KR20150093727A - 스위칭 장치 - Google Patents

Abstract

이동 방향을 따라 이동될 수 있는 이동 접촉부와 고정 접촉부로 구성된 접촉 시스템과, 개선된 아크 제거 특성들이 제공되는 아크 제거기를 구비한 스위칭 장치를 형성하기 위해, 스위칭 장치(1)가, 이동 방향(12)을 따라 이동될 수 있는 이동 접촉부(7)와 고정 접촉부(5)로 구성된 접촉 시스템(4)과, 하나의 평면에 이동 방향(12)에 수직으로 형성된 자계를 생성하기 위한 장치(13) 그리고 이동 접촉부(7)와 전도성 접속된 제1 전극(16)과 고정 접촉부와 전도성 접속된 제2 전극(18)으로 구성된 전극 장치를 갖는 아크 제거기를 구비하고, 이때 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)은, 제1 전극(16)과 제2 전극(18) 사이의 전계가 이동 방향(12)에 수직으로 그리고 자계에 수직으로 형성될 수 있는 방식으로 배치된다.

Description

스위칭 장치{SWITCHING DEVICE}

본 발명은 이동 접촉부와 고정 접촉부로 구성된 접촉 시스템과 아크 제거기를 갖는 스위칭 장치에 관한 것이다.

이동 접촉부와 고정 접촉부로 구성된 접촉 시스템과 아크 제거기를 갖는 스위칭 장치들은 일반적인 종래기술로부터, 예컨대 저전압 영역에서 고정 접촉부 및 회전 가능하게 지지된 이동 접촉부를 갖는 스위치로서 공지되어 있고, 이때 아크 제거기가 제거판의 형태로 제공된다. 중전압 영역에서 스위칭 장치들은 예컨대 진공 스위치관으로 알려져 있고, 이러한 진공 스위치관은, 진공 밀봉된 하우징으로부터 진공 밀봉 방식으로 이동될 수 있도록 유도되어 나오는 이동 접촉부와, 마찬가지로 진공 밀봉 방식으로 진공 하우징으로부터 유도되어 나오는 고정 접촉부를 갖고, 이들은 진공 하우징의 내부에 접촉 시스템을 형성하며, 이때 아크 제거기는 슬롯들에 의해 접촉 시스템의 접촉부들 내에 형성되고, 상기 접촉부들은 자계를 생성하기 위한 슬롯들이 제공되어 아크의 확장 또는 회전을 유도하고, 이러한 아크는 전류의 영교차 시에 제거된다.

본 발명의 과제는 개선된 아크 제거 특성들이 제공되는 스위칭 장치를 형성하는 것이다.

본 발명에 따라 이러한 과제는, 이동 방향을 따라 이동될 수 있는 이동 접촉부와 고정 접촉부로 구성된 접촉 시스템과, 하나의 평면에 이동 방향에 수직으로 형성된 자계를 생성하기 위한 장치 그리고 이동 접촉부와 전도성 접속된 제1 전극과 고정 접촉부와 전도성 접속된 제2 전극으로 구성된 전극 장치를 구비한 아크 제거기를 갖는 스위칭 장치에 의해 해결되고, 이때 제1 전극과 제2 전극은, 제1 전극과 제2 전극 사이의 전계가 이동 방향에 수직으로 그리고 자계에 수직으로 형성될 수 있는 방식으로 배치된다.

