KR20130087394A - 전기 회로 차단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크 형성 챔버 및 아크 소멸 챔버를 포함하는 전기 회로 차단기로서, 상기 아크 형성 챔버가, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로, 융점 260℃ 이상의 폴리아미드를 포함하는 열가소성 중합체, 20 중량% 이상의 멜람을 포함하는 트라이아진계 내연제, 0 내지 5 중량% 이하의 인 또는 할로겐 함유 내연제, 및 0 내지 15 중량%의 보강제를 포함하는 중합체 조성물로 이루어진 측면 플랜지 또는 적어도 일부의 측벽에 의해 적어도 부분적으로 결합되어 있는, 전기 회로 차단기에 관한 것이다.

Description

전기 회로 차단기{ELECTRICAL CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 전기 회로 차단기, 특히 고압 및 저압 회로 차단기, 예컨대 몰드형 회로 차단기에 관한 것이다.
회로 차단기는 과부하 또는 단락에 의해 야기되는 손상으로부터 전기 회로를 보호하기 위해 고안된 자동적으로 작동되는 전기 스위치이다. 회로 차단기의 기본 기능은 고장 상태를 검출하고, 지속성을 방해함으로써 전기 흐름을 즉각 중단시키는 것이다. 한번 작동후 교체해야 하는 퓨즈와는 달리, 회로 차단기는 정상 작동을 재개하기 위해 (수동으로 또는 자동으로) 재설정할 수 있다. 회로 차단기는 개별적인 가정용 기기를 보호하는 작은 장치로부터 도시 전체에 고압 회로 궤전을 막기 위해 고안된 큰 개폐기까지 여러 크기로 제조되었다.
비록 세부 사항은 전압 부류, 전류 속도 및 회로 차단기의 유형에 따라 실질적으로 다를지라도, 모든 회로 차단기는 이의 작동시 공통된 특징을 갖는다. 저압(1000 VAC 미만) 유형의 전기 회로 차단기는 가정용, 상업용 및 공업용 장치에서 통상적이고, 미니어처 및 미니 회로 차단기(MCB), 몰드형 회로 차단기(MCCB), 잔류-전류 장치(RCD), 및 RCD의 기능을 과전류 보호와 결합한 회로 차단기(RCBO)를 포함한다. 회로 차단기는 전형적으로 열가소성 또는 열경화성 물질로부터 몰딩된 케이싱(casing) 또는 하우징(housing)을 포함한다. 일부 회로 차단기의 추가의 특징은 다음과 같다: MCB(미니어처 회로 차단기)―일반적으로 125 A를 초과하지 않는 정격 전류; 트립 특징은 정상적으로는 조절가능하지 않다. MCCB(몰드형 회로 차단기)―1000 A 이하의 정격 전류(열 또는 열 자기 작동을 통해 작용함); 트립 전류는 더 큰 속도에서 조절가능할 수 있다. RCD, MCB, MCCB, RCD 및 RCBO는 모두 전형적으로는 열가소성 또는 열경화성 물질로부터 몰딩된 하우징을 포함하는 공통점을 갖는다. MCCB, RCD 및 RCBO는 예를 들어, 문헌[K. Kuboyama and A. Kohanawa in Fuji electronic review, Vol. 52, No. 4, pages 112-118]에 기재되어 있다.
