KR20110030937A - 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조를 개시한다. 상기 바이메탈 트립구조는 바이메탈의 일면에 면접촉하는 지지대의 형상을 확장시켜 구성한 것으로, 이를 통해 전류 통전 경로의 저항을 균일하게 하여 수평방향에 대한 전류 집중을 완화시키고, 이를 통해 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 발생하는 국부적인 발열을 완화시켜 바이메탈이 용단되는 문제를 개선한 것이다.

배선용 차단기, 트립부, 바이메탈, 지지대, 전류통전경로저항, 면접촉 확장

Description

배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조{Junction structure for bimetals of molded case circuit breakers}

본 발명은 배선용 차단기의 트립부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이메탈과 접촉되는 지지대의 형상을 개선하여 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 발생하는 전류 집중 및 국부적인 발열을 완화시켜 바이메탈이 용단(溶斷)되는 것을 방지할 수 있도록 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조에 관한 것이다.

배선용 차단기는 저압 전력계통에 주로 사용되는 차단기로, 저압 전력계통에 고장이 발생하여 선로에 고장전류가 흐를 때 고장전류를 감지한 후 가동전극을 고정전극으로부터 분리시켜 고장전류를 차단하는 것이다.

이때, 배선용 차단기에서 고장전류를 감지하고 가동전극의 분리동작을 개시시키는 부품을 트립부라 하며, 상기 트립부는 고장전류 감지원리에 따라 여러종류가 개시되어 있지만 주로 바이메탈(bimetal)을 이용하게 된다.

상기 바이메탈은 열팽창율이 서로 다른 금속이 접합되어 구성된 것으로, 바이메탈에 전류가 흐르면 줄열(Joule's heat)이 발생하고 금속은 팽창이 이루어지며, 이때 각 금속은 열팽창율이 서로 상이하므로 바이메탈은 열팽창율이 작은 금속 방향으로 휘어지는 것이다.

즉, 첨부된 도 1에서와 같이 배선용 차단기 및 그 트립 구조는 고정전극(1), 가동전극(2), 구동메커니즘(3), 그리고 상기 구동메커니즘(3)과 나동선(4a)으로 연결되는 히터(5), 상기 히터(5)에 하부측이 접속되고 상부측에는 지지대(6)가 접속 구성되는 바이메탈(7), 및 상기 지지대(6)와 나동선(4b)으로 연결되는 단자대(8)를 포함하는 것으로, 상기 지지대(6)가 접속된 바이메탈(7)은 상기 지지대(6)에 체결되는 조절나사(6a)를 통해 상기 구동메커니즘(3)과의 간격이 조절되도록 구성된다.

이때, 상기 바이메탈(7)이 트립부에 적용되는 배선용 차단기의 통전 경로는 고정전극(1), 가동전극(2), 나동선(4a), 히터(5), 바이메탈(7), 지지대(6), 나동선(4b), 그리고 단자대(8)의 순서로 흐르게 된다.

따라서, 상기 배선용 차단기의 바이메탈(7)은 통전 경로에 따라 흐르는 고장전류에 의해 발열 및 휘어져 배선용 차단기 구동메커니즘(3)의 걸쇠(3a)를 풀게 되고, 이에따라 상기 구동메커니즘(3)은 자유로운 움직임이 가능하게 되며, 따라서 배선용 차단기의 가동전극(2)은 고정전극(1)으로부터 떨어져 고장전류를 차단하는 것이다.

이때, 상기 고장전류에 의하여 바이메탈(7)의 온도가 상승할 때 국부적인 전류 집중에 의하여, 상기 바이메탈(7)과 지지대(6)의 접촉면(도 3의 A부분)에서는 과도한 발열이 발생할 수 있으며, 이 경우 첨부된 3에서와 같이 바이메탈(7)의 상부와 지지대(6)의 접촉면이 용단(溶斷)되는(도 3의 A부분) 문제가 있으며, 이러한 바이메탈(7)의 용단 문제는 고장전류의 크기가 증가함에 따라 더욱 심각해지는 것 이다.

