배선용 차단기의 소호구조{The extinguishing structure for circuit breaker}
본 발명은 배선용 차단기의 소호구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소호부의 그리드와 캡그리드 사이에 열변형방지부재를 삽입하게 되어 단락 사고 발생시 열변형방지부재에 의해 배선용 차단기 내부에서 발생하는 아크로 인하여 캡그리드의 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있도록 한 배선용 차단기의 소호구조에 관한 것이다.
일반적으로, 저전압(통상 저압으로 약칭됨) 전기계통에 있어 배선용 차단기는 과전류나 단락전류와 같은 정격전류보다 수십퍼센트 내지 수백 퍼센트 큰 사고전류로부터 부하와 설비를 보호해 주는 역할을 한다. 사고전류는 크게 과부하전류와 단락전류로 구분되며, 각각의 전류가 기준치 이상으로 흐르게 되면 차단기는 선로를 개방하게 된다. 특히 단락전류가 흐를 경우의 전류량은 설비용량에 따라 적게는 수백 A(암페어)에서 많게는 수만 A까지 흐르게 되며, 이 순간 배선용 차단기가 동작하여 회로를 개방(차단)하게 된다. 배선용 차단기의 단락전류로 인한 동작 메커니즘에 있어, 선로의 개방 순간에 배선용 차단기 내부의 접점(가동접점과 고정접점)이 서로 개리(開離)되고 접점사이에는 아크(arc)가 발생되며 발생된 아크는 접점이 완전히 개리된 후에도 접점 사이에서 수ms(밀리초) 형성되어 있다. 이 아크는 열과 압력을 가지고 있어 배선용 차단기의 기계적 소손을 유발시킬 수 있으며, 이는 작업자의 안전과도 직결되는 문제이다. 배선용 차단기의 동작시간, 즉 기계적으로 접점이 떨어지는 개리 시간은 2~3ms 정도이며, 아크발생 후 이것이 소호되기까지의 시간은 5ms ~ 10ms정도가 된다. 따라서, 배선용 차단기의 단락전류 차단시간은 배선용 차단기의 기계적 동작시간과 아크가 소호되기까지의 시간의 합으로 표현될 수 있다. 따라서, 아크를 빠르게 소호하게 되면 배선용 차단기의 단락전류 차단시간이 단축되어 배선용 차단기의 전기적/기계적 손상을 크게 줄일 수 있다. 단락전류로부터 차단기 자체의 기계적/전기적 소손 방지를 위하여 기계적 동작시간을 줄이는 연구와 아크를 최대한 빠르게 소호하기 위한 연구가 활발하게 이루어 지고 있으며, 특히 아크를 최대한 빠르게 소호(arc extinguishing)하기 위하여 아크 그리드(arc grid)를 접점의 전방에 설치하여 아크 전압과 유동 속도를 높이고, 아크로 인한 가스 배기를 효율적으로 하는 배선용 차단기 내부의 구조, 그리고 아크 열에 견디도록 하는 재료연구 등 아크 소호에 유리하도록 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 아크의 소호를 위해 보편적으로 이용되는 대표적 기구물로써는 복수개의 아크 그리드 조립체인 아크 챔버(arc chamber)가 널리 이용되고 있으며, 발생된 아크의 구동력 향상(배출 속도 향상)을 위하여 전자기적 영향을 고려한 그리드의 형상 최적화가 필요하다. 상기에서 소호부는 접점부와 소호 그리드로 구성되어 있으며, 접점부는 도 1에 도시된 바와 같이 고정접점(1)과 가동접점(2)으로 구성된다. 회로가 정상상태일 경우 고정접점(1)과 가동접점(2)은 도 1과 같이 접촉되어 있으므로 정상전류를 통전하게 되며 회로의 고장으로 인해 단락전류가 발생한 경우 구동부에 의해 가동접접(2)이 고정접점(1)으로부터 분리되게 되고, 이에 따라 두 접점(1)(2) 사이에 아크가 발생하게 된다. 소호 그리드(3)는 여러 장의 금속판이 일정한 간격으로 배열되어 있는 구조로써 고정접점(1)과 가동접점(2) 사이에 발생한 아크를 유입하여 아크의 길이를 증대시키고 다수의 아크로 분할함으로써 전압강하를 극대화하고 또한 금속판에 의해 아크를 냉각함으로써 아크 전압을 크게 증대시킨다. 이와 같이, 소호 그리드(3)에 의해 증대된 아크전압이 전원전압보다 크게 되면 단락전류의 크기가 감소하게 된다. 이처럼 단락전류의 크기를 억제하여 차단하는 것을 한류 차단이라고 한다. 한류 차단 성능을 향상시키기 위해서는 접점간에 발생한 아크를 소호 그리드(3)로 신속하게 유입하도록 하여 짧은 시간에 높은 아크전압이 유기되도록 해야 한다. 도 2 는 종래 소호 그리드(3)의 제 1 실시예로서 V형 소호 그리드(4)를 도시한 것으로서, 종래 V형 소호 그리드(4)는 도 2에 도시된 바와 같이 여러 장의 금속판(5)이 일정한 간격으로 배열 적층되어 있는 구조이며, 상기 금속판(5)의 양측단에는 각각 한 쌍의 돌출부(6)가 일정가격으로 돌출되어 있고, 상기 돌출부(6)의 사이로 절연물인 사이드 월(side wall)(9)이 삽입되어 지지하고 있다. 