회로 차단기는 일반적으로 차단기 동봉내에서 행해지는 저압 회로 차단기에서 고장 상태를 검출하여야 한다. 고장이 검출되면, 회로 차단기 내의 접점은 회로를 중단하기 위해 개방되어야 한다. 작은 회로 차단기는 수동으로 작동될 수 있고(또한 단락용 솔레노이드 및 열 트립핑(tripping)을 위한 2종 금속(bi-metal)으로 작동됨); 더 큰 단위는 기작을 트립하기 위한 솔레노이드, 및 스프링에 에너지를 복원하기 위한 전기 모터를 갖는다. 회로 차단기 접점은 과열 없이 부하 전류를 전달해야 하고, 또한 회로를 차단하였을 때 생성된 아크의 열을 견뎌야 한다. 접점은 구리 또는 구리 합금, 은 합금 및 다른 물질로 제조된다. 접점의 유효 수명은 아크를 차단하기 때문에 침식에 의해 제한된다. 미니어처 및 몰드형 회로 차단기는 통상적으로 접점이 닳았을 때 폐기되지만, 전력 회로 차단기 및 고압 회로 차단기는 대체가능한 접점을 갖는다. 전류가 차단되었을 때, 아크가 발생된다. 이 아크는 접점 사이의 틈(gap)이 회로에서 전압을 다시 견딜 수 있도록 제어 방식으로 함유되고, 냉각되고, 소멸되어야 한다. 높은 아크 전압 및 높은 폐쇄 속도가 중요하다. 결국, 고장 상태가 해결되면, 접점은 차단된 회로에 전력을 복원하기 위해 다시 폐쇄되어야 한다.
저압 회로 차단기는 전형적으로 아크 형성 챔버(또는 아크 챔버) 및 아크 소멸 챔버(또는 아크 슈트)를 포함한다. 아크 소멸 챔버는 전형적으로 소위 탈이온 플레이트 또는 아크 스플리터 플레이트의 적재를 포함하고, 전형적으로 금속으로 제조된다. 상이한 회로 차단기는 아크를 형성하는 매질로서 진공, 공기, 절연 가스 또는 오일을 사용한다. 아크를 소멸시키기 위해 다양한 기술이 사용된다. 저압 회로 차단기는 아크에 의해 생성된 가스가 확장된 아크 챔버를 포함한다. 미니어처 저압 회로 차단기 아크는 공기하에 소멸된다. 큰 속도 회로 차단기, 예컨대 일부 미니 회로 차단기 및 MCCB는 전형적으로 금속 스플리터 플레이트 또는 비금속 아크 슈트를 함유하여 에너지를 흡수하고 아크를 나누고 냉각하고 가스의 전도성을 감소시킨다. 자기 분출 코일은 아크 슈트내로 아크의 방향을 바꾸기 위해 사용될 수 있다.
측면 플랜지가 장착된 아크 슈트를 포함하는 종래 분야의 전기 회로 차단기가 공지되어 있다. 미국특허 제 2008/0290068 호는 탈이온 플레이트의 적재에 의해 형성된 아크 소멸 챔버 및 제 1 및 제 2 플랜지에 의해 결합된 아크 형성 챔버를 포함하는 아크 슈트를 기재하고 있는데, 영구 자석이 장착된 상기 아크 슈트는 적어도 제 1 플랜지의 뒤에 배열되고, 상기 아크 형성 챔버는 아크가 영구 자석의 제 1 부분에 의해 아크 소멸 방향으로 추진되는 보강된 유도 섹션, 및 아크가 영구 자석의 제 2 부분에 의해 제 1 플랜지 방향으로 전환되는 전환 섹션을 포함하고, 제 2 부분에 의해 생성된 종방향 중간면에서 자기장이 제 1 부분에 의해 생성된 것보다 실질적으로 더 약화된다. 상기 전기 회로 차단기에서 플랜지는 절연 물질로 제조된다.
미국특허 제 7541902B 호는 특히 직류가 고장날 수 있는, 특히 0.5 내지 150 암페어의 저강도 전류의 개폐기 장치 분야에 관한 것이다. 미국특허 제 7541902B 호는 탈이온 플레이트의 적재에 의해 형성된 아크 소멸 챔버 및 제 1 및 제 2 플랜지에 의해 결합된 아크 형성 챔버를 포함하기 위한 아크 슈트를 포함하는 회로 차단기를 기재하고 있는데, 영구 자석이 장착된 상기 아크 슈트는 적어도 제 1 플랜지 뒤에 배열된다. 일 양태에 따라, 제 1 플랜지는 세라믹 물질로 제조되는 반면에, 제 2 플랜지는 가스 생성 유기 물질로 제조된다.
