KR20230068451A - 직류 차단 장치 - Google Patents

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KR20230068451A
KR20230068451A KR1020210153500A KR20210153500A KR20230068451A KR 20230068451 A KR20230068451 A KR 20230068451A KR 1020210153500 A KR1020210153500 A KR 1020210153500A KR 20210153500 A KR20210153500 A KR 20210153500A KR 20230068451 A KR20230068451 A KR 20230068451A
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김종우
변문걸
임형준
정길호
김동철
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인텍전기전자 주식회사
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Abstract

직류 차단 장치가 개시된다. 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서, 상기 회로는, 상기 직류전원과 상기 부하 사이에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1); 상기 제1 스위치(SW1)에 직렬 연결되되, 상기 직류전원의 일 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)에 타측 단자에 연결된 제2 스위치(SW2); 상기 직류전원의 반대 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 부하에 타측 단자가 연결된 제3 스위치(SW3); 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1); 및 상기 제1 다이오드(D1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C);를 포함하고, 상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고, 사용자의 조작에 의해 상기 제1 내지 제3 스위치를 함께 동작시키며, 상기 직류전원의 연결 시 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 상기 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결 되고, 상기 직류전원의 분리 시 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리 되도록 하는 조작부;를 포함할 수 있다.

Description

직류 차단 장치{DC CUTOFF APPARATUS}
개시된 발명은 아크의 발생을 억제하는 직류 차단 장치에 관한 것이다.
최근에는 직류 배전시장이 증가하는 추세이며, 신 재생에너지의 중요성 및 효율성 증대에 많은 관심을 가지고 있어 전력 수용가에서 사용시 직류 아크의 유출이나 소음 등을 유발하지 않고 안전하게 아크 없이 차단할 수 있는 아크리스 기술을 요구되고 있다.
기존에는 아크 슈트를 이용하여 직류시스템의 부하개폐기에서 발생하는 아크를 소호한다.
하지만, 아크 소호를 위한 아크 슈트가 필요하기 때문에 비용이 증가하고 시스템 구성이 복잡하다.
공개특허공보 제10-2021-0052210호(2021.05.10. 공개)
개시된 발명에서는 스위치 개폐시 아크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 직류 차단 장치를 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서, 상기 회로는, 상기 직류전원과 상기 부하 사이에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1); 상기 제1 스위치(SW1)에 직렬 연결되되, 상기 직류전원의 일 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)에 타측 단자에 연결된 제2 스위치(SW2); 상기 직류전원의 반대 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 부하에 타측 단자가 연결된 제3 스위치(SW3); 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1); 및 상기 제1 다이오드(D1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C);를 포함하고, 상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고, 사용자의 조작에 의해 상기 제1 내지 제3 스위치를 함께 동작시키며, 상기 직류전원의 연결 시 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 상기 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결 되고, 상기 직류전원의 분리 시 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리 되도록 하는 조작부;를 포함할 수 있다.
상기 회로는, 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1); 상기 제1 저항(R1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항(R2); 및 상기 부하에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하는 제2 다이오드(D2);를 더 포함할 수 있다.
상기 조작부는 사용자의 조작에 의해 제1 상태, 제2 상태 및 제3 상태를 가지고, 상기 제1 상태에서는 상기 제2 상태를 거쳐 상기 제3 상태로 전환되고, 상기 제3 상태에서는 상기 제2 상태를 거쳐 상기 제1 상태로 전환되고, 상기 제1 상태에서 상기 제1 내지 제3 스위치는 모두 분리 되고, 상기 제2 상태에서 상기 제1 스위치(SW1) 는 분리 되고 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)는 연결 되고, 상기 제3 상태에서 상기 제1 내지 제3 스위치는 모두 연결 될 수 있다.
상기 조작부는, 상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 스위치는 접점형 스위치이고, 상기 조작부는, 사용자의 조작에 의해 회전축을 중심으로 회전하는 손잡이부; 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제1 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제1 가압부; 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제2 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제2 가압부; 및 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제3 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제3 가압부;를 포함하고, 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제1 내지 제3 상태가 결정될 수 있다.
상기 조작부는, 상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부;를 포함하고, 상기 탄성력제공부는 탄성부재; 및 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 탄성부재의 변형을 유도하는 탄성가압부;를 포함하고, 상기 탄성가압부는 상기 조작부가 상기 제1 상태 및 상기 제3 상태일 때보다 상기 제2 상태일 때 상기 탄성부재의 변형이 더 커지도록 유도하고, 상기 탄성부재는 상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공할 수 있다.
상기 탄성가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 회전하는 가압캠;을 포함하고, 상기 가압캠은 상기 조작부가 상기 제2 상태일 때 상기 탄성부재의 변형이 가장 크도록 가압하는 형상을 가질 수 있다.
상기 탄성가압부는 상기 가압캠과 상기 탄성부재 사이에 배치되어 상기 가압캠의 회전에 따라 상기 탄성부재를 가압하는 가압전달부재;를 더 포함하고, 상기 가압전달부재는 상기 가압캠과의 접촉부위에 상기 가압전달부재와 상기 가압캠 사이의 마찰을 감소시키는 제1 회전부재;를 포함할 수 있다.
상기 탄성가압부는, 내부에 상기 제1 스위치(SW1), 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기제3 스위치(SW3)를 수용하는 바디부 내벽과 상기 가압캠 사이에 마련되어 상기 가압캠과 상기 바디부 내벽 사이의 마찰력을 감소시키는 제2 회전부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 손잡이부의 회전축 방향 일측에 상기 제2 가압부가 배치되고, 상기 손잡이부의 회전축 방향 타측에 상기 제3 가압부가 배치되고, 상기 제2 가압부와 상기 제3 가압부의 사이에 상기 제1 가압부가 배치될 수 있다.
상기 조작부는, 상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 두 개의 탄성력제공부;를 포함하고, 상기 탄성력제공부는, 탄성부재; 및 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 탄성부재의 변형을 각각 유도하는 탄성가압부;를 포함하고, 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부 사이 및 상기 제1 가압부와 상기 제3 가압부 사이에 각각 한 개의 탄성가압부가 배치될 수 있다.
상기 제1 스위치는 한 쌍의 제1 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제1 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제1 가동단자;를 포함하고, 상기 제2 스위치는 한 쌍의 제2 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제2 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제2 가동단자;를 포함하고, 상기 제3 스위치는 한 쌍의 제3 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제3 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제3 가동단자;를 포함하고, 상기 제1 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제1 가동단자를 가압하는 제1 가압캠을 포함하고, 상기 제2 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제2 가동단자를 가압하는 제2 가압캠을 포함하고, 상기 제3 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제3 가동단자를 가압하는 제3 가압캠을 포함할 수 있다.
