KR20030005406A - 회로 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도체에 고정 접점이 고착된 고정 접촉자와, 상기 고정 접점과 접촉ㆍ분리하는 가동 접점이 고착된 가동 접촉자와, 이 가동 접촉자를 회전시키는 개폐 기구부와, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉ㆍ분리할 때에 발생하는 아크를 소호하는 소호 장치와, 이들을 수납하는 하우징을 구비한 회로 차단기에 있어서, 상기 소호 장치에는, 상기 고정 접촉자의 전체면을 피복하도록 소호 부재가 설치되며, 또한 상기 소호 부재가 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체를 포함하는 회로 차단기에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 우수한 난연성을 확보하는 동시에, 과부하 차단이나 단락 차단 등 차단 성능이 우수한 소형회된 회로 차단기가 제공된다.

Description

회로 차단기{CIRCUIT BREAKER}

도 1 및 도 2는 회로 차단기의 단면도이고, 도 1은 회로 차단기의 온(on) 상태이며, 도 2는 회로 차단기의 오프(off) 상태를 나타낸다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 각각 회로 차단기의 소호(消弧;arc-extingushing) 장치의 소호 부재의 확대도를 나타내는 측면도(a) 및 평면도(b)이다. 도면에 있어서, 참조부호(1)는 구리 등의 도체로 구성되는 가동 접촉자, 참조부호(2)는 가동 접촉자(1)의 일단부에 고착된 가동 접점, 참조부호(3)는 가동 접점(2)과 접촉ㆍ분리하는 고정 접점, 참보부호(4)는 고정 접점(3)이 고착된 구리 등의 몸체로 구성되는 고정 접촉자, 참조부호(5)는 고정 접촉자(4)의 타단부에 구성된 전원측의 단자부이며, 외부 전원으로부터 배선이 접속된다. 참조부호(6)는 소호 장치로서, 서로 공극을 거쳐 적층 배열되고, 가동 접점(2)과 고정 접점(3) 사이에 발생된 아크를 냉각, 소호하는 자성체의 금속으로 구성되는 복수의 소호판(그리드)(6a)과, 그리드(6a)를 양측에 유지하는 소호측판(6b)과, 도 3에 도시한 소호 부재(6c)로 구성되며, 소호 부재(6c) 및소호측판(6b)은 절연 재료로 구성된다. 소호 부재(6c)는 가동 접점(2) 및 고정 접점(3)의 사이에 설치되어 있고, 고정 접점(3)을 노출한 상태로 아크에 노출되는 고정 접촉자(4)의 전면을 피복하도록 설치되어 있다. 참조부호(7)는 가동 접촉자(1)를 회전하여, 개폐 구동하는 개폐 기구부, 참조부호(8)는 이 개폐 기구부(7)를 수동으로 조작하기 위한 핸들, 참조부호(9)는 트립 장치, 참조부호(10)는 부하측 단자부이다. 참조부호(11)는 커버, 참조부호(12)는 베이스이고, 상기 부품을 수납ㆍ고정하여, 하우징(16)의 일부를 구성하고 있다. 참조부호(13)는 단자부(5)를 하우징(16) 내부와 격리하는 엔드 플레이트(end plate)이고, 아크에 의한 고온 가스를 배출하는 배기구(13a)를 가지며, 베이스(12)에 설치된 가이드 홈(12a)에 삽입 장착되어 있다. 참조부호(14)는 아크를 단자부(5)의 방향으로 주행시키는 아크 런너이다.

다음의 상기 회로 차단기의 동작에 대하여 설명한다.

도 1에 있어서, 핸들(8)을 조작하면, 개폐 기구부(7)가 동작하여 가동 접촉자(1)가 회전하고, 가동 접점(2)과 고정 접점(3)이 접촉ㆍ분리한다. 단자부(5)를 전원에, 단자부(10)를 부하에 접속하고, 접점을 접촉시킴으로써 전력이 전원으로부터 부하에 공급된다. 이 상태에서, 통전의 신뢰성을 확보하기 위해 가동 접점(2)은 고정 접점(3)에 규정된 접촉 압력으로 가압되고 있다. 여기서, 부하측에 과전류가 흐르면, 과전류를 트립 장치(9)로 검출하고, 개폐 기구부(7)가 동작하여 도 2에 도시하는 바와 같이 양 접점(2, 3) 사이에 아크(15)가 발생한다.

한편, 단락 사고 등이 일어나 회로에 큰 과전류가 흐르면, 양 접점(2, 3) 사이의 접촉면에서의 전자 반발력이 강해지고, 상기 가동 접점(2)에 가해지는 접촉압보다 우세하기 때문에, 가동 접촉자(1)는 트립 장치(9) 및 개폐 기구부(7)의 동작을 기다리지 않고 회전하여, 접점(2, 3)의 분리가 일어난다. 아크 전압은 고정 접점(3)으로부터 가동 접점(2)까지의 분리 거리가 증대함에 따라 상승하고, 또한 동시에 아크(15)가 소호 장치(6)의 방향으로 자기력에 의해 끌어 당겨져 신장하기 때문에, 더욱 상승한다. 이렇게 하여, 아크 전류는 전류 영점에 도달하여 아크(15)를 소호하여, 차단이 완료한다.

