KR20120030944A

KR20120030944A - 전기 기계적인 회로 차단기

Info

Publication number: KR20120030944A
Application number: KR1020110093076A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 나제리
Original assignee: 세쉐롱 에스.아.
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-03-29
Also published as: CA2752149A1; CN102412078B; BRPI1107005A2; US20120067849A1; JP5855883B2; RU2562123C2; EP2431989B1; AU2011221376A1; RU2562123C9; JP2012064584A; KR101821117B1; PL2431989T3; HK1162740A1; US8513558B2; RU2011138488A; CN102412078A; EP2431989A1

Abstract

본 발명의 목적은 메인 전류 (3, 4) 내의 전류를 확립하고 차단하도록 구성된 전기 기계적인 회로 차단기로서, 고정 접촉 엘리먼트 (5) 및 이동식 접촉 엘리먼트 (6)를 포함하며, 고정 접촉 엘리먼트와 이동식 접촉 엘리먼트는 첫 번째 위치에서 상기 메인 전류 (3, 4)의 전류를 운반하기 위해서 서로 전기적으로 접촉하며, 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)는 두 번째 위치로 옮겨져서 고정 접촉 엘리먼트 (5)와 분리되어 메인 전류 내의 전류가 차단 (cut off)되게 하도록 적응되며, 상기 두 접촉 엘리먼트들 (5, 6)의 분리에 의해서 생성된 아크 (17)를 아크 소거 수단 (1)으로 구동하도록 적응된 자기장 (B)을 생성하기 위하여 자기화 전류가 지나가는 자기화 코일 (11)을 포함하는 블로우-아웃 (blow-out) 기기 (2)가 상기 회로 차단기에 제공되며, 상기 블로우-아웃 기기 (2)는 자기화 코일 (11)에 전기적으로 연결된 전극 수단 (9, 10)을 포함하며, 상기 전극 수단 (9, 10)은 상기 아크 (17)가 자기화 코일 (11)에서 상기 자기화 전류를 생성하게 하도록 상기 아크와 협응하도록 적응되며, 아크 (17)를 구동하는 자기장 (B)은 상기 아크 (17)의 행동에 의해서 생성되며, 블로우-아웃 기기 (2)는, 아크 (17)에 관련하여 방사상 방향인 자기장 (B₁₅, B₁₆)을 생성하며 그리고 아크 (17)의 위치를 옮겨서 아크 (17)가 전극 수단 (9, 10)에 접촉하도록 강제하기 위해서 아크 (17) 상에 힘 (F₁₅, F₁₆)을 생성하도록 적응된 자기 (magnetic) 수단 (15, 16)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 기계적인 회로 차단기{Electromechanical circuit breaker}

본 발명은 특히 기차들 (rail vehicles)을 포함하는 열차 전력 전송망 (traction networks)과 같은 DC 설비들을 보호하도록 비-배타적으로 적응된 전기 기계적인 회로 차단기들에 관련된다.

그런 망 (networks)들은 750 내지 3000 V의 공칭 전압 (nominal voltage)을 가지는 것이 보통이다. 회로 차단기는 예를 들면 설비 내 어디엔가 단락 회로가 있는 경우에 대량의 전류들을 막기 위해서 사용된다. 그것은 그러나 수많은 다른 산업적인 응용들을 또한 가진다.

그와 같이 알려진 전기 기계적인 (electromechanical) 회로 차단기들은 이동 가능한 접촉 엘리먼트와 함께 동작하는 고정된 접촉 엘리먼트를 포함한다. 보통의 상태 하에서 이런 엘리먼트들은 서로 접촉하며 그리고 메인 회로 내의 전류는 그 엘리먼트들 사이에서 전도된다. 전류를 차단할 때에, 상기 이동식 접촉 엘리먼트는 몇몇 유형의 전기 기계적인 액튜에이터 (actuator)에 의해서 옮겨지면서, 이런 접촉 엘리먼트들 사이에서의 물리적인 거리를 증가시키며, 이는 상기 두 접촉 엘리먼트들 사이에서 전기적인 아크 (arc)를 생성할 것이다.

전류를 차단하는 것을 효과적으로 하기 위해서, 이 전기적인 아크는 소멸되어야만 한다. 상기 메인 회로에 의해서 생성된 자기장에 관련된 힘에 의해서 상기 아크가 유도되는 알려진 유형의 소위 아크-슈트 (arc-chute)를 사용함으로써 이는 대개는 달성된다. 이 아크-슈트 내에서, 상기 아크는 복수의 더 작은 아크들로 분할될 것이며, 이는 최종적으로는 상기 분리된 접촉 엘리먼트들을 통한 전도가 결국은 붕괴하는 것으로 이끌 것이다.

