KR20000010802U - 배선용 차단기의 전자식 트립코일 기구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 단락사고나 과부하 시 이상전류를 검출하여 전류를 차단 시킴으로서 부하측에 연결된 전선이나 전기기기를 보호하는 역할을 하는 배선용 차단기에 관한 것으로, 차단기의 주자로와 보조자로를 마그네트의 반경 방향으로 형성하여 저전류의 인가만으로도 트립작동이 신속하고 정확하게 이루어 지도록 하고 부품수를 줄이면서 구조를 간단하게 하여 조립 공차를 최소화 할 수 있도록 한 것이다.

본 고안은 용기 형태로 된 비자성체의 요크와, 상기 요크내에 설치된 보빈과, 상기 보빈의 일측에 지지된 마그네트와, 상기 요크의 개방부를 폐쇄한 상태로 마그네트와 접속하여 있는 강한 자성체이 요크 플레이트와, 상기 보빈의 중공부 내에 이동 가능하게 설치되어 일측의 소경부가 요크의 통공을 통해 외부로 돌출되고 마그네트에 흡인되는 무빙 코어와, 상기 보빈에 권선되고 구동전류의 인가시 무빙 코어에 대한 마그네트의 흡인력을 감소시키는 역할을 하는 코일과, 상기 무빙코어의 소경부에 설치되어 무빙코어를 트립위치로 이동시키는 탄성부재와, 상기 무빙코어가 트립위치로 이동될 때 개폐기구의 래치를 풀어 트립시키는 슈터로 구성된 배선용 차단기의 트립코일 기구이다.

Description

배선용 차단기의 전자식 트립코일 기구

본 고안은 송,배전 계통이나 전기회로 상에 설치되어 부하를 개폐하고 접지나 단락 등의 사고가 발생하는 경우에는 이상 전류를 검출하여 전류를 차단시킴으로서 부하측에 연결된 전선이나 전기기기를 보호하는 역할을 하는 배선용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차단기의 트립(Trip) 동작을 위해 설치되는 트립코일 기구의 구조를 개선하여 동작의 안정성을 기하고 동작시간을 단축시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 배선용 차단기는 과부하 보호기능과 순시 트립기능 및 단락 차단기능을 가지며, 절연물로 된 용기의 내부에 전류의 통전을 위한 접촉자와 트립장치와 개폐기구와 소호장치 등의 기본 요소가 설치된 형태로 되어 있다.

또한 배선용 차단기는 트립장치의 구성에 따라 바이메탈을 이용한 열동형과 전자소자를 이용한 전자식으로 구분되며, 상기 전자식 배선용 차다기는 과전류나 순시전류 또는 단락전류를 전류 변환기를 통하여 검출하고 그에 상응하는 동작 신호를 전자회로를 통해 트립코일로 보내줌에 따라 트립코일이 차단기의 기구부를 동작시켜 전류를 차단하는 구조로 되어 있다.

도 1과 도 2는 종래 배선용 차단기에 적용되어온 전자식 트립코일 기구의 분해 사시도와 조립상태 단면도로서, 종래 전자식 트립코일 기구는 하우징을 이루는 요크(1) 및 요크 플레이트(2)와, 상기 요크 및 요크플레이트 사이의 중심부에 고정된 실린더(3)와, 상기 실린더의 외경면에 끼워진 상태로 요크 및 요크 플레이트 사이에 설치된 보빈(4)과 쉴드 플레이트(Shield Plate)(6) 및 캡 플레이트(7)와, 상기 보빈에 감긴 코일(5)과, 상기 실린더의 일측에 고정된 픽싱 코어(Fixing Core)(8)와, 상기 실린더 내에 이동가능하게 설치된 무빙코어(9)와, 상기 요크의 일측으로 부터 실린더의 중앙부로 관통하여 삽입되고 일단이 무빙코어에 고정되어 있는 코어핀(10)과, 상기 코어핀과 요크 사이에 설치되어 무빙코어에 일방향의 힘을 작용시키는 압축 스프링(11)과, 상기 쉴드 플레이트(6)의 양측으로 설치된 마그네트(12) 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 종래 배선용 차단기의 전자식 트립코일 기구는 차단기의 정상적인 동작상태, 즉 차단기 핸들이 투입된 통전 상태에서는 도 2a와 같이 마그네트(12)의 유지력(흡인력)에 의해 무빙코어(9)가 압축스프링(11)의 힘을 이기고 픽싱코어(8) 쪽으로 밀착하여 차지(Charge) 상태로 있게되며, 단락전류나 과부하 전류이 검출에 의해 코일(5)에 전류가 인가되어 마그네트(12)의 유지력이 감소하게 되면 도 2b와 같이 인장되어 있던 압축 스프링(11)의 힘에 의해 코어핀(10)이 도면상 좌측방향으로 이동함과 동시에 코어핀(10)에 고정된 무빙코어(9)가 함께 이동하고 차단기의 개폐기구부가 이에 연동하여 차단기를 트립시키게 된다.

