KR20220035144A - 스위칭 소자를 갖는 전압 제한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 가동 스위칭 접점(16)과, 제 1 케이블 단자(11)를 스위칭 소자에 전기적으로 연결하는 제 1 전기 도체(10), 및 제 2 케이블 단자(13)를 스위칭 소자에 전기적으로 연결하는 제 2 전기 도체(12)를 갖는 스위칭 소자(5)를 포함하는 전압 제한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전압 제한 장치는 두 개의 전기 도체 중 하나의 전기 도체의 도체 부분의 특별한 배치 및 설계를 특징으로 한다. 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)은, 이 도체 부분이 스위칭 소자(5)의 가동 스위칭 접점(15)과 함께, 스위칭 소자가 작동하는 동안 전류가 반대 방향으로 흐르는 도체들의 배치를 형성하는 방식으로 배치되거나 설계된다. 그 결과, 전기역학적 힘이 가동 도체와 고정 도체에 작용하고, 도체가 서로를 밀어내는 방식으로 유도된다. 스위칭 접점은 따라서 폐쇄되는 경향이 있다. 전압 제한 장치는 전도성 부분을 강화하거나 기타 기술적 조치를 취하지 않고도 더 높은 부하를 스위칭할 수 있다.

Description

스위칭 소자를 갖는 전압 제한 장치

본 발명은 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 가동 스위칭 접점과, 제 1 케이블 단자 및 제 2 케이블 단자와, 제 1 케이블 단자를 스위칭 소자에 전기적으로 연결하는 제 1 전기 도체, 및 제 2 케이블 단자를 스위칭 소자에 전기적으로 연결하는 제 2 전기 도체를 갖는 스위칭 소자를 포함하는 전압 제한 장치에 관한 것이다.

전압 제한 장치(VLD)는 철도 전원 공급 분야, 특히 DC 전원 철도 분야에서 사용된다. DC 전원 철도의 경우, 레일은 종종 견인 전류(traction current)용 복귀 도체(return conductor)로 사용되며, 레일은 지면에 대해 절연되어 미주 전류(stray current)가 발생하는 것을 방지한다. 레일의 전기 저항으로 인해, 레일을 통해 흐르는 복귀 전류는 접지와 관련하여 전위차를 발생시키며, 이는 레일과 접지 사이의 전압으로 나타날 수 있다. 전압 제한 장치는 작동 도중 또는 오류가 발생하는 경우 허용할 수 없는 접촉 전압을 피하도록 규정된다. 전압 제한 장치는, 일반적으로 레일과 접지 시스템 사이에 설치되고 접촉 전압에 대해 소정의 임계치에서 응답하는 자동으로 리셋 가능한 접지 단락 회로이다.

공지된 전압 제한 장치는 두 개의 케이블 단자 사이에 전기적 연결을 생성하는 스위칭 소자를 갖는다. 설계에 따라, 스위칭 소자는 작동 유닛(actuation unit)에 의해 작동되는 고정 및 가동 스위칭 접점을 갖는 단극(single-pole) 또는 다극 접촉기(multi-pole contactor)를 갖는다. 스위칭 소자는 또한 병렬로 연결된 사이리스터(thyristor)를 포함할 수 있다.

공지된 접촉기에서, 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점의 접촉면은 일반적으로 서로 반대이다. 움직일 수 없는 도체는 고정 스위칭 접점을 제 1 장치 단자에 연결하고 이동 가능한 도체는 가동 스위칭 접점을 제 2 장치 단자에 연결한다. 빈번한 스위칭을 위해 설계된 스위칭 접점 및 도체의 이러한 배치에서, 스위칭 접점에 작용하는 전기역학적 힘이 발생한다. 이러한 힘은 스위칭 접점이 개방되게 하는 방식으로 유도된다.

특정 응용 분야에서, 접촉기는 매우 자주 및/또는 매우 신속하게 스위칭될 수 있어야 하고 또한 고전류를 스위칭 온시키고 특정 시간 동안 이들 전류를 전도할 수 있어야 한다. 전류 강도가 너무 높아지면, 스위치 온될 때 접촉기가 파손되는 것을 방지하는 기술적 조치가 취해져야 한다.

전압 제한 장치에서의 공지된 기술적 조치는 접촉기 스위칭에 따라 작동되는 사이리스터와 함께 접촉기를 작동시키는 것이다. 사이리스터는 몇 마이크로초 만에 스위칭될 수 있는 반면, 접촉기는 100 내지 200 ms 사이일 수 있는 폐쇄 시간을 갖는다. 사이리스터가 작동된 후, 접촉기는 부하를 인가 받을 수 있다. 접촉기 또는 사이리스터를 제어하기 위해 제어 장치가 제공된다. 모든 구성요소는 일반적으로 제어 캐비닛 내에 위치한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스위치 온될 때 더 높은 스위칭 용량을 가능하게 하고 고전류가 잠시 동안 전달될 수 있도록 하는 전압 제한 장치를 생성하는 것이다.

