KR20000026230A - 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 배선용 차단기에 관련한 것으로서, 보다 상세하게는 종전에 아아크의 소호를 위해 설치되었던 그리드를 제거하고도 소호실 구조만을 변형하여 종전에 비해 아아크 제거시간을 단축할 수 있도록 한 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 아아크를 소멸시키기 위한 소호실을 구비한 배선용 차단기에 있어서;

상기 소호실(50)의 벽면에 엠보싱부(50a)를 형성하여 소호실 벽면면적을 확장함에 따라 아아크가 발생하였을 때 아아크 열에 의해 타는 면적이 넓어져 가스발생량을 증대시키므로써 이 가스에 의해 아아크가 디-이온(de-ion)화 됨에 따른 전하(電荷)의 상실로 아아크가 소멸되도록 한 것이다.

Description

배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조

본 발명은 배선용 차단기에 관련한 것으로서, 보다 상세하게는 종전에 아아크의 소호를 위해 설치되었던 그리드를 제거하고도 소호실 구조만을 변형하여 종전에 비해 아아크 제거시간을 단축할 수 있도록 한 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조에 관한 것이다.

일반적으로, 배선용 차단기(MCCB:mold case curcuit breaker)는 개폐기구, 트립장치(trip device) 등을 절연물의 용기내에 일체로 조립한 것으로서, 송/배전 계통이나 전기회로에서 부하를 개폐하거나 접지/단락 등의 사고가 발생할 경우 전류를 차단시키는 기기를 일컫는다.

이와 같은 배선용 차단기는 도 1에서와 같이 케이스부(1)와, 접촉자(2), 트립부(3), 개폐부(4), 소호부(5), 단자부(도시는 생략함)를 기본적으로 갖추고 있다.

먼저, 케이스부(1)는 절연재료로 성형된 케이스와 커버로 구성되며, 각종 부품이 그 내부에 취부될 수 있도록 공간을 형성하며, 내부기구로부터 감전방지 및 이물질 침입을 방지하는 역할을 한다.

그리고, 접촉자(2)는 가동접촉자(2a)와 고정접촉자(2b)로 구성되며 각 극마다 설치되어 전로를 개폐하는 작용을 하며, 트립부(3)는 과전류 또는 단락전류를 검출하여 개폐기구를 트립시키는 역할을 하고, 개폐부(4)는 트립부의 트립 및 수동조작에 의해 가동접촉자(2a)를 구동하고 자동차단 및 개폐동작을 하며, 단자부는 전원측과 부하측 각 극에 조립되며 외부의 전선 또는 도체와 내부도체를 접속하는 역할을 각각 하게 된다.

한편, 상기 소호부(5)는 가동접촉자(2a)와 고정접촉자(2b)간에 발생하는 아아크(arc)를 소멸시키는 역할을 하는 것으로서, 아아크의 발생경위는 전류가 흐르고 있는 회로를 접촉자에 의해 전류의 흐름을 차단하는 경우 가동접촉자(2a)와 고정접촉자(2b) 사이에 아아크(절연체인 대기가 전압에 의하여 절연파괴를 일으키며 플라즈마 상태의 도전체로 되는 현상)가 발생하게 되고, 이 아아크는 전류의 크기에 비례하여 커지게 된다.

또한, 아아크는 대기중의 기체가 순간적으로 플라즈마(plasema) 상태에 이르게 되는 것으로서 아아크의 중심온도는 약 8000∼12000℃에 이르며 폭발적인 팽창압력을 가지므로 접촉자를 용융, 소모시키고 절연물을 열화, 파괴시키는 특성을 가지고 있다.

소호란 상기와 같이 기기에 악영향을 미치는 아아크를 소멸시키는 것을 말하며, 아아크의 지속은 아아크의 악성 때문에 차단기 성능저하에 지대한 영향을 미치므로 아아크를 신속히 소멸시키는 것이 차단기의 성능향상에 있어서 매우 중요하다.

특히, 차단기류에는 아아크를 소멸시키기 위해 소호실(arc quencher, arc chamber)(50)을 갖추고 있으며, 상기 소호실(50)내에는 금속재이며 V자형의 홈(51a)을 가진 그리드(철판)(51)가 아아크 발생경로와 수직하도록 일정간격으로 설치되어 있어, 가동접촉자(2a)와 고정접촉자(2b)가 개리하여 아아크가 발생하게 되면 아아크는 각 그리드(51)간의 자기력에 의해 V자형 홈(51a)의 안쪽으로 유도되고, 유도된 아아크는 ±이온이 방전되면서 디-이온화(de-ion)화 되어 전하(電荷)를 잃게 되므로 결국 아아크가 소멸되는 것이다.

