KR20090109482A - 폐쇄 및 래치 성능이 개선된 회로 차단기 - Google Patents

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Abstract

과전류 상태가 발생할 때 전류 흐름을 차단하기 위한 복수의 접점(205, 210)을 포함하고, 각각의 접점은 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)에 대해 어떤 각도로 변위되는 교합면(305, 310)을 가지며, 상기 교합면(305, 310)의 변위는 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)으로부터의 반발력 모멘트 아암을 최소화하도록 구성되는 장치가 제공된다.
교합면, 피봇 지점, 갭, 전자기 반발력, 모멘트 아암, 가동 접점 조립체, 고정 접점 조립체, 핑거, 메인 전도체

Description

폐쇄 및 래치 성능이 개선된 회로 차단기{CIRCUIT BREAKER WITH IMPROVED CLOSE AND LATCH PERFORMANCE}
본 발명은 전류를 전도시키는 접점에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 접점에 의해 전도되는 전류량의 결과로서 교합(mating)될 때 반발력을 받는 접점에 관한 것이다.
회로 차단기는 일반적으로, 예를 들어 단락이나 지락에 의해 초래되는 과전류 상황으로부터 설비를 보호하기 위해 사용된다. 과전류 상태가 발생하면, 회로 차단기 내의 전기 접점은 개방되어, 회로 차단기를 통해서 설비로 흐르는 전류를 차단하도록 설계된다. 회로 차단기는 높은 대기 전류 및 높은 내전류(withstand current) 용으로 설계될 수도 있다. 높은 내전류 정격을 유지하기 위해, 접점은 내전류 정격에서 폐쇄 로크되어야 하고 전류 흐름에 의해 발생되는 커다란 전류역학적 반발력을 견딜 수 있어야 한다.
회로 차단기는 블로우 오픈 및 논-블로우 오픈(non-blow open) 접촉 아암, 오버센터링 및 논-오버센터링(non-overcentering) 접촉 아암, 접촉 아암의 일 단부에 접점 쌍을 갖고 타 단부에 피봇을 갖는 단일 접점 쌍 배치, 접촉 아암의 각 단 부에 접점 쌍을 갖고 두 단부의 중간에 접촉 아암 피봇을 갖는 회전식 차단기로도 지칭되는 이중 접점 쌍 배치, 회로 차단기 부품들이 단일 케이스와 커버 내에 수용되는 단일 하우징 구조, 및 각 페이스(phase)의 도전 부품들이 페이스 카세트 내에 수용되고 각각의 페이스 카세트는 역시 조작 기구를 구비할 수 있는 케이스와 커버 내에 수용되는 카세트 차단기로도 지칭되는 카세트형 구조를 포함하는 다양한 설계를 갖는다. 다극 회로 차단기는 일반적으로 2극, 3극 및 4극 배치로 이용될 수 있으며, 2극 및 3극 배치는 2상 및 3상 회로에 각각 사용된다. 4극 배치는 통상 스위칭 중립을 갖는 3상 회로에 채용되며, 여기에서 제 4 극은 일차 회로 페이스의 개폐에 의해 좌표식 배치에서의 중립 회로를 개폐하도록 작동한다.
회로 차단기의 도전성 접점이 실수로 폐쇄되면, 접점을 통한 전류가 매우 높아서 결과적으로 접점들 사이에 상당한 전자기 반발력이 발생한다. 이들 전자기 반발력은 차단기 폐쇄를 방해한다.
도 1은 예시적인 회로 차단기(100)를 도시한다. 차단기(100)는 고정 접점 조립체(105), 및 회전 지점(115) 주위로 피봇하는 가동 접점 조립체(110)를 구비한다. 가동 접점 조립체(110)는 하나 이상의 제 1 아크 접점(arcing contacts)(120) 및 하나 이상의 제 1 메인 접점(125)을 구비할 수 있다. 대응적으로, 고정 접점 조립체(105)는 하나 이상의 제 2 아크 접점(130) 및 하나 이상의 제 2 메인 접점(135)을 구비할 수 있다.