이때 V형 소호 그리드(4)의 형태는 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 V형 홈이 있는 구조이다. 이러한 V형 소호 그리드(4)는 아크를 신장, 분할, 냉각함으로써 아크 전압을 증대시켜 전원전압보다 크게 함으로써 한류 차단이 가능하도록 한다. 이때 한류 차단 성능을 향상시키기 위해 접점간에 발생한 아크가 소호 그리드에 신속하게 유입하도록 하는 것이 필요하다. 즉 아크가 소호 그리드에 유입되는 시간이 짧을수록 아크전압상승률이 높게 되어 결국 한류 차단 성능이 향상되게 된다. 아크가 소호 그리드에 신속하게 유입되도록 하기 위해서는 아크가 소호 그리드쪽으로 유입하는 구동력을 증가시켜야 한다. 아크를 소호 그리드쪽으로 유입하는 구동력을 증대시키기 위해 소호 그리드의 형상을 도 3과 같이 V형 홈의 양끝이 길게 날개부(wing)(8)를 돌출시켜 윙형 소호 그리드(7)를 구성하였다. 한편 단락전류 차단이 성공한다는 것은 접점간에 발생한 아크를 소호하는 것만을 의미하지 않고 아크 소호 후에 극간에 회복전압이 인가될 때 접점간에 절연파괴, 즉 아크 재점호가 발생하지 않아야 하는데, 아크 재점호를 방지하기 위해서는 소호 그리드와 접점간에 절연파괴가 발생하지 않을 정도의 간격이 필요하다. 또한, 종래에는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 소호 그리드(7)의 안쪽면 전후에 소호 그리드(7)를 고정하고 각 소호 그리드(7)간 거리유지 및 가동접점과의 절연 유지기능을 하는 캡 그리드(10)가 결합되어진다. 그러나, 종래에 따른 배선용 차단기의 소호부는 단락 사고시 배선용 차단기 내부에서 발생하는 아크로 인하여 열이 발생되면서 아크 열에 의해 소호 그리드(7)에 결합되는 캡 그리드(10)가 부풀어 오르면서 캡 그리드(10)의 열변형으로 배선용 차단기의 스위치 동작이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 배선용 차단기의 단락 사고 발생 시 배선용 차단기 내부로의 용융물의 유입을 방지하고 내부에서 발생하는 아크로 인하여 나일론 재질의 캡 그리드가 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있어 제품성 및 제품의 안전성을 최대화할 수 있게 된다. 본 발명의 다른 목적은 그리드와 캡 그리드 사이에 열변형방지부재를 삽입하게 됨으로써 캡 그리드가 통전가동대에서 발생한 아크에 의해서 표면 열화에 의한 아크 소호 가스 발생을 극대화하여 제품의 차단 시간을 최소화할 수 있도록 한 배선용 차단기의 소호구조를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 컨텍베이스 내부에 통전부와 소호부가 형성되는 배선용 차단기의 소호구조에 있어서, 상기 컨텍베이스 내부에 소호부를 구성하는 아크 챔버가 형성되어지되 상기 아크 챔버는 단락 발생 시 아크를 분할하여 소호하게 되는 그리드와, 상기 그리드를 고정하고 그리드 간 거리를 유지하면서 통전부의 통전가동대와의 절연을 유지하는 캡 그리드와, 상기 그리드와 캡 그리드 사이에 삽입되어 아크 발생시 아크의 유기로 인하여 고온상태가 된 그리드로부터 캡 그리드 쪽으로 열전달이 되지 않도록 하는 열변형방지부재가 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 그리드의 양측단에 날개부가 형성되며, 상기 캡 그리드의 일측에 날개부가 결합되어 그리드에 캡 그리드가 장착될 수 있도록 장착홈이 형성된 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 캡 그리드의 내측면에는 상기 열변형방지부재가 장입되어 결합될 수 있도록 장입부가 형성된 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 소호구조를 제공함에 있다.
이와 같이, 본 발명은 배선용 차단기의 소호부를 이루는 아크 챔버의 그리드와 캡 그리드 사이에 열변형방지부재를 삽입하게 됨으로써 열변형방지부재에 의해 단락 발생 시 아크 열이 그리드로부터 캡 그리드 쪽으로 전달되지 않게 되면서 캡 그리드의 부풀어 오름을 방지할 수 있어 배선용 차단기의 불량이 발생되지 않아 제품의 성능 및 차단성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배선용 차단기를 도시한 내부구조도.
도 2는 종래의 V형 소호 그리드를 도시한 사시도.
