KR20090130818A

KR20090130818A - 퓨즈

Info

Publication number: KR20090130818A
Application number: KR1020090052000A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 크레인 알란; 존 듄 크리스토퍼
Original assignee: 컨버팀 엘티디.
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2009-12-24
Also published as: GB2461024A; GB2461024B; RU2009122896A; JP5438385B2; RU2497221C2; US8212646B2; SG158024A1; US20090315664A1; EP2136381A1; CA2668595A1; JP2009302052A; GB0810953D0

Abstract

본 발명은 예상되는 고장 전류의 급작스러운 장애를 대비한 퓨즈 어셈블리에 관한 것이다. 퓨즈 어셈블리는 복수개의 분열판들(8)을 포함한다. 복수개의 박편 부재들(6)이 한 쌍의 단자들(2,4) 사이에 연장 형성되어 있고, 상기 분열판들(8)에 의해 물리적으로 지지된다. 한 쌍의 병렬 버스 바들(12, 14)은 박편 부재들(6)에 직렬로 연결되고, 상기 박편 부재들(6)에서 흐르는 전류에 실질적으로 수직한 자기장(B)을 생성한다. 예상되는 고장 전류가 존재할 경우, 상기 박편 부재(6)는 녹을 것이고, 아킹 초기에 자기장(B)과 아크 전류 사이의 상호 작용의 결과 생성된 전자기력이 용융된 박편 부재(6)를 분리판들(8)로 밀어낼 것이다. 이것은 아크 길이와 그에 따른 아크 전압을 증가시킨다.

적어도 박편 부재(6)와 분열판(8)은 예를 들어, MIDEL 7131과 같이 흐르는 액상 유전체에 위치하게 되는 것이 바람직하다. 상기 액상 유전체의 흐름은 용융된 박편 부재(6)를 분열판들(8)로 밀어내는 것을 도우며, 아크 지점으로부터 잔재들을 제거한다.

퓨즈, 박편, 자기장, 아크, 고장 전류

Description

퓨즈{FUSES}

본 발명은 퓨즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급작스러운 회로 장애를 대비한 퓨즈에 관한 것이다.

일반적으로 퓨즈는 고장 전류에 의해 특정 부분에서 국부적인 가열을 증진시키기 위하여 하나 또는 그 이상의 영역들을 형성하고, 이러한 영역에서 고장 전류에 의해 용융이 발생하면서 받아들일 수 없을 정도의 큰 전류가 보호하고자 하는 구성요소 등의 장치 내부로 유입되어 손상을 야기하는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.

본 발명은 받아들일 수 없는 높은 전류에 의해 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에 있는 특정 부위에서의 온도가 급격히 상승하면서 용융되고, 용융된 작은 구체를 분열판으로 이동시켜 아크 길이와 아크 전압을 증가시킴으로써, 높은 전류에 의해 보호하고자 하는 구성요소 등이 손상되는 것을 방지하도록 빠르게 동작할 수 있는 퓨즈 어셈블리를 제공함에 있다.

본 발명은 실질적으로 평행하고 전기적으로 비전도성이면서 실질적으로 퓨즈 어셈블리의 길이방향 축을 따라 연장 형성된 복수 개의 분열판과, 적어도 하나의 가용성 전도체 부재, 및 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에서 흐르는 전류에 실질적으로 수직하고 퓨즈 어셈블리의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 자기장을 생성하기 위한 수단이 구비된 퓨즈 어셈블리를 제공한다.

상기 퓨즈 어셈블리는 높은 정격 전류를 전송하고, 충격 및 온도와 같은 외부 요소들에 대하여 아주 견고하게 설계되는 것이 바람직하다. 상기 퓨즈 어셈블리는 정격 전류의 세 배에 해당하는 전류처럼 받아들일 수 없는 높은 전류에 대하여 신속한 회로 장애(circuit interruption)를 제공한다. 실제로 예상되는 고장 전류는 이 보다 훨씬 더 클 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 퓨즈 어셈블리는 교류 또는 직류 회로의 일부분으로 사용될 수 있을 것이다. 다시 말하면, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 퓨즈 어셈블리를 사용하고자 하는 용도에 따라 교류 또는 직류 전류를 전송하도록 설계될 수 있을 것이다.

상기 퓨즈 어셈블리는 물리적으로 컴팩트하고 수용할 수 있는 정도의 낮은 전력을 손실한다.

물리적으로 컴팩트한 퓨즈 어셈블리를 만들기 위해, 상기 분열판과 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 예를 들어, MIDEL 7131처럼 절연성 액체를 이용한 독점적인 변압기(proprietary transformer insulating fluid)와 같은 액상 유전체에 잠기게 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 상기 액상 유전체는 아래에서 보다 상세히 설명되는 것처럼 냉각정도와 아크 전압의 발생을 향상시킨다.