이런 목적으로, 이런 유형의 회로 차단기들에는 전자기적인 유형일 수 있는 소위 블로우-아웃 (blow-out) 기기가 대개는 제공되며, 이는 전자기적인 힘이 상기 전기적인 아크를 아크-슈트와 같은 아크를 소멸시키는 기기로 몰아넣기 위해서 사용된다는 것을 의미한다.

자기장을 생성하기 위해서 메인 전류를 이용하는 것의 이점은 전류가 역전되면 상기 자기장도 역전된다는 것이며 그리고 상기 아크 상의 결과적인 힘은 항상 동일하다는 것이다. 이는 회로 차단기를 통한 전류가 어느 경우에도 가로막힐 수 있다는 것을 의미한다 (즉, 상기 회로 차단기는 극성에 민감하지 않다).

상기 아크를 DC 회로 차단기 내의 아크-슈트로 옮기기 위한 전자기적인 힘은 보통은 전류값의 함수이다. 차단되어야 할 전류가 매우 낮을 때에 특별한 문제가 존재한다. 이런 경우에, 상기 생성된 힘은 아크를 아크-슈트로 옮기기에는 충분하지 않을 것이다.

이런 문제를 해결하기 위한 알려진 해결책은 낮은 전류들에서 상기 아크를 이동시키기에 충분한 자기장을 생성하기 위해서 영구 자석을 이용하는 것이다. 보통은, 자기장이 균일하고 그리고 상기 전류의 방향에 본질적으로 수직이도록 그리고 상기 아크 상의 결과적인 힘이 상기 아크를 아크 슈트로 미는 방향이도록 상기 영구 자석이 배치된다. 그러나, 전류가 방향을 변경하면, 상기 아크상의 결과적인 힘 역시 방향을 바꿀 것이며 그리고 상기 아크 슈트와는 반대의 방향으로 상기 아크를 밀어낼 것이다. 그러므로 상기 회로 차단기는 극성에 민감하다.

본 발명의 한 가지 목적은 알려진 기기들의 불편함을 제거하는 전기 기계적인 회로 차단기를 위한 블로우-아웃 기기의 향상된 설계를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 주요 목적은 어느 방향으로나 전류를 차단할 수 있으면서도 매우 낮은 전류를 차단할 수 있는 회로 차단기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 메인 전류 내의 전류를 확립하고 차단하도록 구성된 전기 기계적인 회로 차단기이며, 상기 회로 차단기는 고정 접촉 엘리먼트 및 이동식 접촉 엘리먼트를 포함하며, 상기 고정 접촉 엘리먼트와 상기 이동식 접촉 엘리먼트는 첫 번째 위치에서 상기 메인 전류의 전류를 운반하기 위해서 서로 전기적으로 접촉하며, 상기 이동식 접촉 엘리먼트는 두 번째 위치로 옮겨져서 상기 고정 접촉 엘리먼트와 분리되어 상기 메인 전류 내의 전류가 차단 (cut off)되게 하도록 적응되며, 상기 두 접촉 엘리먼트들의 분리에 의해서 생성된 아크를 아크 소거 수단으로 구동하도록 적응된 자기장을 생성하기 위하여 자기화 전류가 지나가는 자기화 코일을 포함하는 블로우-아웃 (blow-out) 기기가 상기 회로 차단기에 제공되며, 상기 블로우-아웃 기기는 상기 자기화 코일에 전기적으로 연결된 전극 수단을 포함하며, 상기 전극 수단은 상기 아크가 상기 자기화 코일에서 상기 자기화 전류를 생성하게 하도록 상기 아크와 협응하도록 적응되며, 상기 아크를 구동하는 상기 자기장은 상기 아크의 행동에 의해서 생성되며, 상기 블로우-아웃 기기는, 상기 아크에 관련하여 방사상 방향인 자기장을 생성하며 그리고 상기 아크의 위치를 옮겨서 상기 아크가 상기 전극 수단에 접촉하도록 강제하기 위해서 상기 아크 상에 힘을 생성하도록 적응된 자기 (magnetic) 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이런 특징들은 저 전류들을 차단하는 경우에도 매우 정밀하며 안전한 기능 그리고 높은 효율성을 가지는 회로-차단기를 획득하는 것을 허용한다. 또한, 높은 견고함과 수명 그리고 더 낮은 가격이 획득될 수 있다.

