회로 차단기

회로 차단기{CIRCUIT BREAKER}

본 발명은, 저전압 배전 계통에 적용하는 과전류 보호 기능 및 지락(ground fault) 보호 기능을 구비한 회로 차단기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 저전압 배전 계통에 적용하는 회로 차단기는 과전류 보호 기능을 갖는 배선용 차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker)와, 과전류 보호 기능 및 지락 보호 기능을 구비한 누전 차단기(ELCB : Earth Leakage Circuit Breaker)가 있다.

상기한 배선용 차단기는, 차단기의 본체 케이스(몰드 수지 케이스)에 주회로 접점, 개폐 기구부, 조작 핸들 및 과전류 분리(tripping) 장치의 각 기능 부품을 탑재한 구성이 된다. 이에 대해, 누전 차단기는, 배선용 차단기와 같은 과전류 보호 기능 부품 외에, 주회로를 1차 도체로 하여 주회로의 불평형 전류를 검출하는 영상 변류기 및 영상 변류기의 2차 출력 레벨로부터 지락 사고 발생을 검지하는 누전 검출 회로(IC를 포함하는 전자 회로) 및 누전 검출 회로의 출력 신호를 받아서 차단기의 개폐 기구부를 트립 동작시키는 트립 코일 유닛을 장비한 구성으로 된다. 또한, 누전 검출 회로의 제어 전원으로서 통형상은, 주회로의 상 사이 전압을 정류하여 누전 검출 회로에 급전하도록 하고 있다.

또한, 현재 국내에서 생산하고 있는 배선용 차단기, 누전 차단기의 범용 제품은, 유저의 사용감을 높이기 위해, 배선용 차단기, 누전 차단기를 같은 외형 사이즈의 본체 케이스로 하고, 이 본체 케이스에 공용의 보호 기능 부품을 탑재한 구성이 주류로 되어 있다.

한편, 배선용 차단기, 누전 차단기의 제품에 관해서는, 주회로의 상 사이 절연 내력이 규격으로 규정되어 있고, 그 시험은 차단기의 주회로의 접점을 개극(開極)한 상태에서 외부에서 시험 전압(고전압)을 인가하여 제품의 절연 강도를 측정하도록 하고 있다. 이 경우에, 누전 차단기에서는, 주회로에 분기 접속한 제어 전원 회로에는 전자 회로로 구성한 누전 검출 회로가 접속되어 있기 때문에, 이 누전 검출 회로를 상기한 시험 전압으로부터 보호하기 위해서는, 내전압 시험시에 누전 검출 회로를 주회로에서 절리(切離)하여 두는 것이 필요하다. 그래서, 누전 차단기의 개폐 기구부에 연계시킨 내전압 테스트용의 스위치(메가 테스트용 스위치)를 추가 장비하고, 내전압 시험의 실시시에 상기 스위치를 OFF 조작하여 누전 검출 회로에 통하는 전원 회로를 단로(斷路)하는 동시에, 이 스위치 조작에 연동하여 차단기의 개폐 기구부를 기계적으로 강제 트립하여 주회로 접점을 개극함과 함께, 차단기를 이 개극 상태로 구속 유지시키도록 한 구성의 누전 차단기도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : 일본 특개2007-317361호 공보

그런데, 저압 배전 설비에서 사용하는 회로 차단기에 관해, 유저는 소내(所內)의 배전 설비, 사용 부하의 종류 등의 상황에 따라 배선용 차단기, 누전 차단기 중 어느 하나를 선택하는 것이 일반적이다. 그러나, 유저에 의해서는 새롭게 이루어진 소내 배전 설비의 운용 시작에 있어서, 처음에는 누전 차단기를 채용하여 배전 회로에 생기는 누설 전류(지락 전류)의 유무, 누설 전류의 크기를 확인하고, 그 후는 낮은 누설 전류로 차단기가 트립하여 부하(예를 들면 모터)의 운전이 정지되어 버리는 것을 싫어하여 배선용 차단기로 교환하여 운용하는 사용 방법을 행하고 있는 유저도 많다. 또한, 배전 설비에서 사용하는 부하를 변경하는 경우에, 부하의 종류에 의해서는 지금까지 사용하고 있던 배선용 차단기를 누전 차단기로 바꾸는 경우도 있다.

