KR940002644B1

KR940002644B1 - 교류 전력 회로용 퓨즈

Info

Publication number: KR940002644B1
Application number: KR1019860005793A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 크리스토퍼 오크스
Original assignee: 멀린 게린 리미티드; 원본미기재
Priority date: 1985-07-20
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1994-03-26
Also published as: JPS635848B2; US4692733A; NZ216892A; MX163458B; KR870001628A; CN1006669B; ATE67628T1; AU6002286A; EP0210778A3; GB8518381D0; PH23023A; US4742323A; ES2000923A6; GB2179508A; MY102591A; GB2179508B; GB8617113D0; EP0210778B1; CN86105754A; AU588611B2

Abstract

내용 없음.

Description

교류 전력 회로용 퓨즈

제1도는 본 발명의 퓨즈의 제1 형태의 종축 횡단면도,

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ에서의 횡단면도,

제3도에서 제12도까지는 각각 본 발명의 퓨즈의 다른 실시예의 종축 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 퓨즈 제1부분 2 : 퓨즈 제2부분

3 : 제1단자 8 : 퓨즈 외함

10 : 코일 14 : 단락 링

18 : 제2단자 31 : 캐리어

35 : 제2전극(동재의 실린더) 37 : 지지블록

41 : 제1전극 42 : 제1전극의 주연부

43 : 가용 엘리먼트 44 : 부가적 전기접점

본 발명은 3.3KV에서 38KV까지의 중간 전압 범위의 교류 전력회로용 퓨즈에 관한 것이다. 이같은 회로를 보호하기 위하여 여러 가지 기술이 사용되어 왔다. 영국내에서의 통상적인 관례는 전류제한형(한류형)의 보조퓨즈를 오일퓨즈 스위치와 연결시켜 사용하는 것이었다. 미국에서의 통상적인 관례는 범용퓨즈, 또는 하나 이상의 보조퓨즈와 직렬연결된 범용퓨즈를 사용하는 것이었다.

방출형 범용퓨즈는 정격 차단 전류까지의 어떤 전류값도 차단해야 하고 고장전류 레벨에 따라 다소 신속히 용단되는 퓨즈선 엘리먼트를 사용한다. 퓨즈선이 용잔될 때 생성되는 아크의 열로 인하여 이론상 아크를 냉각시키고, 소이온화시키며(deionise), 소호하는 유존 매체의 신속한 이동을 일으키는 높은 가스압력이 생성된다. 이러한 방출형 퓨즈가 비록 변압기 회로를 보호하기에 만족스러운 예비 아크시간 전류곡선을 갖지만, 이는 그 단락회로 전류정격이 지나치게 낮아 그 사용범위가 극히 제한적이다.

한가지 공지된 형태의 보조(back-up) 퓨즈는 성상 단면을 갖는 사키코아상에 나선코일 형태로 감아 설치한 은 또는 동 엘리먼트를 포함하는 전류제한형의 카트리지 퓨즈로서, 코아는 사기실린더 내에 삽입되고 실린더의 나머지 공간은 모래로 충전된다. 퓨즈 엘리먼트가 용단될 경우, 발생되는 열은 모래를 액화시키고 아크의 열에너지를 흡수하기 위하여 아크 주위에 유리기재의 섬전암(fulgrite formation)이 형성되게 하여서 아크를 소호한다. 이러한 보조퓨즈는 상기 엘리먼트가 그 최소 정격차단 전류 미만에서 용단될 수 있으므로 독자적으로 사용하기에는 만족스럽지 못하다. 즉 퓨즈가 회로를 차단할 수 없게 되어 큰 사고가 일어나는 고장이 생길 수도 있다. 전류 제한형 퓨즈의 또 하나의 단점은 퓨즈 엘리먼트로서 필요한 작은 단면적의 퓨즈선이 긴 길이로 형성되어야 한다는 것인데, 이때문에 I²R 손실이 높게되어 높은 열을 발생하게 되는것이다. 따라서 이러한 퓨즈의 전류정격은 대체로 15KV에서 100암페아로, 그리고 12KV에서 120암페아로 제한된다.

범용 프즈로서 사용될 수 있는 전류제한형 퓨즈를 설계하는 것은 가능하나, 이같은 퓨즈는 보통 바람직하지 못한 예비아크시간 전류 곡선을 나타내어 이들이 보호하는 시스템의 과도 회복 전압을 견디는 능력이 제한되게 된다.

고장전류 전체 범위에 걸쳐서 중간 전압회로를 만족스럽게 보호하는 한가지 방법은 범용퓨즈와 전류제한형 보조퓨즈를 직렬로 연결하는 것이었다. 상기 두 퓨즈는 동일 외함내에서 설치되거나 혹은 오일 충전된 스위치 탱크 또는 공기중에 담겨있는 공동 캐리어상에 설치되어도 된다. 또 하나의 방법은 보조퓨즈를 관련된 스위치를 트립(trip)할수 있는 퓨즈 스트라이커(striker)와 조합시키는 소위 퓨즈-스위치 조합이다.

필요한 기능을 수행하기 위하여 직렬로 연결된 2개의 퓨즈 또는 퓨즈-스위치 조합을 필요로 하는 단점이외에도, 또 하나의 알려진 문제점은 배전 변합기를 보호하는데 사용되는 퓨즈의 예비 아크시간 전류곡선이 변압기 하부의 저전압 퓨즈의 관련된 곡선 또는 변압기의 상부에 위치되는 급전선 과전류에 대한 보호의 시간전류 곡선과 중첩하지 않도록 상기 배전 배압기 보호퓨즈를 조정하는 문제점이다. 종래의 퓨즈로서는 필요한 근소의 구별을 하도록 이들 곡선을 맞추는 것이 곤란하다.

본 발명의 주제를 이루는 퓨즈와 피상적인 유사성을 띄는 한 퓨즈가 DE-A-548914에 설명되어 있다. 이 문헌에는 입력도체가 연결되는 중앙 전극을 간격을 두고 둘러싸는 환형 전극이 내부에 배치되는 외함을 가진 퓨즈가 설명되어 있으며, 상기 두 전극들은 통상 가용 엘리먼트로 연결된다. 환형 전극은 코일을 통하여 출력도체에 전기적으로 연결된다. 외함에는 대기압의 공기가 들어 있으며 커버판으로 닫혀진다. 정상 동작중에는 중앙 전극, 가용 엘리먼트, 환형 전극 및 코일을 통해 지속적으로 전류가 흐른다. 고장상태에서 가용 엘리먼트가 용단되면 중앙 전극과 환형 전극의 사이에 직접 아크가 발생하고, 여기된 코일에 의해 발생되는 자계가 즉시 아크를 회전시켜서 결국 소호되게 한다. 이 같은 동작중에 아크의 양단은 중앙 및 환형전극 양자 모두에서 빠르게 이동하여서 이들 전극이 그 용융온도까지 가열될 수 없게 된다. 일단 아크가 형성되면 그 전압은 공급 전압과는 반대로 시간에 따라 증가하고, 이것은 아크전류가 0이 되게 하는 효과가 있으며, 아크전류가 0일때 아크는 소호된다. 상기 장치는 직류와 교류양자 모두에 적절하며 저전압 배전 회로망에 사용하기에 특히 적합하고 또한 비교적 작은 공간을 차지하는 것으로 설명되어 있다. 실제로 , 이것은 코일의 한류(current limiting) 리액터의 효과를 가지는 것으로 설명되어 있으므로 근본적으로 저전압장치이다.

DE-A-548914는 설명된 퓨즈가 중간전압 교류전력 회로망에서 사용될 수 있는 방법을 제시하고 있지 않고, 이 퓨즈를 그러한 방법으로 사용하려고 시도하는 것은 긴 아크 길이와 그에 따른 큰 퓨즈 직경(예. 1미터를 넘는)이 필요하게 되기 때문에 전혀 실행이 불가능한 것이다. 또 아크전압이 길이에 따라 증가하고, 따라서 대단히 높은 에너지 방출이 있게 되며 외함내의 가스 압력이 대단히 높게 증가하여서 상업적으로 실현 가능한 구성으로 이것을 외함내에 설치구성하는 것은 불가능하다.

