KR20080005113A - Arc chute for a circuit interrupting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아크 소멸 챔버 또는 "아크 슈트(arc chute)"에 관한 것이다.The present invention relates to an arc extinction chamber or "arc chute."
아크 슈트들은 회로 차단기들 및 접촉기들과 같은 회로 차단 장치들, 특히 직류(direct current; DC) 회로 차단 장치들에 사용되고 있다.Arc chutes are used in circuit breakers such as circuit breakers and contactors, in particular direct current (DC) circuit breakers.
직류(DC) 회로 차단 장치들은 고정 접촉자 및 가동 접촉자를 포함하고 있는 것이 전형적이다. 정상 상태에서, 이러한 접촉자들은 서로 접촉해 있으며 전류가 그들을 통해 흐르게 된다. 회로를 차단하기 위해, 상기 가동 접촉자는 소정 타입의 전기기계 액추에이터에 의해 상기 고정 접촉자로부터 떨어지게끔 이동되는데, 이는 2개의 접촉자들 간의 전기 아크를 생성하게 된다. 상기 전기 아크는 회로에 의해 생성되는 자기장에 의해 아크 슈트 내에 강제로 진입된다. 이러한 아크 슈트 내부에서는 상기 아크가 다수의 작은 아크들로 분할되고 이는 궁극적으로 분리된 접촉자들 간의 통전(通電)을 최종적으로 붕괴시키는 결과를 초래하게 된다.Direct current (DC) circuit breakers typically include a fixed contact and a movable contact. In steady state, these contacts are in contact with each other and current flows through them. To break the circuit, the movable contact is moved away from the fixed contact by some type of electromechanical actuator, which creates an electric arc between the two contacts. The electric arc is forced into the arc chute by the magnetic field generated by the circuit. Inside this arc chute, the arc is split into a number of small arcs, which ultimately results in the collapse of the current between the disconnected contacts.
아크 슈트들은 회로의 정격 전압보다 상당히 높고 전형적으로는 상기 정격 전압의 1.5 내지 3배인 아크 전압을 생성한다. 그러나, 국제 표준은 아크 전압이 정격 절연 전압의 3배와 같은 최대값으로 제한되도록 규정하고 있다. 상기 정격 절연 전압은 회로의 정격 전압과 일치하고 있다. 따라서, 소정의 정격 전압용으로 설계된 아크 슈트는 다른 정격 전압용으로 사용될 수 없는 것이 일반적이다.Arc chutes produce an arc voltage that is significantly higher than the circuit's rated voltage and is typically 1.5 to 3 times the rated voltage. However, international standards stipulate that the arc voltage is limited to a maximum value equal to three times the rated insulation voltage. The rated insulation voltage corresponds to the rated voltage of the circuit. Thus, arc chutes designed for a given rated voltage are generally not available for other rated voltages.
본 발명의 목적은 다른 정격 전압들에 채택될 수 있는 아크 슈트를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an arc chute which can be adapted to different rated voltages.
이를 위해, 첨부된 청구항 제1항에서 정의된 바와 같은 아크 슈트가 제공되며, 그의 특정 실시예들이 종속 청구항 제2항 내지 제4항에 정의되어 있다. 본 발명은 또한 상기 아크 슈트를 합체하고 있는 회로 차단 장치, 특히 직류(DC) 회로 차단기를 제공한다.To this end, an arc chute as defined in the appended claim 1 is provided, the specific embodiments of which are defined in the dependent claims 2 to 4. The invention also provides a circuit breaker, in particular a direct current (DC) circuit breaker incorporating said arc chute.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부도면들을 참조한 이하의 상세한 설명을 고려하면 자명해질 것이다.Other features and advantages of the present invention will become apparent upon consideration of the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다른 정격 전압들에 채택될 수 있는 아크 슈트를 제공함으로써 각각의 정격 전압에 대한 하나의 회로 차단 장치에 대한 필요성을 없앨 수 있다.The present invention can eliminate the need for one circuit breaker for each rated voltage by providing an arc chute that can be adapted to other rated voltages.
