KR20000054265A

KR20000054265A - 전자기적 트립 장치를 구비한 차단기

Info

Publication number: KR20000054265A
Application number: KR1020000029349A
Authority: KR
Inventors: 김정완; 김천연
Original assignee: 김천연; 휴먼엘텍 주식회사
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2000-09-05
Also published as: AU2001256813A1; US20020011908A1; WO2001093290A1

Abstract

정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 경우 과전류의 검출 및 차단 동작을 전자기적으로 수행하는 차단기가 개시된다. 차단기는 전자기적으로 작동하는 트립(trip) 수단, 바이메탈의 만곡에 의해 회로에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 검출하고 검출 신호는 발하는 검출 수단, 그리고 상기 검출 수단에 의해 과전류가 검출되면 상기 트립 수단에 전기 신호를 보내는 트립 제어 수단을 포함한다. 바이메탈과 아마추어를 정밀하게 결합시킬 필요성이 제거되어 차단기 제작에 있어서 작업성이 증대되며, 전자기적인 차단 방식을 실행하게 됨으로써 과전류의 발생시 정밀하고도 신속한 차단이 가능해진다. 아울러 신속한 차단이 이루어지기 때문에 시연 차단에 걸리는 시간이 감소되어 차단 시까지 배선의 피복이 열화되는 현상이 방지된다.

Description

전자기적 트립 장치를 구비한 차단기{CIRCUIT BREAKER WITH ELECTRO-MAGNETIC TRIP APPARATUS}

본 발명은 차단기(circuit breaker)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르면 회로를 차단하는 과전류의 검출 동작 및 후속하는 차단 동작을 전자기적으로 수행하는 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 인한 화재를 예방하기 위하여 가정에서는 배선용 차단기를 사용한다. 배선용 차단기는 부하가 가해지는 중에 전류가 정격 이상으로 초과 사용되는 경우나, 순간적으로 고전류가 발생하는 경우에 전기 회로를 차단하도록 구성되어 있다.

첫째, 전류가 정격 이상으로 초과 사용되는 경우, 차단기 내부에 흐르는 전류는 정상 전류보다 높아지게 되므로 열이 발생하게 되고, 이 열에 의하여 내부의 바이메탈이 만곡된다. 바이메탈이 만곡되면, 이 바이메탈에 일체로 부착된 아마추어(armature)가 휘어지면서 맞물린 래치(latch) 수단으로부터 떨어지고 그에 따라 트립(trip) 수단이 작동되어 차단기 내부의 회로가 단절되어 전기 회로를 차단시킨다. 이러한 차단은 소위 시연(時延) 차단으로 불리며, 예컨대 120V, 15 또는 20A의 교류 전원을 사용하는 경우 과전류가 정격 전류의 135%인 경우에는 1시간 이내, 200%인 경우에는 4분 이내에 전기 회로를 차단하도록 규정된다.

둘째, 부하 측에서 전동 공구나 금속 물건에 의하여 상간(phase-to-phase) 단락이 발생하는 경우, 순간적으로 고전류가 발생하여 차단기 내부의 마그넷(magnet)을 자화시키고 이 마그넷이 아마추어를 잡아당김으로써, 전기 회로를 차단시킨다. 마그넷은 통상 고정 철심 형태로 전술한 바이메탈 둘레에 제공되며 고전류가 발생하면 순간적으로 자화되기 때문에 전기 회로를 매우 짧은 시간에 차단시킬 수 있다. 따라서, 이러한 차단은 순시(瞬時) 차단이라고 불린다.

전술한 2가지 방식의 차단, 즉, 시연 및 순시 차단 방식은 통상의 배전용 차단기에서 널리 채용되고 있는 방식으로, "Circuit Breaker with Improved Trip Mechanism"라는 명칭의 미국특허공보 제4,080,582호를 비롯한 다수의 문헌에 개시되어 있다.

하지만, 전술한 바이메탈을 이용한 시연 차단 방식은 다음과 같은 문제점을 갖는다. 첫째, 바이메탈이 만곡되고 그에 따라 아마추어가 동반되어 휘어져 래치 수단과의 맞물림에서 벗어나기 위해서는 바이메탈과 아마추어를 소정의 각도로 결합된 상태로 차단기 내부에 설치해야 하는데, 이러한 구성은 매우 정밀한 작업을 요할 뿐만 아니라 바이메탈과 아마추어가 비록 이와 같이 설치되더라도 기대되는 정밀한 동작이 반복되지 않는다는 단점을 갖고 있다.

