회로 차단 장치용 아크 슈트{Arc chute for a circuit interrupting device}
본 발명은 아크 소멸 챔버 또는 "아크 슈트(arc chute)"에 관한 것이다.
아크 슈트들은 회로 차단기들 및 접촉기들과 같은 회로 차단 장치들, 특히 직류(direct current; DC) 회로 차단 장치들에 사용되고 있다. 직류(DC) 회로 차단 장치들은 고정 접촉자 및 가동 접촉자를 포함하고 있는 것이 전형적이다. 정상 상태에서, 이러한 접촉자들은 서로 접촉해 있으며 전류가 그들을 통해 흐르게 된다. 회로를 차단하기 위해, 상기 가동 접촉자는 소정 타입의 전기기계 액추에이터에 의해 상기 고정 접촉자로부터 떨어지게끔 이동되는데, 이는 2개의 접촉자들 간의 전기 아크를 생성하게 된다. 상기 전기 아크는 회로에 의해 생성되는 자기장에 의해 아크 슈트 내에 강제로 진입된다. 이러한 아크 슈트 내부에서는 상기 아크가 다수의 작은 아크들로 분할되고 이는 궁극적으로 분리된 접촉자들 간의 통전(通電)을 최종적으로 붕괴시키는 결과를 초래하게 된다. 아크 슈트들은 회로의 정격 전압보다 상당히 높고 전형적으로는 상기 정격 전압의 1.5 내지 3배인 아크 전압을 생성한다. 그러나, 국제 표준은 아크 전압이 정격 절연 전압의 3배와 같은 최대값으로 제한되도록 규정하고 있다. 상기 정격 절연 전압은 회로의 정격 전압과 일치하고 있다. 따라서, 소정의 정격 전압용으로 설계된 아크 슈트는 다른 정격 전압용으로 사용될 수 없는 것이 일반적이다.
본 발명의 목적은 다른 정격 전압들에 채택될 수 있는 아크 슈트를 제공하는 것이다.
이를 위해, 첨부된 청구항 제1항에서 정의된 바와 같은 아크 슈트가 제공되며, 그의 특정 실시예들이 종속 청구항 제2항 내지 제4항에 정의되어 있다. 본 발명은 또한 상기 아크 슈트를 합체하고 있는 회로 차단 장치, 특히 직류(DC) 회로 차단기를 제공한다. 본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부도면들을 참조한 이하의 상세한 설명을 고려하면 자명해질 것이다.
본 발명은 다른 정격 전압들에 채택될 수 있는 아크 슈트를 제공함으로써 각각의 정격 전압에 대한 하나의 회로 차단 장치에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아크 슈트를 합체하고 있는 회로 차단기 또는 접촉기와 같은 회로 차단 장치를 보여주는 전기 회로도로서, 개방 위치에 있는 아크 슈트의 바이패스 스위치를 보여주는 전기 회로도. 도 2는 폐쇄 위치에 있는 아크 슈트의 바이패스 스위치를 보여주는 도 1과 같은 회로 차단 장치를 보여주는 전기 회로도.
첨부도면들에서, 참조번호(1)는 회로의 전력 라인을 나타내며, 참조번호(2)는 종래의 고정 및 가동 접촉자들로 이루어진 스위치를 나타내고 참조번호(3)는 본 발명에 따른 아크 슈트를 나타낸다. 상기 아크 슈트(3)는 공지된 방식으로 도전성 부재들(5)에 의해 직렬 연결된 복수 개의 아크 슈트 유닛들(4)을 포함한다. 각각의 아크 슈트 유닛(4)은 복수 개의 분리된 금속 배플(metal baffle)들(6)을 포함한다. 도시된 예에서는, 4개의 동일한 아크 슈트 유닛들(4)이 제공되어 있다. 도 1을 참조하면, 상기 스위치(2)가 개방될 경우에, 다시 말하면 전류가 상기 전력 라인(1)에 흐르고 있는 동안 가동 접촉자가 고정 접촉자로부터 떨어지게끔 이동될 경우에, 상기 접촉자들 간에는 전기 아크가 형성된다. 그러한 아크는 상기 아크 슈트(3) 내에 강제로 진입되는데, 이 경우에는 상기 아크가 각각의 아크 슈트 유닛(4)에서 다수의 작은 아크들로 분할되고 결과적으로는 전류들이 화살표들로 윤곽만 도시된 바와 같이 상기 도전성 부재들(5)을 통해 흐르게 된다. 각각의 아크 슈트 유닛(4)은 상기 아크 슈트 유닛(4)에 제공된 다수의 배플들(6)에 의존하는 아크 전압을 생성한다. 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된 아크 전압은 상기 아크 슈트 유닛들(4)에 의해 생성된 다른 아크 전압들의 합이다. 따라서, 도시된 예에서, 각각의 슈트 유닛(4)이 대략 1 ㎸의 아크 전압을 생성할 경우에, 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된 총 아크 전압은 대략 4 ㎸로 된다. 