KR20150011403A - 회로 차단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 콘택 (1) 및 제 2 콘택 (2) 을 포함하는 회로 차단기에 관한 것으로, 제 1 콘택 (1) 및 제 2 콘택 (2) 은, 그 콘택들이 서로 거리를 두고 있는 오픈 포지션과, 그 콘택들이 서로 전기 접촉하고 있는 클로즈드 포지션 사이에서 서로 상대적 이동이 가능하다. 제 1 콘택은, 콘택들이 클로즈드 포지션에 있을 때 제 2 콘택과 전기 접촉하고 있도록 구성된 하나 이상의 콘택 엘리먼트들 (3), 및 그 콘택 엘리먼트들과 열 접촉하여 배열된 금속으로 이루어진 메시 (8) 를 포함한다. 메시는 콘택 엘리먼트들로부터 메시로 열이 전도되는 것을 허용하기 위해 콘택 엘리먼트들을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열된다.

Description

회로 차단기{A CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 제 1 콘택 및 제 2 콘택을 포함하는 회로 차단기에 관한 것으로, 제 1 콘택 및 제 2 콘택은, 그 콘택들이 서로 거리를 두고 있는 오픈 포지션과, 그 콘택들이 서로 전기 접촉하고 있는 클로즈드 포지션 사이에서 서로 상대적 이동이 가능하다.
일반적으로, 콘택들 중 하나는 고정되고, 다른 콘택은 고정 콘택에 대해 상대적 이동이 가능하다. 그러나, 일부 애플리케이션들에서는, 양자의 콘택들이 서로 상대적 이동이 가능하게 배열된다. 통상, 그 콘택들은 가스 또는 액체와 같은 유전 매체에 의해 둘러싸인다. 콘택들 중 하나는, 콘택들이 클로즈드 포지션에 있을 때 다른 콘택과 접촉하고 있도록 구성된, 콘택 핑거들과 같은 복수의 콘택 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 회로 차단기는 또한, 콘택 엘리먼트들을 둘러싸는 정전기 차폐 (electrostatic shield) 어셈블리를 포함할 수도 있다.
라이브 탱크 회로 차단기들 (live tank circuit-breakers; LTB) 에서, 콘택들은 고전압 전위에서 절연체들 내에 하우징된다. 그들은, 통전부 (current carrying part) 들이 규정된 온도 상승 제한들을 초과하는 것을 허용하지 않으면서, 최대 수천 암페어의 부하 전류를 계속해서 전달하도록 요구된다.
부하 전류 레이팅 요건들을 충족하는 것은 보통 구리, 알루미늄 또는 양자의 조합의 충분히 큰 단면 콘택 (cross-section contact) 들을 이용함으로써 달성된다. 가장 높은 전류 경로 저항은 보통 콘택들 간의 메인 콘택 접속 포인트들에서 조우된다. 이들 콘택 포인트들은 보통 전기 저항을 최소로 유지하기 위해 은 코팅된다. 콘택 포인트들 및 전류 경로들의 냉각은 보통 콘택들을 둘러싸는 유전 매체의 자연 수동 대류에 의해 달성된다. 강제 냉각은 비용 및 신뢰성 이유들로 인해 회로 차단기들에서 비현실적이다.
회로 차단기들에서 전류 레이팅을 증가시키는 것이 요망된다. 그러나, 요망된 전류 레이팅은 콘택 접속 포인트들에서의 열 손실들에 의해 제한된다. 보통의 수동 대류 냉각은 콘택들에서의 최대 허용된 온도 상승들에 순응하기에 부적당할 수 있다.
따라서, 신뢰가능하고 비용 효율적인 수동 설계를 이용하여 콘택 접속 포인트들에서의 열 방산을 증가시키는 것이 요망된다.
본 발명의 목적은 신뢰가능하고 비용 효율적인 수동 설계를 이용하여 이동하는 콘택 접속 포인트들에서의 열 방산을 증가시킨 개선된 회로 차단기를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 따른 회로 차단기에 의해 달성된다.
