KR20210114263A - 직류 차단기 - Google Patents

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KR20210114263A
KR20210114263A KR1020200029774A KR20200029774A KR20210114263A KR 20210114263 A KR20210114263 A KR 20210114263A KR 1020200029774 A KR1020200029774 A KR 1020200029774A KR 20200029774 A KR20200029774 A KR 20200029774A KR 20210114263 A KR20210114263 A KR 20210114263A
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KR
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arc
circuit breaker
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fixed
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KR1020200029774A
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Inventor
김재섭
윤혜림
Original Assignee
엘에스일렉트릭(주)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc

Abstract

본 발명은 직류 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소전류 차단이 원활하게 이루어지는 직류 차단기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기는 회로의 제1 터미널에 연결되고 고정 설치되는 고정접촉자; 상기 회로의 제2 터미널에 연결되고 운동 가능하도록 설치되어, 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리됨으로써 상기 회로를 통전 또는 차단하는 가동접촉자; 상기 가동접촉자가 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 신장시켜 소호하기 위한 아크 구동부;를 포함하고, 상기 아크 구동부는, 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측에 구비되고 제어 전원에 의해 자기력을 발생시키는 코일 어셈블리; 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측 및 타측에 각각 배치되어, 상기 자기력에 의해 자화되어 특정 방향으로 흐르는 자기장을 발생시키는 제1 코어 부재와 제2 코어 부재;를 포함하고, 상기 제어 전원은 상기 아크에 의한 전압이 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

직류 차단기{Direct Current Circuit Breaker}
본 발명은 직류 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소전류 차단이 원활하게 이루어지는 직류 차단기에 관한 것이다.
일반적으로 같은 송전 용량 하에서 직류(DC)는 교류(AC)에 대비하여 전선 소요량 및 철탑 크기가 감소하는 장점을 가진다. 송전 용량이 동일한 경우 직류를 사용하면 교류를 사용하는 경우에 비하여 전선 소요량을 30% 정도 절감할 수 있다. 이와 같은 이점으로 인하여 직류 배전 시장이 점차 확대되고 있는 추세이다.
이러한 추세에 따라 직류 차단기는 배전급 LVDC(Low Voltage Direct Current), ESS(Energy Storage System), 신재생 에너지 시장 등 다양한 분야에서 그 수요가 증가하고 있다.
직류 차단기는 기기 내부에 고장 검출부를 구비하여 직류 회로에 이상 전류가 발생한 경우, 개극 이상 전류가 최대치에 도달하기 전에 이상 전류를 감지하여 고속으로 차단하는 차단기이다. 직류 차단기는 단락 및 과전류 등을 감지한 후 짧은 응답 시간을 갖는다.
직류 차단기는 교류 차단기와 마찬가지로 과전류 또는 순시 전류의 발생 시 차단(trip)이 이루어진다. 차단 동작에 의해 차단기가 부하 측에 제공되는 전원을 차단함으로써 차단기 및 선로를 보호한다.
직류 차단기는 교류 차단기와 마찬가지로 접점부, 구동부, 트립부, 소호부 등으로 구성되어 있다. 구동부에 의해 접점부의 가동접점이 고정접점과 접촉되거나 개리되어 회로를 통전 또는 차단시킨다.
트립부는 직류 회로에 이상 전류가 발생한 경우에 구동부의 구속을 해제하거여 접점부 개방하거나 접점부를 직접 개방한다.
전류 통전 상태에서 접촉되어 있던 두 접점이 개리될 경우, 두 접점간에 아크가 발생하는데, 이 아크는 소호부로 이동하여 소호되면서 차단이 이루어진다.
도 1에 종래기술에 따른 아크 소호 장치를 갖는 직류 차단기가 도시되어 있다.
종래기술에 따른 직류 차단기는 고정접점(1)과, 상기 고정접점(1)에 접촉 또는 개리되도록 동작하는 가동접점(2)과, 상기 가동접점을 구동하는 구동부(5)와, 상기 가동접점(2)의 개리시 발생하는 아크(A)와 교차하는 방향의 자기장을 제공하는 블로우 아웃 장치(3,4,6)를 포함한다.