그외에도, DE-A-548914의 퓨즈와 환형 전극에서의 전류밀도는 극히 높게되고, 따라서 정상 동작중에 과도한 열발생과 I²R손실이 생기게 되면, 이것은 환형 전극과 코일에 지속적인 전류를 수반한다. 이러한 요인에 의하여 상기 퓨즈를 중간전압 교류전력 회로망에 사용하는 것은 비현실적이다.

본 발명은 공지의 방출형 퓨즈의 단락회로 전류정격 상한까지에 이르고 사실상 그보다 높은 단락 회로 전류 정격에서 중간전압 교류 전력회로를 완벽히 보호하도록 독자적으로 사용될 수 있으며, 이것은 중간전압 퓨즈와 함께 사용될 수 있는 변압기 하부측의 저전압 퓨즈와 관련된 시간 전류 곡선과 긴밀하게 맞추어질수 있는 시간 전류 곡선을 가지도록 만들어질 수 있는 퓨즈를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 중간전압(3.3KV-38KV) 범위의 교류 전력 회로용 퓨즈는 밀봉된 체임버, 이 체임버 내에 설치되고 사실상 원형인 주연부를 가지며 제1도체가 연결되는 제1단자에 전기적으로 연결되는 제1전극, 체임버의 내측으로 상기 제1전극과 이격되어 있는 도전성 표면을 지니는 제2전극, 제2도체가 연결되는 제2단자, 제2전극과 제2단자 사이의 전기 통로로 연결되는 코일, 및 제1전극과 제2단자 사이의 전기 통로로 연결되는 가용엘리먼트를 포함하고, 상기 코일은 가용 엘리먼트의 파괴에 뒤이어 코일이 여기될때 단락회로 전류에 의하여 유기되는 자계가 두 전극들 사이를 통과하는 아크를 회전시키는 것으로서, 부가적인 전기 접점이 체인버 내에서 제2단자와 직접 전기접속 설치되고, 가용 엘리먼트는 제1전극과 상기 부가적인 전기 접점 사이에 직접 연결되면, 체임버는 전기적으로 음성인 할로겐화 매체로 충전되어서, 가용엘리먼트가 용단될 때 생성되는 고장 전류가 제1전극과 부가적인 접점 사이에서 아크를 형성하고, 이어서 아크의 한 근원이 부가적 접점상으로부터 제2전극상으로 방향을 전환하며, 아크가 음전기 매체내에서 제1전극 주위로 회전하여 소호되는 것을 특징으로 한다.

작동에 있어서, 통상 전류는 제1 및 제2단자들 사이를 제1전극, 가용 엘리먼트 및 부가적 전기 접점을 거쳐서 흐른다. DE-A-548914에 설명된 것과는 대조적으로 전류는 코일을 통해 지속적으로 흐르지 않는다. 가용 엘리먼트는 한류형 퓨즈에 보통 사용되는 대략 450㎜길이의 엘리먼트에 비하여 예컨대 길이가 약 25㎜로 대단히 짧게 만들어 질 수 있고, 따라서 그 정규의 전류통로가 저항이 대단히 낮게 될 수 있으므로 종래 한류형 퓨즈는 50암페아에서 645왓트의 손실이 있고(이것은 200 암페아 정격으로 만들수 없음), DE-A-548914에 설명된 형태의 것은 최소한 35 및 330왓트의 손실에서 발생되는 열은 전혀 허용될 수 없는 것으로서, 퓨즈의 큰 고장을 일으키게 되는 급속한 파괴를 야기시킨다.

과부하의 경우에 가용 엘리먼트는 용단되어 고장 전류가 제1전극과 부가적 전기 접점간에 아크를 형성하게 된다. 이어서 아크의 한 근원은 부가적 접점상으로부터 제2전극상으로 방향전이를 하게 되고, 따라서 아크 전류는 코일을 통하여 제1단자에 제2단자로 흐르게 된다. 이 전류에 의하여 자장이 유기되고 이 자장은 아크가 음전기 매체내에서 제1전극 주위로 회전하도록 만들게 된다. 아크는 전류 0에서 또는 그 부근에서 소호된다. 예를 들어 US-A-2539621에서 할로겐화 음전기 매체인 설퍼 헥사플로라이드(SF₆)가 아크소호에 도움이 될 것이라고 알려져 있으나, 상기 특허에 설명된 장치는 수잭 암페아의 고장 전류보다 낮은것으로 생각되는 제한된 고장 전류 차단 성능을 가질 것이다. 또한, 아크가 다양한 구조의 스위치 기어를 통해 음전기 매체내에서 회전될 수 있다는 것도 알려져 있다. 그러나, 이 원리를 퓨즈와 관련하여 이용한다는 제안은 없었으며, 이를 본 발명의 다른 특징들과 조합시킬 때 종래의 퓨즈에 없는 대단히 바람직한 특성을 갖는 퓨즈를 설계할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 퓨즈는 종래의 한류형 퓨즈나 DE-A-548914에 설명된 형태의 퓨즈에서 가능하던 것보다 한층 더 높은 정상전류 정격, 예컨대 15에서 400암페아를 취급할 수 있으며, 또한 종래의 방출형 퓨즈보다 한 층 더 높은 고장전류, 예컨대 대표적인 방출형 퓨즈에서의 15000 암페아에 비해 피크치가 15KV에서 40,000 암페아에 이르는 전류를 취급할 수 있다. 따라서, 단일 퓨즈에 의해 중간전압 교류 전력회로를 화전히 보로할 수 있는 퓨즈를 용이하게 설계할 수 있음으로 해서 범용 퓨즈와 보조퓨즈를 직렬로 연결 사용하거나 또는 퓨즈-스위치 조합을 사용할 필요가 없어진다. 본 발명의 퓨즈는 전류제한 방식으로 동작하지 않기 때문에 특히 감소된 시스텝 전압에서 동작할 때 과전압을 일으킬 수 있는 종래의 한류형 퓨즈와는 대조적으로 사실상 서지(surge)가 없다. 이러한 장점은 아크 소호 및 그에 따른 회로차단이 단지 전류 O에서 혹은 그 부근에서만 이루어진다는 사실에서 얻어지는 것이다.

본 발명에 따른 퓨즈로써 얻어질 수 있는 시간 전류 곡선은 그 퓨즈로 보호되는 배전 변압기의 하부에서 사용되는 어떤 저전압 퓨즈의 관련 곡선과도 긴밀하게 조정할 수 있도록 설계될 수 있다. 이같은 편익이 가능한 것은 종래의 한류형 퓨즈와는 대조적으로 가용엘리먼트 자체가 아크소호 과정에서 어떤 역할도 하지 않고, 따라서 퓨즈가 순전히 필요한 시간 전류 곡선만을 염두에 두고 설계될 수 있기 때문이며, 또한 가용엘리먼트의 짧은 길이에 의해 설계상의 자유도가 더욱 커지게 된다. 따라서, 가용 엘리먼트의 크기와 그 형상, 특히 횡단면 형상이 요구되는 대로 설게될 수 있다. 체임버 내에는 음전기 할로겐화 매체가 충전되어서 가용 엘리먼트의 주위에 산소가 없게 되므로 가용 엘리먼트의 재료에 대한 선택 범위도 넓어진다. 종전의 한류형 퓨즈의 가용 엘리먼트는 산화의 문제점을 없애기 위해 은 또는 때로는 동으로 만들어졌다.

본 발명의 퓨즈에서는 주석, 알루미늄, 카드뮴, 니켈등의 다른 재료와 여러 가지 합금이 사용되어도 되므로, 필요한 전기적 특성을 얻기 위한 설계 자유도가 아주 넓어진다. 따라서 필요한 어떤 시간 전류 곡선도 변함없이 신뢰성 있게 제공할 수 있으며 변압기 자기 돌입 전류(transformer magnetic inrush current)의 더 큰 여유도를 나타내는 퓨즈를 만들 수 있다.