상기 퓨즈 어셈블리가 전기 장치 및 전력 변환기와 함께 완전히 집적된다면 다음의 기술적인 이점들을 제공하게 됨을 예상할 수 있다:

(ⅰ) 고온 초전도성(HTS : high temperature superconducting) 권선이나 전자기 차폐수단과 함께 여자(勵磁)되는 다른 형태의 저 임피던스 전기장치 또는 다른 저 임피던스 완충 구조(damper structure)에서 고장 전류와 토크의 과도현상 제한;

(ⅱ) 고 전력 밀도를 갖는 영구 자석 발전기나 자성의 성능 한계 근처에서 정상적으로 동작하는 다른 영구 자석 전기 장치들에서, 영구 자석의 자기소거(de-magnetization)를 고속으로 완화;

(ⅲ) 일반적으로"능동" 고정자(즉, 설계자에게 성능 향상을 위한 큰 유연성을 제공하며, 전력 전자장치가 모듈화되고 고 전력 밀도를 달성하기 위해 전기장치 내에 공유 냉각 시스템, 보조 시스템, 구조 및 외부포장이 완전히 집적된 정전력 전자장치를 이용하는 전자 정류기 회로를 구비한다)와 전력 변환기를 이용하는 전기 장치의 적절한 노화;

그러한 기술적인 이점들은 통상적인 퓨즈에 의해 점유되는 공간의 작은 일부분만을 점유하면서 비용이 저렴한 퓨즈 어셈블리에 의해 달성될 수 있다.

적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 분열판(splitter plate)에 의해 물리적으로 지지될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 상기 분열판들 각각에 형성된 슬롯에 수납될 수 있다.

상기 퓨즈 어셈블리는 일반적으로 복수 개의 가용성 전도체 부재들을 구비할 것이다. 이 경우에 상기 가용성 전도체 부재들은 평행하게 배치되고 서로 일정거리 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 상기 가용성 전도체 부재는 분열판들 각각에 형성된 개별적인 슬롯에 수납될 수 있다. 각 가용성 전도체 부재는 전체적으로 동일한 형상과 배열을 가질 수 있다. 가용성 전도체 부재들의 개수와 형태는 상기 퓨즈 어셈블리가 원하는 동작 특성에 따르게 될 것이다. 예를 들어, 퓨즈 어셈블리의 연속적인 열적 제한 전류 정격(thermally limiting current rating)은 이용되는 특정 형태의 가용성 전도체 부재들의 개수에 대략적으로 비례하게 될 것이다. 또한, 상기 가용성 전도체 부재들의 단면이나 다른 기하학적인 특성이 그들의 방해 속도에 영향을 주기 위하여 채택될 수도 있고, 특정한 연속적인 열적 제한 전류를 전송하기 위해 요청되는 가용성 전도체 부재들의 개수를 조정하기 위한 요구를 부가할 수도 있다.

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 통상적인 퓨즈 실행에서 잘 알려진 것처럼 국부적인 가열을 증진시키기 위하여 하나 또는 그 이상의 영역들을 포함할 수 있지만, 본 발명에 의해 제공되는 냉각 이점은 이러한 실행의 보다 광범위한 이용을 가능하게 한다. 이러한 영역들(또한, 감소된 냉각 효율을 갖는 영역으로서 간주될 수도 있다)은 여러 다른 방법들로 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 폭이 감소된 하나 또는 그 이상의 "목 부분"을 포함하도록 제조될 수 있다. 그러한 목 부분은 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재 에 있는 개구부, 움푹 들어간 곳 또는 슬롯에 의해 제공될 수 있다. 또한 냉각 효율을 감소시키는 것은 그 외주면에 세라믹 비드(ceramic beads)를 적용하거나, 분열판들 각각에 형성된 개별적인 슬롯에 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 수납함으로써, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 길이 방향을 따라 하나 또는 그 이상의 지점에서 제공될 수 있다.

공칭 전류(nominal current)가 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 통해 흐를 때, 국부적인 가열을 증진시키기 위한 각 영역은 무시할 만한 영향을 미칠 것이다. 실제로, 국부적인 가열을 증진시키기 위한 각 영역의 온도는 실질적으로는 일반적인 동작 동안 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 나머지 부분에서의 온도와 같게 될 것임을 예상하게 된다. 그러나, 상기 각 영역은 아래에서 보다 상세히 설명되는 것처럼, 받아들일 수 없는 정도의 큰 전류가 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 통하여 흐를 때, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에서 용융된 목 부분이 발생하게 될 지점을 정의하는데 도움이 될 것이다. 보다 상세하게는, 용융된 목 부분이 일반적으로 국부적인 가열을 증진시키기 위한 영역에 대응될 것임을 예상하게 된다.

상기 각 가용성 전도체 부재는 통상적인 퓨즈에서 사용되는 것과 유사하게 될 것이다. 일반적으로 면적대 부피의 비율이 높아서 냉각 정도를 향상시키기 때문에, 박편 부재가 원형 권선 부재보다 바람직하게 될 것이다. 이는 동일한 공칭 정격 전류에 대하여 박편 부재가 권선 부재보다 더 작은 단면적을 가질 수 있음을 의미하며, 그 결과 퓨즈 어셈블리가 받아들일 수 없는 정도의 큰 전류에 의해 활성화 될 때 더 빠른 장애 시간을 갖게 한다.