상기 블로우-아웃 기기에는 적어도 두 개의 암들을 포함하는 자기화 코일 그리고 자기화 회로가 제공되며, 상기 아크를 유도하기 위한 상기 자기장은 적어도 부분적으로 상기 두 암들 사이에서 생성된다.

상기와 같은 이런 특징들은, 상기 아크의 방향과 강도 (strength)가 어떻게 되더라도, 상기 아크를 상기 아크 소멸 기기로 몰아넣도록 특히 잘 적응된 자기장을 생성하도록 하며, 그래서 높은 차단 성능과 보안을 획득하도록 한다.

본 발명의 다른 특징들, 목적들, 이용 그리고 이점들은 종속의 청구항들로부터 그리고 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이며, 상기 상세한 설명은 그 설명의 일부를 구성하는 첨부된 도면들을 참조하여 이어진다.
도 1은 블로우-아웃 기기 그리고 상응하는 아크-슈트를 구비한 본 발명에 따른 회로 차단기를 보여준다.
도 2는 도 1에 따른 블로우-아웃 기기 배치의 다른 모습을 보여준다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 따른 회로 차단기 그리고 블로우-아웃 기기 내의 첫 번째 위상인 전기 아크를 보여주며, 도 3에서는 아크가 한 방향으로 흐르고 그리고 도 4에서는 반대의 방향으로 흐른다.
도 5는 도 1 및 도 2에 따른 회로 차단기 그리고 블로우-아웃 기기 내의 두 번째 위상인 전기 아크를 보여주며, 상기 아크는 도 4에서와 동일한 방향으로 흐른다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 전류의 방향 그리고 영구 자석들의 방향에 의존하여 본 발명에 따라 상기 아크를 블로우-아웃 기기로 옮기는 것을 개략적으로 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 각각 보통의 경우와 제한된 경우에 있어서, 본 발명에 따라 상기 아크를 블로우-아웃 기기로 옮기는 것을 개략적으로 도시한다.
도 7c는 본 발명의 변형에 따라 상기 아크를 블로우-아웃 기기로 옮기는 것을 개략적으로 도시한다.

도 1은 블로우-아웃 기기 (2) 그리고 상응하는 아크-슈트 (1)를 구비한, 본 발명에 따른 회로 차단기를 개략적으로 그리고 일반적인 방식으로 보여준다. 이 아크-슈트 (1)는 통상적인 설계로 되어 있으며 그리고 이런 맥락으로는 추가로 설명되지 않을 것이다. 메인 전류 경로는 첫 번째 접촉 바 (3)를 통해서 고정된 기계적 접촉 엘리먼트 (5)로, 상응하는 이동 기계적 접촉 엘리먼트 (6) 그리고 두 번째 접촉 바 (4)를 통해서 이동한다. 보통의 상태들에서는, 이런 접촉 엘리먼트들 (5, 6)은 서로 전기적으로 접촉하여 메인 전류를 운반한다. 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6)을 통한 전류는 상기 전류 차단기가 활성화되는 순간에 어느 하나의 방향으로 흐를 수 있을 것이다.

상기 기계적인 접촉 엘리먼트 (6)의 움직임은, 예를 들면, 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6)을 당겨서 떨어지게 하고 그리고 그 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 거리를 증가시킴으로써 상기 전기적인 접촉 (6)을 개방하기 위해 필요한 물리적인 움직임을 생성하는 액튜에이터 (7)에 의해서 제어된다. 이 액튜에이터 (7)는 통상적인 설계로 되어 있으며 그래서 이런 맥락으로는 추가로 설명되지 않을 것이다.

상기 회로 차단기가 활성화되는 전형적인 상황은 어떤 이유로 메인 회로 내의 어딘가에 단락 회로 (short circuit)가 나타나는 때이며, 그 경우에 상기 회로 차단기가 연결된다.

그런 단락 회로는 전류를 공칭 값들을 넘어서 상당하게 증가시킬 수 있을 것이며, 이는 물론 상기 메인 회로 내의 컴포넌트들 그리고 장비에 해를 끼칠 수 있을 것이다.

그런 단락 회로의 영향을 최소화하기 위해서, 상기 전류를 가능한 빠르게 완전히 차단하는 것이 관심의 대상일 것이며, 이는 상기 회로 차단기에 의해서 달성된다.

