KR20090109503A - 회로 차단기용 아크 슈트 조립체 - Google Patents

Abstract

본원 발명의 아크 슈트 조립체는 측방향 축선을 갖는 하우징 및 상기 하우징 내에 배치되는 퀀칭부를 포함한다. 퀀칭부는 상기 하우징의 측방향 축선을 따라 이격되고 각각 절개부를 구비하는 적어도 2개의 탈이온 플레이트(deion plate; 208)를 포함하며, 상기 절개부는 상기 측방향 축선을 따라 서로에 대해 엇갈리게 배열되고, 아크를 완화하도록 구성된다.

Description

회로 차단기용 아크 슈트 조립체{ARC CHUTE ASSEMBLY FOR A CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 전기 개폐기에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 아크 슈트 조립체에 관한 것이다.

회로 차단기 및 다른 전기 전환 장치는 전형적으로 고정 전기 접점 세트 및 가동 전기 접점 세트를 포함한다. 회로 차단기가 부하에 전류를 제공하도록 요구되는 경우, 고정 및 가동 접점은 서로 물리적으로 접촉한다. 그러나, 회로를 차단할 필요가 있는 경우에는, 가동 접점이 고정 접점으로부터 이동되어 떨어지며, 이로써 가동 접점을 고정 접점과의 물리적 접촉으로부터 분리시켜 이들 사이에 공간을 생성하게 된다. 이는 접점이 분리되는 때에 전기적 아크 개시의 형성을 야기한다.

이러한 특정 예에 있어서, 전기적 아크("아크 방전"으로도 공지됨)는 여러 이유로 바람직하지 않다. 먼저, 회로 차단기를 통해 부하로 유동하는 전류로부터 부하가 분리될 필요가 있는 경우에도 전류가 회로 차단기를 통해 부하로 유동하는 경로를 제공한다. 또한, 접점 사이에서 연장되는 전기적 아크는 종종 접점 재료 자체의 기화 및 승화를 야기하고, 결국에는 접점의 파괴 또는 손상을 야기한다.

결과적으로, 차단기 및 개폐기의 제조업자들은 이와 같이 바람직하지 않은 아크 방전을 용이하게 차단하는 기구를 개발해 왔다. 예를 들어, 초기 제조업자들은 기름이나 불활성 가스 내에 접점 재료를 침지시키는 방법을 사용하였으며, 다른 제조업자들은 아크 발생을 차단하는 진공을 생성하였다. 보다 최근에는, 바람직하지 않은 아크 발생을 차단하는 바람직한 방법으로 아크 슈트(arc chute)의 개발이 대두되었다.

예를 들어, 미국 특허 제 6,703,576 호에는 가요성 시트 부재에 의해 형성되는 주 밸브를 갖는 아크 슈트가 제공되어 있으며, 여기서 상기 가요성 시트 부재는 가요성 시트 부재의 단부에서 세장형 슬롯 내에 수용되는 가이드를 형성하는 아크 플레이트 상에서 연장되어 아크 슈트 구조체의 가스 개구 상에 장착된다. 가요성 시트 부재의 중심에서 아크 챔버 내의 고압 가스에 의해 발생되는 힘은 가요성 시트 부재의 단부가 서로를 향해 끌어당겨질 때 아크 가스가 측면방향으로 회피할 수 있도록 한다.

아크 슈트를 포함하는 다른 예시적인 차단기 조립체가 미국 특허 출원 제 20070062912 A1 호에 개시되며, 여기서 차단기 조립체는 2개의 측면 평행 플랜지, 후방 벽, 및 고정 접점부에 전기적으로 접속되는 전도성 재료로 제조된 바닥 아크 발생 혼(bottom arcing horn)을 구비하는 아크 슈트를 포함한다. 바닥 아크 발생 혼은 가스-생성 물질로 이루어진 둘레에 의해 둘러싸여 진다. 아크 슈트는 다수의 분리기를 포함하며, 이중 적어도 2개의 분리기는 노치를 포함하며, 적어도 하나의 재생 분리기는 바닥 아크 발생 혼에 평행하게 배치되고 종방향 중앙-평면 내에서 노치의 적어도 절반을 덮는 적어도 하나의 금속성 표면을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 아크 슈트 조립체는 측방향 축선을 갖는 하우징 및 상기 하우징 내에 배치되는 퀀칭부(quenching portion)를 포함한다. 퀀칭부는 하우징의 측방향 축선을 따라 이격되는 적어도 2개의 탈이온(deion) 플레이트를 포함하며, 상기 탈이온 플레이트 각각은, 측방향 축선을 따라 서로에 대해 엇갈리게 배열되어 아크를 완화하도록 구성되는 절개부(cut portion)를 구비한다.