회로 차단기는, 제 1 콘택이 콘택 엘리먼트들과 열 접촉하여 배열된 금속으로 이루어진 메시 (mesh) 를 포함하여, 그 콘택 엘리먼트들로부터 메시로 열이 전도되는 것을 허용하며, 그 메시가 콘택 엘리먼트들을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
금속 메시는 금속 와이어들로 이루어진 반투과성 (semi-permeable) 배리어이다. 열 접촉으로, 메시와 콘택 엘리먼트들 간의 거리는 콘택 엘리먼트들로부터 메시로 열이 전도되는 것을 허용하도록 하는 것으로 의도된다. 열은 콘택 포인트들을 떠나 메시를 통하여 콘택들을 둘러싸는 유전 매체로 전도된다. 금속성 메시는 콘택 포인트들 근방의 표면적을 극적으로 증가시키고, 이로써 콘택 영역으로부터 열을 제거하기 위해 유전 매체의 대류 흐름 (convection flow) 을 지나치게 억제하지 않으면서, 보다 효과적인 열 방산을 용이하게 한다.
제안된 솔루션은 다음의 이익들을 갖는다 :
- 수동적, 가동부 (moving part) 들 없음, 유지보수 (maintenance) 없음
- 기존 콘택 설계들로의 용이한 통합
- 단순 어셈블리
- 단 하나의 추가 부품, 즉, 금속성 메시로 인한 저가.
회로 차단기라는 용어는 또한 스위치들, 차단기들, 단속기 (interrupter) 들, 및 단로기 (disconnector) 들을 커버한다.
본 발명은 라이브 탱크, 데드 탱크 (dead tank), GIS, 고전압, 중전압 및 심지어는 저전압과 같은 임의의 타입의 회로 차단기를 위해 이용될 수 있다. 본 발명은 전류 흐름으로 인한 콘택에서의 열 방산에 초점을 맞추고 있기 때문에, 어떤 전압에서 단속기 또는 차단기가 이용되는가에 "독립적" 이다.
적합하게, 메시는 콘택 엘리먼트들을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열된다. 바람직하게, 메시는 콘택 엘리먼트들을 원주방향으로 (circumferentially) 둘러싸도록 배열되어, 콘택 포인트들 근방의 표면적을 더욱 증가시킨다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 메시는 제 1 콘택의 축 방향은 물론 방사 방향으로 연장되고 있다. 이로써, 콘택 포인트들로부터의 열 방산이 증가된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 메시는 적어도, 제 1 콘택의 축 방향으로 콘택 엘리먼트들의 길이를 따라 연장된다. 이로써, 콘택 포인트들 근방의 표면적이 증가되며, 이는 보다 효과적인 열 방산을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 콘택은, 콘택들이 제 2 포지션에 있을 때 제 2 콘택과 접촉하고 있도록 구성된 복수의 콘택 핑거들을 포함하며, 메시는 콘택 핑거들과 열 접촉하여 배열된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 콘택은 정전기 차폐 어셈블리를 포함하며, 그 정전기 차폐 어셈블리는 콘택 엘리먼트들을 둘러싸고 그 콘택 엘리먼트들과 정전기 차폐 어셈블리 사이에 공간이 형성되도록 배열되며, 메시는 상기 공간 내에 포지셔닝된다. 이 실시형태는 콘택의 이미 존재하는 공간을 활용하며, 이는 솔루션을 비용 효율적이게 하고 콘택의 사이즈를 증가시키지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 정전기 차폐 어셈블리는 콘택 엘리먼트들로부터 반대로 향하는 (facing away) 벽을 포함하며, 그 벽에는 그 공간의 환기를 개선하기 위한 개구부들이 제공된다. 이로써, 콘택 포인트들로부터의 열 방산이 증가된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 메시는 니팅 (knitting) 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 메시는 구리, 구리 합금, 주석 도금 구리 (tinned copper), 은 도금 구리 (silver plated copper), 주석-구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철 또는 도금 강철 (plated-steel) 로 이루어진다. 그 금속들은 양호한 열 전도 특성들을 갖는다.
