KR20030097516A - 배선용 차단기의 전류 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 선로상에 설치되어 전선을 보호하고 부하를 개폐하는 기능을 수행함은 물론 과부하 및 단락사고의 발생시 선로를 차단시키는 역할을 하는 산업용 전기기기인 배선용 차단기에 관한 것으로, 특히 정격전류가 작은 배선용 차단기의 전류 검출기구부의 구조를 개선하여 단락전류 검출 및 차단 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 개폐 기구부로부터 도전부를 연결해 주는 브라켓과, 과전류의 통전 시 통전전류에 의해 만곡되는 바이메탈과, 단락전류의 통전 시 흡인력을 발생시키는 코어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 개폐기구부에 신호를 전달해 주는 아마튜어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 병렬회로를 형성해 주는 보조 플레이트로 구성된 것에 있어서, 상기 브라켓에 바이메탈을 따라 길이방향으로 연장되는 연장 지지부를 설치하고 상기 연장 지지부와 바이메탈 사이에는 바이메탈과 브라켓사이의 절연을 위한 바이메탈 배리어를 설치하여 바이메탈의 용단을 방지함은 물론 바이메탈의 역변형을 방지할 수 있도록 된 배선용 차단기의 전류 검출장치이다.

Description

배선용 차단기의 전류 검출장치{isolation device of electric current in circuit breaker}

본 발명은 전기 선로상에 설치되어 전선을 보호하고 부하를 개폐하는 기능을 수행함은 물론 과부하 및 단락사고의 발생시 선로를 차단시키는 역할을 하는 산업용 전기기기인 배선용 차단기에 관한 것으로, 특히 정격전류가 작은 배선용 차단기의 전류 검출기구부의 구조를 개선하여 단락전류 검출 및 차단 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

도 1은 전류 검출장치가 설치된 배선용 차단기의 일예를 나타낸 단면도로서, 배선용 차단기는 케이스 및 커버로 이루어진 외함과, 래치(1)와 크로스바(2) 등으로 구성되어 선로를 개폐시키고 트립시키는 동작을 수행하는 개폐기구부와, 선로상에 과전류나 순시전류 또는 단락전류 등의 사고전류가 발생하였을 때 이를 검출하고 개폐기구부가 동작되도록 개폐기구부에 기계적인 신호를 전달하여 주는 전류 검출장치 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 배선용 차단기에서 전기선로상에 사고전류가 흐르면 전류 검출장치에서 이를 검출하여 개폐기구부에 기계적인 신호를 보내게 되고 이 신호에 의해 래치(1)와 크로스바(2) 등으로 이루어진 개폐기구부가 작동하여 가동접점대(3)의 접점을 고정접점대(4)의 접점으로부터 분리시킴으로서 선로를 차단하게 된다.

즉, 사고전류가 발생하면 이 사고전류에 의해 발생되는 열량을 감지하여 전류 검출장치의 바이메탈이 형상변형을 일으키면서 만곡하게 되고 이러한 바이메탈의 만곡 동작이 개폐기구부에 기계적 신호로 전달되어 개폐기구부가 부하회로의 차단동작을 수행하게 되는 것이다.

상기와 같이 사고전류가 발생하였을 때 발생하는 열량은 W = i²Rt(i는 전류, R은 저항, t는 시간)이며. 따라서 바이메탈에 발생하는 열량은 전류의 자승값에 비례하고 사고전류의 통과시간에 비례하게 된다.

또한 상기와 같은 전류 검출장치는 바이메탈에 열을 전달하는 방법에 따라 직렬식과 병렬식으로 구분되는데, 직렬식은 바이메탈에 직접 전류를 통과시켜 이때 발생하는 열량에 의해 바이메탈이 만곡되게 하는 방식이며, 병렬식은 바이메탈에 직접 전류를 통과시키는 직렬식과는 달리 히터에 전류를 통과시키고 이때 히터에서 발생하는 열량을 바이메탈이 감지함에 따라 바이메탈이 만곡되게 하는 방식이다.

