KR20150089729A - 배선용차단기의 아크소호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선용차단기의 아크소호장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크를 그리드 내로 유도함에 따라 아크 소호 성능이 향상되는 배선용차단기의 아크소호장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기의 아크소호장치는 이상전류 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 복수 개의 그리드로 이루어진 아크소호부가 구비되는 배선용차단기의 아크소호장치에 있어서, 평판으로 형성되고 상기 아크소호부의 전방부에 상기 그리드와 예각을 이루면서 설치되는 아크플레이트를 포함하여 구성된다.

Description

배선용차단기의 아크소호장치 {Arc Extinguishing Device of Molded Case Circuit Breaker}

본 발명은 배선용차단기의 아크소호장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크를 그리드 내로 유도함에 따라 아크 소호 성능이 향상되는 배선용차단기의 아크소호장치에 관한 것이다.

일반적으로 배선용 차단기(MCCB:Molded Case Circuit Breaker)는 전기적으로 과부하 상태 또는 단락 사고시 자동으로 회로를 차단하여 회로 및 부하를 보호하는 전기기기로서, 크게 전원측과 부하측과의 연결을 이룰 수 있는 단자부, 고정단자와 가동단자가 기구적으로 접촉할 수 있도록 개폐를 시켜주는 기구부, 및 전원측에서 과전류 또는 단락전류를 감지하여 기구부의 트립동작을 유도하는 트립부, 이상전류 차단시 발생하는 아크(Arc)를 소호하기 위한 소호부로 구성되어 있다.

전류가 흐르고 있는 회로를 접촉자에 의해 전류의 흐름을 차단하는 경우 접촉자 사이에서 아크가 발생하고 아크는 전류의 크기에 비례하여 커지게 된다. 이러한 아크는 적절하게 차단되고 소호되며 배출되어야 한다.

이처럼, 배선용 차단기에 있어서 이상전류 발생시 트립동작을 일으키고 이에 따라 발생하는 아크를 소호하고 배출하는 일은 사고 전류를 차단하여 제품과 부하 및 선로를 보호하는데 있어서 중심이 되며 차단기의 성능과 직결되는 부분이다. 따라서, 소호부의 아크소호장치는 차단기 성능에 중대한 영향을 미친다.

도 1은 종래기술에 따른 배선용차단기의 개략도이며, 도 2 내지 도 4는 아크 소호장치부 부분상세도이다.

배선용 차단기는 절연물로 이루어진 외함(1) 내부에 아크 소호장치부(2), 개폐기구부(3)와 검출기구부(4)가 수납된 구조로 구성되어 있다.

배선용차단기에서 주로 사용하고 있는 소호장치는 금속판을 이용한 냉음극형 소호실로서 V자형의 홈을 가진 철판으로 된 그리드(그리드, 5)를 적당한 간격으로 아크 발생경로와 수직으로 배치한 형태를 이루며 접촉자(6,7)가 개리하여 아크가 발생하면 아크는 아크챔버(6) 내에서 그리드(5)로 이동한다. 아크는 그리드(5)에 의하여 냉각되고 각 그리드(5) 사이에서 짧은 아크로 분할되어 아크 전압이 높아진다. 그리고 소호실을 구성하고 있는 절연판에서 발생하는 소호성의 가스에 의해 외함 내압이 상승하여 아크를 고압으로 압축시키고 자유전자 방출을 억제시키므로서 급속히 아크를 소멸시키고 극간 전압을 회복한다.

단락 사고 발생시 아크에 의한 접촉자간 접점의 소모량을 최소화하는 것은 배선용 차단기의 기본 기능 구현에 있어 중요한 요소이다.

배선용 차단기는 단락 차단시 발생하는 아크 전압을 높여서 단락 전류를 작게 억제하여 단시간에 차단하는 한류 차단 성능을 가지고 있다. 그런데, 단락 차단시 접점간에 발생하는 아크는 접점면에 잔류하는 성질, 즉, 아크 습착 특성을 가지고 있다. 아크 습착이 발생하면 아크 전압은 낮아지고, 접점의 소모량이 커지게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 아크를 그리드 내로 유도함으로써 아크 소호 성능을 향상시키고 접점부 습착이 감소되도록 하는 배선용차단기의 아크소호장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기의 아크소호장치는 이상전류 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 복수 개의 그리드로 이루어진 아크소호부가 구비되는 배선용차단기의 아크소호장치에 있어서, 평판으로 형성되고 상기 아크소호부의 전방부에 상기 그리드와 예각을 이루면서 설치되는 아크플레이트를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 아크플레이트는 자기장이 형성될 수 있는 금속재료인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아크플레이트는 좌,우측면에 결합용 돌기부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아크플레이트와 그리드가 이루는 최소간격은 상기 그리드간의 간격보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아크플레이트는 내측면이 오목하게 좌우대칭인 경사면을 이루는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 아크플레이트는 내측면이 오목한 라운드 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기의 아크소호장치에 의하면 자성을 띤 아크플레이트에 의해 접점부에서 발생하는 아크가 그리드 내부로 유도가 잘 이루어짐에 따라 아크의 소멸이 신속하게 이루어진다.