본 발명은 이제 본 발명의 상이한 실시형태들의 설명에 의해 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 보다 엄밀히 설명될 것이다.
도 1 은 오픈 포지션에서의 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회로 차단기를 도시한다.
도 2 는 클로즈드 포지션에서의 도 1 에 도시된 회로 차단기를 도시한다.
도 3 은 클로즈드 포지션에서의 도 2 에 도시된 회로 차단기를 통한 단면 A-A 를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회로 차단기를 도시한다.
도 1 내지 도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회로 차단기 (10) 를 도시한다. 도 1 은 오픈 포지션에서의 회로 차단기 (10) 를 도시하고 도 2 는 클로즈드 포지션에서의 회로 차단기 (10) 를 도시한다. 도 3 은 클로즈드 포지션에서의 회로 차단기 (10) 를 통한 단면 A-A 를 도시한다. 회로 차단기 (10) 는 제 1 콘택 (1) 및 제 2 콘택 (2) 을 포함하며, 제 1 콘택 (1) 및 제 2 콘택 (2) 은, 도 1 에 도시한 바와 같이, 그 콘택들이 서로 거리를 두고 있는 오픈 포지션과, 도 2 에 도시한 바와 같이, 그 콘택들 (1, 2) 이 서로 전기 접촉하고 있는 클로즈드 포지션 사이에서 서로 상대적 이동이 가능하다. 통상, 그 콘택들 중 하나는 이동가능하고, 다른 콘택은 고정된다. 그러나, 양자의 콘택들이 이동가능한 것이 또한 가능하다. 제 1 콘택 (1) 은 그 콘택들이 클로즈드 포지션에 있을 때 제 2 콘택과 접촉하고 있도록 구성된 하나 이상의 콘택 엘리먼트들 (3) 을 포함한다. 콘택 엘리먼트들은 제 1 콘택의 하나의 단부에 제공되고, 보다 구체적으로, 콘택 엘리먼트들은 제 2 콘택에 면하는 제 1 콘택의 단부에 제공된다.
이 예에서, 제 1 콘택 (1) 은 고정 부분이고, 제 2 콘택 (2) 은 이동가능한 부분이며, 고정 부분은 이동가능한 부분 (2) 의 매칭 콘택 표면 (5) 위로 슬라이딩하고 그 매칭 콘택 표면 (5) 에 접촉하는 복수의 콘택 핑거들 (3) 을 갖는다. 콘택 핑거들 (3) 은 콘택들이 클로즈드 포지션에 있을 때 제 2 콘택 (2) 과 접촉하고 있도록 구성된다. 콘택 핑거들 (3) 은 통상 접촉 압력을 유지하도록 로딩된 스프링이다. 다른 가능한 콘택 엘리먼트들은 예를 들어, "라미나 (laminar)" 콘택들, "멀티-라미나" 콘택들, 콘택 스프링들 또는 스파이럴 (spiral) 들, 개별 스프링 로딩된 콘택 핑거들이다.
제 1 콘택 (1) 은 원주방향으로 콘택 핑거들을 둘러싸고 그들을 인클로징하는 정전기 차폐 어셈블리 (4) 를 포함한다. 따라서, 콘택 핑거들 (3) 은 정전기 차폐 어셈블리 (4) 내에 포함된다. 콘택 핑거들 (3) 과 정전기 차폐 어셈블리 (4) 사이에는 공간 (6) 이 형성된다. 공간 (6) 은 직경 d 를 갖는다. 게다가, 콘택들 (1, 2) 은 차단 (interrupting) 유전 매체, 예를 들어, SF6 과 같은 가스를 포함하는 하우징 (미도시) 내에 인클로징된다. 하우징은 콘택들을 둘러싸고 있고, 단속기 챔버 (interrupter chamber) 를 형성한다. 하우징은 예를 들어 자기 (porcelain) 와 같은 절연 재료로 이루어진다. 정전기 차폐 어셈블리 (4) 의 벽에는, 공간의 환기를 개선하기 위해, 그리고 차단 유전 매체의 분명한 흐름 (clear flow) 을 허용하기 위해, 그리고 제 2 콘택 (2) 의 콘택 표면 (5) 과 콘택 핑거들 (3) 간의 접속 영역의 효율적인 수동 대류 냉각을 용이하게 하기 위해 개구부들 (7) 이 제공될 수도 있다. 그러나, 그 개구부들 (7) 은 선택적이다.