이러한 과제는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징에 의해 해결된다. 종속항의 주제는 본 발명의 유리한 실시형태에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전압 제한 장치는 제 1 케이블 단자와 제 2 케이블 단자 사이의 전기적 연결을 생성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 소자를 포함하고, 제 1 전기 도체는 제 1 케이블 단자를 스위칭 소자에 전기적으로 연결하고, 제 2 전기 도체는 제 2 케이블 단자를 스위칭 소자에 전기적으로 연결한다. 대응하는 장치 단자 또는 전기적 연결 표면이 스위칭 소자에 제공될 수 있다. 두 개의 전기 도체는 각각 다수의 전도성 부분을 가질 수 있다. 관련 전류 경로에 추가 전기 부품이 제공될 수도 있다.

본 발명에 따른 전압 제한 장치는 제 1 또는 제 2 케이블 단자를 각각 스위칭 소자에 전기적으로 연결하는 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분의 특별한 배치 및 설계를 특징으로 한다. 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분은, 이 도체 부분이 스위칭 소자의 가동 스위칭 접점과 함께, 스위칭 소자가 작동하는 동안 전류가 반대 방향으로 흐르는 도체들의 배치를 형성하는 방식으로 배치되거나 설계된다.

전압 제한 장치는 특히, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하는 경우 가동 스위칭 접점이 도체 부분으로부터 멀리 이동하는 영역에서, 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분이 가동 스위칭 접점의 전방에서 가동 스위칭 접점에 대해 실질적으로 평행 배향으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 전압 제한 장치는 따라서 가동 스위칭 접점 및 제 1 또는 제 2 도체의 도체 부분이 전류가 반대 방향으로 흐르는 평행 도체들의 배치를 형성하는 방식으로 설계되거나 작동될 수 있다. 전류 흐름은 가동 스위칭 접점(도체)과 고정 도체(전류 경로)에 작용하는 전기역학적 힘을 유발하며, 이 힘은 도체가 서로를 밀어내는 방식으로 유도된다. 제 1 또는 제 2 도체의 도체 부분은, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동할 때 가동 스위칭 접점이 도체 부분으로부터 멀리 이동하는 방식으로 가동 도체의 전방에 배치되기 때문에, 스위칭 접점은 폐쇄되는 경향이 있다. 이는 스위칭 접점을 폐쇄하기 위해 스위칭 소자에 의해 가해지는 힘을 감소시키고 전도성 부분(스위칭 접점)에 대한 부하를 완화하는 것으로 나타났다. 이는 전압 제한 장치의 전기적 특성을 향상시킨다. 전압 제한 장치는 전도성 부분을 강화하거나 기타 기술적 조치를 취하지 않고도 더 높은 부하를 스위칭할 수 있다.

본 발명은 특히 스위칭 소자의 연결 라인의 배치 및 설계에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 양태의 경우, 스위칭 소자가 두 개의 연결 라인 중 하나와 상호 작용하는 가동 스위칭 접점을 갖는 한 스위칭 소자의 설계는 기본적으로 중요하지 않다.

바람직한 실시형태에서, 스위칭 소자는 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점을 갖는다. 스위칭 접점의 경우, 이는 하나의 스위칭 접점만 제공되어야 함을 의미하지는 않는다. 오히려, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 또한 다수의 고정 또는 가동 스위칭 접점을 가질 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자는 다수의 조립체를 포함할 수 있고, 각각은 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점을 갖는다. 이들 조립체는 다수의 전류를 스위칭하기 위해 별도로 작동될 수 있거나, 조립체는 병렬로 연결될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 폐쇄 위치에서, 가동 스위칭 접점에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분과 가동 스위칭 접점은 하나의 평면에 놓여 있다. 그러나, 제 1 또는 제 2 도체의 도체 부분과 가동 스위칭 접점은 서로 정확하게 정렬될 필요는 없다, 즉 도체는 서로 약간 오프셋된 평면에 놓일 수도 있다.

가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분은 원칙적으로, 이 도체 부분과 가동 스위칭 접점이, 전류가 반대 방향으로 흐르고 서로를 밀어내는 평행 도체들의 배치를 형성하는 한 임의의 디자인을 가질 수 있다, 즉 임의의 단면 및 임의의 길이를 가질 수 있다. 전기역학적 힘의 강도는 전류 강도에 의존하며, 도체의 치수도 이에 의존한다.

바람직한 실시형태에서, 가동 스위칭 접점에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분은 바람직하게는 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체 부분이다. 도체 부분은 이의 넓은 면이 가동 스위칭 접점을 향하는 방식으로 배치되는 것이 바람직하다.

제 1 또는 제 2 도체를 통한 전류 흐름 방향은 제 1 또는 제 2 케이블 단자에 인가되는 전위에 따라, 즉 제 1 또는 제 2 케이블 단자가 접지 전위에 있는지 여부에 따라 달라진다.

가동 스위칭 접점에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체의 도체 부분은 제 1 고정 스위칭 접점을 향하는 제 1 단부 및 제 2 고정 스위칭 접점을 향하는 제 2 단부를 갖는다.

