KR20110085857A - 회로차단기 - Google Patents

Abstract

[과제] 회로차단기에서의 개폐기구부의 트립(trip)개극(開極)의 시간이 길면, 플런저로 가동접촉자를 강제적으로 트립핑한 후, 플런저 내의 압축스프링이나 가동접촉자의 복귀스프링에 의한 힘으로 가동접촉자가 고정접촉자에게 접근하여 재점호(再点弧)가 발생하기 쉬워지기 때문에, 차단성능이 저하된다고 하는 과제가 있었다.
[해결수단] 플런저(31), 절연로드(32), 가동접점(4b)이 장착된 가동접촉자(4), 고정접점(3a)이 장착된 고정접촉자, 크로스바, 접압스프링, 걸쇠, 랫치(latch), 토글(toggle)링크기구에 의해, 가동접촉자의 순간트립부가 구성되고, 플런저(31)의 구동시에 걸쇠(21)가 랫치(22)에 충돌하도록 하는 것으로, 랫치(22)의 회전속도를 향상함으로써, 기구 전체의 트립개극의 시간을 단축한다.

Description

회로차단기{CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 회로차단기, 특히, 회로차단기의 개폐기구부에 관한 것이다.

회로차단기의 개폐기구부로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 종래의 회로차단기는 가동접촉자를 트립핑(tripping, 인외(引外))하는 솔레노이드는 코일과 플런저로 이루어지고, 단락전류와 같은 정격의 수 배 이상의 전류가 코일에 흘렀을 때, 솔레노이드부의 작동에 의해 플런저의 일단이 우선 트립퍼(tripper)를 구동하여 랫치링크(latch link) 및 연결한 링크를 해제하여 가동접촉자를 강제적으로 트립핑한다. 랫치는 먼저 해제되어 있기 때문에, 링크기구부가 동작하여 가동접촉자가 개극(開極)위치가 되는 움직임에 의해 개극동작을 완료시킨다.

[특허문헌 1] 일본국 특공소59-42938호 공보(제2 - 3페이지, 제1도)

개폐기구부가 트립(trip)개극하는 전체의 시간은 트립퍼, 랫치링크, 연결한 링크의 이동시간이며, 각각의 부품의 관성모멘트, 질량, 복귀스프링력 등에 의해 개폐기구부의 개극시간이 정해진다. 상술과 같은 종래의 회로차단기의 개폐기구부의 구성에서는 가동접촉자를 강제적으로 트립핑하는 시간에 대해서 링크기구부의 개극시간이 크게 늦는다. 이 때문에, 플런저로 가동접촉자를 강제적으로 트립핑한 후, 플런저를 구동하고 있던 전류가 소실되면, 플런저에 의한 가동접촉자의 유지력이 없어져, 플런저 내의 압축스프링이나 가동접촉자의 복귀스프링에 의한 힘으로 가동접촉자가 고정접촉자에 접근하여 재점호(再点弧)가 발생하기 쉬워지기 때문에, 차단성능이 저하된다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어지는 것으로, 트립시의 개극시간을 단축하여 차단성능을 향상시킨 회로차단기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 회로차단기는, 단락차단시에 플런저구동 및 절연로드로 가동접촉자를 개리(開離)한 후에, 걸쇠를 구동하여 랫치와의 맞물림을 해제한 후, 걸쇠를 랫치에 접촉시켜 회전토크를 줌으로써 랫치의 회전속도를 향상시킨다.

본 발명에 의하면, 랫치의 회전속도를 향상시킴으로써, 트립시의 개극시간을 단축하여 차단성능을 향상시킨 회로차단기를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온(ON)상태를 나타내는 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에서의 온상태의 걸쇠와 랫치를 포함하는 개폐기구부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에서의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치를 포함하는 개폐기구부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온상태의 걸쇠와 랫치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1의 걸쇠회전시에 랫치에 접촉하지 않는 경우의 주요 개폐기구부품의 동작타이밍을 나타내는 타이밍차트이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1의 걸쇠회전시에 랫치에 접촉하는 경우의 주요 개폐기구부품의 동작타이밍을 나타내는 타이밍차트이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 오프(OFF)상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 트립상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 리셋상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태 1에서의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시형태 1에서의 리셋상태의 걸쇠와 랫치의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태 2에 의한 걸쇠와 랫치절곡부의 온상태에서의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태 2에 의한 걸쇠와 랫치절곡부의 트립순간에서의 사시도이다.