즉, 소호 장치(6)의 소호판(6a)은 아크(15)의 열을 흡수하여, 냉각하는 동시에 아크(15)를 굴곡시켜 가동 접점(2)과 고정 접점(3)의 접점간 거리를 분리하도록 작용한다. 또한, 소호 부재(6c)는 가동 접점(2)으로부터 고정 접촉자(4)로의 아크의 기점 이동(아크 터치)을 방지하는 동시에, 고온의 아크(15)에 노출됨으로써 열 분해 가스를 발생하여, 이 열 분해 가스는 아크(15)를 냉각ㆍ소호하는 소호 가스로서 작용하고 있다.

최근, 배전반 사이즈의 축소화에 수반하여 회로 차단기 자체가 소형화되는 경향이 있고, 또한 회로 차단기에 사용되는 플라스틱 재료에 대하여 요구되는 난연성(flame retardancy)의 레벨이 향상되는 경향이 있다.

구체적으로는, 제품 확대 판매의 글로벌화에 의해, 유럽의 IEC60947규격이나 미국의 UL746 규격에 적합한 제품이 요구되고 있다. 양 규격 중에는, 국내에서는 UL-HB의 비교적 낮은 난연 요구의 소호 부재 등의 통전부를 유지하는 재료의 난연성에 관하여, IEC60947 규격은 글로우-와이어 착화(glow-wire　ignition;GWI)가960℃ 이상이며 또한 열선 착화(hot-wire ignition;HWI)가 UL94-V0에서 HWI 지수 4 또는 UL94-V2에서 HWI 지수 2 이상을 규정하고, 한편 UL746 규격은 UL94에서 V0 이상으로 각각의 규격에서 최상급 레벨의 난연성이 요구되고 있다.

이 대응책으로서, 난연성 수지의 소호 부재로의 적용이 고료되고, 그 대표격으로서 소량의 충전량으로 효과를 발휘하는 브롬 등의 할로겐 화합물을 충전한 할로겐 난연 수지를 들 수 있다.

그러나, 할로겐 난연 수지는 아크에 노출되어 발생하는 열 분해 가스 중에 금속에 활성인 성분을 함유하기 때문인지, 금속 부식이 현저히 전극 접점 불량의 원인으로 되어 반복 차단 후의 통전이 불가능해진다. 특히 할로겐 화합물계에서는 아크의 고온(7000℃ 내지 20000℃)에 의해 플라즈마화된 분해 가스에 할로겐 이온이 존재하기 때문인지, 소모성이 열세하고 차단 성능이 악화하여 차단이 불가능하게 되거나, 혹은 차단을 확실하게 하기 위해서는 전극 사이의 거리를 크게 하는 것이 필요하게 되어 개폐 차단기의 소형화가 곤란해지는 등의 문제가 있었다.

또한, 비할로겐 난연 수지는 최근 개발이 성행하고 있고, 인 화합물계, 규소 수지계 혹은 수산화 알루미늄 등 무기계 난연제를 충전한 난연성 수지나, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 등 수지 자체로 난연성을 갖는 방향족계 수지가 알려져 있다.

인 화합물계 난연제는 일반적으로 사용하기 어려울 뿐만 아니라, 특히 적색인을 사용한 계에서는 할로겐계보다도 금속 부식이 현저하고, 전극 접점 불량에 의한 반복 차단 후에 통전 불능으로 된다.

또한, 규소 수지계 난연제나 무기계 난연제를 충전한 난연 수지는, 열 분해 가스의 플라즈마장(plasma field)에서 생성되는 금속 산화물이나 산화 규소인 어떤 절연성 세라믹스가 전극 접점상으로 증착ㆍ퇴적됨으로써 전극 표면을 오염하는 접점 불량을 유인하여, 반복 차단 후의 통전이 불능하게 된다. 흔히, 무기계 난연제는 난연성을 발휘시키기 위해서 고충전화가 필수적이지만, 내열성의 고융열 가소성 수지로의 혼련(kneading)에는 범용 무기 난연제(수산화 알루미늄이나 수산화 마그네슘)의 열 분해 온도가 지나치게 낮아서 고충전화가 어렵고 난연성을 만족할 수 없거나, 혹은 저융점 열 가소성 수지로의 고충전화를 달성하여 난연성을 만족시켜도, 소호 부재의 기계 강도는 저하한다.

