KR890001721B1 - 회로 차단기용 트립 어셈블리 - Google Patents

회로 차단기용 트립 어셈블리 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

회로 차단기용 트립 어셈블리
제 1 도는 본 명세서에서 고찰한 형태의 일차(primary)회로 차단기를 도시한 측면도.
제 2 도는 온도 제어 소자의 한 형태를 도시한 사시도.
제 3 도는 온도 제어 소자의 다른 형태를 도시한 사시도.
제 4 도는 온도 제어 소자의 또 다른 형태를 도시한 사시도.
제 5 도는 온도 제어 소자의 다른 형태를 도시한 사시도.
제 6 도는 자석 부재를 도시한 사시도.
제 7 도는 저온 소자를 통과하는 자속선( flux line)들을 나타내는 자석 부재를 도시한 단부도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 일차 회로 차단기 12 : 프레임(frame) 또는 기부(base)
14 : 소호 어셈블리(arc extinguishing assembly)
16 : 감온성 트립 어셈블리(temperature responsive trip assembly)
18 : 래치(latch) 어셈블리
20, 22 , 58 : 도선 21 : 고정 접점
23 : 도전성 로드(rod) 24 : 레버 암(lever arm)
26 ,52 : 핀(pin) 28, 36 , 62 : 스프링(spring)
30 : 작동 핸들(handle) 32 : 크랭크 축 (crank shaft)
34 : 제 2U-형 레버 암 38 : 요우크(yoke)
42 : 트립 레버 46 : 플랜지(flange)
50 : 벨(bell)크랭크 54 : 자석 부재
70, 72, 74, 76 및,78 : 단자 80 : 극편(pole piece)
82 : 세라믹(ceramic) 영구자석
본 발명은 회로 차단기용 트립 어셈블리에 관한 것이다. 변압기 회로 차단기를 트립핑(tripping)하는데 필요한 과전류 보호 장치는 약간의 과전류 상태에 응답할 수 있고 주요한 고장이 발생할 때 짧은 시간 동안 비교적 높은 전류를 견딜 수 있도록 비교적 넓은 응답 범위를 가져야 한다. 예를 들어, 일차 차단기는 5내지 10 암페어(ampere)정도로 낮은 전류를 차단시키는 것이라 할 수 있고, 10 내지 100msec 동안 1500 내지 2000 암페어의 일차 고장 전류에 견딜 수 있어야 한다. 과전류 감지기는 변압기 오일(oil) 주변 온도와 이 장치를 통해 흐르는 전류에 응답해야 한다. 본 발명의 출원인이 "일차 회로 차단기"란 명칭으로 1983년 4월 26일자 출원한 대한민국 특허출원 제83-1757호에는 변압기의 일차 권선에 접속되어 고장 전류와 과부하 상태 하에서 일차회로를 차단하는 일차 회로차단기에 대해 기술되어 있다.
이 회로 차단기는 일차 회로 내의 고장 전류로 인한 온도의 증가 뿐만 아니라 과부하 또는 초기(incipient) 고장으로 인한 절연 오일의 온도 증가에 응답하는 온도 감지 장치를 갖추고 있었다. 이 회로 차단기는 의도된 목적에 만족스럽게 실행되었지만, 회로 차단기의 응답 특성을 제어하기 위해 더욱 정확한 회로차단기 감온 장치가 필요하게 되었다.
본 출원서 내에는 회로 차단기를 동작시키는 정상 전류에 대한 적당한 위치에 스프링 부하 래치를 유지시키도록 특정항 낮은 퀴리(Curie)온도 합금으로 된 영구 자석을 결합하는 감온성자기(magnetic) 제어 스위치에 대해 기술되어 있다. 이 특정한 합금 소자는 직류가 이 소자를 통해 흐름으로써 발생되는 열 또는 변압기 오일의 주변 온도로 인한 온도 상승에 응답한다. 특정한 합금은 이 합금의 자기 투과도(magnetic permeability)가 거의 완전히 없어지므로 자석 및 래치를 떼어 놓는 선정된 온도에 응답하도록 만들어질 수 있다.