상기 제1 가압캠은, 상기 조작부가 제1 상태 및 제2 상태일 때 상기 제1 가동단자를 가압하고 제3 상태일 때 가압을 해제하고, 상기 제2 가압캠 및 상기 제3 가압캠은, 상기 조작부가 제1 상태일 때 상기 제2 가동단자 및 상기 제3 가동단자를 각각 가압하고 제2 상태 및 제3 상태일 때 가압을 해제할 수 있다.
상기 제1 스위치는 상기 한 쌍의 제1 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제1 가동단자를 상기 한 쌍의 제1 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제1 탄성부재를 더 포함하고, 상기 제2 스위치는 상기 한 쌍의 제2 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제2 가동단자를 상기 한 쌍의 제2 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제2 탄성부재를 더 포함하고, 상기 제3 스위치는 상기 한 쌍의 제3 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제3 가동단자를 상기 한 쌍의 제3 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제3 탄성부재를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 가압캠은, 각각 상기 제1 내지 제3 가동단자를 가압하여 상기 한 쌍의 제1 내지 제3 고정단자가 각각 전기적으로 분리되도록 할 수 있다.
상기 제2 스위치는 상기 제2 스위치의 접점에 자기장을 형성하는 제2 영구자석;을 포함하고, 상기 제2 가동단자는 상기 한 쌍의 제2 고정단자 사이로 돌출되어 배치되고 상기 제2 가압캠과 접촉하여 상기 제2 가동단자에 가압력을 전달하는 제2 종동절;을 포함하고, 상기 제2 영구자석은 미리 정해진 전류 방향으로 전류가 흐를 때 상기 제2 스위치의 접점에서 형성될 수 있는 아크가 상기 제2 종동절로부터 멀어지는 방향으로 밀어내도록 자기장을 형성하고, 상기 제2 고정단자는 형성된 상기 아크가 밀어내지는 방향에 위치하는 금속판을 포함할 수 있다.
상기 제2 종동절은 절연체로 형성되고, 상기 제2 고정단자의 접점에는 미리 정해진 전류 방향과 반대 방향으로 전류가 흐를 때 상기 접점에서 형성될 수 있는 아크가 상기 제2 종동절의 일측으로 어긋나게 밀어내지도록 유도하는 런너;가 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 제2 고정단자의 런너는 각각 반대되는 방향으로 아크가 밀어내지도록 유도할 수 있다.
개시된 발명에 따른 직류 차단 장치는 스위치 개폐시 아크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
개시된 발명에 따른 직류 차단 장치는 아크 슈트 없이도 직류 차단 장치 및 부하를 아크로부터 안전하게 보호할 수 있다.
개시된 발명에 따른 직류 차단 장치는 조작부를 동일하게 조작하더라도 제1 스위치와 제2 및 제3 스위치의 개폐에 시간차를 두어 아크 발생을 방지하고 직류 전원을 원활히 개폐할 수 있다.
개시된 발명에 따른 직류 차단 장치는 캐퍼시터(C)의 소손시에도 영구자석을 이용하여 아크를 차단할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 회로도이다.
도 2는 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제2 스위치와 제3 스위치가 분리 상태에서 연결 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 제1 스위치가 분리 상태에서 연결 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 커패시터의 전압이 방전된 이후 정상상태의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 제1 스위치가 연결 상태에서 분리 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에서 제2 스위치와 제3 스위치가 연결 상태에서 분리 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 조작부의 사시도이다.
도 8은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 조작부의 제1 상태 내지 제3 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제1 스위치 내지 제3 스위치의 개폐 상태를 나타내는 표이다.
도 10은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제1 스위치의 개폐 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제2 스위치 및 제3 스위치의 개폐 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 탄성부재의 변형 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 제1 내지 제3 스위치 및 탄성부재의 배치를 나타낸 도면이다.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 직류 차단 장치에 포함된 영구자석 이용한 아크 방지 구조를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에"위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 직류 차단 장치는 직류 전원과 부하 사이에 연결된다.
직류 차단 장치는 직류 전원의 일 극성 단자(도 1에서는 + 단자)에 직렬 연결된 저항 부하(RLoad)와 인덕터 부하(LLoad) 중 저항 부하(RLoad)에 일측 단자가 연결되어 있고, 직류 전원)의 직류 전원의 반대 극성 단자(도 1에서는 - 단자)에 직렬 연결된 인덕터 부하(LLoad)에 타측 단자가 연결되어 있다.
저항 부하(RLoad)는 저항성 부하이고, 인덕터 부하(LLoad)는 유도성 부하이다.
직류 차단 장치는 직류 전원의 양극(+)과 음극(-) 사이에 순환적으로 연결되어 있다. 직류 전원의 양극(+)으로부터 전류가 흘러나와 직류 차단 장치를 지나고 저항 부하(RLoad)와 인덕터 부하(LLoad)를 거치며 다시 직류 차단 장치를 거쳐 직류 전원의 음극(-)으로 들어온다.
직류 차단 장치는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 커패시터(C), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다.
제1 스위치(SW1)는 주 스위치이고, 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)는 보조 스위치이다.
제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 직렬 연결되어 있다.
제2 스위치(SW2)는 일측 단자가 직류 전원의 일 극성 단자(도 1에서는 + 단자)와 연결되어 있고, 타측 단자는 제1 스위치(SW1)의 일측 단자와 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)는 타측 단자가 저항 부하(RLoad)에 연결되어 있다.
제3 스위치(SW3)는 일측 단자가 직류 전원의 반대 극성 단자(도 1에서는 - 단자)와 연결되어 있고, 타측 단자는 인덕터 부하(LLoad)에 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)의 양단에는 서로 직렬 연결된 제1 다이오드(D1)와 커패시터(C)가 병렬 연결되어 있다.
제1 다이오드(D1)는 투입 방전 및 공진 방지용 다이오드이다.