일 실시형태에 따르면, 제 1 전기 도체는 제 1 케이블 단자로부터, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 전기 도체의 도체 부분의 제 2 단부까지 연장되는 도체 부분을 갖고, 제 1 전기 도체는 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 전기 도체의 도체 부분의 제 1 단부로부터 스위칭 소자까지 연장되는 도체 부분을 갖는다. 이 실시형태에서, 제 2 전기 도체는 스위칭 소자로부터 제 2 케이블 단자까지 연장된다.

대안적인 실시형태에서, 제 1 전기 도체는 제 1 케이블 단자로부터 스위칭 소자까지 연장된다. 제 2 전기 도체는 스위칭 소자로부터, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 2 전기 도체의 도체 부분의 제 2 단부까지 연장되는 도체 부분을 갖고, 제 2 전기 도체는 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 2 전기 도체의 도체 부분의 제 1 단부로부터 제 2 케이블 단자까지 연장되는 도체 부분을 갖는다.

두 실시형태 모두에서, 서로 다른 방향으로 흐르는 전류는 제 1 또는 제 2 도체의 도체 부분과 가동 스위칭 접점을 통해 흐른다.

그러나, 상기 실시형태에 더하여, 전류가 가동 스위칭 접점을 통해 제 2 고정 스위칭 접점으로부터 제 1 고정 스위칭 접점으로 흐르는 방식으로 제 1 및 제 2 도체가 연결되는 다른 실시형태도 가능하다.

본 발명의 또 다른 양태는 스위칭 소자의 스위칭 접점의 설계 및 배치에 관한 것이다. 스위칭 소자의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점은 이들의 접촉면이 동일한 방향을 가리키는 방식으로 배치된다. 가동 스위칭 접점은 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점이 서로 전기적으로 연결되는 폐쇄 위치와 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점이 서로 분리되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있다. 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 전기 도체들의 배치를 형성한다.

이러한 스위칭 접점 배치에서, 고정 스위칭 접점 중 적어도 하나의 고정 스위치 접점의 접촉면이 전류 흐름 방향으로 연장되는 기다란 접촉면이라는 것이 특히 중요하다. 두 개의 고정 스위칭 접점의 접촉면은 바람직하게는 기다란 접촉면이다. 이러한 맥락에서, 기다란 접촉면은 접촉면의 폭보다 항상 긴 전류 흐름 방향의 길이를 갖는 접촉면을 의미하는 것으로 이해된다. 고정 스위칭 접점 중 적어도 하나의 고정 스위치 접점의 접촉면은 바람직하게는 접촉면의 폭의 적어도 두 배인 전류 흐름 방향의 길이를 갖는다. 접촉면은 폭에 비해 가능한 한 길어야 한다. 전류 흐름 방향은 가동 스위칭 접점을 통해 하나의 고정 스위칭 접점으로부터 다른 고정 스위칭 접점으로 전류가 흐르는 방향으로 정의된다. 결과적으로, 스위칭 접점들의 배치는 기다란 도체 배치를 형성한다.

스위칭 소자는 따라서 고정 스위칭 접점 및 고정 스위칭 접점과 접촉하는 가동 스위칭 접점을 통해 동일한 방향의 전류가 흐르는 방식으로 설계되거나 작동될 수 있다. 전류 흐름은 전기역학적 힘이 고정 도체와 가동 도체에 작용하고, 도체가 서로를 끌어당기는 방식으로, 즉 스위칭 접점이 폐쇄되게 하는 방식으로 유도되는 효과를 갖는다. 이는 스위칭 소자의 전도성 부분, 특히 이의 스위칭 접점을 개방하기 위해 이들에 작용하는 힘을 감소시키고, 스위칭 접점에 대한 부하를 완화하는 것으로 밝혀졌다. 이는 스위칭 소자의 전기적 특성을 향상시킨다. 스위칭 소자는 스위칭 소자의 접점을 강화하거나 기타 기술적 조치를 취하지 않고도 더 높은 부하를 스위칭할 수 있다. 이러한 효과는 위에서 설명한 효과를 강화하는데, 이는 스위칭 소자로 이어지는 도체의 특별한 배치 및 설계로 인한 것이다.

스위칭 접점의 특별한 배치 및 설계는 본 발명에 따른 스위칭 소자를 상업적으로 이용 가능한 스위칭 소자의 스위칭 접점의 배치 및 설계와 구별하며, 스위칭 접점 또는 접촉면은 일반적으로 점 모양(punctiform), 정사각형 또는 직사각형이며, 직사각형 접점은 전류 흐름 방향으로 넓고 짧다.

제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점은 원칙적으로, 스위칭 접점이, 전류가 동일한 방향으로 흐르고 서로를 끌어당기는 실질적으로 평행한 도체들의 배치를 형성하는 한 임의의 디자인을 가질 수 있다, 즉 임의의 단면 및 임의의 길이를 가질 수 있다. 전기역학적 힘의 강도는 전류 강도에 의존한다.

