KR20070100636A - 회로 차단기 - Google Patents

Abstract

과제

가동 접점의 개극 이동 경로 모든 영역에서 세극 효과를 유효하게 발휘시켜서 높은 차단 성능을 확보하면서, 전류 차단시에 세극 소호판으로부터 생성하는 열분해 가스의 발생량을 저감하여 차단기 케이스의 과도한 내압 상승을 억제할 수 있도록 세극 소호판의 구조를 개량한다.

해결 수단

고정 접촉자(2)와 쌍을 이루는 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로에 따라, 해당 이동 경로를 끼우고 그 양측에 대향하여 절연재로 이루어지는 한 쌍의 세극 소호판(9)을 배치하고, 그 대향 벽면 사이에 세극 소호 공간을 형성한 회로 차단기에 있어서, 세극 소호판(9)은, 가동 접촉자의 개극 위치에서 해당 접촉자의 선단이 세극 공간의 외측으로 돌출하도록 노치부(9a)를 형성함과 함께, 내벽면의 중단 위치에 판두께 방향의 단차부(9b)를 형성하고, 해당 단차부를 경계로 개극 이동 경로의 전반 영역의 세극 간격(d1)을 좁게, 후반 영역의 세극 간격(d2)(d1>d2)을 확대 설정한다.

회로 차단기

Description

회로 차단기{CIRCUIT BREAKER}

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 전류 차단부의 구성도로서, (a)는 측면도, (b)는 (a)의 화살표(A-A)로 본 단면도

도 2는 본 발명의 응용 실시예의 구성도로서, (a) 및 (b)는 각각 세극 소호판의 내벽면에 테이퍼면 및 원호형상 테이퍼를 형성한 종단면도

도 3은 세극 소호 방식을 채용한 배선용 차단기 전체의 구성도

도 4는 도 3에서의 전류 차단부의 종래예의 구성도로서, (a)는 측면도, (b)는 (a)의 화살표(A-A)로 본 단면도

도 5는 도 4와 다른 종래예의 전류 차단부의 측면도

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

2 : 고정 접촉자 2a : 고정 접점

3 : 가동 접촉자 3a : 가동 접점

9 : 세극 소호판 9a : 노치부

9b : 단차부 9c : 테이퍼면

9d : 원호형상 테이퍼면

기술분야

본 발명은, 배선용 차단기, 누전 차단기 등을 대상으로, 그 전류 차단부에 세극(細隙) 소호판을 구비한 회로 차단기에 관한 것이다.

종래의 기술

상기 회로 차단기에 있어서, 고정 접촉자와 쌍을 이루는 가동 접촉자의 개극(開極) 이동 경로에 따라, 고정 접점 및 가동 접점을 끼우고 좌우 양측에 한 쌍의 세극(細隙) 소호판(消弧板)을 배치하여 그 대향 벽면 사이에 세극 소호 공간을 형성하고 있다. 또한 단락 전류와 같은 대전류의 차단시에 고정접점과 가동 접점 사이에 발생한 아크를 세극 소호판의 세극 효과(아크 저항이 증대하는 효과)에 의해 재빠르게 소호시켜서 전류를 한류(限流; Current Limit) 차단하도록 한 회로 차단기, 나아가서는 세극 소호판에 대해 전류 차단시 직후에는 고정 접촉자와 가동 접촉자 사이에 절연 거리를 확보하여 재점호(再点弧)를 막도록 한 회로 차단기가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

다음에, 상기 세극 소호판을 장비한 회로 차단기의 구조를 도 3에, 또한 특허 문헌 1에 개시되어 있는 세극 소호판을 도 4 및 도 5에 도시한다.

우선, 도 3에 회로 차단기의 전체 구조를 도시한다. 도 3에서, 참조번호 1은 회로 차단기의 본체 케이스, 2는 전원측 단자와 일체가 되는 고정 접촉자, 2a는 고정 접점, 3은 회동식의 가동 접촉자, 3a는 가동 접점, 4는 가동 접촉자(3)의 접촉자 홀더(holder), 5는 가동 접촉자(3)의 개폐기구, 6은 조작 핸들이다. 또한 7은 과전류 제외 장치(바이메탈(dimetal type)식), 8은 트립 크로스바, 9는 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로에 따라, 고정 접점(2a), 가동 접점(3a)을 끼우고 그 양측에 배치한 절연재(플라스틱 등의 고분자 재료)로 이루어지는 세극 소호판, 10은 세극 소호판(9)의 배후에 병설한 소호실(그리드(a grid))이다. 또한, 본체 케이스(1)는 소호실(10)의 배면측에 개구하고 있는 가스 배기구를 제외하고, 전류 차단부의 주위가 케이스의 상(相) 사이 칸막이벽으로 닫혀 있다.

