직류 배선용 차단기의 트립 장치{TRIP MECHANISM FOR DC MOLDED CASE CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 직류 배선용 회로차단기(이하 배선용 차단기로 약칭함)에 관한 것으로, 특히 극 간(極 間) 절연거리를 확장할 수 있는 직류 배선용 차단기의 트립 장치에 관한 것이다.
배선용 차단기의 트립 장치에 대한 종래기술은 본 발명의 출원인에게 허여된 아래의 특허문헌을 참조할 수 있다. (특허문헌 1) KR10-0652236 B1 그러나 종래기술에 따른 배선용 차단기의 트립 장치는 극(상)마다 모두 트립 장치가 마련되는 구성으로서, 인접한 극별(상별) 트립 장치들 사이의 전기적 절연거리, 즉 극 간(상간) 절연거리에 대한 고려가 없었다. 직류 배선용 차단기는 직류 회로의 개폐 및 보호를 위해 사용되는 전원 측 양극과 음극 및 부하 측 양극과 음극의 극이 있는 배선용 차단기로서, 전원 측과 부하 측에 각각 R상, S상, T상의 3상 또는 R상, S상, T상 및 N상의 4극의 회로 개폐 구성을 갖는 교류 배선용 차단기와 구별된다. 이러한 직류 배선용 차단기에 있어서 사용전압 및 절연전압에 대해서 극 간 절연거리는 사용전압 및 절연 전압의 상승에 따라 비례하게 증대될 것이 요구된다. 그러나 극 간 절연거리 증대는 직류 배선용 차단기의 전체 제품 크기의 증가를 야기하는 바, 사용전압 및 절연 전압의 상승에 따라 전체 제품 크기는 증가시키지 않으면서 극간 절연거리는 증대시킬 수 있는 직류 배선용 차단기의 트립 장치를 얻는 것이 과제이다. 또한 직류 배선용 차단기에 있어서 과전류와 순시 사고전류에 대해서 신뢰성 있게 트리거 출력을 제공할 있는 직류 배선용 차단기의 트립 기구가 요구된다.
본 발명은 상술한 과제를 달성하는 것으로서, 본 발명의 목적은 사용전압 및 절연 전압의 상승에 따라 전체 제품 크기는 증가시키지 않으면서 극간 절연거리는 증대시킬 수 있으며, 과전류와 순시 사고전류에 대해서 신뢰성 있는 트리거 출력을 제공하는 직류 배선용 차단기의 트립 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 회로에 접속되어 회로에 흐르는 순시 사고전류에 따라 가동되는 가동부를 가지는 순시 트립 기구 부와, 회로에 접속되어 회로에 흐르는 과전류에 따라 가동되는 바이메탈을 가지는 열동 트립 기구 부를 포함하며, 인접한 두 극 중 어느 한 극에 마련되는 트립 기구 부; 상기 순시 트립 기구 부의 가동부 또는 상기 열동 트립 기구의 바이메탈의 접촉 및 가압에 의해 회동 가능한 크로스바(CROSS BAR); 및 회동하는 상기 크로스바의 접촉에 의해 회동 가능하게 마련되며, 트립 기구의 출력을 제공하는 슈터(shooter);를 포함하는 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구를 제공함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 상기 크로스바는, 상기 열동 트립 기구 부의 바이메탈에 대응하게 마련되며 상방으로 돌출하게 형성되어 상기 바이메탈의 가압력을 받는 제 1 동력 접수 부; 상기 순시 트립 기구의 가동부에 대응하게 마련되며 상방으로 돌출하게 형성되어 상기 순시 트립 기구 부의 가동부로부터 가압력을 받는 제 2 동력 접수 부; 및 상기 슈터를 마주보게 마련되며, 상기 크로스바로부터 상방으로 돌출하게 형성되어 상기 슈터를 회전 구동하는 상기 크로스바의 출력을 제공하는 출력 돌 부;를 포함한다. 본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 상기 출력 돌 부는 상기 슈터를 마주보는 면이 하방으로 갈수록 상기 슈터 쪽으로 더욱 돌출하게 형성된 경사면으로 형성된다. 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 상기 크로스바를 원위치로 복귀시키는 복귀 스프링을 더 포함하고, 상기 크로스바는 하방으로 연장하게 형성되어 상기 복귀 스프링의 일 단을 지지하는 복귀 스프링 지지 돌 부를 더 포함한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 슈터는, 중앙의 회전 축 부; 상기 회전 축 부로부터 하방으로 절곡 형성되며, 회동하면서 상기 슈터의 출력을 제공하는 출력 부; 및 상기 회전 축 부로부터 상기 크로스바 측으로 연장하게 형성되어, 상기 크로스바로부터 회전 동력을 받는 동력 접수 부;를 포함한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는, 외함 부; 및 상기 외함 부에 일체로 마련되거나 상기 외함 부에 결합되도록 별체로 마련되어 상기 회전 축 부를 지지하는 축 수 부재;를 더 포함한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 열동 트립 기구 부는, 단자 부이면서 회로의 과전류 발생에 따라 발열하는 히터; 및 상기 히터에 결합되어 발열하는 히터에 의해 만곡하는 상기 바이메탈을 포함하고, 상기 순시 트립 기구 부는, 상기 히터에 전기적으로 접속되어 회로의 순시 사고 전류에 따라 자기(磁氣)흡인력을 제공하는 전자석 부; 중앙의 회전 축을 중심으로 상기 전자석 부에 접근하는 위치 또는 상기 전자석 부로부터 멀어지는 위치로 회동 가능한 상기 가동부로서 아마추어; 상기 아마추어에 접촉하는 일 단을 가지며, 상기 아마추어에 상기 전자석 부로부터 멀어지는 위치로 복귀하는 탄성력을 부과하는 비틀림 스프링;을 포함한다. 