제1 다이오드(D1)는 직류 전원의 양극(+) 측에서 음극(-) 측으로 흐르는 방향으로 마련되어 있다. 제1 다이오드(D1)의 애노드 단자는 제1 스위치(SW1)의 일측 단자와 연결되고, 캐소드 단자는 커패시터(C)의 일측 단자에 연결되어 있다. 유도성 부하일 경우 인덕터 부하(LLoad)와 커패시터(C)의 공진 현상으로 인해 어느 시점에 인덕터 부하(LLoad) 측에서 과도성 전류가 발생할 우려가 있는데, 제1 다이오드(D1)는 유도성 부하에 따른 LC 공진 현상을 억제시킨다.
제1 스위치(SW1)의 양단에는 서로 직렬 연결된 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 병렬 연결되어 있다.
제1 다이오드(D1)와 커패시터(C) 사이의 중간선로와, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이의 중간선로는 서로 연결되어 있다.
제1 저항(R1)은 투입 방전용 저항 역할을 한다. 제2 저항(R2)은 개방 방전용 저항 역할을 한다.
제2 다이오드(D2)는 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하기 위한 환류 다이오드 역할을 한다. 제2 다이오드(D2)는 부하에 병렬 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자는 저항 부하(RLoad)에 연결되어 있고, 캐소드 단자는 인덕터 부하(LLoad)에 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)는 직류 차단 장치를 투입 또는 개방하기 위한 스위치이다.
제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 기계적 스위치 또는 반도체 스위치일 수 있다. 기계적 스위치로는 제어 회로에 사용되는 릴레이, 접촉기 등으로 구성할 수 있다. 반도체 스위치로는 트랜지스터(Transistor), 사이리스터(SCR), 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등으로 구성할 수 있다.
제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 일정한 시간차를 갖고 연결 또는 분리된다. 제1 스위치(SW1)와 제3 스위치(SW3)는 일정한 시간차를 갖고 연결 또는 분리된다. 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 시간차 없이 연결 또는 분리될 수 있다.
이하에서는 직류 차단 장치를 개방에서 투입으로 전환하는 과정을 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제2 스위치와 제3 스위치가 분리 상태에서 연결 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류 차단 장치의 최초 상태는 전류가 흐르지 않는 개방 상태이다. 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 분리 상태이다.
직류 차단 장치의 투입시 먼저 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 분리 상태에서 연결 상태로 전환된다. 이때, 제1 스위치(SW1)는 여전히 분리 상태이다.
직류 전원의 전류는 화살표 방향으로 흘러 커패시터(C)를 충전한다.
커패시터(C)는 완전 방전 상태에서 제2 스위치(SW2)의 연결 시점에서부터 커패시터(C)와 저항 부하(RLoad)의 값에 의해 정해진 시정수에 따라 충전된다.
도 3은 도 2에서 제1 스위치가 분리 상태에서 연결 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에서 커패시터의 전압이 방전된 이후 정상상태의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 스위치(SW1)가 연결 되면, 전류는 하부 화살표 방향으로 흘러 부하에 직류 전원이 공급된다.
이와 함께, 완전 충전된 커패시터(C)의 방전 전류는 상부 화살표 방향으로 해서 제1 저항(R1)으로 흐른다. 이에 따라, 커패시터(C)에 충전된 전압은 투입용 방전저항인 제1 저항(R1)을 통해 방전된다.
이와 같이, 아크 발생 없이 투입이 완료되어 부하에 정상적으로 전원을 공급할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 설정시간 후에 제1 스위치(SW1)가 연결 되는 것에 대하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 반대로 제1 스위치(SW1)가 먼저 연결 되고 설정시간 후에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 연결 될 수도 있다.
이하에서는 직류 차단 장치를 투입에서 개방으로 전환하는 과정을 설명한다.
도 5는 도 4에서 제1 스위치가 연결 상태에서 분리 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 직류 차단 장치를 투입에서 개방으로 전환할 때 먼저 제1 스위치(SW1)를 분리시킨다. 제1 스위치(SW1)가 분리될 때 전류는 커패시터(C)에 충전된다. 이때, 전류는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)로도 흐르지만, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 상대적으로 고저항이므로 대부분 커패시터(C)에 충전된다.
제1 스위치(SW1)가 분리되는 순간 커패시터(C)는 완전 방전 상태를 유지하므로 커패시터(C) 양단의 전압차는 O이고, 커패시터(C)와 병렬로 연결된 제1 스위치(SW1)의 양단에 인가되는 전압 역시 O이 된다. 이로 인해, 제1 스위치(SW1)가 분리되는 시점에 영전압 스위칭 상태가 되어 제1 스위치(SW1)의 분리 동작으로 인한 아크는 발생하지 않는다.
도 6은 도 5에서 제2 스위치와 제3 스위치가 연결 상태에서 분리 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 커패시터(C)에 전압이 완전 충전됨과 함께 제1 스위치(SW1)의 분리와 일정한 시간차를 갖고 분리되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)가 분리된다.
커패시터(C)의 충전 동작이 완료되면, 커패시터(C)를 통해 흐르는 전류는 0이 된다. 이와 같이, 커패시터(C)의 충전이 완료된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 분리된다. 제1 스위치(SW1)가 분리된 후 설정 시간이 경과한 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 분리된다. 설정 시간은 커패시터(C)의 충전 동작이 완료된 이후로 정해지므로 커패시터(C)의 충전 시정수를 기초로 하여 정해질 수 있다.
커패시터(C)의 충전이 완료된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 분리될 때, 커패시터(C)를 통한 전류 흐름이 없는 영전류 상태이다. 따라서, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)의 분리 시점에 영전류 스위칭 동작이 이루어져 아크 발생이 방지된다.
커패시터(C)의 충전이 완료되면, 커패시터(C)의 방전 전류는 상부의 화살표 방향으로 흐른다. 이로 인해 커패시터(C)의 충전된 전압은 개방 방전용 저항인 제2 저항(R2)을 통해 방전된다. 커패시터(C)는 초기 상태인 완전 방전 상태로 되돌아간다.
또한, 유도성 부하에서 발생한 역기전력은 커패시터(C)의 전압 상승에 대한 방지대책으로 커패시터(C)의 보호 역할을 하는 제2 다이오드(D2)에 의해 순환하여 해소된다(아래의 화살표 방향 참조).
이상과 같이, 개시된 발명은 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 일정한 시간차를 두고 동작하며, 투입 방전용 저항인 제1 저항(R1)과 개방 방전용 저항인 제2 저항과, 투입방전 및 공진 방지용 제1 다이오드(D1)와, 커패시터(C)를 제1 스위치(SW1)에 병렬로 회로 구성하고, 부하측 사이에 커패시터 전압의 상승을 방지하기 위해 환류 다이오드인 제2 다이오드(D2)를 적용함으로써 직류 차단 장치의 스위치 투입이나 개방시 아크 발생을 방지할 수 있어 아크 소호용의 아크 슈트 없이도 직류 차단 장치와 부하를 안전하게 보호할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 조작부의 사시도이고 도 8은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 조작부의 제1 상태 내지 제3 상태를 나타낸 도면이다.
