KR20070079129A - 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기는 차단기 본체, 상기 차단기 본체 부스바에 연결되어 온도를 감지하는 센서, 상기 센서의 신호를 상기 차단기 본체에 전달하는 전달 수단, 및 상기 차단기 본체에 내장되어 있으며 상기 전달 수단으로부터의 신호를 전달 받아 미리 정해진 온도 이상으로 상승된 경우 케이블이 열화되지 않은 시간내에 상기 차단기를 작동시키는 차단기 작동 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

전달열, 배선용 차단기, 온도센서, 센싱케이블, 마이크로프로세서 키트, 고팽창 열유체 센서, 열유체관, 바이메탈

Description

전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기 {Molded Case Circuit Breaker Having breaking function by temperature sensing}

제1a도는 종래 기계식 배선용 차단기의 동작특성 그래프이다.

제1b도는 종래 전자식 배선용 차단기의 동작특성 그래프이다.

제2도는 화재가 발생한 종래 배선용 차단기를 보여주는 도면이다.

제3도는 종래 배선용 차단기를 보여주는 도면이다.

제4도는 본 발명에 따른 전자식 배선용 차단기를 보여주는 정면도와 측면도이다.

제5도는 CV케이블 사용시 본 발명에 따른 배선용 차단기의 동작특성을 보여주는 그래프이다.

제6도는 본 발명에 따른 기계식 배선용 차단기를 보여주는 정면도와 측면도이다.

제7도는 제6도의 A 부분의 확대 단면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *

10 : 차단기 본체 11 : 차단기 부스바

20a : 온도센서 20b : 고팽창 열유체 센서

30a : 센싱 케이블 30b : 열유체관

40a : 마이크로프로세서 키트 40b : 바이메탈

50 : 케이블 51 : 케이블 터미널

60 : 볼트 61 : 너트

62 : 와사

발명의 분야

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 접촉저항 증가에 따른 전달열 감지·차단 기능을 구비한 배선용 차단기에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로 배선용차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker)란 교류 600V 이하, 또는 직류 250V 이하의 저압 옥내전로의 보호에 사용되는 몰드케이스(mold case) 차단기를 말하며, 통전상태의 전로를 수동 또는 전기 조작에 의해 개폐할 수 있으며, 과부하 및 선간단락 등의 이상 상태시 자동적으로 전류를 차단할 수 있다.

이러한 배선용 차단기는 소형이며 조작이 안전하고 퓨즈를 끼우는 등의 수고가 없기 때문에 종래의 나이프 스위치와 퓨즈를 결합한 것에 대신하여 널리 사용되고 있다.

배선용 차단기의 트립장치에는 열동형(바이메탈이 차단기를 흐르는 전류에 의하여 가열되어 만곡되므로 트립동작을 하는 것), 코일에 전류를 통하여 과전류에 의하여 철편을 흡인하여 동작하는 것, 양자를 결합한 열동형 및 전자식 등이 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 위와 같은 트립장치의 트립 특성은 정격전류의 100%를 연속 통전하여도 트립동작하지 않고, 정격전류의 125%, 200%의 전류가 흐를 때에는 미리 정해진 동작시간만큼 지속될 경우 차단기가 트립되도록 트립 동작시간이 정해져 있어 과전류 및 단락전류로부터 부하 기기들을 보호할 수 있다.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이 차단기를 계속 사용함에 따라 차단기 부스바(11)와 케이블 터미널(51)을 연결하는 결합 부분의 볼트 결합이 느슨해지는 등 차단기 부스바 및 케이블 터미널의 접촉저항이 증가되어 전달열이 발생하게 되고, 이러한 전달열에 의해 케이블(50) 및 배선용 차단기의 몰드 케이스(molded case)가 열화된다. 그러나 종래 대부분의 배선용 차단기는 이러한 전달열을 감지하여 차단기를 작동시킬 수 있는 기능을 구비하고 있지 못하여 전달열에 의한 화재를 방지할 수 없어 도 2에 도시된 바와 같이 차단기에 화재가 자주 발생하고 있다.