이하에서 보다 상세히 설명되는 것처럼, 분열판들은 퓨즈 어셈블리가 활성화되는 동안 생성되는 아크(arc)를 여러 개의 서브 아크들(sub arcs)로 다시 나누게 된다. 그러므로 상기 분열판들은 아크 길이를 증가시키고 그에 따라 아크 저항과 전압을 증가시키는 주된 효과를 갖게 된다. 또한 상기 분열판들은 아크의 냉각과 소멸을 제공하는 부차적인 효과를 갖지만, 이것은 액상 유전체의 냉각 효과와 비교할 때 크지 않을 것이다. 상기 분열판들은 절연 금속판이나, 에폭시 운모(epoxy mica), 노멕스(NOMEX), 또는 적합한 세라믹(ceramic)과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다. 분열판들의 개수는 상기 퓨즈 어셈블리의 원하는 동작 특성에 의존하게 될 것이다. 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 기하학적인 특성은 서브 아크들이 분열판들 사이에 있는 중간 통로에서 시작되는 것을 야기할 수 있도록 배열될 것이다. 일반적으로, 서브 아크 전압들의 합은 서브 아크들과 분열판들의 개수에 비례하여 증가할 것이다; 그러므로 상기 분열판들의 개수는 예상되는 고장 전류를 흐르게 하는 외부 전압을 기반으로 선택된다. 분열판의 개수와 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 전체 길이가, 고장 전류의 장애 그리고 그 이후에 퓨즈 어셈블리에 다시 인가될 전압을 기반으로 하여, 리스트라이크(re-strike)되는 것을 방지할 수 있는 요청에 따라 어느 정도는 선택될 수도 있다. 상기 분열판들 사이의 간격은 서브 아크 전압들의 합이 만족스러운 정도에 이르게 하기 위해 요구되는 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 전체 길이에 영향을 미친다. 일반적으로, 상기 분열판들 사이의 간격 감소는, 분열판들 사이의 공간으로 편향되는 서브 아크의 실패 위험을 갖게 되는 최소한의 적절한 간격을 조건으로 하여, 가용성 전도체 부재당 전체 아크 전압 비율의 증가를 야기하게 된다.

상기 분열판들 사이에 있는 영역으로 서브 아크가 편향되는 것은 자기장과 상기 서브 아크에서 흐르는 전류 사이의 상호 작용의 결과이다. 퓨즈 어셈블리의 공칭 정격 전류는 평행하게(in parallel) 사용되는 가용성 전도체 부재들의 개수에 지배받게 될 것이다.

자기장을 생성하기 위한 수단은 바람직하게는 서로 평행하게(in parallel) 정렬되지만, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에 직렬로 연결된 한 쌍의 버스 바를 포함할 수 있다. 상기 버스 바는 상기 퓨즈 어셈블리를 외부 장치나 보호되어야 하는 구성요소에 연결하는데 이용된다.

상기 한 쌍의 버스 바에 의해 생성되고 상기 버스 바들 사이에서 겪게 되는 자기장은 버스 바의 길이 방향 축과 상기 가용성 전도체 부재들에서 흐르는 전류의 축 모두에 실질적으로 수직하게 연장된다. 퓨즈 어셈블리의 정상적인 동작 동안 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 통하여 흐르는 전류와 자기장 사이의 상호 작용은 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 상기 분열판 쪽으로 밀 수 있는 합력을 생성하여 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에 인가한다. 그러므로 상기 합력은 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 분열판 각각의 적절한 위치에 형성된 슬롯 내에 있는 상태를 유지하는 것을 돕게 된다.

상기 퓨즈 어셈블리가 활성화될 때, 아크 전류와 자기장 사이의 유사한 상호 작용이 아크(어떠한 용융된 물질과 아크 잔재를 함께)를 분열판으로 미는 합력을 생성할 것이다.

상기 버스 바들은 실질적으로 평행하게 되거나, 아크가 분열판들 사이로 편향되는 것을 향상시키기 위해 서로 분기(diverge)하도록 배열된다.

또한 한 쌍의 코일(예를 들어, 블로우 아웃 코일(blowout coils))은 단일 라인으로 직렬 연결되거나, 가용성 전도체 부재들에 연결되어 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 버스 바들에서 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장을 보충하기 위해 퓨즈 어셈블리의 어느 한 쪽에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 퓨즈 어셈블리는 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재와 평행한 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재를 포함할 수 있다. 상기 퓨즈 어셈블리는 일반적으로 복수 개의 보조 가용성 전도체 부재들을 구비할 것이다. 이 경우, 상기 가용성 전도체 부재들은 평행하게 배열되고 일정 거리 서로 이격되는 것이 바람직하다. 각 보조 가용성 전도체 부재는 가용성 전도체 부재에 결합될 수 있으며, 자신이 결합된 가용성 전도체 부재와 같이 분열판들 각각의 일단에 형성된 개별적인 슬롯에 수납될 수 있다. 각 보조 가용성 전도체 부재는 전체적으로 동일한 형상과 배열을 가질 수 있다.상기 보조 가용성 전도체 부재들의 개수는 퓨즈 어셈블리의 원하는 동작 특성에 의존하게 될 것이다.