둘째, 바이메탈의 만곡은 과전류에 의한 전기 회로, 즉, 배선에 발생하는 열에 의해 야기되기 때문에, 배선은 시연 차단에 의해 전기 회로가 단절될 때까지 열에 노출된다. 특히, 시연 차단은 일정 시간 이상을 요하기 때문에 배선은 비교적 장시간 동안 가열된 상태에 놓이게 되고 이러한 현상이 반복되면 배선의 피복은 열적 열화(thermal degradation) 현상을 겪게된다. 이러한 열적 열화는 배선의 피복에 가해지는 장시간에 걸친 열에 의한 피로에 기인한 것으로서 그에 따라 배선의 피복은 고유의 특성을 잃게 된다. 이렇게 되면, 배선은 물리적으로 매우 취약한 상태가 되어 외부로부터의 충격 등에 의해 쉽게 파괴될 뿐만 아니라 아크(arc) 등을 발생시켜 배선에 화재를 유발하게 된다. 요컨대, 바이메탈과 이 바이메탈에 결합된 아마추어의 만곡에 기인한 종래의 기구적인 차단 방식은 배선 피복의 열적 열화 및 그에 따른 취약한 배선 구조를 낳는다는 문제를 갖는다.

이러한 문제를 해결하기 위해, "Circuit breaker with low current magnetic trip"이라는 명칭의 미국특허공보 제4,933,653호를 비롯한 문헌에는 비교적 낮은 과전류에 의해서도 트립 동작이 이루어져 전기 회로를 차단하는 차단기가 제안되고 있다. 전술한 문헌에서는 추가의 바이메탈과 아마추어를 설치하여 낮은 과전류에 의해서도 트립이 일어나는 작업성이 개선된 트립 수단을 구성하고자 하였다. 하지만, 전술한 바와 같은 구성에 있어서도, 바이메탈과 아마추어가 협동하여 트립을 수행하도록 이들 구성 요소를 정밀하게 설치하는 것은 매우 난해하며, 비록 바이메탈과 아마추어를 전술한 구성대로 설치하더라도 원하는 정밀한 동작을 기대하기는 어렵다. 또한, 이러한 방식에 있어서도 트립에 의한 시연 차단은 여전히 일정한 시간을 요하므로, 배선과 그 피복이 가열되고 그에 따라 열화된다는 문제가 여전히 제기된다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 바이메탈과 아마추어가 분리된 상태로 배치되고, 전자기적인 과전류 검출 및 트립 제어 과정을 통해 트립 동작을 수행하는 차단기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전자기적으로 작동하는 차단기를 제공함으로써 시연 차단에 따른 배선 피복의 열화를 방지하는 것이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 차단기의 커버가 분리된 평면도로, 전자기적 트립 동작을 단계별로 설명하는 도면.

도 5는 아마추어와 래치 기구의 맞물림 위치를 나타내는 사시도.

도 6은 솔레노이드, 트리거 기구 및 아마추어의 관계를 나타내는 분해 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 차단기의 개념을 나타내는 블록도.

도 8은 본 발명에 따른 차단기의 회로도.

도 9는 본 발명에 따른 차단기에 사용되는 단자의 분해 사시도.

도 10a는 본 발명에 따른 소호부를 나타내는 평면도.

도 10b는 본 발명에 따른 소호부에 사용되는 그리드의 입면도.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 바이메탈-마그넷 조합체의 배면도와 단면도.

도 12는 종래 기술에 따른 바이메탈-마그넷 조합체의 단면도.

<도면의 주요 부분의 부호의 설명>

100 : 차단기 107 : 회로 기판

108 : 중간 플레이트 110 : 회전 기구

111 : 손잡이 112 : 이동 부재

113 : 이동 접점 115 : 래치 기구

116 : 캐치 120 : 바이메탈

121 : 마그넷 130 : 캘리브레이션 플레이트

132 : 반도체 제어 정류기 133 : 솔레노이드

134 : 안내 부재 135 : 플런저

136 : 트리거 156 : 고정 접점

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차단기는 전자기적으로 작동하는 트립 수단, 바이메탈의 만곡에 의해 회로에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 검출하고 검출 신호는 발하는 검출 수단, 그리고 상기 검출 수단에 의해 과전류가 검출되면 상기 트립 수단에 전기 신호를 보내는 트립 제어 수단을 포함한다.