물론 위와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 전원라인의 발열을 검출하여 차단기를 동작시키는 별도의 부속 기기를 차단기에 병렬로 연결하도록 하는 방법이 고안되기도 하였다.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이 전원차단박스 내에는 주 전력선에 설치된 차단기 이외에도 각 부하로 연결되는 다수의 차단기가 필요하므로(도 2에는 총 5개의 차단기가 도시되어 있음) 차단기 마다 전원라인의 발열을 검출하여 차단기를 작동시키는 별도의 기기를 병렬 부착하는 종래의 방법은 설치 공간의 효율성 측면에서 바람직하지 못하며, 별도의 차단기가 부가되어야 하는 만큼 비용적 측면에서도 효율적이 못하였다.

또한 차단기에 병렬로 연결되는 기기는 일반적으로 온도센서로부터 신호에 따라 접점을 오픈시키는 계전기, 릴레이 등 다수의 기기들로 구성되어 있어 기능적인 측면에 있어서도 오작동될 가능성이 많으며, 차단기에 병렬로 연결되어 있기 때문에 전동기, 발전기 등 진동이 많이 발생하는 곳에 설치될 경우 그 진동으로 인해 차단기와의 연결이 느슨해져 오작동될 우려도 높았다.

이에 본 발명자들은 별도의 차단기기를 부착하기 않고 기존의 차단기를 이용함으로써 공간적, 경제적 효율성을 높일 수 있으며, 진동이 발생하는 곳에서의 사용이나 오랜 사용에도 작동의 신뢰성을 보장할 수 있는 배선용 차단기를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 접촉 저항 증가로 인한 전달열을 감지하고 이를 차단할 수 있는 배선용 차단기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래 차단기의 구성을 최대한 활용하므로써 공간적, 경제적 효율성을 향상시킬 수 있는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 신호가 전달되는 구성을 간소화시켜 작동의 신뢰성을 보장할 수 있는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 설치 환경에 관계없이 작동 신뢰성을 보장할 수 있는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기는 차단기 본체, 상기 차단기 본체 부스바에 연결되어 온도를 감지하는 센서, 상기 센서의 신호를 상기 차단기 본체에 전달하는 전달 수단, 및 상기 차단기 본체에 내장되어 있으며 상기 전달 수단으로부터의 신호를 전달 받아 미리 정해진 온도 이상으로 상승된 경우 케이블이 열화되지 않은 시간내에 상기 차단기를 작동시키는 차단기 작동 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본원발명은 상기 센서를 온도센서, 상기 전달 수단을 상기 온도센서에 의해 감지된 온도값을 전류 또는 전압의 전기적 신호로 전달하는 센싱 케이블, 상기 차단기 작동 수단은 전자식 배선용 차단기에 구비되어 있는 마이크로프로세서 키트로 구성하여 전달열을 차단 할 수 있는 전자식 차단기를 구현할 수 있으며, 상기 센서를 온도의 상승에 따라 팽창하는 고팽창 열유체 센서, 상기 전달 수단을 열유체 흐름을 전달하는 열유체관, 상기 차단기 작동 수단은 기계식 배선용 차단기에 구비되어 있는 바이메탈로 구성하여 전달열을 차단할 수 있는 기계식 차단기 또한 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

도 3에 종래의 일반적인 배선용 차단기가 도시되어 있다. 종래의 배선용 차단기에는 도 1a와 같은 트립 특성이 세팅된 바이메탈이 내장되어 있거나 도 1b와 같은 트립 특성이 세팅된 마이크로프로세서 키트가 내장되어 있어 정격전류 이상의 전류가 흐를 경우 정해진 시간에 전원공급을 차단시킨다.