적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 보통 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재보다 더 작은 단면적을 가질 것이며, 편리하게 원형 단면을 사용할 것이다. 상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재의 상대적으로 작은 단면은 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재보다 물리적으로 더 긴 길이를 형성하게 한 다. 그러므로 상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 분열판들 사이에 연장되는 꾸불꾸불하거나 아치형의 경로를 따르게 된다.

상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 그 꾸불꾸불하거나 아치형으로 이루어진 경로로 인하여 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재보다 낮은 전류 밀도를 갖게 될 것이고, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 직선 경로를 따르는 보조 가용성 전도체 부재와 비교할 때 그에 상응하게 증가된 전기 저항을 갖게 될 것이다. 이것은 상기 퓨즈 어셈블리가 받아들일 수 없는 높은 전류의 흐름에 의해 활성화될 때, 일단 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 일찍 달아오르면, 상기 적어도 하나의 보조 가용성 부재가 녹기 시작할 것임을 의미한다. 상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재의 추가는 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에서 흐르는 전류와 아킹(arcing)이 개시되는 시간에서의 아크 전압을 제한하는 역할을 하게 한다. 그러므로 상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 아크 전류의 평균 경로를 분열판 안으로 더 이동시키도록 유도하며, 그에 따라 자기 편향을 강화시키고 유효한 아크 길이의 증가 비율을 증가시킬 수 있게 된다. 또한 상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 상기 아크 전압이 증가하는 비율을 증가시키고, 상기 퓨즈 어셈블리가 활성화되는 동안 생성되는 전체적인 아크 전압의 최대값을 증가시킬 것이다.

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 장착판들(mounting plates) 사이나 단자들 사이에 연장되게 설치되는 것이 바람직하다. 상기 퓨즈 어셈블리가 자기장을 생성하기 위한 한 쌍의 버스 바들을 포함하는 경우, 각 버스 바는 상기 장착 판들 각각에 설치되는 것이 바람직하다.

만약 상기 퓨즈 어셈블리가 액상 유전체에 잠긴다면, 일반적으로 향상된 냉각 효율을 제공하기 위해 상기 액상 유전체가 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재와 분열판들을 지나면서 흐르게 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 분열판들은 하우징 내부에 고정되며, 상기 퓨즈 어셈블리는 액상 유전체가 적어도 부분적으로 채워지고 상기 액상 유전체가 외부 하우징을 통하여 흐르도록 순환시키기 위한 수단(예를 들어, 유체 유동 펌프)을 포함하는 챔버 내부에 설치될 수 있다.

또한 하우징은 액상 유전체가 흐르는 냉각 회로(전형적으로 폐루프)를 위한 덕트의 일부분을 형성할 수 있다. 또한 상기 냉각 회로는 예를 들어, 외부장치나 전력 변환기의 일부분을 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 덕트는 자연대류에 의해 액상 유전체의 수직적인 흐름을 제공하도록 맞추어지거나, 상기 액상 유전체가 덕트를 통하여 펌핑 공급되도록 구성될 수 있다. 두 가지 방법들의 결합도 사용될 수 있음은 물론이다.

액상 유전체가 흐르는 방향은 상기 퓨즈 어셈블리의 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 되는 것이 바람직할 것이며, 그 결과 상기 액상 유전체는 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 지나서 분열판들 사이의 공간을 통하여 흐르게 된다. 다시 말해서 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 액상 유전체 흐름의 상류에 위치하고, 상기 분열판은 액상 유전체 흐름의 하류에 위치하게 된다.

액상 유전체의 흐름은 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 냉각 정도를 향 상시키는 이점을 갖게 되며, 그 결과 프리 아킹(pre-arcing) 시간과 전체 장애 시간이 더 짧아지게 된다. 또한 상기 액상 유전체의 흐름은 상기 퓨즈 어셈블리가 활성화되는 동안 생성되는 아크(arc)를 분열판으로 밀어 넣는 것을 돕게 되고, -- 그러나 이것은 위에서 설명한 자기 편향의 효과에 비하여 대수롭지는 않다 -- 어떠한 최종적인 아킹(arcing) 부산물과 다른 잔재들(예를 들어, 구리, 탄소 분자들)을 아크 지역으로부터 이동시키게 된다. 폐루프 냉각 회로에서, 이러한 잔재들은 리스트라이크(re-strike)되는 위험을 제거하기 위하여, 상기 액상 유전체가 퓨즈 어셈블리로 되돌려지기 전에 일정한 종류의 필터나 침전 수단에 의하여 반드시 분리되어야 한다.

퓨즈 어셈블리가 활성화되는 동안 생성되는 어떠한 고압가스 거품이 분열판들로 유도되는 것을 확실히 하기 위해, 예를 들어 덕트 밸브(duct valving)와 같은 수단이 제공될 수도 있다.

또한 퓨즈 어셈블리의 활성화는 챔버나 덕트 안에 상기 액상 유전체를 안전하게 봉쇄하는 것을 보장하기 위한 것과 같은 방법으로 조절되어야 하는 압력파를 생성할 것이다.

또한 상기 퓨즈 어셈블리는 정적인 액상 유전체에 잠길 수도 있다.