본 발명에 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 지지 판을 더 포함하고, 상기 지지 판은, 상기 회전 축을 지지하는 축 지지 부를 가지는 한 쌍의 측 판 부; 상기 한 쌍의 측 판 부를 연결하며, 상기 히터에 고정되는 연결 부; 및 상기 측 판 부로부터 연장형성되어 상기 비틀림 스프링의 타 단을 지지하는 스프링 지지 부를 포함한다. 본 발명에 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 아마추어는, 상부에 마련되어 회동하면서 상기 크로스바를 접촉 가압할 수 있는 아마추어 출력부; 하부에 상기 아마추어 출력부와 일체로 마련되며, 상기 전자석 부를 마주보게 설치되어 상기 전자석 부에 접근하는 위치 또는 상기 전자석 부로부터 멀어지는 위치로 회동하면서 상기 아마추어 출력부를 회전구동하고, 상기 비틀림 스프링의 일단을 지지하는 구동 판 부;를 포함한다. 본 발명에 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 인접한 두 극 중 트립 기구 부가 설치되지 않는 극에는 전기적 도체로 형성되는 단자만이 구비된다. 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서 상기 트립 기구 부는 한 대의 직류 배선용 차단기에 두 개만 마련된다. 본 발명에 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 인접한 한 쌍의 극별 히터간 거리만큼의 두께를 가진 극간 절연 격벽을 더 포함한다. 본 발명에 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 극별 히터에 접속되는 부스바(busbar); 및 인접한 한 쌍의 상기 부스바 사이에 극간 절연을 위해 마련되는 극간 절연 판;을 더 포함한다.
본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구는, 인접한 두 극 중 어느 한 극에만 순시 트립 기구 부와 열동 트립 기구 부를 포함하는 트립 기구 부가 마련되므로, 인접한 두 극에 모두 트립 기구 부가 설치되고 횡 방향으로 돌출하는 부분이 있어 양 트립 기구 부 간 절연거리가 단축되는 종래 구조에 대비하여 인접한 두 극 간 절연거리가 확장되는 효과를 얻을 수 있는 반면 극 간 절연거리를 확보하기 위해서 직류 배선용 차단기의 폭을 확장할 필요가 없어 직류 배선용 차단기의 크기(폭)를 증대시킬 우려가 없는 효과를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 상기 크로스바는, 상기 바이메탈의 가압력을 받는 제 1 동력 접수 부와, 순시 트립 기구 부의 가동부로부터 가압력을 받는 제 2 동력 접수 부 및 슈터를 회전 구동하는 출력을 제공하는 출력 돌 부를 포함하므로, 제 1 동력 접수 부를 통해서 열동 트립 기구 부로터 회전 동력을 받거나 제 2 동력 접수 부를 통해서 순시 트립 기구 부로부터 회전 동력을 받아 회전 가능하고, 출력 돌 부를 통해서 슈터를 회전 구동하는 출력을 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 상기 출력 돌 부는 상기 슈터를 마주보는 면이 하방으로 갈수록 슈터 쪽으로 더욱 돌출하게 형성된 경사면으로 형성되므로, 크로스바가 회전할 때 경사면 중 하부가 슈터를 접촉하면서 슈터도 크로스바와 같은 방향으로 회동하게 되는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 크로스바를 원위치로 복귀시키는 복귀 스프링을 더 포함하고, 크로스바는 하방으로 연장하게 형성되어 상기 복귀 스프링의 일 단을 지지하는 복귀 스프링 지지 돌 부를 더 포함하므로, 트립 동작후 크로스바를 회동시키는 구동력이 없어지면 복귀 스프링에 의해서 크로스바가 원위치로 복귀하는 효과를 얻을 수 있고, 상기 복귀 스프링 지지 돌 부에 의해서 상기 복귀 스프링의 탄성력이 크로스바에 부과됨과 아울러 상기 복귀 스프링의 일 단이 지지되는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 슈터는, 중앙의 회전 축 부; 회동하면서 상기 슈터의 출력을 제공하는 출력 부; 및 크로스바로부터 회전 동력을 받는 동력 접수 부;를 포함하므로, 슈터가 회동하면서 출력 부를 통해서 트립을 위한 출력을 제공할 수 있고 동력 접수 부를 통해 크로스바로부터 회전 동력을 받을 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 외함 부 및 축 수 부재를 더 포함하므로, 외함 부 내에 트립 기구를 구성하는 구성부품들을 수납할 수 있고, 축 수 부재를 통해 슈터의 상기 회전 축 부를 회동 가능하게 지지할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 상기 열동 트립 기구 부는, 히터 및 바이메탈을 포함하고, 상기 순시 트립 기구 부는, 전자석 부; 아마추어; 상기 아마추어에 상기 전자석 부로부터 멀어지는 위치로 복귀하는 탄성력을 부과하는 비틀림 스프링을 포함하므로, 회로에서 과전류 발생시 열동 트립 기구 부의 동작에 의해서 크로스바를 회전 구동할 수 있는 구동력을 제공할 수 있고 회로에서 순시 사고전류 발생시 순시 트립 기구 부에 의해서 크로스바를 회전 구동할 수 있는 구동력을 제공할 수 있으며, 순시 사고전류가 없어지면 상기 비틀림 스프링에 의해서 아마추어를 전자석 부로부터 멀어진 위치로 