한편, 특허 문헌 1의 회로 차단기에서는, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 접촉자(2)와 쌍을 이루는 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로에 따라, 고정 접점(2a) 및 가동 접점(3a)을 끼우고 좌우 양측에 플라스틱 등의 고분자 재료로 만들어진 한 쌍의 세극 소호판(9)을 배치하고, 그 대향 벽면 사이에 가동 접점(3a)과의 접촉을 피하는 간격(d)을 설정하여 세극 공간을 형성하고 있다. 또한, 이 세극 소호판(9)에 대해, 가동 접촉자(3)는 가동 접점(3a)으로부터 앞으로 연재되는 선단부가 그 개극 이동 경로상에서 세극 소호판 사이를 가로질러 세극 공간의 외측으로 돌출하도록 하고 있다.

상기 구성에 의한 소호 원리는 특허 문헌 1에 상세하게 진술되어 있고, 전류 차단시에는 상기 세극 소호판의 세극 효과에 의해 고정 접점과 가동 접점 사이에 발생한 아크(an arc)의 저항을 증대시켜서 한류 차단한다. 또한, 전류 차단 직후는 아크의 발호점으로 되어 있던 가동 접촉자(3)의 선단(전류 차단시에 고정/가동 접점 사이에 발호한 아크는 전자력의 작용을 받아서, 가동 접촉자(3)에서의 아크 발호점은 가동 접점(3a)으로부터 가동 접촉자의 선단측으로 이행한다)을 세극 소호 판(9)의 외측에 위치시켜서 고정 접촉자(2)와의 사이에 충분한 절연 거리를 확보하고 있다. 아크에 노출되어 세극 소호판(9)의 표면에 생성하여 부착한 금속 융해물 및 탄화물 등에 기인하여 소호판 표면의 메그옴(megohm)이 극단적으로 저하되는 영향을 억제하여 전류 차단 후의 재점호를 막도록 하고 있다.

또한, 도 5에 도시하는 세극 소호판(9)(특허 문헌 1)의 구조에서는, 소호판의 횡폭(橫幅)이 중단 위치로부터 가동 접촉자(3)의 개극 위치를 향하여 좁아지도록 단차(段付) 형상을 이루고, 전류 차단시에 가동 접촉자(3)가 개극 위치로 이동하면 접촉자의 선단이 세극 소호판(9)의 외측으로 빠져나가도록 하여 도 4와 마찬가지 원리로 재점호를 막도록 하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 실개평5-6643호 공보

그런데, 회로 차단기의 전류 차단부에 세극 소호판을 장비하면, 다음에 기재하는 바와 같은 문제점이 새롭게 생기게 된다.

즉, 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로에 따라 세극 소호판(9)을 배치함에 의해 회로 차단기의 한류 차단 성능이 향상한다. 그러나 플라스틱 등의 고분자 재료로 만들어진 세극 소호판(9)은 전류 차단시에 아크 열을 받아서 표면이 열분해하고, 소호성의 수소 가스 이외에도, 다양한 탄화수소계 가스가 다량 발생하여 차단기 케이스의 내압이 급격하게 상승하게 된다. 게다가, 단락 전류 등의 대전류의 차단시에는 가스(gas) 발생량도 이상하게 많아지게 되어 차단기의 몰드 케이스(a mold case)(1)(몰드 수지 성형품)에 과대한 압력 하중이 가하여지고, 그 때문에 몰 드 케이스의 기계적 강도가 충분하지 않으면 파괴될 우려가 있다.

이러한 점, 도 4 및 도 5에 도시한 구성에서는, 재점호의 방지 대책으로서 적어도 가동 접촉자(3)의 개극 위치에서는 해당 접촉자의 선단이 세극 소호판의 외측에 위치하도록 하여 고정 접촉자와의 사이로 신장한 아크를 세극 공간의 그 밖으로 일출(逸出)시키도록 하고 있다. 이 때문에, 그만큼 전류 차단 동작의 후반에서 세극 소호판(9)으로부터 발생하는 가스량이 다소 감소하여 차단기 케이스의 급격한 내압 상승이 완화되는 것이지만, 단락 전류와 같은 대전류의 차단시에 발생하는 아크는 굵어지고 퍼지는 범위도 크고, 이대로는 차단 동작의 후반이라도 세극 소호판(9)이 아크에 노출되게 된다.