스위칭 소자의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점은 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체이다. 스위칭 접점은 또한 예를 들어 타원형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. 직사각형 단면의 경우, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점은 이들의 넓은 면이 접촉면을 형성하는 방식으로 배치되는 것이 유리하다. 고정 스위칭 접점은 따라서 바람직하게는 짧은 평평한 레일이다. 가동 스위칭 접점은 마찬가지로 바람직하게는 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체이며, 이의 넓은 면은 바람직하게는 접촉면을 형성한다. 결과적으로, 스위칭 접점의 넓은 면은 서로 대향한다.

가동 스위칭 접점과 고정 스위칭 접점이 서로 대향하는 영역은 가능하면 커야 하고, 따라서 생성되는 전기역학적 힘은 크다. 이는 특히 가동 스위칭 접점의 길이가 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점의 길이 및 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점 사이의 거리의 합보다 크거나 같을 때 달성된다. 그 결과, 가동 스위칭 접점은 고정 접점의 이용 가능한 전체 길이에 걸쳐 확장된다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, 가동 스위칭 접점은 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점의 길이방향 축에 평행하게 연장되는 축을 중심으로 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 회전할 수 있다. 그러나, 가동 스위칭 접점은 회전 운동 이외의 운동, 예를 들어 선형 운동도 할 수 있다.

가동 스위칭 접점은 다르게 설계될 수 있는 작동 유닛에 의해 작동될 수 있다. 작동 유닛은 예를 들어 전자기 작동 유닛일 수 있다.

전압 제한 장치는 전방 부분과 후방 부분, 좌측 부분과 우측 부분, 및 상단 부분과 하단 부분을 가질 수 있는 종래의 제어 캐비닛 내에 배치될 수 있다. 제어 캐비닛은 또한 선행 기술에 공지된 전압 제한 장치의 다른 구성요소, 예를 들어 작동 유닛용 제어 유닛을 수용할 수 있다.

본 발명에 따른 전압 제한 장치의 실시형태가 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다, 도면에서:
도 1은 철도 차량과 전압 제한 장치의 매우 단순화한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 소자를 갖는 전압 제한 장치의 필수 구성요소의 매우 단순화한 개략도이고,
도 3은 전압 제한 장치가 있는 제어 캐비닛을 도시하고,
도 4는 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점뿐만 아니라 작동 유닛을 갖는 스위칭 소자의 실시형태를 평면도로 도시하고,
도 5는 도 4의 라인 A-A를 따른 단면도이고,
도 6은 스위칭 소자의 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점뿐만 아니라 스위칭 소자의 장치 단자로 이어지는 도체 배치의 개략도이고,
도 7은 스위칭 소자의 고정 스위칭 접점과 가동 스위칭 접점뿐만 아니라 스위칭 소자의 장치 단자로 이어지는 도체 배치의 대안적인 실시형태의 개략도이고, 및
도 8은 스위칭 접점의 매우 단순화한 개략도이다.

도 1은 전압 제한 장치가 있는 DC 전원 철도 차량을 도시하고 있다. 철도 차량(1)은 레일(2) 상에서 구동하는 휠(1A)을 갖는다. 철도 시스템의 레일(2)은 접지(3)로부터 절연된다. 레일(2)의 전기 저항은 철도 차량(1) 또는 레일(2)과 접지(3) 사이에 전위차를 발생시킨다. 전압 제한 장치(4)는 정상적인 철도 운행 도중 또는 결함(단락)이 발생하는 경우 허용할 수 없는 접촉 전압의 발생을 방지한다. 전압 제한 장치(4)는 레일(2)과 접지 시스템 사이에 설치되며 레일(2)과 접지(3)(접지 단락 회로) 사이에 전기적 연결을 설정할 수 있다.

도 2는 본 발명에 필수적인 전압 제한 장치(4)의 구성요소를 매우 단순화한 개략도로 도시하고 있다. 전압 제한 장치(4)는 철도 전원 공급 시스템의 구성요소(도시되지 않음), 예를 들어 트랙 또는 조립체로 이어지는 하나 이상의 케이블(6) 및 접지 시스템(도시되지 않음) 또는 또 다른 트랙에 연결될 수 있는 하나 이상의 케이블(7)을 사이의 전기적 연결을 설정하기 위해 본 발명에 따른 스위칭 소자(5)를 포함한다. 본 실시형태에서, 스위칭 소자는 DC 스위칭 소자이다.

본 발명에 따른 스위칭 소자(5)는 제 1 장치 단자(8)와 제 2 장치 단자(9)를 갖는다. 제 1 장치 단자(8)는 제 1 전기 도체(10)에 의해 제 1 케이블 단자(11)에 전기적으로 연결되고, 제 2 장치 단자(9)는 제 2 전기 도체(12)에 의해 제 2 케이블 단자(13)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어 트랙으로 이어지는 하나 이상의 케이블(6)은 제 1 케이블 단자(11)에 연결될 수 있고, 예를 들어 접지 시스템에 연결되는 하나 이상의 케이블(7)은 제 2 케이블 단자(13)에 연결될 수 있다.