본 발명에 따르면, 제 1 콘택 (1) 은 콘택 엘리먼트들 (3) 과 열 접촉하여 배열된 금속으로 이루어진 메시 (mesh) (8) 를 포함한다. 열 접촉으로, 메시는 콘택 엘리먼트들로부터 주변부들로 열을 전도가능하도록 콘택 엘리먼트들에 충분히 가깝게 배열되는 것으로 의도된다. 메시가 콘택 엘리먼트들 (3) 과 기계적 접촉하고 있는 것이 선호되지만, 메시가 반드시 콘택 엘리먼트들과 직접 기계적 접촉하고 있어야 하는 것은 아니다. 메시 (8) 는, 차단기가 클로즈드 포지션에 있을 때 제 1 및 제 2 콘택 (1, 2) 간의 콘택 포인트들에 매우 근접하여 제공된다. 메시는 콘택 엘리먼트들 (3) 의 외부 상에 배열된다. 메시 (8) 는 콘택 엘리먼트들 (3) 을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열된다. 바람직하게는, 메시 (8) 는 제 1 콘택 (1) 의 콘택 엘리먼트들 (3) 을 둘러싸도록 배열된다. 메시 (8) 는 제 1 콘택 (1) 의 축 방향은 물론 방사 방향으로 연장되고 있다. 메시 (8) 는 적어도, 제 1 콘택 (1) 의 축 방향으로 콘택 엘리먼트들 (3) 의 길이를 따라 연장된다. 메시 (8) 는 콘택의 방사 방향으로 거리 r 연장되고, 이는 콘택의 사이즈에 의존한다.
콘택 엘리먼트들은 콘택들이 클로즈드 포지션에 있을 때 제 2 콘택의 매칭 콘택 표면과 접촉하고 있도록 구성되고, 메시는 콘택 엘리먼트들과 제 2 콘택의 콘택 표면 사이의 콘택 포인트들에 매우 근접하여 배열된다.
메시는, 양호한 열 전도체 (heat conductor) 및 열 방사체 (heat radiator) 이고, 또한 차단기의 기계적 작동 동안 가능하게는 휨 (flexing) 을 견딜 수 있도록 일부 가요성 및 내구성을 갖는 재료로 이루어진다. 적합하게, 메시는 구리, 구리 합금, 강철 또는 등가물과 같은 금속으로 이루어진다. 본 발명의 이 실시형태에서, 메시 (8) 는 콘택 핑거들 (3) 과 정전기 차폐 (4) 사이의 공간 (6) 내에 배열된다. 금속성 메시 (8) 는, 콘택 포인트들 근방의 표면적을 극적으로 증가시키고, 콘택 영역으로부터 열을 제거하기 위해 유전 매체의 대류 흐름을 지나치게 억제하지 않으면서, 보다 효과적인 열 방산을 용이하게 할 것이다. 메시는 금속의 접속된 스트랜드 (strand) 들로 이루어진 반투과성 배리어이다. 금속 메시는 예를 들어, 구리, 강철 또는 다른 금속들로부터 위빙 (weaving), 니팅 (knitting), 용접 (welding), 또는 팽창 (expanding) 될 수 있다. 메시 (8) 는 3 차원으로 연장되고, 바람직하게는 콘택 핑거들 (3) 과 정전기 차폐 (4) 사이의 공간 (6) 을 채운다. 메시 (8) 는 이 예에서 임의로 뒤얽혀 배열되는 금속 와이어들로 이루어진다.