도 1은 본 발명에 따른 아크 슈트를 합체하고 있는 회로 차단기 또는 접촉기와 같은 회로 차단 장치를 보여주는 전기 회로도로서, 개방 위치에 있는 아크 슈트의 바이패스 스위치를 보여주는 전기 회로도.1 is an electrical circuit diagram showing a circuit breaker such as a circuit breaker or contactor incorporating an arc chute according to the present invention, showing an bypass switch of the arc chute in an open position.
도 2는 폐쇄 위치에 있는 아크 슈트의 바이패스 스위치를 보여주는 도 1과 같은 회로 차단 장치를 보여주는 전기 회로도.2 is an electrical circuit diagram showing a circuit breaker as in FIG. 1 showing the bypass switch of the arc chute in the closed position.
첨부도면들에서, 참조번호(1)는 회로의 전력 라인을 나타내며, 참조번호(2)는 종래의 고정 및 가동 접촉자들로 이루어진 스위치를 나타내고 참조번호(3)는 본 발명에 따른 아크 슈트를 나타낸다. 상기 아크 슈트(3)는 공지된 방식으로 도전성 부재들(5)에 의해 직렬 연결된 복수 개의 아크 슈트 유닛들(4)을 포함한다. 각각의 아크 슈트 유닛(4)은 복수 개의 분리된 금속 배플(metal baffle)들(6)을 포함한다. 도시된 예에서는, 4개의 동일한 아크 슈트 유닛들(4)이 제공되어 있다.In the accompanying drawings, reference numeral 1 denotes a power line of a circuit, reference numeral 2 denotes a switch made of conventional fixed and movable contacts and reference numeral 3 denotes an arc chute according to the present invention. . The arc chute 3 comprises a plurality of arc chute units 4 connected in series by conductive members 5 in a known manner. Each arc chute unit 4 comprises a plurality of separate metal baffles 6. In the example shown, four identical arc chute units 4 are provided.
도 1을 참조하면, 상기 스위치(2)가 개방될 경우에, 다시 말하면 전류가 상기 전력 라인(1)에 흐르고 있는 동안 가동 접촉자가 고정 접촉자로부터 떨어지게끔 이동될 경우에, 상기 접촉자들 간에는 전기 아크가 형성된다. 그러한 아크는 상기 아크 슈트(3) 내에 강제로 진입되는데, 이 경우에는 상기 아크가 각각의 아크 슈트 유닛(4)에서 다수의 작은 아크들로 분할되고 결과적으로는 전류들이 화살표들로 윤곽만 도시된 바와 같이 상기 도전성 부재들(5)을 통해 흐르게 된다.Referring to FIG. 1, when the switch 2 is opened, that is, when the movable contact is moved away from the stationary contact while current is flowing in the power line 1, an electric arc is formed between the contacts. Is formed. Such an arc is forced into the arc chute 3, in which case the arc is divided into a number of small arcs in each arc chute unit 4 and consequently the currents are only outlined with arrows. As it flows through the conductive members (5).
각각의 아크 슈트 유닛(4)은 상기 아크 슈트 유닛(4)에 제공된 다수의 배플들(6)에 의존하는 아크 전압을 생성한다. 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된 아크 전압은 상기 아크 슈트 유닛들(4)에 의해 생성된 다른 아크 전압들의 합이다. 따라서, 도시된 예에서, 각각의 슈트 유닛(4)이 대략 1 ㎸의 아크 전압을 생성할 경우에, 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된 총 아크 전압은 대략 4 ㎸로 된다.Each arc chute unit 4 generates an arc voltage that depends on a number of baffles 6 provided in the arc chute unit 4. The arc voltage generated by the arc chute 3 is the sum of the other arc voltages generated by the arc chute units 4. Thus, in the example shown, when each chute unit 4 produces an arc voltage of approximately 1 kW, the total arc voltage generated by the arc chute 3 becomes approximately 4 kW.
