 설치되는 자성 부재;
    상기 자성 부재에 결합되고, 상기 배리어 작동홈에 삽입 가능하게 설치되는 슬라이딩 부재;
    상기 수용홈에 구비되어 상기 자성 부재를 외측으로 운동시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 자성 부재는 고장 전류 차단시에 상기 자기장에 의해 자화되어 발생하는 인력이 상기 탄성 부재의 탄성력보다 커져서 상기 슬라이딩 부재를 내측 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자성 부재에는 결합홀이 형성되고,
    상기 슬라이딩 부재는,
    상기 가동접촉자의 운동 방향에 직교하는 방향으로 운동하도록 설치되는 차단플레이트부; 및
    상기 슬라이딩홀에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되어, 상기 차단플레이트부와 자성 부재를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 베이스 어셈블리 외함의 일측면에 구비되는 아크 배리어의 차단플레이트부에는 삽입판이 돌출 형성되고, 상기 베이스 어셈블리 외함의 타측면에 구비되는 아크 배리어의 차단플레이트부에는 상기 삽입판이 삽입되는 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아크 소호 장치.
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