즉, 차단기가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 무빙코어(9)가 압축 스프링(11)을 압축시키면서 픽싱코어(8)쪽으로 이동한 상태로 있다가, 단란전류나 과부하가 검출되어 전류변환기를 통해 보빈(4)에 감긴 코일(5)에 구동전류가 인가되면 코일(5)이 여자되면서 무빙코어(9)를 유지(흡인)하는 자속과 반대방향의 자속이 생성되어 코일(5)측의 주자로의 자속이 줄어드는 대신 마그네트(12)측의 보조자로의 자속이 증가하게 되고 이에 따라 요크(1)와 무빙코어(9) 사이의 자속량이 줄어들게 되므로 마그네트(12)의 흡인력이 감소하게 되며, 이때 압축 스프링(11)의 압축력에 의해 무빙코어(9)가 일정거리 만큼 이동하면서 개폐기구부를 연동시켜 차단기를 트립시키게 된다.

상기와 같은 배선용 차단기에서 매커니즘의 동작 안정성과 동작시간은 매우 중요하며, 동작 안정성은 자속의 세기에 의해 좌우되고 동작 시간은 전류의 센싱과 동작 신호의 출력 및 개폐 기구부의 구동까지 걸리는 시간에 의해 좌우된다.

또한 전류의 센싱과 동작 신호의 출력 시간은 전자회로(P,C,B)에서 행하여 지고 소요시간에서 크게 차이가 없기 때문에 배선용 차단기의 매커니즘 동작 시간은 트립코일이 개폐기구부의 래치(Latch)를 풀기까지 걸리는 시간에 의해 좌,우되며, 이 시간은 트립코일과 그 기구부의 형태에 따라 크게 달라진다.

한편, 트립코일 기구에서 매커니즘의 동작 안정성을 위해 유지력을 크게하려면 무빙코어를 유지하는 자속과 반대방향으로 생기는 자속의 세기가 커져야 하고, 이를 위해서는 유지력의 크기에 비례하여 코일에 인가되는 구동전류가 커져야 하는데, 차단기에 내장되는 회로기판은 그 부하용량이 한계가 있기 때문에 코일에 인가되는 구동전류를 크게 하는 데에도 한계가 따른다.

또한 유지력을 키우기 위해서는 자속의 증가에 따라 코일의 권선횟수가 증가하여야 하므로 트립코일 기구의 전체적인 외형이 커지고, 이는 차단기를 소형화하는데 제약요인으로 작용한다.

특히, 도 1과 도 2에 도시한 종래 배선용 차단기의 트립코일의 경우에는 주자로(主磁路) 및 보조자로가 무빙코어(9)의 축방향과 나란히 형성되어 구동전류가 커져야만 자속의 변화를 유발시킬 수 있게 되고, 마그네트(12)가 막대형으로 됨에 따라 무빙코어(9)와 마그네트(12) 사이의 거리가 무빙코어(9) 외주면의 각 지점에 따라 각각 달라지므로 마그네트(12)의 흡인력이 무빙코어(9)에 대해 균일하게 작용하지 못하는 결점이 있다.

또한 종래 트립코일 기구는 마그네트(12)에서 발생한 자속이 유지력을 만드는데 전부 사용되지 못하고 요크(1)와 쉴드 플레이트(6)로 분산되므로 유지력이 작으며, 트립 코일기구가 많은 부품으로 이루어져 조립 공차에 의한 특성 변화가 심하기 때문에 보조자로의 공극을 조정해서 특성을 맞추어야 하는 문제점도 있다.

그리고 트립코일 기구의 동작시간을 빠르게 하기 위해서는 압축 스프링(11)의 탄성력을 크게 해 주어야 하는데, 압축 스프링의 탄성력이 커지면 그에 비례하여 탄성력을 이길 수 있는 큰 유지력을 가져야 하므로 전술한 바와 같은 문제점이 발생한다.