코일과 제2전극의 형태는 코일내의 고장전류와 자장의 자속 밀도 사이에 30°에서 80°까지의 위상각의 차이를 일으켜서 전류 피이크치가 자속 피이크치에 앞서 발생하도록 되는 것이 바람직하다.

자속 피이크의 발생을 전류 피이크의 발생후로 지연시킴으로써 회전하는 아크의 피이크 각 속도가 전류 피이크 후에, 따라서 회로 단락이 발생한 후 첫 번째 전류 O의 1/4 사이클 미만의 전에 발생하게 할 수 있는 상당한 장점이 얻어진다. 따라서 아크는 전류 O의 직전에 대단히 높은 속도를 가지게 되고, 이것은 신뢰성있는 아크소호에 도움이 된다. 그밖에, 피이크 전류에서의 아크 속도는 또한 낮게 유지되므로 아크 전압과 그에 따른 아크 에너지를 낮은 값으로 유지하게 된다. 위상각의 차이는 45°에서 65°까지로 되는 것이 더욱 바람직하다. 회로 단락 전류에 의해 유기되는 자장의 높은 피이크의 정상화된 자속 밀도도 또한 아크 소호에 도움이 되게 되며, 아크 중심으로 이 전류는 50-100 마이크로 테즐라/암페아로 되는 것이 바람직하고 70-90 마이크로 테즐라/암페아로 되면 더욱 바람직하다.

전류의 절대 값이 증가하는 사이클의 어느 부분중에서도 아크의 회전을 감소시키는 것이 유리함에 판명되었다. 이 기간중 아크 회전은 외함내에서 아크 길이, 아크 전압, 아크에너지 및 가스 압력을 불필요하게 증가시켜서 아크의 소호를 더욱 곤란하게 만들며 더 강도 높은 압력용기를 필요로 하게 된다. 본 발명의 퓨즈에 있어서는 어떤 경우에도 아크근원이 부가적 접점상에서 제2전극상으로 방향전이를 하기 전에 약간 지연되고 따라서 아크회전이 시작되기 전에 약간의 지연이 있게 되므로 소기의 효과를 얻는데 도움이 된다. 그러나, 부가적 접점의 형상을, 아크 발생시에 부가적 접점과 접촉되는 아크의 근원이 제2전극상으로 방향전이를 하기 전에 접점 표면상의 통로를 거쳐 이동하도록 형상을 만드는 것이 바람직 할 수도 있다. 이러한 배치에 따라 아크 방향전이의 지연이 증가된다. 이러한 성격의 한가지 바람직한 구성에 있어서 부가적 접점은 아크의 근원의 통로를 형성하는 환형림(rim)을 가지며 제1전극과 축방향에서 간격이 지게 하여, 그러나 실질적으로 동축이 되게 하여 설치된다.

아크 길이와 에너지를 감소시키기 위하여 제1전극과, 제2전극의 상대위치를 적절히 설정하여 조절이 이루어질 수도 있는데, 두 전극간의 거리는 짧은 것이 바람직하다. 현재로는 6-22mm가 바람직하고, 퓨즈가 사용되도록 설계되는 전압의 범위가 3.3에서 38KV로 증가함에 따라 거리가 증가한다.

본 발명에 따른 퓨즈의 여러 가지 실시예에서, 코일은 제1전극이 내부에 설치되는 체임버를 방사상으로 둘러싸게 되며 또한 제1전극 자체도 방사상으로 둘러싸도록 설치된다. 제2전극도 또한 제1전극을 방사상으로 둘러싸도록 설치된다.

코일의 반경방향 중간면들과 제1전극의 외주연은 반경방향에서 일직선상에 놓이도록 하는 것이 바람직한데, 이는 그러한 배치에 의해 아크가 최고 자속부위 내에 놓이게 되어서 그 최적면에 아크를 유지하는 데에 도움이 되고, 이로써 가능한 한 아크를 짧게 그리고 제어된 상태로 유지하는 데에 도움이 되기 때문이다.

종래의 한류형 퓨즈들 처럼 본 발명의 퓨즈는 그 퓨즈전체가 일회용으로 사용되도록 충분히 저렴하게 만들어질 수 있다. 그러나, 대안으로서 본 발명의 퓨즈를 제1 및 제2전극들, 가용 엘리먼트 및 부가적 접점을 포함하는 소모성의 제1부분과 코일을 포함하는 제사용 가능한 외함 부분의 2개의 부분으로 되는 구조로 만들 수도 있다. 두 개의 부분으로 되는 구성의 실시예에 있어서 외함 부분은 코일이 매설되는 절연 재료로 만들어진다.

본 발명의 퓨즈는 다상 전원중에 단지 단상만을 보호하도록 설계된다. 미국의 제는 일반적으로 전원의 한 상에서 고장이 생기면 그 상만을 차단하지만 다른 상들은 그대로 두는 것이다. 영국 및 다른 곳에서는 어느 한상에라도 고장 상태가 발생하면 그 고장에 대응하여 모든 상들을 차단하는 것이 더 일반적이다.

본 발명의 퓨즈는 제1 및 제2단자들 사이를 흐르는 고장전류에 응답하여 출력신호를 생성하도록 설계되는데, 이 신호는 기계적 또는 전기적인 것이다. 그리하여 그 신호는 전원의 각기 다른 상의 퓨즈내에서 가용 엘리먼트를 기계적으로 파괴시키는데에 사용되어서 모든 상들이 사실상 동시에 차단된다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하는 하기 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.

제1도와 제2도는 본 발명에 따른 한 중간전압 교류 전력회로용 퓨즈를 도시하는 것으로, 이 퓨즈는 전체적으로 부호(1,2)로서 각기 표시되는 두 개의 부분으로 형성된다. 제1부분은 케이블과 같은 전기출력측에 임의의 적절한 코넥터(4)로 연결될 수 있는 제1단자(3)를 포함하고, 제2부분은 예컨대 부싱(7)을 가지는 변압기 또는 스위치기어등의 적절한 전기장치에 연결될 수 있는 제2단자(6)을 포함한다. 퓨즈의 제2부분은 그 일단부(9)에서 개방되어 있는 외함(8)으로 구성되는데, 이 외함은 유연하거나 단단한 수지 또는 고무등의 임의의 적절한 절연재료로 편리하게 주조 또는 모울드 성형될 수 있다.

벤드(11) 및 고정볼트(12)은 유지되고 있는 코일(10)은 외함의 재료내에 매설된 상태로 외함을 주조 또는 모울드성형하여 설치된다. 코일권선의 일단부는 도전성(14) 형태의 코일권형에 전기적으로 연결되며, 이 도전성링(14)도 또한 코일의 단락된 가장 내측의 권선을 형성한다. 코일의 타단부는 연결도체(15)에 의하여 도전성 디스크(16)에 전기적으로 연결되며, 이 디스크도 또한 외함(8)내에 매설된 상태로 외함을 주조 또는 모율드 성형하여 설치된다. 다스크(16)는 코넥터(19)의 그 외주면에 나사산이 형성된 스템(18)(이 스템은 제2단자(6)을 구성함)이 결합되는, 그 내주면에 나사산이 형성된 구멍(17)을 가지며, 상기 코넥터는 또한 외함의 개방된 단부(9)을 향해 돌출한 보스(20)을 가진다. 이 보스(20)에는 내주면에 나사산이 형성된 구멍(21)이 있다. 스템(18), 즉 단자(6)는 부싱(7)이 삽입되는 테이퍼진 개구(22)안으로 돌출하고, 부싱(7)내의 도체(23)는 단자(6)와 결합되는, 그 내주면에 나사산이 형성된 구멍을 갖는다.