유럽특허 제 1313121A1 호는 주로 비할로겐 내연제를 함유하는 몰드형 아크 소멸 절연 물질을 포함하는 아크 소멸 구성원을 포함하는 전기 회로 차단기를 기재하고 있다. 비할로겐 내연제는 유기 트라이아진 화합물, 예컨대 멜라민 시아누레이트를 포함하는 많은 상이한 물질로부터 선택될 수 있다. 아크 소멸 절연 물질 중 매트릭스 수지는 폴리아미드, 예컨대 비방향족 폴리아미드를 포함하는 다양한 물질로부터 선택될 수 있다.
저압 전기 개폐기가 갖는 문제는 형성된 최대 아크 스위치 전압, 스위칭 속도, 및 다중 단락 차단 후 성능 보유에서 이의 제한이다.
본 발명의 목적은 상기 기재된 바와 같은 문제를 적어도 어느 정도 감소시키는 전기 회로 차단기를 제공하는 것이다.
상기 목적은 아크 형성 챔버 및 아크 소멸 챔버를 포함하는 전기 회로 차단기로서, 상기 아크 형성 챔버가, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로, 융점 260℃ 이상의 폴리아미드를 포함하는 열가소성 중합체, 20 중량% 이상의 멜람을 포함하는 트라이아진계 내연제, 0 내지 5 중량% 이하의 인 또는 할로겐 함유 내연제, 및 0 내지 15 중량%의 보강제를 포함하는 중합체 조성물로 이루어진 측면 플랜지 또는 적어도 일부의 측벽에 의해 적어도 부분적으로 결합되어 있는, 본 발명에 따른 전기 회로 차단기에 의해 달성되었다.
아크 형성 챔버가 상기 중합체 조성물로 이루어진 측면 플랜지에 의해 적어도 부분적으로 결합된 본 발명에 따른 회로 차단기의 효과는 더 빠른 스위치 시간 및 더 적은 에너지 소멸을 허용하는, 최대 이용가능한 스위치 전압의 증가이다. 본원에서 용어 융점(용융 온도)은 용융 범위에 속하고 최고 용융 속도를 나타내는, 10℃/분의 가열 속도로 DSC에 의해 ASTM D3417-97/D3418-97에 따라 측정된 온도로 이해된다.
본 발명에 따른 전기 회로 차단기에서, 아크 소멸 챔버는 적합하게 금속 스플리터 플레이트를 포함한다. 전기 회로 차단기 내에서 유전체 강도의 보유율이 우수할수록 상기 금속 플레이트의 존재는 덜 중요하다.
상기 측벽 또는 이의 부분이 플랜지에 사용된 물질과 동일한 물질로 제조될 수 있는 경우, 회로 차단기의 하우징에 삽입된 플랜지의 기능은 또한 이의 디자인에 따라 회로 차단기의 하우징의 측벽 또는 이의 부분에 의해 수행될 수 있다. 비록 측면 플랜지가 회로 차단기 하우징의 필수적인 부분을 구성하는 하우징으로서 해석될 수 있는 완전한 회로 차단기 하우징을 상기 내연제 조성물로부터 구축할 수 있을지라도, 하우징의 적절한 기능을 위해 요구되는 회로 차단기 하우징에서 모든 기계적, 전기적 및 다른 특성을 통합하기란 곤란할 것이다.
바람직한 양태에서, 측면 플랜지는 아크 형성 챔버에 적어도 부분적으로 결합하는 하우징에 삽입될 수 있는 개별적인 플라스틱 부분으로 이루어진다. 이는 전기 회로 차단기의 디자인을 변형할 필요없이, 다른 특성, 예컨대 하우징의 강도를 양보하지 않고 원래 디자인을 유지함과 동시에 전체 성능을 증가시킨다는 이점을 갖는다.
바람직한 양태에서, 전기 회로 차단기는 몰드형 회로 차단기(MCCB)이다. MCCB의 하우징은 적합하게 열경화성 물질로 제조되지만, 아크 형성 챔버에 삽입된 측면 플랜지는 열가소성 중합체를 포함하는 중합체 조성물로 제조된 개별적인 플라스틱 부분으로 이루어진다.