전술한 트립 수단은 고정 접점, 상기 고정 접점에 맞닿은 이동 접점이 설치된 회전 수단, 상기 회전 수단을 회전시키기 위해 상기 회전 수단에 맞물린 래치, 상기 래치를 구속하는 아마추어, 상기 트립 제어 수단으로부터의 전기 신호에 의해 작동하는 솔레노이드, 그리고 상기 아마추어와 맞물려 있으며 상기 솔레노이드의 작동에 의해 상기 아마추어를 당겨 상기 래치를 해제시키는 트리거(trigger) 수단을 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차단기에 대해 기술하지만, 이들 실시예가 본 발명을 한정하거나 제한하는 것은 아니다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 차단기의 커버가 분리된 평면도로, 전자기적 트립 동작을 단계별로 설명하고 있다. 이하, 편의상 도 1 내지 도 4를 연계하여 기술한다.

도면 부호 100은 본 발명에 따른 차단기를 나타낸다. 차단기(100)는 고강도 플라스틱과 같은 충격과 열에 견디는 절연체로 구성된 하우징(101)을 구비하고 있으며, 이 하우징(101)의 단면에는 결합되는 커버(도시하지 않음)를 고정시키기 위한 나사 홈(102)이 형성되어 있다. 하우징(101)의 우상단에는 손잡이(111)가 형성된 회전 기구(110)가 설치되어 있다. 회전 기구(110)의 좌측에는 한 단부가 회전 기구(110)의 홈(도시하지 않음)에 맞물린 이동 부재(112)가 설치되어 있다. 또한, 회전 기구(110)의 좌측에는 래치 기구(115)가 배치되어 있으며, 이동 부재(112)는 코일 스프링(114)에 의해 이 래치 기구(115) 중간의 홈(도시하지 않음)에 구속되어 있다. 래치 기구(115)의 상단은 하우징(101)에 일체로 형성된 걸림 돌기(103)에 피벗 가능하게 결합되어 있으며, 하단에는 캐치(116)가 형성되어 있다. 이 캐치(116)는 그 아래쪽에 배치된 아마추어(140)의 홈(141; 도 5 참조)에 삽입되어 구속되어 있다.

한편, 이동 부재(112)의 자유 단부에는 이동 접점(113)이 설치되어 있고 이 이동 접점(113)은 하우징(101)의 좌상단에 배치된 전원 단자(155)에 설치된 고정 접점(156)과 맞대어져 있다. 이들 접점(113, 156)은 전기 전도성이 좋으면서도 빈번한 접촉 및 분리에 견딜 수 있도록 충분한 강도를 갖는 재료로 제조된다. 이들 재료의 예로는 은, 텅스텐, 은-텅스텐 합금 및 은-카드뮴 합금과 함께 이들 재료의 소결 합금 또는 탄소 소결 합금을 들 수 있다. 이러한 재료로 제조된 접점(113, 156)은 용접 또는 리벳 작업(rivetting)과 같은 적절한 작업에 의해 이동 부재(112) 및 전원 단자(155)에 고정된다.

또한, 전원 단자(155)의 아래쪽에는 3개의 그리드(160)가 배치되어 있는데 이들에 대한 기술은 도 10a 및 도 10b를 참조하여 후술한다.

한편, 하우징(101)의 하반부에는 아마추어(140) 아래쪽에 고정 철심 형태의 마그넷(121)에 의해 일부가 둘러싸인 바이메탈(120)이 배치되어 있다. 이 바이메탈(120)은 한쪽의 자유 단부(120a)에 와이어(105a)가 부착되어 전술한 이동 부재(112)와 전기적으로 접속되어 있다. 바이메탈(120)의 다른 쪽 고정 단부(120b)는 리벳 작업 또는 용접에 의해 거울상의 '??' 자 형상을 한 연결 부재(123)에 연결되어 있고 이 연결 부재(123)는 나사(124)에 의해 하우징(101)에 고정되어 있다. 또한, 연결 부재(123)에는 접점(106)에 연결된 와이어(105b)가 부착되어 있다. 따라서, 바이메탈(120)은 자유 단부(120a)가 와이어(105a), 이동 부재(112) 및 접점(113, 156)에 의해 전원 단자(155)에 전기적으로 접속되고, 고정 단부(120b)가 연결 부재(123), 와이어(105b) 및 접점(106)을 통해 전원 단자(150)에 접속된다.