스위칭 소자(5)는 고전류의 스위칭에 적합한 통상적인 접촉기로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 스위칭 접점의 특별한 배치 및 설계로 인해 종래의 접촉기와는 다르다. 스위칭 소자(5)는 두 개의 고정 스위칭 접점(14, 15) 및 가동 스위칭 접점(16)을 가지며, 이들의 특별한 배치는 아래에서 상세히 설명될 것이다.

스위칭 소자(5)는 전자기 작동 유닛(17)을 갖고, 이는 샤프트(17A)를 작동시키기 위해 코일 및 자석 전기자(magnet armature)를 포함할 수 있으며, 이 샤프트에 의해 가동 스위칭 접점(16)이 개방 또는 폐쇄된다. 스위칭 소자는 또한 선행 기술에 속하는 소위 아크 분출 굴뚝(arc blowout chimney)과 같은 다른 구성요소를 가질 수 있다.

또한, 전압 제한 장치(4)는 조작 및 제어 유닛(18)을 갖는다. 전압 제한 장치의 구성요소들은 제어 캐비닛 내에 위치한다.

도 3은 제어 캐비닛(19)의 사시도를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 위치에서, 제어 캐비닛(19)은 전방 부분(21), 후방 부분(22), 좌측 부분(23), 우측 부분(24), 상단 부분(25) 및 하단 부분(26)이 부착되는 네 개의 수직 프로파일 바(20)를 갖는다. 전방 전방 부분(21)은 제어 캐비닛(19)의 우측에서 측면 힌지(27)에 고정되는 회전 가능한 도어이다.

조작 및 제어 유닛(18)은 조작 요소(18A)가 외부에서 접근 가능하도록 제어 캐비닛(19)의 도어의 상반부에 위치한다. 스위칭 소자(5)는 제어 캐비닛(19) 내부에 위치한다. 도 3에서, 스위칭 소자(5)는 단지 개략적으로 도시되어 있다. 제 1 및 제 2 케이블 단자(11, 13)는 제어 캐비닛(19)의 하반부에 위치한다. 스위칭 소자(5)로 이어지는 도체(10, 12)는 단지 개략적으로 표시되어 있다.

스위칭 소자의 장치 단자로 이어지는 도체 및 스위칭 접점의 특정 배치 및 설계는 도 4 내지 도 8을 참조하여 아래에 설명된다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 필수적인 스위칭 소자의 구성요소를 상세히 도시하며, 여기서 도 5는 라인 A-A를 따른 단면도이다. 도 6 및 도 7은 단순화한 개략도이고, 도 8은 개략도이다. 도 4 내지 도 8에서, 서로 대응하는 부분에는 도 2에서와 동일한 참조 번호가 제공된다.

본 실시형태에서, 스위칭 소자(5)는 두 개의 고정 스위칭 접점(14, 15)과 하나의 가동 스위칭 접점(16)을 갖는다. 본 실시형태에서, 스위칭 접점(14 내지 16)은 실질적으로 직사각형 단면을 갖는다. 고정 스위칭 접점(14, 15)은 도전 재료, 예를 들어 구리로 제조된 평평한 레일이며, 서로 소정 거리에 위치한다. 고정 스위칭 접점의 넓은 면에 배치된 접촉면(14A, 15A)은 한 방향을 가리킨다. 가동 스위칭 접점(16)은 또한 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 도전 재료, 예를 들어 구리로 제조된 평평한 레일이다. 가동 스위칭 접점(16)의 접촉면(16A)은 이의 넓은 면에 위치한다. 가동 스위칭 접점(16)은 이의 접촉면(16A)이 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)의 접촉면(14A, 15A)을 향하는 방식으로 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)에 대해 배치된다. 가동 스위칭 접점(16)은 고정 스위칭 접점(14, 15)의 길이 및 고정 스위칭 접점 사이의 거리의 합과 동일한 길이를 갖는다. 고정 스위칭 접점(14, 15)의 길이방향 축(14B, 15B)과 가동 스위칭 접점(16)의 길이방향 축(16B)은 평행하다. 스위칭 접점(14 내지 16)은 동일한 평면 또는 동일한 높이에 있다.

본 실시형태에서, 스위칭 소자(5)는, 스위칭 접점(14 내지 16)이 제어 캐비닛에 대해 실질적으로 수평인 평면(28)에 놓이도록, 즉 제어 캐비닛(19) 내에서 실질적으로 동일한 높이에 있는 방식으로 제어 캐비닛(19) 내에 배치되고, 고정 스위칭 접점(14, 15)은 제어 캐비닛의 후방 부분(22)을 향하고 가동 스위칭 접점(16)은 제어 캐비닛의 전방 부분(21)을 향한다(도 3). 스위칭 접점은 수직 평면에 배치될 수도 있다.