복귀시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구는 지지 판을 더 포함하고, 상기 지지 판은, 축 지지 부를 가지는 한 쌍의 측 판 부; 상기 한 쌍의 측 판 부를 연결하며, 상기 히터에 고정되는 연결 부; 및 상기 측 판 부로부터 연장형성되어 상기 비틀림 스프링의 타 단을 지지하는 스프링 지지 부를 포함하므로, 상기 측 판 부에 의해서 아마추어의 회전 축을 지지할 수 있고, 연결 부를 통해서 한 쌍의 측 판 부를 히터에 고정할 수 있으며, 스프링 지지 부에 의해서 상기 비틀림 스프링의 일 단 부를 지지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 상기 아마추어는, 크로스바를 접촉 가압할 수 있고 상부에 마련되는 아마추어 출력부;및 하부에 상기 아마추어 출력부와 일체로 마련되고 상기 전자석 부를 마주보게 설치되는 구동 판 부를 포함하므로, 구동 판 부가 전자석에 접근하는 위치로 전자석의 자기 흡인력에 의해 회동할 때, 아마추어 출력부도 구동 판 부와 같은 방향으로 회동할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구에 있어서, 인접한 두 극 중 트립 기구 부가 설치되지 않는 극에는 전기적 도체로 형성되는 단자만이 구비되므로, 인접한 두 극의 절연거리가 트립 기구간 거리에서 단자 간의 거리로 증대되는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 배선용 차단기의 트립 기구는 인접한 한 쌍의 극별 히터간 거리만큼의 두께를 가진 극간 절연 격벽을 더 포함하므로, 극간 절연 격벽의 두께가 극별 히터간 거리보다 작은 종래기술 대비하여 극간 절연 격벽의 두께를 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 배선용 차단기의 트립 기구는 극별 히터에 접속되는 부스바 및 인접한 한 쌍의 상기 부스바 사이에 극간 절연을 위해 마련되는 극간 절연 판을 더 포함하므로, 통전경로의 면적증가로 인해 발열을 감소시킬 수 있고 부스바 사이의 극간 절연이 확보될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구가 직류 배선용 차단기에 설치된 상태를 보여주는 직류 배선용 차단기의 일부 절개 사시 도이고,
도 2는 도 1중 트립 기구 부위 만의 부분 확대 도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구가 직류 배선용 차단기에 설치된 상태를 보여주기 위해 전원 측 또는 부하 측의 외함 부를 완전히 절개한 직류 배선용 차단기의 사시 도이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구의 조립체만을 별도로 보여주는 사시 도이며,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구를 포함하는 직류 배선용 차단기의 회로 도이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 트립 기구를 포함하는 직류 배선용 차단기의 회로 도이며,
도 7은 도 5에 따른 직류 배선용 차단기에 있어서 도체 연결 부재의 물리적 형상과 전원 측 및 부하 측 회로연결을 위한 부스 바의 물리적 형상을 보여주는 사시 도이며,
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구 중 트립 기구 부만을 별도로 보여주는 측면도이고,
도 9는 도 8의 트립 기구 부를 상방으로부터 비스듬히 내려다본 사시 도이며,
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구 부 중 아마추어만을 상방으로부터 비스듬히 내려다본 사시 도이고,
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구 부 중 바이메탈만을 상방으로부터 비스듬히 내려다본 사시 도이고,
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구 부 중 지지 판만을 상방으로부터 비스듬히 내려다본 사시 도이며,
도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구 중 크로스바와 복귀 스프링을 상방으로부터 비스듬히 내려다본 사시 도이고,
도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구를 포함하는 직류 배선용 차단기에 있어서 트립 기구 부가 설치되지 않는 극의 구성을 보여주는 단자만의 사시 도이며,
도 15는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구의 조립체 만을 도시한 사시 도로서 열동 트립 기구 부의 동작에 따른 트립 동작 전 상태를 보여주는 동작 상태 도이고,
도 16은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구의 조립체 만을 도시한 사시 도로서 열동 트립 기구 부의 동작에 따른 트립 동작 후 상태를 보여주는 동작 상태 도이며,
도 17은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구의 조립체 만을 도시한 사시 도로서 순시 트립 기구 부의 동작에 따른 트립 동작 전 상태를 보여주는 동작 상태 도이고,
도 18은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구의 조립체 만을 도시한 사시 도로서 순시 트립 기구 부의 동작에 따른 트립 동작 후 상태를 보여주는 동작 상태 도이다..