그리고 통상 배선용 차단기에서는 과전류 차단 동작을 정확히 수행하기 위해 정격전류가 작은(보통 30A 이하) 경우 바이메탈에 직접 전류를 통과시키는 직렬식을 사용하고 정격전류가 큰(30A 이상) 경우에는 히터를 사용한 병렬식을 사용한다.

도 2 내지 도 6은 정격전류가 작은 배선용 차단기에 적용되어 온 종래 장치를 나타낸 도면으로서, 전류 검출장치는 개폐 기구부로부터 도전부를 연결해 주는 브라켓(11)과, 과전류의 통전 시 통전전류에 의해 만곡되는 바이메탈(12)과, 단락전류의 통전 시 흡인력을 발생시키는 코어(13)와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 개폐기구부에 신호를 전달해 주는 아마튜어(14)와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 병렬회로를 형성해 주는 보조 플레이트(15)와, 상기 부품들을 고정시켜 주는 리벳(16)과, 상기 아마튜어의 회전 지지점이 되는 요크 서포터(17)와, 상기 아마튜어의 유동을 방지하고 아마튜어의 동작 시점을 결정해 주는 인스턴트 스프링(18) 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 종래 장치에서 바이메탈(12)에 정격전류가 통과될 때에도 정격전류의 통과에 따른 발열에 의해 바이메탈(12)에 만곡현상이 일어나지만 도 1과 같이 전류 검출장치와 크로스바(2) 사이에는 간격 "A"만큼의 여유가 있기 때문에 정격전류가 통과될 때에는 바이메탈(12)이 약간 만곡되어도 개폐기구부에는 기계적인 트립신호가 전달되지 않는다.

그러나 과전류(정격전류의 700% 이상 1000% 미만의 전류)가 통과하면 사고전류의 자승값에 비례하여 바이메탈(12)의 만곡량도 증가하게 되고, 바이메탈(12)이 개폐기구부와의 여유 간격인 "A" 이상으로 만곡되면서 개폐기구부에 기계적인 신호를 전달하여 차단기를 트립시키게 된다.

한편 단락사고 전류(정격전류의 1000% 이상의 전류)가 발생할 때에는 과전류발생 시와는 다르게 아마튜어(14)와 보조 플레이트(15)가 함께 동작하여 차단기를 트립시키게 되는데, 이는 사고전류의 값이 커질수록 짧은 시간내에 회로를 차단하여야 바이메탈(12)의 용단 없이 차단을 성공적으로 수행할 수 있기 때문이다.

즉, 단락사고 시에는 사고전류의 값이 커서 높은 열이 발생하게 되고 차단시간이 지연되면 고열에 의해 바이메탈이 용단되므로 바이메탈의 용단을 방지하면서 회로를 차단하여야 하기 때문이다.

참고로 배선용 차단기는 정격 단락 차단전류를 2회 정상 차단한 후 정격전류의 250%가 되는 과전류 및 내전압 시험을 이상없이 수행하여야 차단이 성공한 것으로 규정하고 있다.

단락사고 전류 발생 시 전류 검출장치의 동작을 보다 상세하게 설명한다.

단락전류와 같은 대전류가 통과할 때에는 바이메탈(12)을 감싸고 있는 코어(13)에 흡인력(자력)이 발생되고 이 흡인력에 의해 도 4에 점선으로 도시한 바와 같이 순간적(수 ms 이내)으로 아마튜어(14)가 코어(13)측으로 흡인되면서 개폐기구부에 신호를 전달하여 회로를 신속히 차단하게 된다.

한편, 코어(13)에 흡인력이 발생하면 그 흡인력에 의해 도 5와 같이 보조 플레이트(15)가 아마튜어(14)와 함께 코어(13)측으로 흡인됨과 동시에 보조 플레이트(15)의 보조접점(15a)이 리벳(16)과 접촉되고 이와 같이 보조접점(15a)이 리벳(16)에 접촉하면 순간적으로 도면상 바이메탈(12)의 상단부와 하단부를 점프시켜 주는 병렬회로가 형성된다.