게다가, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 세극 소호판(9)에서는, 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로를 끼우고 그 좌우에 대치하는 소호판 사이의 세극 간격이 그 전체 길이 영역에서 같은 간격(d)으로 설정되어 있기 때문에, 이대로는 차단 동작의 후반에도 세극 소호판(9)으로부터 다량의 가스를 발생하게 되어 차단기 케이스의 내압을 낮게 억제하는 것이 곤란해진다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 전류 차단부에 세극 소호판을 장비하여 높은 한류 차단 성능을 확보하면서, 전류 차단 동작의 후반에서 세극 소호판으로부터 생성하는 열분해 가스의 발생량을 저감하고, 차단기 케이스의 과도한 내압 상승을 억제하여 신뢰성 향상이 도모될 수 있도록 개량한 회로 차단기를 제공하는 데 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 고정 접촉자와 쌍을 이루는 가동 접촉자의 개극 이동 경로에 따라, 고정 접점, 가동 접점을 끼우고 좌우 양측에 한 쌍의 세극 소호판을 배치하고, 그 대향하는 벽면의 사이에 세극 소호 공간을 형성한 회로 차단기에 있어서,

상기 세극 소호판은, 적어도 가동 접촉자의 개극 위치에서 해당 접촉자의 선단을 대향 벽면으로부터 돌출시킴과 함께, 또한 가동 접촉자의 개극 이동 경로를 폐성(閉成) 위치에 가까운 전반 영역과 개극 위치에 가까운 후반 영역으로 구분하고 나서, 그 전반 영역에서는 세극 소호판 사이의 세극 간격을 좁게, 후반 영역의 세극 간격을 확대하여 설정하는 것으로 하고(청구항 1), 구체적으로는 세극 소호판을 다음 기재와 같은 양태로 구성한다.

(1) 상기 세극 소호판에 대해 그 내벽면의 중단 위치에 판두께 방향의 단차부를 형성하고, 해당 단차를 경계로 개극 이동 경로의 전반 영역의 세극 간격을 좁게, 후반 영역의 세극 간격을 확대시키도록 한다(청구항 2).

(2) 상기 세극 소호판에 대해 그 내벽면의 중단 위치로부터 선단측으로 테이퍼면을 형성하고, 개극 이동 경로의 후반 영역의 세극 간격을 확대시키도록 한다(청구항 3).

상기 구성에 의하면, 다음에 기재한 바와 같은 효과를 갖는다. 즉, 가동 접촉자의 개극 이동 경로를 끼우고 좌우에 대치하는 세극 소호판은, 적어도 가동 접촉자의 개극 위치에서 해당 가동 접촉자의 선단을 대향 벽면으로부터 돌출시킴과 함께, 또한 세극 소호판 사이에 구획(畵成)한 세극 공간은, 가동 접점의 폐성 위치 에 가까운 전반 영역의 세극 간격이 좁게 설정되어 있음에 대해, 개극 종단측의 후반 영역에서는 세극 간격이 확대되어 있다.

따라서, 전류 차단시에 가동 접촉자의 접점이 고정 접점으로부터 개극 위치를 향하고 개극 이동하는 행정의 전반 영역에서는, 고정 접점과 가동 접점 사이에 발생한 아크에 대해 세극 소호판에 의한 세극 효과가 최대로 발휘되고 차단 초기의 단계에서 아크 전압이 급속하게 높아진다. 한편, 개극 행정의 후반 영역에서는 세극 간격이 확대되어 있고, 또한 아크의 발호점도 가동 접점으로부터 가동 접촉자의 선단측으로 이행하고 신장한 아크는 세극 소호판의 외측으로 일출하게 되기 때문에, 소호판의 세극 효과는 다소 저하되지만, 아크 열을 받아서 세극 소호판의 표면에서 발생하는 가스량은 개극 행정의 전반에 비하여 대폭적으로 저감한다.

이로써, 한류 차단 특성의 우열을 지배하는 차단 초기의 단계에서 세극 소호판의 세극 효과를 최대로 발휘시키면서, 차단 동작의 후반은 세극 소호판으로부터의 가스 발생량 증가를 억제하여 차단기 케이스의 내압이 이상하게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 게다가, 전류 차단이 완료된 개극 위치에서는 가동 접촉자의 접점을 끼우고 그 양측에 대향하는 세극 소호판과의 사이에 여유가 있는 간극이 확보된다. 더하여 가동 접촉자의 선단이 세극 공간의 외측에 위치하고 있기 때문에, 세극 소호판의 표면이 탄화하고 메구옴이 저하되어 있어도, 고정 접점과 가동 접점 사이에 충분한 절연 거리를 확보하여 재점호 발생을 방지할 수 있다.