그러나, 종래에서는 저압 배전 계통에서 사용하는 회로 차단기의 기종은, 배선용 차단기와 누전 차단기의 2종류이고, 1대로 과전류 보호, 지락 보호의 기능을 유저가 선택적으로 가려서 사용할 수 있도록 한 회로 차단기의 제품은 현재 없는 것이 현 상태이다. 또한, 앞에 기재한 특허 문헌 1에서는 누전 검출 회로에 급전하는 전원 회로에 메가 테스트용 스위치를 끼어 삽입하고 있는데, 이 메가 테스트용 스위치는 차단기의 개폐 기구부에 연계하고 있기 때문에, 누전 보호 기능을 무효로 하여 배선용 차단기로서 사용할 수는 없다.

그래서, 본 발명은 유저가 필요에 따라 배선용 차단기로서 사용하는, 또는 누전 차단기로서 사용할 수 있도록, 차단기의 보호 기능을 간단한 조작으로 선택적으로 전환되도록 한 신규 회로 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 차단기 본체 케이스에 주회로 접점, 개폐 기구부, 과전류 분리 장치 및 영상 변류기, 누전 검출 회로를 포함하는 누전 분리 장치를 탑재한 구성이 되는 과전류 보호 기능과 지락 보호 기능을 구비한 회로 차단기에 있어서,

주회로로부터 누전 검출 회로에 급전하는 전원 회로에 끼어 삽입한 접점을 ON, OFF 하여 지락 보호 기능을 '유효', '무효'로 선택 설정하는 모드 전환 스위치 유닛을 장비하고(청구항 1), 그 모드 전환 스위치는 구체적으로 다음에 기재한 바와 같은 양태로 구성하는 것으로 한다.

(1) 상기 구성의 회로 차단기에 있어서, 모드 전환 스위치가, 차단기 본체 케이스에 내장하여 주회로와 누전 검출 회로 사이의 급전 회로에 접속한 스위치 본체와, 그 스위치 본체의 조작단에 연계한 액추에이터를 통하여 스위치를 ON, OFF 조작하는 푸시버튼식 스위치 조작부로 이루어지고, 그 스위치 조작부의 푸시버튼의 조작단을 외부에 면하게 하여 차단기 본체 케이스의 커버에 장착한다(청구항 2).

(2) 전항(1)에 있어서, 스위치 본체는, 각 극의 사이가 구획된 절연물제의 스위치 케이스와, 서로 이간하는 한 쌍의 접촉자를 조(組)로 하여 상기 스위치 케이스의 저부측에 배치한 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향 배치한 교락형(橋絡形)의 가동 접촉자와, 각 극의 가동 접촉자를 일괄 지지하여 스위치 케이스의 상방으로 인출한 조작 로드의 조립체로 구성되고, 그 스위치 본체를 차단기 본체 케이스에 탑재한 영상 변류기와 해당 차단기 본체 케이스의 측벽 사이의 빈 공간에 배치한다(청구항 3).

(3) 전항(1)에 있어서, 액추에이터가 가세 스프링과 조합한 요동식 레버이고, 그 추지축부(pivot shaft portion)의 양측에 연재하는 한쪽의 레버 암을 스위치 본체의 조작 로드에 연계하고, 다른쪽의 레버 암을 푸시버튼의 선단에 대치시켜서 배치한다(청구항 4).

(4) 전항(1)에 있어서, 스위치 조작부는, 푸시/트위스트 로크식의 푸시버튼과, 그 푸시버튼 및 그 복귀 스프링을 포위하여 차단기 본체 케이스의 커버에 장착한 통형상 가이드의 조립체로 구성되고, 또한 상기 통형상 가이드의 둘레면(周面)에는 상기 푸시버튼의 선단측에 형성한 돌기를 감입(嵌入)하여 상기 푸시버튼을 ON/OFF 방향으로 안내한 세로방향의 슬릿 및 그 슬릿의 하측 종단부터 둘레방향으로 늘어나 상기 돌기와 결합하고 상기 푸시버튼을 로크위치로 계지 지지하는 결합단부를 형성한다(청구항 5).