따라서 사고전류는 바이메탈(12)과 보조 플레이트(15)에 양분되어 흐르게 되고 사고전류에 의한 바이메탈(12)의 발열량이 감소하여 바이메탈의 용단이 발생하지 않게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 장치는 단락사고 시 관통전류가 바이메탈(12)과 보조 플레이트(15)에 양분되어 흐르도록 구성하여 고열에 의한 바이메탈(12)의 용단은 어느 정도 방지할 수 있으나, 관통전류에 의한 발열량이 바이메탈의 선형적 동작 온도범위(약 200°C)를 초과할 정도로 발생하는 경우 도 5에 "대전류에 의한 변형방향"으로 표시한 바와 같이 바이메탈(12)이 정상적인 만곡방향의 역방향으로휘어지는 역변형이 발생하게 되고 이러한 경우 전류 검출장치와 개폐기구부 사이의 간격이 도 1의 "A" 간격 이상으로 벌어지게 되므로 단락 후 검증 시험인 250% 과전류 시험 시 차단동작을 수행하지 못하거나 규정된 시간내에 동작하지 않게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전기 선로상에 단락사고 전류가 발생하여 대전류가 흐르는 경우에도 바이메탈이 용단되지 않음은 물론 바이메탈이 열에 의해 역병형되는 것을 방지할 수 있는 배선용 차단기의 전류 검출장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 개폐 기구부로부터 도전부를 연결해 주는 브라켓과, 과전류의 통전 시 통전전류에 의해 만곡되는 바이메탈과, 단락전류의 통전 시 흡인력을 발생시키는 코어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 개폐기구부에 신호를 전달해 주는 아마튜어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 병렬회로를 형성해 주는 보조 플레이트로 구성된 것에 있어서, 상기 브라켓에 바이메탈을 따라 길이방향으로 연장되는 연장 지지부를 설치하고 상기 연장 지지부와 바이메탈 사이에는 바이메탈과 브라켓사이의 절연을 위한 바이메탈 배리어를 설치하여서 된 배선용 차단기의 전류 검출장치가 제공된다.

도 1은 배선용 차단기의 일예를 나타낸 전체 단면도

도 2는 종래 전류 검출장치의 사시도

도 3은 도 2의 종단면도

도 4는 종래 장치의 동작 상태도

도 5는 통전부 이외의 부품이 생략된 상태로 도시한 종래 장치의 동작상태도

도 6은 통전부 이외의 부품이 생략된 상태로 도시한 종래 장치의 사시도

도 7은 본 발명에 따른 전류 검출장치의 사시도

도 8은 도 7의 종단면도

도 9는 통전부 이외의 부품이 생략된 상태로 도시한 본 발명 장치의 종단면도

도 10은 도 9의 일부 확대도

도 11은 통전부 이외의 부품이 생략된 상태로 도시한 본 발명 장치의 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 브라켓 11a : 연장 지지부

12 : 바이메탈 20 : 바이메탈 배리어

도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 전류 검출장치를 나타낸 도면으로서, 개폐 기구부로부터 도전부를 연결해 주는 브라켓(11)과, 과전류의 통전 시 통전전류에 의해 만곡되는 바이메탈(12)과, 단락전류의 통전 시 흡인력을 발생시키는 코어(13)와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 개폐기구부에 신호를 전달해 주는 아마튜어(14)와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 병렬회로를 형성해 주는 보조 플레이트(15)와, 상기 부품들을 고정시켜 주는 리벳(16)과, 상기 아마튜어의 회전 지지점이 되는 요크 서포터(17)와, 상기 아마튜어의 유동을 방지하고 아마튜어의 동작 시점을 결정해 주는 인스턴트 스프링(18) 등의 구성은 기존의 전류 검출장치와 같다.