상술한 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다. 도 1, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기(200)는 길이방향 양 단 부에 각각 4개씩의 단자 부를 갖는다. 여기서 단자 부는 바이메탈(27)에 회로에 흐르는 전류에 비례한 발열을 제공하는 히터(heater) 의 기능도 수행하기 때문에 히터 또는 히터 부라고 부를 수 있다. 이하에서 단자 부는 히터로 부르고 부호 21으로 지시하기로 한다. 직류 배선용 차단기는 내부 구성부품들을 수납하도록 절연재로 형성되고 상부가 개방된 직사각 상자형태의 하부 외함과, 해당 하부 외함을 덮는 상부 커버(upper cover)를 포함하는 외함을 갖는다. 상기 상부 커버중 양 히터(21)의 직 상부에는 히터(21)가 외부에 노출되지 않게 덮어서 감전, 누전 등 전기적 사고 발생이 방지되게 하는 단자 커버(30)가 각각 설치된다. 상기 하부 외함 내에는 트립 기구(20), 개폐기구(미 도시), 소호 기구 등이 설치될 수 있다. 상기 개폐기구는 잘 알려진 바와 같이 고정접점과, 가동접점 및 가동접점을 상기 고정접점에 접촉하는 폐로(閉路) 위치와 상기 고정접점으로부터 분리되는 개로(開路) 위치로 구동하는 기구(mechanism)로서 트립 스프링(trip spring), 트립 바(trip bar), 네일(nail), 래치 홀더(latch holder), 래치(latch), 개폐 핸들, 레버(lever), 링크(link), 샤프트(shaft) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 트립 기구(20)는 상기한 바와 같은 직류 배선용 차단기용의 트립 기구로서, 잘 알려진 바와 같이 트립 기구(20)는 회로상에 과전류 또는 단락전류와 같은 사고전류가 흐를 때 이를 검출하여 상기 개폐기구가 개로 위치로 동작하도록 트리거(trigger)하는 기구이다. 소호 기구는 잘 알려진 바와 같이 가동 접점과 고정 접점의 주위에 복수의 그리드(grid)를 적층하여 구성되며, 통전 중 개로 위치로 동작(예컨대 트립 동작 또는 수동 off 조작)시 가동 접점과 고정 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 신속히 소멸시켜주는 기구이다. 이러한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구(20)의 구성을 트립 기구(20)의 조립체를 도시하는 도 4와 도 15 및 트립 기구 부만을 도시하는 도 9를 참조하여 설명한다. 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 트립 기구(20)는 트립 기구 부(도 9의 부호 20-1 참조), 크로스바(도 4 및 도 15의 부호 26 참조) 및 슈터(shooter)(도 4 및 도 15의 부호 ST 참조)를 포함한다. 트립 기구 부(20-1)는 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)와 열동 트립 기구 부(21, 27)를 포함한다. 트립 기구 부(20-1)는 도 1 내지 도 4와 도 5 내지 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 인접한 두 극 중 어느 한 극에만 마련된다. 여기서 인접한 두 극은 직류 배선용 차단기에 있어서 물리적으로 거리가 가장 가까운 극을 의미하며 도 5 내지 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 서로 같은 양극 또는 음극일 수 있고 서로 다른 양극과 음극일 수 있다. 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)는 회로에 접속되어 회로에 흐르는 순시 사고전류에 따라 가동되는 가동부(24a, 24b)를 가진다. 여기서 순시 사고전류는 잘알려진 바와 같이 단락전류와 같이 직류 배선용 차단기의 정격전류의 수배에서 수십 배에 달하는 큰 사고전류로서 순간적으로 회로 차단이 요구되는 전류이다. 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)는 도 8 또는 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 전자석 부(25), 아마추어(armature)(24) 및 비틀림 스프링(28)을 포함한다. 전자석 부(25)는 후술하는 단자로서 히터(21)의 중앙 수직 부의 후면 하부에 나사, 리벳 등에 의해 고정수단에 의해 고정될 수 있다. 일 실시 예에 따라서 전자석 부(25)는 후술하는 지지 판(22)의 연결 부(22b)를 개재하여 히터(21)의 중앙 수직 부의 후면 하부에 고정될 수 있다. 전자석 부(25)는 상기 히터(21)에 전기적으로 접속되어 회로의 순시 사고 전류에 따라 자기(磁氣)흡인력을 제공한다. 아마추어(24)는 중앙의 회전 축(24c)을 중심으로 상기 전자석 부(25)에 접근하는 위치 또는 상기 전자석 부(25)로부터 멀어지는 위치로 회동 가능한 상기 가동부이다. 아마추어(24)는 도 10을 참조할 수 있는 바와 같이 아마추어 출력부(24b)와 구동 판 부(24a)를 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이 상기 아마추어(24)의 조립체는 회전 축(24c)을 더 포함할 수 있다. 