예상되는 고장 전류가 발생하게 된 경우, 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 통하여 흐르는 전류의 증가는 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 녹기 시작하는 지점에서의 급격한 온도 증가를 야기할 것이다. 이때 상기 퓨즈 어셈블리는 프리 아킹(pre-arcing) 단계와, 초기 아킹(early arcing) 단계와, 완전히 정착 된 아치 및 아크 전달(fully established arching and arc transport) 단계와, 포스트 아킹(post-arcing)단계로 불리는 4개의 분리된 동작 단계들을 겪게 될 것이다.

프리 아킹 단계

적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 하나 또는 그 이상의 용융된 목 부분들을 생성할 것이며, 이는 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에 하나 또는 그 이상의 목 부분들을 구비하거나 국부적으로 가열되는 다른 영역을 구비함으로써 고의로 증진시킬 수 있게 된다. 용융(melting)은 초기에는 이러한 영역들에서 집중될 것이고, 통상적인 필라멘트화 과정(filamentation process)에 따라 전달될 것이다.

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 녹기 시작함에 따라, 그것은 자기 편향과, 바람직한 실시예에서의 액상 유전체의 흐름에 의한 작용의 결과로서 분열판들 사이의 공간으로 밀려서 들어가기 시작할 것이다.

초기 아킹 단계

상기 필라멘트화 과정은 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재들이 일련의 작은 구체들(a series of molten globules)이 될 때까지 계속 진행된다. 상기 고장 전류는 더 이상 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재를 통하여 흐를 수 없게 되고, 상기 용융된 작은 구체들 사이에 아크 기둥(arc column)을 형성하게 된다.

바람직한 실시예에서는, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재의 영역에서 흐르는 액상 유전체의 유체가 증발하게 되고, 고압가스 거품으로 분해되며, MIDEL 7131의 경우에는 주로 수소, 일부 아세틸렌(acetylene), 메탄(methane) 및 다른 것들로 분해된다. 상기 가스 거품이 높은 아크 전압 기울기가 생성되게 한다는 것을 알 수 있다.

자기편향과 액상 유전체의 흐름에 의한 작용으로 상기 용융된 작은 구체, 아크 기둥, 및 다른 아킹 부산물들이 계속하여 상기 분열판들 사이의 공간으로 밀려나가게 된다.

완전히 정착된 아치 및 아크 전달 단계

상기 용융된 작은 구체들 사이에 있는 개별적인 아크 기둥들은 아크의 길이를 증가시키고 상기 아크를 냉각시키기 위하여, 상기 분열판들 사이에 있는 공간으로 충분히 밀려진 단일의 아크를 형성하도록 빠르게 결합될 것이다. 이것은 예상되는 고장 전류의 생성을 야기하는 강제 전압(forcing voltage) 이상의 충분한 값까지 아크 전압을 증가시키게 된다. 상기 아크 전압은 상기 퓨즈 어셈블리가 보호하도록 설계된 외부 장치나 구성요소를 손상시키기 전에, 고장전류의 최대값을 예상되는 최대의 레벨 아래로 급격하게 제한하는 것을 목적으로 한다.

자기 편향과 액상 유전체의 흐름에 의한 작용의 결과, 상기 아크는 분열판들 사이에 있는 공간으로 밀려가게 된다. 그러나, 상기 가스 거품도 상기 아크를 미는 것을 도울 수 있으며, 상기 가스 거품을 분열판들로 안내하기 위한 수단이 제공될 수도 있다. 상기 액상 유전체를 통한 가스 거품의 이동은 액상 유전체를 안전하게 봉쇄하는 것을 보장하기 위한 것과 같은 방법으로 조절되어야 하는 압력파를 생성할 것이다.

상기 아크는 분열판에서 빠른 속도로 이동함에 따라, 용융된 작은 구체들을 뒤에 남길 수도 있다(즉, 용융된 작은 구체들이 아크 외부에 있게 될 수 있다).

포스트 아킹 단계

상기 아크 전압의 급격한 증가는 고장 전류가 단기간 차단되는(chopped) 것을 야기하게 되고, 아크 전압의 과도현상이 나타나게 된다. 그러므로 상기 퓨즈 어셈블리를 적절한 스너버(snubber)나 다른 보호 장치와 결합하여 사용하는 것이 필요하게 될 것이다.

아킹 부산물인 가스 거품(여전히 주로 수소와 아세틸렌으로 이루어짐)은 분열판 사이에 있는 공간을 따라 계속 이동하게 된다. 아크 전류가 없기 때문에, 상기 가스 거품의 이동은 전적으로 움직이던 타성(momentum)과 적절한 곳에서의 액상 유전체의 정상적인 흐름에 기인한다.

만약 상기 퓨즈 어셈블리가 폐루프 냉각 회로에 설치된다면, 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재로부터 나온 아킹 부산물과, 구리 및 탄소 분자와 같은 다른 잔재는 리스트라이크(re-strike)의 위험을 제거하기 위하여 액상 유전체로부터 제거되어야만 한다.