상기와 같은 종래의 차단기는 차단기와 케이블 사이에서 발생하는 전달열에 대해서는 차단 기능을 갖지 못하므로 본 발명에서는 전달열에 대한 차단기능을 구비하기 위해 도 4 또는 도 6에 도시된 것과 같이 차단기 본체, 상기 차단기 본체 부스바에 연결되어 온도를 감지하는 센서, 상기 센서의 신호를 상기 차단기 본체에 전달하는 전달 수단 및 상기 차단기 본체에 내장되어 있으며 상기 전달 수단으로부터의 신호를 전달 받아 미리 정해진 온도 이상으로 상승된 경우 케이블이 열화되지 않은 시간내에 상기 차단기를 작동시키는 차단기 작동 수단을 포함하도록 구성한다.

도 4를 참고하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 전자식 배선용 차단기는 차단기 본체(10), 상기 차단기 본체 부스바에 구비되어 피복의 온도를 감지하는 온도센서(20a), 상기 온도센서에 의해 감지된 온도값을 전류 또는 전압의 전기적 신호로 전달하는 센싱 케이블(30a), 및 상기 차단기 본체에 내장되어 있으며 상기 센싱 케이블로부터의 전기적 신호를 판단하여 미리 정해진 온도 이상으로 차단기 본체 부스바와 케이블 터미널 사이의 결합 부분의 온도가 상승된 경우 케이블이 열화되지 않은 시간 내에 상기 배선용 차단기가 전원을 차단하도록 작동시키는 마이크로프로세서 키트(40a)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기 본체(10)는 종래의 배선용 차단기와 같이 마이크로프로세서의 작동에 따라 외부 전원으로부터 부하로 공급되는 전류의 공급을 차단하여 주는 역할을 한다.

본 발명에 따른 배선용 차단기 각 부스바에 온도를 감지하기 위한 온도센서(20a)가 구비되어 있다. 이는 차단기와 케이블 사이를 연결하는 볼트결합이 느슨해질 경우 결합부분의 저항이 증가하여 증가하는 저항크기에 비례하여 열이 발생되고 이러한 전달열로 인해 케이블 및 배선용 차단기의 몰드 케이스(molded case)가 열화되어 화재가 발생되기 때문에 이를 미리 감지하기 위함이다.

상기와 같은 온도 센서(20a)와 차단기 본체에 내장된 마이크로프로세서 키트(40a)는 센싱 케이블(30a)에 의해 전기적으로 연결되며, 센싱 케이블은 온도센서로 부터의 온도 신호값은 4mA 내지 20mA의 전류값 또는 0 내지 수십 mV의 전압값으로 센싱하여 마이크로프로세서 키트(40a)로 전달한다.

따라서 본 발명에 따른 마이크로프로세서 키트(40a)는 과전류 및 전압 불평형을 판단하여 차단기를 작동시키는 기능 외에 상기와 같은 센싱 케이블로부터 전달되는 전류 또는 전압 형태의 신호를 판단하여 적정 수준 이상의 온도 과열이 지속될 경우 차단기를 작동시킬 수 있도록 프로그래밍 되어야 한다.

도 5에는 CV케이블(가교폴리에틸렌 비닐케이블) 또는 IV케이블이 사용될 경우 본 발명에 따른 배선용 차단기가 가질 수 있는 동작 특성 그래프의 예가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 정상적인 상태에서도 케이블 피복의 온도는 일정 온도 이상 유지되므로 마이크로프로세서 키트(40a)를 프로그래밍 함에 있어서 부스바의 온도가 90℃ 이하로 유지될 경우에는 부하로의 전류 공급을 장시간 허용하나 200℃ 또는 300℃ 이상일 경우에는 단시간에 발화될 우려가 있으므로 200℃ 이상의 온도가 2분 이상 지속되거나 300℃ 이상의 온도가 10초 이상 지속될 경우에는 차단기가 부하로의 전류 공급을 차단하도록 동작시키는 것이 바람직하다.

그러나 케이블 또는 몰드케이스의 종류에 따라 발화되는 온도 및 시간이 다르므로 사용되는 케이블 또는 몰드케이스의 종류에 따라 적정한 동작특성을 가질 수 있도록 차단기의 트립 포인트를 설정하는 것이 바람직하다.