본 명세서의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조하여 명백하게 될 것이다.

별도로 지적되지 않는 한 일정한 비율로 도시되지 않은 다수의 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 대응하는 구성요소 및 유닛에 대해 유사한 도면 부호가 지정된다.

본 발명의 일 실시예는 하우징 및 상기 하우징 내에 배치되는 퀀칭부(quenching portion)를 포함하는 아크 슈트 조립체(arc chute assembly)를 포함한다. 퀀칭부는 절개부를 갖는, 측방향으로 이격된 적어도 2개의 탈이온 플레이트를 포함하며, 상기 절개부는 서로에 대해 엇갈리게 배열되며, 아크를 완화하도록 구성된다. 본 발명에 의해 제공되는 예시적인 이점은 모듈 설계를 조립하기가 용이하다는 점, 고 단락 회로 누전 레벨(high short circuit fault level) 동안 전개되는 압력을 견디기 위한 개선된 구조적 강도, 개선된 차단 능력 및 정격 전류의 차단에 대한 개선된 수명을 들 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 이하 설명되는 청구된 발명의 특정 구성 및 배열은 단지 예시적인 목적을 위한 것이다. 당업자의 수준 내에 있는 다른 구성 및 배열이 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어남이 없이, 제조, 사용 또는 판매될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예가 회로 차단기와 관련되어 설명되지만, 당업자는 본 발명의 실시예가 아크 방전 억제가 유리한 다른 전기 전환 장치에서도 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수로 언급되고, 그리고 "일" 또는 "하나의"로 시작되는 요소 또는 기능은 이를 배제한다는 명시적인 기재가 없는 한, 복수의 상기 요소 또는 기능을 제외하는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 또한, 청구된 발명의 "일 실시예"로 언급된 것은 언급된 특징을 조합하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

이제, 도 1을 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예로 사용될 수 있는 회로 차단기 배열체(100)는 공지된 회로 차단기 구성요소, 예를 들어, 접점, 래치, 솔레노이드 및 액추에이터(이들 모두 본 명세서에 도시 또는 설명되지 않음)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 슈트 조립체가 전체적으로 도면부호 "102"로 도시된다. 아크 슈트 조립체(102)는 차단기 개구(104)에 대응하도록 치수 설정될 수 있으며, 삽입 시, 회로 차단기 내에서 접점이 서로로부터 멀리 이동함에 따라 발생되는 소정의 전기적 아크를 완화하도록 기능할 수 있다.

이제, 도 2를 참조하여 보면, 아크 슈트의 예시적인 실시예가 전체적으로 도 면부호 "200"으로 도시된다. 아크 슈트 조립체는 하우징(202), 탈이온 플레이트(208), 절연 부재(210), 필터(224) 및 안정화 부재(214)를 포함할 수 있다.

하우징(202)은 중합체 물질과 같은 절연 및 성형 가능한 물질을 포함할 수 있으며, 안정화 부재(214)와 함께 고정구(207)에 의해 함께 연결될 수 있는 하우징 부재(204, 206)를 이루는 대체로 분기된 구조를 포함할 수 있다(이하 보다 상세하게 설명됨). 그러나, 소정의 연결 수단(예를 들어, 나사, 못, 풀)이 각각의 챔버를 결합하여, 요구되는 하우징을 형성하도록 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 하우징은 자기 특성(magnetic property)이 요구되는 차단기와 실질적으로 간섭하지 않으면서, 차단기 조립체에 의해 방출되는 고유 열을 적절하게 견딜 수 있는 소정의 재료로 구성될 수 있음을 인식할 것이다.

각각의 하우징 부재(204, 206)는 이하 보다 상세하게 설명될 배출 슬롯(228)을 포함한다.