본 발명에 따른 퓨즈 어셈블리는, 예상되는 고장 전류가 존재할 경우 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 녹으면서, 아킹 초기에 자기장과 아크 전류 사이의 상호 작용의 결과 생성된 전자기력에 의해 용융된 가용성 전도체 부재를 분열판으로 밀어내어 아크 길이와 그에 따른 아크 전압을 증가시킴으로써, 고장 전류로부터 보호하고자 하는 구성요소 등이 손상되는 것을 방지하도록 빠르게 동작할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

이하에서는 약(circa) 1000A rms의 공칭 정격(nominal rating)을 갖는 퓨즈 어셈블리가 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된다.

상기 퓨즈 어셈블리는 한 쌍의 단자들(2,4)을 포함하여 구성된다. 구리 박편 부재(6)는 상기 두 단자들(2,4) 사이에 연장 형성되고, 상기 퓨즈 어셈블리가 보호하기 위해 설계된 외부 장치나 구성요소(미도시)에 공급되어야 하는 공칭 전류를 전송한다. 비록 도 1 및 도 2에서는 6개의 박편 부재(foil elements)들이 도시되었으나, 박편 부재들의 개수는 상기 퓨즈 어셈블리에서 원하는 공칭 정격에 따라 변경될 수 있음은 쉽게 알 수 있을 것이다. 각 박편 부재는 폭이 5㎜이고, 두께가 0.25㎜이며, 길이가 50㎜로 이루어지지만, 그 형태와 디멘젼(dimension)은 적절하게 변경될 수 있다.

공간적으로 서로 떨어져 있는 일련의 분열판(splitter plate)(8)들은 평행하게 배열되고 제1단(10a)과 제2단(10b)을 구비하고 있다. 상기 분열판(8)들은 운모 에폭시(mica epoxy)나 세라믹(ceramic)과 같은 절연 물질의 판으로 형성된다. 비록 도 1 및 도 2에서는 10개의 분열판들이 도시되었으나, 분열판들의 개수는 상기 퓨즈 어셈블리에서 원하는 장애 타임(interruption time)에 따라 변경될 수 있음은 쉽게 알 수 있을 것이다. 각 분열판은 두께가 1㎜이고, 폭이 50㎜이지만, 그 형태와 디멘젼은 적절하게 변경될 수 있다.

각 박편 부재(6)들은 분열판(8)들 각각의 제1단(10a)에서 제공되는 슬롯들에 수납된다. 보다 상세하게는, 각 분열판(8)은 박편 부재들(6) 중 하나를 수납하기 위해 자신의 제1단(10a)에 형성된 6개의 슬롯들을 구비하게 되며, 그 결과 그것들은 서로 떨어져 있게 된다. 그러므로 상기 박편 부재들(6)은 물리적으로 상기 분열판들(8)에 의해 지지된다. 도시되지 않은 다른 실시예에서는, 상기 박편 부재들은 상기 분열판들로부터 이격될 수 있으며, 그 결과 상기 분열판들에 의해 많은 서브 아크(sub arcs)들로 나누어지기 전에, 아크(arc)가 생성되고 나서 분기된 버스 바(diverging busbars)들에 의해 연장(stretched)될 수 있게 된다.

버스 바(12, 14)들은 상기 단자들(2,4)에 설치되며, 그 결과 상기 버스 바(12, 14)들은 상기 박편 부재들(6)과 직렬로 연결된다. 상기 버스 바(12, 14)들은 외부 장치나 구성요소(미도시)에 연결되며, 도 1 및 도 2에 도시된 대응 홀을 통하여 연장되는 볼트(미도시)에 의해 상기 단자들(2,4)에 고정된다.

상기 버스 바(12, 14)들은 상기 박편 부재들(6)에서 흐르는 전류에 수직한 자기장(B)을 생성한다. 상기 자기장(B)은 상기 분열판(8)들의 제1단(10a)에서 제공되는 슬롯들로 상기 박편 부재들을 밀도록 작용하는 합력을 생성하기 위해 상기 박 편 부재들(6)에서 흐르는 전류와 상호 작용한다. 비록 상기 버스 바(12, 14)들이 평행하지만, 상기 버스 바(12, 14)들은 상기 퓨즈 어셈블리가 예상되는 고장 전류에 의해 활성화될 때 아크를 상기 분열판(8)들로 밀어 올리게 하기 위해 다른 것으로부터 갈라져 나오도록 선택적으로 형성되거나 배열될 수 있다

상기 분열판(8)들은 그들의 간격을 유지하기 위해 운모 에폭시(mica epoxy)로 이루어진 외부 하우징(16) 내부에 고정된다. 비록 도시되지는 않았지만, 상기 외부 하우징은 폐루프 냉각 회로를 위한 덕트(duct)의 일부분일 수 있다. 다시 말하면, 상기 덕트는 도 1에 도시된 것처럼 상기 버스 바들(12, 14) 사이에서 상기 퓨즈 어셈블리의 오른쪽으로 계속된다. 상기 단자들(2,4)은 상기 덕트를 통하여 연장되고, 상기 버스 바들(12, 14)은 상기 덕트의 외부에 있는 단자들에 설치될 것이다. MIDEL 7131과 같은 액상 유전체(liquid dielectric)가 도 1에 도시된 것처럼 오른쪽에서 왼쪽으로 상기 덕트를 통하여 펌핑 공급된다. 다시 말하면, 상기 분열판(8)들의 제1단(10a)은 상류에 위치하고, 상기 분열판들의 제2단(10b)은 하류에 위치하게 되며, 그 결과 상기 액상 유전체는 상기 박편 부재(6)들을 지나면서 상기 분열판들 사이의 공간을 따라 흐르게 되어 상기 박편 부재들을 냉각시키게 된다.