도 6에는 본 발명에 따른 기계식 배선용 차단기가 도시되어 있다. 일반적으로 기계식 차단기란 과전류가 흐를 경우 전류의 양에 따라 바이메탈이 만곡하면서 차단기를 트립시켜주는 방식의 차단기이다. 본 발명에서는 이러한 기계식 차단기가 전달열에 대해서도 작동할 수 있도록 도 7에 도시된 바와 같이 볼트(60)와 너트(61)로 차단기 부스바(11)와 케이블 터미널(51)을 연결하는 부분에서 발생하는 열을 감지하기 위해 차단기 부스바(11) 내에 온도 상승에 따라 팽창하는 고팽창 열유체 센서(20b)를 구비하고, 상기 센서(20b)와 차단기 바이메탈을 작동시키는 바이메탈(40b) 사이에는 열유체관(30b)을 연결시킨다.

보다 구체적으로 설명하면, 차단기 부스바(11)와 케이블 터미널(51) 사이를 연결하는 볼트결합이 느슨해질 경우 결합부분의 저항이 증가하여 열이 발생되면 차단기 부스바에 구비되어 있는 고팽창 열유체 센서(20b) 내 열유체가 열유체관(30b)을 따라 팽창하고, 이러한 팽창이 바이메탈을 작동시키는 크로싱 바(crossing bar)를 작동시켜 차단기가 트립되는 것이다.

이러한 기계식 차단기의 경우에도 앞서 설명한 전자식 차단기와 마찬가지로 사용되는 케이블, 차단기의 몰드 케이스 등의 종류에 따라 발화되는 온도가 달라지므로 이러한 발화 온도에 따라 차단기의 바이메탈이 차단되는 온도를 달리 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 접촉 저항 증가로 인한 전달열을 감지하고 이를 차단할 수 있고, 종래 차단기의 구성을 최대한 활용하므로써 공간적, 경제적 효율성을 향상시킬 수 있으며, 신호가 전달되는 구성을 간소화시켜 작동의 신뢰성을 보장할 수 있으며, 설치 환경에 관계없이 작동 신뢰성을 보장할 수 있는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

1. 차단기 본체;

   상기 차단기 본체 부스바에 구비되어 온도를 감지하는 센서;

   상기 센서의 신호를 상기 차단기 본체에 전달하는 전달 수단; 및

   상기 차단기 본체에 내장되어 있으며, 상기 전달 수단으로부터의 신호를 전달 받아 미리 정해진 온도 이상으로 상승된 경우 미리 정해진 시간내에 상기 차단기를 작동시키는 차단기 작동 수단;

   을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 온도센서이며, 상기 전달 수단은 상기 온도센서에 의해 감지된 온도값을 전류 또는 전압의 전기적 신호로 전달하는 센싱 케이블이며, 상기 차단기 작동 수단은 전자식 배선용 차단기에 구비되어 있는 마이크로프로세서 키트인 것을 특징으로 하는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서는 온도의 상승에 따라 팽창하는 고팽창 열유체 센서이며, 상기 전달 수단은 열유체 흐름을 전달하는 열유체관이며, 상기 차단기 작동 수단은 기계식 배선용 차단기에 구비되어 있는 바이메탈인 것을 특징으로 하는 전달열 차단 기능을 구비한 배선용 차단기.
4. 제2항에 있어서, 상기 마이크로프로세서 키트는 케이블 또는 차단기 몰드케이스의 종류에 따라 배선용 차단기를 동작시키는 트립 포인트가 달라지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
5. 제2항에 있어서, 상기 센싱 케이블 온도센서로부터의 온도값을 4mA 내지 20mA의 전류값 또는 0 내지 수십 mV의 전압값으로 센싱하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.
6. 제3항에 있어서, 상기 바이메탈은 케이블 또는 차단기 몰드케이스의 종류에 따라 배선용 차단기를 동작시키는 트립 포인트가 달라지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기.

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