한편, 폴리페닐렌 설파이드 등 수지 자체로 난연성을 발휘하는 방향족 수지는, 폴리머 분자중의 탄소 함유율이 높기 때문에, 차단 성능을 악화하는 경향이 있어, 차단 성능을 확보하기 위해서는 아크와 고정 접촉자의 거리의 확대가 필요하고 회로 차단기의 소형화의 장해가 되는 등의 문제가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 성립된 것으로, 난연화에 의한 전극 접점의 부식이나 오염에 의한 통전 불량, 혹은 기계 강도 저하나 절연 악화를 억제함으로써 난연성과 차단 성능이 우수한, 소형화가 가능한 회로 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약

본 발명은, 도체에 고정 접점이 고착된 고정 접촉자와, 상기 고정 접점과 접촉ㆍ분리하는 가동 접점이 고착된 가동 접촉자와, 이 가동 접촉자를 회전시키는 개폐 기구부와, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉ㆍ분리할 때에 발생하는 아크를 소호하는 소호 장치와, 이들을 수납하는 하우징을 구비한 회로 차단기에 있어서, 상기 소호 장치에는, 상기 고정 접촉자의 전체면을 피복하도록 소호 부재가 설치되고, 또한 상기 소호 부재가 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 소호용 절연 재료 성형체에 난연제로서 트리아진계 유기 화합물이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지가 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지인 폴리아미드가 비방향족계 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

비할로겐 난연성 수지가 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 10중량% 이하의 유기 섬유 및 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 15중량% 이하의 세라믹 휘스커(whisker)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충전재를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 소호 부재가 아크에 노출되는 피아크층과, 상기 피아크층을 지지하는 백업층과의 적층체로 구성되고, 상기 피아크층이 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체로 구성되며, 또한 상기 백업층이 유리 섬유, 무기 광물 및 세라믹 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 난연성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은, 백업층의 일부가 피아크층을 복수 개소 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 회로 차단기를 제공하는 것이다.

본 발명은 회로 차단기에 관한 것이다.

도 1은 회로 차단기의 온 상태를 나타내는 단면도,

도 2는 회로 차단기의 오프 상태를 나타내는 부분 단면도,

도 3a는 소호 부재의 측면도,

도 3b는 소호 부재의 평면도,

도 4는 소호 부재의 사시도,

도 5a는 소호 부재의 2층 구조의 일례를 나타내는 사시도,

도 5b는 소호 부재의 2층 구조의 그 밖의 예의 사시도.

이하, 본 발명의 회로 차단기에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 회로 차단기는, 이미 설명한 도 1 내지 도 3의 주요 부품의 구성에 있어서 접점(2, 3) 사이에 발생하는 아크에 노출되는 소호 장치(6)중 가장 아크에 근접한 소호 부재(6c)의 부분에 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

소호용 절연 재료 성형체는, 난연제로서 트리아진(triazine)계 유기 화합물이 포함되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 트리아진계 유기 화합물로는, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1978-31759 호에 기재되어 있는 화합물을 들 수 있고, 특히 아크에 노출되어 발생하는 열 분해 가스 중에 금속 부식이나 금속 산화물을 포함하지 않는 것이 바람직하며, 구체적으로는 예컨대 멜라민(melamine), 아멜라이드(ammelide), 아멜린(ammeline), 포르모구아나민(formoguanamine), 구아닐멜라민(guanylmelamine), 시아노멜라민(cyanomeline), 아릴구아나민(arylguanamine), 멜람(melam), 멜렘(melem), 멜론(mellon) 등 멜라민 유도체, 멜라민 화합물 혹은 멜라민 축합물을 포함하는 멜라민류; 트리메틸시아누레이트(trimethyl cyanurate), 트리에틸시아누레이트(triethyl cyanurate), 트리(n-프로필)시아누레이트, 메틸시아누레이트, 디에틸시아누레이트 등 시아눌산 화합물류, 트리메틸이소시아누레이트, 트리에틸이소시아누레이트, 트리(n-프로필)이소시아누레이트, 메틸이소시아누레이트, 디메틸이소시아누레이트 등 이소시아눌산 화합물류 등을 들 수 있다.

이들의 트리아진계 유기 화합물은, 하기에 설명하는 매트릭스 수지에 대하여 5중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 10중량% 내지 15중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지는, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 95-302535 호 등에 기재된 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체, 폴리아세탈, 폴리아세탈 공중합체, 폴리아미드, 폴리아미드 공중합체 등을 들 수 있고, 아크에 노출되어 발생하는 열 분해 가스 중에 금속 부식이나 전극 접점 오염 혹은 유리 탄소 등 전도 불량이나 소호성을 악화하는 조성의 함유량이 적은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 기계 특성이나 트리아진계 유기 화합물과의 상용성이 우수한 나일론 12, 나일론 11, 나일론 610, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 6T, 나일론 9T 등의 폴리아미드가 좋고, 또한 탄소 함유량이 적은 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46 등 비방향족 폴리아미드가 아크 피폭에 의한 소호용 절연 재료 성형체의 표면 탄화층의 형성이 적어 바람직하다.

또한, 비할로겐 난연성 수지가 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 10중량% 이하의 유기 섬유, 및 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 15중량% 이하의 세라믹 휘스커(whisker)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충진재를 함유하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 유기 섬유로는, 예컨대 초고분자 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 아라미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 (polyparaphenylenebenzobisoxazole) 섬유, 페놀 섬유 등 연소시에 소실되는 것으로서, 바람직하게는 매트릭스 수지와의 혼련성, 성형 온도 이상의 융점, 분해 온도, 기계적 특성을 고려하면, 아라미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유 등이 좋다.