실시형태 1.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 외관을 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온상태를 나타내는 측면 단면도, 도 3은 본 발명의 실시형태 1에서의 온상태의 걸쇠와 랫치를 포함하는 개폐기구부의 단면도, 도 4는 본 발명의 실시형태 1에서의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치를 포함하는 개폐기구부의 단면도, 도 5는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온상태의 걸쇠와 랫치의 사시도, 도 6은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치의 사시도이다.

도 1에서 회로차단기는 수지제의 커버(1)와 수지제의 베이스(2)로 덮이고, 단자(24)에는 배선을 접속하며, 핸들(16)에 의해 개폐조작이 이루어지는 구조로 되어 있다.

도 2에서 차단기본체는 수지제의 커버(1)와 수지제의 베이스(2)로 덮이고, 고정접촉자(3)에는 고정접점(3a)이 마련되어 있다. 고정접촉자(3)에 대향하여 배치되는 가동접촉자(4)는 회전지점(支点)(4a)을 중심으로 회전가능하게 되어 있으며, 회전에 의해서 고정접촉자(3)와 접리(接離)한다. 가동접촉자(4)가 고정접촉자(3)에 접촉할 때에는 고정접촉자(3)에 마련된 고정접점(3a)과 가동접촉자(4)에 마련된 가동접점(4b)이 접촉하도록 되어 있다. 소호판(消弧板)(5)은 고정접촉자(3)와 가동접촉자(4) 부근에 설치되며, 가동접촉자(4)를 유지하고 있는 절연크로스바(6)에는 회전축(6a)이 설치되어 있다. 하부링크(9)의 도면 중 오른쪽의 단부는 절연크로스바(6)와 연결핀(8)으로 결합되어 있다. 상부링크(11)는 하부링크(9)와 결합핀(10)으로 연결되어 있으며, 결합핀(10)이 힌지부가 되어 토글(toggle)링크기구를 구성한다.

레버(13)는, 상부링크(11)의 일단부와 레버(13)를 회전연결하기 위한 버링(burrng)가공에 의한 연결부(13a)에 결합되어 있다. 축(14)은 레버(13)의 지점(支点)이 되며, 레버(13)는 축(14)을 중심으로 회전한다. 개폐동작을 행하는 핸들(16)의 암부는 핸들암(15)이며, 지점(15a)을 중심으로 회전한다. 결합핀(10)과 핸들암(15)에 마련된 걸림부(15b)와의 사이에는 인장력을 주는 개폐스프링(도시생략)이 장착되어 있다. 걸쇠(21)는 축(21a)을 지점으로 하여, 회전스프링(20)에 의해 도면 중 시계회전방향으로의 가압이 이루어지고 있다.

랫치(22)는 회전축(22a) 부근을 중심으로 회전하고, 랫치(22)의 도면 중 좌단은 걸쇠(21)와 맞물리고 있다. 랫치핀(22b)은 걸쇠(21)와 약간의 유격을 가지는 위치에 배치되어 있다. 단자(24)는 가요성을 구비한 도체(23), 바이메탈부(25), 코일(26)을 통하여 고정접촉자(3)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 단자(28)는 가동접촉자(4)에 가요성을 구비한 도체(27)를 통하여 접속되어 있다. 압축스프링을 이용한 접압(接壓)스프링(29)으로 가동접촉자(4)의 가동접점(4b)에 접압을 주고 있다. 플런저(31), 압축스프링(33), 요크(yoke)(34), 절연로드(32)에 의해 가동접촉자(4)를 구동하고, 가동접촉자(4)의 최대개극은 스토퍼(35)에 의해 규제된다.

다음으로 동작에 대해서 설명한다. 도 2에서의 온상태에서 하부링크(9) 및 상부링크(11)는 결합핀(10)에 작용하는 개폐스프링으로부터의 인장력에 의해, 연결부(13a)의 회전중심과 결합핀(10)의 중심점을 잇는 상부링크축선과, 연결핀(8)의 중심점과 결합핀(10)의 중심점을 잇는 하부링크축선이 대략 일직선을 이루도록 신장되어 있다. 그리고, 크로스바(6)는 회전축(6a)을 중심으로 도면 중 시계회전방향의 회전력을 받아 가동접촉자(4)를 고정접촉자(3)에 가압하고 있다.

도 3과 같은 온상태에서 정격의 수 배 이상의 단락전류가 코일(26)에 흐르면, 플런저(31)와 요크(34)의 자기회로에 의해, 플런저(31)는 도면 중 우측방향으로 이동을 개시하고, 처음에 플런저(31)의 도면 중 좌단에 마련된 'T'자 모양부(31b)로 걸쇠(21)를 걸어 걸쇠(21)를 도면 중 반시계회전방향으로 회전시키고, 다음으로 절연로드(32)의 도면 중 우단에서 가동접촉자(4)를 눌러 가동접촉자(4)를 강제적으로 트립핑한다.