제 1도와 같이 가동접점과 고정접점은 서로 일직선상에 있고 이 두 접점을 기준으로 한 측면에 코일과 코어로 조합된 블로우 아웃 코일 어셈블리가 위치하고 다른 측면에는 코어만 위치한다.
즉, 블로우 아웃 장치(3,4,6)는 상기 고정접점(1)과 가동접점(2)의 양측에 배치되는 한쌍의 코어(4,6)와, 상기 한 쌍의 코어(4,6) 중 일측의 코어(4)에 결합되는 블로우 아웃 코일(3)을 포함한다.
접점부가 개리되는 경우 발생하는 아크에 대해 블로우 아웃 코일(3)에 외부전원을 흘려주어 외부로 신장시키면서 차단하게 된다.
그런데, 전류 차단에 있어서 정격 전류보다 큰 경우에는 문제가 없이 차단이 이루어지지만, 소전류 차단의 경우 아래와 같은 문제점들이 있다.
전류의 방향에 맞게 아크의 신장 방향을 설정하여야 하는데, 정격전류보다 1/10 이하 수준인 작은 소전류는 전류 센서의 센싱 오차를 벗어나 계전기 등이 정확한 방향을 판단하기가 어렵다. 만약 전류의 방향을 역으로 판단하여 코일을 구동할 경우 아크가 역방향으로 이동되어 차단 실패가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 소전류만을 위한 센서 및 외부전원을 정역으로 변경하여 투입을 위한 컨텍터, 투입을 제어하는 계전기 등을 구비하는 경우 회로가 복잡해지고 제작비용이 증가하게 된다.
선행특허로서 대한민국등록특허 제10-1861477호 '아크 블로우 아웃 장치를 구비하는 직류 차단기'를 참조할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 소전류 차단이 원활하게 이루어지는 직류 차단기를 제공하는 것이다.
또한, 전류의 방향에 상관없이 소전류 차단이 수행되는 직류 차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기는 회로의 제1 터미널에 연결되고 고정 설치되는 고정접촉자; 상기 회로의 제2 터미널에 연결되고 운동 가능하도록 설치되어, 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리됨으로써 상기 회로를 통전 또는 차단하는 가동접촉자; 상기 가동접촉자가 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 신장시켜 소호하기 위한 아크 구동부;를 포함하고, 상기 아크 구동부는, 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측에 구비되고 제어 전원에 의해 자기력을 발생시키는 코일 어셈블리; 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측 및 타측에 각각 배치되어, 상기 자기력에 의해 자화되어 특정 방향으로 흐르는 자기장을 발생시키는 제1 코어 부재와 제2 코어 부재;를 포함하고, 상기 제어 전원은 상기 아크에 의한 전압이 사용되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 아크 구동부는 상기 고정접촉자와 가동접촉자 사이에 구비되어 상기 아크를 흡인 및 신장시키는 아크 소호 플레이트를 더 포함한다.
또한, 상기 아크 소호 플레이트는 평판으로 형성되어 주몸체부를 이루는 바디플레이트를 포함하고, 상기 바디플레이트에는 다수개의 홀이 형성된다.
또한, 상기 바디플레이트의 주변부에는 각 형태의 뾰족부가 다수개 형성된다.
또한, 상기 아크 소호 플레이트의 하단부에는 양측면에 다리부가 각각 돌출 형성되어 외함에 고정된다.
또한, 상기 아크 소호 플레이트의 일측면에는 아암이 돌출 형성되고, 상기 아암은 상기 제1 코어 부재와 제2 코어 부재 중 어느 하나에 관통 삽입된다.
또한, 상기 아암은 상기 제1 코어 부재와 제2 코어 부재 중 어느 하나의 아암홀에 절연을 유지하며 관통 삽입된다.
또한, 상기 아암에는 전원 접속부가 마련된다.
또한, 상기 전원 접속부와 코일 어셈블리의 사이에는 상기 제어 전원의 제1 케이블이 연결되고, 상기 제2 터미널과 코일 어셈블리의 사이에는 상기 제어 전원의 제2 케이블이 연결된다.