개시된 발명의 직류 차단 장치는 사용자의 조작에 의해 제1 내지 제3 스위치를 함께 동작시키며, 전원의 연결 시 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결 되고, 전원의 분리 시 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리 되도록 하는 조작부(10)를 포함할 수 있다.
직류 차단 장치는 전술한 바와 같은 회로 구성을 포함하고, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 일정한 시간차를 두고 동작할 수 있도록 구성된 조작부(10)를 포함하여 사용자가 조작부(10)를 조작함으로써 세 개의 스위치(SW1, SW2, SW3)를 함께 동작시킬 수 있고, 직류 차단 장치의 스위치 투입이나 개방시 아크 발생을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면 조작부(10)는 사용자의 조작에 의해 회전축을 중심으로 제한된 범위에서 회전하는 손잡이부(100) 및 내부에 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 수용하는 바디부(600)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 내지 제3 스위치는 접점형 스위치를 제시하고 있지만, 제1 내지 제3 스위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 손잡이부(100)는 회전축(150)을 중심으로 제한된 범위에서 회전 가능하다.
직류 차단 장치는 사용자가 조작부(10)의 손잡이부(100)를 회전 조작하면, 손잡이부(100)의 회전에 따라 제1 내지 제3 스위치를 개폐할 수 있다. 즉 한 번의 동작으로 제1 내지 제3 스위치를 개폐할 수 있다.
조작부(10)는 전원의 연결 시 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결 되고, 전원의 분리 시 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리되도록 한다. 이를 통해 전술한 바와 같이 커패시터(C)의 충전 및 방전을 통해 직류 차단 장치의 스위치 투입이나 개방시 아크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
조작부(10)는 사용자의 조작에 의해 제1 상태(ST1), 제2 상태(ST2) 및 제3 상태(ST3)를 가질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 손잡이부(100)의 회전 각도에 따라 상기 제1 내지 제3 상태가 결정될 수 있다. 도 8에서는 손잡이부(100)가 회전 범위 내의 중심에 위치하는 경우가 제2 상태이고, 손잡이부(100)가 반시계 방향으로 회전한 경우가 제1 상태이고, 손잡이부(100)가 시계 방향으로 회전한 경우가 제3 상태이다. 예를 들어, 손잡이부(100)가 45°범위에서 회전 가능할 때, 반시계 방향 회전 한계 상태가 제1 상태이고, 제1 상태에서 시계방향으로 22.5° 회전한 상태가 제2 상태이고, 제1 상태에서 시계방향으로 45° 회전한 상태가 제3 상태일 수 있다.
제1 상태에서는 제2 상태를 거쳐 제3 상태로 전환되고, 제3 상태에서는 제2 상태를 거쳐 제1 상태로 전환될 수 있다. 즉 제1 상태에서 제3 상태로 전환되기 위해서는 중간에 제2 상태를 거쳐야 하고, 반대로 제3 상태에서 제1 상태로 전환되기 위해서도 중간에 제2 상태를 거쳐야만 한다.
도 9는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제1 스위치 내지 제3 스위치의 개폐 상태를 나타내는 표이다.
도 9의 표를 참조하면 제1 상태에서 제1 내지 제3 스위치는 모두 분리 된다. 즉 제1 상태는 직류 차단 장치가 직류전원을 차단하고 있는 상태이다.
제3 상태에서 제1 내지 제3 스위치는 모두 연결 된다. 즉, 제3 상태는 직류 차단 장치가 직류전원을 연결하고 있는 상태이다.
제2 상태에서 제1 스위치(SW1)는 분리 되고 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 연결 된다. 제2 상태는 제1 상태에서 제3 상태로 전환되거나, 반대로 제3 상태에서 제1 상태로 전환되는 중간 단계로서, 제2 상태에서는 제1 스위치(SW1)와 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)의 개폐 상태에 차이가 있다.
이와 같이 제2 상태에서 제1 스위치(SW1)와 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)의 개폐 상태에 차이를 둠으로써 사용자가 조작부(10)를 조작할 때 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)와 제1 스위치(SW1)가 순차적으로 개폐될 수 있도록 한다.
예를 들어, 전원의 연결 시 조작부(10)는 제1 상태에서 제2 상태를 거쳐 제3 상태로 전환된다. 제1 상태에서 제1 내지 제3 스위치는 모두 분리되어 있다. 이후, 제2 상태로 전환되는 경우 제1 스위치(SW1)는 여전히 분리되어 있으나 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)는 연결된다. 즉, 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)가 제1 스위치(SW1)보다 먼저 연결되는 것이다. 이후, 제3 상태로 전환되는 경우 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)는 연결된 상태를 유지하고, 제1 스위치(SW1)가 더 연결된다. 즉 조작부(10)가 제1 상태에서 제2 상태를 거쳐 제3 상태로 전환되면 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결된다.
반대로 전원의 분리 시 조작부(10)는 제3 상태에서 제2 상태를 거쳐 제1 상태로 전환된다. 제3 상태에서 제1 내지 제3 스위치는 모두 연결되어 있다. 이후, 제2 상태로 전환되는 경우 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)는 여전히 연결되어 있으나 제1 스위치(SW1)는 분리된다. 즉, 제1 스위치(SW1)가 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)보다 먼저 분리되는 것이다. 이후, 제3 상태로 전환되는 경우 제1 스위치(SW1)는 분리된 상태를 유지하고, 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)가 더 분리된다. 즉 조작부(10)가 제3 상태에서 제2 상태를 거쳐 제1 상태로 전환되면 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리된다.
한편 조작부(10)는, 손잡이부(100)의 회전 각도에 따라 제1 스위치(SW1)의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제1 가압부(250); 손잡이부(100)의 회전 각도에 따라 제2 스위치(SW2)의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제2 가압부(250); 및 손잡이부(100)의 회전 각도에 따라 제3 스위치(SW3)의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제3 가압부(350);를 포함할 수 있다.
