KR20220131076A - 배선용 차단기의 트립기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배선용 차단기의 트립기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 성능이 향상된 배선용 차단기의 트립기구에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 트립기구는 회로의 일단에 연결되는 고정접촉자; 상기 회로의 타단에 연결되고 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되어 상기 회로를 개폐하는 가동접촉자; 상기 회로에 연결되어 전류가 흐르는 히터; 상기 히터에 일단이 결합되어 과전류에 의해 만곡되는 바이메탈;을 포함하고, 상기 히터의 하부에는 열 방출을 위해 히트싱크가 결합되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구

Description

배선용 차단기의 트립기구{Trip Unit of Molded Case Circuit Breaker}
본 발명은 배선용 차단기의 트립기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 성능이 향상된 배선용 차단기의 트립기구에 관한 것이다.
일반적으로 배선용 차단기는 저압 배전반의 회로 보호용으로 제공된다. 차단기는 정상 상태 또는 비정상 상태에서 분리 가능한 접점부를 연결하거나 분리하여 회로를 통전시키거나 차단한다. 배선용 차단기는 몰드 케이스(Molded case)라고 불리는 전련 재료로 된 하우징이나 외함에 통합적으로 조립된 차단 유닛이다.
도 1에 종래기술에 따른 배선용 차단기가 도시되어 있다. 배선용 차단기는 절연물로 형성된 외함(1) 내에 접점부(2,3), 개폐기구부(4), 트립기구부(5), 소호장치(6)가 결합된 구조로 이루어져 있다. 회로에 연결되는 전원측 단자(11)와 부하측 단자(12)가 마련되고, 접점부는 회로를 연결 또는 분리하기 위한 장치로서 고정접촉자(2) 및 가동접촉자(3)로 구성되어, 상기 가동접촉자(3)를 고정접촉자(2)에 접속 또는 분리시켜 회로를 폐로 또는 개로 상태로 전환된다. 상기 가동접촉자(3)를 동작시키기 위하여 개폐기구부(4)가 마련된다. 또한 트립기구부(5)로서 과전류를 검출하는 히터(7)와, 이 히터(7)와 접속되어 열이 전달되면 만곡되는 바이메탈(8)과, 개폐기구부의 개/폐로상태를 유지하도록 구속하거나 과전류시 해제하여 트립작동을 일으키는 크로스바(9) 등이 구성되어 있다. (트립기구부는 검출 및 트립작동을 수행하는 것으로 포괄적으로 말하면 검출 및 트립기구부이다.) 한편, 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위한 소호장치(6)가 접점부(2,3) 주변에 마련된다.
배선용 차단기는 반복 사용되는 제품으로서 높은 차단 용량을 갖기 위해 다음과 같은 주요 부품들을 갖고 있다. 트립 장치(열동형, 전자기형 또는 전동형), 개폐기구(주로 스프링) 및 아크 소호부가 그것이다.
도 2에는 트립기구부 중에서 검출기구부가 도시되어 있다.
트립 장치의 트립 동작은 크게 세가지로 나누어진다.
첫번째는, 수동 트립 동작으로서 정상 상태에서 사용자의 필요에 따라 수행된다. 개폐기구부(4)의 작용에 의해 트립이 일어난다.
두번째는, 열 트립 동작으로서 정격 전류의 1.05~1.3배의 전류가 흐를 때 발생하는 과전류 트립 기능이다. 히터(7)와 바이메탈(8)의 작용에 의해 트립이 일어난다.
세번째는, 자기 트립 동작으로서 단락 등 사고 전류시에 정격 전류의 수십 배에 달하는 전류가 흐를 때 발생하는 사고 전류 트립 기능이다. 마그넷(9)과 아마추어(10)의 작용에 의해 트립이 일어난다.
IEC 60947-2의 7.2.1.2.4 단락 Table 6에 위와 같은 규정이 정의되어 있다.
전체 극 부하 상태 시간
비 트립 전류 트립 전류
1.05배 1.3배 2시간
(63A 이하 전류에서는 1시간)
세부적으로 설명하면 다음과 같다.
i) 2시간 동안의 테스트 과정에서 정격 전류의 1.05배의 전류가 흐를 때는 트립이 일어나서는 안된다. 만일 2시간 동안의 테스트 과정에서 한번이라도 트립이 일어난다면 이 시험은 실패로 간주된다.
ii) 2시간 동안의 테스트 과정에서 정격 전류의 1.3배의 전류가 흐를 때는 트립동작이 반드시 일어나야 한다.