아마추어 출력부(24b)는 아마추어(24)의 상부에 마련되어 회동하면서 상기 크로스바(26)를 접촉 가압할 수 있는 부분이다. 아마추어 출력부(24b)는 바람직한 일 실시 예에 따라서 상단 부가 전방을 향해 절곡된 형상을 가질 수 있다. 구동 판 부(24a)는 하부에 상기 아마추어 출력부(24b)와 일체로 마련되며, 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 상기 전자석 부(25)를 마주보게 설치되어 상기 전자석 부(25)에 접근하는 위치 또는 상기 전자석 부(25)로부터 멀어지는 위치로 회동하면서 상기 아마추어 출력부(24b)를 회전구동한다. 또한, 구동 판 부(24a)는 후면(전자석 부를 마주보는 면)을 통해 상기 비틀림 스프링(28)의 일단(부호 미지정, 도 9에서 비틀림 스프링의 하단)을 지지한다. 비틀림 스프링(28)은 상기 아마추어(24)에 접촉하는 일 단(도 9에서 하단)을 가지며, 상기 아마추어(24)에 상기 전자석 부(25)로부터 멀어지는 위치로 복귀하는 탄성력을 부과하는 수단으로 마련된다. 비틀림 스프링(28)이 타 단(도 9에서 상단)은 후술하는 지지 판(22)의 스프링 지지 부(22a2)에 의해 지지된다. 비틀림 스프링(28)의 중앙 부는 회전 축(24c)의 주위에 설치되어 비틀림 스프링(28)의 중앙 부를 회전 축(24c)이 관통하게 설치될 수 있다. 비틀림 스프링(28)은 바람직한 일 실시 예에 따라서 한 쌍이 마련될 수 있다. 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)는 도 8 또는 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 지지 판(22)을 더 포함할 수 있다. 지지 판(22)은 일 실시 예에 따라서 도 12를 참조할 수 있는 바와 같이 한 쌍의 측 판 부(22a), 연결 부(22b) 및 스프링 지지 부(22a2)를 포함하게 구성될 수 있다. 도 12에서 부호 22a1은 회전 축(24c)의 양 단 부를 지지하는 한 쌍의 축 지지 부로서 축 지지 홈 부를 지시하고, 부호 22c는 연결 부(22b)에 서로 적절한 간격을 두게 형성되는 한 쌍의 고정 나사 구 부를 지시한다. 도 12를 참조할 수 있는 바와 같이 한 쌍의 측 판 부(22a)는 상기 회전 축(24c)을 지지하는 축 지지 부로서 축 지지 홈 부(22a1)를 가진다. 한 쌍의 측 판 부(22a)는 수평방향으로 서로 마주보게 분리되며 서로 대칭적으로 형성된다. 연결 부(22b)는 상기 한 쌍의 측 판 부(22a)의 하부에서 상기 한 쌍의 측 판 부(22a)를 연결하는 소정의 두께와 길이를 갖는 판 형상의 부분으로 형성되며, 전원 측 또는 부하 측의 극별로 마련되는 4개의 히터(21)의 인접한 한 쌍 중 어느 하나에 고정될 수 있다. 여기서 연결 부(22b)의 고정 즉 지지 판(22)의 고정은 상기 한 쌍의 고정 나사 구 부(22c)에 고정나사 또는 리벳 등의 고정 부재를 관통시키고 도 4를 참조할 수 있는 히터(단자)(21)의 중앙 수직 부(21b)의 하부에 형성된 한 쌍의 관통 구 부를 관통시켜 너트로 결착하거나 리벳의 단부를 압착하는 것으로 성취될 수 있다. 스프링 지지 부(22a2)는 상기 측 판 부(22a)로부터 직각으로 절곡 및 상향 연장하게 연장형성되어 상기 비틀림 스프링(28)의 타 단(28a)을 지지하는 부분이다. 스프링 지지 부(22a2)는 상기 비틀림 스프링(28)의 타 단(28a)의 상향 변위를 구속하도록 알파벳 "U"자를 거꾸로한 형상으로 형성되어, 내측으로 상방이 막혀있고 하방이 개방된 스프링 지지 홈 부를 형성한다. 한편, 도 8 및 도 9를 참조할 수 있는 바와 같이 상기 열동 트립 기구 부(21, 27)는 히터(21)와 상기 바이메탈(27)을 포함한다. 히터(21)는 직류 배선용 차단기의 극별 단자 부이면서 직류 배선용 차단기가 접속되는 회로의 과전류 발생에 따라 발열하는 수단이기도 하므로, 후자의 기능을 대표하여 히터로 칭하기로 한다. 바이메탈(27)은 상기 히터(21)에 결합되어 회로의 과전류 발생으로 인해 발열하는 히터(21)에 의해 자유 단부인 상부가 만곡하면서 가동된다. 바이메탈(27)의 전체적 형상은 도 11을 참조할 수 있는 바와 같고, 히터(21)의 상기 중앙 수직 부(21b)의 하부에 고정하기 위해 하부에 고정나사 또는 리벳 등이 관통하도록 허용하는 한 쌍의 관통 구 부(27a)를 구비할 수 있다. 도 1, 도 3 내지 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 인접한 두 극 중 트립 기구 부(20-1)가 설치되지 않는 극에는 전기적 도체로 형성되는 도 14에 상세 구성도가 도시된 바와 같은 단자로서 히터(21)만 구비된다. 도 14를 참조할 수 있는 바와 같이 단자로서 히터(21)는 단자 부(21a), 중앙 수직 부(21b) 및 고정 접점 또는 가동 접점 측과 접속되는 연결 단자 부(21c)를 포함하게 구성된다. 단자 부(21a)는 외부의 전선 또는 부스바(busbar)를 통해서 전원 또는 부하 측에 접속될 수 있다. 