다시, 퓨즈의 제1부분(1)은 임의의 적절한 절연재료로 주조 또는 모울드 성형될 수 있는 캐리어(31)을포함하고, 이 캐리어는 외함(8)의 개방된 단부에서 테이퍼진 부분(33)에 삽착되는 테이퍼진 외주면(32)을 갖는다. 외함(8) 또는 캐리어(31)의 재료가 유연하다면 양자의 사이에는 양호한 밀봉이 이루어지고, 만일 두 재료 모두가 단단하다면 두 부분들 사이의 경계면에 하나 이상의 밀봉링을 포함하는 것이 바람직하다. 제1단(3)는 캐리어(31)를 관통하여 이 캐리어내에 주조 또는 모울드성형으로 매설되는 것으로, 이 단자는 캐리어에 대한 유동을 방지하고, 기체에 대한 기밀작용을 제공토록 절연재료의 캐리어내에서 모울드 고정되는 거친 부분(34)을 지닌다. 동재의 실린더(35)는 어떤 형태를 가지도록 만들어진 그 한쪽 단부가 캐리어(31)에 매설된다. 이 실린더의 반대편 단부는 내향절곡 성형되고, 이와같이 하여 이루어진 환상부가 예를 들어 알루미늄, 동 또는 황동같은 전기 도전성 재료로 된 지지블록(37)에 의하여 지지되는 환형 지지체(36)에 고정된다. 지지블록은 보스(20)의 구멍(21)에 나사결합될 수 있는, 그 외주면에 나사산이 형성된 스피곳(38)을 가진다. 단자(3)의 나사산이 형성되어 있는 단부(40)에 풀려 끼워지는 록크너트(39)는 제1전극(41)을 단자(3)상의 제위치에서 전기적 접촉을 유지한다. 제1전극(41)은 사실상 원형인 가장자리부(42)를 가지며, 가용 엘리먼트(43)는 상기 전극상의 한 점(가장자리부상이면) 편리하나 반드시 그럴 필요는 없음)을 지지블록(37)제 및 전기접속되는 부가적 전기 접점(44)에 연결한다. 전극(41)의 가장자리부는 이를 여러개의 꽃잎형 부분들로 분할하는 복수개의 방사상으로 내향연장 형성된 절결부(51)들을 가진다. 동재의 실린더(35)는 제1전극(41)을 간격을 두고 빙 둘러싸는 제2전극을 형성한다. 두 전극들 사이의 간격은 가능하면 작게 유지되어야 하고, 6-22mm범위인 것이 바람직하다.

지지블록(37)은 스피곳(38)의 단부로부터 뚫리어 형성된 축방향 부분(45)과 동재의 실린더(35)내에 형성되는 체임버내로 연통되는 반경방향 부분(46)을 포함하는 통로가 형성되어 있다. 볼 밸브(47)는 상기 통로 부분들의 연결부에 인접하여 배치된다. 볼 밸브는 적절한 도구를 사용하며 체임버내에 진공이 형성되는 동안 상기 통로의 축방향 부분(45)의 내측 단부 위치로부터 들어올려진 개방위치로 유지되고, 이어서 체임버는 상기 통로를 통하여 가압 주입되는 할로겐화 음전기 매체로 채워지며, 매체의 가압주입후 형성되는 체임버내의 과도압력을 상기 볼 밸브를 그 폐쇄위치로 구축유지하게 된다.

바람직한 매체로서는 설퍼 헥사플로라이드(SF₆)이나 다른 할로겐화 가스들(예컨대, 카본테트라플로라이드), 또는 액체들 및 액체/가스 혼합물들도 가능하다.

퓨즈는 조립된 형태로 도시되어 있으나, 부품들은 스피곳(38)을 구멍(21)에서 돌려 뺀 후 부분(1)을 부분(2)으로 형성되는 외함으로부터 축방향으로 뽑아냄으로써 분리될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이 조립될 때, 단락 링(14)으로 받쳐진 스프링 핑거(48)가 동재의 실린더(35)의 외주면에 결합되어 실린더를 링(14)에 전기적으로 연결하고, 코일(10)의 중간명, 링(14) 및 전극(41)의 가장자리부(42)가 반경방향으로 거의 일직선상에 놓이도록 하는 배치가 이루어진다.

작동에 있어서, 퓨즈가 도시된 바와같이 조립되어 있을 때, 단자들(3)(6)들 사이에서 전류통로는 제1전극(41), 가용 엘리먼트(43), 접점(44), 지지블록(37) 및 코넥터(19)를 통하여 형성된다.

이 전류통로는 정상전류 상태중에 유지되고 전류에 대해 대단히 작은 저항을 나타내므로 퓨즈를 통한 I²R손실은 낮고 퓨즈에서 발생되는 열도 또한 낮다.

과부하 전류가 발생하면, 가용 엘리먼트(43)는 그 특성 및 과부하 전류의 크기에 좌우되는 시간에 걸쳐서 용단될 것이다. 일단 가용의 연결 엘리먼트가 용단되면 아크가 전극(41)의 가장자리부와 접점(44)의 사이에서 발생하게 되고, 접점(44)상의 아크 근원은 그후에 제2전극을 형성하는 실린더(35)상으로 전이될 것이다. 이러한 방향전이는 부품들의 상대적 위치, 특히 전극(41)의 가장자리부(42)와 접점(44), 그리고 상기 전극(41)의 가장자리부와 실린더(35)사이의 각 최단 거리에 의하여 및 아크를 전극(41)의 반경방향으로 및 접점(44)으로부터 먼 방향으로 밀어내려고 하는 아크에서 흐르는 전류에 의하여 유기되는 자기 루우프 힘에 의하여 도움을 받는다. 아크가 동재의 실린더 (35)상으로 방향을 전환했을 때, 아크전류는 실린더 벽을 통하여 링(14)으로, 이어서 코일(10), 연결도체(15) 및 디스크(16)을 통하여 단자(6)로 흐르게 된다. 코일에 흐르는 전류는 단락 링(14)과 실린더(35)의 외주연 주위에 주전류와 상이한 위상의 순환전류를 유도하게 되고, 합성 자계까 생성되어 전체전류 사이클동안 유지되게 된다. 자속은 아크를 설퍼헥사플로라이드 또는 다른 음전기 매체내에서 전극(41) 주위로 회전시키게 되고, 아크는 대략 전류 O에서 소호되어 회로를 차단시키게 된다.

자계가 코일(10)로부터는 물론, 실린더(35)와 링(14)을 통해 흐르는 전류로부터 야기되는 성분들을 함께 가지게 되므로, 그 총 자속은 코일내를 흐르는 전류의 위상으로부터 벗어난 위상으로 되고, 이때 전류 피이크는 자속 피이크 이전에 일어나면 그 위상차는 바람직하게는 45°-65°로 된다. 아크의 각 속도는 피이크 자속과 밀접한 관계가 있으므로, 이 위상 차는 아크가 전류 0직전에 높은 속도를 가지도록 만들게 되어 아크의 신뢰성 있는 소호에 도움이 된다는 것을 의미한다. 코일의 방사상 중간면을 전극(41)의 외주연의 방사상 중간면과 반경방향으로 일치되게 배열하는 것은 아크를 이 면에 유지하는데 도움이 되는 것으로서, 이 면은 최대 자속 부위이므로 아크를 가능한 한 짧게 유지하여서 최소 아크 에너지를 보장하고 아크에 높은 각속도를 부여하는데 도움이 된다. 아크 중심에서의 자속 피이크 정상 밀도는 70-90 마이크로테즐라/암페아 인것이 바람직하다.