상기 회로 차단기는 그러나 설계 상의 더 큰 문제를 초래하는 낮은 전류를 차단하는 것이 가능해야만 한다.

본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 탐지 수단 (도시되지 않음)은, 예를 들면, 상기 메인 회로 내에 배치되며 그리고 상기 메인 전류가 차단되어야만 하는 상태들을 탐지하는 것에 목표를 둔다. 그런 상태는 단락 회로의 결과일 수 있는 전류의 증가로 이루어질 수 있을 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 협동 (co-operating) 제어 수단 (도시되지 않음)은 상기 회로 차단기의 액튜애이터 (7)에게 신호를 송신하며, 이는 전류를 차단하기 위해서 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)를 옮길 것이다. 그러나 상기 회로 차단기는 수동으로 시동될 수 있을 것이며 또는 예외적인 상태들을 탐지하지 않고 상기 액튜에이터 (7)로 송신된 정상적인 제어 신호를 이용하여 시동될 수 있다.

도 2는 도 1에 따른 블로우-아웃 기기 배치의 다른 모습을 보여준다. 이 도면에서, 아크-슈트 (1)는 보이지 않지만, 상응하는 아크-슈트 (1)에 대한 지지 표면인 상단의 대체적으로 평평한 표면 (8)이 표시된다.

상기 블로우-아웃 기기 (2)는, 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5) 위에 설치되며 그리고 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5)와 전기적으로 연결된 제1 아크 러너 (arc runner) (9) 그리고 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)의 상단에 설치되고 그리고 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)에 전기적으로 연결된 제2 아크 러너 (10)를 포함한다. 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6) 그리고 제2 아크 러너 (10) 사이에는 간극 (19)이 존재한다.

상기 블로우-아웃 기기 (2)는 자기화 코일 (11)을 더 포함하며, 상기 자기화 코일 (11)은 상기 이동 가능한 접촉 엘리먼트 (6) 그리고 상기 제2 아크 러너 (10) 사이에 전기적으로 연결되며 그리고 코어 (13)와 두 개의 암들 (14)을 포함하는 자기 회로 (12)에서 자기장 (B)을 생성한다. 상기 자기회로 (12)의 코어 (13)와 암들 (14)은 철로 만들어지는 것이 적합하다. 상기 자기 회로 (12)는 여기에서는 하나의 예로서 설명되며, 그리고 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 다른 적합한 배치들이 본 발명에 따라서 상기 블로우-아웃 기기 (2)에서 잘 사용될 수 있다.

전류에 의해서 활성화되면, 도 5에 도시된 것처럼, 상기 자기화 코일 (11)은 상기 자기 회로 (12)의 암들 (14)을 통해서 자기장 (B)을 생성한다.

상기의 설명에 따른 상기 자기화 코일 (11)을 위한 활성화 전류는 상기 회로 차단기의 외부로부터의 에너지 입력이 없이도 차단 시퀀스 동안에 자동적으로 생성된다.

본 발명에 따른 상기 블로우-아웃 기기 (2)는 상기 제1 아크 러너 (9) 그리고 제2 아크 러너 (10) 뒤에 각각 배치된 적어도 두 개의 영구 자석들 (15, 16)을 또한 포함한다. 바람직하게는, 상기 자석들 (15, 16)은 각각 자신의 아크 러너들 (9, 10)과는 접촉하지 않으며, 회로가 단락되는 동안에 상기 아크 러너들 (9, 10)이 과열이 되는 경우에 상기 자석들 (15, 16)을 보호하기 위해서 몇몇의 적합한 지지물, 예를 들면 플라스틱으로 만들어진 지지물 상에 위치한다.

상기 영구 자석들 (15, 16)의 각각은 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 공간에서 각각 참조번호 B₁₅의 자기장과 참조번호 B₁₆의 자기장을 생성한다.

보통의 조건들 하에서, 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5) 그리고 이동식 접촉 엘리먼트 (6)는 전기적으로 접촉하여, 메인 전류 전체를 운반한다 (이런 상황은 도시되지 않는다).

상기 메인 회로에서 몇몇의 새로운 미리 정의된 상태들이 탐지되면 상기 적용된 전략은 상기 메인 전류를 차단하는 결과가 되어야만 하며, 그러면 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6) 상에서 행동하는 전기 기계적인 유형일 수 있는 상기 액튜에이터 (7)는 제어 신호를 수신할 것이다. 결과적으로 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)는 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5)로부터 물러난다.