또한, 아크의 발호점이 가동 접점으로부터 가동 접촉자의 선단으로 이행하기 어려운 중전류 이하의 전류 차단시에도, 차단 초기의 전반에서 세극 효과를 최대한 으로 발휘시키고, 또한 가동 접촉자의 전개(全開) 위치에서도 세극 소호판으로부터의 가스 발생량을 억제하면서 세극 효과가 계속적으로 유효 작용하여 전류를 한류 차단할 수 있다. 이로써, 높은 차단 성능을 확보하고, 케이스의 강도도 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도 1 및 도 2에 도시하는 실시예에 의거하여 설명한다. 또한, 실시예의 도면중에서 도 3 내지 도 5에 대응하는 부재에는 같은 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시한 실시예에서는, 도 5에 도시한 종래 구성과 마찬가지로 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로를 끼우고 좌우 양측에는 그 전체 길이 영역에 대응하는 길이의 세극 소호판(9)을 배치하고, 또한 그 세극 소호판(9)은 가동 접촉자(3)의 개극 위치에서 접촉자의 선단부가 소호판의 외측으로 돌출하도록 노치부(9a)를 형성하고 있다. 또한, 한 쌍의 세극 소호판(9)의 사이에 형성되는 세극 공간에 대해, 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에서는 상세 구조를 후기하는 바와 같이 가동 접촉자의 폐성 위치에 가까운 전반 영역의 세극 간격을 좁게 하고, 개극 위치에 가까운 후반 영역에서는 세극 간격을 확대 설정하도록 하고 있다.

즉, 도 1의 구조에서는, 좌우에 대향하는 세극 소호판(9)에 대해, 그 내벽면에는 중단 위치에 판두께 방향의 단차부(9b)를 형성하고, 이 단차부(9b)를 경계로 가동 접촉자(3)의 폐성 위치에 가까운 전반 영역의 세극 간격(d1)을 최소로 설정하고, 개극 위치에 가까운 후반 영역에서는 확대한 세극 간격(d2)(d2>d1)으로 설정하 고 있다.

상기 구성에 의해, 단락 전류 차단시의 개극 동작에서 가동 접점(3a)이 고정 접점(2a)으로부터 개리(開離)하기 시작한 차단 동작의 전반에서는, 고정 접점(2a)과 가동 접점(3a) 사이에 발생한 아크(arc)에 대해, 세극 소호판(9)이 높은 세극 효과를 발휘하여 아크 전압을 급속하게 높여서 전류 피크를 억제한다. 또한, 가동 접촉자(3)가 상기 단차부(9b)를 통과한 후반에서는 세극 간격이 d2로 확대한 분만큼 세극 효과가 다소 낮아지지만, 아크 열에 의해 세극 소호판(9)의 표면에서 생성하는 열분해 가스의 발생량이 감소하여 차단기 케이스의 이상한 내압 상승을 막는다. 게다가, 전류 차단 직후에서는 가동 접촉자(3)의 선단이 세극 소호판(9)의 노치부(9a)로 돌출하여 세극 공간의 외측으로 일출하는 것에 더하여, 세극 간격(d2)의 확대에 의해 가동 접촉자(3)와 세극 소호판(9)의 내벽면과의 사이에는 충분한 절연 간격이 확보되고, 이로써 재점호 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

다음에, 세극 소호판(9)에 관해 그 응용 실시예를 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한다. 즉, 도 1의 실시예에서는 세극 소호판(9)의 내벽면에 단차부(9b)를 형성하고, 가동 접점 이동 경로의 전반과 후반으로 나누어 세극 간격을 d1, d2로 설정하고 있다. 도 2의 (a)의 실시예에서는 세극 소호판(9)의 내벽면에는 중간 위치로부터 이후의 후반 영역(개극 종단측)에 테이퍼면(9c)을 형성하고, 가동 접촉자(3)의 개극 이동 경로를 끼우고 그 양측에 대향하는 세극 소호판(9)의 세극 간격을 d1로부터 d2로 확대하도록 하고 있다. 또한, 도 2의 (b)의 실시예에서는 상기 테이퍼면을 원호형상의 테이퍼면(9d)으로 하고 있고, 도 2의 (a) 및 (b)의 구성에 의해 도 1의 실시예와 동등한 효과를 이룰 수 있다.

또한, 상기 각 실시예 및 종래 구조(비교예)의 전류 차단부에 관해, 발명자 등이 행한 차단 성능의 검증 테스트로 전류 차단시에 있어서의 아크 전압, 아크 파워, 소호실의 내부 압력의 각 특성을 조사하였다. 그 결과로부터, 높은 한류 차단 성능을 확보하면서, 전류 차단시에 있어서의 아크 파워의 피크를 낮게 억제하여 케이스의 내부 압력 상승을 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다.