상기 유형의 스위칭 장치는 개선된 아크 제거 특성들을 갖는데, 그 이유는 자계를 생성하기 위한 장치와 전극 장치에 의해서는 단락 전류의 경우 접촉 시스템 분리 시에 발생하는, 플라스마로서 전기 전도 가능한 입자들을 갖는 아크와, 이때 자계를 생성하기 위한 장치 내에 형성된 자계로 인해 제1 전극 및 제2 전극으로 구성된 전극 장치에서 전계가 생성될 수 있기 때문이고, 하전되고 전기 전도 가능한, 아크의 플라스마의 입자들은 자계 내의 이동에 의해 기인되어 전극들로 이동되며, 거기에서 역전류(counter current)의 생성을 초래하는 전계를 형성할 수 있기 때문이고, 상기 역전류는 인가된 외부 전압의 반대 방향으로 형성되어서, 아크 전압(arc voltage)에 반대로 작용하고 아크 제거를 일으키거나 아크 제거를 보조한다. 상기 유형의 스위칭 장치의 경우, 상기 스위칭 장치가 직류 전압 모드뿐만 아니라 교류 전압 모드를 위해서도 이용될 수 있는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 자계 생성 장치와 전극 장치에 의해 형성된 전계는, 아크 전압에 반대로 작용하고 아크 제거를 보조하기 위해, 직류 전압 모드의 경우 아크를 제거하는 데에 충분하면서, 교류 전압 모드의 경우 교류 전류의 반파 중에 마찬가지로 동일한 효과를 충족시키기 때문이다. 이때, 근간이 되는 원리는 원칙적으로 공지된 자기 유체 역학 제너레이터의 원리이고, 상기 원리의 경우 전류의 이동은 자계 내에서 전도 가능한 입자들에 의해 전극 장치에서의 전도 가능한 입자들에 대한 자계의 힘에 의해 기인되어 전계를 생성하고, DC 전류 흐름을 초래한다. 전극 장치 내에서 생성된 이러한 전계는 본 발명에 따른 스위칭 장치의 경우 바람직하게 인가되는 외부 전압과 이로 인해 아크 전압과 반대 방향으로 배향되고, 이로 인해 바람직한 방식으로 아크 제거를 일으키거나 아크 제거를 보조한다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 자계를 생성하기 위한 장치는 U자형 철심을 포함하고, 상기 철심의 베이스는 고정 접촉부와 전류 루프를 형성하는 고정 접촉부의 전기 접속 라인 사이에 배치되며, 상기 철심 베이스의 양 림(limb)들은 접촉 시스템을 따라 이러한 철심을 둘러싸며 연장된다.

다시 말해 바람직한 구현에 따라, 상기 장치 내의 U자형 철심에 의해 일종의 슬롯-모터가 형성되고, 상기 슬롯-모터에서는 전류가 충분히 높게 발생할 시에 U자형 철심의 림들 사이에, 접촉 시스템의 이동 접촉부에 접촉 시스템을 개방하기 위한 힘을 가하는 자계가 생성된다. 더욱이, 이러한 U자형 철심의 배치와 이로 인해 생성된 자계에 의해 전기 전도 가능한 플라스마 전류의 입자들에 대한 힘도 보장되고, 이러한 힘은 전극 장치에서 역장을 형성하는 데에 활용될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 일 구현예에서, 접촉 시스템이 차단된 경우 제1 전극과 제2 전극이 이동 접촉부와 고정 접촉부 사이에 형성된 간극을 둘러싸며 이 간극을 따라 연장되는 방식으로, 제1 전극은 측부에서 이동 접촉부로부터 고정 접촉부의 방향으로 연장되고, 제2 전극은 측부에서 고정 접촉부로부터 이동 접촉부의 방향으로 연장된다. 상기 유형의 제1 전극 및 제2 전극의 배치에 의해 기하구조적으로 간단한 구성이 실현되고, 상기 구성에 의해 제1 전극과 제2 전극 사이의 전계의 형성이 이동 접촉부의 이동 방향에 수직으로 그리고 자계에 수직으로 가능하며, 전류 방향과 자계 방향의 외적(cross product)에 상응한다.

본 발명의 특히 바람직한 일 구현예에서, 이동 접촉부는 전기 절연되어 구동부와 기계적으로 결합되고, 제1 슬라이딩 접촉부에 의해 스위칭 장치의 제1 전기 접속부와 전도성 접속된다. 슬라이딩 접촉부 대신에 가요성 도체가 접속에 이용될 수 있다. 상기 유형의 슬라이딩 접촉부 또는 가요성 도체는 스위칭 장치의 제1 전기 접속부를 이동 접촉부와 전기 전도성 접속하는 동시에, 스위칭 장치의 접촉 시스템을 개방하고 차단하기 위한 이동 접촉부의 이동을 보장하는 간단한 가능성을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 추가의 구현예에서, 제1 전극은 제2 슬라이딩 접촉부를 통해 스위칭 장치의 제1 전기 접속부와 전도성 접속된다. 제2 슬라이딩 접촉부 대신에 제2 가요성 도체도 접속에 이용될 수 있다. 제1 전극을 스위칭 장치의 제1 전기 접속부와 전기 전도성 접속하기 위한 제2 가요성 도체 또는 제2 슬라이딩 접촉부는, 이동 접촉부의 이동성이 보장됨과 동시에 마찬가지로 간단한 방식으로 전기 전도성 접속을 가능하게 한다.