상기 폐루프 냉각 회로는 상기 액상 유전체를 펌핑하여 공급하기 위한 펌프와 상기 액상 유전체로부터 나오는 잔해들을 제거하기 위한 필터, 및 상기 퓨즈 어셈블리의 활성화에 의해 생성되는 압력파(pressure wave)를 조절하기 위한 일정한 형태의 압력 경감 시스템을 통합하여 구성될 수 있다.

도 3은 상기 퓨즈 어셈블리가 상기 메인 박편 부재들(6)보다 더 작은 단면적 을 갖는 보조 원형 권선 부재들(18)을 어떻게 선택적으로 구비하고 있는가를 보여준다. 상기 보조 부재(18)들은 꾸불꾸불한 영문자 S자형이나 아치형의 경로를 따른다. 보다 상세하게는, 상기 보조 부재들(18)은 상기 분열판(8)들의 제1단(10a)에 형성된 슬롯에 수납되고, 상기 분열판들을 따라 작은 루프(in loop a small way)로 연장된다. 그러므로 상기 보조 부재들(18)이 상기 단자들(2,4) 사이에 직접 연장되어 있는 상기 박편 부재들(6)보다 더 길게 됨은 쉽게 알 수 있을 것이다. 상기 보조 부재들(18)은 상기 박편 부재들(6)보다 더 낮은 전류 밀도를 갖게 되고, 고장 전류가 존재하는 경우, 일단 상기 박편 부재들이 일찍 달아올라 녹기 시작하면 바로 녹기 시작할 것이다.

상기 보조 부재들(18)은 이하의 기술적 이점들을 제공한다:

(ⅰ) 프리 아킹(pre-arcing)과 초기 아크 단계(early arcing stage) 동안 상기 박편 부재들(6)에서 흐르는 전류를 제한하며;

(ⅱ) 초기 아크 단계 동안 일련의 용융된 작은 구체들 사이의 아크 전압을 제한하며;

(ⅲ) 완전히 정착된 아치형을 이루는 동안 평균 아크 전류의 경로를 상기 분열판들(8)로 더 이동시키고, 그에 따라 자기 편향을 강화시키며 유효한 아크 길이(arc length)의 증가율을 증가시키며;

(ⅳ) 아크 전압이 증가하는 비율을 증가시키고, 완전히 정착된 아치 및 아크 전달 단계(fully established arching and arc transport stage) 동안 생성되는 전체적인 아크 전압의 최대값을 증가시키게 된다.

도 4는 MIDEL 7131과 같은 액상 유전체가 채워진 챔버(20)에 상기 박편 부재들(6)과, 분열판들(8) 및 외부 하우징(16)이 설치된 자급식 퓨즈 어셈블리를 보여준다. 상기 버스 바들(12, 14)은 상기 단자(2,4)에 설치되며 덮개(22)를 통하여 외부 장치나 구성요소(미도시)에 연결되도록 연장된다. 원뿔대형(frusto-conical) 하우징부(24)가 상기 외부 하우징(16)에서부터 상기 박편 부재들(6)의 반대쪽에 제공되고, 세 개의 구성요소 부분 모두는 액체가 새지 않게 밀봉(liquid-tight seal)(미도시)되어 결합된다. 펌프(26)는 화살표에 의해 표시된 바와 같이 상기 외부 하우징(16)을 통하여 액상 유전체를 순환시킨다. 보다 상세하게는, 상기 펌프(26)는 상기 외부 하우징(16)의 바깥으로부터 액상 유전체를 빨아들이고, 그 액상 유전체를 상기 원뿔대형 하우징부(24) 안으로 펌핑하여 공급한다. 이때 상기 액상 유전체는 상기 박편 부재(6)들을 지나면서 상기 분열판들 사이의 공간을 따라 흐르게 되어, 상기 박편 부재들을 냉각시키게 된다.

칸막이(diaphragm)(28)는 액상 유전체의 봉쇄(containment)를 보장하기 위해, 퓨즈 어셈블리의 활성화에 의해 생성되어 달리 제어할 수 없이 증가하는 압력을 조절하기 위하여 압착될 수 있는 공기가 채워진 챔버(air filled chamber)(30)의 경계를 형성한다.

상기 원뿔대형 하우징부(24)는 퓨즈 어셈블리가 상기 분열판(8)을 향하여 활성화될 때 액상 유전체의 분해에 의하여 생성되는 고압가스 거품의 방향을 안내하기 위하여 설계된다.