제1전극(41)을 꽃잎 형태로 분할하는 것이 필수적으로 아니나, 그 전극에서의 전류를 방사상 통로를 따라 흐르도록 제어하여 전극들 사이에서 아크를 방사상으로 유지하는데에 도움이 된다. 아크가 전극들 사이에서 회전하므로 전극들의 상이한 직경으로 인한 나선형태를 이루게 되나, 전극 직경들 간의 비율을 가급적 작게 유지함으로써 이러한 효과를 감소될 수 있다. 이것도 또한 최대 자속 밀도를 형성하는 면에서 짧고, 잘 제어된 아크를 생성하는데 도움이 되며, 이때 첫 번째 전류 o에서 또는 그 부근에서 아크의 소호가 용이하게 되도록 아크의 에너지는 낮게, 그리고 아크의 각 속도를 높게 유지된다.

특정한 퓨즈요건에 따라 선택된 상이한 특성의 가용 엘리먼트(43)를 각각 가지는 한 범위의 퓨즈들이 제작될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 가용 엘리먼트(3)는 I²R 손실과 열발생을 감소시키기 위하여 가능하면 짧게 하는 것이 바람직하지만 그 재료와 단면적은 필요에 따라 변할 수 있다. 본 발명은 하나의 가용 엘리먼트(43)를 구비하는 것에 국한되지 않으며, 한 범위의 퓨즈들을 만드는 특히 효율적인 방법은 전극(41)과 지지블록(37)사이에 병렬로 연결되는 가용 엘리먼트(43) 및 접점(44)의 수를 복수로 하는 것이다.

예컨데, 이러한 각 가용 엘리먼트의 정격이 50암페아라고 하면 200암페라 퓨즈는 4개의 이같은 엘리먼트들과 병렬로 연결된 관련된 접점들을 포함하게 될 것이다. 이러한 퓨즈의 엘리먼트들의 용단시 몇 개의 아크가 동시에 일어나면 그 아크는 하나의 아크로 합체되어 회전 및 소호될 것이다. 가용 엘리먼트의 적절한 선택은 퓨즈가 이 퓨즈와 연결되어질 어떤 저전압 퓨즈의 관련곡선과도 맞도록 설계되는 시간 전류곡선을 갖도록 제작되는 데에 도움이 될 것이다.

제3도는 제1도에 도시된 것과 유사하며 대응 부분들에 대하여 첨자 a를 붙인 동일 부호를 사용한, 외표면이 차폐물로 씌워진 2개의 부분으로 구성된 퓨즈를 도시한다. 이 퓨즈는 제1도에 도시된 것과 캐리어(31a)에 일체로 형성된 다른 형태의 국제표준 코넥터(55)가 구비되며, 이 캐리어가 또한 차폐물(56)을 포함하는 것이 다르다. 외함(8a)의 외표면은 접지에 접속될 수 있는 도전성 차폐물(57)로 피복되어 있다. 부싱(7a)내에도 또한 차폐물(58)이 설치되어 있다. 차폐물은 이와 같이 되어 퓨즈의 외표면에 대한 전기적 차폐물을 형성하고, 이를 접지시켜 두면 이에 전기가 흐를지라도 그 표면을 만지기에 안정하도록 만든다. 유사한 차폐물이 도시된 어떤 실시예에서도 사용될 수 있다.

전극(41a)은 절두원추 형태로 도시되어 있으며, 접점(44a)으로부터 간격을 이루어 단자(3a)의 후미까지 연장형성되어 있다. 이것은 순 자기 루우프 힘이, 아크가 방사상면에 더 밀접하게 구속되도록 만들어 아크의 제어에 더욱 도움이 되도록 된다는 것을 의미한다.

제4도는 제1도에 도시된 부분(1)을 대체할 수 있는 퓨즈의 제1부분(1b)의 변형을 도시한 것이다. 제1도의 퓨즈와 공통된 부분은 동일 번호에 첨자 b를 붙였다. 이 실시예에서 제1도의 접점(44)은 일체로 된 단단한 구조로 되기보다 지지블록(37b)에 고정된 단단한 부분(61)과 이 단단한 부분(61)상에서 부호(63)으로 표시된 부분에 회동가능하게 설치된 가동부분(62)을 포함하는 구성으로 된다. 인장 스프링(64)이 가동부분(62)과 지지블록(37b)상의 지지체(65)사이에서 연결설치되어 가동 접점은 가용 엘리먼트(43b) 및/또는 평행인장성(66)에 의하여 스프링력에 저항토록 되어 있다.

가용 엘리먼트(43b)가 융단되었을 때, 전류의 흐름은 인장선(66)을 통한 흐름으로 전환되고, 그에 따라 상기 인장선이 약화되거나 또한 용단되어 가동부분(62)이 스프링(64)의 작용으로 점선으로 도시된 위치로 회동하게 된다. 이와같이 되는데에 있어서 가동부분(62)의 선단은 동재의 실린더(35b)에 근접하게 통과하여 전극(41b)과 가동접점(62) 사이의 아크가 동 실린더(35b)로 방향을 전환하고 링(14)의 중간면에서 안정하게 된다. 이러한 배치는 특히 낮은 고장 전류에서 아크의 방향 전환을 개선하게 된다.

3상 전원의 보호에 있어서는 종종 한 상에서 가용 엘리먼트의 파괴를 일으키는 고장이 발생할 경우에 3상 모두가 차단될 필요가 있고, 이와같이 할 수 있는 실시예가 제5도 내지 제7도에 도시된다.

제5도는 제1도에 도시된 퓨즈의 제1부분과 유사한 퓨즈의 제1부분(1d)을 도시한 것으로, 제1도와 유사부분은 동일 번호에 첨자 d를 붙였다. 이 실시예에서 단자(3d)의 나사산이 형성되어 있는 단부(39d)는 절연부재(72)의 요부(71)내에 끼워 맞춰지고 그후 상기 요부는 도체(3d)와, 화학적 기폭장치 또는 발화장치(75)에 연결된 가는 전선(74)사이를 접촉시키도록 전기 도전성 조성물(73)로 충전된다. 과전류의 경우, 발화장치내의 전선은 전선(74)과 함께 가용 연결 엘리먼트(43d)가 용단되기 전에 소진될 것이고, 장치내에 생성되는 폭발 효과는 스트라이커(76)가 작동장치 밖으로 강제로 축출되게 한다. 이 스트라이커는 전원의 다른 두 상에서 기계적 스위치를 개방시키도록 되어 있는 외부 트립 바아를 직접 또는 적절한 연결장치는 통해 동작시킨다.

과전류를 검출하고 그에 응답하여 전기신호를 발생할 수 있는 방법은 많다. 제6도는 그 제1부분(le)이 과전류에 응답하여 발생되는 저전압을 이용하기 위하여 변형될 수 있는 한가지 방법을 도시한 것이다. 이 부분은 제1도에 도시한 퓨즈 부분(1)과 대체될 수 있도록 만들어진 것이며, 유사부분들에 대해서는 제1도와 같은 번호에 첨자 e를 붙였다. 3상들 각각의 과전류 감지수단은 과전류가 검출될 때 다른 두 상들 각각의 단자(77)들에 저전압 신호가 인가되도록 설계된다. 이 저전압 단자들은 발화장치 또는 기타 화학적 기폭장치(78)에 연결되고, 이 장치는 전압이 인가될 때 플런저(79)가 그 장치의 실린더(80)내에서 후퇴하도록 되어 있다. 플런저는 강도높은 절연 로우프(80a), 예컨대 Kevlar(상표명)같은 아라미드 섬유로 된 로우프에 의하여 가용 엘리먼트(43e)에 연결된다.

따라서, 플런저(79)의 후퇴시에 가용 엘리먼트(43e)는 기계적으로 파괴되고, 아크가 접점(44e)으로 발생하여 동재의 실린더(35e)로 방향전이가 되고 회전된 다음에 앞서 설명한 바와 같이 소호된다.