본 고안의 목적은 트립코일의 유지력을 증대시키면서도 저전류 구동이 가능하여 동작의 안정성을 가져오고 트립코일 자체에 래치 해제 기구를 직접 부착하여 동작시간을 줄일 수 있는 배선용 차단기의 트립 코일 기구를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예에 따라 용기 형태로 된 비자성체의 요크와, 상기 요크내에 설치된 보빈과, 상기 보빈의 일측에 지지된 마그네트와, 상기 요크의 개방부를 폐쇄한 상태로 마그네트와 접속하여 있는 강한 자성체의 요크 플레이트와, 상기 보빈의 중공부 내에 이동 가능하게 설치되어 일측의 소경부가 요크의 통공을 통해 외부로 돌출되고 마그네트에 흡인되는 무빙 코어와, 상기 보빈에 권선되고 구동전류의 인가시 무빙 코어에 대한 마그네트의 흡인력을 감소시키는 역할을 하는 코일과, 상기 무빙코어의 소경부에 설치되어 무빙코어를 트립위치로 이동시키는 탄성부재와, 상기 무빙코어가 트립위치로 이동될 때 개폐기구의 래치를 풀어 트립시키는 슈터로 구성된 배선용 차단기의 트립코일 기구가 제공된다.

도 1은 종래 배선용 차단기의 트립코일 기구를 나타낸 분해 사시도

도 2a는 도 1의 종단면도로서 무빙코어가 마그네트에 흡인된 트립작동 전의 상태도

도 2b는 도 1의 종단면도로서 무빙코어가 석방된 트립작동 후의 상태도

도 3은 본 고안에 따른 전자식 트립코일 기구의 평면도

도 4a는 도 3의 종단면도로서 무빙코어가 흡인된 트립작동 전의 상태도

도 4b는 도 3의 종단면도로서 무빙코어가 석방된 트립장동 후의 상태도

도 4c는 도 4b의 A-A선 단면도

도 5a와 5b는 본 고안에 따른 전자식 트립코일 기구의 자속 분포도

도 6는 본 고안에 따른 전자식 트립코일 기구가 회로 차단기에 적용된 일예를 나타낸 조립 상태도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 요크 22 : 보빈

22a : 중공부 23 : 코일

24 : 무빙코어 24a : 소경부

25 : 마그네트 26 : 요크플레이트

27 : 탄성부재 29 : 슈터

도 3은 본 고안에 따른 전자식 트립코일 기구의 평면도이고 도 4는 종단면도이다.

용기형태로 된 비자성체의 요크(21)내에 보빈(22)이 설치되어 있고 보빈(22)에는 코일(23)이 감겨져 있다.

상기 보빈(22)에 중공부(22a)가 형성되어 있으며, 이 중공부(22a)내에 이중원통 형태로 된 무빙코어(24)가 이동가능하게 설치되어 있고 무빙코어(24)의 소경부(24a)는 요크(21)에 형성된 구멍(21a)을 통해 요크(21)의 외부로 돌출되어 있다.

상기 보빈(22)의 일측에는 무빙코어(24)를 흡인하여 홀딩하기 위한 링형태의 마그네트(25)와 강 자성체의 요크 플레이트(26)가 설치되어 있다.

상기 요크(21)의 바깥측으로 돌출된 무빙코어(24)의 소경부(24a)에는 무빙코어(24)가 마그네트(25)에 흡인될 때 압축되어 있다가 무빙코어(24)의 석방시 무빙코어(24)에 복원력을 부여하기 위한 탄성부재(27)가 E링(28)에 의해 설치되어 있다.

그리고 상기 무빙코어(24)의 전방에는 무빙코어(24)의 석방시 연동하면서 개폐기구부의 래치를 풀어주고 차단기의 투입시에는 핸들에 연동하면서 무빙코어(24)를 후진시켜 마그네트(25)에 홀딩되게 하는 슈터(29)가 설치되어 있다.

상기와 같이 된 본 고안의 전자식 트립코일 기구의 작동을 설명한다.

차단기가 투입된 정상적인 작동 상태에서는 도 4a와 같이 링형 마그네트(25)의 흡인력에 의해 무빙코어(24)가 마그네트(25)쪽으로 흡인되어 무빙코어(24)의 일측면(도면상 우측면)이 요크 플레이트(26)에 밀착된 상태로 있게되고 무빙코어(24)의 소경부(24a)에 설치된 탄성부재(27)는 압축되어 있게 된다.

이때 본 고안에서는 링형 마그네트(25)를 보빈(22)의 일측에 설치하여 무빙코어(24)가 마그네트(25)의 내경부에 수직으로 움직일 수 있게 하고 주자로를 형성하는 요크(21)를 비자성체로 구성하여 주자로의 변형을 없애는 대신 요크(21)의 일측에 강한 자성체인 요크 플레이트(26)를 마그네트(25)와 수직으로 위치시켜 주자로가 형성되도록 하였기 때문에 도 5a에 도시한 바와 같이 마그네트(25)에 의해서 발생한 자속이 무빙코어(24)에 균일하게 영향을 미치게 되며, 자속을 충분히 활용하여 무빙코어(24)의 유지력을 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 본 고안에서는 주자로가 형성되어야 할 요크(21)로서 마그네트(25)를 사용함에 따라 무빙코어(24)와 마그네트(25) 사이의 자로가 불균일하게 되므로 요크(21)를 자성체가 아닌 재질로 하여 자로를 균일하게 하고, 요크 플레이트(26)를 강한 자성체로 함에 따라 충분한 자속을 발생시켜 무빙코어(24)의 유지력을 높게 만들 수 있게 된다.