또한, 아아크를 아아크 런너(52)상으로 발호점을 이동시킴에 따라 각 그리드(51)사이에서 짧은 아아크로 분할되어 아아크의 전압이 상승하며, 소호실(50)을 구성하고 있는 벽면에서 발생하는 가스에 의해 케이스부(1)의 내압이 상승하여 아아크를 고압으로 압축시킴에 따라 열전자 방출을 억제시켜 급속히 아아크를 소멸시키고 극간 전압을 회복시키게 된다.

한편, 도 2a∼2d를 참조하여 아아크의 발생에서부터 소멸되기까지의 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 단락전류를 검출하기전의 차단기를 나타낸 것으로서, 이와 같은 상태에서 차단기의 전로를 따라 흐르는 전류가 정상전류에서 단락전류로 바뀌어 과대전류가 접점을 통해 흐름에 따라 트립부(3)에서 단락전류를 검출하게 된다.

도 2b는 접점개극 및 아아크 발생시를 나타낸 것으로서, 개폐부(4)가 작동되어, 접점간의 간격이 벌어지기 시작하면서 고온의 아아크가 발생하게 된다.

도 2c는 접점의 개극종료 및 아아크의 신장시를 나타낸 상태도로서, 접점의 개극이 완료된 시점에서 아아크의 신장이 일어나게 된다.

도 2d는 아아크의 소멸 및 절연회복시를 나타낸 상태도로서, 그리드(51) 및 아아크 런너(52)의 자장형성에 의한 핀치효과로 아아크의 냉각 및 소멸이 일어나게 되고, 아아크 소멸후 절연회복이 이루어지게 된다.

이 때, 핀치(pinch)효과란 아아크의 중앙부분을 죄어 잘록하게 하므로써 결국 아아크가 절단되도록 하는 효과를 일컫는다.

이상과 같이 종래에는 정상전류가 흐르다가 사고전류가 흐를 경우, 차단기는 사고전류를 검출하여 접점을 개극시키게 되며, 이 때 발생하는 아아크를 전자력에 의해 그리드(51) 내측으로 불어넣어 이온반전을 일으키는 한편, 개극이 종료된 시점에서 아아크를 신장시켜 냉각시키므로 결국 아아크가 소멸되는 것이다.

그러나, 일반적으로 단락전류는 저역률이므로 전류영점에서 소호되면 접촉자간에는 전압곡선의 파고치에 가까운 고전압이 인가되어 이 전압에 의해 영극성 아아크가 발생하는 재발호 현상에 의해 접촉자간에 아아크가 유지되므로 차단시간이 오래 걸리게 되고, 이에 따라 단락전류의 유지로 사고를 불러 일으키게 되는 문제점이 있었다.

즉, 그리드(51)가 아아크를 소멸시키기 위해 설치되어 있긴 하지만 일정간격으로 설치되어 있으므로 오히려 아아크의 징검다리 역할을 하게 되어 아아크가 소멸되지 않고 계속해서 이어져 소생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 아아크를 단시간내에 소멸시켜 단락전류의 전 차단시간을 단축하기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아아크를 소멸시키기 위한 소호실을 구비한 배선용 차단기에 있어서;

상기 소호실의 벽면에 엠보싱부를 형성하여 소호실 벽면면적을 확장함에 따라 아아크가 발생하였을 때 아아크 열에 의해 타는 소호실 벽면면적이 넓어져 가스발생량을 증대시키므로써 이 가스에 의해 아아크가 디-이온(de-ion)화 됨에 따른 전하(電荷)의 상실로 아아크가 소멸되도록 한 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 배선용 차단기의 일예를 도시한 구성도