본 발명에 의하면, 스위치(7)는 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 일부, 다시 말하면 도시된 예에서는 2개의 도전성 부재들(5) 간의 하나의 아크 슈트 유닛(4a)과 병렬 연결되어 있다. 상기 스위치(7)는 폐쇄 위치(도 2 참조)에 있을 때 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 일부를 바이패스(분로)시키고, 개방 위치(도 1 참조)에 있을 때 상기 아크 슈트 유닛들(4)을 바이패스시키지 않는다. 따라서, 상기 스위치(7)가 개방 위치(도 1 참조)에 있을 때, 모든 아크 슈트 유닛들(4)은 상기 스위치(2)의 개방에 의해 생성되는 전기 아크를 소멸시키도록 동작하게 되고, 상기 스위치(7)가 폐쇄 위치(도 2 참조)에 있을 때, 단지 상기 스위치(7)와 병렬 연결된 것 또는 것들과는 다른 아크 슈트 유닛들(4)만이 아크를 소멸시키도록 동작하게 된다. 그러므로, 다른 아크 전압들은 상기 스위치(7)의 위치에 의존하여 상기 아크 슈트(3)에 의해 생성된다. 단지 아크 슈트 유닛(4a)만이 상기 스위치(7)와 병렬 연결되어 있는 도시된 예에서, 상기 아크 슈트(3)의 아크 전압은 상기 스위치(7)가 개방(도 1 참조)될 경우에 하나의 아크 슈트 유닛(4)에 대응하는 아크 전압의 4배로 되고 상기 스위치(7)가 폐쇄(도 2 참조)될 경우에 하나의 아크 슈트 유닛(4)에 대응하는 아크 전압의 3배로 된다. 상기 바이패스 스위치(7)는 단로기(disconnector)인 것이 바람직하다. 단로기는 회로 차단기 또는 접촉기와는 다른데, 그 이유는 단지 내부에 어떠한 전류도 흐르고 있지 않을 경우에만 상기 단로기가 회로를 개방시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 단로기는 아크 슈트를 필요로 하지 않는다. 변형적으로는, 상기 바이패스 스위치(7)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 스위치 또는 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor; IGCT) 스위치와 같은 반도체 스위치로 이루어질 수 있다. 상기 바이패스 스위치(7) 때문에, 본 발명의 아크 슈트(3)는 다른 전압들로 동작하는 회로들에서 사용될 수 있다. 모든 아크 슈트 유닛들(4)이 동작(도 1 참조)하도록 구성될 경우에 상기 아크 슈트(3)는 제1 정격 전압을 지니는 제1 회로에서 사용될 수 있다. 상기 아크 슈트 유닛들(4) 중 단지 일부만이 동작(도 2 참조)하도록 구성될 경우에, 상기 아크 슈트(3)는 상기 제1 정격 전압보다 낮은 제2 정격 전압을 지니는 제2 회로에서 사용될 수 있는데, 그 이유는 아크 전압이 전자의 구성에서보다 낮고, 더 구체적으로 기술하면 상기 제2 회로에 대한 국제 표준에 의해 규정된 최대값보다 낮아질 수 있기 때문이다. 도시된 예에서, 단지 하나의 바이패스 스위치(7)가 제공되어 있다. 그러나, 변형예에서는, 3개 이상의 다른 아크 전압이 생성될 수 있게끔 여러 바이패스 스위치가 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 아크 슈트 유닛(4a)과 병렬 연결된 스위치(7) 외에도, 다른 한 바이패스 스위치가 상기 아크 슈트 유닛(4b)과 병렬 접속될 수 있다. 따라서, 이와 같은 2개의 바이패스 스위치들 각각의 위치에 의존하여, 제로(0)개의 아크 슈트 유닛(4), 1개의 아크 슈트 유닛(4) 및 2개의 아크 슈트 유닛(4) 중 하나가 바이패스될 수 있으며, 결과적으로는 3개의 다른 아크 전압들이 획득될 수 있다. 더군다나, 본 발명의 아크 슈트에서 제공된 모든 또는 각각의 바이패스 스위치는 첨부도면들에 도시된 것들 중 단지 하나만이라기보다는 오히려 여러 인접 아크 슈트 유닛과 병렬 연결될 수 있다. 본 발명의 특정 적용 분야가 철도 네트워크들 및 차량들이다. 실제로, 철도 네트워크들은 나라마다 다른 전압들로 작동한다. 본 발명의 아크 슈트를 합체한 차단 장치들이 예를 들면 기관차들에 설치되고 이 때문에 상기 기관차들이 다른 나라들의 철도 네트워크들을 지나갈 수가 있다. 본 발명은 각각의 네트워크 전압에 대한 하나의 회로 차단 장치를 상기 기관차들에 제공할 필요성을 없앤다. 본 발명은 직류(direct current)에 국한되지 않고, 또한 동일한 방식으로 교류(alternate current; AC)에도 적용될 수 있다. |