그러나, 전기적인 아크 (17)가 도 3 및 도 4에서 도시된 것과 같은 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5)와 이동식 접촉 엘리먼트 (6) 사이에서 생성되었다는 사실로 인해서, 상기 메인 전류는 즉각적으로 0으로 떨어지지는 않을 것이다. 상기 아크 (17)의 방향은 상기 메인 전류의 방향에 의존한다: 도 3 및 도 4는 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이에서 상기 아크 (17)가 첫 번째 방향으로 그리고 반대의 방향으로 흐르는 것을 각각 보여준다. 회로 차단기의 도전은 상기 메인 전류 내에서 있을 수 있는 손상들을 제한하기 위해서, 이제 이 전기적인 아크 (17)를 가능한 빨리 꺼지게 하는 것이다.

상기에서 설명된 것처럼, 이런 유형의 회로 차단기는, 상기 아크를 분할하고 그리고 결국은 그 아크를 소멸시키기 위해서 그 내부로 상기 전기적인 아크 (17)가 강제되는 아크-슈트 (1)를 이용한다. 이 도면들에서, 상기 아크-슈트 (1)는 상기 도면의 상단 부분에 물리적으로 배치된다.

상기 아크를 상기 아크-슈트로 가져오게 하는 구동 힘 (F)은 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 주위의 상기 공간에서 상기 자기화 코일 (11)과 상기 자기 회로 (12) 에 의해서 생성된 자기장 (B) 그리고 상기 아크 (17) 사이에서의 상호 작용에 의해서 생성된다. 이 구동 힘 (F)은 그러면 도 3, 도 4 및 도 5에서 상단으로 향해야만 한다. 이 구동 힘 (F)은 상기 아크 (17)가 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)와 상기 제2 아크 러너 (10) 사이의 간극 (19)을 지나기에 충분할 정도로 강해야만 한다. 그러나, 이 힘 (F)이 차단하는 시각에서의 전류의 강도에 종속되기 때문에, 더 낮은 전류의 경우에, 이 힘은 상기 아크 (17)를 상기 간극 (19)을 통해서 상기 아크-슈트 (1)로 강제하기 위해서는 너무 약할 수 있을 것이다. 아래에서 설명될 것처럼, 본 발명에 따른 상기 블로우-아웃 기기 (2)는 이런 약점을 제거하고 그리고 낮은 전류의 경우에조차 상기 전류가 완전하고 안전하게 차단되도록 허용한다.

도 3 및 도 4는 전기적인 아크 (17)가 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이에서 생성될 때에 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)가 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5)로부터 물러난 이후의 즉각적인 상황을 도시한다. 도 3에서, 상기 아크는 첫 번째 방향으로 흐르며 도 4에서 상기 아크 (17)는 반대의 방향으로 흐른다.

상기 블로우-아웃 기기 (2)의 영구 자석들 (15, 16)은 각자의 자기장들 (B₁₅, B₁₆)이 상기 아크 (17)에 관해서 방사상으로 확장되도록 배치된다. 도 3, 도 4, 도 6a 및 도 6b에서, 상기 영구 자석들 (15, 16)은 자신들의 남극 (S)이 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 공간을 향하도록 위치가 정해진다. 아래에서 설명될 것처럼, 이는 임의적인 선택이다: 상기 자석들은 적합한 방사성 자기장을 생성하기 위해서 반대되는 의미로 위치해야만 하지만, 그러나 본 발명은 자신들의 북극 (N)이 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 공간을 향하는 영구 자석들을 구비하여 동일하게 동작할 것이다.

그러면 상기 자기장들 (B₁₅, B₁₆)은 이미 시작할 때부터 각각 상기 아크 (17) 상에 힘 (F₁₅, F₁₆)을 생성하며, 상기 힘들은 - 이제는 상기 고정 접촉 엘리먼트 (5)와 이동식 접촉 엘리먼트 (6)와 각각 접촉하는 - 상기 아크 (17)의 각 밑 부분 (18)이 초기 단계에서 제1 아크 러너 (9) 및 제2 아크 러너 (10) 각각과 접촉하게 강제하도록 적응된다.