회로에 발생하는 열변화를 기계적 변위로 전환하기 위해 바이메탈로 된 스트립(strip)이 적용된다. 바이메탈 스트립은 열변형률이 서로 다른 두개의 금속재료로 구성된다. 바이메탈 스트립은 2개의 금속재료가 리벳팅, 브레이징, 용접 등을 통해 길이 방향으로 완전히 결합된다. 서로 다른 팽창으로 인해 평평한 스트립은 가열을 받으면 일방향으로 구브러지고, 초기 온도로 냉각되면 반대 방향으로 돌아온다. 열팽창계수가 큰 금속재료가 바깥쪽면에 배치된다.
정격전류의 1.3 ~ 2배의 전류가 흐르는 경우, 히터에 전류가 흐르고 → 히터 온도 상승 → 바이메탈 스트립 온도 상승 → 바이메탈 스트립 점진적으로 구브러짐 → 바이메탈 스트립의 변형량이 설정값에 도달 (예를 들면, 1.5mm) → 트립 동작 수행 → 회로 개방이 이루어진다.
정격전류의 1.05배의 전류가 흐르는 경우, 히터에 상대적으로 작은 전류가 흐르고 → 히터 온도 느리게 상승 → 바이메탈 스트립 온도 느리게 상승 → 바이메탈 스트립 느리게 점진적으로 구브러짐 → 바이메탈 스트립의 변형량이 설정값(예를 들면, 1.5mm)에 도달하지 않음 → 트립 동작이 일어나지 않음 → 회로는 폐로 상태를 유지한다.
바이메탈 스트립은 흐르는 전류에 따른 열변형에 의해 동작한다.
위와 같은 검출기구는 제품의 정격용량에 따라 각각 제조된다. 이때 원가절감을 위해서는 같은 검출기구 또는 바이메탈 스트립이 서로 다른 정격용량을 갖는 다양한 제품군에서 널리 사용되는 것이 바람직하다.
아래 표는 동일한 바이메탈 스트립을 서로 다른 정격용량을 갖는 배선용 차단기에 적용하였을 경우의 서로 다른 결과를 보여준다.
구분 제품 A 제품 B
정격전류 (A) 180 210
비트립동작 테스트 (A) 189 220.5
열평형 상태 평균 온도(℃) 103 119.5
트립 평균 온도 (℃) 114 ~ 123
2시간 경과후 변형량 임계값보다 작다 임계값보다 크다
차단기의 응답 폐로 상태 유지 (비트립) 개방 상태 (트립 작용)
테스트 결과 통과 실패
열평형 상태에서의 평균 온도를 살펴보면 제품 A에서는 트립 평균 온도보다 작게 나타나지만, 제품 B에서는 트립 평균 온도보다 높게 나타날 수 있다.
즉, 동일한 바이메탈 스트립을 여러 제품에 적용하기에 용이하지 않다는 것이다. 다시 말하면, 서로 다른 스펙(specification)과 테스트 전류 하에서 적용되는 범용의 바이메탈 스트립을 설계하기 어렵다.
선행문헌으로 본 발명자의 고안인 대한민국 공개실용신안공보 제20-2017-0003457호 "배선용 차단기"를 참조할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 방열 성능이 우수하고 범용으로 적용할 수 있는 검출기구를 갖는 배선용 차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 트립기구는 회로의 일단에 연결되는 고정접촉자; 상기 회로의 타단에 연결되고 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되어 상기 회로를 개폐하는 가동접촉자; 상기 회로에 연결되어 전류가 흐르는 히터; 상기 히터에 일단이 결합되어 과전류에 의해 만곡되는 바이메탈;을 포함하고, 상기 히터의 하부에는 열 방출을 위해 히트싱크가 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 히터에는 하면에 히트싱크 결합부가 마련되어 상기 히트싱크가 상기 결합부에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히터의 하면에는 상기 히트싱크 결합부의 주변에 둘레벽이 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크는 상기 히터에 결합되어 열을 흡수하는 결합판부와, 상기 결합판부에서 돌출되어 열을 외부로 방출하는 핀부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결합판부에는 체결홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트싱크에는 끼움홈부가 형성되어 상기 히터의 하면에 끼움결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 끼움홈부의 상,하 부분에 상결합판부와 하결합판부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상결합판부와 하결합판부에는 결합홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상결합판부에는 상방으로 돌출되는 제1 핀부가 복수 개 배치되고, 상기 하결합판부에는 하방으로 돌출되는 제2 핀부가 복수 개 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 검출기구에 의하면 히터의 하부에 착탈할 수 있도록 결합되는 히트싱크에 의해 방열성이 개선되어, 바이메탈에 전달되는 온도 변화가 작게 일어난다.