중합체 조성물에서 사용된 열가소성 중합체는 260℃ 이상의 융점을 갖는 폴리아미드이다. 예를 들어, 이는 지방족 폴리아미드 또는 반-방향족 폴리아미드, 바람직하게는 지방족 폴리아미드일 수 있다. 적합한 지방족 폴리아미드의 예는 폴리아미드 66 및 폴리아미드 46, 및 폴리아미드 66과 다른 지방족 폴리아미드의 공중합체, 및 폴리아미드 66과 다른 지방족 폴리아미드의 공중합체이되, 단 융점은 260℃ 이상이다. 비록 더 높은 융점을 갖는 폴리아미드가 또한 사용될 수 있을지라도, 적합한 융점은 260 내지 350℃의 범위이다.
적합하게는, 260℃ 이상의 융점을 갖는 폴리아미드는 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 70 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명에서 측면 플랜지 또는 적어도 일부의 측벽을 이루는 중합체 조성물은 멜람 및 260℃ 이상의 융점을 갖는 열가소성 폴리아미드를 포함한다.
조성물은 멜람 외에 다른 내연제, 예컨대 인 내연제, 질소 함유 내연제, 또는 심지어 할로겐 함유 내연제를 제한된 양으로 포함할 수 있다. 적합한 질소 함유 내연제는 트라이아진계 내연제이다.
중합체 조성물은 멜람 외에 다른 내연제 성분, 예컨대 인 내연제, 멜람을 제외한 질소 함유 내연제, 또는 심지어 할로겐 함유 내연제를 포함할 수 있다. 그러나, 회로 차단기에서 측면 플랜지의 적절한 기능을 위해, 인 또는 할로겐 함유 내연제의 양은 제한되어 유지되어야 한다. 바람직하게는, 이의 총량은 5 중량% 이하이어야 하는 바, 조성물은 0 내지 5 중량%의 인 또는 할로겐 함유 내연제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 중합체 조성물은 할로겐이 없고 인 또는 할로겐 함유 내연제의 양은 0 내지 5 중량%의 범위이다. 또한, 멜람을 제외한 질소 함유 내연제, 예컨대 멜라민 및 멜라민 시아누레이트의 양은 제한되어 유지되어야 한다. 바람직하게는, 멜람을 제외한 질소 함유 내연제의 양은 0 내지 5 중량%의 범위이다. 상기 언급된 중량 백분율(중량%)은 모두 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것임을 주목한다.
멜람은 멜라민의 응축 생성물이다. 바람직하게는, 내연제 시스템은 내연제 시스템의 총 중량을 기준으로 70 중량% 이상의 멜람을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 멜람의 양은 내연제 시스템의 총 중량을 기준으로 80 내지 100 중량%, 또는 심지어 90 내지 100 중량%이다.
중합체 조성물에서 멜람의 함량이 높을수록 전기 회로 차단기의 성능이 더 좋다. 멜람의 양은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 20 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 30 중량% 이상이다. 상기 양은 45 중량% 이상만큼 높을 수 있지만, 적합한 양은 40 중량% 이하이다. 전체적으로, 멜람은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 20 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 40 중량%의 양으로 존재한다.
조성물은 열가소성 중합체 및 트라이아진계 내연제 외에 다른 성분, 예컨대 보강제, 무기 충전제 및 보조 첨가제를 포함하는 것이 적합하다.
중합체 조성물에서 적합한 섬유 보강 물질은 유리 섬유이다. 적합한 무기 충전제는 활석 및 규회석을 포함한다. 유리 섬유의 존재는 유전체 강도의 보유율에 대해 유리하다. 너무 많은 양은 아크 전압에 부정적인 영향을 갖는다. 유리 섬유는 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 적합하게는 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 범위의 양으로 존재한다.
본 발명의 특정 양태에서, 아크 형성 챔버의 측면 플랜지 또는 일부 측벽에 사용된 중합체 조성물은 다음 (a) 내지 (e)로 이루어진다:
(a) 30 내지 70 중량%의, 260℃ 이상의 융점을 갖는 폴리아미드;
(b) 20 내지 40 중량%의 멜람;
(c) 5 내지 10 중량%의 섬유 보강 물질;
(d) 0 내지 40 중량%의 무기 충전제; 및
(e) 0 내지 20 중량%의 다른 성분.