이 힘들 (F₁₅, F₁₆)은 라플라스 힘 (Laplace Force)이다. 엄밀하게, 이 힘들 (F₁₅, F₁₆) 중에서 참조번호 F₁₅의 힘은 상기 자기장 (B₁₅)의 라인과 상기 전류의 방향 둘 다에 수직이며, 참조번호 F₁₆의 힘은 상기 자기장 (B₁₆)의 라인과 상기 전류의 방향 둘 다에 수직이며, 결국은 상기 아크 (17)를 원형의 동작으로 밀어내며, 이 원형 동작의 방향은 오른손 법칙에 따라서 결정된다.

상기 제2 아크 러너 (10) 뒤에 위치한 영구 자석 (16)으로 인해서 비롯되며 그리고 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)와 접촉하는 상기 아크 (17)의 밑 부분 상에 작용하는 상기 힘 (F₁₆)은 도 6a 및 도 6b에 특별하게 도시된다. 도 6a에서, 상기 아크 (17)는 본 문서 평면에 수직으로 독자로부터 멀어지는 방향으로 흐르고, 반면에 도 6b에서는, 상기 아크 (17)는 본 문서 평면에서 독자에게 향하는 방향으로 수직으로 흐른다. 그러므로, 도 6a에서, 상기 아크 (17)는 우선 오른쪽으로 그리고는 위로 밀리며, 반면에 도 6b에서 상기 아크 (17)는 우선 왼쪽으로 그리고는 위로 밀린다.

도 6c는 상기 영구 자석들의 극들의 방위가 중요하지 않다는 것을 도시한다 (여기에서 상기 영구 자석 (16)은 상기 제2 아크 러너 (10)의 뒤에 위치한다). 도시된 것처럼, 상기 영구 자석 (16)의 북극 (N)은 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 공간을 향한다. 상기 아크 (17) 상의 결과의 힘 (F₁₆)은 여전히 위로 향하며 그래서 상기 아크 (17)를 상기 아크 슈트 (1)로 향하여 위로 밀것이다.

일단 상기 아크 (17)가 도 5에 도시된 것과 같이 아크 러너들 (9, 10)과 접촉하게 되면, 그것은 그 자체가 자기화 코일 (11)을 활성화시켜서 상기 자기화 회로 (12)의 암들 (14)을 통해서 자기장 (B)을 생성한다. 상기 자기장 (B)의 방향은 상기 전류의 방향에 종속되며 그리고 이 자기장 (B)이 상기 아크 (17)를 상기 아크-슈트 (1)로 강제할 힘 (F)을 생성할 수 있도록 상기 자기화 코일 (11)과 상기 자기 회로 (12)는 적합해진다. 이 힘 (F)은 도 5에서 위로 향하는 방향이어야만 한다.

일단 아크-슈트 (1)에서, 상기 아크 (17)는 복소의 더 작은 아크들로 분할될 것이며 이는 결국은 분리된 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 상으로의 전도가 최종적으로 차단되도록 이끌 것이다.

본 발명에 따른 상기 자석들 (15, 16)의 이런 배치는 차단하는 순간에 상기 메인 전류의 방향들 둘 다에 대해서 동작한다. 또한, 상기 영구 자석들 (15, 16)은 추가의 힘을 제공하여 상기 아크 (17)가 상기 제2 아크 러너 (10)와 상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6) 사이의 간극 (19)을 지나가는 것을 돕도록 하며 그리고 낮은 전류인 경우에도 상기 자기화 코일을 활성화시키는 것을 돕는다. 이는 본 발명에 따른 회로 차단기가 심지어는 작은 전류도 효율적으로 차단하도록 한다. 본 발명에 따른 상기 회로 차단기는 매우 낮은 전류를 차단할 것이며, 그것이 상기 자기화 코일 (11)에 의해서 생성되고 그리고 상기 전류에 비례하는 상기 자기장 (B)이 상기 영구 자석들 (15, 16)에 의해서 생성된 자기장 (B₁₅, B₁₆)보다 더 크도록 하기에 충분할만큼 높은 한은 그렇다.