바이메탈(120)의 자유 단부(120a) 아래쪽에는 소정 거리만큼 떨어져 캘리브레이션 플레이트(130)가 설치되어 있다. 캘리브레이션 플레이트(130)는 감도 스크류(131)에 의해 지지되고 하측의 도시 생략된 반도체 제어 정류기(Semiconductor Controlled Rectifier; SCR)에 전기적으로 연결되어 있다. 감도 스크류(131)는 스크류 커버(132)에 의해 덮여져 일부만 도시된다.

반도체 제어 정류기는 회로 기판(107)에 설치되어 있는데, 이 회로 기판(107)에 의해 반도체 제어 정류기는 도면 하단 중앙부의 솔레노이드(133)와 전원 단자(150) 아래에 겹쳐진 접지 단자(도시 생략)에 연결된다. 한편, 솔레노이드(133)는 회로 기판(107)에 의해 전원 단자(150)와 반도체 제어 정류기에 연결된다. 따라서, 회로 기판(107)에 의해 전원 단자(150), 솔레노이드(133), 반도체 제어 정류기 및 접지 단자가 연결되어 있음을 알 수 있다. 전술한 구성 요소 상호간의 전기적 연결 관계는 도 8을 참조하여 상세히 후술한다.

통상, 반도체 제어 정류기는 게이트 단자에 가해지는 신호 전압에 따라 부하 입출력을 개폐하도록 동작한다. 본원에서 캘리브레이션 플레이트(130)에 가해지는 전압이 신호 전압에 해당한다. 따라서, 차단기(100)에 규정치를 초과하는 과전류가 흐르고 바이메탈(120)이 열에 의해 만곡되어 바이메탈(120)의 자유 단부(120a)가 캘리브레이션 플레이트(130)에 접촉되면, 캘리브레이션 플레이트(130) 측으로부터 반도체 제어 정류기에 전압이 인가되고 반도체 제어 정류기는 이 신호 전압에 따라 솔레노이드(133)와 접지 단자 사이에 전류를 흐르게 한다. 한편, 솔레노이드(133)는 회로 기판(107)의 배선을 통해 한쪽 단자가 전술한 반도체 제어 정류기에, 그리고 다른 단자가 전원 단자(150) 측에 연결되어 전원이 공급된다. 따라서, 평소에는 작동하지 않다가 반도체 제어 정류기가 동작하면 회로가 닫히게 되어 작동되고 그에 따라 자력을 발생시키게 된다.

이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여, 솔레노이드(133)의 작동에 따른 트립 동작에 따른 시연 차단에 대해 설명한다.

먼저, 솔레노이드(133)가 자력을 발생시키면 도면에서 위쪽에 배치된 플런저(135)는 안내 부재(134)에 형성된 안내 구멍(134a; 도 6 참조)을 따라 솔레노이드(133) 쪽으로 이동하면서 맞물린 트리거(136)를 끌고 가게 된다. 한편, 트리거(136)는 아마추어(140)와 맞물려 있기 때문에 또한 아마추어(140)를 아래쪽으로 잡아당기게 되며, 그에 따라 아마추어(140)는 래치 기구(115)의 캐치(116)에 대한 구속을 해제하게 된다. 아마추어(140)에서 캐치(116)가 해제된 래치 기구(115)는 걸림 돌기(103)에 결합된 상단을 중심으로 전체적으로 시계 방향으로 회전하면서 이동 부재(112)에 부착된 코일 스프링(114)에 인장력을 가함으로써 이동 부재(112)를 하측으로 당기게 된다. 이렇게 되면, 이동 부재(112)는 코일 스프링(114)의 탄성력에 의해 급작스레 시계 반대 방향으로 회전함으로써 이동 접점(113)을 고정 접점(156)으로부터 분리시키게 되며, 그 결과 트립 동작이 수행된다. 한편, 래치 기구(115)와 이동 부재(112)에 연결된 회전 기구(110)는 이들 구성 요소의 회전에 의해 역시 시계 방향으로 회전하게 되며 그 결과 손잡이(111)는 대체로 수평인 위치까지 이동하게 된다(도 2 참조).

