KR20100031050A - Circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사고 전류를 검출하여 전로(電路)의 보호를 행하는 회로 차단기에 관한 것으로, 특히 회로 차단기의 과전류의 검출과 분리 동작의 고속화에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래의 회로 차단기에 있어서 과전류의 검출은 각 상(相)에 배치된 변류기의 2차 출력이 되는 전류를 정류하여 형성한 정전압 회로를, 분리 회로를 동작시키기 위한 정전압 에너지원으로 하는 동시에, 상기 분리 회로를 구성하는 마이크로컴퓨터로 연산, 판정을 행하여, 소정의 반한시(反限時) 특성에 따라서 분리 코일을 도전시켜 각 상에 삽입된 차단기의 분리 동작을 행하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1을 참조)In the conventional circuit breaker, the overcurrent is detected by the constant voltage circuit formed by rectifying the current to be the secondary output of the current transformer disposed in each phase as the constant voltage energy source for operating the separation circuit, It is known to perform calculation and determination by a microcomputer constituting a circuit, conducting a separation operation of a circuit breaker inserted in each phase by conducting a separation coil in accordance with a predetermined anti-time characteristic (for example, a patent document) See 1)
특허 문헌 1: 일본 특개 2001-165964호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-165964
그러나 상기와 같은 마이크로컴퓨터에 의해 차단기의 분리 회로를 동작시키는 방식에서는 소정의 반한시 특성에 따르는 동작 영역에서는 문제없으나, 예를 들어 최대 순시 전류 설정값을 초과하는 단락(短絡) 대전류가 흐른 때에는 차단기의 분리 동작을 개시하여 차단 동작이 완료하기까지는, 예를 들어 약 20 수㎳의 시간을 필요로 하고 있는 실정이다. 구체적으로, 단락이 발생하고 나서 정전압 회로에 의한 전압원이 형성되기까지 예를 들어 1㎳ 이하, 마이크로컴퓨터의 초기 설정 시간을 포함하는 연산ㆍ판정 시간과 트리거 회로의 동작에 예를 들어 약 10㎳, 분리 기구의 동작 시간에 예를 들어 약 15㎳이고 합계 약 26㎳의 시간이 필요하게 된다.However, in the method of operating the breaker circuit of the breaker by the microcomputer as described above, there is no problem in the operation area according to the predetermined inverse time characteristic, but, for example, when the short-circuit large current exceeding the maximum instantaneous current setting value flows. For example, about 20 ms is required until the disconnection operation is started and the blocking operation is completed. Specifically, for example, the operation / determination time including the initial setting time of the microcomputer and the operation of the trigger circuit, for example, about 1 ms or less until a voltage source is formed by the constant voltage circuit after the short circuit occurs, for example, about 10 ms, The operating time of the separation mechanism is, for example, about 15 ms and a total of about 26 ms is required.
이 때문에, 최대 순시 전류 설정값을 초과하는 단락 대전류가 흐른 경우, 차단기의 분리 동작을 개시하여 차단 동작이 완료하기까지는 차단기의 개폐 접점에 대전류가 흐르게 되어, 아크(arc)가 접점 사이에 장기간에 걸쳐서 발생하고, 이 때문에 접점이 소모되어 통전 성능을 손상시키기에까지 이르는 것을 알 수 있었다. 또, 접점 사이의 발호에 의해 통상보다 많은 단락 전류가 흐르기 때문에 양 접점 사이에서 용착을 일으킬 우려도 있었다.For this reason, when a short-circuit large current exceeding the maximum instantaneous current set value flows, a large current flows through the breaker's open / close contact until the breaker operation is started and the breaker operation is completed, and an arc is generated between the contacts for a long time. It has been found that this occurs until the contact is consumed and the current carrying performance is impaired. In addition, since more short-circuit currents flow due to the arcing between the contacts, there is a possibility that welding occurs between the two contacts.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 대전류 발생시에 있어서 차단기 분리 동작 개시까지의 시간을 짧게 하는 것에 의해 접점의 손모, 용착을 없애, 장기간에 걸쳐서 통전 기능이 양호하고 신회성이 높은 회로 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. By shortening the time until breaker disconnection operation starts in the event of a large current, the contact loss and welding of the contact are eliminated, and the energization function is good for a long time and the resiliency is high. It is an object to provide a circuit breaker.