또한, 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 상부에는 상기 아크의 이동을 유도하는 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너가 각각 구비되고, 상기 아크 소호 플레이트는 상기 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너의 사이에 배치된다.
또한, 상기 아크 소호 플레이트는 상기 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너의 전면부가 서로 만나는 공간을 포함하는 크기로 형성된다.
또한, 상기 아크 소호 플레이트에는 양측 하단에는 하방으로 연장 형성되는 연장부가 각각 형성된다.
또한, 상기 연장부는 상기 고정접촉자 및 가동접촉자의 하단보다 하방으로 길게 형성된다.
그리고, 상기 특정 방향은, 상기 아크의 방향에 따라 상기 제1 코어 부재로부터 제2 코어 부재로 향하는 방향 또는 상기 제2 코어 부재로부터 제1 코어 부재로 향하는 방향으로 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기에 의하면 코일 어셈블리를 구동함에 있어서 외부 전원을 적용하지 않고, 차단시 내부에서 발생하는 아크 전류를 전압원으로 이용하므로 별도의 외부 전원을 사용하지 않는다. 따라서, 부품 구성이 감소하고 제작 비용이 감소한다.
차단시 발생하는 아크를 전원으로 사용하므로 전류의 방향에 따라 자동적으로 자기장의 방향이 변화하므로 아크 신장이 일정하게 이루어지고, 따라서 별도의 전류 센서가 필요하지 않는다.
도 1은 종래기술에 따른 직류 차단기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기의 내부 구조도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 직류 차단기의 어느 방향의 사시도 및 다른 방향의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 직류 차단기의 작용도로서 전류 방향이 서로 반대 방향으로 흐르는 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기에 적용되는 아크 소호 플레이트의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기에 적용되는 아크 소호 플레이트의 다른 실시예의 정면도이다.
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 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기의 내부 구조도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 직류 차단기의 어느 방향의 사시도 및 다른 방향의 사시도이다. 도면에는 발명을 구성하는 주요 부분만 도시하고 그외 부분은 생략하였다. 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 직류 차단기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기는 고정접촉자(40); 상기 고정접촉자(40)에 분리 또는 접촉되는 가동접촉자(55); 상기 가동접촉자(55)가 고정접촉자(40)로부터 분리될 때 발생하는 아크를 신장시켜 소호하기 위한 아크 구동부;를 포함하고, 상기 아크 구동부는 상기 고정접촉자(40)와 가동접촉자(55)의 일측에 구비되는 코일 어셈블리(80); 상기 고정접촉자(40)와 가동접촉자(55)의 일측 및 타측에 각각 배치되어 상기 코일 어셈블리(80)에서 발생하는 자기력에 의해 자화되어 특정 방향으로 흐르는 자기장을 발생시키는 제1 코어 부재(60)와 제2 코어 부재(65);를 포함하고, 상기 코일 어셈블리(80)는 상기 아크에 의한 전압이 인가되어 구동하는 것을 특징으로 한다.
외함(10)은 상자 형태로 형성될 수 있다. 외함(10)은 절연재로 형성될 수 있다. 외함(10) 내부에는 구성품이 수납 장착된다. 이러한 구성품으로는 트립장치，개폐 장치，소호 장치 등이 포함된다.
개폐 장치(미도시)는 고정접촉자(40)와 가동접촉자(55)를 작동시키는 기구이다. 개폐 장치는 가동접촉자(55)가 고정접촉자(40)에 접촉하는 닫힌 위치와 가동접촉자(55)가 고정접촉자(40)로부터 분리되는 개방 위치 사이에서 작동되도록 구동한다. 개폐 장치는 고정 기구, 투입 기구 및 가동부(50,55)와 고정부(40,44) 등을 포함할 수 있다.
트립 장치(미도시)는 회로상에 과전류 또는 단락전류와 같은 사 고전류가 흐를 때 이를 검출하여 개폐 장치가 구동하여 회로를 개방 위치로 동작하도록 하는 기구이다.