양호한 실시예에서는, 약 32% 니켈(nickel)을 갖고 있는 니켈-철 합금이 이 소자을 위해 사용된다. 이 합금은 온도 상태내의 변화들이 과전류로 인한 것인지 또는 변압기의 과부하에 관련된 높은 주변 온도로 인한 것이든지 간에 이러한 변화들에 매우 정확히 응답한다. 이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제 1 도에 도시한 바와 같이, 본 명세서에서 고찰한 형태의 일차 회로 차단기(10)은 프레임 또는 기부(12), 소호 어셈블리(14), 감온성 트립 어셈블리(16) 및 래치 어셈블리(18)을 포함한다. 이 회로 차단기는 도선(22)에 의해 변압기 일차 권선과 직렬로 접속되고 도선(20)에 의해 전원에 접속된다. 이 도선(20)은 소호 어셈블리(14)내에 제공된 고정 접점(21)에 접속된다. 일차 회로는 도선 (58)에 접속되고 어셈블리(14)내에 배치된 접점(21)과 결합하기 위해 장착된 도전성 로드(23)에 의해 개방 및 폐쇄된다. 이 로드(23)은 프레임(12)내의 핀(26)에 피보트식으로 장착되고 통상적으로 제 1 도에 도시한 바와 같이 스프링(28)에 의해 개방 위치로 바이어스(bias)되는 레버암(24)의 한 단부에 접속된다. 제 2U-형 레버 암(34)는 제 1 레버암(24)에 걸쳐지고 역시 핀(26)에 피보트식으로 장착된다.
이 회로 차단기는 프레임(12) 내에 피보트식으로 장착된 크랭크 축(32)에 접속된 작동 핸들(30)에 의해 수동으로 개방 및 폐쇄된다. 제 2 작동암(34)는 도전성 로드(23)을 개방 또는 폐쇄 위치로 이동시키도록 크랭크 축(32)에 장착된 요우크(38)에 접속된 스프링(36)에 의해 바이어스 된다.이 점에 관해서, 요우크(38)은 암(34)를 개방 위치로 바이어스시키기 위한 위치내에 도시되어 있다. 작동 핸들(30)을 시계 방향으로 회전시키면 , 고정 접점(21)에 대해 도전성 로드(23)을 폐쇄시키기 위한 방향으로 이동하도록 제 2 작동암(34)상의 스프링(36)의 바이어스를 역전시키는 피보트 지점(26)상의 한 위치로 요우크 (38)이 회전하게 된다.
도전성 로드(23)이 접촉 폐쇄 운동을 제 2 작동 암(34)와 함께 이동하도록 작동암(34)를 제 1 작동암(24)에 접속시키기 위한 수단이 제공된다. 이러한 수단은 핀(26)상에 피보트식으로 장착된 트립 레버(42)를 포함하는 래치 어셈블리(18)의 형태로 된다.
이 트립 레버는 제 2 작동 암(34)내의 개구를 통과하여 제 1 작동 암(24)상에 제공된 플랜지(46)을 결합시키는 로드(44)에 의해 제 1 작동 암(24)에 접속된다. 도전성 로드(23)이 고정 접점(21)과 결합하도록 제 2 작동 레버(34)의 역시계방향 피보트 운동은 로드(44)에 의해 제 1 작동 레버(24)로 전달된다. 로드(44)가 플랜지(46)과의 결합에서 해제되면, 스프링(28)은 로드(23)을 개방 위치로 바이어스시키게 된다.