조작부(10)는 제1 내지 제3 가압부(150, 250, 350)를 통해 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)의 접점을 접촉 또는 분리시켜 스위치의 개폐를 제어할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제1 스위치의 개폐 상태를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면 제1 스위치(SW1)는 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b); 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b)에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제1 가동단자(230); 및 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b)가 전기적으로 서로 연결되도록 제1 가동단자(230)를 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b) 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제1 탄성부재(240);를 포함할 수 있다.
제1 가압부(250)는 손잡이부(100)의 회전에 따라 제1 가동단자(230)를 가압하는 제1 가압캠(255)을 포함할 수 있다. 도 10을 참조하면 제1 가압캠(255)은 손잡이부(100)와 회전축(150)을 통해 연결되고 손잡이부(100)의 회전에 따라 같이 회전한다. 제1 가압캠(255)은 회전에 따라 제1 가동단자(230)를 가압하거나 가압하지 않는 형상을 가질 수 있다.
제1 가압캠(255)은 제1 가동단자(230)를 가압하여 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b)가 전기적으로 분리되도록 할 수 있다. 즉 제1 가압캠(255)이 제1 가동단자(230)을 가압하는 경우 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b)가 전기적으로 분리되어 제1 스위치(SW1)는 개방되고, 제1 가압캠(255)이 제1 가동단자(230)를 가압하지 않는 경우 제1 탄성부재(240)에 의해 제1 기동단자(230)가 한 쌍의 제1 고정단자(210a, 210b)를 전기적으로 연결시켜 제1 스위치(SW1)는 연결된다.
제1 가압캠(255)은, 조작부(10)가 제1 상태 및 제2 상태일 때 제1 가동단자(230)를 가압하고 제3 상태일 때 가압을 해제하는 형상을 가질 수 있다. 도 10에는 이와 같은 제1 가압캠(255)의 형상의 일례가 도시되어 있다.
도 11은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 제2 스위치 및 제3 스위치의 개폐 상태를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면 제2 스위치(SW2)는 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b); 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b)에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제2 가동단자(330); 및 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b)가 전기적으로 서로 연결되도록 제2 가동단자(330)를 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b) 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제2 탄성부재(340);를 포함할 수 있다.
제2 가압부(350)는 손잡이부(100)의 회전에 따라 제2 가동단자(330)를 가압하는 제2 가압캠(355)을 포함할 수 있다. 도 11을 참조하면 제2 가압캠(355)은 손잡이부(100)와 회전축(150)을 통해 연결되고 손잡이부(100)의 회전에 따라 같이 회전한다. 제2 가압캠(355)은 회전에 따라 제2 가동단자(330)를 가압하거나 가압하지 않는 형상을 가질 수 있다.
제2 가압캠(355)은, 제2 가동단자(330)를 가압하여 한 쌍의 제2 고정단자(210a, 210b)가 전기적으로 분리되도록 할 수 있다. 즉 제2 가압캠(355)이 제2 가동단자(330)을 가압하는 경우 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b)가 전기적으로 분리되어 제2 스위치(SW2)는 개방되고, 제2 가압캠(355)이 제2 가동단자(330)를 가압하지 않는 경우 제2 탄성부재(340)에 의해 제2 기동단자(330)가 한 쌍의 제2 고정단자(310a, 310b)를 전기적으로 연결시켜 제2 스위치(SW2)는 연결된다.
제2 가압캠(355)은, 조작부(10)가 제1 상태일 때 제2 가동단자(330)를 가압하고 제2 상태 및 제3 상태일 때 가압을 해제하는 형상을 가질 수 있다. 도 11에는 이와 같은 제2 가압캠(355)의 형상의 일례가 도시되어 있다.
한편 제3 스위치(SW3)는 전술한 제2 스위치(SW2)와 동일한 구성을 포함할 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 한 쌍의 제3 고정단자(410a, 410b); 한 쌍의 제3 고정단자(410a, 410b)에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제3 가동단자(430); 및 한 쌍의 제3 고정단자(410a, 410b)가 전기적으로 서로 연결되도록 제3 가동단자(430)를 한 쌍의 제3 고정단자(410a, 410b) 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제3 탄성부재(440);를 포함할 수 있다.
제3 가압부(450)는 손잡이부(100)의 회전에 따라 제3 가동단자(430)를 가압하는 제3 가압캠(455)을 포함할 수 있다. 제3 가압캠(455)의 상세한 구조와 역할은 전술한 제2 가압캠(355)과 동일하다.
상기와 같은 구조에 의해 사용자는 손잡이부(100)의 조작을 통해 제1 스위치 내지 제3 스위치를 모두 개폐할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 조작부의 상태에 따른 탄성부재의 변형 상태를 나타낸 도면이다.
조작부(10)는, 조작부(10)가 제2 상태인 경우 제1 상태 또는 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부(500);를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면 탄성력제공부(500)는 탄성부재(540); 및 손잡이부(100)의 회전 각도에 따라 탄성부재(540)의 변형을 유도하는 탄성가압부(550);를 포함할 수 있다. 탄성가압부(550)는 조작부가 제1 상태 및 제3 상태일 때보다 제2 상태일 때 탄성부재(540)의 변형이 더 커지도록 유도하고, 탄성부재(540)는 조작부가 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공할 수 있다.
탄성가압부(550)는 손잡이부(100)의 회전에 따라 회전하는 가압캠(555)을 포함하고, 가압캠(555)은 조작부(10)가 제2 상태일 때 탄성부재(540)의 변형이 가장 크도록 가압하는 형상을 가질 수 있다. 도 12에는 이와 같은 가압캠(555)의 형상의 일례가 도시되어 있다.
조작부(10)는 제2 상태인 경우 제1 상태 또는 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부(500)를 포함할 수 있다. 따라서 제1 상태에서 제3 상태로 전환되는 도중에 제2 상태에서 멈춤 현상 없이 제3 상태로 신속하게 전환될 수 있도록 할 수 있다. 반대로 제3 상태에서 제1 상태로 전환되는 도중에 제2 상태에서 멈춤 현상 없이 제1 상태로 신속하게 전환될 수 있도록 할 수 있다.
탄성가압부(550)는 가압캠(555)과 탄성부재(540) 사이에 배치되어 가압캠(555)의 회전에 따라 탄성부재(540)를 가압하는 가압전달부재(560)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 가압캠(555)은 도 12에 도시된 바와 같이 세 개의 돌출부를 구비할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 제2 상태에서는 중앙의 돌출부에 의해 가압전달부재(560)가 하측으로 눌려 탄성부재(540)가 변형되고, 제1 상태 및 제3 상태에서는 중앙의 돌출부와 양 측의 돌출부 사이에 형성되는 오목부에 가압전달부재(560)가 위치하여 조작부(10)의 각도가 고정되고, 미리 정해진 각도를 벗어나 회전하는 것을 방지할 수 있다.