이어서, 코일 스프링(114)의 탄성력에 의해 이동 부재(112)가 좀더 하측으로 회전하면, 래치 기구(115)는 오히려 시계 반대 방향으로 회전하여 최초 위치로 복귀하고 회전 기구(110)는 시계 방향으로 더욱 회전하여 손잡이(111)가 우하방을 향하게 된다(도 3 참조).

한편, 이동 접점(113)이 고정 접점(156)으로부터 분리되어 전기 회로가 차단되면 솔레노이드(133)는 더 이상 작동하지 않게 되고 자력을 발생시키지 않게 됨으로 플런저(135)에 대한 인력이 사라지게 된다. 그 결과, 플런저(135)가 트리거(136)를 통해 아마추어(140)를 당기는 힘도 역시 사라진다. 한편, 아마추어(140)는 한쪽 단부에 플랜지(142)가 형성되어 있고 이 플랜지(142)는 좌측이 지지 부재(104)에 의해 지지되고 있다. 또한, 플랜지(142)의 우측은 지지 부재(104)에 의해 지지되는 스프링(143)에 의해 압박되고 있다. 따라서, 아마추어(140)는 도 3에 도시된 바이메탈(120)과 나란한 위치로부터 시계 반대 방향으로 회전하도록 힘을 받게 된다. 그 결과, 솔레노이드(133)가 더 이상 작동하지 않게 되면, 아마추어(140)는 시계 반대 방향으로 회전하여 최초의 위치로 다시 복귀하고 그에 따라 래치 기구(115)의 캐치(116)를 다시 구속하게 된다(도 4 참조).

한편, 도 5는 본 발명에 따른 차단기(100)에 사용되는 아마추어(140)와 래치 기구(115)의 캐치(116)의 사시도이다.

아마추어(140)에는 한쪽 단부에 인접하게 홈(141)이 형성되어 있고 다른 단부에는 플랜지(142)가 형성되어 있다. 래치 기구(115)는 캐치(116)만이 도시되어 있는데 캐치(116)가 홈(141) 안에 삽입되어 맞물림으로써 캐치(116)는 구속되고 그에 따라 래치 기구(115)가 고정된다.

도 6은 본 발명에 따른 차단기(100)에 사용되는 솔레노이드(133), 안내 부재(134), 플런저(135), 트리거(136) 및 아마추어(140)의 관계를 나타내기 위한 분해 사시도이다.

솔레노이드(133)에는 오목부(133a)가 형성되어 있으므로 안내 부재(134)의 일부가 솔레노이드(133) 하측에 위치될 수 있다. 안내 부재(134)에는 관형의 본체 내에 안내 구멍(134a)이 형성되어 있고 전방에 2개의 멈춤 부재(134b)가 형성되어 있다. 이 안내 구멍(134a)을 통해 플런저(135)가 이동하며, 멈춤 부재(134b)는 플런저(135)에 끌려오는 트리거(136)의 전면 플랜지(136a)와 맞닿아 트리거(136)의 이동을 멈추는 역할을 한다. 플런저(135)는 헤드(135a)와 직경이 좁아진 목(135b)을 구비하고 있다. 트리거(136)에는 전면 플랜지(136a)의 일부와 트리거(136) 기부의 일부에 넓은 개구부(136b)가 형성되고 이 넓은 개구부(136b)에 이어져 좁은 개구부(136c)가 형성되어 있다. 따라서, 플런저(135)의 헤드(135a)를 이 넓은 개구부(136b)를 통해 전면 플랜지(136a)를 지나 이동시킨 후 상측으로 이동시키면, 목(135b)이 좁은 개구부(136c)에 끼이게 됨으로써 플런저(135)와 트리거(136)가 함께 이동할 수 있게 된다. 또한, 트리거(136)에는 후방 플랜지(136d)가 형성되어 있으며 이 후방 플랜지(136d)에 의해 트리거(136)는 아마추어(140)와 함께 이동할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 차단기(100)의 개념을 나타내는 블록도이며, 도 8은 차단기(100)의 회로 기판(107)의 회로도이다.