본 발명에 의하면, 스위치(7)는 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 일부, 다시 말하면 도시된 예에서는 2개의 도전성 부재들(5) 간의 하나의 아크 슈트 유닛(4a)과 병렬 연결되어 있다. 상기 스위치(7)는 폐쇄 위치(도 2 참조)에 있을 때 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 일부를 바이패스(분로)시키고, 개방 위치(도 1 참조)에 있을 때 상기 아크 슈트 유닛들(4)을 바이패스시키지 않는다. 따라서, 상기 스위치(7)가 개방 위치(도 1 참조)에 있을 때, 모든 아크 슈트 유닛들(4)은 상기 스위치(2)의 개방에 의해 생성되는 전기 아크를 소멸시키도록 동작하게 되고, 상기 스위치(7)가 폐쇄 위치(도 2 참조)에 있을 때, 단지 상기 스위치(7)와 병렬 연결된 것 또는 것들과는 다른 아크 슈트 유닛들(4)만이 아크를 소멸시키도록 동작하게 된다. 그러므로, 다른 아크 전압들은 상기 스위치(7)의 위치에 의존하여 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된다. 단지 아크 슈트 유닛(4a)만이 상기 스위치(7)와 병렬 연결되어 있는 도시된 예에서, 상기 아크 슈트(3)의 아크 전압은 상기 스위치(7)가 개방(도 1 참조)될 경우에 하나의 아크 슈트 유닛(4)에 대응하는 아크 전압의 4배로 되고 상기 스위치(7)가 폐쇄(도 2 참조)될 경우에 하나의 아크 슈트 유닛(4)에 대응하는 아크 전압의 3배로 된다.According to the invention, the switch 7 is connected in parallel with part of the arc chute units 4, that is to say one arc chute unit 4a between the two conductive members 5 in the illustrated example. The switch 7 bypasses some of the arc chute units 4 when in the closed position (see FIG. 2) and the arc chute units (when in the open position (see FIG. 1) Do not bypass 4). Thus, when the switch 7 is in the open position (see FIG. 1), all arc chute units 4 are operated to extinguish the electric arc generated by the opening of the switch 2, and the When the switch 7 is in the closed position (see FIG. 2), only the arc chute units 4 other than those connected in parallel with the switch 7 are operated to dissipate the arc. Therefore, different arc voltages are generated by the arc chute 3 depending on the position of the switch 7. In the illustrated example in which only the arc chute unit 4a is connected in parallel with the switch 7, the arc voltage of the arc chute 3 is one when the switch 7 is opened (see FIG. 1). 4 times the arc voltage corresponding to the arc chute unit 4 and 3 times the arc voltage corresponding to one arc chute unit 4 when the switch 7 is closed (see FIG. 2).
상기 바이패스 스위치(7)는 단로기(disconnector)인 것이 바람직하다. 단로기는 회로 차단기 또는 접촉기와는 다른데, 그 이유는 단지 내부에 어떠한 전류도 흐르고 있지 않을 경우에만 상기 단로기가 회로를 개방시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 단로기는 아크 슈트를 필요로 하지 않는다. 변형적으로는, 상기 바이패스 스위치(7)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 스위치 또는 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor; IGCT) 스위치와 같은 반도체 스위치로 이루어질 수 있다.The bypass switch 7 is preferably a disconnector. Disconnectors are different from circuit breakers or contactors because they can only open a circuit if there is no current flowing inside. Thus, the disconnector does not require an arc chute. Alternatively, the bypass switch 7 may be made of a semiconductor switch such as an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch or an Integrated Gate Commutated Thyristor (IGCT) switch.