본 발명의 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 하우징(202)은 그 자체가 드롭-다운식 조립(drop-down assembly)에 적합한 모듈 형태를 허용할 수 있다. 따라서, 하나의 특정 실시예에서, 아크 슈트 조립체(200)는 그 융통적인 조립으로 인해 언제라도 회로 차단기 배열체(100)(도 1) 내에 설치될 수 있다. 아크 슈트(200)가 요구되지 않은 방향으로 회로 차단기 내에 삽입되는 경우, 아크 러너(arc runner) 플레이트(502)(도 5 참조) 상의 돌출부(504)가 차단기 하우징 상의 대응하는 돌출부와 간섭할 것이다. 이는 아크 슈트(200)의 적합한 정렬을 보장할 것이며, 부적합한 방향으로 아크 슈트가 조립되는 것을 방지할 것이다.

도 2를 더 참조하여 보면, 절연 부재(210)는 배출 개구(222)를 포함하는 절연 시트를 포함할 수 있다. 절연 부재는 아크 가스가 배출 개구(212)를 통해 외부로 이동할 수 있도록 하는 동안, 금속성 필터(224)로부터 탈이온 플레이트(208)를 분리하도록 배열될 수 있다. 절연 부재는 전기 부전도성 재료, 예를 들어 유리 멜라민, 유리 에폭시 시트, 폴리에스테르계 재료로 구성될 수 있으며, 탈이온 플레이트에 대해 직교하는 방향으로 배향될 수 있다.

다시 도 2를 참조하여 보면, 필터(224)가 하우징 내에 배치될 수 있으며, 절연 부재(216)에 인접하고 탈이온 플레이트(208)에 직교하여 배열될 수 있다. 필터(224)는 대체로 단면이 측면 S-형상과 같이 물결 구조를 갖는 천공된 시트 금속을 포함할 수 있으며, 고온 금속(hot metal) 입자와 같은 아크 생성물을 여과하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명은 안정화 부재(214)를 더 포함할 수 있다. 안정화 부재(214)는 하우징(202) 내부에서 금속성 필터(224)에 인접하여 배치될 수 있다. 안정화 부재는 예를 들어, 강철 플레이트를 포함할 수 있으며, 탈이온 플레이트(208)에 대해 직교하는 방향으로 배향될 수 있다. 비록, 도시된 바와 같이, 안정화 부재가 플레이트의 구성으로 도시되었지만, 안정화 부재는 로드, 핀 등이 적용될 수 있는 다른 기하학적 형상을 포함할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 안정화 부재(214)는 고-누전 상태(high-fault condition) 하에서 진행될 수 있는 압력을 견디도록 조립체에 구조적 강성을 추가하도록 구성될 수 있다. 안정화 부재(214)는 아크 가스가 배출 개구(228)를 통해 외부로 이동할 수 있도록 추가로 구 성되어 안정화 부재 개구(226)를 추가로 포함할 수 있다.

배출 슬롯(228)은 회로 차단기 작동 동안(즉, 아크 형성 시), 형성될 수 있는 아크 가스의 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배출 슬롯(228)은 하우징의 상부벽 내에 복수의 세장형 공간을 포함할 수 있으며, 이로써 탈이온 플레이트(208), 절연 부재(210) 및 안정화 부재(214)를 통해 위로, 그리고 차단기 조립체로부터 외부로 아크 가스 이동을 용이하게 한다.

다시, 도 2를 참조하면, 탈이온 플레이트(208)는 하우징(202) 내에 배치될 수 있으며, 지지 부재(218) 내에 고정되도록 치수설정되는데, 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 복수의 탈이온 플레이트(208)는 하우징(202)을 통해 측면 방향으로 이격될 수 있다. 각각의 탈이온 플레이트(208)는 하우징의 돌출부(303)(도 3)와 대응하여 결합하도록 구성되는 장착 슬롯(203)을 포함할 수 있다. 장착 슬롯(203) 및 돌출부(303)(도 3)는 단면이 대체로 직사각형일 수 있다. 이는 저전류 아크 형성의 경우에 있어서, 작업부 또는 아크 발생 영역으로부터 멀리 떨어져 있으며, 아크 발생에 의한 퇴화 없이, 탈이온 플레이트(208)를 하우징(202) 및 제 위치에 부착한다. 이는 정격 전류에서 아크 슈트의 전기 전환 수명을 개선한다.