상기 구성에 의하면, 다음에 기재한 바와 같은 효과를 갖는다. 즉, 가동 접촉자의 개극 이동 경로를 끼우고 좌우에 대치하는 세극 소호판은, 적어도 가동 접촉자의 개극 위치에서 해당 가동 접촉자의 선단을 대향 벽면으로부터 돌출시킴과 함께, 또한 세극 소호판 사이에 구획(畵成)한 세극 공간은, 가동 접점의 폐성 위치에 가까운 전반 영역의 세극 간격이 좁게 설정되어 있음에 대해, 개극 종단측의 후반 영역에서는 세극 간격이 확대되어 있다.

따라서, 전류 차단시에 가동 접촉자의 접점이 고정 접점으로부터 개극 위치를 향하고 개극 이동하는 행정의 전반 영역에서는, 고정 접점과 가동 접점 사이에 발생한 아크에 대해 세극 소호판에 의한 세극 효과가 최대로 발휘되고 차단 초기의 단계에서 아크 전압이 급속하게 높아진다. 한편, 개극 행정의 후반 영역에서는 세극 간격이 확대되어 있고, 또한 아크의 발호점도 가동 접점으로부터 가동 접촉자의 선단측으로 이행하고 신장한 아크는 세극 소호판의 외측으로 일출하게 되기 때문에, 소호판의 세극 효과는 다소 저하되지만, 아크 열을 받아서 세극 소호판의 표면 에서 발생하는 가스량은 개극 행정의 전반에 비하여 대폭적으로 저감한다.

이로써, 한류 차단 특성의 우열을 지배하는 차단 초기의 단계에서 세극 소호판의 세극 효과를 최대로 발휘시키면서, 차단 동작의 후반은 세극 소호판으로부터의 가스 발생량 증가를 억제하여 차단기 케이스의 내압이 이상하게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 게다가, 전류 차단이 완료된 개극 위치에서는 가동 접촉자의 접점을 끼우고 그 양측에 대향하는 세극 소호판과의 사이에 여유가 있는 간극이 확보된다. 더하여 가동 접촉자의 선단이 세극 공간의 외측에 위치하고 있기 때문에, 세극 소호판의 표면이 탄화하고 메구옴이 저하되어 있어도, 고정 접점과 가동 접점 사이에 충분한 절연 거리를 확보하여 재점호 발생을 방지할 수 있다.

또한, 아크의 발호점이 가동 접점으로부터 가동 접촉자의 선단으로 이행하기 어려운 중전류 이하의 전류 차단시에도, 차단 초기의 전반에서 세극 효과를 최대한으로 발휘시키고, 또한 가동 접촉자의 전개(全開) 위치에서도 세극 소호판으로부터의 가스 발생량을 억제하면서 세극 효과가 계속적으로 유효 작용하여 전류를 한류 차단할 수 있다. 이로써, 높은 차단 성능을 확보하고, 케이스의 강도도 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (3)

1. 고정 접촉자와 쌍을 이루는 가동 접촉자의 개극 이동 경로에 따라, 고정 접점 및 가동 접점을 끼우고 좌우 양측에 한 쌍의 세극 소호판을 배치하고, 그 대향 벽면 사이에 세극 소호 공간을 형성한 회로 차단기에 있어서,

   상기 세극 소호판은, 적어도 가동 접촉자의 개극 위치에서 해당 접촉자의 선단을 대향 벽면으로부터 돌출시킴과 함께, 또한 가동 접촉자의 개극 이동 경로를 폐성 위치에 가까운 전반 영역과 개극 위치에 가까운 후반 영역으로 구분하고 나서, 그 전반 영역에서는 세극 소호판 사이의 세극 간격을 좁게하고, 후반 영역의 세극 간격을 확대하여 설정한 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
2. 제 1항에 있어서,

   대향하는 세극 소호판에 대해, 그 내벽면의 중단 위치에 판두께 방향의 단차부를 형성하고, 해당 단차를 경계로 개극 이동 경로의 전반 영역의 세극 간격을 좁게하고, 후반 영역의 세극 간격을 확대시킨 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
3. 제 1항에 있어서,

   대향하는 세극 소호판에 대해, 그 내벽면의 중단 위치로부터 선단측으로 테이퍼면을 형성하고, 개극 이동 경로의 후반 영역의 세극 간격을 확대시킨 것을 특징으로 하는 회로 차단기.

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