KR102191196B1

KR102191196B1 - 차단기

Info

Publication number: KR102191196B1
Application number: KR1020190051761A
Authority: KR
Inventors: 김종우; 서치원; 김선진
Original assignee: 인텍전기전자 주식회사
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CN112136199A; WO2020222345A1; CN112136199B; KR20200127510A

Abstract

차단기를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 고정접촉부와 가동접촉부를 구비하는 차단부; 조작기의 동작에 의해 투입 또는 개방방향으로 회전하며, 가동접촉부의 투입 또는 개방동작을 위한 동력을 전달하는 출력축; 및 가동접촉부의 개방 시 바운싱을 억제하는 바운싱 억제장치;를 포함하고, 바운싱 억제장치는 출력축에 고정되며 회전중심으로부터 반경방향으로 이격된 위치에 걸림돌기가 마련된 제1회전부재; 및 제1회전부재의 개방방향 회전 시 걸림돌기가 진입하는 걸림홈을 구비하며, 걸림돌기의 타격에 의해 회전하면서 걸림돌기를 걸어 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2회전부재를 포함한다.

Description

차단기{CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 차단부의 개방 시 전류를 신속히 차단할 수 있는 차단기에 관한 것이다.

차단기는 송전선로 또는 배전선로에 설치되어 필요 시 정상부하를 개폐할 수 있고, 과전류 또는 단락전류와 같은 사고전류의 발생 시 자동으로 선로를 차단해 부하 측 기기나 전선을 보호할 수 있다.

통상적인 차단기는 공급측 선로가 연결되는 고정접촉부, 부하측 선로가 연결되는 가동접촉부, 전류의 공급 또는 차단을 위해 가동접촉부를 고속으로 투입 또는 개방시키는 조작기, 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크(arc)를 소멸시키는 아크소멸부를 포함한다.

이러한 차단기는 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크 또는 가동접촉부의 바운싱(bouncing) 동작으로 인해 전류 차단의 지연이 발생할 수 있다.

가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크는 전류의 세기에 비례한다. 따라서 차단기는 전류의 세기가 커서 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크가 클 경우, 아크가 아크소멸부로 쉽게 유도될 수 있기 때문에 전류를 쉽게 차단할 수 있다. 하지만 차단기는 전류의 세기가 작아 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크가 작을 경우 아크가 아크소멸부로 쉽게 유도되지 않아 전류의 차단이 지연될 수 있다.

가동접촉부의 바운싱(bouncing)은 가동접촉부가 개방 방향으로 고속 회전하여 멈추는 과정에서 반발력에 의해 역으로 회전하려는 현상이다. 이러한 현상은 아크의 재 점호를 야기하기 때문에 전류의 차단을 지연시킨다.

아크 소호(消弧)의 지연은 높은 열을 발생시키고, 아크소멸부의 냉각장치와 절면물의 성능을 저하시켜 차단성능을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면은 가동접촉부의 개방 시 바운싱 동작을 억제해 아크의 재 점호를 방지함으로써 전류를 신속히 차단할 수 있는 차단기를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 측면은 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크를 아크소멸부로 유도해 아크를 신속히 소멸시킬 수 있는 차단기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고정접촉부와 가동접촉부를 구비하는 차단부; 조작기의 동작에 의해 투입 또는 개방방향으로 회전하며, 상기 가동접촉부의 투입 또는 개방동작을 위한 동력을 전달하는 출력축; 및 상기 가동접촉부의 개방 시 바운싱을 억제하는 바운싱 억제장치;를 포함하고, 상기 바운싱 억제장치는 상기 출력축에 고정되며 회전중심으로부터 반경방향으로 이격된 위치에 걸림돌기가 마련된 제1회전부재; 및 상기 제1회전부재의 개방방향 회전 시 상기 걸림돌기가 진입하는 걸림홈을 구비하며, 상기 걸림돌기의 타격에 의해 회전하면서 상기 걸림돌기를 걸어 상기 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2회전부재를 포함하는 차단기가 제공될 수 있다.

상기 바운싱 억제장치는 상기 차단부의 외측에 고정된 고정판; 및 상기 출력축과 이격된 상태로 상기 고정판에 설치되고, 축선이 상기 출력축의 축선과 평행하게 배치되며, 상기 제2회전부재를 회전 가능하게 지지하는 지지축을 더 포함할 수 있다.

상기 바운싱 억제장치는 상기 제2회전부재를 초기위치로 회전시키는 탄성을 부여하는 복원스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 출력축과 상기 지지축의 이격거리는 상기 출력축과 상기 걸림돌기의 이격거리보다 크게 마련될 수 있다.

상기 걸림홈은 상기 제2회전부재의 테두리 쪽으로 개방되며 상기 제2회전부재가 초기위치로 회전한 상태에서 상기 걸림돌기의 선회궤적과 일치하도록 위치하는 입구; 상기 입구 일측에 마련되며 상기 입구로 진입하는 상기 걸림돌기에 의해 타격되는 제1걸림부; 및 상기 입구 타측에 마련되며 상기 걸림돌기의 타격에 의해 상기 제2회전부재가 회전할 때 상기 걸림돌기를 걸어 상기 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2걸림부를 포함할 수 있다.

상기 제2회전부재는 평판형으로 마련되고, 상기 걸림홈은 상기 걸림돌기가 진입하여 걸리도록 상기 제2회전부재의 테두리 쪽으로 개방된 입구를 포함할 수 있다.

상기 제2회전부재는 상기 가동접촉부의 개방동작 완료 후 상기 걸림돌기의 구속을 해제하여 상기 출력축의 투입방향 회전을 허용할 수 있다.