이에 따라, 아크가 접점부에 습착하는 양이 감소하게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 배선용차단기의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 소호부의 부분상세도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 1에서 아크챔버의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기 아크소호장치가 적용된 배선용차단기의 측면도이다.
도 6은 도 5에서 아크소호부의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배선용차단기 아크소호장치에 적용되는 아크플레이트의 (a) 사시도 및 (b) 정면도이다.
도 8은 도 7에 있어서 C-C 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기의 아크소호장치는 이상전류 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 복수 개의 그리드로 이루어진 아크소호부가 구비되는 배선용차단기의 아크소호장치에 있어서, 평판으로 형성되고 상기 아크소호부의 전방부에 상기 그리드와 예각을 이루면서 설치되는 아크플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기 아크소호장치가 적용된 배선용차단기의 측면도이고, 도 6은 도 5에서 아크소호부의 사시도이다. 도 7은 본 발명에 따른 배선용차단기 아크소호장치에 적용되는 아크플레이트의 (a) 사시도 및 (b) 정면도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용차단기 아크소호장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

고정접촉자와 아크접촉자가 분리되는 경우 전류의 흐름이 차단되고, 고정접촉자와 아크접촉자가 접촉하는 경우 전류의 흐름이 이어지게 된다. 이때 고정접점으로부터 가동접점이 분리되면서 전류의 관성에 의해 아크(아크)가 발생하게 된다. 즉, 접촉자 사이에서 아크가 발생하는데 이 아크는 절연체인 대기가 전압에 의하여 절연파괴를 일으키며 플라즈마 상태의 도전체로 되는 현상으로 전류의 크기에 비례하여 커지게 된다. 이때 아크의 중심온도는 8000 ~ 12000℃에 이르며 폭발적인 팽창압력을 가지므로 접촉자를 용융, 소모시키고 절연물을 열화, 파괴시키는 특징을 지닌다.

배선용 차단기는 외함(10) 내에 부하측 또는 전원측으로 연결되는 고정접촉자(11)와, 기구부에 의해 회전 가능하게 설치되는 가동접촉자(12)를 포함한다. 고정접촉자(11)의 고정접점(11a)과 가동접촉자(12)의 가동접점(12a)이 접촉부 주변에는 아크 소호부가 마련된다.

아크 소호부는 대칭적으로 마주하여 한쌍의 측벽을 형성하는 아크슈터(13)와 복수 개의 철판으로 형성되어 아크슈터(13)에 소정의 간격으로 병렬적으로 삽입되는 그리드(14)를 포함한다. 아크 소호부는 아크슈터(13)와 그리드(14)에 둘러싸여 아크가 소호될 수 있는 내부공간을 이룬다.

회로가 정상상태에 있는 경우 고정접촉자(11)의 고정접점(11a)과 가동접촉자(12)의 가동접점(12a)이 연결되어 전류가 흐르게 된다. 회로에 사고전류가 발생하여 기구부(미도시)에 의해 가동접촉자(12)가 회전하여 가동접점(12a)이 고정접점(11a)으로부터 분리되어 전류가 차단된다. 이때, 가동접점(12a)과 고정접점(11a) 사이에서 아크가 발생하게 된다. 이 아크는 그리드(14)의 사이사이로 들어가면서 짧은 아크로 분할되며 아크전압이 상승하게 된다. 더불어, 소호부 내에 존재하는 SF6 등 아크소호용 가스에 의해서 아크전압은 더욱 상승하게 된다. 이에 따라, 아크는 자유전자의 방출이 억제되면서 소멸되게 된다.

아크플레이트(20)는 평판으로 형성된다. 아크플레이트(20)는 자기장의 형성이 용이한 금속성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 이온화된 아크가 흡인될 수 있다.