본 발명에서 사용하는 세라믹 휘스커로는, 알루미나, 산화아연, 수산화 마그네슘, 질화규소, 탄화규소, 티타늄산 칼륨, 붕산 알루미늄 등 금속 산화물류나 수산화물류, 질화물류, 탄화물류 혹은 붕산 화합물류 등 직경이 수㎛ 이하인 바늘 형상 결정의 휘스커를 들 수 있지만, 바람직하게는 성형물의 절연 저항을 손상시키지않고, 아크에 의해 이온화되기 어려우며, 또한 입수성의 관점에서 수산화 마그네슘 휘스커나 붕산 알루미늄이 좋다.

또한, 일반적으로 트리아진계 유기 화합물을 포함하는 난연성 수지는, 무기계 화합물이나 유리 섬유 등 충전제의 첨가에 의해, 트리아진 유기 화합물의 연소시에 난연성 부여 효과를 발휘하는 차(char) 형성층을 유리 등의 연소 잔류물(residue)이 파손되는, 즉 성형체 표면에 잔류하는 연소 잔류물의 캔들 효과(candle effect)에 의해 난연성이 악화된다는 것이 알려져 있지만, 본 발명에서는 연소와 함께 소실 혹은 사라지는 성형체 표면의 연소 잔류물이 적은, 유기 섬유나 세라믹 휘스커를 사용했다.

본 발명에서 사용하는 소호용 절연 재료 성형체는, 난연제 함유 수지 펠릿 혹은 난연제 분말체와 니트 수지 펠릿을 동시에 압출기의 호퍼로 도입하고, 그 후 유기 섬유 또는 세라믹 휘스커를 수지의 용융 대역중으로 압출기의 사이드 피더로부터 소정량을 첨가하며, 펠릿 형상의 비할로겐 난연성 수지를 제작하여, 이것을 공지된 사출 성형법에 의해 성형하여 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 소호 부재는 아크에 노출되는 피아크층과, 이 피아크층을 지지하는 백업층과의 적층체로 구성되어 있을 수도 있다.

예컨대 도 4에 도시되는 바와 같은 소호용 절연 재료 성형체(6a)를 소호 부재에 사용하는 경우, 예컨대 도 5a에 도시한 바와 같이, 피아크층(6a-1)이 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체로 구성되고, 백업층(6a-2)이 유리 섬유, 무기 광물 및 세라믹 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 난연성 수지로 구성될 수 있다. 또한, 도 5b에 도시하는 바와 같이 백업층 수지(6a-2)의 일부가, 피아크층(6a-1)을 복수 개소, 예컨대 빗살 형상으로 관통하도록 하여, 피아크층(6a-1)과 백업층(6a-2)의 접합력을 견고하게 하는 것이 바람직한 형태이다.

백업층(6a-2)에 포함되는 난연성 수지를 보강하는 충전제는 범용의 유리 섬유, 무기 광물 및/또는 세라믹 섬유이며, 성형물의 절연 저항을 손상시키지 않는 한 특별히 한정되는 것이 아니다. 충전제의 배합량은, 하기에 설명하는 매트릭스 수지에 대하여 5중량% 내지 50중량%, 바람직하게는 15중량% 내지 30중량%가 좋다. 또한 필요에 따라 할로겐계 난연제도 적정량 사용할 수 있다. 또한, 백업층(6a-2)은 아크에 대하여 피아크층(6a-1)의 배면 혹은 에너지가 큰 아크 중심으로부터 분리하여 설치되기 때문에, 돌아나오는 비교적 약한 아크풍(arc wind)에 노출될 뿐이므로 아크에 의한 열분해나 탄화층의 형성도 비교적 적다. 이 때문에, 난연제는 글로우 와이어 960℃, UL94에서 V0 이상인 난연성을 발휘하는 것이면, 백업층의 기계 강도를 손상시키지 않는 한 특별히 한정되는 것이 아니다.

다음으로, 백업층(6a-2)에 사용하는 매트릭스 수지로는 폴리올레핀, 폴리아세탈, 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 방향족 폴리에스테르, 방향족 폴리에테르, 방향족 폴리술폰 등이나, 그것들의 공중합체의 열가소성 수지, 혹은 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아(urea) 수지, 알릴(allyl) 수지 등 열경화성 수지를 들 수 있지만, 바람직하게는 성형성의 관점에서 열가소성 수지가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 내열성, 내충격성이 우수하며, 또한 피아크층(6a-1)의 수지와의 상용성이 양호한 방향족 폴리아미드가 바람직하다.

도 5에 도시되는 바와 같은 형태에 있어서, 피아크층(6a-1)과 백업층(6a-2)으로 구성되는 소호용 절연 재료 성형체의 제작은, 공지된 사출 성형에 의한 2색 성형에 의해 일체화 성형할 수 있다. 또한, 이 제조법에 한정되는 것이 아니라 피아크층(6a-1)과 백업층(6a-2) 각각을 성형한 후에 양자를 접착제 등으로 접합할 수도 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예로 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 이하의 실시예에서 %는 특별히 언급하지 않는 한 중량%을 나타낸다.