다시 말하면 히터에 히트싱크가 결합되는 경우 바이메탈의 열변형량이 감소한다.
따라서, 바이메탈을 적용할 수 있는 정격전류의 용량이 증대하므로 여러 제품에 적용할 수 있다.
다시 말하면, 필요에 따라 히터에 히트싱크를 착탈하여 대응되는 제품에 적용할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배선용 차단기의 내부 구조도이다.
도 2는 종래기술에 따른 배선용 차단기에 적용되는 트립기구의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 내부 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기에 적용되는 트립기구의 사시도이다.
도 5는 도 4에서 히트싱크의 사시도이다.
도 6은 도 4의 측면도이다. 히터에 발생하는 열이 방출되는 상태를 나타낸다.
도 7은 도 6에서 열에 의해 바이메탈이 휘어지는 상태 및 열분포도를 나타낸다.
도 8은 바이메탈의 열변형량을 나타낸 그래프이다. 종래기술 대비 본발명의 만곡 상태가 나타나 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크의 사시도이다.
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.
도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 배선용 차단기의 트립기구에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 트립기구는 회로의 일단에 연결되는 고정접촉자(120); 상기 회로의 타단에 연결되고 상기 고정접촉자(120)에 접촉 또는 분리되어 상기 회로를 개폐하는 가동접촉자(140); 상기 회로에 연결되어 전류가 흐르는 히터(111); 상기 히터(111)에 일단이 결합되는 바이메탈(112);을 포함하고, 상기 히터(111)의 하부에는 열 방출을 위해 히트싱크(113)가 결합되는 것을 특징으로 한다.
먼저 제1 실시예의 배선용 차단기(100)를 살펴보기로 한다.
외함(101)은 배선용 차단기의 구성요소들을 수용하고 지지한다. 외함(101)은 개략적으로 상자형으로 형성된다. 외함(101)의 상면에는 핸들(103)이 노출된다. 핸들(103)은 사용자의 수동적인 조작력에 의해 개폐기구(102)를 동작시킨다.
외함(101)의 전,후면에는 회로의 전원측 또는 회로의 부하측과 연결될 수 있는 단자부(108,109)가 마련된다. 단자부(108,109)는 각 상별로 (또는 각 극별로) 마련된다. 예를 들어, 3상 4극 배선용 차단기의 경우에는 전원측 및 부하측에 각 4개의 단자부가 마련될 수 있다.
고정접촉자(120)가 외함(101) 내부에 고정 설치된다. 고정접촉자는 전원측 단자부(108)에 연결된다. (쌍접점형 배선용 차단기의 경우, 고정접촉자는 전원측 및 부하측에 각각 마련된다. 즉, 전원측 고정접촉자와 부하측 고정접촉자가 구비된다. 이때, 전원측 고정접촉자는 전원측 단자부에 직접 연결되거나 일체로 형성될 수 있다. 부하측 고정접촉자는 트립기구(특히 히터(111))를 통해 부하측 단자부에 연결될 수 있다.)
접점부(고정접촉자와 가동접촉자) 인근에는 차단시 발생하는 아크를 소호하기 위하여 소호부(소호장치)(150)가 마련된다. (쌍접점형 배선용 차단기(double circuit breaker)의 경우 소호부는 전원측 및 부하측에 각각 마련된다.) 소호부(150)는 한 쌍의 측벽(151)과 상기 측벽(151)에 소정 간격으로 결합되는 복수 개의 그리드(152)로 구성될 수 있다.
회로에 흐르는 이상전류를 검출하고 개폐기구를 트립시키기 위한 검출 및 트립부(트립기구)(110)가 외함(101)의 일부에 마련된다. 검출 및 트립부는 간단히 트립기구라고 할 수 있다. 트립기구(110)는 부하측에 마련되는 것이 보통이다. 트립기구(110)는 부하측 단자부(109)에 연결되는 히터(111), 히터(111)에 결합되어 열을 감지하고 열량에 따라 만곡되는 바이메탈(112), 히터(111) 주변에 설치되는 마그넷(미도시)과 아마추어(미도시), 상기 바이메탈(112) 또는 아마추어의 접촉에 의해 회전할 수 있도록 설치되는 크로스바(115), 크로스바(115)의 회전에 의해 구속 또는 해제되어 개폐기구(102)의 래치(105)를 구속 또는 해제하는 래치홀더(미도시)를 포함할 수 있다.