상기 구성에 의하면, 회로 차단기에 장비한 모드 전환 스위치 유닛의 푸시버튼을 전환 조작하는 것만으로, 회로 차단기의 지락 보호 기능을 '유효', '무효'의 모드로 선택 설정할 수 있다. 이에 의해, 유저 사이드에서 소내 배전 설비의 배전 회로에 누설 전류가 흐르지 않는지의 여부를 확인하기 위해 회로 차단기의 지락 보호 기능을 일시적으로 '유효'로 전환하고, 그 후는 지락 보호 기능을 '무효'로 전환하여 배선용 차단기로서 사용한다. 또는, 지락 보호 기능을 '무효'로 설정하여 배선용 차단기로서 사용하고 있던 회로 차단기를, 그 지락 보호 기능을 '유효'로 되돌려서 누전 차단기로서 운용하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 회로 차단기의 회로도.
도 2는 도 1에 대응하는 회로 차단기의 조립 구조를 도시하는 분해 사시도.
도 3은 도 1에서의 모드 전환 스위치 유닛의 구성도로서, (a)는 유닛 전체의 분해 사시도, (b)는 통형상 가이드의 하면측에서 본 사시도.
도 4는 도 3에서의 스위치 본체의 내부 구조도로서, (a), (b)는 각각 스위치 ON, OFF의 상태를 도시하는 도면.
도 5는 도 3에 도시한 모드 전환 스위치의 동작 설명도로서, (a), (b)는 각각 푸시버튼의 인상, 압입 상태를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도 1 내지 도 5에 도시하는 실시예에 의거하여 설명한다.

우선, 도 1은 본 발명에 의한 회로 차단기의 회로도이고, 도면에서, 부호 1은 R, S, T의 각 상에 대응하는 주회로, 2는 주회로 접점, 3은 주회로 접점(2)의 개폐 기구부, 4는 조작 핸들, 5는 주회로(1)의 과부하 전류, 단락 전류를 검출하여 개폐 기구부(3)를 트립 동작시키는 과전류 분리 장치이다. 또한, 배전로의 지락 전류를 검출하여 개폐 기구부(3)를 트립시키는 누전 분리 장치는, R, S, T 각 상의 주회로(1)를 1차 도체로 하여 그 불평형 전류를 검출하는 영상 변류기(6)와, 영상 변류기(6)의 2차 출력 레벨로부터 지락 발생을 검지하는 누전 검출 회로(IC를 포함하는 전자 회로)(7)와, 누전 검출 회로(7)로부터의 출력 신호를 받아서 개폐 기구부(3)를 트립 동작시키는 트립 코일 유닛(8)으로 이루어진다.

여기서, 누전 검출 회로(7)는 그 제어 전원으로서, 각 상의 주회로(1)에 분기 접속한 전원선(9), 정류 회로(10)를 통하여 주회로의 상 사이 전압을 급전하도록 하고, 이 전원 회로에는 본 발명에 의한 모드 전환 스위치 유닛(11)이 접속되어 있다. 또한, 모드 전환 스위치 유닛(11)의 상세한 구조에 관해서는 후술한다. 또한, 도시한 예에서는 주회로의 R, S, T상의 각 상 전압을 직류 변환하여 급전하고 있지만, RT 상의 상 사이 전압을 누전 검출 회로(7)에 급전하는 경우도 있다.