제7도는 전원의 다른 상들에서 퓨즈를 트립하기 위하여 과전류 신호를 발생하고 다른 하나의 상의 퓨즈에서 과전류 신호에 응답하여 트립될 수 있는 퓨즈의 다른 실시예를 도시한 것이다. 대응 부분들은 제1도와 동일 번호에 첨자 f를 붙였고, 또한 퓨즈는 부분들(1f)(2f)들을 포함하는 두개의 부분으로 구성된 퓨즈임을 알 수 있다. 이 실시예에서 가용의 연결 엘리먼트(43f)는 전극(41f)의 외주연으로 부터, 지지블록(37f)에 고정된 지지체(82)상의 부분(81)에 회동가능하게 장치된 접점(44f)까지 연장된다. 지지블록(37f)은 스트라이커(84)를 갖는 발화장치 또는 화학적 기폭장치를 합체하고 있으며, 이 스트라이커는 상기 작동장치로부터 축출될 때 접점(44f)을 회동시키고 가용의 연결 엘리먼트(43f)를 기계적으로 파괴하기에 충분한 힘으로 접점(44f)의 단부(85)에 작용할 수 있다. 작동장치(83)의 한 단자는 도체(86)에 의하여 동재의 실린더(35f)에 전기적으로 연결되고, 그 다른 하나의 단자는 지지블록(37f)에 연결된다. 이 퓨즈의 제2부분의 외함(8f)에는 통상의 접지전위로 되거나 그에 근사하게 되는 2차 코일(87)이 매설되고, 이 코일은 코일(10f)을 둘러싸고 있으며 코일(10f)로부터 외함재료로 이격 되어서 이들 코일(10f)(87)이 함께 하나의 공기 코아 변압기를 형성하게 된다. 3상 전원의 3상들 모두의 퓨즈들의 2차 코일(87)(87a)(87b)들은 각 상의 단자(88)같은 단자들을 연결하는 도체들에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 단자들은 외함(8f)을 관통하며 각 코일(87)의 맞은편 단부들에 전기적으로 연결된다.

정상 동작중에 각 퓨즈는 그 각 상에 대하여 제1단자(3f), 전극(41f), 가용 엘리먼트(43f), 접점(44f), 지지체(82) 및 지지블록(37f)을 거쳐서 제2단자 (6f)로 통전로를 이룬다. 어느 한 상에서 과전류가 발생하여 그 상의 가용 엘리먼트(43f)가 용단되면, 생성된 아크는 코일(10f) 축방향 중간면에서 전극(41f)과 동재의 실린더(35f) 사이에 형성되고 코일(10f)의 전류에 의해 유기되는 자계는 아크를 회전시킨 후에 전류 0에서 소호시킨다. 코일(10f)를 통과하는 전류는 또한 2차 코일(87)에도 전류를 유도하게 되며, 이 전류는 다른 두 상들의 퓨즈의 2차 코일들(87a)(87b)을 통하여 흐를 것이다. 각기 다른 상에서 2차 코일에 흐르는 전류는 각 퓨즈의 1차코일(10f)에 저전압을 유도하게 되고, 이 전압은 동재의 실린더(35f)와 도체(86)를 거쳐서 화학적 기폭장치(83)로 인가된다. 이 전압은 기폭장치를 동작시키기에 충분하여서 스트라이커(84)가 접점(44f)을 회동시켜 각 상의 가용 엘리먼트(43f)를 파괴시키게 된다. 따라서 각 상의 주요 통전로는 차단되어지고 아크는 각 상에서 발생하여 초기 고장이 발생한 상에서와 동일한 방식으로 회전된 후에 소호되게 된다.

제8도는 여러 가지 면에서 제1도에 도시된 것과 같은 유사한 기본 퓨즈의 다른 실시예를 도시한 것이다. 대응 부분들은 제1도와 동일번호에 첨자 g를 붙였다. 이 퓨즈는 부분들(1g)(2g)들을 포함하는 두 부분으로 된 퓨즈이다. 퓨즈의 제1부분은 제1도에 도시된 것과, 제1전극(41g)이 제1단자(3g)에 그 단자의 내측 단부에서 나사산이 형성되어 있는 구멍(92)에 돌려 끼워지는 볼트(91)에 의해 고정된다는 점에서 다르다. 그밖에, 접점(44g)이 제1도에 도시된 것과 형상이 다르며 스크류(93)에 의하여 도전성이기 보다는 절연성인 재료로 된 지지블록(37g)에 고정된다. 도전성 단자(6g)는 지지블록을 관통하도록 지지블록과 함께 모울드성형되고, 링(16g)을 통과하는, 나사산이 형성되어 있는 단부를 가진다. 스크류(93)는 또한 어떤 적절한 금속이나 다른 재료로 된 열 차폐물(94)을 지지블록(37G)에 고정시켜준다. 단자(3g)(6g)들의, 각 절연부분(1g)(37g)들을 관통하는 부위에서의 기밀유지는 해당 부분들사이에 제공되는 밀봉 링(95)들에 의해 개선된다. 캐리어(31g)의 내단면에는 열 차폐물(96)이 부착고정되어 상기 캐리어의 구성 수지를 아크에 의해 발생되는 열로부터 보호한다. 이 차폐물은 알루미나 기재의 세라믹 또는 폴리테트라플로로 에틸렌 같은 어떤 적절한 내열재료로 되어도 된다. 실린더(35g)내의 체임버를 진공으로 만들고 또 체임버내에 음전기 매체를 가압충전하는데에 사용되는 통로와 밸브(47g)는 보다 간단하게 설치된다.

퓨즈의 제2부분(2g)은 제1도에 도시된 것과, 주로 외함(2g)의 외주연 주위에 배치되며 그 외함내에서 개구(8)를 통하여 내측으로 탄력성 있게 편향되는 접촉 핑거(48g)들이 형태가 다르다. 코일은 스트랩(97)과 버클로 고정된다.

정격이 15KV에서 200암페아인 제8도의 퓨즈의 특정한 실시예에 있어서, 가용의 연결 엘리먼트(43g)는 최대 정격전류에서 7왓트를 발생하는 저항을 가진다. 전극(41g)과 실린더(35g) 사이의 반경방향 간격은 17㎜이고, 코일(10G)은 10회의 권선수를 갖는다. 고장상태에서 아크 중심의 피이크 자속밀도는 90마이크로 테즐라/암페아이고 피이크 단락회로 전류와 자속간의 위상차는 60°이다. 이 퓨즈는 이 피크치가 33,000암페아인 고장 전류를 안전하게 차단할 수 있음이 밝혀졌다.

제9도는 제8도에 도시된 것과 유사한 퓨즈의 제1부분(1h)을 도시한 것으로, 제8도의 부분(2g)과 동일한 제2부분과 결합되어 사용될 수 있다. 대응 부분들에는 제1도와 동일한 번호에 첨자 h를 붙였다. 이실시예에서 접점(44h)은 도전성 부재(99)에 의하여 지지되는 환형 링의 형태를 이룬다. 가용 엘리먼트(43f)가 용단될 대, 아크는 전극(41h)과 한형 접점(44h)사이에서 생기게 되고 아크의 각 근원들은 아크가 접점(44h)상으로부터 도전성 실린더(35h)상으로 방향전이를 하기 전에 전극(41h)과 전극(44h)주위로 천천히 진행하게 된다. 본래의 자기 루우프 힘에 의한 작용 이외에도 이러한 진행이 일어나는 것은 아크 근원들이 보다 차가운 금속을 향하여 이동하려고 하는 경향이 있기 때문이고, 이러한 아크의 이동은 아크가 각 부재의 작은 불변 부위들 사이에서 비슷한 길이의 시간동안 타게 방치될 경우에 생기는 부식에 비하여 전극(41h)과 접점(44h)의 부식이 아주 현저하게 감소되는 장점이 있다.

따라서 아크는 실린더(35h)로 방향 전환하기 전에 더 오랫동안 머무를 수 있다. 아크는 전류의 절대값이 증가하는 전류 사이클의 어느 부분동안이라도 전극(41h)과 접점(44h)사이에서 유지될 수 있으므로 전극(44h)과 실린더(35h)사이의 고속의 아크회전을 피할 수 있어서 체임버내의 아크 전압, 아크 에너지 및 가스압력을 감소시킨다. 제9도에 도시된 퓨즈도 또한 적절한 재료의 열 차폐물(100)을 설치하고 있다.