또한 인접한 한 쌍의 단자 부(21a)는 후술하는 도체 연결 부재(도 5 내지 도 7의 부호 31 참조)를 연결함에 의해서 같은 극인 한 쌍의 단자 부(21a)가 서로 연결될 수 있다. 한편, 크로스바(26)는 상기 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)의 가동부로서 아마추어(24) 또는 상기 열동 트립 기구(21, 27)의 바이메탈(27)의 접촉 및 가압에 의해 회동 가능한 수단으로서, 상세 구성을 도13을 참조하여 설명한다. 크로스바(26)는 제 1 동력 접수 부(26a), 제 2 동력 접수 부(26b) 및 출력 돌 부(26c)를 포함한다. 제 1 동력 접수 부(26a)는 상기 열동 트립 기구 부(21, 27)의 바이메탈(27)에 대응하게 마련되며 크로스바(26)의 상부 면으로부터 상방으로 돌출하게 형성된다. 제 1 동력 접수 부(26a)는 만곡하는 바이메탈(27)의 상부에 접촉 및 가압됨으로써 상기 바이메탈(27)의 가압력을 받는다. 제 2 동력 접수 부(26b)는 상기 순시 트립 기구(22, 24, 25, 28)의 가동부 즉 아마추어(24)에 대응하게 마련되며 크로스바(26)의 상부 면으로부터 상방으로 돌출하게 형성된다. 제 2 동력 접수 부(26b)는 도면상 시계방향으로 가동(회동)하는 아마추어 출력부(24b)에 접촉 및 가압됨으로써 상기 순시 트립 기구 부(22, 24, 25, 28)의 가동부 즉 아마추어(24)로부터 가압력을 받는다. 출력 돌 부(26c)는 상기 슈터(ST)를 마주보게 마련되며, 상기 크로스바(26)의 상부 면으로부터 상방으로 돌출하게 형성되어 상기 슈터(ST)를 회전 구동하는 상기 크로스바(26)의 출력을 제공하는 부분이다. 상기 출력 돌 부(26c)는 상기 슈터(ST)를 마주보는 면이 하방으로 갈수록 상기 슈터(ST) 쪽으로 더욱 돌출하는 경사면(26c2)으로 형성된다. 바람직한 일 실시 예에 따라서 상기 출력 돌 부(26c)는 평면인 상부 면(26c2)과 전후 면이 경사면인 사다리꼴의 종단면 형상을 가진 부분으로 구성될 수 있다. 크로스바(26)는 길이 방향 양 단 부에 회전 축 부(26d)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구(20)는 트립 동작 후 상기 크로스바(26)를 원위치로 복귀시키는 복귀 스프링(S)을 더 포함할 수 있고, 상기 크로스바(26)는 하방으로 연장하게 형성되어 상기 복귀 스프링(S)의 일 단을 지지하는 복귀 스프링 지지 돌 부(26e)를 더 포함할 수 있다. 또한, 크로스바(26)는 복수로 마련되는 개구 부(26f)를 더 포함할 수 있다. 상기 개구 부(26f)는 복수 층과 복수 열로 마련되는 수평으로 긴 형상의 직사각형 개구 부들로 구성될 수 있다. 크로스바(26)는 전기적 절연재를 주조하여 형성하는 바, 복수로 마련되는 개구 부(26f)는 재료의 밀도 불균일로 인해 주조 후 냉각중 크로스바가 휘는 불량발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 도 15 내지 도 18을 참조하여 상기 슈터(ST)의 상세 구성을 설명하면 다음과 같다. 슈터(ST)는 회동하는 크로스바(26)의 접촉에 의해 회동 가능하게 마련되며, 트립 기구의 출력을 제공하는 수단이다. 슈터(ST)는 중앙의 회전 축 부(ST2), 출력 부(ST1) 및 동력 접수 부(ST3)를 포함한다. 회전 축 부(ST2)는 슈터(ST)가 회동할 수 있는 회전 축을 제공한다. 출력 부(ST1)는 상기 회전 축 부(ST2)로부터 하방으로 절곡 형성되는 바(bar)형의 부분으로 구성될 수 있고, 회동하면서 상기 슈터(ST)의 출력을 제공하는 부분이다. 상기 슈터(ST)의 출력은 상술한 직류 배선용 차단기의 개폐기구 중 미 도시한 트립 바(trip bar)와 같은 구성부품들을 연동 동작케함으로써 구속상태인 트립 스프링(미 도시)을 해방하여 해당 트립 스프링의 방세 탄성 에너지를 이용하여 가동접점을 대응 고정접점으로부터 순간적으로 분리되게 동작(트립 동작)하도록 개폐기구를 트리거하는데 이용된다. 동력 접수 부(ST3)는 상기 회전 축 부(ST2)로부터 상기 크로스바(26) 측으로 연장하게 형성되어, 상기 크로스바(26)로부터 회전 동력을 받는 부분이다. 동력 접수 부(ST3)는 직사각 종단면 형상을 갖는 판 부와 해당 판 부의 상부에 삼각형의 육부(肉部)로 형성되는 기계적 강도 보강부를 포함하게 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구(20)는, 도 15 또는 도 16을 참조할 수 있는 바와 같이 외함 부(20a) 및 축 수 부재(20b)를 더 포함한다. 외함 부(20a)는 트립 기구(20)의 조립체를 구성하는 구성부품들을 수납하고 지지한다. 외함 부(20a)는 극별 히터(21)의 상기 연결 단자 부가 관통하도록 허용하는 개구부(미 도시)를 제외한 부분이 닫혀있는 길게 형성된 후방 벽부(20a1), 후방 벽부(20a1)의 길이방향 양 단부로부터 전방으로 절곡 형성된 측벽부를 가지고 전면이 개방된 전기적 절연재로 구성될 수 있다. 