다음에, 상기한 모드 전환 스위치 유닛(11)을 탑재한 회로 차단기 전체의 조립 구조를 도 2에 도시한다. 도 2에서, 부호 12는 케이스(12a), 커버(12b) 및 톱 커버(12c)의 분할 구조가 되는 회로 차단기의 차단기 본체 케이스이다. 여기서, 차단기 본체 케이스(12)에는, 개폐 기구부(3), 조작 핸들(4), 과전류 분리 장치(tripping device;5), 영상 변류기(6), 누전 검출 회로(7), 트립 코일 유닛(8), R, S, T상의 각 상에 대응하는 주회로 도체(13), 소호실(arc extinguish chamber;14) 및 트립 코일 유닛(8)의 기계적인 출력 신호를 받아서 개폐 기구부(3)를 트립 동작시키는 트립 크로스바(15)의 각 기능 부품이 도시한 바와 같이 레이아웃되어 탑재되어 있다.

또한, 영상 변류기(6)의 고리형상 코어, 케이스(12a)의 측벽 및 영상 변류기의 고리형상 코어에 삽입한 U자형상의 주회로 도체(R상)(13)로 둘러싸인 케이스 내의 스페이스에는 상기한 모드 전환 스위치 유닛(11)의 어셈블리가 수납 배열 구비되어 있다. 또한, 상기 커버(12b)에는 모드 전환 스위치 유닛(11)에 대향하여 그 유닛의 스위치 본체를 ON/OFF 조작하는 푸시버튼(16)을 조립한 다음, 톱 커버(12c)에는 푸시버튼(16)에 대응하는 조작창구멍(12c-1)이 개구되어 있다.

다음에, 상기한 모드 전환 스위치 유닛(11) 및 푸시버튼(16)의 상세 구조에 관해 도 3을 참조하여 설명한다. 이 모드 전환 스위치 유닛(11)은, 스위치 본체(17)와, 그 스위치 본체(17)의 조작단에 연계한 액추에이터(18)와, 유닛 케이스(19)의 조립체로 이루어진다.

여기서, 스위치 본체(17)는, 도 4에서 도시하는 바와 같이 내부의 각 극의 사이가 격벽으로 구획된 상자형상의 스위치 케이스(몰드 수지 케이스)(17a)와, 서로 이간한 좌우 한 쌍의 접점을 조(pair)로 하여 스위치 케이스(17a)의 하부측에 조립한 각 극의 고정 전극(17b)과, 그 고정 전극(17b)에 대향하는 교락형의 가동 접촉자(17c)와, 각 극의 가동 접촉자(17c)를 일괄 지지하여 그 조작단을 스위치 케이스(17a)로부터 상방으로 인출한 조작 로드로서의 가동 접촉자 홀더(17d)로 이루어지고, 접촉자 홀더(17d)의 선단에는 훅 형의 손잡이부(17d-1)가 형성되어 있다.

상기한 구성에서, 손잡이부(17d-1)를 도 4(a)의 화살표(A) 방향으로 압입하면, 가동 접촉자(17c)가 고정 전극(17b)에 접촉하여 스위치가 ON이 된다. 또한, 접촉자 홀더(17d)를 도 4(b)의 화살표(B) 방향으로 끌어올리면 가동 접촉자(17c)가 고정 전극(17b)으로부터 개리(開離)하여 스위치가 OFF가 된다.

그리고, 이 스위치 본체(17)는, 도 3에서 도시하는 바와 같이 유닛 케이스(19)의 중단 위치에 형성한 스위치 지지단부(19a)에 감입하여 부착된다. 또한, 부호 20은 스위치 본체(17)의 고정 전극(17b)에 배선하여 스위치 케이스(17a)로부터 인출한 6개의 리드선이다.

또한, 상기 유닛 케이스(19)의 외측면에는 결합 볼록부(19c)가 형성되어 있고, 도 2에서 도시하는 바와 같이 차단기의 본체 케이스(12)에 모드 전환 스위치 유닛(11)을 장착한 상태에서, 상기 결합 볼록부(19c)를 케이스(12a)의 측벽 상단연에 노치 형성한 결합 홈(12a-1)에 감입하여 정위치에 위치 결정 지지하도록 하고 있다.