통상적으로 소전류 지연 차단시에는 히터(111)에 발생하는 열에 의해 바이메탈(112)이 만곡하여 크로스바(115)가 회전하여 개폐기구(102)를 작동시키게 되고, 대전류 순시 차단시에는 마그넷(113)에 여자되는 자력에 의해 아마추어가 흡인되면서 크로스바(115)를 회전시켜 개폐기구(102)가 작동하게 된다.
사용자의 조작력은 핸들(103)을 통해 개폐기구(102)에 전달된다. 개폐기구(102)의 동력을 각 상에 전달하기 위하여 개폐기구(102)에는 한 쌍의 회전핀(104)이 설치된다. 회전핀(104)은 모든 상을 가로지르는 길이로 형성되어 샤프트 어셈블리(또는 가동자 어셈블리)(130)에 설치된다.
샤프트 어셈블리(130)가 마련된다. 샤프트 어셈블리(130)에는 회전핀(104)이 관통 설치된다. 샤프트 어셈블리(130)는 회전핀(104)에 의해 개폐기구(102)의 개폐 동력을 전달받아 회전한다. 샤프트 어셈블리(130)가 회전함에 따라 가동접촉자(140)도 회전하여 고정접촉자(120)에 접촉되거나 분리된다.
샤프트 어셈블리(130)는 샤프트 바디(131), 가동접촉자(140), 샤프트 핀, 스프링을 포함하여 구성된다.
샤프트 바디(131)는 원기둥 형태로 형성된다. 샤프트 바디(131)의 평평한 양측면(원판면)에 축(132)이 돌출 형성된다. 샤프트 바디(131)에는 축(132) 방향에 수직인 방향으로 개구부가 관통 형성된다. 샤프트 바디(131)의 내벽에는 샤프트 핀이 삽입 고정될 수 있는 핀 장착홈(134)이 형성된다. 샤프트 바디(131)에는 축(132) 방향에 나란하게 관통되어 회전핀(104)이 삽입될 수 있는 핀홀이 한 쌍 형성된다.
가동접촉자(140)는 샤프트 바디(131)의 개구부에 삽입 설치된다. 가동접촉자(140)는 샤프트 바디(131)와 함께 또는 독자적으로 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전하면서 고정접촉자(120)에 접촉 또는 분리되어 회로를 통전시키거나 차단시킨다.
가동접촉자(140)의 단부에는 고정접촉자(120)의 고정접점(122)에 접촉될 수 있는 가동접점(142)이 각각 구비된다. 가동접점(142)은 크롬-동(Cr-Cu) 합금 등 전도성 및 내구성이 우수한 재질로 제작될 수 있다.
가동접촉자(140)는 일반적인 소전류나 대전류 차단 상황에서는 샤프트 바디(131)와 함께 회전하지만, 한류 차단시에는 급격한 전자반발력에 의해 가동접촉자(140)가 독자적으로 회전한다. 이 경우, 가동접촉자(140)는 개구부(133)의 샤프트 핀(미도시)에 접하여 회전이 멈추게 된다.
가동접촉자(140)가 회전하는 것은 3가지 경우로 구분될 수 있다. 첫번째 경우는 사용자가 핸들(103)을 조작하여 핸들(103)과 접속되어 있는 개폐 기구(102)가 샤프트 어셈블리(130)를 회동시켜 가동접촉자(140)가 샤프트 바디(131)와 함께 회전하는 경우이다. 즉, 가동접촉자(140)는 스프링(160)의 힘에 의해 구속되어 샤프트 바디(131)와 함께 움직인다. 다시 말하면, 이 경우 샤프트 어셈블리(130)는 가동접촉자(140)와 샤프트 바디(131)가 일체로 움직인다.
두번째 경우는 트립기구(110)의 과전류 검출에 따른 트립 동작에 의해 개폐 기구(102)에 대한 구속이 해제되어 샤프트 어셈블리(130)가 회전하면서 가동접촉자(140)도 회전하는 경우이다. 이때에도 가동접촉자(140)는 접압 스프링(139)의 힘에 의해 구속되어 샤프트 바디(131)와 함께 움직인다.