외함 부(20a)는 극 간에는 절연 격벽(23)이 마련될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구(20)는 인접한 한 쌍의 극중 어느 한 극에만 트립 기구 부(20-1)가 마련되므로, 극간 절연거리(도 1의 부호 d1 참조)가 히터(21)간 이격거리와 동일하며(종래기술은 극간 절연거리가 인접한 한 쌍의 극별 2개의 트립 기구간 거리로서 히터간 이격거리보다 좁음), 따라서 절연 격벽(23)의 두께도 종래기술보다 넓게 형성할 수 있다. 바람직한 일 실시 예에 따라서, 후방 벽부(20a1)의 후면에는 후방으로 돌출하도록 극간 절연 격벽 부(20a2)가 복수 개 마련되고, 후방 벽부(20a1)의 전면에도 전방으로 돌출하도록 복수 개의 극간 절연 격벽 부(20a3)가 마련된다. 한편 도 1에서 부호 29는 상기 절연 격벽(23)의 전방에 연장하도록 접속될 수 있으며 극간 절연을 위해 마련될 수 있는 연장 절연 격벽을 지시한다. 축 수 부재(20b)는 외함 부(20a)에 일체로 마련되거나 외함 부(20a)에 결합되도록 별체로 마련되어 슈터(ST)의 회전 축 부(ST2)를 지지한다. 바람직한 일 실시 예에 따라서, 축 수 부재(20b)는 슈터(ST) 중 출력 부(ST1) 및 동력 접수 부(ST3)의 관통를 허용하면서 이들 출력 부(ST1) 및 동력 접수 부(ST3)를 지지하도록 전후 방향으로 연통하게 형성된 "U"자형 제 1 지지 홈 부를 포함한다. 바람직한 일 실시 예에 따라서, 축 수 부재(20b)의 하부에는 외함 부(20a)의 후방 벽부(20a1)를 사이에 끼워 설치될 수 있도록 하부 내측으로 오목하고 좌우측면이 개방되게 결합 홈 부가 마련될 수 있다. 또한 슈터(ST)의 회전 축 부(ST2)를 회동 가능하게 지지할 수 있도록, 바람직한 일 실시 예에 따라서, 축 수 부재(20b)는 회전 축 부(ST2)의 양 단 부를 지지하는 한 쌍의 "U"형 지지 홈 부를 더 포함한다. 한편, 도 15 내지 도 17을 참조할 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 상기 직류 배선용 차단기의 트립 기구(20)는 히터(21)의 단자 부를 제외한 부분이 외부로 노출되는 것을 방지하도록 차폐하는 복수의 절연 차폐판(20c)을 더 포함할 수 있다. 복수의 절연 차폐판(20c)은 각각의 극에 대응하게 마련되어 실시 예에 따라서 4개가 마련될 수 있다. 한편, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 트립 기구가 설치되는 직류 배선용 차단기의 회로도 구성과 물리적 전기 접속 구성 예를 설명한다. 도 5를 참조할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 상기 트립 기구 중 순시 트립 기구 부와 열동 트립 기구 부를 포함하는 트립 기구 부(20-1)는 인접한 두 극중 하나에만 설치되며, 바람직한 일 실시 예에 따라서 2개의 도체 연결 부재(31) 중 하나는 전원 측 양극 단자 부와 부하 측 양극 단자 부 간을 연결하게 설치되고, 2개의 도체 연결 부재(31) 중 나머지 하나는 전원 측 음극 단자 부와 부하 측 음극 단자 부 간을 연결하게 설치된다. 또한 도 5를 참조할 수 있는 바와 같이 전원 측 양극 단자 부와 부하 측 양극 단자 부 사이에는 가동접점과 고정접점을 포함하는 상기 개폐기구(부호 미부여)가 극별로 하나씩 2개가 마련되고, 전원 측 음극 단자 부와 부하 측 음극 단자 부 사이에는 가동접점과 고정접점을 포함하는 상기 개폐기구(부호 미부여)가 극별로 하나씩 2개가 마련된다. 상기 개폐기구는 알려진 바와 같이 복수 극에 공통으로 마련되는 미 도시한 개폐 축에 의해서 복수의 극이 동시에 개폐될 수 있다. 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 상기 트립 기구 중 순시 트립 기구 부와 열동 트립 기구 부를 포함하는 트립 기구 부(20-1)는 인접한 두 극중 하나에만 설치되며, 바람직한 다른 일 실시 예에 따라서 2개의 도체 연결 부재(31)는 부하 측 음극 단자 부와 전원 측 음극 단자 부 간을 연결하도록 설치된다. 또한 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 전원 측 양극 단자 부와 부하 측 양극 단자 부 사이 및 전원 측 음극 단자 부와 부하 측 음극 단자 부 사이에는 가동접점과 고정접점을 포함하는 상기 개폐기구(부호 미부여)가 4개 마련된다. 상기 개폐기구는 알려진 바와 같이 복수 극에 공통으로 마련되는 미 도시한 개폐 축에 의해서 복수의 극이 동시에 개폐될 수 있다. 한편, 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이, 도체 연결 부재(31)는 개략 U자형인 도체 판으로 형성되며 같은 극의 단자 간을 전기적으로 접속할 수 있다. 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이, 직류 배선용 차단기(200)에 전원 측 또는 부하 측 회로 접속을 위해서 발열이 적은 통전 경로를 제공하는 부스바(33)가 상기 히터(단자)에 접속될 수 있으며, 서로 인접한 부스바(33) 사이에는 극간 절연을 위한 극간 절연 판(32)이 설치될 수 있다. 