상기 차단부는 제1방향으로 연속하여 배치되는 제1차단부와 제2차단부를 포함할 수 있고, 상기 출력축은 상기 제1방향으로 길게 연장되며 상기 조작부의 동력을 상기 제1 및 제2차단부에 동시에 전달할 수 있다.

상기 차단기는 상기 제1차단부와 상기 제2차단부 사이에 배치된 제1블로우코일(Blow Coil); 상기 제1차단부를 사이에 두고 상기 제1블로우코일과 대향하도록 배치된 제2블로우코일; 및 상기 제2차단부를 사이에 두고 상기 제1블로우코일과 대향하도록 배치된 제3블로우코일을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2블로우코일은 상기 제1 및 제2블로우코일 사이에서 제1자속을 발생시켜 상기 제1차단부의 개방시 발생하는 아크를 상기 제1차단부의 상측인 제2방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 제1 및 제3블로우코일은 상기 제1 및 제3블로우코일 사이에서 제2자속을 발생시켜 상기 제2차단부의 개방시 발생되는 아크를 상기 제2차단부의 상측인 제2 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 차단기는 상기 제1차단부의 가동접촉부와 상기 제2차단부의 고정접촉부를 연결하여 상기 제1차단부와 상기 제2차단부를 직렬로 연결시키는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제1차단부의 고정접촉부에는 제1극성의 전원이 인가되고, 상기 제2차단부의 가동접촉부에는 상기 제1극성과 반대인 제2극성의 전원이 인가될 수 있다.

상기 제1 내지 제3블로우코일에서 제1극성의 전원이 인가되는 제1단자들은 상기 제2차단부의 고정접촉부에 연결되고, 상기 제1 내지 제3블로우코일에서 제2극성의 전원이 인가되는 제2단자들은 상기 제2차단부의 가동접촉부에 연결될 수 있다.

전류는 상기 고정접촉부에서 상기 가동접촉부 방향인 제3방향으로 흐르고, 상기 제1자속은 상기 제2블로우코일에서 상기 제1블로우코일 방향인 상기 제1방향으로 형성되고, 상기 제2자속은 상기 제2블로우코일에서 상기 제3블로우코일 방향인 상기 제1방향으로 형성되며, 상기 제1 및 제2차단부에서 발생된 아크는 플레밍의 왼손법칙에 따라 상기 제1 및 제3방향과 수직인 상기 제2방향으로 이동될 수 있다.

전원공급부로부터 상기 제1 및 제2차단부에 제1레벨의 전압이 인가될 때 상기 제1 및 제2차단부가 개방상태이면 상기 제1 내지 제3블로우코일에는 상기 제1레벨의 전압과 상기 제1차단부에 인가되는 제2레벨의 전압 간의 차전압에 해당하는 제3 레벨의 전압이 인가될 수 있다.

전원공급부로부터 상기 제1 및 제2차단부에 제1레벨의 전압이 인가될 때 상기 제1 및 제2차단부가 투입상태이면 상기 제1 내지 제3블로우코일은 0전위 상태로 유지될 수 있다.

상기 제1차단부와 상기 제2차단부는 하우징 및 상기 하우징의 상측에 배치되어 아크를 소멸시키는 아크소멸부를 각각 포함할 수 있다.

상기 제1블로우코일은 상호 마주하는 상기 제1차단부의 하우징 측면과 상기 제2차단부의 하우징 측면에 각각 형성된 홈에 수용되고, 상기 제2블로우코일은 상기 제1차단부의 하우징의 다른 쪽 측면에 형성된 홈에 일부가 수용되고, 상기 제3블로우코일은 상기 제2차단부의 하우징의 다른 쪽 측면에 형성된 홈에 일부가 수용될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 조작기의 동작에 의해 투입 또는 개방방향으로 회전하며, 차단부의 투입 또는 개방동작을 위한 동력을 전달하는 출력축; 및 상기 차단부의 개방 시 바운싱을 억제하는 바운싱 억제장치;를 포함하고, 상기 바운싱 억제장치는 상기 출력축에 고정되며 회전중심으로부터 반경방향으로 이격된 위치에 걸림돌기가 마련된 제1회전부재; 및 상기 제1회전부재의 개방방향 회전 시 상기 걸림돌기가 진입하는 걸림홈을 구비하며, 상기 걸림돌기의 타격에 의해 회전하면서 상기 걸림돌기를 걸어 상기 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2회전부재;를 포함하는 차단기가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 가동접촉부의 개방 시 바운싱 억제장치가 가동접촉부의 바운싱 동작을 억제하여 아크의 재 점호를 방지하기 때문에 전류를 신속히 차단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 가동접촉부의 개방 시 발생하는 아크를 블로우코일이 아크소멸부로 유도하기 때문에 아크를 쉽게 소멸시킬 수 있어 전류를 신속히 차단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 인접하여 배치되는 복수의 차단부가 블로우코일을 공유하기 때문에 블로우코일의 소요를 줄일 수 있고, 이를 통해 차단기의 부피 및 제조비용을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시 예의 차단기는 블로우코일이 차단기로 공급되는 전원에 의해 구동하기 때문에 별도의 전원공급장치가 필요치 않아 차단기의 부피 및 제조비용을 최소화시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 전원의 극성이 변경되는 경우, 전류의 방향 및 블로우코일에 의해 형성되는 자속의 방향도 변경되기 때문에 차단기의 설치시 전원 연결의 오류로 인한 고장이나 사고를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 제1차단부를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1차단부의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 제1차단부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차단기에서 제1 및 제2블로우코일의 작용에 의해 아크가 유도되는 방향을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기에서 복수의 차단부가 연속하여 설치될 때 블로우코일이 설치되는 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 구성을 개념적으로 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 회로를 개념적으로 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 바운싱 억제장치 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 바운싱 억제장치 분해 사시도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 차단기의 바운싱 억제장치의 동작을 단계적으로 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차단기는 차단부(100), 지지프레임(200), 출력축(300), 조작기(400), 바운싱 억제장치(500)를 포함한다.