세번째 경우는 단락전류와 같은 큰 사고전류의 발생시 전자반발력에 의해 가동접촉자(140)가 고정접촉자(120)로부터 분리되어 회전하는 경우이다(소위 한류차단시). 이때 가동접촉자(140)는 샤프트 바디(131)와는 별개로 독립적으로 회전하게 된다. 가동접촉자(140)는 샤프트 바디(131)의 개구부(133) 내에서 움직인다. 가동접촉자(140)가 강한 전자반발력에 의하여 접압 스프링(139)의 탄성력을 이기고 시계 방향으로 움직이는 경우, 가동접촉자(140)는 고정접촉자(120)로부터 분리된다. 즉, 이 경우(한류 차단의 경우)에는 샤프트 어셈블리(130)는 샤프트 바디(131)가 회전하지 않는 상태에서 가동접촉자(140)만 독자적으로 움직인다.
아크 소호부(아크 슈터)(150)는 대칭적으로 마주하여 한쌍의 측벽을 형성하는 측판(151)과 복수 개의 철판으로 형성되어 측판(151)에 소정의 간격으로 병렬적으로 삽입되는 그리드(152)를 포함한다. 아크 소호부는 측판(151)와 그리드(152)에 둘러싸여 아크가 소호될 수 있는 내부공간을 이룬다.
회로가 정상상태에 있는 경우 고정접촉자(120)의 고정접점(122)과 가동접촉자(140)의 가동접점(142)이 연결되어 전류가 흐르게 된다. 회로에 과전류나 사고전류가 발생하면 트립기구 및 개폐기구에 의해 가동접촉자(140)가 회전하여 가동접점(142)이 고정접점(122)으로부터 분리되어 전류가 차단된다. 이때, 가동접점(142)과 고정접점(122) 사이에서 아크가 발생하게 된다. 이 아크는 그리드(152)의 사이사이로 들어가면서 짧은 아크로 분할되며 아크전압이 상승하게 된다. 더불어, 아크 소호부 내에 존재하는 SF6 등 아크소호용 가스에 의해서 아크전압은 더욱 상승하게 된다. 이에 따라, 아크는 자유전자의 방출이 억제되면서 소멸되게 된다.
측판(151)은 대칭되는 한 쌍으로 구비된다. 측판(151)은 절연 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 차단시 발생하는 아크는 측판(151)에서는 반사되어 그리드(152)로 모이도록 할 수 있다.
측판(151)에는 그리드(152)가 결합될 수 있는 끼움홀(미부호)이 복수 개 형성된다.
아크를 흡인하여 소호시키기 위하여 그리드(152)가 마련된다. 이때, 그리드(152)는 상기 한 쌍의 측판(151)에 설치되는 복수 개로 마련된다.
그리드(152)는 평판으로 형성된다. 그리드(152)는 아크를 흡인하기 유리하도록 철재로 형성된다. 그리드(152)의 양측면에는 측판(151)에 설치될 수 있도록 끼움돌기(미부호)가 복수 개 돌출 형성된다. 그리드(152)의 끼움돌기가 측판(151)의 끼움홀에 끼움결합된다. 이때, 안정적인 결합을 위하여 코킹작업이 수행될 수 있다.
그리드(152)는 복수 개가 구비되어 측판(151)에 소정 간격을 갖고 다층으로 설치될 수 있다. 이에 따라, 그리드(152)의 사이사이로 아크가 지나갈 수 있는 통로가 마련된다. 그리드(152)가 적층 설치될 때의 간격은 아크의 분할 및 흡인력을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 트립기구가 도시되어 있다. 도시 및 설명의 편의를 위하여 대전류 차단에 사용되는 마그넷과 아마추어는 도시하지 않았다.
트립기구 지지부(114)가 마련된다. 트립기구 지지부(114)는 히터(111) 등 검출기구 구성부품들을 지지하기 위하여 마련된다. 트립기구 지지부(114)는 'ㄷ'자 형태로 형성될 수 있다. 트립기구 지지부(114)의 중간부에 히터(111)가 결합되고 양 측면부 또는 날개부에는 다른 구성부품이 결합될 수 있다.