도 7c는 본 발명의 변이를 도시한다. 전류가 극도로 낮으면, 상기 영구 자석들 (15, 16)에 의해서 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6)로부터 상기 아크 러너들 (9, 10)로 밀려난 상기 아크 (17)가 너무 낮아서 상기 암들 (14) 사이에서 상기 자기화 코일 (11)에 의해서 생성된 자기장 (B)이 상기 영구 자석들 (15, 16)에 의해서 생성된 자기장들 (B₁₅, B₁₆)보다 더 약한 경우가 발생할 수 있다. 그러면 상기 아크 (17)는 상기 자석들 (15, 16)의 축 주변에서 나선형으로 움직이는 것을 계속할 것이며 상기 아크 슈트 (1)로 밀려나지 않을 것이다. 이런 극단적인 경우는 도 7b에서 개략적으로 도시되며, 극단적이지 않은 경우는 도 7a에서 도시된다. 두 개 모두의 도면들에서, 전류는 본 문서 평면에 수직이며 독자들을 향하는 방향이다. 이런 극단적인 경우에조차 상기 아크 (17)가 상기 아크 슈트 (1)로 밀려나는 것을 보장하기 위해서, 본 발명의 변형에 따른 회로 차단기는 상기 제1 아크 러너 (9) 및 제2 아크 러너 (10)의 뒤에 각각 설치된 스틸 평판들 (20)을 더 포함한다. 이런 스틸 평판들 (20)은 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6) 사이의 공간 내의 상기 영구 자석들로 인한 상기 자기장들 (B₁₅, B₁₆)의 상단 부분의 강도를 줄어들게 할 것이다 (이는 도 7c에서 점선들에 의해서 개략적으로 표시된다). 그러므로, 도 7c에서 도시된 것처럼, 극도로 낮은 전류의 경우에조차, 상기 자기장들 (B₁₅, B₁₆)이 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6)의 전면에서 줄어들지 않기 때문에 상기 아크 (17)는 상기 접촉 엘리먼트들 (5, 6)로부터 상기 아크 러너들 (9, 10)로 밀려날 것이다. 일단 상기 아크 러너들 (9, 10)과 접촉하면, 상기 아크 (17)는 상기 자기화 코일 (11)을 활성화시킬 것이며 그래서 상기 암들 (14) 사이에서 자기장 (B)을 생성한다. 상기 자기장 (B)은 참조번호 B₁₅, B₁₆의 자기장보다 더 낮을 것이지만, 상기 스틸 평판 (20)으로 인해서, 참조번호 B₁₅, B₁₆의 자기장들은 상기 아크 러너들 (9, 10)의 전면에서 줄어들며 그래서 도 7c에서 위로 향하는 방향인 상기 아크 (17) 상의 결과적인 힘 (F)은 상기 아크 (17)를 상기 아크-슈트 (1)로 밀어낼 것이며, 그곳에서 상기 아크 (17)는 소멸될 것이다.

물론, 상기에서 설명된 실시예들은 전혀 한정하는 것이 아니며 그리고 청구범위에 의해서 정의된 프레임워크 내의 모든 바람직한 변형들의 주체일 수 있다.

상기 회로 차단기에게는 하나 이상의 움직이는 그리고 고정된 접촉 엘리먼트가 제공될 수 있을 것이다.

상기 블로우-아웃 기기는 상기 이동 가능한 엘리먼트 (6)의 제일 위에 있는 제2 아크 러너 (10) 뒤에 배치된 단 하나의 영구 자석 (16)을 포함할 수 있을 것이다. 그러면 참조번호 B₁₆의 자기장은 상기 이동 가능한 엘리먼트 (6)와 접촉하는 상기 아크 (17)의 밑 부분 (18)이 상기 간극 (19)을 통과하여 상기 제2 러너 (10)와 접촉하게 하도록 강제하기 위한 힘 (F₁₆)을 생성할 것이다. 일단 상기 밑 부분 (18)이 상기 제2 러너 (10)와 접촉하면, 그것은 자기화 코일 (11)을 활성화시켜서 상기 암들 (14)을 통해서 자기장 (B)을 생성시키도록 한다. 이 자기장 (B)은 상기에서 설명된 것처럼 상기 아크 슈트 (1)로 상기 아크 (17)를 밀어내는 힘 (F)을 다음에 생성한다.

상기 암들 (14)의 그리고 코어 (13)의 자기 회로 (12)를 설계하는 것은 다르게 선택될 수 있다.

상기 블로우 아웃 기기 (2)에는 하나 이상의 코일이 제공될 수 있을 것이며, 그 코일은 그러나 상기 아크에 또는 상기 아크의 일부에 병렬로 연결되도록 세팅된다.

상기 블로우-아웃 기기 (2)에게는 각 아크 러너 뒤에 하나 이상의 영구 자석이 제공될 수 있을 것이다.

상기에서 설명된 상기 회로 차단기는 매우 정밀한 보안의 기능을 구비하며 그리고 더 낮은 회로를 차단하도록 특히 적응된다. 상기 영구 자석들은 전기적인 아크를, 심지어는 더 약한 경우에도 아크-슈트 내로 강제하는 것을 돕기 위한 추가의 힘을 실제로 제공한다.