차단부(100)는 투입 시 전류를 공급하고 개방시 전류를 차단한다. 차단부(100)는 필요 시 투입 또는 개방동작에 의해 정상부하를 개폐할 수 있고, 과전류 또는 단락전류와 같은 사고전류 발생 시 자동으로 개방되면서 선로를 차단할 수 있다.

차단부(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 복수개가 폭방향(X방향)으로 연속하여 설치될 수 있다. 제1차단부(100a) 내지 제8차단부(100h)가 측면이 접한 상태로 연속하여 배열될 수 있다. 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)는 각각 출력축(300)에 의해 조작기(400)와 연결됨으로써 조작기(400)의 동작에 의해 동시에 투입되거나 개방될 수 있다. 도 1은 일 예로써 8개의 차단부가 연속하여 설치된 경우를 나타내고 있으나, 차단부의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 차단부는 하나 이상일 수 있다.

지지프레임(200)은 횡으로 배열된 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)를 결속하고, 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)를 안정적으로 지지한다. 지지프레임(200)의 하부는 차단부(100)의 투입 또는 개방동작이 이루어질 때 흔들리지 않도록 지지구조물(미도시)에 견고하게 고정될 수 있다.

조작기(400)는 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)의 투입 또는 개방동작을 위해 출력축(300)을 투입 또는 개방방향(투입 반대방향)으로 회전시키는 동력을 제공한다. 조작기(400)는 순간 투입과 개방을 구현하기 위해 구동원으로 유압, 공기압, 금속스프링 등이 채용될 수 있고, 수동조작 또는 원격제어에 의해 동작할 수 있다. 조작기(400)는 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)로의 동력 분배를 고려해 도 1에 도시한 바와 같이, 지지프레임(200)의 좌우 중간부분에 장착될 수 있다.

출력축(300)은 조작기(400)와 연결된다. 출력축(300)은 지지프레임(200)의 길이방향(X방향)으로 길게 연장되고, 지지프레임(200) 전방 측에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 출력축(300)은 조작기(400)의 동작에 의해 투입 또는 개방방향으로 회전하고, 복수의 링크장치(310)에 의해 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)와 연결된다.

출력축(300)과 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)를 연결하는 복수의 링크장치(310)는 도 4에 도시한 바와 같이, 출력축(300)에 고정되며 출력축(300)과 함께 회전하는 회전링크(311)와, 각 차단부 내의 가동접촉부(130)를 연결하는 진퇴링크(312)를 포함한다.

복수의 링크장치(310)는 출력축(300)의 회전운동을 진퇴운동으로 변환해 가동접촉부(130)에 전달한다. 따라서 조작기(400)의 동작에 의해 출력축(300)이 투입 또는 개방방향으로 회전하면, 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)는 가동접촉부(130)가 투입 또는 개방방향으로 동작하여 전류를 공급하거나 차단한다.

도 2 내지 도 4는 제1차단부(100a)를 나타낸다. 제1 내지 제8차단부(100a ~ 100h)는 동일한 형태이므로 차단부의 구성과 관련해 제1차단부(100a)를 위주로 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1차단부(100a)는 하우징(110), 고정접촉부(120), 가동접촉부(130), 아크소멸부(140), 제1블로우코일(610), 및 제2블로우코일(620)을 포함한다.

하우징(110)은 고정접촉부(120)와 가동접촉부(130)를 수용한다. 하우징(110)은 가동접촉부(130)의 개방동작 시 발생하는 아크가 상부로 이동할 수 있도록 아크소멸부(140)가 장착되는 상부가 개방된다. 하우징(110)은 양측으로 분리할 수 있는 제1하우징(111)과 제2하우징(112)의 결합에 의해 구성될 수 있다.

하우징(110)은 제1블로우코일(610)의 일부가 삽입될 수 있도록 제1측면(113)에 형성된 홈(115)과, 제2블로우코일(620)의 일부가 삽입될 수 있도록 제2측면(114)에 형성된 홈(116, 도 6참조)을 구비한다.

도 3과 도 4를 참조하면, 고정접촉부(120)는 하우징(110) 내측의 배면 쪽에 고정될 수 있고, 가동접촉부(130)는 하우징(110) 내측의 전방에 전후방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 가동접촉부(130)는 하부가 지지축(131)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.

가동접촉부(130)는 링크장치(310)에 의해 출력축(300)과 연결된다. 따라서 제1차단부(100a)는 출력축(300)이 투입방향으로 회전하면 가동접촉부(130)가 고정접촉부(120) 쪽으로 이동하여 가동접촉부(130)의 접점(133)이 고정접촉부(120)의 접점(123)에 접촉됨으로써 회로가 통전되도록 한다. 역으로 출력축(300)이 개방방향으로 회전하면 가동접촉부(130)의 접점(133)이 고정접촉부(120)의 접점(123)으로부터 이격되면서 회로가 차단되도록 한다.