상기 바이패스 스위치(7) 때문에, 본 발명의 아크 슈트(3)는 다른 전압들로 동작하는 회로들에서 사용될 수 있다. 모든 아크 슈트 유닛들(4)이 동작(도 1 참조)하도록 구성될 경우에 상기 아크 슈트(3)는 제1 정격 전압을 지니는 제1 회로에서 사용될 수 있다. 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 단지 일부만이 동작(도 2 참조)하도록 구성될 경우에, 상기 아크 슈트(3)는 상기 제1 정격 전압보다 낮은 제2 정격 전압을 지니는 제2 회로에서 사용될 수 있는데, 그 이유는 아크 전압이 전자의 구성에서보다 낮고, 더 구체적으로 기술하면 상기 제2 회로에 대한 국제 표준에 의해 규정된 최대값보다 낮아질 수 있기 때문이다.Because of the bypass switch 7, the arc chute 3 of the invention can be used in circuits operating at different voltages. The arc chute 3 can be used in a first circuit having a first rated voltage when all the arc chute units 4 are configured to operate (see FIG. 1). When only some of the arc chute units 4 are configured to operate (see FIG. 2), the arc chute 3 can be used in a second circuit having a second rated voltage lower than the first rated voltage. This is because the arc voltage is lower than in the former configuration, and more specifically, may be lower than the maximum value defined by the international standard for the second circuit.
도시된 예에서, 단지 하나의 바이패스 스위치(7)가 제공되어 있다. 그러나, 변형예에서는, 3개 이상의 다른 아크 전압이 생성될 수 있게끔 여러 바이패스 스위치가 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 아크 슈트 유닛(4a)과 병렬 연결된 스위치(7) 외에도, 다른 한 바이패스 스위치가 상기 아크 슈트 유닛(4b)과 병렬 접속될 수 있다. 따라서, 이와 같은 2개의 바이패스 스위치들 각각의 위치에 의존하여, 제로(0)개의 아크 슈트 유닛(4), 1개의 아크 슈트 유닛(4) 및 2개의 아크 슈트 유닛(4) 중 하나가 바이패스될 수 있으며, 결과적으로는 3개의 다른 아크 전압들이 획득될 수 있다.In the example shown, only one bypass switch 7 is provided. However, in a variant, several bypass switches can be provided such that three or more different arc voltages can be generated. For example, in addition to the switch 7 connected in parallel with the arc chute unit 4a, another bypass switch may be connected in parallel with the arc chute unit 4b. Thus, depending on the position of each of these two bypass switches, one of zero arc chute unit 4, one arc chute unit 4 and two arc chute unit 4 is bypassed. Can be passed, and as a result three different arc voltages can be obtained.
더군다나, 본 발명의 아크 슈트에서 제공된 모든 또는 각각의 바이패스 스위치는 첨부도면들에 도시된 것들 중 단지 하나만이라기보다는 오히려 여러 인접 아크 슈트 유닛과 병렬 연결될 수 있다.Furthermore, all or each bypass switch provided in the arc chute of the present invention may be connected in parallel with several adjacent arc chute units rather than just one of those shown in the accompanying drawings.
본 발명의 특정 적용 분야가 철도 네트워크들 및 차량들이다. 실제로, 철도 네트워크들은 나라마다 다른 전압들로 작동한다. 본 발명의 아크 슈트를 합체한 차단 장치들이 예를 들면 기관차들에 설치되고 이 때문에 상기 기관차들이 다른 나라들의 철도 네트워크들을 지나갈 수가 있다. 본 발명은 각각의 네트워크 전압에 대한 하나의 회로 차단 장치를 상기 기관차들에 제공할 필요성을 없앤다.Particular applications of the present invention are railway networks and vehicles. In fact, railway networks operate with different voltages in different countries. Blocking devices incorporating the arc chute of the present invention are installed, for example, in locomotives so that they can pass through railway networks in other countries. The present invention obviates the need for providing the locomotives with one circuit breaker for each network voltage.
본 발명은 직류(direct current)에 국한되지 않고, 또한 동일한 방식으로 교류(alternate current; AC)에도 적용될 수 있다.The invention is not limited to direct current, but can also be applied to alternating current (AC) in the same manner.
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