각각의 탈이온 플레이트(208)는 절개부(220)를 더 포함할 수 있다. 절개부(220)는 노치를 갖는 대체로 아치형일 수 있으며, 접점이 관통하여 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 탈이온 플레이트가 서로에 대해 실질적으로 평행할 수 있는 반면, 각각의 탈이온 플레이트의 절개부는 서로에 대해 엇갈리게 배치될 수 있으 며, 이는 도 3과 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다. "엇갈리게 배치되는(staggered)"이란, 절개부가 하우징 부재(206)의 축선(a) 아래로 진행하는 중심선의 교호 측면(alternating side) 또는 거의 교호 측면 상에 배열되는 것을 의미한다.

탈이온 플레이트(208) 및 이와 관련된 절개부(220)에 대한 이러한 배열은 아크 컬럼(arc column)에 효과적인 자성 인력을 부여함으로써, 전기적 아크의 최적의 방전 억제를 제공한다. 이러한 배열은 또한, 다양한 누전 레벨 및 시스템 전압에 걸쳐 아크를 방전 억제한다는 것이 발견되었다. 또한, 탈이온 플레이트(208)는 강철 합금과 같은 강자성체로 구성될 수 있다.

이제, 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 복수의 탈이온 플레이트의 절개부에 대한 엇갈림 배열을 가장 잘 도시하는 다른 관점에서의 도면이 도시된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 2개의 탈이온 플레이트(302, 306)이 도시된다. 제 1 탈이온 플레이트(302)는 절개부(304)를 포함하며, 제 2 탈이온 플레이트(306)는 절개부(308)를 포함한다. 탈이온 플레이트는 서로에 대해 측면 방향으로 구성되며, 지지 부재(312)를 거쳐 하우징(310)에 부착된다. 제 1 탈이온 플레이트(302)의 절개부(304)는 제 2 탈이온 플레이트(306)의 절개부(308)에 대해 엇갈리게 배열된다. 이러한 정렬은 보다 많은 탈이온 플레이트가 조립체에 추가되기 때문에 계속적으로 이루어질 것이라는 것을 인식해야 한다.

이제, 도 4를 참조하면, 아크 슈트 조립체의 하나의 하우징 부재(400)가 도시된다. 하우징 부재(400)는 지지 부재(402), 확장 플랜지(406) 및 배출 슬 롯(408)을 포함한다.

지지 부재(402)는 각진 배열(angular array)의 지지 부재(410) 및 평행 지지 부재(412)를 포함할 수 있다. 지지 부재(410, 412)는 측면 방향 배열로 복수의 탈이온 플레이트를 유지하도록 치수설정될 수 있다. 각진 배열의 지지 부재(410)는 탈이온 플레이트의 코너에 대응하도록 치수설정될 수 있으며, 평행 지지 부재(410)가 탈이온 플레이트의 바닥부에 대응하여 치수설정될 수 있다.

배출 슬롯(408)은 탭(tab; 418)에 의해 형성될 수 있다. 슈트 조립체의 일부만이 도시되어 있기 때문에, 조립체(도시되지 않음)의 다른 하우징 부재의 제 2 부분 상의 유사한 탭이 결합하여 배출 개구를 형성한다는 점을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 탭(418)은 노즐로서 작용하여 아크 가스의 누출을 보다 용이하게 하기 위해 각진 형상(416)을 구비한다.

플랜지(406)는 하우징의 측면의 확장 섹션일 수 있다. 플랜지(406)는 회로 차단기 하우징이 아크 발생동안, 부식, 피팅(pitting), 및 파손되는 것으로부터 보호하도록 구성될 수 있다. 확장 플랜지(406)는 증가된 전 표면 거리로 인해 전 표면 유전 용량을 증가시키도록 구성될 수 있는 리브 피스(rib piece; 420)를 포함할 수 있다. 플랜지는 아크를 효율적으로 방전 억제하는데 도움이 되는 업라티브 라이너(ablative liner)를 장착하기 위한 장착 보어(422)를 더 포함할 수 있다.

이제, 도 5를 참조하면, 돌출부(504)를 갖는 탈이온 플레이트(506)의 배열의 일단부에 적용되는 아크 러너(502)를 가장 잘 도시하는 도면이 도면부호 "500"으로 도시된다. 오리엔테이션을 목적으로, 탈이온 플레이트(506) 및 플랜지(508) 역시 도시된다. 아크 러너(502)는 가동 접점과 탈이온 플레이트 사이에서 전기적 아크를 안내하도록 구성될 수 있다. 돌출부(504)는 회로 차단기 내에서의 오 조립(reverse assembly)을 방지하도록 구성된다.