또한 인접한 2개의 도체 연결 부재(31) 사이에도 극간 절연을 위한 극간 절연 판(32)이 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 장치의 동작을 도 15 내지 도 18을 주로 참조하고 도 8 내지 9를 보조적으로 참조하여 설명한다. 먼저 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 장치(20)의 열동 트립 동작을 설명한다. 직류 배선용 차단기가 설치되는 회로에서 예컨대 정격전류의 120%에 상당하는 과전류가 발생하면 히터(21)의 발열에 따라서 바이메탈(27)의 상부가 만곡하여 가동하며 도 15의 상태에서 마주보게 설치된 크로스바(26)의 제 1 동력 접수 부(26a)를 접촉하여 가압 즉 밀게 된다. 그러면 제 1 동력 접수 부(26a)와 일체로 형성된 크로스바(26)는 회전 축 부(26d)와 함께 시계방향으로 회동한다. 이에 회동 이전 상태 즉 도 15에 도시된 상태에서 크로스바(26) 중 출력 돌 부(26c)의 상기 상부 면에 얹혀져 있던 슈터(ST)의 동력 접수 부(ST3)는 출력 돌 부(26c)이 상기 경사면(도 13의 부호 26c2 참조)의 하측 부를 접촉함에 따라서 하방으로 눌려져서, 슈터(ST)는 회전 축 부(ST2)와 함께 도면상 시계방향으로 회전하여 슈터(ST)의 출력 부(ST1)는 도 16에 도시된 바와 같이 자유 단 부가 상승한 상태가 된다. 슈터(ST)의 출력 부(ST1)의 이러한 변위는 상술한 바와 같이 직류 배선용 차단기의 개폐기구 중 미 도시한 트립 바(trip bar)와 같은 구성부품들을 연동 동작케함으로써 구속상태인 트립 스프링(미 도시)을 해방하여 해당 트립 스프링의 방세 탄성 에너지를 이용하여 가동접점을 대응 고정접점으로부터 순간적으로 분리되게 동작(트립 동작)하도록 개폐기구를 트리거하는 데 이용될 수 있다. 한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 장치(20)의 순시 트립 동작을 설명한다. 직류 배선용 차단기가 설치되는 회로에서 예컨대 정격전류의 수배 내지 수십 배에 상당하는 단락전류와 같은 사고전류가 발생하면, 도 8 또는 도 9에 있어서 전 자석 부(25)가 자화됨에 따라 자기 흡인력을 발생시키고 따라서 아마추어(24)의 아마추어 출력부(24b)와 구동 판 부(24a)가 시계방향으로 회동한다. 따라서 아마추어 출력부(24b)가 시계방향으로 회동하면서 도 17의 상태에서 마주보게 설치된 크로스바(26)의 제 2 동력 접수 부(26b)를 접촉하여 가압 즉 밀게 된다. 그러면 제 2 동력 접수 부(26b)와 일체로 형성된 크로스바(26)는 회전 축 부(26d)와 함께 시계방향으로 회동한다. 이에 회동 이전 상태 즉 도 17에 도시된 상태에서 크로스바(26) 중 출력 돌 부(26c)의 상기 상부 면에 얹혀져 있던 슈터(ST)의 동력 접수 부(ST3)는 출력 돌 부(26c)가 상기 경사면(도 13의 부호 26c2 참조)의 하측 부를 접촉함에 따라서 하방으로 눌려져서, 슈터(ST)는 회전 축 부(ST2)와 함께 도면상 시계방향으로 회전하여 슈터(ST)의 출력 부(ST1)는 도 18에 도시된 바와 같이 자유 단 부가 상승한 상태가 된다. 슈터(ST)의 출력 부(ST1)의 이러한 변위는 상술한 바와 같이 직류 배선용 차단기의 개폐기구 중 미 도시한 트립 바와 같은 구성부품들을 연동 동작케함으로써 구속상태인 트립 스프링(미 도시)을 해방하여 해당 트립 스프링의 방세 탄성 에너지를 이용하여 가동접점을 대응 고정접점으로부터 순간적으로 분리되게 동작(트립 동작)하도록 개폐기구를 트리거하는 데 이용될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 장치(20)의 과전류 트립 동작 및 순시 트립 동작이 완수될 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구는, 인접한 두 극 중 어느 한 극에만 순시 트립 기구 부와 열동 트립 기구 부를 포함하는 트립 기구 부가 마련되므로, 인접한 두 극에 모두 트립 기구 부가 설치되고 횡 방향으로 돌출하는 부분이 있어 양 트립 기구 부 간 절연거리가 단축되는 종래 구조에 대비하여 인접한 두 극 간 절연거리가 확장되는 효과를 얻을 수 있는 반면 극 간 절연거리를 확보하기 위해서 직류 배선용 차단기의 폭을 확장할 필요가 없어 직류 배선용 차단기의 크기(폭)를 증대시킬 우려가 없는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 직류 배선용 차단기의 트립 기구는, 트립 기구 부와 복수 극에 공통적으로 마련되는 크로스바 및 슈터의 연동에 의해서 직류 배선용 차단기의 트립 동작을 위한 트리거 출력을 과전류와 순시 사고전류에 대해서 신뢰성있게 제공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
20: 트립 기구 20-1: 트립 기구 부
21: 히터 22: 지지 판
23: 절연 격벽 24: 아마추어
24a: 구동 판 부 24b: 아마추어 출력부
24c: 회전 축
25: 전자석 부 26: 크로스바
26a: 제 1 동력 접수 부 26b: 제 2 동력 접수 부
26c: 출력 돌 부 26d: 회전축 부
27: 바이메탈 28: 비틀림 스프링
29: 연장 절연 격벽 30: 단자 커버
200: 직류 배선용 차단기 ST: 슈터 |