또한, 상기한 액추에이터(18)는, 축부(18a)를 요동 지점으로 하여 그 좌우 양측에 레버 암(18b, 18c)이 연장된 요동식 레버를 기체로 하여, 상기 축부(18a)에 가세 스프링(18d)(비틀림 코일 스프링)을 조합한 구성이 되고, 그 축부(18a)를 유닛 케이스(19)의 꼭데기부에 마련한 축받이부(19b)에 축지지하여 요동 가능하게 조립한다. 또한, 상기 축부(18a)로부터 우측으로 늘어나는 레버 암(18b)의 선단에는 상기 스위치 본체(17)로부터 상방으로 인출한 손잡이부(17d-1)에 거는 결합 암(arm)부(18e)가 형성되어 있다. 또한, 축부(18a)로부터 좌측으로 늘어나는 레버 암(18c)은 후기하는 바와 같이 케이스 커버(12b)에 배치한 푸시버튼(16)의 선단과 대치시키도록 하고 있다. 또한, 상기 액추에이터(18)에 조립한 가세 스프링(18d)은, 액추에이터의 자유 상태에서 레버 암(18b)을 시계 방향으로 가세하여 스위치 본체(17)를 ON 위치로 압입 구동한다.

한편, 푸시버튼(16)은 푸시/트위스트 로크식의 버튼으로, 복귀 스프링(21)(압축 코일 스프링)이라고 조합하여 본체 케이스(12)의 커버(12b)에 일체 성형한 원통형상의 통형상 가이드(22)에 감입 지지되어 있고, 이 감입 위치에서 푸시버튼(16)의 선단이 상기 액추에이터(18)의 레버 암(18c)에 대치한다.

또한, 푸시버튼(16)의 두부에는 드라이버(공구)를 삽입한 홈이 새겨지고, 이 두부로부터 하방으로 연재하는 축부의 선단에 형성한 결합 돌기(16a)를 통형상 가이드(22)의 선단에 결합하고 빠짐방지 지지되어 있다. 또한, 푸시버튼(16)의 두부 둘레면에는 가이드용의 돌기(16b)를 형성하고, 이 돌기(16b)에 대응하여 통형상 가이드(22)의 둘레면에는 종방향의 안내용 슬릿(22a) 및 슬릿(22a)의 종단으로부터 둘레방향으로 늘어나는 결합단부(22b)가 형성되어 있다(도 3(b)참조). 이 구조에 의해 푸시버튼(16)을 압입 방향으로 가이드하고, 또한 푸시/트위스트 조작에 의해 푸시버튼(16)을 압입 위치에 계지 지지하도록 하고 있다.

다음에, 도 5(a), (b)를 참조하여, 모드 전환 스위치 유닛(11) 및 푸시버튼(16)의 동작, 기능을 설명한다. 즉, 메이커로부터 출하한 회로 차단기의 초기 상태에서는, 도 5(a)와 같이 푸시버튼(16)은 복귀 스프링(21)의 스프링력을 받아서 통형상 가이드(22)의 상방으로 밀려 올라가 있다. 이 상태에서는 모드 전환 스위치 유닛(11)의 액추에이터(18)가 가세 스프링(18d)(도 3 참조)의 스프링력을 받아서 시계 방향으로 요동하고, 스위치 본체(17)의 가동 접촉자 홀더(17d)(도 4 참조)를 압하하여 접점 ON의 상태로 지지하고 있다. 이에 의해, 도 1에 도시한 주회로(1)와 누전 검출 회로(7) 사이가 전원선(9)를 통하여 접속되고, 주회로(1)의 상(相) 전압이 정류 회로(10)에서 직류 전압으로 변환되어 누전 검출 회로(7)에 급전된다. 따라서 이 상태에서는 회로 차단기는 지락 보호 기능을 '유효'로 하고 누전 차단기로서 기능 한다.