도 4 및 도 5는 본 도면에서 서로 나란히 배치된 고정 스위칭 접점(14, 15) 및 고정 스위칭 접점의 전방에 배치된 가동 스위칭 접점(16)을 상세히 도시하고 있다. 가동 스위칭 접점(16)은 수평 축(29)을 중심으로 회전할 수 있고, 따라서 가동 스위칭 접점은 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)이 서로 전기적으로 연결되는 폐쇄 위치와 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점이 서로 분리되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있다.

가동 스위칭 접점(16)은 예를 들어 좌측에서 스위칭 접점(14 내지 16) 옆에 배치된 작동 유닛(17)에 의해 작동된다. 스위칭 접점의 반대쪽에는 가동 스위칭 접점(16)을 고정 스위칭 접점(14, 15)에 탄력적으로 편향시키기 위한 메커니즘(30)이 존재한다. 명확성을 위해 장치 단자(8, 9)에 대한 전기적 연결 및 기계 부품은 도시되지 않는다. 스위칭 접점(14 내지 16)에는 접점을 고정하기 위한 부품이 제공될 수도 있고 이들은 접점의 필수 부분일 수 있다. 가동 스위칭 접점(16)은 예를 들어 나사(31)에 의해, 상세히 도시되지 않은 고정 요소에 고정되며, 이들 고정 요소는 다시 작동 유닛(17)의 샤프트(17A)에 연결된다.

제 1 고정 스위칭 접점(14)은 제 1 도체(10)에 연결되고, 제 2 고정 스위칭 접점(15)은 제 2 도체(12)에 연결된다(도 2 및 도 6). 본 실시형태에서, 제 1 및 제 2 도체(10, 12)는 구리와 같은 도전 재료로 제조된 평평한 레일이다. 도체(10, 12)는 접촉면(14A, 15A)에 대향하는 고정 스위칭 접점(14, 15)의 측면에 제공될 수 있는 연결 표면(8, 9)에 연결된다. 이 영역은 스위칭 소자(5)의 장치 단자(8, 9)를 나타낸다.

이하에서는 스위칭 소자(5)의 동작 중에 제 1 케이블 단자(11)로부터 제 2 케이블 단자(13)로 전류가 흐르는 것으로 가정한다. 고정 스위칭 접점(14, 15)의 길이방향 축(14B, 15B)과 가동 스위칭 접점(16)의 길이방향 축(16B)은 평행하다. 화살표로 표시된 전류 흐름으로 인해, 전기역학적 힘이 스위칭 접점(14 내지 16)에 작용한다. 전류가 동일한 방향으로 고정 스위칭 접점(14, 15)과 가동 스위칭 접점(16)을 통해 흐르기 때문에, 힘(F₁)이 스위칭 접점에 작용하고, 스위칭 접점이 서로를 끌어당기는 방식으로 유도된다. 힘(F₁)은 도 6에서 화살표로 표시되어 있다. 전류 흐름의 결과로, 더 큰 힘(F₁)이 스위칭 접점에 작용하고, 이들 힘으로 인해 접촉력이 커지거나 스위치를 폐쇄하는 데 필요한 힘이 작아진다. 이는 전기 전도성 구성요소의 부하를 완화한다. 그 결과, 스위칭 소자는 종래의 스위칭 소자와 동일한 치수로 더 높은 전류를 스위칭하고 전도할 수 있다.

도 8은 스위칭 접점(14, 15, 16)의 매우 단순화한 개략도를 평면도로 도시하고 있다. 본 도면에서, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)은 가동 스위칭 접점(16) 위에 배치된다. 전류는 가동 스위칭 접점(16)을 통해 제 1 고정 스위칭 접점(14)로부터 제 2 고정 스위칭 접점(15)으로 흐른다. 전류 흐름 방향은 A로 표시되어 있다. 스위칭 접점(14, 15, 16)의 길이방향 축은 B로 표시되어 있다. 각각의 고정 스위칭 접점(14, 15)의 접촉면(14A 또는 15B)이 가동 스위칭 접점(16)의 접촉면(16A)과 접촉하는 영역, 즉, 유효 접촉 영역은 해칭으로 표시되어 있다. 접촉면 또는 유효 접촉 영역은 전류 흐름 방향(A)으로 연장되는, 즉 폭(b)보다 큰 길이(l)를 갖는 것을 볼 수 있다. 접촉면은 폭보다 더 길고, 바람직하게는 훨씬 더 길다.

스위칭 접점에 대한 더 높은 접점 압력의 지원 효과는 도체(10)(도 6) 또는 도체(12)(도 7)의 특별한 배치 및 설계에 의해 달성된다. 도 6은 가동 스위칭 접점이 제 1 도체(10)의 평행 도체 부분(10B)으로부터 멀리 도 6에 도시된 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하도록, 제 1 도체(10)의 도체 부분(10B)이 가동 스위칭 접점(16)의 전방 영역에서 가동 스위칭 접점(16)에 대해 평행 배향으로 배치된 실시형태를 도시하고 있다.