도 7에서, 도면 부호 500은 규정된 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 감지하는 과부하 검출부를 의미하고, 도면 부호 600은 검출부(500)에서 검출 신호를 발생시킴에 따라 트립을 지시하는 트립 제어부를 의미하며, 도면 부호 700은 트립 제어부(600)의 지시에 따라 트립 동작을 수행하는 트립부를 의미한다. 과부하 검출부(500)는 전술한 바이메탈(120), 캘리브레이션 플레이트(130) 및 관련 전기 소자들을 포함하고, 트립 제어부(600)는 전술한 반도체 제어 정류기(132)와 관련된 전기 소자들을 포함한다. 한편, 트립부(700)는 실제로 트립 동작을 수행하는 전술한 구성 요소들, 즉, 솔레노이드(133), 안내 부재(134), 플런저(135), 트리거(136), 아마추어(140), 래치 기구(115), 회전 기구(110) 및 이동 부재(112)를 포함하는 개념이다.

도 8에서, SW1은 검출부(500)의 바이메탈(120), 캘리브레이션 플레이트(130) 및 다이오드(D19)로 이루어진 요소들의 조합을 의미하며, SW2는 트립부(700)의 구성 요소들 중 솔레노이드(S 또는 133)를 제외한 요소들의 조합을 의미한다.

이하, 도 7과 도 8을 연계하여 트립 동작을 기술한다.

정격 전류인 경우, 전류는 SW2와, SW1의 바이메탈을 거쳐 2개의 전력 단자(HOT) 사이를 흐르게 된다. 하지만, 정격 전류를 초과하는 과전류인 경우, 바이메탈의 만곡에 의해 일부 전류는 SW1에서 다이오드(D19) 등의 소자를 경유해 트립 제어부(600)의 SCR로 흐름으로써 SCR에 신호 전압을 인가한다. 그 결과, SCR은 전류가 솔레노이드(S)로부터 접지 단자(NEU)로 흐르게 하며, 그에 따라 솔레노이드(S)가 자화되어 SW2를 트립시킴으로써, 2개의 전력 단자(HOT) 사이의 전류를 차단하게 된다.

도 8에서, 다이오드(D19)는 SCR로부터 SW1 측으로의 반파를 정류하기 위한 것이고, 저항(R13)과 커패시터(C9)는 SCR의 오동작을 방지하기 위한 것이며, SCR 우측의 4개의 다이오드(D3-D6)는 전류의 흐름을 정류하기 위해 설치되었다.

한편, 검출부(500)에서 과부하를 검출하면 그 신호는 D19, R36 및 R35를 거쳐 발광 다이오드(LED)에도 전해져 발광 다이오드를 점등시키고 그에 따라 사용자는 과전류에 의해 차단기(100)가 시연 차단에 의한 트립 동작을 수행하였음을 확인할 수 있다.

도 9는 도 1의 A 부분의 분해 사시도이다.

볼트(151)는 전력 단자(150)에 형성된 나사 홈(150a)에 나사 결합되어 개구부(150b)에 삽입된 접점(106)의 홈(106a)을 압박해 고정시킴으로써, 단자(150)에 연결된 외부 전원이 안정적으로 접점(106)과 와이어(105b)를 통해 차단기 내부 회로와 연결되게 한다. 이 볼트(151)는 통상 금속제이지만, 바람직하게는 절연성 중합체로 제조될 수 있다. 이 경우, 볼트(151) 제조에 사용되는 절연성 중합체로는 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 폴리메틸메타폴리레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스-3-아세테이트 아세틸부틸셀룰로오스, 폴리-4-메틸펜텐, 폴리트리플루오로에틸렌, 폴리테트라풀루오로에틸렌, 테트라풀루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로오로에틸렌, 테트라클로오로에틸렌헥사플루오로프로필렌, 나일론6, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌테레프타레이트, 폴리올레핀 등과, 그 배합물 및 이들 수지로 제조된 복합 재료가 사용될 수 있다. 이러한 절연성 중합체는 200 내지 400℃의 녹는점과 100 내지 200의 로크웰(Rockwell) 경도를 가지면 바람직하다.

도 10a는 본 발명에 따른 소호부(消弧部)를 나타내는 평면도로, 도 1의 차단기(100)에 중간 플레이트(108)를 부착한 상태를 나타내고, 도 10b는 이 소호부에 사용되는 그리드(grid)의 사시도이다.