상기 도 4a와 같은 상태에서 단락전류 또는 과부하가 검출되어 전류변환기를 통해 보빈(22)에 감긴 코일(23)에 구동전류가 인가되면 코일(23)이 여자되면서 무빙코어(24)를 유지하는 자속과 반대방향의 자속이 생성되고, 도 5b와 같이 마그네트(25)내측의 주자로의 자속이 증가하는 반면 외측의 보조자로의 자속이 감소하여 요크(21)와 무빙코어(24) 사이의 자속량이 줄어들게 되므로, 마그네트(25)의 흡인력은 작아지게 된다.

따라서 상기 무빙코어(24)의 소경부(24a)에 설치되어 압축되어 있던 탄성부재(27)는 마그네트(25)의 흡인력을 이기고 무빙코어(24)에 복원력을 부여하게 되고 무빙코어(24)는 마그네트(25)에 홀딩된 상태로 부터 석방되면서 도면상 좌측방향으로 이동되어 슈터(29)를 구동시키게 된다.

이때 무빙코어(24)의 유지력을 만드는 공극은 요크 플레이트(26) 상의 링형 마그네트(25) 내경부와 무빙코어(24)의 일측면(도면상 우측면)이므로 코일(23)에 작은 구동전류가 인가되어도 쉽게 자속이 마그네트(25)의 외경부측과 요크 플레이트(26)로 이동되므로 저전류로 무빙코어(24)를 석방시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 무빙코어(24)가 석방되어 슈터(29)가 회전하면 도 6과 같이 슈터(29)가 개폐기구부의 네일(30)을 치고 래치(31)를 풀어 개폐기구부를 트립시키게 되는데, 본 고안에서는 무빙코어(24)의 작은 이동거리만으로 슈터(29)를 회전시킬 수 있으므로 트립작용이 신속하게 이루어지며, 차단기를 리셋시키면 핸들(32)에 의해 슈터(29)가 후퇴함과 동시에 무빙코어(24)가 후퇴하여 마그네트(25)에 의해 홀딩된다.

본 고안의 트립코일 기구는 링형태의 마그네트(25)를 사용하기 때문에 무빙코어(24)의 반경방향을 따라 전둘레면에 걸쳐 작용하는 마그네트의 흡인력이 균일하고 유지력이 증대되며, 주자로와 보조자로가 무빙코어의 축방향을 따라 형성되는 종래 기구와는 달리 주자로와 보조자로가 무빙코어의 반경 방향으로 형성되므로 저전류의 인가만으로도 주자로가 보조자로 측으로 쉽게 이동하여 무빙코어를 흡인하는 자속량이 급속히 줄어들게 된다.

따라서 차단기의 트립자동이 신속하고 정확하게 이루어진다.

또한 본 고안의 트립코일 기구는 종래기구에 비해 부품수가 줄고 구조적으로 간단하므로 조립에 의한 공차가 최소화되며, 조립공차가 최소화됨에 따라 자로의 변경요소가 작아져 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 중앙에 통공(21a)이 있고 일측이 개방된 용기 형태로 된 비자성체의 요크(21)와,

   상기 요크내에 설치되고 중공부(21a)가 있는 보빈(22)과,

   상기 보빈(22)의 일측에 지지된 마그네트(25)와,

   상기 요크의 개방부를 폐쇄한 상태로 마그네트와 접속하여 있는 강한 자성체이 요크플레이트(26)와,

   상기 보빈의 중공부내에 이동가능하게 설치되어 일측의 소경부(24a)가 요크의 통공을 통해 외부로 돌출되고 마그네트에 흡인되는 무빙코어(24)와,

   상기 보빈에 권선되고 구동전류의 인가시 무빙코어에 대한 마그네트의 흡인력을 감소시키는 역할을 하는 코일(23)과,

   상가 무빙코어의 소경부에 설치되어 무빙코어에 대한 마그네트의 흡인력 감소시 무빙코어를 트립 위치로 이동시키는 탄성부재(27)와,

   상기 무빙코어가 트립위치로 이동될 때 개폐기구의 래치를 풀어 트립시키고 핸들의 투입시 무빙코어를 후퇴시켜 마그네트에 홀딩되게 하는 슈터(29)로 구성된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립코일 기구
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네트는 링형태로 된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립코일 기구
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보빈의 일측에 홈부가 형성되고 상기 마그네트가 홈부에 끼워져 유동없이 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립코일 기구.