본 발명에 관한 회로 차단기는, 배선 전로에 배치된 전원 공급 변류기의 2차 전류를 정류하여 형성한 정전압 회로를, 분리 회로를 동작시키기 위한 정전압 에너지원으로 하는 동시에, 상기 분리 회로에는 상기 배선 전로에 흐르는 부하 전류에 따라 소정의 반한시 동작 특성을 얻도록 연산ㆍ판정을 행하는 마이크로컴퓨터를 구비하고, 상기 반한시 동작 특성에 따라서 제1 분리 기구에 의한 차단기의 분리 동작을 행하는 것에 있어서, 상기 부하 전류가 당해 차단기의 최대 순시 전류 설정값을 초과한 경우, 차단기의 개폐 접점 사이에 발호가 생길 때까지 상기 차단기의 분리 동작을 행하는 제2 분리 기구를 마련하여, 상기 제2 분리 기구에 의한 차단기의 분리 동작이 상기 제1 분리 기구에 의한 분리 동작보다 빨라지도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.The circuit breaker according to the present invention uses a constant voltage circuit formed by rectifying a secondary current of a power supply current transformer disposed in a wiring converter as a constant voltage energy source for operating a separation circuit, and the separation circuit includes the wiring circuit. And a microcomputer that performs calculation and determination so as to obtain a predetermined inverse time operation characteristic in accordance with the flowing load current, and performs the separation operation of the circuit breaker by the first separation mechanism in accordance with the inverse time operation characteristic. When the maximum instantaneous current setting value of the circuit breaker is exceeded, a second separation mechanism for separating the circuit breaker is provided until a call is generated between the opening and closing contacts of the circuit breaker, thereby separating the circuit breaker by the second separation mechanism. It is characterized in that the operation is configured to be faster than the separation operation by the first separation mechanism. .
본 발명에 의하면, 최대 순시 전류 설정값을 초과하여, 차단기의 접점 사이에 발호가 생길 우려가 있는 대전류가 흐른 경우에, 즉시 차단기의 분리 동작을 행하는 제2 분리 기구를 마련했기 때문에, 대전류가 흐르고 나서 차단기의 분리 동작 개시까지의 시간이 짧아져서, 양 접점 사이의 발호가 생길 때까지의 차단 동작을 완료할 수 있기 때문에, 접점의 손모를 없애, 통전 성능이 양호한 회로 차단기를 얻을 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, when the large current exceeding the maximum instantaneous current set value and there is a possibility that a call occurs between the contacts of the circuit breaker flows, a large current flows because a second separation mechanism for immediately disconnecting the circuit breaker is provided. Since the time until the disconnection operation of the breaker is started is shortened, and the disconnection operation until the call between the two contacts can be completed, the contact of the contact is eliminated and the circuit breaker with good current carrying performance can be obtained. Have
실시 형태 1.
이하, 본 발명의 실시 형태 l에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도, 도 2는 본 발명의 회로 차단기의 분리 동작 특성도, 도 3은 제2 분리 기구의 단면도이다. 도 1에 있어서, 1은 배선 전로, 2는 차단기의 개폐 접점, 3a, 3b, 3c는 상기 각 전로(1)에 배치된 제1 전원 공급 변류기, 4a, 4b, 4c는 전류 검출 코일, 5는 상기 제1 전원 공급 변류기(3a, 3b, 3c)로부터의 2차 출력 전류를 정류하는 제1 정류 회로, 6은 상기 제1 정류 회로(5)의 정류 출력을 받아 안정화된 정전압원을 구성하는 정전압 회로, 7은 상기 정전압 회로(6)의 출력을 전압원으로 하고, 상기 전류 검출 코일(4a, 4b, 4c)의 2차 전류를 입력 신호로 하는 제어 회로이고, 도시하지 않은 A/D 변환 회로, 적분 회로 등으로 이루어진 전용 IC(8)와, 차단기의 반한시 동작을 제어하는 특성을 내장하여 소정의 연산, 판정을 행하는 마이크로컴퓨터(9)로 이루어진다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter,