도 4 는 메시가 배열될 수 있는 방법의 다른 예를 도시한다. 니팅된 메시 (14) 의 시트는 콘택 핑거들 (3) 과 정전기 차폐 (4) 사이의 공간 (6) 내에 배열된다. 니팅된 메시는 콘택 핑거들 (3) 과 정전기 차폐 (4) 사이의 공간 (6) 에서 제 1 콘택 둘레에 여러 층들 (15) 로 감겨 있다. 메시는 공간 (6) 의 대부분을 가득 채운다.
본 발명은 개시된 실시형태들에 제한되지 않고 다음의 청구항들의 범위 내에서 가변 및 변형될 수도 있다. 예를 들어, 회로 차단기가 임의의 정전기 차폐를 갖지 않는다면, 메시는 동일한 방식으로 콘택 엘리먼트들의 외부 상에 그리고 콘택 엘리먼트들과 열 접촉하여 배열될 수 있다.

Claims (10)

  1. 제 1 콘택 (1) 및 제 2 콘택 (2) 을 포함하는 회로 차단기로서,
    상기 제 1 콘택 (1) 및 상기 제 2 콘택 (2) 은, 상기 콘택들이 서로 거리를 두고 있는 오픈 포지션과, 상기 콘택들이 서로 전기 접촉하고 있는 클로즈드 포지션 사이에서 서로 상대적 이동이 가능하고, 상기 제 1 콘택은, 상기 콘택들이 상기 클로즈드 포지션에 있을 때 상기 제 2 콘택과 전기 접촉하고 있도록 구성된 하나 이상의 콘택 엘리먼트들 (3), 및 상기 콘택 엘리먼트들과 열 접촉하여 배열된 금속으로 이루어진 메시 (mesh) (8) 를 포함하며,
    상기 메시는 상기 콘택 엘리먼트들을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘택 엘리먼트들 (3) 은 상기 콘택들이 상기 클로즈드 포지션에 있을 때 상기 제 2 콘택의 매칭 콘택 표면 (5) 과 전기 접촉하고 있도록 구성되고, 상기 메시는 상기 콘택 엘리먼트들과 상기 제 2 콘택의 상기 매칭 콘택 표면 사이의 콘택 포인트들에 매우 근접하여 배열되는, 회로 차단기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메시 (8) 는 상기 제 1 콘택 (1) 의 축 방향은 물론 방사 방향으로 연장되고 있는, 회로 차단기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메시 (8) 는 적어도, 상기 제 1 콘택 (1) 의 상기 축 방향으로 상기 콘택 엘리먼트들 (3) 의 길이를 따라 연장되는, 회로 차단기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택 (1) 은, 상기 콘택들이 상기 제 2 포지션에 있을 때 상기 제 2 콘택 (2) 과 접촉하고 있도록 구성된 복수의 콘택 핑거들 (3) 을 포함하고, 상기 메시 (8) 는 상기 콘택 핑거들과 열 접촉하여 배열되는, 회로 차단기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택은 정전기 차폐 어셈블리 (4) 를 포함하며, 상기 정전기 차폐 어셈블리 (4) 는, 상기 콘택 엘리먼트들 (3) 을 둘러싸고 상기 콘택 엘리먼트들과 상기 정전기 차폐 어셈블리 사이에 공간 (6) 이 형성되도록 배열되며, 상기 메시는 상기 공간 내에 포지셔닝되는, 회로 차단기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정전기 차폐 어셈블리 (4) 는 상기 콘택 엘리먼트들로부터 반대로 향하는 벽를 포함하고, 상기 벽에는 상기 공간의 환기를 개선하기 위한 개구부들 (7) 이 제공되는, 회로 차단기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메시 (8) 는 니팅 (knitting) 되는, 회로 차단기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메시 (8) 는 구리, 구리 합금, 주석 도금 구리 (tinned copper), 은 도금 구리 (silver plated copper), 주석-구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철 또는 도금 강철 (plated-steel) 로 이루어지는, 회로 차단기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘택 엘리먼트들은 상기 제 2 콘택에 면하는 상기 제 1 콘택의 단부에 제공되는, 회로 차단기.
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