아크플레이트(20)는 그리드(14)의 외측에 그리드(14)와 소정의 각도를 형성하여 설치된다. 아크플레이트(20)는 그리드(14)를 통해 빠져나오는 아크의 배출경로에 형성된다. 따라서, 아크플레이트(20)는 아크의 배출을 방해하지 않도록 하는 동시에 아크가 배출되기 쉽도록 유도하는 역할을 하여야 한다. 아크플레이트(20)는 그리드(14)와 일정한 각도를 형성함에 따라 그리드(14) 사이로 빠져나오는 아크를 배출구 방향으로 유도하는 역할을 하게 된다. 도 6을 참조하면 아크플레이트(20)와 그리드(14) 사이의 각이 'A'로 도시되어 있다. 여기서 아크플레이트(20)와 그리드(14) 사이의 각 'A'는 예각으로 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 아크 소호부 내에 형성된 아크를 그리드(14)의 방향으로 유도하는 동시에 아크가 배출구를 통하여 빠져나갈 수 있는 통로를 만들어주게 된다.

한편, 아크플레이트(20)와 그리드(14) 사이의 최소간격(L2)는 그리드(14) 사이의 간격(L1)보다 크게 형성된다. 이에 따라, 그리드(14)에서 빠져나오는 아크가 아크플레이트(20)에 의해 충격을 받고 이에 대한 반동으로 그리드(14) 방향으로 되돌아가지 않게 된다.

아크플레이트(20)는 외함(10) 일측에 고정적으로 설치될 수 있다. 아크플레이트(20)의 설치를 쉽게 하고 안정적으로 유지되도록 하기 위하여 아크플레이트(20)의 좌,우측면에는 결합용 돌기부(21)가 돌출 형성된다. 외함(10) 일부에는 결합용 홈이 형성되어 상기 결합용 돌기부(21)가 용이하게 고정될 수 있도록 한다.

다른 실시예로 아크플레이트(20)는 내측면이 경사면으로 형성될 수 있다. 중앙부가 좌,우측면보다 오목하게 형성되도록 대칭의 경사면을 이룰 수 있다. 이에 따라 유도경로를 형성하여 아크가 잘 배출될 수 있도록 한다.

또 다른 실시예로 아크플레이트(20)는 내측면이 오목하도록 라운드 형상을 이룰 수 있다. 중앙부가 좌,우측면보다 오목하게 형성되도록 라운드 형상을 이룰 수 있다. 이에 따라, 아크의 배출이 원할하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 각 실시예에 따르면 고정접점(11a)과 가동접점(12a)의 분리시 발생하는 아크가 자기장이 형성될 수 있는 금속성 아크플레이트(20)에 의해 흡인되어 그리드(14) 내로 신속하게 이동하게 된다. 아크는 그리드(14)에 의해 냉각되고 각 그리드 사이에서 분할되어 아크전압이 상승되면서 자유전자의 방출을 억제하므로 아크가 소멸하게 된다. 이에 따라, 아크의 소호가 잘 일어나게 되며 접점부에 습착되는 것이 방지된다. 더불어, 아크에 의해 용융되어 발생하는 금속 비산물이 자기장이 형성되는 금속성 아크플레이트(20)에 부착되므로 접점부 오염을 방지하는 역할도 하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

10 외함 11 고정접촉자
11a 고정접점 12 가동접촉자
12a 가동접점 13 아크슈터
14 그리드 20 아크플레이트
21 돌기부

Claims (6)

1. 이상전류 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 복수 개의 그리드로 이루어진 아크소호부가 구비되는 배선용차단기의 아크소호장치에 있어서,
   평판으로 형성되고 상기 아크소호부의 전방부에 상기 그리드와 예각을 이루면서 설치되는 아크플레이트를 포함하는 배선용차단기의 아크소호장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 아크플레이트는 자기장이 형성될 수 있는 금속재료인 것을 특징으로 하는 배선용차단기의 아크소호장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 아크플레이트는 좌,우측면에 결합용 돌기부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용차단기의 아크소호장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 아크플레이트와 그리드가 이루는 최소간격은 상기 그리드간의 간격보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용차단기의 아크소호장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 아크플레이트는 내측면이 오목하게 좌우대칭인 경사면을 이루는 것을 특징으로 하는 배선용차단기의 아크소호장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 아크플레이트는 내측면이 오목한 라운드 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 배선용차단기의 아크소호장치.

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