소호부(90)는 가동접점(57)과 고정접점(42)의 상부에 복수의 그리드(grid) 를 적층하여 구성되며，통전 중 개방 위치로 동작(예컨대 트립 동작 또는 수동 off 조작)시 가동접점(57)과 고정접점(42) 사이에서 발생하는 아크(arc)를 신속히 소멸시켜주는 기구이다. 접점부(42,57)와 소호부(90) 사이에는 아크를 소호부로 안내하기 위하여 아크 러너(30,35)가 마련된다.
한편, 아크가 신장되어 소호부(90)로 잘 안내되도록 아크 구동부가 마련된다.
통상적인 작동 상태에서는 개폐 장치에 의해 가동접촉자(55)가 회동하여 고정접촉자(40)에 접촉 또는 분리되고, 사고 전류의 발생 시에는 트립 장치에 의해 가동접촉자(55)가 고정접촉자(40)로부터 분리된다.
외함(10)의 내부에 설치되는 각 구성들에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
외함(10)의 일측에는 회로에 연결되는 터미널(20,25)이 구비된다. 터미널(20,25)은 제1 터미널(20)과 제2 터미널(25)로 구성될 수 있다. 제1 터미널(20)은 양극(+) 또는 음극(-)이 될 수 있다. 또한, 제2 터미널(25)은 양극(+) 또는 음극(-)이 될 수 있다. 여기서, 제1 터미널(20)과 제2 터미널(25)은 서로 상반된 극이 되도록 구성될 수 있다. 즉, 회로가 폐로될 때, 제1 터미널(20)은 양극(+)으로 구성되고 제2 터미널(25)은 음극(-)으로 구성되거나, 제1 터미널(20)은 음극(-)으로 구성되고 제2 터미널(25)은 양극(+)으로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 회로가 폐로될 때, 제1 터미널(20)에서 제2 터미널(25)의 방향으로 흐르는 전류가 발생하거나 제2 터미널(25)에서 제1 터미널(20)의 방향으로 흐르는 전류가 발생할 수 있다.
아크 러너(30,35)가 마련된다. 아크 러너(30,35)는 고정접촉자(40) 측에 구비되는 고정부 아크 러너(30)와 가동접촉자(55) 측에 구비되는 가동부 아크 러너(35)로 구성될 수 있다. 고정부 아크 러너(30)는 고정접촉자(40)의 상부에 마련될 수 있다. 가동부 아크 러너(35)는 가동접촉자(55)의 상부에 마련될 수 있다.
고정접촉자(40)와 가동접촉자(55)가 마련된다.
고정접촉자(40)는 전도성이 양호한 재료로 이루어진다. 고정접촉자(40)는 어느 하나의 터미널에 연결된다. 일례로, 고정접촉자(40)는 제1 터미널(20)에 연결된다. 고정접촉자(40)와 제1 터미널(20) 사이에는 고정부 연결 부재(44)가 구비될 수 있다. 연결 부재(44)는 전도성 있는 재료로 구성된다.
고정접촉자(40)에는 고정접점(42)이 구비된다. 고정접점(42)은 전기 전도도가 우수하고 내열성이 강한 소재로 이루어진다. 일례로, 고정접점(42)은 은-니켈 합금(AgNi, AgNiC 등)으로 형성될 수 있다.
가동접촉자(55)는 전도성이 양호한 재료로 이루어진다. 가동접촉자(55)는 어느 하나의 터미널에 연결된다. 일례로, 가동접촉자(55)는 제2 터미널(25)에 연결된다. 가동접촉자(55)와 제2 터미널(25) 사이에는 가동부 연결 부재(49)가 구비될 수 있다. 가동부 연결 부재(49)는 전도성 있는 재료로 구성된다. 가동부 연결 부재(49)와 가동접촉자(55) 사이에는 유연한 재료로 구성되어 휘어짐이 가능한 유연 부재(56, flexible element)가 구비될 수 있다.
가동접촉자(55)에는 가동접점(57)이 구비된다. 가동접점(57)은 전기 전도도가 우수하고 내열성이 강한 소재로 이루어진다. 일례로, 가동접점(57)은 은-니켈 합금(AgNi, AgNiC 등)으로 형성될 수 있다.