가압전달부재(560)는 가압캠(555)과의 접촉부위에 가압전달부재(560)와 가압캠(555) 사이의 마찰을 감소시키는 제1 회전부재(565);를 포함할 수 있다. 도 12를 참조하면 가압전달부재(560)는 탄성부재(540)에 의해 상측으로 탄성력을 받고 있기 때문에 회전하는 가압캠(555)과의 접촉부위에 높은 압력이 가해질 수 있다. 이와 같은 압력에 의한 마찰력은 가압캠(555)의 형상에도 불구하고 가압캠(555)이 회전 중 제2 상태에서 정지할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 가압전달부재(560)는 가압캠(555)과의 접촉부위에 제1 회전부재(565)를 구비하여 마찰을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 제1 회전부재(565)는 볼 또는 롤러일 수 있다.
한편 제2 상태에서와 같이 가압캠(555)이 탄성부재(540)를 변형시키는 경우 상측으로 탄성부재(540)에 의한 반력을 받게 된다. 이 때 반력에 의해 가압캠(555)이 상측의 바디부(600) 내벽과 접촉하여 마찰력이 발생할 수 있다. 이와 같은 마찰력에 의해 가압캠(555)이 회전 중 제2 상태에서 정지하는 것을 방지하기 위하여 탄성가압부(550)는 가압캠(555)과 바디부(600) 내벽 사이에 마련되는 제2 회전부재(556)를 포함할 수 있다. 제2 회전부재(556)는 볼롤러, 링, 볼플런저 등 탄성력을 제공하여 가압캠(555)과 바디부(600) 내벽이 직접 접촉하는 것을 방지하면서 마찰력을 감소시킬 수 있는 구성을 포함할 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 제1 내지 제3 스위치 및 탄성부재의 배치를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 손잡이부(100)의 회전축(150) 방향 일측(도 13의 상측)에 제2 가압부(350)가 배치되고, 손잡이부(100)의 회전축(150) 방향 타측(도 13의 하측)에 제3 가압부(450)가 배치되고, 제2 가압부(350)와 제3 가압부(450)의 사이에 제1 가압부(250)가 배치될 수 있다.
이와 같은 배치에 의해 손잡이부(100)의 일측에서부터 제2 가압부(350), 제1 가압부(250) 및 제3 가압부(450)가 순서대로 배치된다. 이에 따라 손잡이부(100)의 일측에서부터 제2 스위치(SW2), 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 순서대로 배치되어 상기 바디부(600) 내부에 수용될 수 있다.
전술한 바와 같이 조작부(10)가 제2 상태일 때. 제1 스위치(SW1)는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)와 다른 거동을 나타낸다. 한편 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 제1 상태 내지 제3 상태일 때 모두 동일한 거동을 나타낸다. 따라서 회전축(150)의 양 측에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 배치되고 그 사이에 제1 스위치(SW1)가 배치됨으로써 대칭적인 움직임을 구현할 수 있다. 이와 같이 배치된 스위치들이 대칭적으로 움직임으로써 거동을 통해 가해지는 힘 또한 대칭적으로 나타나 힘의 불균형으로 인한 뒤틀림을 최소화할 수 있다.
한편 도 13을 참조하면 조작부(10)는 두 개의 탄성력제공부(500);를 포함할 수 있다. 탄성력제공부(550)는 전술한 바와 같이 탄성부재(540) 및 탄성가압부(550)를 포함할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이 제1 가압부(250)와 제2 가압부(350) 사이 및 제1 가압부(250)와 제3 가압부(450) 사이에 각각 한 개의 탄성가압부(550)가 배치될 수 있다. 즉, 손잡이부(100)의 일측에서부터 제2 가압부(350), 탄성가압부(550a), 제1 가압부(250), 탄성가압부(550b) 및 제3 가압부(450)가 순서대로 배치된다.
이와 같이 두 개의 탄성력제공부(500)를 통해 탄성력을 제공 받는 경우 균형으로 탄성력을 제공받아 손잡이부(100)의 조작 시 힘의 불균형으로 인한 뒤틀림을 최소화 할 수 있다.
전술한 바와 같이 개시된 발명은 주 스위치인 제1 스위치(SW1)가 개폐시 전류가 커패시터(C)를 통해 바이패스 되는 효과를 이용하여 직류를 아크 없이 차단할 수 있다.
그러나 커패시터(C)가 순간적인 서지 혹은 기계적인 충격, 오염, 수분 등의 외란으로 소손되는 경우 직류차단에 실패할 우려가 있다.
따라서, 개시된 발명은 커패시터(C) 소손의 경우에도 발생하는 아크를 차단하기 위한 아크 방지 구조을 포함하여 안전사고를 방지할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 직류 차단 장치에 포함된 영구자석을 이용한 아크 방지 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 제2 스위치(SW2)의 아크 방지 구조는 제3 스위치(SW3)에도 동일하게 적용될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 제2 스위치(SW2)에 대해서만 서술하도록 한다.
도 14를 참조하면 제2 가동단자(330)는 한 쌍의 제2 고정단자(310a)(310b) 사이로 돌출되어 배치되고 제2 가압부(350)의 제2 가압캠(355)과 접촉하여 제2 가동단자(330)에 가압력을 전달하는 제2 종동절(335);을 포함할 수 있다.
제2 종동절(335)은 제2 가압캠(355)이 회전함에 따라 상하로 이동하면서 제2 가동단자(330)를 상하로 이동시킨다. 제2 가동단자(330)는 이와 같은 상하 이동에 따라 한 쌍의 제2 고정단자(310a)(310b)와 접촉하거나 분리되어 제2 스위치(SW)가 연결 또는 분리될 수 있다.
한편, 제2 스위치(SW2)는 제2 스위치(SW2)의 접점에 자기장을 형성하는 제2 영구자석(370)을 포함할 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 한 쌍의 제2 고정단자(310a)(310b)와 제2 가동단자(330) 사이에 각각 접점이 존재하므로 한 쌍의 영구자석(370a)(370b)을 포함할 수 있다. 이와 같은 한 쌍의 영구자석(370a)(370b)은 각각의 접점에 자기장을 형성할 수 있다.