즉, 첨부된 도 4에서와 같이 도전율이 상이한 금속이 접촉된 상태인 바이메탈(7)의 상부측에 지지대(6)가 결합되었을 때, 그 결합상태는 바이메탈(7)의 상부측에서 지지대(6)가 도 4의 x축 방향에 대하여 평행한 접촉이 이루어지는 상태인 바, 상기 바이메탈(7)과 지지대(6)의 접촉면 영역(도 4의 A부분)에 있어 기준점인 0(zero) 지점에서는 전류(도 4에서 점선으로 표시된 화살표)가 집중할 수 밖에 없으며, 이때 상기 기준점인 0(zero) 지점에서는 상대적으로 큰 전류가 흐르게 되어 과도한 발열이 발생하고 이로 인하여 상기 바이메탈(7)이 용단되는 문제가 발생할 수 밖에 없는 것이다.

여기서, 첨부된 도 5는 바이메탈(7)과 지지대(6)의 접촉면에서 살펴본 전류밀도로, 접촉면의 전류밀도는 전체 접촉면에서 균일하지 않고 국부적으로 집중되고 있음을 나타낸 것이다.

즉, 첨부된 도 5에서 x축 방향 및 y축 방향은 첨부된 도 4의 x축 방향 및 y축 방향을 나타내는 것으로, 도 5에서 x축 방향의 전류밀도를 살펴보면 x축 방향으로 전류밀도가 약해지는 것을 쉽게 파악할 수 있으며, 이는 기준점 O(zero)와 가까운 영역에 전류가 집중하는 것을 의미하는 것이다.

또한, 도 5에서 y축 방향의 전류밀도를 살펴보면 y축 방향으로 전류밀도가 약해지는 것을 쉽게 파악할 수 있는데, 이는 기준점 O(zero)와 가까운 영역에 전류가 집중하는 것을 의미하는 것이다.

이때, 상기 기준점 O(zero) 부근에 전류가 집중하는 이유는 전류는 저항이 작은 방향으로 흐르려는 성질 때문이다. 즉 바이메탈(7)의 하부에서 바이메탈(7)의 상부로 전류가 흐른다고 가정할 때 기준점 O(zero) 부근의 접촉면 영역은 통전경로저항이 작으므로, 상기 기준점 O(zero) 부근의 전류밀도는 증가할 수 밖에 없는 것이다.

이에따라, 종래 바이메탈(7)을 이용한 트립 구조는 기준점 O(zero) 부근의 전류 집중으로 인해 도 4의 접촉면 영역(도 3,4의 A부분)에는 과도한 줄열이 발생하면서, 상기 바이메탈(7)이 용단되는 문제를 발생시켰던 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이메탈의 일면에 면접촉하는 지지대의 형상을 확장시켜 구성함으로써, 전류 통전 경로의 저항을 균일하게 하여 수평방향에 대한 전류 집중을 완화시키고, 이를 통해 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 발생하는 국부적인 발열을 완화시켜 바이메탈이 용단(溶斷)되는 것을 방지할 수 있도록 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조는, 바이메탈의 하부측은 히터에 접속되고, 상기 바이메탈의 상부측에는 조절나사를 통해 지지대가 면 접촉되면서, 통전 경로에 따라 흐르는 고장전류에 의해 상기 바이메탈이 발열하여 휘어질 때 구동메커니즘의 걸쇠가 풀리면서 상기 구동메커니즘의 움직임으로부터 가동전극이 고정전극으로부터 분리되어 고장전류 차단이 이루어지도록 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조에 있어서, 상기 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 기준점(zero)으로부터 x축 방향 및 y축 방향으로의 통전경로저항을 균일하게 하여 전류밀도의 집중을 방지하도록 상기 바이메탈과 면접촉하는 상기 지지대에는 면접촉 확장부를 구성한 것이다.

또한, 상기 면접촉 확장부는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향으로 확장 구성한 것이다.

또한, 상기 면접촉 확장부는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향에서 x축의 수평방향으로 확장 구성한 것이다.

이 같은 본 발명은 바이메탈의 일면에 면접촉하는 지지대의 형상을 확장시켜 구성한 것으로, 이를 통해 전류 통전 경로의 저항을 균일하게 하여 수평방향에 대한 전류 집중을 완화시키고, 이를 통해 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 발생하는 국부적인 발열을 완화시켜 바이메탈이 용단(溶斷)되는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 확대 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 정면도를 도시한 것이다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조는 첨부된 도 1의 구조에 적용되는 것으로, 이하 첨부된 도 1에서와 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 설명이 이루어지도록 한 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조는 첨부된 도 1은 물론 첨부된 도 6 및 도 7에서와 같이, 고정전극(1)과 가동전극(2)에 접속된 상태에서 통전 경로에 따라 흐르는 고장전류에 의해 바이메탈(7)이 발열하여 휘어지는 경우, 구동메커니즘(3)의 걸쇠(3a)가 풀리면서 상기 구동메커니즘(3)의 움 직임으로부터 상기 가동전극(2)이 고정전극(1)으로부터 분리되도록 하면서 고장전류를 차단시키는 것에 있어서, 상기 바이메탈(7)의 하부측에는 히터(5)를 접속 구성하고, 상기 바이메탈(7)의 상부측에는 조절나사(6a)를 통해 지지대(6)를 접속 구성한다.