마이크로컴퓨터(9)에는 도시하고 있지 않으나, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 정격 전류의 115% ~ 단한시(短限時) 전류 설정값까지를 검출하는 장한시(長限時) 특성 검출부와, 단한시 전류 설정값 ~ 순시 전류 설정값까지를 검출하는 단한시 특성 검출부와, 순시 전류 설정값 이상을 검출하는 순시 특성 검출부를 구비하고 있고, 전류값와 분리 시한의 관계를 각각 다른 지수 함수적인 특성에 의해 컨트롤하고 있다. 또한, 1O은 상기 마이크로컴퓨터(9)의 출력 신호로 동작하는 사이리스터(thyristor) 등의 트리거 회로, 11은 상기 트리거 회로 (10)가 도통하는 것에 의해 여자(勵磁)되는 제1 분리 코일, 12a, 12b, 12c는 상기 각 전로(1)에 배치 된 제2 전원 공급 변류기, 13은 상기 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c)로부터의 2차 출력 전류를 정류하는 제2 정류 회로, 14는 상기 제2 정류 회로(13)의 출력을 받아 여자되는 제2 분리 코일이다.Although not shown in the
다음에, 본 실시 형태 1에 있어서 회로 차단기의 분리 동작을 도 2의 분리 동작 특성도에 따라서 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 배선 전로(1)에 정격 전류 이상의 전류가 흐르고, 그 크기가 커짐에 따라서 차단기의 개폐 접점(2)이 개로하는 동작 시간이 짧아지는 반한시 특성을 가지고 있고, 정격 전류의 115% ~ 단한시 전류 설정값까지를 장한시 동작 영역, 단한시 전류 설정값 ~ 순시 전류 설정값(최대)까지를 단한시 동작 영역, 순시 전류 설정값 이상을 순시 동작 영역이라고 각각 정의한다. 또, 도 2에는 이해를 돕기 위해서, 특정의 차단기(예를 들어, 정격 전류가 2000A)의 분리 동작을 상정한 구체적 전류값을 정격 전류와의 비로 나타내고 있고, 차단기의 정격 전류가 변하면 이 특성값도 변화하는 것이다.Next, the disconnection operation of the circuit breaker according to the first embodiment will be described according to the disconnection operation characteristic diagram of FIG. 2. As shown in FIG. 2, the current having the rated current or more flows through the
지금 배선 전로(1)에 부하 전류가 흐르면 제1 전원 공급 변류기(3a, 3b, 3c)의 2차 출력 전류는 제1 정류 회로(5)에서 정류되어 정전압 회로(6)에서 안정화되고, 제어 회로(7)를 동작시키는 전원이 된다. 한편, 전류 검출 코일(4a, 4b, 4c)로 배선 전로(1)에 흐르는 전류의 크기를 검출하고, 상기 제어 회로(7)의 전용 IC(8)를 통하여 마이크로컴퓨터(9)로 감시하고 있다. 마이크로 컴퓨터(9)에서는 배선 전로(1)에 흐르는 부하 전류의 크기에 따라, 도 2의 장한시 동작 영역, 단한시 동작 영역, 또는 순시 동작 영역인지의 여부를 판단하여, 각각의 반한시 특성에 따라서 계산 결과를 출력하고, 사이리스터로 이루어진 트리거 회로(10)를 동작시켜서 제1 분리 코일(11)을 여자하여 차단기의 분리 동작이 행해진다. 이 제1 분리 기구에 의한 동작 완료까지, 전술한 바와 같이 약 20 수㎳의 시간을 필요로 하게 된다.When a load current flows in the
또한, 실제로는 부하 전류가 최대 순시 전류 설정값을 초과하여, 차단기 본체가 발호할 우려가 있는 전류에 도달하기까지의 범위 A에서, 상기 제2 분리 기구에 의한 동작이 상기 제1 분리 기구에 의한 동작에 앞서서 개시된다.In addition, in the range A until the load current exceeds the maximum instantaneous current set value and reaches a current which may cause the breaker body to call, the operation by the second separation mechanism is performed by the first separation mechanism. It is initiated prior to operation.
즉, 도 2의 차단기 본체가 발호하는 영역을 B로 하면, 본 발명에서는 상기 최대 순시 전류 설정값 X(정격 전류의 예를 들어 약 16배)를 초과하고, 또한 차단기 본체의 접점 사이에 발호가 생기는 전류 Y(정격 전류의 예를 들어 약 3O배)까지의 과전류가 배선 전로(1)에 흐른 경우에는 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c)로부터 제2 정류 회로(13)를 통하여 제2 분리 코일(14)이 여자되어, 제1 분리 코일(11)의 동작보다 빨리 차단기의 개로(開路) 동작을 행하는 것이다. 이 때의 제2 분리 코일의 동작 전류는 도 2의 Z점으로 나타내고 있고, 정격 전류의 예를 들어 약 15배의 값으로 차단기 본체가 발호하기에 이르기까지 트립 동작이 행해지게 된다.That is, when the area to be called by the circuit breaker main body of FIG. 2 is set to B, in the present invention, the maximum instantaneous current set value X (for example, about 16 times the rated current) is exceeded, and a call is made between the contacts of the circuit breaker main body. When the overcurrent up to the generated current Y (for example, about 30 times the rated current) flows in the