제2 영구자석(370)은 미리 정해진 전류 방향으로 전류가 흐를 때 제2 스위치(SW2)의 접점에서 형성될 수 있는 아크가 제2 종동절(335)로부터 멀어지는 방향으로 밀어내도록 자기장을 형성할 수 있다.
도 15a는 한 쌍의 제2 고정단자 중 하나의 제2 고정단자(310a)의 모습을 나타낸다. 도 15a에 도시된 접점에서는 제2 고정단자(310a)에서 제2 가동단자(300) 방향으로 전류(I)가 흐른다. 이 때, 영구자석(370a)은 도시된 바와 같은 방향의 자기장(B)을 형성하여 접점에서 형성될 수 있는 아크가 제2 종동절(335)의 반대쪽, 즉 제2 가동단자(330)의 외측으로 밀어낼 수 있다.
한편, 도 15b는 한 쌍의 제2 고정단자 중 다른 하나의 제2 고정단자(310b)의 모습을 나타낸다. 도 15b에 도시된 접점에서는 반대로 제2 가동단자(300)에서 제2 고정단자(310b) 방향으로 전류(I)가 흐른다. 이 때, 영구자석(370b)은 도시된 바와 같은 방향의 자기장(B)을 형성하여 접점에서 형성될 수 있는 아크가 제2 종동절(335)의 반대쪽, 즉 제2 가동단자(300)의 외측으로 밀어낼 수 있다.
한편, 제2 고정단자(310a)(310b)는 형성된 아크가 밀어내지는 방향에 위치하는 금속판(315a)(315b)을 포함할 수 있다. 이와 같은 금속판(315a)(315b)은 제2 고정단자(310a)(310b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 금속판(315a)(315b)은 제2 고정단자(310a)(310b)의 일부로 구성될 수 있다.
이와 같이 아크가 밀어내지는 방향에 금속판(315a)(315b)이 위치함으로써 아크가 차단된다.
이처럼 미리 정해진 전류 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 아크가 제2 종동절(335)로부터 멀어지는 방향, 즉 제2 가동단자(330)의 외측으로 밀어내져 차단된다. 반면, 스위치의 연결이 반대로 되는 등 반대 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 아크가 제2 종동절(335)의 방향으로 밀어내진다.
이와 같이 전류가 반대 방향으로 흐르는 경우에 대비하기 위하여 제2 종동절(335)은 절연체로 형성될 수 있다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이 제2 고정단자(310a)(310b)의 접점에는 미리 정해진 전류 방향과 반대 방향으로 전류가 흐를 때 접점에서 형성될 수 있는 아크가 제2 종동절(335)의 일측으로 어긋나 밀어내지도록 유도하는 런너(316a)(316b);가 형성되어 있을 수 있다.
도 16에 도시된 실시예에서는 아크가 제2 종동절(335)을 향해 우측으로 어긋나게 밀어내지도록 런너(316a)(316b)가 형성되어 있다. 즉 하나의 제2 고정단자(310a)에 형성된 런너(316a)는 제2 종동절(335) 방향으로 밀어내지는 아크가 우측으로 어긋나게 밀어내지도록 형성된다. 이에 따라 아크는 도 16의 전면측으로 어긋나게 밀어내진다. 한편 다른 하나의 제2 고정단자(310b)에 형성된 런너(316b)는 제2 종동절(335) 방향으로 밀어내지는 아크가 우측으로 어긋나게 밀어내지도록 형성된다. 이에 따라 아크는 도 16의 후면측으로 어긋나게 밀어내진다.
즉, 한 쌍의 제2 고정단자(310a)(310b)의 런너(316a)(316b)는 각각 반대되는 방향으로 아크가 밀어내지도록 유도하게 된다. 이처럼 영구자석(370a)(370b)과 런너(316a)(316b)은 접점에서 서로 반대되는 방향으로 아크를 밀어내도록 함으로써 아크의 길이를 늘려 차단하게 된다.
개시된 실시예에 따른 직류 차단 장치는 캐퍼시터(C)를 포함하여 구성된 회로를 통해 스위치의 개폐시 전류가 커패시터(C)를 통해 바이패스 되는 효과를 이용하여 직류를 아크 없이 차단할 수 있고, 커패시터(C)가 소손되는 경우에도 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)에 마련된 영구자석을 이용한 아크 방지 구조를 통해 아크를 차단하여 스위치 개폐의 안정성을 높일 수 있게 된다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 개시된 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 개시된 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 조작부
100: 손잡이부 150: 회전축
210a, 210b: 제1 고정단자 230: 제1 가동단자
240: 제1 탄성부재 250: 제1 가압부
255: 제1 가압캠 310a, 310b: 제2 고정단자
315a, 315b: 금속판 316a, 316b: 런너
330: 제2 가동단자 335: 제2 종동절
340: 제2 탄성부재 350: 제2 가압부
355: 제2 가압캠 370: 제2 영구자석
410a, 410b: 제3 고정단자 415a, 415b: 금속판
416a, 416b: 런너 430: 제3 가동단자
435: 제3 종동절 440: 제3 탄성부재
450: 제3 가압부 455: 제3 가압캠
470: 제3 영구자석 500: 탄성력제공부
540: 탄성부재 550: 탄성가압부
555: 가압캠 556: 제2 회전부재
560: 가압전달부재 565: 제1 회전부재
600: 바디부

Claims (16)

  1. 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서,
    상기 회로는, 상기 직류전원과 상기 부하 사이에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1); 상기 제1 스위치(SW1)에 직렬 연결되되, 상기 직류전원의 일 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)에 타측 단자에 연결된 제2 스위치(SW2); 상기 직류전원의 반대 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 부하에 타측 단자가 연결된 제3 스위치(SW3); 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1); 및 상기 제1 다이오드(D1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C);를 포함하고,
    상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고,
    사용자의 조작에 의해 상기 제1 내지 제3 스위치를 함께 동작시키며, 상기 직류전원의 연결 시 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 먼저 연결 되고 상기 제1 스위치(SW1)가 나중에 더 연결 되고, 상기 직류전원의 분리 시 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 분리 되고 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 나중에 더 분리 되도록 하는 조작부;를 포함하는 직류 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로는,
    상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1);
    상기 제1 저항(R1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항(R2); 및
    상기 부하에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하는 제2 다이오드(D2);를 더 포함하는 직류 차단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조작부는 사용자의 조작에 의해 제1 상태, 제2 상태 및 제3 상태를 가지고,
    상기 제1 상태에서는 상기 제2 상태를 거쳐 상기 제3 상태로 전환되고, 상기 제3 상태에서는 상기 제2 상태를 거쳐 상기 제1 상태로 전환되고,
    상기 제1 상태에서 상기 제1 내지 제3 스위치는 모두 분리 되고,
    상기 제2 상태에서 상기 제1 스위치(SW1) 는 분리 되고 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)는 연결 되고,
    상기 제3 상태에서 상기 제1 내지 제3 스위치는 모두 연결 되는 직류 차단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조작부는,