도 2a는 배선용 차단기에서 단락전류가 검출되기전의 상태도

도 2b는 배선용 차단기에서 접점개극 및 아아크 발생시의 상태도

도 2c는 배선용 차단기에서 점점개극 종료 및 아아크 신장시의 상태도

도 2d는 배선용 차단기에서 아아크가 소멸된후의 상태도

도 3은 소호실 벽면에 엠보싱부가 형성된 본 발명 배선용 차단기의 종단면도

도 4a는 엠보싱부의 일실시예를 도시한 요부 단면도

도 4b는 엠보싱부의 다른 실시예를 도시한 요부 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

50 : 소호실 50a : 엠보싱부

50b : 돌기 50c : 홈

도 3은 소호실 벽면에 엠보싱부가 형성된 본 발명 배선용 차단기의 종단면도이고, 도 4a는 엠보싱부의 일실시예를 도시한 요부 단면도이며, 도 4b는 엠보싱부의 다른 실시예를 도시한 요부 단면도로서, 이들 첨부도면을 참조하여 본 발명 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 소호실(50)의 벽면에 엠보싱부(50a)를 무수하게 형성하여, 소호실의 벽면면적을 넓힘에 따라 접점의 개극에 의해 아아크가 발생하였을 때 고온의 아아크 열에 의해 타는 소호실 벽면면적이 넓어져 가스 발생량을 증대시키므로써 이 가스에 의해 아아크가 디-이온화됨에 따른 전하의 상실로 아아크가 단시간내에 소멸되도록 한 것이다.

즉, 소호실(50)의 벽면을 올록볼록한 형상으로 양각처리하여, 소호실 벽면 넓이를 넓힘에 따라 아아크가 발생하였을 때 아아크 자체의 고열에 의해 몰드물인 소호실 벽면이 타들어가면서 발생하는 가스(수소, 탄소, 질소,산소등)가 아아크의 이온과 융합되어 아아크의 이온을 분자화하므로써 아아크의 전기적 성질을 잃도록 하는 원리를 이용한 것이다(de-ion효과).

이 때, 가스 발생량이 많으면 많을수록 아아크를 디-이온화시키는 소호능력이 향상되는데, 이 때의 가스 발생량은 소호실(50)의 벽면면적에 비례하므로 이를 위해 엠보싱부(50a)를 형성한 것이다.

상기 엠보싱부(50a)의 형상은 여러 가지 형태를 적용할 수 있는데, 일예를 들어 도 4a에서와 같이 소호실(50)을 향해 볼록하게 형성된 돌기(50b)와 소호실(50)의 외측을 향해 함몰된 홈(50c)이 연속반복적으로 형성된 형태와, 도 4b에서와 같이 소호실(50)을 향해 볼록하게 형성된 돌기(50b)만을 형성한 형태등을 적용할 수 있다.

상기 도 4a와 같은 엠보싱부(50a)의 형태는 돌기(50b)와 홈(50c)이 연속적으로 형성되어 소호실(50)의 벽면면적을 최대화할 수 있으므로 가장 바람직한 형태라 할 수 있으며, 도 4b와 같은 형태도 아아크와의 접촉면적을 넓히는 효과가 있으므로 적용가능하고, 이외에도 돌기(50b)의 형상을 구형(球形), 각형 등 다양한 형태를 적용 할 수 있음은 물론이다.

한편, 접점의 개극과 함께 급작스럽게 많은량의 아아크가 발생하게 되면 가스 발생량도 급속도로 증가하게 되는데, 이 때 한정된 공간인 소호실(50)의 내에서 발생된 가스가 단열팽창을 일으키게 된다.

상기와 같이 가스가 단열팽창을 일으키면 이상기체방정식인 PV=RT에서와 같이 압력과 온도가 떨어지게 되어 고열인 아아크를 냉각시키게 되므로 디-이온화와 함께 아아크의 소멸을 도와주게 된다.

이상과 같은 본 발명은 소호실의 벽면면적을 확장하여 아아크와의 접촉면적을 넓힘에 따라 소각면적이 확대되어 가스발생량이 증가하게 되므로 이 발생가스에 의한 아아크의 디-이온화와, 폭발적으로 증가한 가스압에 의해 소호실을 냉각시키므로써 아아크의 소멸시간을 단축시키게 된다.

이에 따라 단락전류(사고전류)의 유지로 발생될 수 있는 사고발생을 미연에 방지하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 기존에 아아크를 소멸시키기 위해 설치되었던 그리드가 필요없으므로 조립공수를 줄일 수 있음은 물론 부품수의 감소로 제품가를 절감할 수 있는 잇점도 있다.

Claims (3)

1. 아아크를 소멸시키기 위한 소호실을 구비한 배선용 차단기에 있어서;

   상기 소호실의 벽면에 엠보싱부를 형성하여 소호실 벽면면적을 확장함에 따라 아아크가 발생하였을 때 아아크 열에 의해 타는 소호실 벽면면적이 넓어져 가스발생량을 증대시키므로써 이 가스에 의해 아아크가 디-이온(de-ion)화 됨에 따른 전하(電荷)의 상실로 아아크가 소멸되도록 한 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조.
2. 제 1항에 있어서,

   엠보싱부는 돌기와 홈이 연이어 형성된 형태로 된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조.
3. 엠보싱부는 돌기가 연이어 형성된 형태로 된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 아아크 재발호 방지구조.