제 1 실시예

제 1 실시예의 비할로겐 난연성 수지는 매트릭스 수지 나일론 66에, 매트릭스 수지에 대하여 난연제로서 시아노멜라민을 10% 충전한 것이다. 구체적으로는, 도요보(東洋紡)제의 T-662 수지 펠릿에 DSM제의 melapur MC의 소정량을 미리 건식 혼합한 후 2축 압출기로 혼련하여 제작했다. 난연성은 사출 성형한 두께 1.6㎜의 평판을 각각 그것의 시험편 형상으로 잘라 평가했다. 또한, 차단 성능은 실제 기기 모의 시험용으로서 도 4의 형상으로 두께 1.6㎜으로 한 소호용 절연 재료 성형체를 사출 성형법에 의해 제작하여 평가했다.

난연성 시험은 UL94, UL746 : HWI(열선 착화성 시험), IEC707 : GWI(글로우와이어 시험) 각각의 규정에 근거하여, 각각의 전용 시험기, UL94 연소성 시험기〔스가 시험기(주)의 제품, HWI 착화성 시험기〔스가 시험기(주)의 제품], GWI 연소성 시험기〔스가 시험기(주)의 제품]를 사용하여 평가했다.

차단 성능 시험은 실제 기기를 모의한 회로 차단기를 시험 제작하여 하기에 개시하는 과부하 시험 및 단락 시험을 실행하였다.

과부하 시험 : 상기 구성의 소호 장치를 포함하는 회로 차단기에 온 상태로 정격 전류의 6배의 전류(예컨대 100A용 회로 차단기의 경우 600A)를 통전하고, 가동 접점(2)과 고정 접점(3)을 25mm의 접점 분리 거리(L)〔가동 접점(2)과 고정 접점(3)의 거리〕만큼 분리시켜, 아크 전류의 차단을 규정 회수(12회) 성공할 경우를 합격으로 하는 시험이다.

단락 시험 : 온 상태에 있어서, 전압 230V 내지 690V에서 50KA의 과잉 전류를 흘려 가동 접촉자를 분리시키고, 아크 전류를 발생하여, 이 아크 전류의 차단을 규정 회수(3회) 성공하고, 파손(구체적으로는 하우징의 결손)이 없는 경우를 합격으로 하는 시험이다.

시험 조건으로서는, 100AF 내지 250AF 클래스의 회로 차단기를 상정하고, 과부하 시험 1은 3상 720V/600A, 과부하 시험 2는 3상 720V/1050A, 과부하 시험 3은 3상 720V/1500A에서 평가했다. 또한, 단락 시험 1은 3상 500V/30KA, 단락 시험 2은 500V/50KA, 단락 시험 3은 440V/65KA로 평가했다.

이 수지 조성과 난연성 및 차단 성능 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 과부하 시험은 성공 차단 회수를 단락 시험은 성공 차단 회수와 파손의 유무를 나타내었다.

이 결과, 난연성은 UL94가 V0, HWI 지수가 4, GWI 960℃로 모두 합격이다. 또한, 차단 성능은 과부하 시험 1, 2, 3 모두 규정 차단 회수 12회를 상공하여, 단락 시험 1, 2도 규정 차단 회수의 3회를 성공하지만, 단락 시험 3에서는 성공 차단 회수가 2회이며, 게다가 하우징의 일부에 균열이 발생했다. 이 단락 시험 3에서는 아크 에너지가 크고, 아크 풍압에 의해 떨어진 소호 부재 일부가 아크장에 말려듦으로써 열 분해 가스의 발생량이 증대하여 하우징을 파괴하는 동시에, 3회째의 단락 시험에서는, 소호 부재가 두번째의 단락 차단으로 결손하여, 아크 전류를 소화할 뿐인 열 분해 가스를 발생시킬 수 없기 때문에 차단 불가능하게 된 것으로 사료되며, 이 제 1 실시예의 수지 조성으로 차단 조건이 엄격한 고정격인 회로 차단기에 적용하기 위해서는, 즉 단락 시험 3을 성공하기 위해서는, 아크의 중심으로 되는 고정 접점과 가동 접점의 법선과, 소호 부재의 피아크면의 갭 거리를 확대(소호 장치의 대형화)하거나, 혹은 아크 풍압에 의해 결손하지 않도록 소호 부재의 보강이 필요하다고 사료된다.

제 2 실시예 내지 제 5 실시예

제 2 실시예 내지 제 5 실시예는 매트릭스 수지의 나일론 종류를 변경한 것으로, 강화재나 난연제를 포함하지 않는 니트 수지를 사용했다. 매트릭스 수지 종류 외에는 모두 제 1 실시예와 같이 하여 수지 펠릿, 시험편 등을 제작하여, 난연성이나 차단 성능을 평가했다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

여기서 매트릭스 수지는 제 2 실시예가 나일론 6(도요보제:T-803), 제 3 실시예가 나일론 46(DJEP제: 스타닐 TS-300), 제 4 실시예에서 나일론 6T(도요보제: TY-502NZ), 제 5 실시예에서 나일론 9T[쿠라레제(Kuraray)제]를 각각 사용했다.