상기 고정 및 가동 접점 조립체(105, 110)는 일반적으로 실수성 폐쇄에 대항하도록 구성된다. 실수로 폐쇄될 때, 제 1 및 제 2 아크 접점(120, 130)이 상호 접촉하므로, 제 1 및 제 2 아크 접점(120, 130)을 통해서 흐르는 전류는 상호 근접하며, 수축 효과로 인해 벡터(140)로 표시되는 전자기 반발력을 초래한다. 전자기 반발력은 인가되는 폐쇄력과 반대로 작용하며, 가동 접점 조립체(110)의 폐쇄 회전에 반대되는 방향으로 토크를 인가한다. 전자기 반발력은 전류가 접점 사이의 루프 경로를 따라서 흐를 때 전류의 크기에 직접 비례하고 접점 사이의 간격에 간접적으로 비례한다.
따라서, 반발력(140)은 필연적으로, 회전 지점(115)에서 힘 벡터(140)의 중심까지의 거리를 나타내는 모멘트 아암(145)에 수직하다. 이 실시예에서, 모멘트 아암은 상당한 크기를 가지며 그 결과 고정 및 가동 접점 조립체(105, 110)를 폐쇄하기 위해서는 상당한 추가 폐쇄력이 필요하다.
반발력이 감소되거나 변경된 회로 차단기를 제공하는 것이 유리할 것이다.
이하의 내용은 비제한적이고 예시적인 실시예이다.
일 실시예에서, 본 발명의 장치는 과전류 상태가 발생할 때 전류 흐름을 차단하기 위한 복수의 접점을 구비하고, 각각의 접점은 적어도 하나의 접점의 피봇 지점에 대해 어떤 각도로 변위되는 교합면을 가지며, 교합면의 변위는 적어도 하나의 접점의 피봇 지점으로부터의 반발력 모멘트 아암을 최소화하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 복수의 접점의 교합면을 적어도 하나의 접점의 피봇 지점에 대해 어떤 각도로 변위시키는 단계, 및 과전류 상태가 발생할 때 접점 사이의 전자기 반발력을 감소시키기 위해 적어도 하나의 접점의 피봇 지점으로부터의 모멘트 아암을 최소화하도록 상기 변위를 구성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 회로 차단기에 의하면, 적어도 하나의 접점의 피봇 지점으로부터의 모멘트 아암이 최소화되며, 따라서 과전류 상태가 발생할 때 접점 사이의 전자기 반발력이 감소된다.
본 명세서에 기재된 실시예의 상기 양태 및 기타 특징들은 첨부 도면을 참조한 이하 설명에 나타나 있다.
도 2는 본 명세서에 기재된 실시예를 실시하기에 적합한 예시적인 회로 차단기(200)의 도시도이다. 본 명세서에 기재된 실시예들이 도면을 참조하여 설명될 것이지만, 이들은 여러가지 다른 형태로 실시될 수 있음을 알아야 한다. 또한 임의의 적합한 크기, 형상 또는 형태의 요소 또는 재료가 사용될 수 있음도 알아야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예는 접점 사이의 전자기 반발력을 최소화하도록 작용하는 특징을 갖는 복수의 접점을 구비할 수 있다.
회로 차단기(200)는 고정 접점 조립체(205), 및 회전 지점(215) 주위로 피봇되는 가동 접점 조립체(210)를 구비할 수 있다. 가동 접점 조립체(210)는 일반적으로 하나 이상의 제 1 아크 접점(220) 및 하나 이상의 제 1 메인 접점(225)을 구비할 수 있다. 고정 접점 조립체(205)는 하나 이상의 제 2 아크 접점(230) 및 하나 이상의 제 2 메인 접점(235)을 구비할 수 있다. 상기 고정 및 가동 접점 조립체(205, 210)는 실수성 폐쇄에 대항하도록 구성될 수 있다. 폐쇄될 때, 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)은 제 1 및 제 2 메인 접점(225, 235)에 앞서 상호 접촉하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예가 회로 차단기 내의 아크 접점 및 메인 접점에 대개 기술하고 있지만, 폐쇄 중에 반발력을 겪게되는 임의의 접점에 대해서도 사용될 수 있음을 알아야 한다.