히터(111)가 마련된다. 히터(111)는 동(copper) 등 전기 전도도가 우수하고 발열성이 큰 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
히터(111)는 'ㄴ'자 형태로 형성될 수 있다. 히터(111)는 트립기구 지지부(114)에 결합되어 고정된다.
히터(111)는 전원측 단자부(108) - 고정접촉자(120) - 가동접촉자(140) - 히터(111) - 부하측 단자부(109) - 주회로(미도시)로 이어지는 회로 상에 배치되어 전류를 전달하는 선로로서 기능한다. 또한, 히터(111)는 과전류가 흐를 때는 열에 의해 온도가 상승하게 된다.
히터(111)의 하면에는 히트싱크 결합부(111a)가 마련된다. 히트싱크 결합부(111a)는 히트싱크(113)를 결합하기 위하여 마련되는 것으로 홀로 형성될 수 있다. 이 경우에는 체결나사(미도시)에 의해 히트싱크(113)를 히터(111)에 결합할 수 있다. 즉, 히트싱크(113)는 히터(111)에 착탈 가능하게 결합된다.
히터(111)의 하면에는 상기 히트싱크 결합부(111a)의 주변에 둘레벽이 돌출 형성될 수 있다. 이에 따라, 히트싱크(113)의 결합이 보다 공고하게 이루어질 수 있다.
바이메탈(112)이 구비된다. 바이메탈(112)은 열변형률이 서로 다른 2가지의 금속재료가 결합된 플레이트(스트립)로서 서로 열변형률이 다른 금속이 고정되어 있으므로 열을 받으면 만곡되는 특성을 갖는다.
바이메탈(112)의 하단부는 히터(111)에 결합되어 히터(111)에 발생하는 열을 전달받는다.
바이메탈(112)의 상부에는 크로스바 접촉부(116)가 마련된다. 크로스바 접촉부(116)는 회전에 의해 전후 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 바이메탈(112)과 크로스바(115) 사이의 간격을 조절하는 역할도 한다.
히트싱크(113)가 마련된다. 도 5에는 히트싱크(113)의 사시도가 도시되어 있다.
히트싱크(113)는 히터(111)에 발생하는 열의 방출을 증대시키기 위하여 마련된다. 히트싱크(113)는 Cu 또는 Al과 같이 전기 전도도나 방열성이 우수한 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
히트싱크(113)는 히터(111)의 하면에 결합되어 열을 흡수하는 결합판부(113a)와 열을 외부로 방출하는 핀(fin)부(113c,113d)를 갖는다.
결합판부(113a)에는 체결홀(113b)이 형성될 수 있다. 따라서, 히트싱크(113)는 히터(111)에 나사에 의한 체결이 가능하다.
핀부(113c,113d)는 도시된 예에서 결합판부(113a)의 양측부에서 하면으로 각각 돌출하는 2개로 구성되었으나, 핀부의 갯수와 방향은 필요에 따라 적절히 구비되고 배치될 수 있다.
도 6에 트립기구(110)에 흐르는 전류(i) 및 이에 따라 발생하는 열이 방출되는 상태가 도시되어 있다. 트립기구(110)에는 종래 열에너지 방출량에 더하여 히트싱크(113)에 의해 방열량이 증가하므로, 히터(111)에 발생하는 축적되는 열량은 상대적으로 감소하게 되고, 이에 따라 바이메탈(112)에 전달되는 열에너지도 감소하여 바이메탈(112)에 발생하는 열변형량은 상대적으로 감소한다.
도 7 및 도 8에 이러한 사실이 명확히 나타나 있다.
도 7에는 바이메탈(112)에서의 온도분포가 도시되어 있다. 여기서 오른쪽의 온도표는 절대온도값이다. 바이메탈(112)의 중간부와 하부에서 발생하는 열이 상부에서 발생하는 열보다 상대적으로 크다는 것이 나타나 있다.
도 8에는 종래기술과 본 발명에서의 바이메탈(112)의 열변형량이 그래프로 나타나 있다. 본 발명의 실시예(즉, 히트싱크가 구비된 경우)의 경우 종래기술에 따른 실시예(즉, 히트싱크가 구비되지 않은 경우)보다 동일한 시간 경과 시에 있어서 열변형량이 작은 것이 나타나 있다.