이 결과, 제 2 실시예 및 제 3 실시예는 모두 강화재가 충전되어 있지 않은 니트 수지를 위한 제 1 실시예와 마찬가지로 아크풍에 의해 미세 간극 부재의 일부가 결손되기 때문에 단락 시험 3에서 성공 차단 회수가 2회가 되지만, 다른 단락 시험 및 과부하 시험 모두 양호하다. 또한, 제 4 실시예 및 제 5 실시예는 수지 중의 성분에 방향족이 포함되기 때문에 반복 차단에 의해 미세 간극 부재 표면이 탄화하기 때문에, 과부하 시험 3의 성공 차단 회수가 11회에 조금 못 미치지만, 다른 과부하 시험이나 단락 시험 모두 양호하다.

제 6 실시예 내지 제 9 실시예

제 6 실시예 및 제 7 실시예는 강화제로서 절단 유리 섬유(chopped strands)의 아라미드 섬유[테이진(帝人)제:테크노라(technora)]를 매트릭스 수지에 대하여 각각 5%, 10% 충전한 것이며, 제 8 실시예 및 제 9 실시예는 붕산 알루미늄 휘스커[시코쿠 가세이 고교(四國化成):알루보렉스(Aluborex)]를 각각 10%, 15% 충전한 것이다. 이들 수지 펠릿은 제 1 실시예의 비할로겐 난연 수지를 매트릭스 수지로 하여, 각각 강화재의 소정량을 2축 압출기의 사이드 피더로부터 첨가, 혼련하여 제작한 외에는, 제 1 실시예와 완전히 동일한 조건으로 평가했다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

이 결과, 실시예 모두 난연 시험 및 차단 성능 시험을 통과하였다. 이것은, 강화재로서 첨가한 10% 이하의 아라미드 섬유나 15% 이하의 붕산 알루미늄 휘스커는 난연성의 악화에 영향을 미치지 않으며, 또한 소호 부재의 내충격성이 향상된 것으로 사료된다.

제 1 비교예 내지 2

제 1 비교예 및 제 2 비교예는 난연제로서, 할로겐계의 브롬화 폴리스틸렌(Br-PS)을 사용한 것으로, 제 1 비교예는 매트릭스 수지 나일론(66)(도요보제:T-662)에, 브롬화 폴리스틸렌〔도소(Tosoh Corp.)제/프레임컷(frame-cut) 210R〕을 25% 및 난연 보조제로서 삼산화 안티몬(Sb₂O₃) 1O%를 충전한 것으로, 제 2 비교예는 제 1 비교예에 유리 섬유를 30% 충전한 것이다.

이들 할로겐계의 브롬화 폴리스틸렌의 난연 효과는 양호하고, 유리 섬유를 충전한 제 2 비교예에서도 UL94 및 GWI가 합격이며, 또한 양 비교예 모두 HWI는 시아노멜라민의 지수 4 내지 3에 비해 지수 2로 매우 양호하다. 그러나, 차단 성능은 제 1 비교예에서 과부하 시험, 단락 시험 모두의 시험 조건에서도 성공할 수 있는 것이 없을 수록 불량하고, 또한 제 2 비교예에서는 단락 차단 성능은 단락 시험 3이, 과부하 차단 성능은 모든 시험 조건에서 요구 성공 차단 회수의 절반회수 이하로 통전 불능하게 된다. 이것은, 과부하 시험에서는 아크에 노출되어 발생하는 가스에 브롬이 포함되기 때문에 접점 금속을 부식시켜 전도 불능을 야기하며, 또한 단락 시험에서는 브롬 가스중에 브롬 이온이 존재하기 때문에 소호 시간이 길어져,소호 장치의 그리드를 소모시키는 등의 현상에 의해 차단 성능을 악화시킨 것으로 상정된다.

소호용 절연재료 수지 조성

난연성

과부하 차단 성능

단락 차단 성능

실시예번호

메트릭스 수지

난연제

강화재

UL94

HWI

GWI 960℃

과부하 시험 1 성공회수

과부하 시험 2 성공회수

과부하시험 3성공회수

단락시험 1 차단/파손

단락시험 2 차단/파손

단락시험 3 차단/파손

제1실시예

PA 66

시아노 멜라민 (10%)

없음

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

2/있음

제 2실시예

PA 6

시아노 멜라민 (10%)

없음

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

2/있음

제 3실시예

PA 46

시아노 멜라민 (10%)

없음

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

2/있음

제 4실시예

PA 6T

시아노멜라민 (10%)

없음

VO

4

합격

12

12

11

3/없음

3/없음

3/없음

제 5실시예

PA 9T

시아노 멜라민 (10%)

없음

VO

4

합격

12

12

11

3/없음

3/없음

3/없음

제 6실시예

PA 66

시아노멜라민 (10%)

아라미드섬유(5%)

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

3/없음

제 7실시예

PA 66

시아노 멜라민 (10%)

아라미드섬유(10%)

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

3/없음

제 8실시예

PA 66

시아노 멜라민 (10%)

붕소산 알루미늄 휘스커 (10%)

VO

4

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

3/없음

제 9실시예

PA 66

시아노 멜라민 (10%)