제10도는 제8도에 도시한 것과 유사한 퓨즈로서 차폐된 형태의 퓨즈를 도시한 것이다. 대응 부분에는 제1도와 동일 번호에 첨자 j를 붙였다. 이 퓨즈는 제8도에 도시된 것과 외함(8j) 및 캐리어(31j)의 외표면들이 전기전도성 재료의 차폐물(57j)로 피복된다는 점이 다르며, 이 차폐물은 사용시 접지에 연결된다. 그밖에도, 외함(8j)의 내면도 또한 전기 전도성 재료의 차폐물(59)로 피복되어서 외함(8j)과 퓨즈 부분(1j)사이의 공극에서의 전기적 응력의 가능성을 제거한다.

제10도에는 또한 코일을 외함(8j)의 구성 재료속에 매설시켜 외함을 주조 또는 모울드 성형하는 것의 대안으로서, 코일(10j)의 변형된 구성이 도시되어 있다. 이 실시예에서 코일은 전기 도전성 재료의 슬리브(151)에 부착되는 절연재료의 블록(150)안으로 매설시켜 블록을 주조 또는 모울드 성형함으로써 설치구성된다. 코일권선의 일단부는 슬리브(151)에 전기적으로 연결되고, 타단부는 코일이 권선지지되고 또 코일의 가장 내측의 단락된 회권을 구성하는 링(14j)에 전기적으로 연결된다. 링(14j)은 퓨즈의 부분(1j)의 실린더(35j)가 외함안으로 삽입될 때 그것을 결속하는 핑거(152)에 전기적으로 연결된다. 핑거(152)의 캐리어(153)도 또한 슬리브(151)에 부착된다.

슬리브(151)의 내측 단부는 볼트, 리벳, 점용접 또는 기타 적절한 수단으로 도전성 디스크(16j)에 고정된다. 슬리브(151), 코일(10j) 및 디스크(16j)의 조립체는 외함(8j)과는 별도로 만들어질수 있고, 이는 일단 요구되는 대로 주조 또는 모울드 성형된 후 외함내의 제위치에 삽입설치될 수 있다.

제1도에서 제10도까지에 도시된 실시예들은 모두 코일이 제1전극과 축상으로 근접되어 있는 구성이지만, 그것은 이것이 필수적 요건을 아니다.

제11도는 제1부분(101)과 제2부분(102)으로 구성되는 다른 실시예를 도시한다. 제1부분(101)은 제1단자(104)가 그에 매설되어 주조 또는 모울드 성형된 절연재료의 제1외함(103)부분을 포함한다. 단자는 외함(103)내에 형성된 체임버(105)의 내부로 연장되고, 제1전극(106)은 단자의 나사산이 형성된 구멍에 결합되는 볼트(107)에 의해 상기 단자의 내단부에 고정된다. 도전성이거나 절연성이어도 되는 슬리브(108)도 또한 외함(103)내에서 외함과 함께 모울드성형되어 설치된다. 외함의 개방단부는 절연수지 재료로 주조 또는 모울드 성형된 또 하나의 몸체(109)에 의하여 닫혀지며, 몸체(109)는 요철부(110)를 통해 외함(103)에 결합고정된다. 몸체(109)에는 절두원추형의 제2전극(111)이 설치구비된다. 제2단자(112)는 몸체(109)의 중심을 관통하여 설치되고, 그 내측 단부는 가용 엘리먼트(113)에 의해 전극(106)에 연결된다. 단자(112)는 그 중앙을 관통하는 구멍과 밸브장치(1145)를 가지며, 이것에 의하여 조리체의 내부가 진공으로 만들어진 다음에 음전기 매체로 가압충전된다. 접점(115)은 그 일측이 제2전극(111)과 전기접속되는 상태로 절연재의 몸체(109)로부터 돌출하여 설치된다. 강자성 재료의 실린더(110a)가 몸체(109)내에 매설된다.

제1부분(101)은 퓨즈의 제2부분(102)내에 도면에 도시된 바와 같이 삽입된 후 단자(112)의 나사산이 형성되어 있는 단부(117)에 돌려 끼워지는 너트(116)에 의하여 제위치에 고정되며, 이 나사산이 형성되어 있는 단부는 도전성 디스크(118)을 관통한다. 이 도전성 디스크에는 단락된 도전성 링(119)을 통해 코일(120)의 일단부가 연결되고, 코일의 타단부는 코넥터(121)를 통해 부분(102)의 한 면에서 노출되는 도전성 링(112)에 연결된다. 이러한 구성에 따라, 퓨즈의 두 부분(101)(102)들을 도시된 바와 같이 조립시켰을 때 접점(115)이 링(122)과 전기적으로 접촉됨을 알 수 있다.

상기 퓨즈가 제1도의 퓨즈와 유사한 방법으로 동작한다는 것은 명백할 것이다. 정상 작동중에 전류는 단자(104), 전극(106), 가용 엘리먼트(113) 및 단자(112)을 통하여 흐른다. 과부하의 경우에 가용 엘리먼트(113)는 용단되고 아크는 전극(106)과 단자(112)의 사이에서 발생하며 이어서 아크의 한 근원은 단자(112)상에서 제2전극(111)상으로 방향전이를 하게 된다. 그리하여 일어난 아크 전류는 코일(120)을 통해 단자(112)로 흘러서 전극(106)(111)들 사이를 통과하는 자력선을 갖는 자계를 발생시키게 된다. 이 부위에서 자속 밀도는 강자성체 실린더(110a)의 존재에 의하여 증가된다. 아크는 음전기 매체내에서 회전하고 전류 0부근에서 소호되어진다.

제1도에서 제11도까지에 도시된 각 퓨즈는 코일이 합체된 외함과, 이 외함에 끼워지며 가용 엘리먼트가 합체되어 있는 소모성의 유니트로 구성되는 2개 부분의 조립체이다. 각 조립체는 하나의 소모성 유니트를 삽입결합시킬 수 있도록 외함을 도시하고 있으나, 삼상 전원에 대해서는 각기 관련 코일을 구비한 3개의 체임버와, 각 상에 대하여 하나씩 모두 3개의 소모성 유니트를, 각 체임버에 하나씩의 유니트를 끼워 결합시켜 제공하는 것이 가능하다.

제1도에서 제11도까지에는 입,출력 도체들이 동축으로 되고 퓨즈의 수평장착을 시도한, 2개의 부분으로 된 퓨즈 조립체들을 설명하였으나, 반드시 그런 것은 아니고 제12도에는 그 중심축을 수직방향으로 하여 장착될 수 있도록 설계된, 그 전체가 부호 131로 지칭된 한 퓨즈가 도시되어 있다. 이 퓨즈는 절연 재료로 주조된 몸체(132)를 포함하는 구성으로 되며, 몸체의 상부에서 2개의 테이퍼진 개구(134)(135)들간의 연결부에서 노출되는 제1단자(133)를 갖는다. 개구(134)는 예컨대 변압기의 부싱(136)을 받아들일 수 있으며, 그 부싱내의 도체(137)는 개구(135)내의 볼트와 너트 조립체(138)에 의하여 단자(133)에 전기적 및 기계적으로 연결될 수 있다. 개구(135)는 추후에 플러그(139)에 의해 닫혀진다. 제2단자(140)도 또한 몸체(132)내에 매설되어 설치되며, 동재의 중공 실린더(142)의 지지체(141)도 마찬가지다. 단자(133)는 지지체(141)를 통해 실린더내로 돌출하여 그 단부에, 단자(140)의 자유단부에 가용 엘리먼트(144)로 연결되는 전극(143)을 설치구비한다. 코일(145)은 그 권선의 일단이 동재의 실린더(142)에 연결되고 타단은 도체(146)를 통해 단자(140)로 연결된다. 코넥터(147)는 실린더(142)의 내부를 진공으로 만들고 음전기 매체를 가압충전하기 위한, 외함(132)를 관통하는 통로를 포함한다. 이와같은 장치가 제1도에서 설명된 것과 유사한 방식으로 작동하게 되라는 것은 잘 이해될 것이다.