도 3은 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)의 확대도이다. 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)은 이들 접점이 상호 접촉할 때 아크방전을 최소화하기 위한 임의의 적합한 형상 및 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)은 각각 예를 들어 고정 및 가동 접점 조립체(205, 210)로부터 멀리 연장되는 부분(330, 340)을 갖는 라운드형 또는 아치형 접촉면(305, 310)을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)의 형상은 임의의 아크를 접점으로부터 멀어지게 하고 예를 들어 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230) 근처에 배치되는 스크린 또는 플레이트와 같은 아크 퀸칭(arc quenching) 장치를 향하게 하도록 구성되는 복잡한 형상일 수 있다. 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)은 각각 아크 접점을 각각의 고정 및 가동 접점 조립체(205, 210)에 결합하기 위한 베이스(335, 340)를 가질 수 있다. 각각의 베이스(335, 340)는 L자 형상을 갖거나 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
이 실시예에서, 제 1 아크 접점(220)은 제 1 교합면(305)을 가질 수 있으며 제 2 아크 접점(230)은 제 2 교합면(310)을 가질 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 교합면(305, 310)은 회전 지점(215)으로부터의 모멘트 아암(315)을 감소시키거나 최소화시키는 각도로 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 교합면(305, 310)의 각도 배향으로 인해, 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)을 통해서 흐르는 전류는 일반적으로 상호 더 이격되어 이동할 수 있거나, 또는 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)을 통해서 늘어난 거리를 이동할 수 있다. 전자기 반발력은 전류 경로에 더 큰 루프를 도입함으로써 감소될 수 있는 바, 전류 흐름이 루프 형태일 때 상기 반발력이 접점 사이의 거리에 간접적으로 비례하기 때문이다.
이는 제 1 및 제 2 아크 접점(220, 230)을 통해서 흐르는 전류에 기인하는 전자기 반발력(320)을 감소시키거나 최소화하도록 작용할 수 있다.
제 1 및 제 2 교합면(305, 310)의 각도 배향은 또한 제 1 및 제 2 아크 접 점(220, 230)에 가해지는 전자기 반발력(320)을 변화시키도록 작용할 수도 있다. 도 3에 도시하듯이, 전자기 반발력(320)의 방향은 피봇 지점(215) 쪽으로 향할 수 있으며, 결국 모멘트 아암(325)을 감소시키거나 최소화시킬 수 있다. 그 결과, 전자기 반발력이 감소되거나 최소화될 수 있다.
도 4는 제 1 및 제 2 아크 접점의 다른 실시예(400)의 확대도이다. 이 실시예는 고정 접점 조립체(405), 및 회전 지점(415) 주위로 피봇되는 가동 접점 조립체(410)를 구비할 수 있다. 다른 실시예들과 마찬가지로, 가동 접점 조립체(410)는 일반적으로 하나 이상의 제 1 아크 접점(420) 및 하나 이상의 제 1 메인 접점(425)을 구비할 수 있다. 가동 접점 조립체(410)는 제 1 아크 접점(420)이 그 위에 장착되는 핑거(440)를 구비할 수 있다. 고정 접점 조립체(405)는 하나 이상의 제 2 아크 접점(430) 및 하나 이상의 제 2 메인 접점(435)이 그 위에 장착되는 메인 전도체(450)를 구비할 수 있다. 이 실시예에서, 핑거(440)와 제 1 아크 접점(420) 사이에는 제 1 물리적 갭(445)이 제공될 수 있다. 제 1 갭(445)은 전류가 제 1 아크 접점(420)을 통해서 더 긴 거리를 이동하게 함으로써 제 1 아크 접점을 통한 전류 경로(465)를 연장 또는 신장시키도록 작용할 수 있다. 메인 전도체(450)와 제 2 아크 접점(430) 사이에는 제 2 물리적 갭(455)이 제공될 수 있다. 제 1 갭(445)과 마찬가지로, 제 2 갭(455)은 전류가 제 2 아크 접점(430)을 통해서 더 긴 거리를 이동하게 함으로써 제 2 아크 접점(430)을 통한 전류 경로를 연장 또는 신장시키도록 작용할 수 있다.
도 4는 갭(445, 455)이 없을 경우 전류가 고정 접점 조립체(405) 및 가동 접 점 조립체(410)를 통해서 이동할 수 있는 예시적인 전류 경로(460)를 도시한다. 전류 경로(465)는 갭(445, 455)이 있을 경우 형성될 수 있는 예시적인 전류 경로를 도시한다. 전류 경로(465)는 일반적으로 전류 경로(460)보다 긴 길이를 가질 수 있으며, 제 1 아크 접점(420)과 제 2 아크 접점(430) 사이에 감소된 전자기 반발력을 형성할 수 있다.