상기 브라켓(11)에는 바이메탈(12)을 따라 길이방향으로 연장되는 연장 지지부(11a)가 일체로 형성되어 있고 상기 연장 지지부(11a)와 바이메탈(12)사이에는 좁은 틈새가 형성되어 있다.

상기 연장 지지부(11a)와 바이메탈(12)사이에 형성된 틈새에는 바이메탈(12)과 브라켓(11)사이의 절연을 위한 바이메탈 배리어(Bimetal Barrier)(20)가 삽입 고정되어 있다.

상기 연장 지지부(11a)는 브라켓(11)에 일체형으로 형성할 수도 있으나, 브라켓(11)과는 별도의 부품으로 제작하여 브라켓(11)에 조립할 수도 있다.

상기와 같이 된 본 발명 장치는 단락전류와 같은 대전류가 통과할 때 바이메탈(12)을 감싸고 있는 코어(13)에 흡인력이 발생되고 이 흡인력에 의해 순간적으로 아마튜어(14)가 코어(13)측으로 흡인되면서 개폐기구부에 신호를 전달하여 회로를 차단함과 동시에 코어(13)의 흡인력에 의해 보조 플레이트(15)가 코어(13)측으로 흡인되면서 보조 플레이트(15)의 보조접점(15a)이 리벳(16)과 접촉되므로 순간적으로 바이메탈(12)의 상단부와 하단부를 점프시켜 주는 병렬회로가 형성된다.

따라서 사고전류는 바이메탈(12)과 보조 플레이트(15)에 양분되어 흐르게 되고 바이메탈의 용단이 발생하지 않게 되는데, 본 발명에서는 브라켓(11)에 바이메탈(12)을 따라 길이방향으로 연장되는 연장 지지부(11a)가 일체로 형성되어 있고 상기 연장 지지부(11a)와 바이메탈(12)사이에 절연을 위한 바이메탈 배리어(20)가 삽입 고정되어 있기 때문에 단락 사고전류 통과 시 상기 연장 지지부(11a)가 바이메탈에서 발생되는 열을 방출시키는 방열판의 역할과 바이메탈(12)의 역변형이 최소화되도록 지지하는 역할을 하게 되며, 이에 따라 대전류에 의한 바이메탈(12)의 역변형을 방지할 수 있게 된다.

또한 브라켓(11)의 연장 지지부(11a)와 바이메탈(12)사이에 삽입된 절연 배리어(20)는 바이메탈(12)과 절연 지지부(11a)사이의 절연을 유지시키고 바이메탈(12)과 연장 지지부(11a)의 직접적인 접촉을 막아 바이메탈(12)의 과전류 특성이 변화하지 않도록 하여준다.

본 발명은 전류 검출장치의 브라켓에 연장 지지부를 형성하고 상기 연장 지지부와 바이메탈 사이에 절연 배리어를 설치하는 간단한 구성에 의해 단락 사고전류의 통과 시 발생되는 열량을 쉽게 방출할 수 있고 연장 지지부가 바이메탈을 지지하여 바이메탈의 역변형을 방지할 수 있으며, 단락 사고전류의 차단 후에도 후속시험인 250% 과전류 동작을 이상없이 수행할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 개폐 기구부로부터 도전부를 연결해 주는 브라켓과, 과전류의 통전 시 통전전류에 의해 만곡되는 바이메탈과, 단락전류의 통전 시 흡인력을 발생시키는 코어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 개폐기구부에 신호를 전달해 주는 아마튜어와, 단락전류의 통전 시 상기 코어에 흡인되면서 순간적으로 병렬회로를 형성해 주는 보조 플레이트로 구성된 것에 있어서,

   상기 브라켓에 바이메탈을 따라 길이방향으로 연장되는 연장 지지부를 설치하고 상기 연장 지지부와 바이메탈 사이에는 바이메탈과 브라켓사이의 절연을 위한 바이메탈 배리어를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전류 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 연장 지지부가 브라켓에 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전류 검출장치.