그리고, 도 4와 같이 플런저(31)와 요크(34)의 갭이 없어진 곳에서 플런저(31)에 마련된 돌기부(31a)가 요크(34)에 걸려, 플런저(31)의 도면 중 우측방향으로의 이동이 여기서 멈춘다. 한편, 가동접촉자(4)는 절연로드(32)를 통하여 플런저(31)에 의해 가속되어 있고, 절연로드(32)로부터 떨어질 때의 초속(初速)에 대한 운동에너지와, 압축스프링(29)을 압축할 때에 압축스프링(29)에 축적되는 위치에너지의 밸런스에 의해 고정접촉자(3)로부터 개리해 간다. 실제로 단락전류가 발생했을 때에는, 플런저(31)에는 순간적으로 큰 전자력이 발생하여, 절연로드(32)를 포함하는 이동속도에 의한 운동에너지가 압축스프링(29)에 축적되는 위치에너지보다 충분히 크고, 가동접촉자(4)의 속도는 순간적으로 증대하여, 거의 속도가 저하되지 않고 고정접촉자(3)로부터 개리해 가게 된다.

그 동안, 걸쇠(21)와 랫치(22)는 다음과 같은 동작을 행한다. 도 5의 위치로부터 플런저(31)에 의해 상술한 바와 같이 걸쇠(21)가 회전구동되고, 걸쇠(21)와 랫치(22)의 도면 중 좌단의 맞물림이 해제되어 랫치의 회동이 자유롭게 된 후, 걸쇠(21)의 경사부(21b)가 랫치(22)의 랫치핀(22b)에 접촉함으로써, 랫치(22)에 강제 회전력을 준다. 그리고, 랫치(22)가 고속회전하여 도 6과 같은 상태가 된다. 또한, 상기 접촉할 때에 랫치핀(22b)은 경사부(21b)에 마련된 오목부에 비집고 들어가게 되어 있다. 그 후, 도 2에서 랫치 맞물림부(22c)와 레버(13)의 맞물림이 해제되고, 레버(13)는 축(14)을 중심으로 도면 중 시계회전방향으로 회전함으로써, 토글링크기구는 'L'자 모양으로 굴곡되고, 크로스바(6)는 도면 중 반시계회전방향으로 회전구동되어 트립동작한다.

이상, 본 발명의 실시형태 1에 관한 회로차단기는 걸쇠(21)가 랫치(22)와 접촉하여 회전토크를 줌으로써, 랫치(22)의 회전속도를 향상시켜 개폐기구부의 트립동작시간을 단축시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시형태 1에 관한 회로차단기에서 개폐기구부의 트립동작시간이 단축되는 점에 대해서, 도 7 및 도 8을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 7은 종래의 회로차단기와 같이 걸쇠가 회전시에 랫치에 접촉하지 않는 경우의 주요 개폐기구부품의 동작타이밍의 예를 나타내는 타이밍차트, 도 8은 본 발명의 실시형태 1의 걸쇠가 회전시에 랫치에 접촉하는 경우의 주요 개폐기구부품의 동작타이밍의 예를 나타내는 타이밍차트이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 정격의 수 배 이상의 단락전류가 코일(26)에 흐르면, 플런저(31)의 이동은 순간적으로 행해지고, 플런저(31)의 변위(x)는 Δt1a = 1 ~ 2㎳의 짧은 기간에 빠르게 변화한다. 플런저(31)의 이동 도중에 걸쇠(21)는 플런저(31)에 의해 회전구동되므로, 회전각(걸쇠각도)이 증가해 간다. 걸쇠(21)가 회전하면 랫치(22)와의 맞물림이 해제되어, 랫치(22)의 회전각(랫치각도)도 증가해 간다. 랫치(22)가 회전하면, 앞서 설명한 바와 같은 방법으로 레버(13), 토글링크기구가 회전동작하여 크로스바(6)의 개극동작이 이루어져, 크로스바의 회전각(크로스바 각도)도 증가해 간다.