비록, 본 발명의 여러 실시예의 특정한 특징이 몇몇 도면에 도시되고, 다른 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이는 단지 편의에 따른 것이다. 본 발명의 원리에 따라, 하나의 도면의 특징(들)은 소정의 다른 도면 내의 소정의 특징 또는 모든 특징과 결합될 수 있다. 본 명세서에 사용된 것과 같은 "포함하는", "구성하는", "갖는" 및 "구비하는" 이란 단어는 광범위하고 포괄적으로 해석되어야 하며, 물리적인 상호연관성을 한정하지는 않는다. 또한, 본 명세서에 개시된 소정의 실시예는 유일하게 가능한 실시예로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 변형예 및 다른 실시예들이 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예가 관련된 회로 차단기 배열체에 대한 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예가 관련된 예시적인 아크 슈트 조립체에 대한 사시도,

도 3은 하우징 내의 탈이온 플레이트를 도시하는 도 2의 아크 슈트 조립체에 대한 단부도,

도 4는 도 2의 아크 슈트 조립체의 하우징 부재에 대한 사시도,

도 5는 하우징 부재를 생략한 도 2의 아크 슈트 조립체에 대한 사시도,

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

202: 하우징 204, 206: 하우징 부재

208: 탈이온 플레이트 210: 절연 부재

214: 안정화 부재 216: 절연 부재

222: 배출 개구 224: 필터

226: 안정화 부재 개구 228: 배출 슬롯

Claims (10)

1. 아크 슈트 조립체(arc chute assembly)에 있어서,

   측방향 축선을 갖는 하우징(202); 및

   상기 하우징 내에 배치되는 퀀칭부(quenching portion)를 포함하며,

   상기 퀀칭부는,

   상기 하우징의 측방향 축선을 따라 이격되고 각각 절개부(220)를 구비하는 적어도 2개의 탈이온 플레이트(deion plate; 208)를 포함하며,

   상기 절개부는 상기 측방향 축선을 따라 서로에 대해 엇갈리게 배열되고, 아크를 완화하도록 구성되는

   아크 슈트 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징(202) 내에 배치되어, 상기 탈이온 플레이트(208)를 전기적으로 절연하도록 기능하는 절연 부재(210)를 더 포함하며, 상기 절연 부재가 배출 개구(222)를 포함하고, 상기 하우징이 배출 슬롯(228)을 포함하여, 아크 가스 이동을 용이하게 하는

   아크 슈트 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징(202)은 한 쌍의 하우징 부재(204, 206)를 포함하고, 각각의 하우징 부재와 함께 조립되는 안정화 부재(214)를 더 포함하는

   아크 슈트 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 안정화 부재(214)는 강철을 포함하는

   아크 슈트 조립체.
5. 제 1 항에 있어서,

   물결 모양 구조를 갖고 상기 절연 부재(210)에 인접하여 위치되는 필터 부재를 더 포함하는

   아크 슈트 조립체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징(202)에 의해 지지되는 아크 러너 플레이트(arc runner plate; 502)를 더 포함하는

   아크 슈트 조립체.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 아크 러너 플레이트(502)는 회로 차단기 내의 아크 챔버의 오 조 립(reverse assembly)을 허용하지 않도록 구성되는 돌출부(504)를 포함하는

   아크 슈트 조립체.
8. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 탈이온 플레이트(208)는 복수의 탈이온 플레이트를 포함하고, 상기 탈이온 플레이트를 유지하도록 구성된 각진 배열(angular array)의 지지 부재(218)를 더 포함하는

   아크 슈트 조립체.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지 부재(218)로부터 연장되고 아크 방전동안 상기 하우징(202)을 차폐하도록 구성되는 플랜지 피스(406)를 더 포함하는

   아크 슈트 조립체.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 적어도 2개의 탈이온 플레이트(208) 각각은 장착 슬롯(203)을 포함하며, 상기 하우징(202)은 상기 장착 슬롯과 정합하여 탈이온 플레이트를 지지하도록 상기 장착 슬롯에 대응하여 구성된 돌출부(303)를 구비하는

    아크 슈트 조립체.

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