따라서, 상기 제2 분리 기구가 존재하지 않고 제1 분리 기구만인 경우는 동작 완료까지 전술한 바와 같이 예를 들어 약 20 수㎳를 필요로 하는데 비해, 제2 분리 기구를 병용한 경우는 마이크로컴퓨터(9)를 포함하는 제어 회로(7)나 사이리스터로 이루어진 트리거 회로(1O)를 통하지 않기 때문에, 그 동작 완료까지의 시간은 마이크로컴퓨터(9)의 초기 설정을 포함하는 연산ㆍ판정 시간(예를 들어 약 1O㎳)만큼 짧은, 예를 들어 약 10 수㎳가 되기 때문이다. 또한, 제2 분리 코일(14)의 여자 시점은 하기하는 바와 같이 상지 Z점이 최대 순시 전류 설정값 X로부터 차단기 본체의 접점 사이에 발호가 생기는 전류 Y까지의 사이(A 구간)에 오도록 조정된다.Therefore, in the case where the second separation mechanism does not exist and only the first separation mechanism is required as described above until the operation is completed, for example, about 20 kW is required. However, when the second separation mechanism is used in combination, the microcomputer Since it does not pass through the
도 3은 제2 분리 기구의 개략 구성도이고, 상기 제2의 분리 코일(14)의 여자 시점의 조정 방법과 아울러 설명한다. 도면에 있어서, 14는 보빈(bobbin; 21)의 심부(芯部)에 감겨진 코일이고 도 1의 제2 분리 코일(14)에 상당한다. 상기 보빈(21) 내에는 고정 철심(22)과 가동 철심(23)이 서로 대향하여 배설되어 있고, 또 상기 고정 철심(22)과 가동 철심(23) 사이에는 양자가 소정의 간극(27)을 유지하여 배치되도록 리턴 스프링(return spring; 24)이 존재하고 있다. 요크(yoke; 25)는 상기 코일(14)에서 발생한 자속을, 상기 고정 철심(22), 가동 철심(23)을 통하여 자기적으로 결합하기 위한 것이고, 샤프트(shaft; 26)는 상기 최대 순시 전류 설정값을 초과하고, 또한 차단기 본체의 접점 사이에 발호가 생길 때까지의 과전류가 배선 전로(1)에 흐른 경우에 차단기의 개폐 접점(2)을 동작시키는(도시하고 있지 않음) 것이다.3 is a schematic configuration diagram of the second separation mechanism, which will be described together with the adjustment method of the excitation timing of the
상기와 같이 제2 분리 기구는 코일(14), 고정 철심(22), 가동 철심(23), 리턴 스프링(24) 등으로 구성되어 있고, 리턴 스프링(24)의 스프링력에 의해 가동 철심(23)과 고정 철심(22)은 서로 멀어지는 방향으로 도전되고 있음은 상술한 바와 같다. 상기 부하 전류가 정격 전류를 초과하여 최대 순시 전류 설정값 X까지의 값인 경우는 코일(14)의 기자력(起磁力)은 리턴 스프링(24)의 스프링 하중보다 작게 설정되어 있어, 가동 철심(23)은 고정 철심(22)에 흡착되지 않기 때문에 차단기를 트리거시키는 일은 없다. As mentioned above, the 2nd separation mechanism is comprised from the
그러나 최대 순시 전류 설정값 X를 초과하는 대전류가 흐른 경우는 코일(14)의 기자력이 상기 스프링 하중을 상회하도록 설정되어 있어, 가동 철심(23)이 고정 철심(22)에 흡착되고, 샤프트(26)가 돌출하여 제2 분리 기구를 동작시킨다.However, when a large current exceeding the maximum instantaneous current set value X flows, the magnetic force of the
이 가동 철심(23)이 고정 철심(22)에 흡착되는 동작점이 최대 순시 전류 설정값 X를 초과하고, 차단기의 접점 사이에 발호가 생기는 전류 미만이 되도록 상기 리턴 스프링(24)의 스프링 하중 및 코일(14)의 기자력이 조정ㆍ설정되어 있다.The spring load and the coil of the
이상과 같이, 최대 순시 전류 설정값 이하의 전류에서는 제1 분리 기구에 의해 정밀도 좋게 동작시키고, 또 최대 순시 전류 설정값을 초과하여 차단기의 접점 사이에 발호가 생기는 전류 미만에서는 제2 분리 기구를 동작시키도록 했기 때문에, 마이크로컴퓨터를 포함하는 제어 회로에 의한 연산ㆍ판정 시간을 단축할 수 있어 대전류 영역에서의 발호를 억제할 수 있다.As described above, the first separation mechanism operates precisely at a current below the maximum instantaneous current set value, and operates the second separation mechanism below a current exceeding the maximum instantaneous current set value and a call is generated between the contacts of the circuit breaker. Since the calculation and determination time by the control circuit including the microcomputer can be shortened, the call in the large current region can be suppressed.