한편, 외부에서 드라이버 등의 공구를 사용하여 푸시버튼(16)을 도 5(b)의 화살표(A) 방향에 한껏 압입하여 트위스트 조작하면, 푸시버튼(16)의 선단이 모드 전환 스위치 유닛(11)의 액추에이터(18)를 꽉 눌러서 그 레버 암(18c)을 반시계 방향으로 구동함과 함께, 푸시버튼(16) 자신은 그 두부의 돌기(16b)가 통형상 가이드(22)에 형성한 결합단부(22b)에 결합하고, 복귀 스프링(21)의 스프링력을 받아서 압입 위치에 계지 지지된다. 또한, 액추에이터(18)도 푸시버튼(16)에 억눌려서 이 위치에 구속 지지된다.

이에 의해, 스위치 본체(17)는 도 4(b)에서 도시하는 바와 같이 접촉자 홀더(17d)가 화살표(B) 방향으로 끌어올려져서 접점이 OFF 되고, 도 1에서의 전원선(9)의 회로를 단로한다. 그 결과, 누전 검출 회로(7)는 주회로(1)로부터 절리되고 누전 차단기로서의 기능이 해제되고, 회로 차단기는 지락 보호 기능을 '무효'로 하여 배선용 차단기로서 기능하게 된다.

또한, 이 상태로부터 누전 검출 회로(7)에 주회로 전압을 급전하여 해당 회로 차단기를 누전 차단기로서 기능 시키는 데는, 차단기 케이스의 바깥쪽에서 푸시버튼(16)을 상기와 역방향으로 트위스트 조작한다. 이에 의해, 푸시버튼(16)의 돌기(16b)가 통형상 가이드(22)의 결합단부(22b)로부터 벗어나고, 안내용 슬릿(22a)에 결합함에 의해, 복귀 스프링(21)의 스프링력을 받아서 푸시버튼(16)이 상방으로 밀려 올라간다. 따라서 지금까지 푸시버튼(16)에 눌려져 있던 액추에이터(18)의 레버 암(18c)이 가세 스프링(18d)의 스프링력으로 시계 방향으로 요동하고, 레버 암(18b)에 의해 스위치 본체(17)의 가동 접촉자 홀더(17d)를 압입하여 스위치 ON의 상태로 되돌린다. 그 결과, 누전 검출 회로(7)가 주회로(1)로부터 급전된 상태로 복귀하여 해당 회로 차단기가 누전 차단기로서 기능하게 된다.

상기한 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 푸시버튼(16)을 압입하고, 해방 조작함에 의해, 이 조작에 연동하여 도 1의 주회로(1)와 누전 검출 회로(7) 사이의 전원 회로에 접속한 모드 전환 스위치 유닛(11)의 스위치 접점을 ON, OFF 하여 해당 회로 차단기의 지락 보호 기능을 '유효', '무효'로 설정할 수 있다. 이에 의해, 유저는 배전 설비에 장비한 회로 차단기를 필요에 따라 누전 차단기, 또는 배선용 차단기로서 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 누전 차단기로서 사용하고 있는 상태에서, 회로 차단기의 내전압 시험(메가 테스트)을 실시하는 경우에는, 상기한 모드 전환 스위치 유닛(11)을 OFF 조작함에 의해, 전자 회로의 누전 검출 회로를 회로 차단기의 주회로로부터 절리하여 시험 전압으로부터 안전하게 보호할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 차단기의 보호 기능을 간단한 조작으로 선택적으로 전환되도록 하여, 유저가 필요에 따라 배선용 차단기로 하거나, 또는 누전 차단기로 하거나 하여 사용할 수 있는 신규 회로 차단기를 제공할 수 있다.

1 : 주회로 2 : 주회로 접점
3 : 주회로 접점의 개폐 기구부 5 : 과전류 분리 장치
6 : 영상 변류기 7 : 누전 검출 회로
8 : 트립 코일 유닛 9 : 누전 검출 회로의 전원선
11 : 모드 전환 스위치 유닛 12 : 차단기의 본체 케이스
16 : 푸시버튼 17 : 스위치 본체
17b : 고정 전극 17c : 가동 접촉자
17d : 가동 접촉자 홀더 18 : 액추에이터
19 : 유닛 케이스 21 : 복귀 스프링
22 : 통형상 가이드