상기 설명은 본 발명을 예시한 것일 뿐임을 알아야 한다. 본 명세서에 기재된 실시예를 벗어나지 않는 다양한 변형예 및 수정예가 당업자에 의해 도출될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 청구범위에 범주에 속하는 이러한 변형예, 수정예 및 대체예를 모두 망라하는 것으로 간주된다.
도 1은 예시적인 종래의 회로 차단기의 도시도.
도 2는 본 명세서에 기재된 실시예를 실시하기에 적합한 예시적인 회로 차단기(200)의 도시도.
도 3은 예시적인 제 1 및 제 2 아크 접점의 확대도.
도 4는 예시적인 제 1 및 제 2 아크 접점의 다른 실시예의 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 회로 차단기
105, 205, 405 : 고정 접점 조립체
110, 210, 410 : 가동 접점 조립체
115, 215, 415 : 회전 지점
120, 220, 420 : 제 1 아크 접점
125, 225, 425 : 제 1 메인 접점
130, 230, 430 : 제 2 아크 접점
135, 235, 435 : 제 2 메인 접점
305, 310 : 교합면
315, 325 : 모멘트 아암
320 : 전자기 반발력
445, 455 : 갭
460, 465 : 전류 경로

Claims (10)

  1. 과전류 상태가 발생할 때 전류 흐름을 차단하기 위한 복수의 접점(205, 210)을 포함하고,
    각각의 접점(220, 225, 230, 235)은 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)에 대해 어떤 각도로 변위되는 교합면(305, 310)을 가지며,
    상기 교합면(305, 310)의 변위는 적어도 하나의 접점(220, 225, 230, 235)의 피봇 지점(215)으로부터의 반발력 모멘트 아암을 최소화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교합면(305, 310)의 변위는 전류가 상기 복수의 접점(205, 210)을 통해서 늘어난 거리를 이동하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교합면(305, 310)의 변위는 반발력이 피봇 지점(215)을 향하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접점(220, 225, 230, 235)은 전류가 상기 적어도 하나의 접점(220, 225, 230, 235)을 통해서 늘어난 거리를 이동하게 하도록 구성된 갭(445, 455)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    장치.
  5. 복수의 접점(205, 210)의 교합면(305, 310)을 적어도 하나의 접점(220, 225, 230, 235)의 피봇 지점(215)에 대해 어떤 각도로 변위시키는 단계, 및
    과전류 상태가 발생할 때 접점(220, 225, 230, 235) 사이의 전자기 반발력을 감소시키기 위해 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)으로부터의 모멘트 아암을 최소화하도록 상기 변위를 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    전류가 상기 복수의 접점(205, 210)을 통해서 늘어난 거리를 이동하게 하도록 상기 교합면(305, 310)의 변위를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    반발력이 피봇 지점(215) 쪽을 향하게 하도록 교합면(305, 310)을 변위시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 갭(445, 455)은 적어도 하나의 접점과, 상기 적어도 하나의 접점이 가동 접점 조립체 내에서 그 위에 장착되는 핑거 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 갭(445, 455)은 적어도 하나의 접점과, 상기 적어도 하나의 접점이 고정 접점 조립체의 일부로서 그 위에 장착되는 메인 전도체 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는
    장치.
  10. 과전류 상태가 발생할 때 전류 흐름을 차단하도록 구성된 복수의 접점(205, 210)을 포함하고,
    각각의 접점은 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)에 대해 어떤 각도로 변 위되는 교합면(305, 310)을 가지며,
    상기 교합면(305, 310)의 변위는 적어도 하나의 접점의 피봇 지점(215)으로부터의 반발력 모멘트 아암을 최소화하도록 구성되고,
    각각의 접점은 적어도 하나의 접점과 상기 적어도 하나의 접점이 그 위에 장착되는 전도체 사이에 갭(445, 455)을 가지며,
    상기 갭(445, 455)은 전류가 적어도 하나의 접점을 통해서 늘어난 거리를 이동하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    장치.
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