    상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부;를 포함하는 직류 차단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 스위치는 접점형 스위치이고,
    상기 조작부는,
    사용자의 조작에 의해 회전축을 중심으로 회전하는 손잡이부;
    상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제1 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제1 가압부;
    상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제2 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제2 가압부; 및
    상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제3 스위치의 접점이 접촉 또는 분리되도록 하는 제3 가압부;를 포함하고,
    상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 제1 내지 제3 상태가 결정되는 직류 차단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조작부는,
    상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 탄성력제공부;를 포함하고,
    상기 탄성력제공부는 탄성부재; 및 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 탄성부재의 변형을 유도하는 탄성가압부;를 포함하고,
    상기 탄성가압부는 상기 조작부가 상기 제1 상태 및 상기 제3 상태일 때보다 상기 제2 상태일 때 상기 탄성부재의 변형이 더 커지도록 유도하고,
    상기 탄성부재는 상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 직류 차단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 회전하는 가압캠;을 포함하고,
    상기 가압캠은 상기 조작부가 상기 제2 상태일 때 상기 탄성부재의 변형이 가장 크도록 가압하는 형상을 갖는 직류 차단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄성가압부는 상기 가압캠과 상기 탄성부재 사이에 배치되어 상기 가압캠의 회전에 따라 상기 탄성부재를 가압하는 가압전달부재;를 더 포함하고,
    상기 가압전달부재는 상기 가압캠과의 접촉부위에 상기 가압전달부재와 상기 가압캠 사이의 마찰을 감소시키는 제1 회전부재;를 포함하는 직류 차단 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탄성가압부는,
    내부에 상기 제1 스위치(SW1), 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기제3 스위치(SW3)를 수용하는 바디부 내벽과 상기 가압캠 사이에 마련되어 상기 가압캠과 상기 바디부 내벽 사이의 마찰력을 감소시키는 제2 회전부재;를 더 포함하는 직류 차단 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 손잡이부의 회전축 방향 일측에 상기 제2 가압부가 배치되고,
    상기 손잡이부의 회전축 방향 타측에 상기 제3 가압부가 배치되고,
    상기 제2 가압부와 상기 제3 가압부의 사이에 상기 제1 가압부가 배치되는 직류 차단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조작부는,
    상기 조작부가 상기 제2 상태인 경우 상기 제1 상태 또는 상기 제3 상태로 전환되도록 탄성력을 제공하는 두 개의 탄성력제공부;를 포함하고,
    상기 탄성력제공부는,
    탄성부재; 및 상기 손잡이부의 회전 각도에 따라 상기 탄성부재의 변형을 각각 유도하는 탄성가압부;를 포함하고,
    상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부 사이 및 상기 제1 가압부와 상기 제3 가압부 사이에 각각 한 개의 탄성가압부가 배치되는 직류 차단 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 한 쌍의 제1 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제1 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제1 가동단자;를 포함하고,
    상기 제2 스위치는 한 쌍의 제2 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제2 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제2 가동단자;를 포함하고,
    상기 제3 스위치는 한 쌍의 제3 고정단자; 및 상기 한 쌍의 제3 고정단자에 접점을 통해 각각 접촉 또는 분리되는 제3 가동단자;를 포함하고,
    상기 제1 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제1 가동단자를 가압하는 제1 가압캠을 포함하고,
    상기 제2 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제2 가동단자를 가압하는 제2 가압캠을 포함하고,
    상기 제3 가압부는 상기 손잡이부의 회전에 따라 상기 제3 가동단자를 가압하는 제3 가압캠을 포함하는 직류 차단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 가압캠은,
    상기 조작부가 제1 상태 및 제2 상태일 때 상기 제1 가동단자를 가압하고 제3 상태일 때 가압을 해제하고,
    상기 제2 가압캠 및 상기 제3 가압캠은,
    상기 조작부가 제1 상태일 때 상기 제2 가동단자 및 상기 제3 가동단자를 각각 가압하고 제2 상태 및 제3 상태일 때 가압을 해제하는 직류 차단 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 한 쌍의 제1 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제1 가동단자를 상기 한 쌍의 제1 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제1 탄성부재를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치는 상기 한 쌍의 제2 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제2 가동단자를 상기 한 쌍의 제2 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제2 탄성부재를 더 포함하고,
    상기 제3 스위치는 상기 한 쌍의 제3 고정단자가 전기적으로 서로 연결되도록 상기 제3 가동단자를 상기 한 쌍의 제3 고정단자 방향으로 밀어내는 탄성력을 가하는 제3 탄성부재를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 가압캠은,
    각각 상기 제1 내지 제3 가동단자를 가압하여 상기 한 쌍의 제1 내지 제3 고정단자가 각각 전기적으로 분리되도록 하는 직류 차단 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 상기 제2 스위치의 접점에 자기장을 형성하는 제2 영구자석;을 포함하고,
    상기 제2 가동단자는 상기 한 쌍의 제2 고정단자 사이로 돌출되어 배치되고 상기 제2 가압캠과 접촉하여 상기 제2 가동단자에 가압력을 전달하는 제2 종동절;을 포함하고,
    상기 제2 영구자석은 미리 정해진 전류 방향으로 전류가 흐를 때 상기 제2 스위치의 접점에서 형성될 수 있는 아크가 상기 제2 종동절로부터 멀어지는 방향으로 밀어내도록 자기장을 형성하고,
    상기 제2 고정단자는 형성된 상기 아크가 밀어내지는 방향에 위치하는 금속판을 포함하는 직류 차단 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 종동절은 절연체로 형성되고,
    상기 제2 고정단자의 접점에는 미리 정해진 전류 방향과 반대 방향으로 전류가 흐를 때 상기 접점에서 형성될 수 있는 아크가 상기 제2 종동절의 일측으로 어긋나게 밀어내지도록 유도하는 런너;가 형성되어 있고,
    상기 한 쌍의 제2 고정단자의 런너는 각각 반대되는 방향으로 아크가 밀어내지도록 유도하는 직류 차단 장치.
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