도면에서 점선은 접점(112, 156)이 분리될 때 발생하는 아크(arc)를 나타내고, 화살표는 아크의 이동을 나타낸다. 발생된 아크는 먼저 금속제 그리드(160)에 의해 대부분 흡수되고, 나머지 아크는 하우징(101)과 중간 플레이트(108) 사이에 형성된 아크 홈(161)을 따라 이동하여 일부는 감쇠 공간(162)에서 감쇠 소멸되고 미량만이 방출구(163)를 통해 차단기(100) 외부로 배출된다. 이 경우, 극히 미량의 아크만이 방출되므로 화재를 야기할 위험은 거의 없다.

그리드(160)는 두께가 대략 1 내지 3mm인 얇은 플레이트 구조를 가지며, 이동 부재(112)가 이동할 수 있는 공간을 제공하는 U자 형상의 오목부(160a)와, 아크의 흡수 면적을 크게 하기 위한 슬릿(160b)이 형성되어 있다. 또한, 아크를 양호하게 흡수하면서도 아크에 의한 용착이 발생하지 않도록 그리드 사이의 거리는 2 내지 4mm로 하는 것이 바람직하다.

도 11a는 본 발명에 따른 바이메탈-마그넷 조합체의 배면도이고, 도 11b와 도 11c는 도 11a의 I-I 선을 따라 취한 단면도이며, 도 12는 종래 기술에 따른 바이메탈-마그넷 조합체의 단면도를 나타낸다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 마그넷(121)은 아마추어(140)의 아래쪽에서 바이메탈(120)의 둘레에 설치되어 있다. 마그넷(121)은 전기 회로 상에서의 상간 단락에 의해 순간적인 고전류가 발생하는 경우 그 즉시 자화되어 위쪽의 아마추어(140)를 끌어당김으로써 전술한 바와 같이 래치 기구(115) 및 이동 부재(112) 등이 협동하여 트립 동작을 수행하고 그에 따라 전기 회로를 차단하게 한다. 이렇게 하면 급작스런 고전류가 발생하여도 차단에 시간을 요하는 시연 차단 과정을 거치지 않는 순시 차단 과정이 실행된다.

이와 같은 마그넷(121)은 마치 안장 형태로 바이메탈(120) 둘레에 얹혀진다. 도 12를 참조하면, 종래에는 마그넷(221) 상판을 천공하고 이 구멍에 리벳 작업을 통해 리벳(222)을 개재시킴으로써, 마그넷(221)을 바이메탈(220)의 둘레에 부착시켰다.

본 발명에서는 도 11b에 도시한 바와 같이, 프레스 또는 펀치 작업을 통해 마그넷(121)의 상판을 외측으로부터 내측으로 압입시켜 돌출부(121a)를 형성하고 스폿 작업에 의해 이 돌출부(121a)와 바이메탈(120)을 고정시킴으로써 마그넷(121)을 바이메탈(120) 둘레에 고정시켰다. 한편, 펀치 작업 대신, 도 11c에 도시된 바와 같이, 스폿 용접 작업을 통해 상판 하측에 돌출부(121a)를 형성하고 이 돌출부(121a)에 의해 마그넷(121)을 바이메탈(120)의 상면에 지지시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따라, 바이메탈과 아마추어가 분리되어 제공되므로, 순시 차단 동작에 있어서 전자기적인 검출, 트립 제어 및 트립 동작이 실행된다.

그에 따라, 바이메탈과 아마추어의 결합 작업이 용이해 짐으로써 차단기 제작에 있어서 작업성이 증대되며, 전자기적인 차단 방식을 실행하게 됨으로써 과전류의 발생시 정밀하고도 신속한 차단이 가능해진다. 아울러 신속한 차단이 이루어지기 때문에 시연 차단에 걸리는 시간이 감소되어 차단시까지 배선의 피복이 열화되는 현상이 방지된다.

Claims

전자기적으로 작동하는 트립 수단;

바이메탈의 만곡에 의해 회로에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 검출하고 검출 신호는 발하는 검출 수단; 그리고

상기 검출 수단에 의해 과전류가 검출되면 상기 트립 수단에 전기 신호를 보내는 트립 제어 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 트립 수단은

고정 접점;

상기 고정 접점에 맞닿은 이동 접점이 설치된 회전 수단;

상기 회전 수단을 회전시키기 위해 상기 회전 수단에 맞물린 래치;

상기 래치를 구속하는 아마추어;

상기 트립 제어 수단으로부터의 전기 신호에 의해 작동하는 솔레노이드; 그리고

상기 아마추어와 맞물려 있으며 상기 솔레노이드의 작동에 의해 상기 아마추어를 당겨 상기 래치를 해제시키는 트리거 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제2항에 있어서,