본 실시형태에서, 제 1 도체(10)의 평행 도체 부분(10B)은 스위칭 소자의 스위칭 접점(14 내지 16)과 동일한 수평면(28)에 배치된다. 바람직하게는 직사각형 단면을 갖는 평행 도체 부분(10B)은 도전 재료, 예를 들어 구리로 제조된 평평한 레일일 수 있다. 도체 부분(10B)과 가동 스위칭 접점(16)의 넓은 면은 서로 대향한다. 넓은 면(표면)의 정확한 평행 배향은 유리하지만 필수는 아니다. 평평한 도체는 서로를 향해 약간 기울어질 수도 있다. 도체 부분(10B)은 적어도 가동 스위칭 접점(16)의 길이만큼 긴 길이를 가져야 한다. 도체 부분(10B)은, 기둥(20) 또는 제어 캐비닛(19)의 다른 부분에 고정될 수 있는 지지대(33)에 절연체(32)에 의해 견고하게 연결된다. 제 1 도체(10)의 나머지 도체 부분의 고정과 제 2 도체(12)의 고정은 도시되어 있지 않다.

제 1 도체(10)는 제 1 케이블 단자(11)를 제 2 고정 스위칭 접점(15) 측에 있는 제 1 도체의 평행 도체 부분(10B)의 단부에 전기적으로 연결하는 도체 부분(10A)을 갖고, 제 1 도체(10)는 제 1 고정 스위칭 접점(14) 측에 있는 제 1 도체(10)의 평행 도체 부분(10B)의 단부를 제 1 장치 단자 또는 제 1 스위칭 접점(14)에 전기적으로 연결하는 도체 부분을 갖는다. 제 2 도체(12)는 제 2 케이블 단자(13)에 제 2 스위칭 접점(15)을 연결한다. 제 1 도체(10)의 평행 도체 부분(10B) 및 가동 스위칭 접점(16)의 전류는 따라서 반대 방향으로 흐른다. 전류가 흐르는 경우, 평행한 고정 도체 부분(10B)과 가동 스위칭 접점(16)은 결과적으로 서로를 밀어낸다. 그 결과, 가동 스위칭 접점(16)에 가압력이 가해지고, 따라서 접촉력이 증가하고 스위칭 시 접점의 리프팅이 최소화된다.

도 7은 케이블 단자(11, 13)에 대한 제 1 및 제 2 도체(10, 12)의 연결에서만 도 6의 실시형태와 다른 대안적인 실시형태를 도시하고 있다. 유사한 부분은 동일한 참조 번호에 의해 식별된다. 대안적인 실시형태에서, 가동 스위칭 접점(16)에 평행하게 안내되는 도체 부분(12B)을 갖는 것은 제 1 도체(10)가 아니라 오히려 제 2 도체(12)이다. 제 2 도체(12)는 제 2 케이블 단자(13)를 제 1 고정 스위칭 접점(14) 측에 있는 제 2 도체(12)의 평행 도체 부분(12B)의 단부에 전기적으로 연결하는 도체 부분(12A)을 갖고, 제 2 도체(12)는 제 2 고정 스위칭 접점(15) 측에 있는 평행 도체 부분(12B)의 단부를 제 2 장치 단자(9) 또는 제 2 스위칭 접점(15)에 전기적으로 연결하는 도체 부분(12C)을 갖는다. 평행 도체 부분(12B) 및 가동 스위칭 접점(16)의 전류는 또한 이러한 배치에서 반대 방향으로 흐른다. 그 결과, 평행 도체 부분(12B)과 가동 스위칭 접점(16)은 서로를 밀어내고, 이에 의해 추가적인 가압력이 가동 스위칭 접점(16)에 가해진다.

상기 실시형태에 더하여, 제 1 및 제 2 도체(10, 12)가 전류 흐름 방향이 반대인 방식으로 연결되는, 즉 전류가 제 2 고정 스위칭 접점(15)으로부터 가동 스위칭 접점(16)을 통해 제 1 고정 스위칭 접점(14)으로 흐르는 다른 실시형태도 가능하다.

제 1 도체는 제 1 케이블 단자를 제 1 고정 스위칭 접점 측에 있는 제 1 도체의 평행 도체 부분의 단부에 전기적으로 연결하는 도체 부분을 가질 수 있고, 제 1 도체는 제 2 고정 스위칭 접점 측에 있는 제 1 도체의 평행 도체 부분의 단부를 제 2 장치 단자 또는 제 2 스위칭 접점에 전기적으로 연결하는 도체 부분을 가질 수 있다. 제 2 도체는 제 1 고정 스위칭 접점을 제 2 케이블 단자에 연결할 수 있다. 제 1 도체의 평행 도체 부분 및 가동 스위칭 접점의 전류는 따라서 반대 방향으로 흐른다. 그 결과, 평행 도체 부분과 가동 스위칭 접점은 전류가 흐를 때 서로를 밀어낸다.