접촉 시스템과 아크 제거기는 예컨대 공기 절연된 하우징 내에 상이하게 배치될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 일 구현예에서, 접촉 시스템과 아크 제거기는 진공 밀봉된 하우징 내에 배치되고, 이때 이동 접촉 접속 볼트가 진공 밀봉 방식으로 이동될 수 있도록 진공 하우징으로부터 유도되어 나온다. 진공 밀봉된 하우징 내의 이러한 접촉 시스템과 아크 제거기의 배치는 스위칭 장치가 중전압 영역에서 이용되어야 하는 경우에 특히 바람직한데, 그 이유는 상기 유형의 진공 스위치관에서, 극도로 높은 전도성을 갖는 금속 증기 플라스마의 형태로, 접촉 시스템이 차단될 시에 단락 전류에 의해 기인되어 아크가 발생하기 때문이다. 또한, 차단되어야 하는 단락 전류는 중전압 영역에서 높으므로, 자계를 생성하기 위한 장치에 의해 높은 자계가 생성될 수 있다. 진공 스위치관 내 아크의 아크 전압이 비교적 낮음과 동시에, 전극 장치 사이에서 생성될 수 있는 전계는 아크의 제거를 일으키거나 아크의 제거를 보조하기에 충분하다.

본 발명은 하기에서 첨부된 도면들과 관련하여 도면과 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.

도 1은 차단된 접촉 시스템을 갖는 본 발명에 따른 스위칭 장치의 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 장치의 실시예에 대한 개략적인 평면도이다.
도 3은 접촉 시스템이 차단된 본 발명에 따른 스위칭 장치의 추가 개략도이다.

도 1에는 에너지 분배의 영역에서 예컨대 개폐 설비와 접속하기 위한, 제1 전기 접속부(2) 및 제2 전기 접속부(3)를 갖는 스위칭 장치(1)의 개략도가 도시된다. 스위칭 장치(1)는, 예컨대 도면에 미도시된 제어 장치에 의해 검출될 수 있는 단락이 존재하는 경우에 개폐 설비의 에너지 분배를 차단하고, 마찬가지로 도면에 미도시된 스위칭 장치(1)의 구동부 내로의 구동 이동을 시작하기 위해 제공됨으로써, 스위칭 장치(1)의 접촉 시스템(4)이 차단될 수 있다. 접촉 시스템(4)은 위치 고정되어 배치되고 전류 루프(6)를 통해 제2 전기 접속부(3)와 전도성 접속되는 고정 접촉부(5)와, 전기 라인(8)과 제1 슬라이딩 접촉부(9)에 의해 제1 전기 접속부(2)와 전도성 접속되고, 전기 절연되어 형성되는 구동 로드(10)에 의해 도면에 미도시된 스위칭 장치(1)의 구동부와 기계적으로 결합되는 이동 접촉부(7)를 포함한다. 슬라이딩 접촉부(9) 대신에 예컨대 전류 리본 등의 형태를 갖는 가요성 도체도 전도성 접속에 이용될 수 있다. 구동 로드의 안내된 이동을 보장하고 경우에 따라 발생하는 횡력을 수용하기 위해, 구동 로드(10)에는 베어링(11)이 제공된다. 도 1의 실시예에서, 이동 접촉부(7)는 "12"로 표시된 이동방향 화살표에 의해 도시되듯이, 구동 이동을 시작할 시에 그리고 정상 작동 중에 로킹된 구동 로드를 로킹 해제할 시에는 위쪽의 이동 방향으로 이동되거나, 단락이 제거되었고 접촉 시스템이 제어 명령을 전제로 하여 다시 연결되어야 하는 경우에는 아래쪽의 방향으로 이동된다. U자형 철심(14)에 의해 형성되는 자계를 생성하기 위한 장치(13)가 제공되고, 상기 철심 중에서 도 1에는 베이스(15)만이 나타나 있으며, 상기 베이스는 고정 접촉부(5)와 전류 루프(6) 사이에 배치되고, 상기 베이스의 림들은, 도 2와 관련하여 하부에 추가로 더 상세히 설명되듯이, 베이스로부터 떨어져 접촉 시스템(4)을 둘러싸며 위쪽으로 연장된다. 자계를 생성하기 위한 장치(13)는 단락 전류가 발생하는 경우에 하나의 평면에 이동 접촉부의 이동 방향에 수직으로 형성되는 자계를 생성하기 위해 제공된다. 제1 전극(16)이 제2 슬라이딩 접촉부(17)를 통해 전기 라인(8)과, 이로 인해 이동 접촉부(7) 또는 제1 전기 접속부(2)와 전기 전도성으로 접속되고, 측부에서 이동 접촉부(7)로부터 고정 접촉부(5)의 방향으로 연장된다. 제2 슬라이딩 접촉부(17) 대신에 마찬가지로 예컨대 전류 리본 등의 형태를 갖는 가요성 도체가 전도성 접속에 이용될 수 있다. 제2 전극(18)이 전류 루프(6)와, 이로 인해 고정 접촉부(5) 또는 제2 전기 접속부(3)와 전도성 접속되고, 측부에서 고정 접촉부(5)로부터 이동 접촉부(7)의 방향으로 연장되며, 이때, 제1 전극(16)과 제2 전극(18)은, 이들이 접촉 시스템(4)을 둘러싸며 연장되고, 제1 전극(16)과 제2 전극(18) 사이의 전계의 형성이 이동 접촉부(7)의 이동 방향(12)에 수직으로뿐만 아니라 자계를 생성하기 위한 장치(13)에 의해 생성된 자계에 수직으로도 가능하도록 배치된다.