제1도에서 제11도까지 두부분으로 된 퓨즈의 여러 가지 가능한 실시예들을 설명하였고, 이러한 구성의 어느 것이라고 한 부분으로 된 구조로 변형될 수 있음이 이해되어야 한다. 유사하게, 제12도의 한 부분으로 된 구조가 두부분으로 된 구조로 변형될 수 있다. 수많은 변형 및 다른 여러 가지 구성이 가능하다. 중심전극(41)의 형상은 디스크형, 절두원추형 또는 상술한 실시예들에 채용된 다른 전극형태등으로, 요구에 따라 변형될 수 있다. 제8도의 차폐물(94)(96)같은 열 차폐물도 상술한 실시예들의 어떤 퓨즈에도 사용될 수 있다.

Claims

밀봉된 체임버와, 이 체임버내에 설치되고 실질적으로 원형인 가장자리부를 가지며 제1도체가 연결될 수 있는 제1단자에 전기 접속되는 제1전극과, 체임버 내측에 위치되는 도전성 표면을 가지고 그 도전성 표면이 제1전극으로부터 이격되어 있도록 설치되는 제2전극과, 제2도체가 연결될 수 있는 제2단자와, 제2전극과 제2단자 사이에 전기적으로 연결되는 코일과, 제1전극과, 제2단자 사이의 전기적으로 연결되는 가용 엘리먼트를 포함하고 있으며, 상기 코일은 가용 엘리먼트의 용단에 뒤이어 전력이 공급될 때 단락 회로 전류에 의하여 유기되는 자계가 두 전극들 사이를 통과하는 아크를 제1전극의 주위로 회전시키도록 배치되는 중간 전압범위(3.3KV-38KV)의 교류전력 회로용 퓨즈에 있어서, 부가적 전기 접점이 체임버내에서 제2단자와 직접 전기적으로 접속 설치되고, 상기 체임버가 할로겐화 음전기 매체로 충전되고, 가용 엘리먼트가 용단되었을 때 생성되는 고장전류가 제1전극과 부가적 접점 사이에서 아크를 형성하고 뒤이어 아크의 한 근원이 부가적 접점상에서 제2전극상으로 방향전이를 하며 아크가 음전기 매체내에서 제1전극의 원형 가장자리 주위로 회전하여 소호되도록 부품들이 상호 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 교류전력 회로용 퓨즈.
제1항에 있어서, 상기 퓨즈가 그 코일과 제2전극의 형태가 코일에서의 고장전류와 자계의 자속밀도 사이에 30 ° -80 ° 의 위상각의 차이를 일으켜서 전류 피이크가 자속 피이크 전에 발생하도록 되어있는 퓨즈.
제2항에 있어서, 상기 위상각의 차이가 45 °- 65°인 퓨즈.
전기한 항들 중의 한 항에 있어서, 상기 퓨즈가 아크 중심에서 자계의 피크 정상 자속밀도가 50-100마이크로 테즐라/암페아, 바람직하게는 70-90마이크로 테즐라/암페아로 되는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일이 이 코일을 퓨즈의 전기절연재로 된 외함 부분내에 매설한 상태로 외함을 주조 또는 모울드성형하여 설치되어 있는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일이 제1전극이 설치되는 체임버를 방사상으로 둘러싸고, 이 코일과 제1전극의 외주연 사이의 방사상 중간면들이 사실상 일직선상에 놓이도록 되어 있는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 체임버가 전기 도전성 재료의 실린더형 벽을 가지며 그 벽이 제2전극을 형성하도록 되어 있는 퓨즈.
제1항에 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 퓨즈의 맞은편 단부들 각각이 절연 재료의 코넥터 부분을 포함하고, 각 코넥터 부분은 개방단부에서 폐쇄단부를 향해 내측으로 테이퍼진 절두원추형 개구를 지니며, 제1 및 제2단자들 각각이 개구들 각각의 밀폐단부내로 그 각 개구와 동축을 이루어 연장설치되어 있는 퓨즈.
제7항에 있어서, 상기 체임버의 실린더형 벽이 체임버의 제1축방향 단부에서 전기 절연재료의 지지블록에 의하여 지지되고, 제1단자가 체임버 외측에 있는 외측 단부로부터 체임버 내측에 있는 내측 단부로 지지블록을 관통하여 연장설치되고 이 제1단자의 내측 단부에 제1전극이 고정 설치되어 있는 퓨즈.
제7항에 있어서, 상기 체임버의 실린더형 벽이 체임버의 또하나의 축방향 단부에서 전기 절연재로 된 또 하나의 지지블록에 의하여 지지되고, 제2단자가 체임버 외측에 있는 외측단부로부터 체임버 내측에 있는 내측단부로 장착블록을 관통하여 연장설치되며, 이 제2단자의 내측 단부에 부가적 전기접점이 고정설치되어 있는 퓨즈.
제1항 또는 제10항에 있어서, 상기 부가적 전기 접점의 형상이 가용 엘리먼트가 용단된 후에 부가적 접점과 접촉되던 아크의 근원이 제2전극상으로 방향전이 하기 전에 부가적 접점의 표면상의 통로로 이동하도록 이루어져 있는 퓨즈.
제1항 또는 제10항에 있어서, 상기 부가적 접점이 환형 링의 형태를 가지며 제1전극과 축상으로 이격되어 그와 실질적으로 동축을 이루어 설치되고, 이 링형의 부가적 접점이 아크의 근원의 통로를 형성하도록 되어 있는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 부가적 전기 접점이 사실상 단단한 고정부분과, 이 고정부분에 회동하게 설치되고 제1전극에 인접한 자유단부를 가지며 그 회동에 의하여 그 자유단부가 제2전극과 근접하게 통과하는 아크를 형성하는 가동부분과, 이 가동부분을 제1전극에서 먼 방향으로 탄발 편향시키는 수단을 포함하고, 가동부분의 자유단부는 가용의 연결 엘리먼트에 의해 제1전극에, 상기 엘리먼트에 의해 그 탄발편향이 저지되는 상태로 연결되어 있는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 퓨즈가 그 제1 및 제2단자들 사이를 통과하는 고장전류에 응답하여 출력신호를 발생하는 수단을 포함하는 퓨즈.
제14항에 있어서, 상기 응답수단이 고장전류에 응답하여 기계적 출력신호를 발생할 수 있는 화학적 기폭장치로 되어 있는 퓨즈.
제14항에 있어서, 상기 응답수단이 전기식이고 고장전류에 응답하여 전기적 출력신호를 발생할 수 있도록 되어 있는 퓨즈.
제15항에 있어서, 상기 응답수단이 상기 제1코일로부터 간격을 두고 이를 방사상으로 둘러싸도록 설치된 2차 코일로 되어 있는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 퓨즈가 그 가용 엘리먼트를 파괴하는 수단을 포함하는 퓨즈.
제18항에 있어서, 상기 수단이 기계적으로 작동되는 퓨즈.
제18항에 있어서, 상기 수단이 전기적으로 작동되는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 퓨즈의 노출된 외표면이 전기적 차폐물을 포함하는 퓨즈.
제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 퓨즈가 두 부분으로 구성되고, 그중 한 부분이 그 내부에 매설된 코일과 제1개방단부를 가진 절연재의 외함 부분이고, 이 외함의 제1개방단부에 제1 및 제2전극, 가용 엘리먼트 및 부가적 전기 접점을 포함하는 소모성의 다른 부분이 끼워져 결합될 수 있도록 되어 있는 퓨즈.
제22항에 있어서, 상기 절연재의 외합 부분이 그 외부 및 내부 표면 모두에 전기적 차폐물을 가지는 퓨즈.