본 발명에 따르면, 래치 어셈블리(18)의 해제는 트립 어셈블리(16)에 의해 제어된다. 이 어셈블리(16)은 피보트 운동을 하기 위해 핀(52)에 장착된 벨 크랭크(50), 이 벨 크랭크(50)상에 지지된 자석 부재(54) 및 프레임(12)에 장착된 감온소자(56)으로 구성된다. 이 소자(56)은 도선(22) 및 제 2 도선(58)에 의해 도전성 로드(23)과 직렬로 접속된다. 벨 크랭크(50)은 이 벨 크랭크의 작동 암(51)이 래치(46)으로부터 떨어져 로드(44)를 이동시키도록 트립 레버(42)와 결합하는 래치 해제 위치로 스프링(62)에 의해 바이어스된다. 벨 크랭크(50)은 자석부재(54)의 자기력 및 스프링(62)의 바이어스 대한 소자(56)에 의해 비작동 위치에 유지된다.
본 발명의 출원인의 동시 계속 출원 제371,776호에 기술된 바와 같이, 래치 어셈블리(18)의 해제를 제어하기 위한 자석과 낮은 퀴리 온도 소자의 결합 수단은 회로 차단기를 동작시키는 수단으로서 고려되었었다. 그러나, 니켈-합금 소자(56) 및 자석 부재(54)를 사용하므로써 매우 정확한 오도 제어가 달성 될 수 있다. 일반적으로, 이 합금들의 자기 포화도는 온도가 상승함에 따라 감속한다. 즉, 금속 격자(latice) 내의 열교환은 소자 내의 원자 모먼트(moment)밸열을 붕괴시키므로, 원자 모먼트가 임의적으로 배향되어 자석의 자기력을 중화(neutralize)시키는 퀴리 온도에 도달될 때까지 자화의 세기를 효율적으로 감소시킨다. 니켈-철 합금, 상세하게 말하자면 32.3% 니켈을 사용하여 실시된 실험에서, 유효 쿠리 온도는 200℃ 이하의 온도로 셋트(set)될 수 있다. 실제 트립-아웃(trip-out)온도는 부분품들의 평균 실제힘과 중량에 따라 변한다. 이 니켈-합금을 낮은 퀴리 온도 합금(32)물질이라고 부른다.
소자(56)에 대한 제 2 기준(criteria)은 이 소자가 전기 회로부분이기 때문에, 이 소장에 대한 절연체이다. 이 절연체(57)은 금속 소자에 필요한 간격을 최적화 하고 인접 부분품들 사이의 (전류 흐름으로 인한) 저전압에 필요한 약간의 절연을 제공하기 위해 최소 두께로 되어야 한다. 이 절연체의 두께는 최소로 되어야 하는데, 그 이유는 이 절연체가 지지력(holding force)을 상당히 감소시킬수 있는 자속 회로 내의 공극(air gap)으로서 작용하기 때문이다. 소자 상에서 구워 굳혀진 테플론(teflon) 코팅(coating)을 사용함으로써, 이 절연체의 두께는 2밀(mil) 내지 3밀로 유지될 수 있다. 또한, 폴리에스테르(polyester) 코팅도 효율적이라고 알려져 있는데, 이것의 두께는 1밀이다. 이 코팅은 자석 부재(54)의 접촉으로 인해 전류가 쇼트 아웃(short out)되지 않도록 소자의 측면 및 가장자리들 상에서 100%로 되어야 한다. 또한 절연 코팅은 소자를 단시간 고전류 가열하기 위한 열역학적 열전달 장벽(barrier)으로서 작용하고, 이것은 자석 부재가 방열기(heat sink)로서 작용하지 못하게 하고 시간 전류 특성을 변화시키지 못하게 한다.
트립 어셈블리 선택의 다른 고찰은 감온 소자(56)에 가장 적합한 자석 부재(54)의 형태이다. 제 6 도에 도시한 바와 같이, 자석 부재(54)는 자속을 소자(56)에 보내도록 세라믹 영구 자석(82)의 각각의 단부에 장착된 한 쌍의 극편(80)을 포함한다. 이 극편(80)의 단부(79)는 자석 부재(54)가 정상 동작하에서 최대 지지력을 제공하도록 래치된 위치에 있을 때 소자(56)을 결합시키기 위한 위치에서 자석(56)을 넘어 연장되어야 한다. 세라믹 자석(82)는 페라이트(ferrite)형 물질로 제조된다.