실시 형태 2.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이고, 실시 형태 1에 대해 설명한 도 1의 것과 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다. 본 발명의 실시 형태 2는 실시 형태 1의 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c) 및 제2 정류 회로(13)를 생략하고, 제2 분리 코일(14)을 정류 회로(5)와 정전압 회로(6) 사이에 삽입한 것이다. 이와 같이 하는 것에 의해, 실시 형태 1의 것과 비교하여, 전원 공급 변류기 및 정류 회로가 각각 1 세트여도 되기 때문에 회로 구성이 간단해지는 것이다.4 is a schematic diagram of a circuit breaker of the circuit breaker according to the second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those in FIG.
실시 형태 3.Embodiment 3.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다. 도 1의 것과 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 있고, 도 1과 다른 부분에 대해서만 설명한다. 본 발명의 실시 형태 3은 실시 형태 1의 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c) 및 제2 정류 회로(13)를 제1 전원 공급 변류기(3a, 3b, 3c)의 2차측 전로에 삽입한 것이다. 이와 같이 하는 것에 의해, 실시 형태 1의 것과 비교해서, 관통하는 도체의 외형, 전류의 크기도 작게 할 수 있기 때문에, 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c) 및 정류 회로를 소용량으로 구성할 수 있다.Fig. 5 is a circuit diagram of a separation circuit of the circuit breaker according to the third embodiment of the present invention. The same code | symbol is attached | subjected to the part same as that of FIG. 1, and it demonstrates only a part different from FIG. Embodiment 3 of the present invention inserts the second power supply
실시 형태 4.Embodiment 4.
도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다. 도 1의 것과 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 있고, 도 1과 다른 부분에 대해서만 설명한다. 본 발명의 실시 형태 4는 실시 형태 1의 제2 분리 코일(14)과 병렬로 가변 저항기(15)를 삽입한 것이다.Fig. 6 is a circuit diagram of a separation circuit of the circuit breaker according to the fourth embodiment of the present invention. The same code | symbol is attached | subjected to the part same as that of FIG. 1, and it demonstrates only a part different from FIG. In the fourth embodiment of the present invention, the
이와 같이 하는 것에 의해, 제2 전원 공급 변류기(12a, 12b, 12c)로부터 상기 제2 분리 코일(14)에 공급하는 전류를 분류시킬 수 있기 때문에, 이 가변 저항기(15)의 값을 조정하는 것에 의해, 제2 분리 코일(14)이 동작하는 단락 전류의 크기를 차단기의 정격 전류 등에 따라 설정하는 것이 가능하게 되는 것이다.By doing in this way, since the electric current supplied to the said
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다.1 is a circuit diagram of a separation circuit of a circuit breaker according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 회로 차단기의 분리 동작 특성의 일례를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing an example of the disconnection operation characteristic of the circuit breaker of the present invention.
도 3은 제2 분리 기구의 개략 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of the second separation mechanism.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다.4 is a circuit diagram of a separation circuit of the circuit breaker according to the second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다.Fig. 5 is a circuit diagram of a separation circuit of the circuit breaker according to the third embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서 회로 차단기의 분리 회로 구성도이다.Fig. 6 is a circuit diagram of a separation circuit of the circuit breaker according to the fourth embodiment of the present invention.
부호의 설명Explanation of the sign
1 배선 전로, 1 wiring converter,
2 차단기의 개폐 접점, 2 switching contact of breaker,
3a, 3b, 3c 제1 전원 공급 변류기, 3a, 3b, 3c first power supply current transformer,
4a, 4b, 4c 전류 검출 코일, 4a, 4b, 4c current detection coil,
5 제1 정류 회로, 5 first rectifying circuit,
6 정전압 회로, 6 constant voltage circuit,
7 제어 회로, 7 control circuit,
8 전용 IC, 8 dedicated IC,
9 마이크로컴퓨터 9 microcomputer
9, 10 트리거 회로, 9, 10 trigger circuits,
11 제1 분리 코일, 11 first separating coil,
12a, 12b, 12c 제2 전원 공급 변류기, 12a, 12b, 12c second power supply current transformer,
13 제2 정류 회로, 13 second rectifier circuit,
14 제2 분리 회로, 14 second disconnect circuit,
15 가변 저항기, 15 variable resistor,
21 보빈, 21 bobbins,
22 고정 철심, 22 fixed iron core,
23 가동 철심, 23 operation iron core,
24 리턴 스프링, 24 return spring,
25 요크, 25 York,
26 샤프트.26 shafts.
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