도 2에는 스위칭 장치(1)에 대한 개략적인 평면도가 도시되고, 이때 도 2에는 이동 접촉부(7)와 구동 로드(10), 및 베이스(15)와, 자계를 생성하기 위한 장치(13)의 제1 림(19) 및 제2 림(20)이 나타날 수 있고, 이때 제1 림(19) 및 제2 림(20)은 베이스(15)로부터 위쪽으로 접촉 시스템(4)을 둘러싸며 연장된다. 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)은 마찬가지로 도 2에서 나타날 수 있고, 이때 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)은 마찬가지로, 이동 접촉부(7)의 이동 방향(12)에 수직으로 그리고 장치(13)의 자계에 수직으로 형성될 수 있는 전계가 생성될 수 있는 방식으로 접촉 시스템(4)을 둘러싸며 연장된다. 도 2에는 이동 접촉부(7)가 원형 접촉부로서 도시되지만, 전극 장치 및 자계를 생성하기 위한 장치를 위한 상기 요건들이 충족되는 경우라면, 아크 제거기를 갖는 스위칭 장치(1)의 기능은 고정 접촉부(5)와 이동 접촉부(7)의 기하구조적 형태와 무관하다.

스위칭 장치(1)의 기능은 도 3과 관련하여 더 상세히 설명되고, 이때 도 3에는 이미 차단된 접촉 시스템(4)을 갖는 스위칭 장치(1)가 도시되며, 이동 접촉부(7)와 고정 접촉부(5) 사이에 간극(21)이 형성되는데, 그 이유는 단락 전류가 확인된 이후에 제어 장치에 의해 구동 로드(10)는 로킹 해제되고, 구동부는 구동 로드(10) 내로의 구동 이동을 시작했기 때문이며, 이때 접촉 시스템(4)의 개방은 자계를 생성하기 위한 장치(13)에 의해 보조되는데, 이러한 장치는 단락 전류의 경우 우선 슬롯-모터처럼 기능하고, 이동 접촉부와 고정 접촉부 사이에, 접촉 시스템(4)의 개방을 보조하는 반동력을 생성한다. 도 3에 도시된 바과 같이, 접촉 시스템(4)이 개방된 경우, 톱니 모양의 화살표들(23 및 24)에 의해 개략적으로 도시되듯이, 금속 증기 플라스마를 형성하는 아크(22)가 간극(21) 내에서 점화된다. 도 3의 실시예에서, 제1 전기 접속부(2)에는 음의 극성이 제공되고, 제2 전기 접속부(3)에는 양의 극성이 제공되며, 이는 상응하게 인가된 외부 직류 전압이거나 인가된 외부 교류 전압의 반파 내에서의 극성일 수 있다. 이러한 극성이 상기 방식으로 존재하는 동안, 기술적인 전류는 "i"로 표시된 전류 화살표들에 상응하게 흐르고, 이때 이로써 전기적으로 양으로 하전된 입자들이 기술적인 전류 방향에 상응하게 간극(21) 내에서 고정 접촉부(5)로부터 이동 접촉부(7)로 이동되며, 상응하게 전기적으로 음으로 하전된 입자들은 이동 접촉부(7)로부터 고정 접촉부(5)로 아래쪽으로 이동된다. 도 3에서 도면 평면으로부터 연장되고 "B"로 표시되는, 장치(13)에 의해 생성된 자계로 인해, 위쪽으로 이동되는 양의 전하 캐리어들은 우측으로의 힘을 받고, 이러한 힘은 상기의 양의 전하 캐리어들을 제1 전극(16)으로 이동시키는 반면에, 음의 전하 캐리어들은 자계에 의해 좌측으로의 힘을 받으며, 이러한 힘은 음의 전하 캐리어들을 제2 전극(18)으로 이동시키므로, 제1 전극(16)과 제2 전극(18) 사이에는 상대 전계가 생성되고, 이러한 상대 전계는 외부의 인가된 작동하는 전압과 이로 인해 아크 전압과도 반대 방향으로 향하고, 최단 시간 내에 간극(21) 내에서 아크를 제거하거나 중단시킨다.