고정접촉부(120)는 하우징(110)의 배면 쪽 외측에 마련된 제1연결단자(125)에 연결될 수 있고, 가동접촉부(130)는 하우징(110)의 배면 쪽 외부에 마련된 제2연결단자(135)에 연결될 수 있다. 따라서 고정접촉부(120)에는 제1연결단자(125)를 통해 공급 측으로부터 제1극성을 갖는 제1전원이 인가될 수 있고, 가동접촉부(130)에는 제2연결단자(135)를 통해 공급 측으로부터 제1극성과 반대인 제2극성을 갖는 제2전원이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1연결단자(125)에는 +전원이 인가되고, 제2연결단자(135)에는 -전원이 인가될 수 있다.

아크소멸부(140)는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(110)의 상부에 설치되며, 하우징(110) 내부로부터 유도되는 아크를 소멸시킨다. 직류전류는 고장전류 발생시 가동접촉부(130)가 고정접촉부(120)로부터 분리되더라도 사고전류가 스스로 영점이 되지 않기 때문에 개방과정에서 아크가 발생하여 전류의 차단이 지연될 수 있다. 본 실시 예의 차단기는 이처럼 하우징(110) 내에서 발생하는 아크를 제1블로우코일(610)과 제2블로우코일(620)이 상측의 아크소멸부(140)로 유도하여 아크가 신속하게 소멸되도록 함으로써 전류의 신속한 차단을 구현할 수있다.

제1블로우코일(610, Blow Coil)은 하우징(110)의 제1측면(113)에 형성된 홈(115)에 일부가 삽입된 상태로 설치되고, 제2블로우코일(620)은 하우징(110)의 제2측면(114)에 형성된 홈(116)에 일부가 삽입된 상태로 설치된다.

제1블로우코일(610) 및 제2블로우코일(620)은 하우징(110) 내부를 흐르는 자속을 발생시켜 가동접촉부(130)가 고정접촉부(120)로부터 분리될 때 발생하는 아크를 아크소멸부(140) 쪽으로 유도한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2블로우코일(610,620)에 의해 형성된 자속이 제2블로우코일(620) 쪽에서 제1블로우코일(610) 쪽(X방향)으로 흐르고, 전류가 고정접촉부(120)에서 가동접촉부(130) 쪽(Z방향)으로 흐르면, 하우징(110) 내에서 발생하는 아크는 플레밍의 왼손법칙에 따라 X방향 및 Z방향에 대해 수직인 Y방향으로 이동한다. 따라서 아크는 아크소멸부(140)로 이동되어 신속히 소멸될 수 있다.

제2블로우코일(620)에서 제1블로우코일(610) 방향으로 흐르는 자속을 형성하기 위해 제2블로우코일(620)은 제1블로우코일(610)과 마주하는 면이 N극, 그 반대편이 S극으로 설정되고, 제1블로우코일(610)은 제2블로우코일(620)과 마주하는 면이 S극, 그 반대편이 N극으로 설정될 수 있다.

이처럼 본 실시 예에 따른 차단기는 가동접촉부(130)의 개방 시 발생하는 아크를 제1 및 제2블로우코일(610,620)이 아크소멸부(140)로 유도하기 때문에 전류의 세기가 작아 아크가 작은 경우에도 아크를 쉽게 소멸시켜 전류를 신속히 차단할 수 있다.

도 6은 제1차단부(100a)와 제2차단부(100b)가 X방향으로 연속하여 접하도록 설치될 때 블로우코일들이 설치되는 예를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 제1차단부(100a)의 하우징(110)과 제2차단부(100b)의 하우징(110b)은 양쪽 측면에 각각 블로우코일(610,620,630)의 설치를 위한 홈(115,116,115b,116b)을 구비한다.

따라서 제1차단부(100a)와 제2차단부(100b)가 연속하여 설치될 경우, 제1블로우코일(610)은 상호 마주하는 제1차단부(100a)의 하우징(110) 측면과 제2차단부(100b)의 하우징(110b) 측면에 형성된 각각 형성된 홈(115,116b)에 수용될 수 있다. 즉 제1블로우코일(610)은 일부가 제1차단부(100a)의 하우징(110) 측면의 홈(115)에 수용되고, 나머지가 마주하는 제2차단부(100b)의 하우징(110b) 측면에 형성된 홈(116b)에 수용될 수 있다. 제2블로우코일(620)은 제1차단부(100a) 하우징(110)의 다른 쪽 측면의 홈(116)에 일부가 수용될 수 있다. 마찬가지로, 제2차단부(100b) 하우징(110b)의 다른 쪽 측면의 홈(115b)에는 제1블로우코일(610)과 마주하는 제3블로우코일(630)의 일부가 수용될 수 있다.

이러한 구성은 상호 인접하는 제1차단부(100a)와 제2차단부(100b)가 제1블로우코일(610)을 공유하고, 제2차단부(100b)와 제3차단부(100c)가 제3블로우코일(630)을 공유할 수 있도록 한 것이다. 따라서 제1블로우코일(610)은 제1차단부(100a)에서 생성되는 아크를 제1차단부(100a)의 아크소멸부(140)로 이동시키는 역할을 함과 동시에 제2차단부(100b)에서 생성되는 아크를 제2차단부(100b)의 아크소멸부(140b)로 이동시키는 역할을 할 수 있다. 마찬가지로 제3블로우코일(630)은 제2차단부(100b)에서 생성되는 아크를 제2차단부(100b)의 아크소멸부(140b)로 이동시키는 역할을 함과 동시에 제3차단부(100c)에서 생성되는 아크를 제3차단부(100c)의 아크소멸부(140c)로 이동시키는 역할을 할 수 있다.

이처럼 본 실시 예의 차단기는 인접하여 배치되는 복수의 차단부가 블로우코일을 공유하기 때문에 블로우코일의 소요를 줄일 수 있고, 이를 통해 제조비용을 최소화할 수 있다.