이때 중량 백분율(중량%)은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
상기 다른 성분은 예를 들어, 보조 첨가제 및 260℃ 이상의 융점을 갖는 폴리아미드를 제외한 중합체일 수 있다. 상기 다른 중합체는 다양한 중합체, 특히 더 높은 온도를 견딜 수 있는 다양한 중합체로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 다른 중합체는 낮은 융점 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리페닐렌 에터(PPE) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성 중합체이다. 본 발명은 하기 실시예(EX) 및 비교 실험(CE)으로 추가로 예시된다.
시험
플랜지를 내연제 조성물로부터 제조하고, 정상 사용 조건하에 아크 전압 및 유전체 강도의 보유에 대해 시험된 열경화성 물질로 제조된 MCCB에 삽입하였다. 조성물 중 성분 및 등급 시험 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
플랜지의 생성에 사용된 내연제 중합체 조성물은 표준 원재료, 표준 용융 압출 장치 및 표준 용융 배합 과정을 사용하여 제조하였다. PA46 또는 폴리아미드 46은 295℃의 융점을 갖는 폴리아미드이다. PA66 또는 폴리아미드 66은 265℃의 융점을 갖는 폴리아미드이다.
실시예(EX) I 및 II 및 비교 실험(CE) A 내지 E에 대한 조성 및 등급 시험 결과
EX-I EX-II CE-A CE-B CE-C CE-D CE-E
(I) 조성(중량%)
PA66 54 49 59 56
PA46 69 49
PA6 49
멜람 40 30 30
멜라민 시아누레이트 40
멜라민 폴리포스페이트 30 40
폴리브로모스티렌 20
안티모니트라이옥사이드 3
유리 섬유 5 0 10 20 20 0 20
보조 첨가제 패키지 1 1 1 1 1 1 1
( II ) 등급 시험 결과 a)
아크 전압 2 1 3 4 6 7 5 내지 7
a) 등급은 최선(1)부터 최악(7)까지이다.

Claims (6)

  1. 아크 형성 챔버 및 아크 소멸 챔버를 포함하는 전기 회로 차단기로서,
    상기 아크 형성 챔버가, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로, 융점 260℃ 이상의 폴리아미드를 포함하는 열가소성 중합체, 20 중량% 이상의 멜람을 포함하는 트라이아진계 내연제, 0 내지 5 중량% 이하의 인 또는 할로겐 함유 내연제, 및 0 내지 15 중량%의 보강제를 포함하는 중합체 조성물로 이루어진 측면 플랜지 또는 적어도 일부의 측벽에 의해 적어도 부분적으로 결합되어 있는, 전기 회로 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    몰드형 회로 차단기(MCCB)인 전기 회로 차단기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    아크 형성 챔버가 아크 형성 챔버에 삽입된 개별적인 플라스틱 부분으로 이루어진 2개의 측면 플랜지를 포함하는 전기 회로 차단기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 조성물이 내연제 시스템의 총 중량을 기준으로 70 내지 100 중량%의 양으로 멜람을 포함하는 내연제 시스템을 포함하는, 전기 회로 차단기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    멜람이 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 20 내지 40 중량%, 바람직하게는 30 내지 40 중량%의 양으로 존재하는 전기 회로 차단기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 조성물이 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로
    (a) 30 내지 70 중량%의, 융점 260℃ 이상의 폴리아미드;
    (b) 20 내지 40 중량%의 멜람;
    (c) 5 내지 10 중량%의 섬유 보강 물질;
    (d) 0 내지 40 중량%의 무기 충전제; 및
    (e) 0 내지 20 중량%의 다른 성분
    으로 이루어진 전기 회로 차단기.







KR1020127032860A 2010-06-18 2011-06-17 전기 회로 차단기 KR101932773B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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