세라믹이 선택되었는데, 그 이유는 세라믹이 자기(porcelain)와 거의 동일한 물리적 특성을 갖고 있고, 높은 고유 보자력(coercive force)을 갖고 있으며, 어떤 종류의 감자력(demagnetzing force)에 견딜 능력을 갖고 있기 때문이다. 극편(80)의 하단부들을 소자(56)과 쇼트되는 것을 방지하기 위해 상술한 바와 같이 니스(varnish)로 된 절연 코팅(81)로 코팅된다. 또한 , 극편(80)은 소자(56)용으로 사용된 낮은 퀴리 온도 합금(32) 물질로 제조될 수 있다. 이 극편들이 합금(32) 물질로 제조되면, 이차 고장 상태하의 트립-아웃 온도는 자석이 일찍 해제되도록 낮아질 수 있다.
소자(56)과 부재(54)사이에 최대 지지력을 얻기 위해서, 소자의 유료 자속 투과도에 대해 고찰해야한다. 소자의 유효 자속 투과도는 1/8 내지 3/16인치(0.32cm 내지 0.48cm)인 것으로 정해져 있다. 소자(56)의 부수적인 두께는 자석의 지지력에 거의 영향을 미치지 않는다. 이것은 자석 부재(54)가 극편들 상의 절연코팅(81) 및 소자(56)상의 절연체에 의해서만 분리된 소자(56)에 근접하여 도시되어 있는 제 7 도에서 알 수 있다. 자속선(84)는 소자(56)의 전체 두께의 유효 부분은 통과하는 것으로 도시되어 있다.
상기 파라메터(parameter)들이 결정되었을 때, 다수의 소자 형태들이 형성되어 효율적으로 사용되었다. 제 2 도에 도시한 제 1 실시예에서, 표면이 절연 코팅으로 덮혀 있는 얇은 니켈-철 합금 스트립(strip)인 소자(56A)는 한 단자(70)이 중앙에, 다른 단자(72)가 외측에 나선형(spiral)으로 감겨졌다. 이 배열은 자속선 마다 2개의 공극만을 갖고 있는 자석의 자속에 스트립의 가장자리를 제공하였다. 이 스트립의 가장자리는 자속의 최대 결합을 위해 자석에 평평하게 유지되는 것이 중요하다.
제 3 도에는 절연된 니켈-철 합금의 스트립이, 단자(74)가 한 단부에, 단자(76)이 다른 단부에 있는 장방 형을 형성하도록 한 가장자리의 전후에 접혀진 선택적인 소자(56B)가 도시되어 있다. 스트립의 가장자리들은 최대 지지력을 얻도록 자석 부재(54)의 표면에 평평하게 유지되었다.
제 5 도에는 절연된 니켈-철 합금의 스트립이 절반이 접혀져 나선형 외측상에 단자(7) 및 (0)으로 나선형으로 감겨진 소자(56C)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 스트립은 처음에 절반이 접혀진 다음, 나선형의 외부 표면상에 단자(7) 및 (0)을 제공하도록 나선형으로 감겨진다. 스트립의 가장자리들을 자석의 표면에 평평하게 된다.
매우 높은 암페어 정격들이 예상되는 경우에는, 제 4 도에 도시한 바와 같이 단일 고상(solid)니켈-철 합금 소자(56D)가 사용될 수 있다. 단자들은 일차 회로에 접속하기 위해 소자의 각 단부에 제공될 수 있다.