도 7은 복수의 차단부가 연속하여 설치되는 차단기의 구성을 개념적으로 보여준다. 도 7의 차단기는 제1차단부(100a), 제2차단부(100b), 연결부재(700), 제1블로우코일(610), 제2블로우코일(620), 및 제3블로우코일(630)을 포함한다.

제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b)는 제1방향(X방향)으로 나란하게 배치되어 직류회로를 통전시키거나 차단시킨다. 제1차단부(100a)는 제1고정접촉부(120) 및 제1가동접촉부(130)를 포함하고, 제2차단부(100b)는 제2고정접촉부(120b) 및 제2가동접촉부(130b)를 포함한다.

연결부재(700)는 제1차단부(100a)와 제2차단부(100b)를 전기적으로 연결시킨다. 연결부재(700)는 도전성 물질로 된 부스바로 구현될 수 있다. 연결부재(700)는 일단이 제1차단부(100a)의 제1가동접촉부(130)에 연결되고 타단이 제2차단부(100b)의 제1고정접촉부(120b)에 연결됨으로써 제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b)를 직렬로 연결시킬 수 있다.

제1극성의 전원(+전원)은 제1차단부(100a)의 제1고정접촉부(120)에 인가되고, 제2극성의 전원(-전원)은 제2차단부(100b)의 제2가동접촉부(130b)에 인가된다. 따라서 제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b) 내에서 전류는 고정접촉부(120,120b)에서 가동접촉부(130,130b) 방향인 제3방향(Z방향)으로 흐른다.

제1블로우코일(610)은 제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b) 사이에 배치된다. 제2블로우코일(620)은 제1차단부(100a)를 사이에 두고 제1블로우코일(610)과 대향되도록 배치된다. 제3블로우코일(630)은 제2차단부(100b)를 사이에 두고 제1블로우코일(610)과 대향되도록 배치된다.

따라서 제1 및 제2블로우코일(610,620)은 제1 및 제2블로우코일(610,620) 사이에서 제1자속을 발생시켜 제1차단부(100a)의 개방 시 발생되는 아크를 제1차단부(100a)에 설치된 아크소멸부(140)로 유도할 수 있다. 또 제1 및 제3블로우코일(610,630)은 제1 및 제3블로우코일(610,630) 사이에서 제2자속을 발생시켜 제2차단부(100b)의 개방 시 발생되는 아크를 제2차단부(100b)에 설치된 아크소멸부(140b)로 유도할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)에서 제1극성의 전원(+전원)이 인가되는 제1단자(611,621,631)는 제2차단부(100b)에 포함된 제2고정접촉부(120b)에 연결될 수 있고, 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)에서 제2극성의 전원(-전원)이 인가되는 제2단자(612,622.632)는 제2차단부(100b)에 포함된 제2가동접촉부(130b)에 연결될 수 있다.

이를 회로적인 개념으로 도시하면 도 8에 도시된 바와 같다. 본 실시 예의 차단기는 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)이 별도의 전원공급장치 없이 차단기로 공급되는 전원에 의해 구동된다. 따라서 차단기의 부피 및 제조비용을 최소화시킬 수 있다.

전원이 공급될 때 제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b)가 투입상태이면, 제1고정접촉부(120) 및 제1가동접촉부(130)가 연결되고, 제2고정접촉부(120b) 및 제2가동접촉부(130b)가 연결되기 때문에 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)은 0전위 상태가 되어 전원이 인가되지 않는다.

반면에, 전원이 공급될 때 제1차단부(100a) 및 제2차단부(100b)가 개방상태이면, 제1가동접촉부(130)가 제1고정접촉부(120)로부터 분리되고, 제2가동접촉부(130b)가 제2고정접촉부(120b)로부터 분리되기 때문에 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)에 전원이 인가된다. 전원의 공급 측으로부터 차단기로 제1레벨의 전압(Vin)이 인가되고 제1차단부(100a)에 제2레벨의 전압(V1)이 인가되는 것으로 가정하면, 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)에는 제1레벨의 전압(Vin)과 제2레벨의 전압(V1)의 차이에 해당하는 제3레벨의 전압(V3)이 인가된다.

도 7의 예는 제1차단부(100a)의 제1고정접촉부(120)에 (+)전원이 인가되고 제2차단부(100b)의 제2가동접촉부(130b)에 (-)전원이 인가되고, 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)의 제1단자(611,621,631)가 제2차단부(100b)의 제2고정접촉부(120b)에 연결되고, 제1 내지 제3블로우코일(610,620,630)의 제2단자(612,622,632)가 제2차단부(100b)의 제2가동접촉부(130b)에 연결된 상태다.

이 상태에서 제2블로우코일(620)은 제1블로우코일(610)과 마주하는 면이 N극으로 동작하고 그 반대편이 S극으로 동작한다. 제1블로우코일(610)은 제2블로우코일(620)과 마주하는 면이 S극으로 동작하고 제3블로우코일(630)과 마주하는 면이 N극으로 동작한다. 제3블로우코일(630)은 제1블로우코일(610)과 마주하는 면이 S극으로 동작하고 그 반대편이 N극으로 동작한다.

따라서 제1 및 제2블로우코일(610,620)은 제1 및 제2블로우코일(610,620) 사이에서 제1방향(X방향)으로 흐르는 제1자속을 발생시켜 제1차단부(100a)의 개방시 발생하는 아크를 제1차단부(100a)의 상측인 제2방향(Y방향)으로 이동시킨다. 제1 및 제3블로우코일(610,630)도 제1 및 제3블로우코일(610,630) 사이에서 제1방향(X방향)으로 제2자속을 발생시켜 제2차단부(100b)의 개방시 발생되는 아크를 상기 제2차단부(100b)의 상측인 제2방향(Y방향)으로 이동시킨다.