여기서, 랫치(22)와 레버(13)의 맞물림이 해제될 때까지는, 토글링크기구는 트립동작하지 않아 크로스바(6)의 개극이 행해지지 않는다. 랫치(22)의 개극시간은 개폐스프링에 의해 레버(13)로부터 받고 있는 힘과 랫치(22)의 관성모멘트에 의해 정해지고, 여기에서는 랫치(22)의 회전완료시간은 Δt2a = 4㎳이며, 그 후, 상기 도중의 토글링크기구의 트립동작이 이루어져, 결국 크로스바(6)가 개극할 때까지의 시간은 Δt3a = 8㎳가 된다.

그래서, 걸쇠(21)의 회전 후에, 랫치(22)에 회전력을 주면, 랫치(22)가 회전 완료할 때까지의 시간을 단축시켜, 전체의 개극시간을 향상시킬 수 있다. 랫치(22)에 랫치핀(22b)을 추가한 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 걸쇠(21)로부터의 회전력이 랫치(22)에 전달된다. 이것에 의해, 도 8과 같이, 랫치 이동시간이. 예를 들면 Δt2b = 2㎳로 단축되면, 상기 도중의 링크기구의 트립동작이 개시되는 타이밍은 빨라져, 크로스바(6)가 개극할 때까지의 시간은 Δt3b = 6㎳로 단축된다.

다음으로, 회로차단기의 온상태, 오프상태, 트립상태, 리셋상태의 각각으로 이행할 때의 개폐기구부의 동작에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 온상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도, 도 10은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 오프상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도, 도 11은 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 트립상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도, 도 12는 본 발명의 실시형태 1에서의 회로차단기의 리셋상태를 나타내는 개폐기구부의 단면도, 도 13은 본 발명의 실시형태 1에서의 트립개극순간의 걸쇠와 랫치의 단면도, 도 14는 본 발명의 실시형태 1에서의 리셋상태의 걸쇠와 랫치의 단면도이다.

도 9에 나타내는 온상태에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 크로스바(6)는 회전축(6a)을 중심으로 한 도면 중 시계회전방향의 회전력을 받고 있어, 가동접촉자(4)를 고정접촉자(3)로 가압하고 있다.

도 10에 나타내는 오프상태에서는 온상태로부터 핸들(16)을 도면 중 반시계회전방향으로 회전시켰을 경우이며, 결합핀(10)과 핸들암(15)에 마련된 걸림부(15b)의 사이에 인장력을 주는 개폐스프링이 장착되어 있기 때문에, 이 스프링력선의 작용에 의해 크로스바(6)는 회전축(6a)을 중심으로 도면 중 반시계회전방향으로 회전력을 받아, 가동접촉자(4)는 고정접촉자(3)로부터 개리하는 상태가 된다.

도 9에 나타내는 온상태에 단락전류가 흐르면, 앞서 설명한 바와 같이, 코일(26), 플런저(31), 요크(34)로 이루어지는 단락전류 검출장치에 의해, 걸쇠(21)가 축(21a)을 중심으로 도면 중 반시계회전방향으로 회전함으로써, 랫치(22)와의 맞물림이 해제되고, 랫치(22)는 도면 중 시계회전방향으로 회전하기 시작한다. 또한 레버(13)와의 맞물림이 해제되어 개폐스프링의 인장력이 상부링크(11)를 통하여 작용함으로써 축(14)을 중심으로 도면 중 시계회전방향으로 회전한다. 거기에 수반하여, 상부링크(11)와 하부링크(9)는 핸들(16)의 하측에서 'L'자 모양으로 굴곡되고, 크로스바(6)는 도 9의 도면 중 반시계회전방향으로 회동구동되어, 도 11에 나타내는 트립상태가 된다(이 일련의 동작을 통틀어 트립동작이라고 부름).

또, 도 11에 나타내는 트립상태로부터 핸들(16)을 파지하여 도면 중 반시계회전방향으로 회동조작하면, 핸들암(15)은 마찬가지로 도면 중 반시계회전방향으로 구동되고, 개폐스프링에 의한 작용에 의해 레버(13)는 축(14)을 중심으로 도면 중 반시계회전방향으로 회동한다. 그리고, 회전스프링(20)의 작용력에 의해 랫치(22)는 도면 중 반시계회전방향으로, 걸쇠(21)는 도면 중 시계회전방향으로 회전하여 소정의 위치로 돌아오고, 레버(13)와 랫치(22)가 맞물려 랫치(22)와 걸쇠(21)가 맞물리며, 도 12에 나타내는 리셋상태가 된다(리셋동작). 여기서, 랫치핀(22b)은 랫치(22)가 도면 중 반시계회전방향으로 회전할 때, 도 6에 나타내는 바와 같이 걸쇠(21)의 경사부(21b)의 오목부로 비집고 들어가고 있지만, 리셋동작을 하면 회전스프링(20)의 작용에 의해 걸쇠(21)가 도면 중 시계회전방향, 랫치(22)가 도면 중 반시계회전방향으로 각각 회전력을 받는데 더하여, 랫치핀(22b)이 걸쇠(21)의 경사부(21b)에 접촉함으로써 걸쇠(21)를 회전하는 어시스트력이 되어 회전을 준다.