가동접촉자(55)는 가동자 지지부(50)에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 가동접촉자(55)의 축부(58)는 가동자 지지부(50)의 회동홈(51)에 삽입 지지된다. 가동접촉자(55)는 축부(58)를 중심으로 회동하여 고정접촉자(40)에 접촉 또는 분리된다.
아크 구동부를 설명하기로 한다. 아크 구동부는 코일 어셈블리(80), 한 쌍의 코어 부재(60,65), 아크 소호 플레이트(70)를 포함한다.
코어 부재(60,65)가 마련된다. 코어 부재(60,65)는 아크 러너(30,35)의 사이에 또는 가동접점(57)과 고정접점(42)의 사이에 마련된다. 코어 부재(60,65)는 아크 러너(30,35)의 일측(또는 후방)에 마련되는 제1 코어 부재(60)와 아크 러너(30,35)의 타측(또는 전방)에 마련되는 제2 코어 부재(65)로 구성된다.
코어 부재(60,65)는 자성체로 마련된다. 따라서, 코어 부재(60,65)는 코일 어셈블리 주변에 발생하는 자기장에 의해 자기력이 강화된다. 즉, 자속밀도를 증대시키게 된다.
제2 코어 부재(65)에는 아크 소호 플레이트(70)가 관통하는 아암홀이 형성된다.
제2 코어 부재(65)에는 제2 아암홀(66)이 형성된다. 제2 아암홀(66)에는 아암(74)의 제2 아암(73)이 삽입된다.
제1 코어 부재(60)에는 제1 아암홀(62)이 형성될 수 있다. 제1 아암홀(62)에는 아크 소호 플레이트(70)의 제1 아암(74)이 삽입될 수 있다. 다만, 제1 아암홀이 별도로 형성되는 것은 선택적인 사항으로 제1 아암홀이 형성되지 않는 것도 가능하다.
코일 어셈블리(80)가 마련된다. 코일 어셈블리(80)는 아크 러너(30,35)의 일측(또는 후방)에 배치된다. 코일 어셈블리(80)는 사고 전류가 발생하는 경우 자기력을 발생시킨다. 이를 위해, 코일 어셈블리(80)에는 제어 전원(85,87)이 연결된다. 제어 전원(85,87)의 일단은 제2 코어 부재(65) 또는 아크 소호 플레이트(70)에 연결되고, 제어 전원의 타단은 가동부 또는 가동부 연결부재(49)에 연결된다.
코일 어셈블리(80)는 1개만 구비될 수 있다. 즉, 코일 어셈블리(80)는 아크 러너(30,35)의 일측에만 구비되고 타측에는 구비되지 않을 수 있다.
아크 소호 플레이트(70)가 마련된다. 도 7에 아크 소호 플레이트(70)가 도시되어 있다. 아크 소호 플레이트(70)는 아크 소호를 위해 마련된다. 아크 소호 플레이트(70)는 접점부(42,57)의 사이 또는 아크 러너(30,35)의 사이에 구비될 수 있다. 아크 소호 플레이트(70)는 전도성이 좋은 재질로 이루어진다. 아크 소호 플레이트(70)는 차단시 발생하는 아크를 흡인하여 신장시키는 역할을 한다.
아크 소호 플레이트(70)는 평판으로 형성되어 주몸체부를 이루는 바디플레이트(71)에 다수개의 홀(72)이 형성된다. 바디플레이트(71)에 형성되는 다수개의 홀(72)에 의해 아크의 흡인 및 분산이 유리하게 이루어진다.
바디플레이트(71)의 주변부에는 각 형태(예를 들면 삼각 형태)의 뾰족부(76)가 다수개 형성된다. 바디플레이트(71)에 형성되는 다수개의 뾰족부(76)에 의해 아크의 흡인 및 분산이 유리하게 이루어진다.
바디플레이트(71)의 하단부에는 양측면에 다리부(75)가 돌출 형성될 수 있다. 아크 소호 플레이트(70)는 다리부(75)가 외함(10)의 일부에 고정될 수 있다.