본 실시 예의 차단기는 공급되는 전원의 극성이 변경될 경우 각 블로우코일(610,620,630)에 인가되는 전원의 극성도 변경되기 때문에 전술한 경우와 동일하게 동작할 수 있다. 전원의 극성이 변경되는 경우, 전류의 방향 및 블로우코일에 의해 형성되는 자속의 방향도 변경되기 때문에 각 차단부(100a,100b)에서 발생하는 아크는 마찬가지로 상측의 아크소멸부(140,140b)로 유도될 수 있다. 따라서 차단기의 설치 시 전원 연결의 오류로 인한 고장이나 사고를 방지할 수 있다.

도 7과 도 8은 2개의 차단부(100a,100b)가 연속하여 설치되는 경우만을 예시하였으나, 차단부의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 이 경우 차단부의 수, 블로우코일의 수가 변경될 뿐 전원의 연결패턴과 블로우코일의 설치방식은 도 7과 도 8의 형태를 유지할 수 있다.

도 9 내지 도 13은 바운싱 억제장치(500)를 나타낸다. 바운싱 억제장치(500)는 가동접촉부(130)의 개방 시 가동접촉부(130)의 바운싱(bouncing)을 억제하여 전류를 신속히 차단할 수 있도록 한다. 가동접촉부(130)의 바운싱(bouncing)이란 가동접촉부(130)가 개방 방향으로 고속 회전하였다가 멈추는 과정에서 반발에 의해 역으로 회전하려는 현상을 말한다. 가동접촉부(130)의 개방 시 바운싱이 생기면, 아크의 재 점호를 야기해 전류의 차단이 지연될 수 있다.

바운싱 억제장치(500)는 도 1에 도시한 바와 같이, 조작기(400) 양측의 지지프레임(200) 전면부에 각각 설치될 수 있고, 가동접촉부(130)의 개방동작 시 출력축(300)의 투입방향 회전을 제한해 가동접촉부(130)의 바운싱을 억제할 수 있다.

도 9와 도 10을 참조하면, 바운싱 억제장치(500)는 고정판(510), 제1회전부재(520), 제2회전부재(530), 지지축(540), 복원스프링(550)을 포함한다.

고정판(510)은 평판형태로 마련될 수 있고, 지지프레임(200)의 전면에 고정될 수 있다. 고정판(510)은 출력축(300)의 길이방향과 수직인 상하방향으로 길게 연장되고, 제2회전부재(530)가 설치되는 측면이 출력축(300)의 중심선과 수직을 유지할 수 있다.

제1회전부재(520)는 출력축(300)과 함께 회전하도록 출력축(300)에 고정되고, 출력축(300)의 반경방향으로 소정길이 연장된다. 제1회전부재(520)는 회전중심으로부터 이격된 위치에 제2회전부재(530)에 걸려 구속되는 걸림돌기(521)를 구비한다. 걸림돌기(521)는 그 축선이 출력축(300)의 축선과 평행하게 배치될 수 있다. 제1회전부재(520)는 측면에 결합되는 보강부재(522)에 의해 출력축(300)에 견고히 고정될 수 있다. 보강부재(522)는 한쪽이 제1회전부재(520)에 용접되고 다른 쪽이 출력축(300) 외면에 용접될 수 있다.

지지축(540)은 출력축(300)으로부터 하측으로 이격된 위치의 고정판(510)에 설치되며, 제1회전부재(520)의 하측에서 제2회전부재(530)를 회전 가능하게 지지한다. 지지축(540)의 축선은 출력축(300)의 축선과 평행하게 배치될 수 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 출력축(300)과 지지축(540)의 이격거리(L1)는 출력축(300)과 걸림돌기(521)의 이격거리(L2)보다 크게 설정된다.

제2회전부재(530)는 평판형태로 마련될 수 있다. 제2회전부재(530)는 지지축(540)과 결합을 위해 상측 모서리 쪽에 형성된 축결합공(532)과, 축결합공(532)로부터 이격된 상측에 형성되며 제1회전부재(520)의 개방방향 회전 시 걸림돌기(521)가 진입하여 걸릴 수 있는 걸림홈(531)을 구비한다.

걸림홈(531)은 도 11에 도시한 바와 같이, 제2회전부재(530)의 상측 테두리 쪽으로 개방되며 제2회전부재(530)가 초기위치로 회전한 상태에서 걸림돌기(521)의 선회궤적(T)과 일치하여 위치하는 입구(531a)와, 입구(531a) 일측에 마련되며 입구(531a)로 진입하는 걸림돌기(521)에 의해 타격되는 제1걸림부(531b)와, 입구(531a) 타측에 마련되며 걸림돌기(521)의 타격에 의해 제2회전부재(530)가 회전할 때 걸림돌기(521)를 걸어 걸림돌기(521)의 역방향 이동을 제한하는 제2걸림부(531c)를 포함한다. 걸림홈(531)은 걸림돌기(521)가 입구(531a)를 통하여 내측으로 진입할 수 있도록 사선방향으로 길게 형성될 수 있다.

이러한 제2회전부재(530)는 평판형태이고 걸림홈(531)의 형상도 단순하기 때문에 강판을 프레스가공하는 방식에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 아울러 제2회전부재(530)는 평판형태여서 고정판(510)의 표면에 인접하여 설치될 수 있기 때문에 바운싱 억제장치(500)의 부피를 줄이는데 기여할 수 있다.