본 발명은 기차들 (rail vehicles)을 포함하는 열차 전력 전송망 (traction networks)과 같은 DC 설비들을 보호하기 위한 분야에서 사용될 수 있으며, 특히 상기와 같은 설비들에서 단락이 발생한 경우에 설비들을 보호하는 회로 차단기들로 이용된다.

Claims

메인 전류 (3, 4) 내의 전류를 확립하고 차단하도록 구성된 전기 기계적인 회로 차단기로서,
고정 접촉 엘리먼트 (5) 및
이동식 접촉 엘리먼트 (6)를 포함하며,
고정 접촉 엘리먼트 (5)와 이동식 접촉 엘리먼트 (6)는 첫 번째 위치에서 상기 메인 전류 (3, 4)의 전류를 운반하기 위해서 서로 전기적으로 접촉하며,
상기 이동식 접촉 엘리먼트 (6)는 두 번째 위치로 옮겨져서 고정 접촉 엘리먼트 (5)와 분리되어 메인 전류 내의 전류가 차단 (cut off)되게 하도록 적응되며,
상기 두 접촉 엘리먼트들 (5, 6)의 분리에 의해서 생성된 아크 (17)를 아크 소거 수단 (1)으로 구동하도록 적응된 자기장 (B)을 생성하기 위하여 자기화 전류가 지나가는 자기화 코일 (11)을 포함하는 블로우-아웃 (blow-out) 기기 (2)가 상기 회로 차단기에 제공되며,
상기 블로우-아웃 기기 (2)는 자기화 코일 (11)에 전기적으로 연결된 전극 수단 (9, 10)을 포함하며, 상기 전극 수단 (9, 10)은 상기 아크 (17)가 자기화 코일 (11)에서 상기 자기화 전류를 생성하게 하도록 상기 아크와 협응하도록 적응되며,
아크 (17)를 구동하는 자기장 (B)은 상기 아크 (17)의 행동에 의해서 생성되며,
블로우-아웃 기기 (2)는,
아크 (17)에 관련하여 방사상 방향인 자기장 (B₁₅, B₁₆)을 생성하며 그리고 아크 (17)의 위치를 옮겨서 아크 (17)가 전극 수단 (9, 10)에 접촉하도록 강제하기 위해서 아크 (17) 상에 힘 (F₁₅, F₁₆)을 생성하도록 적응된 자기 (magnetic) 수단 (15, 16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제1항에 있어서,
전극 수단은 제1 아크 러너 (arc runner) (9) 및 제2 아크 러너 (10)를 포함하며,
상기 제1 아크 러너 및 제2 아크 러너는 상기 고정 엘리먼트(5) 그리고 이동식 접촉 엘리먼트 (6) 위로 각각 고정되고 그리고 상기 고정 엘리먼트(5) 그리고 이동식 접촉 엘리먼트 (6)에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제2항에 있어서,
상기 자기 수단은 이동 가능한 접촉 엘리먼트 (6)의 최상단에 설치된 제2 아크 러너 (10) 뒤에 위치한 적어도 하나의 제1 영구 자석 (16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제3항에 있어서,
자기 수단은 고정 접촉 엘리먼트 (5)의 최상단에 설치된 제1 아크 러너 (9) 뒤에 위치한 제2 영구 자석들 (15)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
블로우-아웃 기기 (2)에는 자기화 회로 (12)가 제공되며,
상기 자기화 회로 (12)는 적어도 두 개의 암들 (14)을 포함하며,
아크 (17)를 구동하기 위한 상기 자기장 (B)은 적어도 부분적으로 암들 (14) 사이에서 생성되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 소거 수단은 블로우-아웃 기기 (2) 상에 설치된 아크-슈트 (arc-chute) (1)인 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
메인 전류가 차단되어야만 하는 미리 정해진 상태들을 메인 회로에서 탐지하기 위한 탐지 수단이 회로 차단기에 제공되며,
상기 탐지 수단은 이동식 접촉 엘리먼트 (6)를 옮기도록 적응된 액튜에이터 (7)와 협응하여 상기 메인 전류를 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 수단 (9, 10) 주위에서 자기 수단 (15, 16)에 의해서 발생된 자기장 (B₁₅, 16)을 줄이기 위해서 전극 수단 (9, 10) 상에 설치된 스틸 평판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.