붕소산 알루미늄 휘스커 (15%)

VO

3

합격

12

12

12

3/없음

3/없음

3/없음

제 1비교예

PA 66

Br-PS/Sb2O3(25/10%)

없음

VO

2

합격

8

5

5

2/있음

2/있음

1/있음

제 2비교예

PA 66

Br-PS/Sb2O3(25/10%)

유리섬유(30%)

VO

2

합격

6

6

5

3/없음

3/없음

2/없음

제 10 실시예 내지 제 14 실시예

제 10 실시예 내지 제 14 실시예는, 도 5의 형태의 소호 부재를 시험한 예이다. 제 10 실시예 내지 제 13 실시예는 도 5a에 도시한 바와 같이, 피아크층(6a-1)으로서 제 1 실시예의 시아노멜라민을 첨가한 나일론 66을, 백업층(6a-2)은 표 2에 나타내는 무기 화합물이나 유리 섬유로 강화된 할로겐 난연성 수지를 적층 성형한 단순 2층 구조의 성형체이다. 여기서, 우선 0.8㎜ 두께의 피아크층을 사출 성형하고, 이어서 백업층을 전체 두께가 1.6㎜가 되도록 사출 성형하는 이색 성형법으로 소호 부재를 제작했다. 또한, 제 14 실시예는 도 5b에 도시한 바와 같이 백업층 수지(6a-2)의 일부가 피아크층(6a-1)의 표면에 관통하도록 부분 관통 이층 적층 구조로 하여, 피아크층과 백업층의 접합력을 견고하게 했다. 즉, 백업층의 일부가 비할로겐 난연성 수지로 구성되는 피아크층에 단면이 빗살 형상으로 관통 성형된 것이다.

각각의 제 10 실시예 내지 제 14 실시예에서 사용한 백업층 수지는, UL94는 V0이고, HWI, GWI 모두 규격을 만족하는 시판된 난연 수지이며, 제 1 실시예0은 유리 섬유 25%의 브롬 난연 PA66[듀폰(E.I. dupont de Nemours and Company)제:자이텔(Zytel) FR50]을, 제 11 실시예는 탈크 30% 충전 브롬 난연 PA66(듀폰제:자이텔 FR70M30)을, 제 12 실시예는 유리 섬유 20%의 브롬 난연 PA46[DJEP제:스타닐(Stanyl) TS250F40]을, 제 13 실시예는 유리 섬유 45%의 브롬 난연 PA46(DJEP제:스타닐 TS250F90)을, 제 14 실시예는 제 10 실시예와 같은 유리 섬유 25%의 브롬 난연 PA66(듀폰제:자이텔 FR50)을 사용한다.

표 2에 제 10 실시예 내지 제 14 실시예의 차단 성능의 평가 결과를 나타낸다. 이 결과, 피아크층은 단락 시험에 있어서의 아크풍에 의한 결손도 없고, 또한 백업층 수지의 과부하 시험에 있어서의 탄화층의 형성이 적어 단락 시험 및 과부하 시험 중 어느 시험도 규정된 성공 차단 회수를 만족시켜 양호한 차단 성능을 얻을 수 있었다.

여기서, 제 14 실시예는 피아크층의 일부 표면에 백업층 수지가 노출되어 있기 때문에, 이 노출부 수지의 탄화에 의한 과부하 차단 성능의 악화가 우려되었지만, 노출부 수지의 탄화층이 점재(占在)함으로써 피아크층 수지부의 연면(沿面)은 유지되고, 소호 부재의 연면을 통해 고정 접촉자로의 통전 패스가 형성되지 않기 때문인지, 어느 과부하 시험 조건에서도 양호한 결과을 얻을 수 있었다.

여기서는, 피아크층과 백업층의 접합에 양산성의 관점에서 이색 성형법을 사용했지만, 특별히 이 성형법에 국한되지 않고 필요에 따라 접착제 등으로 접합해도 전혀 상관없다.

	소호용 절연재료 수지 조성	과부하 차단 성능	단락 차단 성능
실시예 번호	피아크층 수지	백업층수지	적층구조	과부하시험 1성공회수	과부하시험 2성공회수	과부하시험 3성공회수	단락시험 1 차단/파손	단락시험 2 차단/파손	단락시험 3 차단/파손
제 10실시예	PA66/시아노멜라민	PA66/Br(유리섬유 25%)	단순 이층	12	12	12	3/없음	3/없음	3/없음
제 11실시예	PA66/시아노멜라민	PA66/Br(탈크 30%)	단순 이층	12	12	12	3/없음	3/없음	3/없음
제 12실시예	PA66/시아노멜라민	PA46/Br(유리섬유 20%)	단순 이층	12	12	12	3/없음	3/없음	3/없음
제 13실시예	PA66/시아노멜라민	PA46/Br(유리섬유 45%)	단순 이층	12	12	12	3/없음	3/없음	3/없음
제 14실시예	PA66/시아노멜라민	PA66/Br(유리섬유 25%)	부분 관통이층	12	12	12	3/없음	3/없음	3/없음

본 발명의 효과를 이하에 기재한다.