복원스프링(550)은 지지축(540)에 결합된 상태에서 제2회전부재(530)를 초기위치로 회전시키는 탄성을 부여한다. 복원스프링(550)은 제2회전부재(530)가 도 13의 상태로 회전하였다가 다시 도 11의 초기위치로 회전하도록 한다. 제2회전부재(530)가 초기위치로 회전하면, 걸림홈(531)의 입구(531a)가 걸림돌기(521)의 선회궤적(T)과 일치하여 위치할 수 있다. 따라서 가동접촉부(130)의 개방시 출력축(300)이 개방방향으로 회전하면, 제1회전부재(520)의 걸림돌기(521)가 걸림홈(531)으로 진입할 수 있다.

복원스프링(550)은 토션스프링으로 마련될 수 있고, 고정판(510)에는 복원스프링(550)의 일단을 지지하는 스프링지지돌기(512)가 마련될 수 있다.
토션스프링(550)은 몸체가 지지축(540)에 결합된 상태에서 몸체에서 연장된 일단이 제1걸림부(531b)와 제2걸림부(531c) 사이의 걸림홈(531) 내면에 걸려 지지되고, 몸체에서 연장된 타단은 스프링지지돌기(512)에 지지될 수 있다.
제2회전부재(530)는 도 11에 도시한 바와 같이, 초기위치에서 하측 테두리부가 스프링지지돌기(512)에 지지됨으로써 걸림홈(531)의 입구(531a)가 걸림돌기(521)의 선회궤적(T)과 일치한 상태를 유지할 수 있다.

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다음은 도 11 내지 도 13을 참조하면서 바운싱 억제장치의 동작을 설명한다.

도 11을 참조하면, 가동접촉부(130)의 투입상태에서 출력축(300)은 투입방향으로 회전한 상태이므로 제1회전부재(520) 역시 투입방향으로 회전한 상태를 유지한다. 따라서 이 경우 걸림돌기(521)는 제2회전부재(530)의 걸림홈(531)으로부터 완전히 이탈한 상태다.

도 11의 상태에서 가동접촉부(530)의 개방을 위해 출력축(300)이 개방방향으로 회전하면, 도 12에 도시한 바와 같이, 제1회전부재(520)도 개방방향으로 회전하므로 걸림돌기(521)가 제2회전부재(530)의 걸림홈(531)으로 진입함과 동시에 걸림홈(531)의 제1걸림부(531b)를 타격해 제2회전부재(530)를 회전시킨다.

따라서 제2회전부재(530)는 도 13에 도시한 바와 같이, 걸림홈(531)의 제2걸림부(531c)가 상승하면서 걸림돌기(521)를 걸어 걸림돌기(521)의 역방향 이동을 제한한다. 개방동작 종료시점에서 가동접촉부(130)의 바운싱으로 인해 걸림돌기(521)가 역방향으로 이동하려 하면, 제2회전부재(530)의 제2걸림부(531c)가 걸림돌기(521)를 걸어 걸림돌기(521)의 역방향 이동을 제한함으로써 가동접촉부(130)의 바운싱을 억제할 수 있다.

이처럼 본 실시 예에 따른 차단기는 가동접촉부(130)의 개방 시 바운싱 억제장치(500)가 가동접촉부(130)의 바운싱을 억제하기 때문에 전류를 신속하게 차단할 수 있다.

개방동작을 완료한 후, 제2회전부재(530)는 다시 초기위치로 회전하려 하고 걸림홈(531)의 테두리가 개방되어 있기 때문에 걸림돌기(521)의 구속을 해제한다. 따라서 본 실시 예에 따른 바운싱 억제장치(500)는 출력축(300)이 투입방향으로 회전하는 것을 방해하지 않아 가동접촉부(130)의 투입동작이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.

100: 차단부, 110: 하우징,
120: 고정접촉부, 130: 가동접촉부,
140: 아크소멸부, 200: 지지프레임,
300: 출력축, 400: 조작기,
500: 바운싱 억제장치, 510: 고정판,
520: 제1회전부재, 521: 걸림돌기,
530: 제2회전부재, 531: 걸림홈,
540: 지지축, 550: 복원스프링,
610: 제1블로우코일, 620: 제2블로우코일,
630: 제3블로우코일.