이때, 상기 지지대(6)에는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향인 x'축 방향으로 확장이 이루어지는 면접촉 확장부(10)를 구성한 것이다.

그러면, 첨부된 도 7에서와 같이, 상기 바이메탈(7)의 하부에서 상기 바이메탈(7)의 상부로 전류가 흐를 때, 상기 바이메탈(7)과 지지대(6)의 접촉면에 대한 기준점인 O(zero) 부근의 접촉면 영역에 대한 통전경로저항과, 상기 면접촉 확장부(10)에 의한 x'축 방향의 통전경로저항은 균일하게 된다.(도 7에서 점선으로 표시된 화살표)

즉, 상기 지지대(6)의 면접촉 확장부(10)로부터 상기 기준점인 0(zero) 이외의 면접촉 부분에 대한 통전경로저항은 감소하게 되고, 이에따라 전자계 수치해석 프로그램을 이용하여 도식화한 첨부된 도 8의 그래프에서와 같이 x축 방향에 대하여 전류밀도가 서서히 줄어드는 종래(도 8의 점선)와는 달리 상기 바이메탈(7)과 지지대(6)의 전체 접촉면에서의 전류(도 8의 실선)는 어느 한 쪽으로 집중되지 않고 전체 접촉면에 대하여 분산되면서 흐르게 되며, 따라서 상기 바이메탈(7)과 지지대(6)의 접촉면에서는 국부적인 발열로 인해 상기 바이메탈(7)이 용단되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 첨부된 도 9 및 도 10은 면접촉 확장부(10')에 대한 본 발명의 다른실 시예로, 이는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향인 x'축 방향으로 확장이 이루어지도록 한 후 상기 x축의 방향과 수평상태를 유지하는 x"의 방향으로 면접촉 확장부(10)'를 확장 구성한 것이며, 이하 본 발명의 실시예에서와 그 작용효과는 동일하므로 이하에서는 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

이하, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1은 바이메탈 트립 구조가 적용된 배선용 차단기의 개략도.

도 2는 종래 바이메탈과 히터 및 지지대의 결합상태를 보인 사시도.

도 3은 종래 바이메탈과 히터 및 지지대의 결합상태를 보인 정면도.

도 4는 종래 바이메탈과 지지대의 접촉면에 대한 확대도.

도 5는 종래 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 발생하는 전류밀도의 분포도.

도 6은 본 발명의 실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 확대 사시도.

도 7은 본 발명의 실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 정면도.

도 8은 전자계 수치해석 프로그램을 이용하여 바이메탈과 지지대의 접촉면에 대한 전류밀도를 도식화한 그래프.

도 9는 본 발명의 다른실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 확대 사시도.

도 10은 본 발명의 다른실시예로 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조의 정면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

6 ; 지지대 7 ; 바이메탈

10,10'; 면접촉 확장부

Claims (3)

1. 바이메탈의 하부측은 히터에 접속되고, 상기 바이메탈의 상부측에는 조절나사를 통해 지지대가 면 접촉되면서, 통전 경로에 따라 흐르는 고장전류에 의해 상기 바이메탈이 발열하여 휘어질 때 구동메커니즘의 걸쇠가 풀리면서 상기 구동메커니즘의 움직임으로부터 가동전극이 고정전극으로부터 분리되어 고장전류 차단이 이루어지도록 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조에 있어서,

   상기 바이메탈과 지지대의 접촉면에서 기준점(zero)으로부터 x축 방향 및 y축 방향으로의 통전경로저항을 균일하게 하여 전류밀도의 집중을 방지하도록 상기 바이메탈과 면접촉하는 상기 지지대에는 면접촉 확장부를 구성하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 면접촉 확장부는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향으로 확장 구성하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 면접촉 확장부는 기준점(zero)으로부터 x축의 경사진 방향에서 x축의 수평방향으로 확장 구성하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 바이메탈 트립 구조.

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