바디플레이트(71)에는 양측면에 각각 아암이 돌출 형성된다. 바디플레이트(71)의 일측면에 제1 아암(74)이 형성된다. 제1 아암(74)은 제1 코어 부재(60)의 제1 아암홀(62)에 절연되어 비접촉 상태로 삽입될 수 있다. 한편, 제1 코어 부재(60)에 제1 아암홀(62)이 형성되지 않는 경우에는 제1 아암(74)은 제1 코어 부재(60)와 비접촉 상태로 일정 간격을 유지하여 위치할 수 있다.
바디플레이트(71)의 타측면에 제2 아암(73)이 돌출 형성된다. 제2 아암(73)은 제2 코어 부재(65)의 제2 아암홀(66)에 절연되어 비접촉 상태로 삽입된다. 제2 아암(73)에는 전원 접속부(77)가 마련된다.
전원 접속부(77)와 코일 어셈블리(80)의 일단 사이에 제어 전원(85,87)의 제1 케이블(85)이 연결된다.
가동부의 일부와 코일 어셈블리(80)의 타단 사이에 제2 케이블(87)이 연결된다. 또는, 제2 케이블(87)은 제2 터미널(25)의 일부와 코일 어셈블리(80)의 타단 사이에 연결된다.
바디플레이트(71)는 아크 러너(30,35)가 마주하는 면(또는 공간)을 포함하는 크기로 형성된다. 즉, 도 8을 참조하면, 바디플레이트(71)는 아크 러너(30,35)의 전면부를 포함하는 크기로 형성된다. 이에 따라, 아크가 어느 부분에 형성되더라도 이를 흡인할 수 있도록 한다.
바디플레이트(71)는 접점부(42,57)의 직상방에 배치된다. 아크 소호 플레이트(70)가 접점부(42,57)로부터 멀지 않아야 아크에 대한 흡인 및 소호 능력이 향상된다.
도 8에는 본 발명의 직류 차단기에 적용되는 아크 소호 플레이트의 다른 실시예게 도시되어 이다. 이 아크 소호 플레이트(70)에는 하부의 양측단에 하방으로 연장 형성되는 연장부(78)가 각각 형성되어 있다. 연장부(78)는 접점부(42,57)보다 하방으로 길게 형성되도록, 즉 접점부(42,57)의 하단보다 더 낮은 길이로 연장 형성된다. 이에 따라, 아크 러너에 이르지 못하고 접점부(42,57)사이에 형성되는 아크도 흡입할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기의 작용을 설명하기로 한다.
회로 차단시(또는 회로 개방시) 접점부 사이에서 아크가 발생한다. 이때 발생하는 아크는 전류의 흐름이므로 이를 소호하여야 한다. 교류 전류에 있어서는 전류파형에 따른 전류 영점이 있으므로 아크를 차단이 용이하다. 그러나, 직류 전류에서는 전류 영점이 존재하지 않으므로 아크를 차단하기 용이하지 않다.
특히, 정격 전류 이하의 소전류 차단은 더 어렵다. 예를 들어, 정격 전류 1kA 용량의 제품에 있어서, 100A 이하의 전류가 흐르는 경우 차단시 발생하는 아크는 매우 약하여 신장되지 못하는 경향이 있다. 이러한 소전류의 차단은 과전류 차단보다 오히려 어렵다.
구체적으로, 자기장을 발생시키기 위하여 코일 어셈블리(80)에 전류를 인가하여야 하는데, 소전류가 흐를 때에만 코일 어셈블리(80)에 전류를 인가하여야 한다. 따라서, 전류를 측정하는 센서가 구비되어야 한다. 그런데, 정격 전류보다 현저히 작은 전류를 측정하기 위해서는 별도의 전류센서가 추가적으로 구비되어야 한다.
또한, 전류의 방향을 체크하는 센서가 필요하다. 코일 어셈블리(80)에 흐르는 전류의 방향에 따라 코어 부재(60,65)에 발생하는 자기장의 방향도 반대로 형성된다. 따라서, 이에 대한 적절한 대응이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 직류 차단기에서는 코일 어셈블리(80)에 외부 전원을 적용하지 않고, 차단시 발생하는 아크를 전압원으로 사용한다. 따라서, 별도의 외부 전원이 필요하지 않다.