1) 본 발명에 따른 제 1 회로 차단기에 의하면, 도체에 고정 접점이 고착된 고정 접촉자와, 상기 고정 접점과 접촉ㆍ분리하는 가동 접점이 고착된 가동 접촉자와, 이 가동 접촉자를 회전시키는 개폐 기구부와, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉ㆍ분리할 때에 발생하는 아크를 소호하는 소호 장치와, 이들을 수납하는 하우징을 구비한 회로 차단기에 있어서, 상기 소호 장치에는, 상기 고정 접촉자의 전면을 피복하도록 소호 부재가 설치되며, 또한 상기 소호 부재가, 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체를 포함함으로써, 전극 접점의 부식이나 오염에 의한 통전 불량, 혹은 기계 강도 저하나 절연 악화를 억제함으로써 난연성을 확보하는 동시에 과부하 차단이나 단락 차단 등의 차단 성능을 향상시킬 수 있다.

2) 본 발명에 따른 제 2 회로 차단기에 의하면, 소호용 절연 재료 성형체에, 난연제로서 트리아진계 유기 화합물이 포함되어 있음으로써, 난연성을 확보하는 동시에 소호 가스에 접점 등 금속 부식성이 강한 인 화합물이나 접점 불량의 원인이 되는 규소나 금속 산화물이 함유되지 않기 때문에 과부하 차단 성능을 더욱 향상시킬수 있고, 소호 장치의 소형화가 가능하다.

3) 본 발명에 따른 제 3 회로 차단기에 의하면, 소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지가 폴리아미드이기 때문에 소호용 절연 재료 성형체 표면의 탄화에 의한 절연 악화가 제어되어 과부하 차단 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

4) 본 발명에 따른 제 4 회로 차단기에 의하면, 소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지인 폴리아미드가 비방향족계 폴리아미드이기 때문에 소호용 절연 재료 성형체 표면의 탄화에 의한 절연 악화가 한층 더 제어되고 과부하 차단 성능을 더욱 향상할 수 있으며 소호 장치의 소형화가 가능하다.

5) 본 발명에 따른 제 5 회로 차단기에 의하면, 비할로겐 난연성 수지가 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 1O중량% 이하의 유기 섬유, 및 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 15중량% 이하의 세라믹 휘스커로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충전재를 함유하고 있음으로써, 난연성을 손상시키지 않고, 소호 부재의 내충격성이 향상되어 단락 차단 성능을 향상시킬 수 있다.

6) 본 발명에 따른 제 6 회로 차단기에 의하면, 소호 부재가, 아크에 노출되는 피아크층과, 상기 피아크층을 지지하는 백업층의 적층체로 구성되고, 상기 피아크층이 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체로 구성되며, 또한 상기 백업층이 유리 섬유, 무기 광물 및 세라믹 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 난연성 수지로 구성됨으로써, 난연성을 확보하는 동시에, 소호 부재의 내충격성이 향상되어 단락 차단 성능을 더 향상시킬 수 있다.

7) 본 발명에 따른 제 7 회로 차단기에 의하면, 백업층의 일부가 피아크층을 복수 개소 관통하고 있기 때문에, 소호 부재의 피아크층과 백업층의 접합이 견고해져, 단락 차단 성능을 더욱 향상시킨다.

Claims (7)

1. 도체에 고정 접점이 고착된 고정 접촉자와, 상기 고정 접점과 접촉ㆍ분리하는 가동 접점이 고착된 가동 접촉자와, 이 가동 접촉자를 회전시키는 개폐 기구부와, 상기 고정 접점과 가동 접점이 접촉ㆍ분리할 때에 발생하는 아크를 소호하는 소호 장치와, 이들을 수납하는 하우징을 구비한 회로 차단기에 있어서,

   상기 소호 장치에는, 상기 고정 접촉자의 전체면을 피복하도록 소호 부재가 설치되며, 또한 상기 소호 부재가, 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체를 포함하는 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
2. 제 1 항에 있어서,

   소호용 절연 재료 성형체에, 난연제로서 트리아진계 유기 화합물이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
3. 제 1 항에 있어서,

   소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지가 폴리아미드인 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
4. 제 3 항에 있어서,

   소호용 절연 재료 성형체의 매트릭스 수지인 폴리아미드가 비방향족계 폴리아미드인 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
5. 제 1 항에 있어서,

   비할로겐 난연성 수지가 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 10중량% 이하의 유기 섬유, 및 상기 비할로겐 난연성 수지에 대하여 15중량% 이하의 세라믹 휘스커로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충전재를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
6. 제 1 항에 있어서,

   소호 부재가, 아크에 노출되는 피아크층과, 상기 피아크층을 지지하는 백업층과의 적층체로 구성되고, 상기 피아크층이 비할로겐 난연성 수지를 주성분으로 하는 소호용 절연 재료 성형체로 구성되며, 또한 상기 팩업층이 유리 섬유, 무기 광물 및 세라믹 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 난연성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.
7. 제 6 항에 있어서,

   백업층의 일부가, 피아크층을 복수 개소 관통하고 있는 것을 특징으로 하는

   회로 차단기.