도면들에는 더 이상 도시되지 않지만, 특히 바람직하게 스위칭 장치(1)는 진공 밀봉된 하우징 내에 배치되므로, 다시 말해, 진공 스위치관이 형성되고, 상기 진공 스위치관은 접촉 시스템(4)과, 자계를 생성하기 위한 장치(13)와, 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)으로 구성된 전극 장치를 진공 밀봉된 하우징 내에 상응하게 수용한다. 평균 전압 영역에서 지배적인 요건들의 경우 상기 유형의 장치가 특히 효율적으로 아크 제거를 보조한다. 이를 위해, 이동 접촉부(7)의 이동뿐만 아니라 전기 접속도 진공 밀봉 방식으로 이동 가능하게 진공 스위치관의 진공 밀봉된 하우징 내로 안내되는 방식으로 구동 로드(10)뿐만 아니라 전기 라인들(8)도 이동 접촉부와, 경우에 따라 제1 전극(16)에 대해 형성될 수 있다.

1 스위칭 장치
2 제1 전기 접속부
3 제2 전기 접속부
4 접촉 시스템
5 고정 접촉부
6 전류 루프
7 이동 접촉부
8 전기 라인
9 제1 슬라이딩 접촉부
10 구동 로드
11 베어링
12 이동 방향
13 장치
14 U자형 철심
15 베이스
16 제1 전극
17 제2 슬라이딩 접촉부
18 제2 전극
19 제1 림
20 제2 림
21 간극
22 아크
23, 24 아크 화살표

Claims (6)

1. 스위칭 장치(1)이며, 상기 스위칭 장치는 이동 방향(12)을 따라 이동될 수 있는 이동 접촉부(7)와 고정 접촉부(5)로 구성된 접촉 시스템(4)과, 하나의 평면에 이동 방향(12)에 수직으로 형성된 자계를 생성하기 위한 장치(13) 그리고 이동 접촉부(7)와 전도성 접속된 제1 전극(16)과 고정 접촉부와 전도성 접속된 제2 전극(18)으로 구성된 전극 장치를 갖는 아크 제거기를 구비하고, 이때 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)은, 제1 전극(16)과 제2 전극(18) 사이의 전계가 이동 방향(12)에 수직으로 그리고 자계에 수직으로 형성될 수 있는 방식으로 배치되는, 스위칭 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 자계를 생성하기 위한 장치(13)는 U자형 철심(14)을 포함하고, 상기 철심의 베이스(15)는 고정 접촉부(5)와, 전류 루프(6)를 형성하는, 고정 접촉부(5)의 전기 접속 라인 사이에 배치되며, 상기 철심의 양 림들(19, 20)은 접촉 시스템(4)을 따라 상기 철심을 둘러싸며 연장되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치(1).
3. 제2항에 있어서, 제1 전극(16)은 측부에서 이동 접촉부(7)로부터 고정 접촉부(5)의 방향으로, 그리고 제2 전극(18)은 측부에서 고정 접촉부(5)로부터 이동 접촉부(7)의 방향으로, 접촉 시스템(4)이 차단되는 경우에 제1 전극(16) 및 제2 전극(18)이 이동 접촉부(7)와 고정 접촉부(5) 사이에 형성된 간극(21)을 둘러싸며 상기 간극을 따라 연장되는 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 접촉부(7)는 전기 절연되어 구동부와 기계적으로 결합되고, 제1 슬라이딩 접촉부(9) 또는 가요성 도체에 의해 스위칭 장치(1)의 제1 전기 접속부(2)와 전도성 접속되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치(1).
5. 제4항에 있어서, 제1 전극(16)은 제2 슬라이딩 접촉부(17) 또는 제2 가요성 도체를 통해 스위칭 장치(1)의 제1 전기 접속부(2)와 전도성 접속되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 시스템(4)과 아크 제거기는 진공 밀봉된 하우징 내에 배치되고, 이때 이동 접촉 접속 볼트가 진공 밀봉 방식으로 이동될 수 있도록 진공 하우징으로부터 유도되어 나오는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치(1).

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