도 3에 도시된 바와 같이, 코일 어셈블리(80)의 단자부에는 아크 소호 플레이트(70)의 제2 아암(73)에 연결되는 제1 케이블(85)과 가동부에 연결되는 제2 케이블(87)이 각각 연결되어 차단시 발생하는 아크에 의해 코일 어셈블리(80)에 전류가 흐르게 된다. 즉, 아크전압을 전원으로 하여 코일 어셈블리(80)를 구동한다. 코일 어셈블리(80)를 구동하는 별도의 외부 전원을 사용하지 않고 차단시 발생하는 아크, 즉 내부 전원을 사용하여 코일 어셈블리(80)를 구동하여 코어 부재(60,65)에 자기장이 흐르도록 한다.
도 5 및 도 6에 본 발명의 실시예에 따른 직류 차단기에서의 작용이 나타나 있다.
도 5에는 가동부에서 고정부로 흐르는 아크가 발생하는 경우이다. 즉, 전류의 방향이 가동부에서 고정부로 흐른다. 가동부 아크 러너(35)에서 고정부 아크 러너(30)로 흐르는 아크 전류(I)가 도시되어 있다. 이 경우, 코일 어셈블리(80)에서 제2 케이블(87)로 가동부 또는 가동부 연결부재(49) 또는 제2 터미널(25)에 연결된 단자부가 양극(+)이 되고, 코일 어셈블리(80)에서 제1 케이블(85)로 아크소호플레이트(70)에 연결된 단자부가 음극(-)이 된다. 따라서, 자기장(B)의 방향은 제1 코어 부재(60)에서 제2 코어 부재(65)로 향한다. 따라서, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 아크 전류는 상방으로 향하는 힘을 받아 신장된다. 아크 전류가 상방으로 신장되어 아크 소호 플레이트(70)를 벗어나면 회로에 흐르는 전류는 끊어지고, 즉 회로는 차단된다. 이때, 코일 어셈블리(80)에 흐르는 전류의 공급도 물론 끊어진다. 따라서, 코일 어셈블리(80)에 흐르는 전원을 별도로 관리할 필요가 없다.
도 6에는 고정부에서 가동부로 흐르는 아크가 발생하는 경우이다. 즉, 전류의 방향이 고정부에서 가동부로 흐른다. 고정부 아크 러너(30)에서 가동부 아크 러너(35)로 흐르는 아크 전류(I)가 도시되어 있다. 이 경우, 코일 어셈블리(80)에서 제2 케이블(87)로 가동부 또는 가동부 연결부재(49) 또는 제2 터미널(25)에 연결된 단자부가 음극(-)이 되고, 코일 어셈블리(80)에서 제1 케이블(85)로 아크소호플레이트(70)에 연결된 단자부가 양극(+)이 된다. 따라서, 자기장(B)의 방향은 제2 코어 부재(65)에서 제1 코어 부재(60)로 향한다. 따라서, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 아크 전류는 상방으로 향하는 힘을 받아 신장된다. 아크 전류가 상방으로 신장되어 아크 소호 플레이트(70)를 벗어나면 회로에 흐르는 전류는 끊어지고, 즉 회로는 차단된다. 이때, 코일 어셈블리(80)에 흐르는 전류의 공급도 물론 끊어진다. 따라서, 코일 어셈블리(80)에 흐르는 전원을 별도로 관리할 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 차단기에 의하면 코일 어셈블리를 구동함에 있어서 외부 전원을 적용하지 않고, 차단시 내부에서 발생하는 아크 전류를 전압원으로 이용하므로 별도의 외부 전원을 사용하지 않는다. 따라서, 부품 구성이 감소하고 제작 비용이 감소한다.