제 1 도체는 또한 제 1 케이블 단자를 제 2 고정 스위칭 접점에 연결할 수 있고, 제 2 도체는 제 2 케이블 단자를 제 2 고정 스위칭 접점 측에 있는 제 2 도체의 평행 도체 부분의 단부에 전기적으로 연결하는 도체 부분을 갖고, 제 2 도체는 제 1 고정 스위칭 접점 측에 놓인 제 2 도체의 평행 도체 부분의 단부를 제 1 고정 스위칭 접점에 연결하는 도체 부분을 가질 수 있다.

Claims (15)

1. 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 가동 스위칭 접점(16)과, 제 1 케이블 단자(11) 및 제 2 케이블 단자(13)와, 제 1 케이블 단자(11)를 스위칭 소자(5)에 전기적으로 연결하는 제 1 전기 도체(10), 및 제 2 케이블 단자(13)를 스위칭 소자(5)에 전기적으로 연결하는 제 2 전기 도체(12)를 갖는 스위칭 소자를 포함하는 전압 제한 장치로서,
   개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하는 경우 가동 스위칭 접점(16)이 도체 부분(10B, 12B)으로부터 멀리 이동하는 가동 스위칭 접점의 전방 영역에서, 제 1 또는 제 2 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)이 가동 스위칭 접점(16)에 대해 실질적으로 평행 배향으로 배치되고, 따라서 스위칭 소자가 작동하는 동안, 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B) 및 가동 스위칭 접점(16)은 전류가 반대 방향으로 흐르는 도체들의 배치를 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   스위칭 소자(5)는 접촉면(14A, 15A)이 동일한 방향을 가리키는 방식으로 서로 나란히 배치되는 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)을 갖고, 가동 스위칭 접점(16)은 이의 접촉면(16A)이 제 1 및 제 2 스위칭 접점(14, 15)의 접촉면(14A, 15A)을 향하도록 제 1 및 제 2 스위칭 접점(14, 15)에 대해 배치되고, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)은 가동 스위칭 접점(16)의 폐쇄 위치에서 서로 전기적으로 연결되고, 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)은 가동 스위칭 접점의 개방 위치에서 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   고정 스위칭 접점(14, 15) 중 적어도 하나의 고정 스위치 접점의 접촉면(14A, 15A)은 전류 흐름 방향(A)으로 연장되는 기다란 접촉면인 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   가동 스위칭 접점(16)의 폐쇄 위치에서, 가동 스위칭 접점에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)과 가동 스위칭 접점(16)은 하나의 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   가동 스위칭 접점(16)에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)은 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체 부분인 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   가동 스위칭 접점(16)에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)은 이의 넓은 면이 가동 스위칭 접점(16)을 향하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   가동 스위칭 접점(16)에 대해 실질적으로 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 또는 제 2 전기 도체(10, 12)의 도체 부분(10B, 12B)은 제 1 고정 스위칭 접점(14)을 향하는 제 1 단부 및 제 2 고정 스위칭 접점(15)을 향하는 제 2 단부를 갖고,
   제 1 전기 도체(10)는 제 1 케이블 단자(11)로부터, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 전기 도체(10)의 도체 부분(10B)의 제 2 단부까지 연장되는 도체 부분(10A)을 갖고, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 1 전기 도체(10)의 도체 부분(10B)의 제 1 단부로부터 스위칭 소자(5)까지 연장되는 도체 부분(10C)을 갖고, 및
   제 2 전기 도체(12)는 스위칭 소자(5)로부터 제 2 케이블 단자(13)로 연장되고,
   또는
   제 1 전기 도체(10)는 제 1 케이블 단자(11)로부터 스위칭 소자(5)까지 연장되고, 및
   제 2 전기 도체(12)는 스위칭 소자(5)로부터, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 2 전기 도체(12)의 도체 부분(12B)의 제 2 단부까지 연장되는 도체 부분(12C)을 갖고, 가동 스위칭 접점에 대해 평행 배향으로 가동 스위칭 접점(16)의 전방에 배치된 도체 부분인 제 2 전기 도체(12)의 도체 부분(12B)의 제 1 단부로부터 제 2 케이블 단자(13)까지 연장되는 도체 부분(12A)을 갖는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)은 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체인 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)은 이들의 넓은 면이 접촉면(14A, 15A)을 형성하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가동 스위칭 접점(16)은 직사각형 단면을 갖는 직선형 전기 도체인 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    가동 스위칭 접점(16)은 이의 넓은 면이 접촉면(16A)을 형성하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    
12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가동 스위칭 접점(16)의 길이는 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)의 길이 및 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15) 사이의 거리의 합보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    
13. 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가동 스위칭 접점(16)은 제 1 및 제 2 고정 스위칭 접점(14, 15)의 길이방향 축(14B, 15B)에 평행하게 연장되는 축(29)을 중심으로 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위칭 소자(5)는 가동 스위칭 접점(16)이 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 회전할 수 있는 방식으로 설계된 작동 유닛(17)을 갖는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전압 제한 장치는 제어 캐비닛(19) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전압 제한 장치.
    

Images