또, 랫치핀(22b)와 걸쇠(21)는, 도 13과 같은 위치관계이며, 리셋동작시에 간섭하지 않는 위치로 고안되어 있어, 리셋 완료시에는 도 14와 같은 위치관계가 된다. 이와 같은 동작을 함으로써, 기구의 리셋동작을 행하여, 핸들의 작용력을 없게 하면, 도 10의 오프상태가 된다.

이 오프상태로부터 핸들(16)을 파지하여 도면 중 반시계회전방향으로 회동조작하면, 개폐스프링이 상부링크축선을 아래로부터 위로 통과하는 사점(死點)을 경계로 결합핀(10)에 걸쳐진 개폐스프링의 작용력의 방향이 다시 반전하고, 상부링크와 하부링크가 신장되는 스냅(snap)동작에 의해 크로스바(6)가 도면 중 시계회전방향으로 회동구동되어, 가동접촉자(4)를 고정접촉자(3)에 가압하여, 도 9의 온상태가 된다.

본 실시형태에 의하면, 플런저(31)의 구동시에 걸쇠(21)의 경사부(21b)에 랫치핀(22b)이 접촉하여 랫치(22)의 회전속도가 향상하므로, 개폐기구부 전체의 트립개극의 시간이 단축되어 차단성능이 향상한다.

실시형태 2.

도 15는 본 발명의 실시형태 2에 의한 걸쇠(21)와 랫치절곡부의 온상태에서의 사시도, 도 16은 본 발명의 실시형태 3에 의한 걸쇠와 랫치절곡부의 트립순간에서의 사시도이다. 실시형태 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

상기 랫치(22)에 절곡부(22d)를 마련하고, 걸쇠(21)의 경사부(21b)가 랫치(22)의 랫치핀(22b)에 충돌하며, 실시형태 1에서 설명한 바와 같이 동일한 작용과 효과를 얻을 수 있다. 또한, 절곡부(22d)는 랫치(22)의 절곡가공으로 일체로 형성할 수 있기 때문에 조립의 수고를 생략하여 제작비를 저하시키는 효과도 얻을 수 있다.

3 고정접촉자, 3a 고정접점,
4 가동접촉자, 4a 회전지점,
4b 가동접점, 6 크로스바,
6a 회전축, 13 레버,
21 걸쇠, 22 랫치,
26 코일, 29 압축스프링,
31 플런저, 32 절연로드,
33 압축스프링, 34 요크.

Claims (3)

1. 가동접점을 가지는 가동접촉자와,
   상기 가동접점과 접리하는 고정접점과,
   상기 고정접점과 전기적으로 접속하여 전류가 통전되는 코일과,
   상기 코일에 단락전류가 통전되었을 때에 구동되는 플런저와,
   상기 플런저의 일단에 접속되어 상기 플런저의 구동에 수반하여 상기 가동접촉자를 눌러 상기 고정접점으로부터 트립핑(tripping, 인외(引外))하는 절연로드와,
   상기 플런저의 구동에 수반하여 구동되는 걸쇠와,
   상기 걸쇠의 구동에 의해 상기 걸쇠와의 맞물림이 해제되어 회동이 자유롭게 되는 랫치(latch)와,
   상기 랫치의 회동에 의해 상기 랫치에 의한 맞물림이 해제되어 구동하는 토글(toggle)링크기구와,
   상기 토글링크기구로부터의 구동력에 의해 회전하여 상기 가동접촉자를 구동시키는 절연크로스바를 구비한 회로차단기에 있어서,
   상기 걸쇠가 상기 플런저의 구동에 수반하여 구동될 때에 상기 걸쇠가 상기 랫치에 접촉하는 것을 특징으로 하는 회로차단기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 랫치에 랫치핀이 마련되고, 상기 걸쇠가 접촉하는 부분이 이 랫치핀인 것을 특징으로 하는 회로차단기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 랫치에 일체의 절곡부가 마련되고, 상기 걸쇠가 접촉하는 부분이 이 절곡부인 것을 특징으로 하는 회로차단기.

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