차단시 발생하는 아크를 전원으로 사용하므로 전류의 방향에 따라 자동적으로 자기장의 방향이 변화하므로 아크 신장이 일정하게 이루어지고, 따라서 별도의 전류 센서가 필요하지 않는다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 외함 20,25 제1 터미널, 제2 터미널
30,35 고정부 아크 러너, 가동부 아크 러너
40 고정접촉자 42 고정접점
44 고정부 연결 부재 49 가동부 연결 부재
50 가동자 지지부 51 회동홈
55 가동접촉자 57 가동접점
58 축부 60 제1 코어 부재
62 제1 아암홀 65 제2 코어 부재
66 제2 아암홀 70 아크 소호 플레이트
71 바디플레이트 72 홀
73 제2 아암 74 제1 아암
75 다리부 76 뾰족부
77 전원 접속부 78 연장부
80 코일 어셈블리 85 제1 케이블
87 제2 케이블 90 소호부

Claims (14)

  1. 회로의 제1 터미널에 연결되고 고정 설치되는 고정접촉자;
    상기 회로의 제2 터미널에 연결되고 운동 가능하도록 설치되어, 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리됨으로써 상기 회로를 통전 또는 차단하는 가동접촉자;
    상기 가동접촉자가 고정접촉자로부터 분리될 때 발생하는 아크를 신장시켜 소호하기 위한 아크 구동부;를 포함하고,
    상기 아크 구동부는,
    상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측에 구비되고 제어 전원에 의해 자기력을 발생시키는 코일 어셈블리;
    상기 고정접촉자와 가동접촉자의 일측 및 타측에 각각 배치되어, 상기 자기력에 의해 자화되어 특정 방향으로 흐르는 자기장을 발생시키는 제1 코어 부재와 제2 코어 부재;를 포함하고,
    상기 제어 전원은 상기 아크에 의한 전압이 사용되는 것을 특징으로 하는 직류 차단기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크 구동부는 상기 고정접촉자와 가동접촉자 사이에 구비되어 상기 아크를 흡인 및 신장시키는 아크 소호 플레이트를 더 포함하는 직류 차단기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 아크 소호 플레이트는 평판으로 형성되어 주몸체부를 이루는 바디플레이트를 포함하고, 상기 바디플레이트에는 다수개의 홀이 형성되는 직류 차단기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 바디플레이트의 주변부에는 각 형태의 뾰족부가 다수개 형성되는 직류 차단기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 아크 소호 플레이트의 하단부에는 양측면에 다리부가 각각 돌출 형성되어 외함에 고정되는 직류 차단기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 아크 소호 플레이트의 일측면에는 아암이 돌출 형성되고, 상기 아암은 상기 제1 코어 부재와 제2 코어 부재 중 어느 하나에 관통 삽입되는 직류 차단기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 아암은 상기 제1 코어 부재와 제2 코어 부재 중 어느 하나의 아암홀에 절연을 유지하며 관통 삽입되는 직류 차단기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 아암에는 전원 접속부가 마련되는 직류 차단기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원 접속부와 코일 어셈블리의 사이에는 상기 제어 전원의 제1 케이블이 연결되고,
    상기 제2 터미널과 코일 어셈블리의 사이에는 상기 제어 전원의 제2 케이블이 연결되는 직류 차단기.
  10. 제2항에 있어서, 상기 고정접촉자와 가동접촉자의 상부에는 상기 아크의 이동을 유도하는 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너가 각각 구비되고, 상기 아크 소호 플레이트는 상기 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너의 사이에 배치되는 직류 차단기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 아크 소호 플레이트는 상기 고정부 아크 러너와 가동부 아크 러너의 전면부가 서로 만나는 공간을 포함하는 크기로 형성되는 직류 차단기.
  12. 제2항에 있어서, 상기 아크 소호 플레이트에는 양측 하단에는 하방으로 연장 형성되는 연장부가 각각 형성되는 직류 차단기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 연장부는 상기 고정접촉자의 고정접점 및 가동접촉자의 가동접점의 하단보다 하방으로 길게 형성되는 직류 차단기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 특정 방향은, 상기 아크의 방향에 따라 상기 제1 코어 부재로부터 제2 코어 부재로 향하는 방향 또는 상기 제2 코어 부재로부터 제1 코어 부재로 향하는 방향으로 설정되는 직류 차단기.
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