상기 배열에 의하면, 일차 회로 트립-아웃 시간은 일차 고장 전류 상태 하에서 소자(56)을 가열하는데 걸리는 시간에 의해 정해진다. 그러나, 이차 고장 시간 특성을 소자 및 자석 부재의 형태 뿐만 아니라 소자의 냉각 속도에 따라 변할 수 있다. 이 점에 관해서, 소자는 회로 차단기의 장시간 트립 전류 특성을 상승 시키도록 소자(56)내에서 증가된 가열을 지연시키기 위해 소자(56) 주위에 오일 플로우 시스템(oil flow system)을 제공함으로써 가열을 지연시키도록 냉각될 수 있다. 이것은 소자의 인접한 접혀진 부분들 사이에 작은 간격을 제공하고 소자(56)을 지지하는 상자(box) 내에 구멍을 냄으로써 달성 될 수 있다.

Claims (16)

  1. 액체가 채원진 전기 장치 내의 고장 및 과부하 상태에 응답하는 액침 가능한 일차 회로 차단기에 있어서, 장치 내의 액체 내에 장착되기에 적합한 프레임, 이 프레임에 장착된 제 1접점, 이 제 1 접점과 결합및 이탈하도록 장착된 제 2 접점, 제 1 접점으로부터 떨어져 제 2 접점을 바이어스시키도록 접속된 제 1 스프링 어셈블리, 제 2 접점을 제 1접점과 결합시키도록 바이어스시키는 제 1 위치와 제 2 접점을 제 1 접점으로부터 떨어져 바이어스시키는 제 2 위치 사이로 이동할 수 있는 제 2 스프링 어셈블리, 이 제 2스프링 어셈블리를 제 1 스프링 어셈블리에 작동 가능하게 접속시킴으로써 제 2 접점이 제 2 스프링 어셈블리의 위치에 응답하게 하는 래치로 구성되고, 특히 래치를 제 1 스프링 어셈블리로부터 해제시키기 위해 감온성 트립 어셈블리를 포함하여, 이 트립 어셈블리가 자석 부재 및 선정된 퀴리 온도를 갖고 있는 니켈-철 합금 소자를 포함함으로써 제 1 스프링 어셈블리가 고장 또는 과부하 상태에 응답하여 제 2 접점을 제 1 접점으로부터 떨어져 이동 시키는 것을 특징으로 하는 회로 차단기용 트립 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 합금 소자의 니켈 함량이 약 32%인 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 합금 소자가 단일 블럭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 합금 소자가 자석 부재에 의해 가장자리 결합을 하도록 배열된 물질의 스트립으로 형성되는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 스트립이 한 단자가 나선형 중앙에, 다른 단자가 나선형 외측에 있는 나선형으로 감겨지는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서, 스트립이 자석 부재를 결합시키기 위한 평면을 갖고 있고 각각의 단부에 단자를 갖고 있는 장방형으로 형성되도록 전후로 접혀지는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 스트립이 감겨지기 전에 절연체로 코팅되는것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  8. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 자석 부재가 자석 및 이 자석의 단부들 상에 장착되는 한쌍의 극편을 포함하는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 합금 소자에 인접한 극편의 표면부 상의 절연 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 합금 소자 상의 절연 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 트립 어셈블리.
  11. 약 200℃의 퀴리 온도를 제공하기에 충분한 니켈 함량을 갖고 있는 니켈-철 합금으로 형성되 블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 제어된 트립 장치를 갖고 있는 일차 회로 차단기용 감온 소자.
  12. 제 11항에 있어서, 합금 소자의 니켈 함량이 약 32%인 것을 특징으로 하는 소자.
  13. 약 32%의 니켈 함량을 갖고 있는 니켈-철 합금으로 형성된 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 제어된 트립장치를 갖고 있는 액침 가능한 일차 회로용 감온 소자.
  14. 제13항에 있어서, 스트립이 나선형으로 감겨지고, 자석 분재와 가장자리 결합을 하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 소자.
  15. 제13항에 있어서, 스트립이 자석 부재에 의해 결합하도록 배열된 스트립의 가장자리를 갖고 있는 장방형으로 형성 되도록 전후로 접혀지는 것을 특징으로 하는 소자.
  16. 제13항, 제14항 또는 제15항에 있어서, 스트립이 절연체로 코팅되는 것을 특징으로 하는 소자.
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