Claims

고정접촉부와 가동접촉부를 구비하는 차단부;
조작기의 동작에 의해 투입 또는 개방방향으로 회전하며, 상기 가동접촉부의 투입 또는 개방동작을 위한 동력을 전달하는 출력축; 및
상기 가동접촉부의 개방 시 바운싱을 억제하는 바운싱 억제장치;를 포함하고,
상기 바운싱 억제장치는,
상기 차단부의 외측에 고정된 고정판;
상기 출력축에 고정되며 회전중심으로부터 반경방향으로 이격된 위치에 걸림돌기가 마련된 제1회전부재; 및
상기 출력축으로부터 하측으로 이격된 위치의 상기 고정판에 설치되고, 축선이 상기 출력축의 축선과 평행하게 배치되는 지지축;
상기 지지축으로부터 하측으로 이격된 위치의 상기 고정판에 돌출된 형태로 설치된 스프링지지돌기;
상기 지지축에 회전 가능하게 지지되며, 일방향 회전 시 상기 스프링지지돌기의 일측에 지지되도록 상기 지지축으로부터 하측으로 길게 연장 형성되고, 상기 제1회전부재의 개방방향 회전 시 상기 걸림돌기가 진입하는 걸림홈을 구비하며, 상기 걸림돌기의 타격에 의해 회전하면서 상기 걸림돌기를 걸어 상기 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2회전부재;
상기 걸림홈은,
상기 제2회전부재의 테두리 쪽으로 개방되며 상기 제2회전부재가 초기위치로 회전한 상태에서 상기 걸림돌기의 선회궤적과 일치하여 위치하는 입구;
상기 입구 일측에 마련되며 상기 입구로 진입하는 상기 걸림돌기에 의해 타격되는 제1걸림부; 및
상기 입구 타측에 마련되며 상기 걸림돌기의 타격에 의해 상기 제2회전부재가 회전할 때 상기 걸림돌기를 걸어 상기 걸림돌기의 역방향 이동을 제한하는 제2걸림부를 포함하고,
상기 지지축에 결합된 상태에서 일단이 상기 제1걸림부와 상기 제2걸림부 사이의 상기 걸림홈에 걸려 지지되고, 타단은 상기 스프링지지돌기의 타측에 지지되는 토션스프링;을 포함하는 차단기.
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제1항에 있어서,
상기 출력축과 상기 지지축의 이격거리는 상기 출력축과 상기 걸림돌기의 이격거리보다 큰 차단기.
제1항에 있어서,
상기 제2회전부재는 평판형으로 마련되고,
상기 걸림홈은 상기 걸림돌기가 진입하여 걸리도록 상기 제2회전부재의 테두리 쪽으로 개방된 입구를 구비하는 차단기.
제1항에 있어서,
상기 제2회전부재는 상기 가동접촉부의 개방동작 완료 후 상기 걸림돌기의 구속을 해제하여 상기 출력축의 투입방향 회전을 허용하는 차단기.
제1항에 있어서,
상기 차단부는 제1방향으로 연속하여 배치되는 제1차단부와 제2차단부를 포함하고,
상기 출력축은 상기 제1방향으로 길게 연장되며 상기 조작기의 동력을 상기 제1 및 제2차단부에 동시에 전달하는 차단기.
제7항에 있어서,
상기 제1차단부와 상기 제2차단부 사이에 배치된 제1블로우코일(Blow Coil);
상기 제1차단부를 사이에 두고 상기 제1블로우코일과 대향하도록 배치된 제2블로우코일; 및
상기 제2차단부를 사이에 두고 상기 제1블로우코일과 대향하도록 배치된 제3블로우코일을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2블로우코일은 상기 제1 및 제2블로우코일 사이에서 제1자속을 발생시켜 상기 제1차단부의 개방시 발생하는 아크를 상기 제1차단부의 상측인 제2방향으로 이동시키고,
상기 제1 및 제3블로우코일은 상기 제1 및 제3블로우코일 사이에서 제2자속을 발생시켜 상기 제2차단부의 개방시 발생되는 아크를 상기 제2차단부의 상측인 제2 방향으로 이동시키는 차단기.
제8항에 있어서,
상기 제1차단부의 가동접촉부와 상기 제2차단부의 고정접촉부를 연결하여 상기 제1차단부와 상기 제2차단부를 직렬로 연결시키는 연결부재를 더 포함하는 차단기.
제9항에 있어서,
상기 제1차단부의 고정접촉부에는 제1극성의 전원이 인가되고, 상기 제2차단부의 가동접촉부에는 상기 제1극성과 반대인 제2극성의 전원이 인가되며,
상기 제1 내지 제3블로우코일에서 제1극성의 전원이 인가되는 제1단자들은 상기 제2차단부의 고정접촉부에 연결되고, 상기 제1 내지 제3블로우코일에서 제2극성의 전원이 인가되는 제2단자들은 상기 제2차단부의 가동접촉부에 연결되는 차단기.
제9항에 있어서,
전류는 상기 고정접촉부에서 상기 가동접촉부 방향인 제3방향으로 흐르고,
상기 제1자속은 상기 제2블로우코일에서 상기 제1블로우코일 방향인 상기 제1방향으로 형성되고 상기 제2자속은 상기 제2블로우코일에서 상기 제3블로우코일 방향인 상기 제1방향으로 형성되며,
상기 제1 및 제2차단부에서 발생된 아크는 플레밍의 왼손법칙에 따라 상기 제1 및 제3방향과 수직인 상기 제2방향으로 이동되는 차단기.
제8항에 있어서,
전원공급부로부터 상기 제1 및 제2차단부에 제1레벨의 전압이 인가될 때 상기 제1 및 제2차단부가 개방상태이면 상기 제1 내지 제3블로우코일에는 상기 제1레벨의 전압과 상기 제1차단부에 인가되는 제2레벨의 전압 간의 차전압에 해당하는 제3 레벨의 전압이 인가되는 차단기.
제8항에 있어서,
전원공급부로부터 상기 제1 및 제2차단부에 제1레벨의 전압이 인가될 때 상기 제1 및 제2차단부가 투입상태이면 상기 제1 내지 제3블로우코일은 0전위 상태로 유지되는 차단기.
제8항에 있어서,
상기 제1차단부와 상기 제2차단부는 하우징 및 상기 하우징의 상측에 배치되어 아크를 소멸시키는 아크소멸부를 각각 포함하고,
상기 제1블로우코일은 상호 마주하는 상기 제1차단부의 하우징 측면과 상기 제2차단부의 하우징 측면에 각각 형성된 홈에 수용되고,
상기 제2블로우코일은 상기 제1차단부의 하우징의 다른 쪽 측면에 형성된 홈에 일부가 수용되고,
상기 제3블로우코일은 상기 제2차단부의 하우징의 다른 쪽 측면에 형성된 홈에 일부가 수용되는 차단기.
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