상기 아마추어와 상기 바이메탈은 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 차단기.
제3항에 있어서,

상기 트리거 수단에 의해 당겨진 상기 아마추어를 원위치로 복귀시키는 복귀 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제4항에 있어서,

상기 복귀 수단은

상기 아마추어의 단부로부터 돌출되어 형성된 플랜지;

상기 플랜지의 일면을 압박하는 코일 스프링;

상기 플랜지의 타면 및 상기 코일 스프링의 상기 플랜지에 접하지 않은 단부측에서 상기 플랜지 및 상기 코일 스프링을 지지하는 한 쌍의 지지 부재

를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제2항에 있어서,

상기 트리거 수단은

상기 아마추어와 맞물린 트리거;

상기 솔레노이드에 의해 견인되어 상기 트리거를 이동시키는 플런저; 그리고

상기 플런저를 안내하도록 관통공이 형성된 안내 부재

를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 검출 수단은

상기 바이메탈이 만곡되면 접촉되어 상기 바이메탈로부터 전달된 전기 신호를 상기 트립 제어 수단에 전달하는 캘리브레이션 플레이트; 그리고

상기 트립 제어 수단으로부터 상기 캘리브레이션 플레이트로의 반파를 정류하기 위한 반파 정류 소자

를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 트립 제어 수단은 반도체 제어 정류기를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제8항에 있어서,

상기 트립 제어 수단은 상기 반도체 제어 정류기의 오동작을 방지하기 위한 저항 및 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 트립 제어 수단으로부터 상기 검출 수단으로의 반파를 정류하기 위한 반파 정류 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 검출 수단에 의해 발생된 검출 신호에 의해 발광하는 발광 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

상기 바이메탈 둘레에 제공된 마그넷을 더 포함하며,

상기 마그넷은 펀치 작업에 의해 상기 마그넷의 중간에서 내측으로 돌출되고 스폿 작업에 의해 상기 바이메탈에 고정되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제1항에 있어서,

전원 단자 및 접지 단자를 더 포함하며,

상기 단자 중의 하나 이상이 상기 단자에 외부 전선을 결합시키는 절연성 중합체로 이루어진 볼트를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제13항에 있어서,

상기 절연성 중합체는 200 내지 400℃의 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 차단기.
제13항에 있어서,

상기 절연성 중합체는 100 내지 200의 로크웰 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 차단기.
고정 접점이 설치된 전원 단자;

상기 고정 접점과 맞닿는 이동 접점이 설치된 회전 수단을 구비하며 전자기적으로 작동하는 트립 수단;

바이메탈의 만곡에 의해 회로에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 검출하고 검출 신호는 발하는 검출 수단; 그리고

상기 검출 수단에 의해 과전류가 검출되면 상기 트립 수단에 전기 신호를 보내는 트립 제어 수단

을 포함하며,

상기 접점은 리벳 작업 및 스폿 용접 중의 어느 하나에 의해 설치되는 것을 특징으로 하는 차단기.
제16항에 있어서,

상기 접점은 은, 텅스텐, 은-텅스텐 합금, 그리고 은-카드뮴 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 차단기.
고정 접점이 설치된 전원 단자;

상기 고정 접점과 맞닿는 이동 접점이 설치된 회전 수단을 구비하며 전자기적으로 작동하는 트립 수단;

바이메탈의 만곡에 의해 회로에 정격 전류를 초과하는 과전류가 흐르는 것을 검출하고 검출 신호는 발하는 검출 수단;

상기 검출 수단에 의해 과전류가 검출되면 상기 트립 수단에 전기 신호를 보내는 트립 제어 수단; 그리고

상기 접점의 단락에 의해 발생하는 아크를 소호하는 아크 소호 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기.
제18항에 있어서,

상기 아크 소호 수단은

상기 고정 접점과 맞물린 위치의 상기 이동 접점 주위에 설치되어 발생된 아크를 흡수하는 복수 개의 금속제 그리드;

상기 금속제 그리드가 흡수하고 남은 아크를 감쇠 소멸시키기 위한 소멸 공간; 그리고

흡수 또는 소멸되지 않고 남은 미량의 아크를 차단기 외부로 방출하는 아크 방출구

를 구비하는 것을 특징으로 하는 차단기.