따라서, 아래 표에서 보듯이 시험규격에 적합한 제품의 범주가 늘어난다. 즉, 보다 넓은 범위의 정격전류 용량에 적용할 수 있다. 따라서, 보다 다양한 제품군에 트립기구(검출기구)를 적용할 수 있다. 즉, 제품마다 검출기구를 새로 만들어야 하는 부담을 줄이고 단지 히트싱크만을 적용하여 사용할 수 있어 제품 설계비용과 제작비용을 감소시킬 수 있다.
아래 표는 동일한 바이메탈 스트립을 서로 다른 정격용량을 갖는 배선용 차단기에 적용하였을 경우의 서로 다른 결과를 보여준다.
구분 제품 A 제품 B
(without Heat sink)		 제품 B
(with Heat sink)
정격전류 (A) 180 210 210
비트립동작 테스트 (A)
(정격전류의 1.05배)		 189 220.5 220.5
열평형 상태 평균 온도(℃) 103 119.5 107
트립 평균 온도 (℃) 114 ~ 123
2시간 경과후 변형량 임계값보다 작다 임계값보다 크다 입계값보다 작다
차단기의 응답 폐로 상태 유지
(비트립)		 개방 상태
(트립 작용)		 폐로상태 유지
(비트립)
테스트 결과 통과 실패 통과
열평형 상태에서의 평균 온도를 살펴보면 제품 A에서는 트립 평균 온도보다 작게 나타나지만, 히트싱크를 적용하지 않은 제품 B에서는 트립 평균 온도보다 높게 나타날 수 있다. 그러나, 히트싱크를 적용한 제품 B에서는 열평형 상태에서의 평균 온도가 트립 평균 온도보다 작게 나타나 기준치를 충족시키게 된다.
도 9에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크(113)가 도시되어 있다.
이 실시예의 히트싱크(213)는 히터(111)의 하면에 끼울 수 있도록 끼움홈부(213a)가 형성된다.
끼움홈부(213a)의 상,하 부분에 상결합판부(213b)와 하결합판부(213c)가 마련된다. 각 결합판부에는 결합홀(213e,213f)이 각각 형성된다.
상결합판부(213b)에는 상방으로 돌출되는 제1 핀부(213g)가 복수 개 배치되고, 하결합판부(213c)에는 하방으로 돌출되는 제2 핀부(213h)가 복수 개 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배선용 차단기의 검출기구에 의하면 히터의 하부에 착탈할 수 있도록 결합되는 히트싱크에 의해 방열성이 개선되어, 바이메탈에 전달되는 온도 변화가 작게 일어난다.
다시 말하면 히터에 히트싱크가 결합되는 경우 바이메탈의 열변형량이 감소한다.
따라서, 바이메탈을 적용할 수 있는 정격전류의 용량이 증대하므로 여러 제품에 적용할 수 있다.
다시 말하면, 필요에 따라 히터에 히트싱크를 착탈하여 대응되는 제품에 적용할 수 있다.
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.
101 외함
102 개폐기구
108 전원측 단자부
109 부하측 단자부
110 트립기구
111 히터
112 바이메탈
113 히트싱크
114 트립기구 지지부
115 크로스바
116 크로스바 접촉부
120 고정접촉자
140 가동접촉자

Claims (9)

  1. 회로의 일단에 연결되는 고정접촉자;
    상기 회로의 타단에 연결되고 상기 고정접촉자에 접촉 또는 분리되어 상기 회로를 개폐하는 가동접촉자;
    상기 회로에 연결되어 전류가 흐르는 히터;
    상기 히터에 일단이 결합되어 과전류에 의해 만곡되는 바이메탈;을 포함하고,
    상기 히터의 하부에는 열 방출을 위해 히트싱크가 결합되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히터에는 하면에 히트싱크 결합부가 마련되어 상기 히트싱크가 상기 결합부에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 히터의 하면에는 상기 히트싱크 결합부의 주변에 둘레벽이 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 히터에 결합되어 열을 흡수하는 결합판부와, 상기 결합판부에서 돌출되어 열을 외부로 방출하는 핀부를 갖는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  5. 제4항에 있어서, 상기 결합판부에는 체결홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 히트싱크에는 끼움홈부가 형성되어 상기 히터의 하면에 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 끼움홈부의 상,하 부분에 상결합판부와 하결합판부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 상결합판부와 하결합판부에는 결합홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상결합판부에는 상방으로 돌출되는 제1 핀부가 복수 개 배치되고, 상기 하결합판부에는 하방으로 돌출되는 제2 핀부가 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 트립 기구.
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