예상되는 고장 전류가 발생되는 경우, 상기 박편 부재들(6)의 온도는 용융이 시작되는 지점에서 급격하게 증가하게 된다. 만약 제조되는 동안 상기 박편 부재들(6)에 좁은 목 부분들(necks)이 구비된다면, 이러한 포인트들에서 상기 박편 부재들의 길이 방향을 따라 용융된 목 부분들이 생성될 것이다. 또는, 상기 박편 부재들이 상기 분열판들(8)의 제1단(10a)에 형성된 슬롯들에 수납되는 지점과 집중적으로 열이 발생되는 지점에서, 상기 박편 부재들(6)에 용융된 목 부분들이 생성될 것이다.

용융(melting)은 통상적인 필라멘트화 과정(filamentation process)에 따라 전달될 것이다.

상기 박편 부재들(6)은 녹기 시작하면서, 상기 버스 바들(12, 14)에서 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장과 박편 부재들(6)에 흐르는 전류 사이의 상호작용에 의해 공급되는 자기 편향과, 액상 유전체가 흐르는 작용에 의한 결과로서, 상기 분열판들(8) 사이의 공간으로 밀려 들어가게 된다.

상기 필라멘트화 과정은 상기 박편 부재들(6)이 일련의 용융된 작은 구체들(a series of molten globules)이 될 때까지 계속 진행된다. 상기 고장 전류는 더 이상 상기 박편 부재들(6)을 통하여 흐를 수 없게 되고, 상기 용융된 작은 구체들 사이에 아크 기둥(arc column)이 형성된다.

상기 용융된 작은 구체들 사이에 있는 개별적인 아크 기둥들은 자기 편향과 액상 유전체가 흐르는 작용에 의해 상기 분열판들(8) 사이에 있는 공간으로 충분히 밀려지는 단일의 아크(arc)를 형성하기 위하여 빠르게 결합될 것이다. 또한 상기 가스 거품이 아크를 미는 것을 도울 수도 있으며, 가스 거품이 상기 분열판 쪽으로 유도되는 것을 확실히 하도록 원뿔대형 하우징(24)과 같은 수단이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 분열판들(8) 속으로 아크를 미는 것은 예상된 고장 전류의 생성을 야기하는 강제 전압(forcing voltage) 이상의 충분한 값까지 아크 전압을 증가시키는 효과가 있다. 그러므로 상기 퓨즈 어셈블리는 외부 장치나 구성요소(미도시)가 손상되기 전에 예상된 고장전류의 급격한 장애를 제공하게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 본 발명에 따른 퓨즈 어셈블리의 구성요소들을 보여주는 분해 조립도이다.

도 2는 결합된 상태에서 퓨즈 어셈블리의 일단을 보여주는 구성도이다.

도 3은 퓨즈가 끊어질 수 있는 도체로 이루어진 퓨즈 어셈블리의 가용성 메인 부재와 보조 부재가 구비된 분열판들의 배열을 보여주는 상세 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자급식(self-contained) 퓨즈 어셈블리를 보여주는 구성도이다.

Claims

퓨즈 어셈블리의 길이방향 축을 따라 연장 형성되고, 평행하며 전기적으로 비전도성인 복수 개의 분열판;

적어도 하나의 가용성 전도체 부재; 및

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재에서 흐르는 전류에 수직하고, 퓨즈 어셈블리의 길이방향 축에 평행한 자기장을 생성하기 위한 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 상기 분열판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 상기 각 분열판들의 일단에 형성된 슬롯에 수납되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

복수 개의 가용성 전도체 부재들을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제4항에 있어서,

상기 가용성 전도체 부재는 상기 각 분열판들의 일단에 형성된 개별적인 슬롯에 수납되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가용성 전도체 부재는 국부적인 가열을 증진시키기 위한 하나 또는 그 이상의 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제6항에 있어서,

상기 국부적인 가열을 증진시키기 위한 각 영역은 상기 가용성 전도체 부재에 형성되며 감소된 폭을 갖는 목 부분에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가용성 전도체 부재는 박편 부재인 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분열판들은 절연된 금속판이나 절연되지 않은 금속판인 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분열판들은 절연 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기장을 생성하기 위한 수단은 상기 가용성 전도체 부재에 직렬로 연결된 한 쌍의 버스 바들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제11항에 있어서,

상기 한 쌍의 버스 바들은 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제11항에 있어서,

상기 한 쌍의 버스 바들은 서로 분기하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기장을 생성하기 위한 수단은 상기 가용성 전도체 부재에 직렬로 연결된 한 쌍의 코일들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가용성 전도체 부재와 평행한 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제15항에 있어서,

상기 적어도 하나의 보조 가용성 전도체 부재는 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재는 장착판들 사이에 연장되게 설치되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제17항에 있어서,

각 버스 바가 상기 장착판들 각각에 설치되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분열판들과 상기 적어도 하나의 가용성 전도체 부재가 액상 유전체에 잠기도록 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분열판들은 액상 유전체가 통과하여 흐르는 외부 하우징 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제20항에 있어서,

상기 외부 하우징은 냉각 회로를 위한 덕트의 일부분인 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.
제19항 또는 제20항에 있어서,

상기 퓨즈 어셈블리의 활성화 기간 동안 생성된 고압가스 거품을 상기 분열판으로 안내하는 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 퓨즈 어셈블리.