도 3은 종래의 윙형 소호그리드를 도시한 사시도.
도 4는 종래의 배선용 차단기의 소호부를 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 배선용 차단기를 도시한 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 배선용 차단기를 도시한 결합사시도.
도 7은 본 발명에 따른 배선용 차단기의 소호부를 구성하는 아크 챔버를 도시한 분해사시도.
도 8은 본 발명에 따른 배선용 차단기의 아크 챔버를 도시한 절단면예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 배선용 차단기를 도시한 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 배선용 차단기를 도시한 결합사시도, 도 7은 본 발명에 따른 배선용 차단기의 소호부를 구성하는 아크 챔버를 도시한 분해사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 배선용 차단기의 아크 챔버를 도시한 절단면예시도이다. 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 단락 사고 발생시 전류를 차단하게 되는 배선용 차단기(100)에 있어서, 외형을 이루는 컨텍베이스(110)와, 상기 컨텍베이스(110)의 내부에 장착되어 통전을 이루는 통전부와, 상기 컨텍베이스(110)의 내부에 장착되면서 단락 사고 발생 시 아크(arc)를 소호하는 소호부를 포함하여 형성되어진다. 상기 통전부는 컨텍베이스(110)의 좌,우측에 고정되면서 끝단에 접점부(122)가 형성된 제1,2통전고정대(120,121)와, 상기 컨텍베이스(110)의 내부 중앙에 조립되면서 상기 제1,2통전고정대(120,121)와 접지되고 단락 발생 시 가동되어 제1,2통전고정대(120,121)로부터 떨어져 전류를 차단할 수 있도록 메카니즘 어셈블리(도시하지 않음) 조작에 따라 동작되는 크로스바 어셈블리(130)를 포함하여 형성되어진다. 이때, 상기 크로스바 어셈블리(130)는 컨텍베이스(110)에 고정되는 연결구(131)가 형성되며, 상기 연결구(131)의 양쪽으로 제1,2통전고정대(120,121)의 접점부(122)와 접지되면서 단락 발생 시 가동되는 통전가동대(132)가 형성되어진다. 한편, 상기 통전가동대(132)는 상,하로 다수 적층되어지게 된다. 상기 소호부는 컨텍베이스(110)의 내부에 결합되는 아크 챔버(200)로 구성되어진다. 상기 아크 챔버(200)는 컨텍베이스(110)의 내부 좌,우측에 복수로 형성되어진다. 상기 아크 챔버(200)는 단락 발생시 아크(arc)를 분할하여 소호하게 되는 그리드(210)와, 상기 그리드(210)를 고정하고 그리드(210) 간 거리를 유지하면서 통전부의 통전가동대(132)와의 절연을 유지하는 캡 그리드(220)와, 상기 그리드(210)와 캡 그리드(220) 사이에 삽입되어 아크 발생 시 아크의 유기로 인하여 고온상태가 된 그리드(210)로부터 캡 그리드(220) 쪽으로 열전달이 되지 않도록 하는 열변형방지부재(230)를 포함하여 형성되어진다. 상기 그리드(210)는 상,하 양측단에 통전가동대(132)가 안착되고 캡 그리드(220)가 장착될 수 있도록 날개부(211)가 형성되어진다. 이때, 상기 그리드(210)는 일정한 간격으로 다수개가 배열되어지게 된다. 상기 캡 그리드(220)는 일측에 그리드(210)의 날개부(211)가 결합되면서 그리드(210)에 캡 그리드(220)가 장착될 수 있도록 장착홈(221)이 형성되며, 내측면에 상기 열변형방지부재(230)가 장입되어 결합될 수 있도록 장입부(222)가 형성되어진다. 또한, 상기 캡 그리드(220)는 그리드(210)의 날개부(211)에 장착되면서 그리드(210)의 일측면 상,하에 복수로 형성되어진다. 그리고, 상기 캡 그리드(220)는 나일론 재질로 형성되어지게 된다. 한편, 상기 캡 그리드(220)의 장착홈(221)은 각 그리드(210)의 날개부(211)가 결합될 수 있도록 그리드(210)의 수량만큼 형성되어짐이 바람직한 것이다. 상기 열변형방지부재(230)는 캡 그리드(220)의 장입부(222)에 결합되면서 상기 그리드(210)와 캡 그리드(220) 사이에 삽입되어진다. 이때, 상기 열변형방지부재(230)는 각각의 캡 그리드(220) 사이에 결합되어 복수로 형성되어지게 된다. 한편, 상기 열변형방지부재(230)는 아크 발생 시 아크의 유기로 인하여 고온상태가 된 그리드(210)로부터 캡 그리드(220) 쪽으로 열전달이 되지 않도록 단열재 및 내열재로 형성되어진다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 작용상태를 살펴보면 아래와 같다. 상기 제1,2통전고정대(120,121)와 크로스바 어셈블리(130)가 접지되면서 상기 제1,2통전고정대(120,121)를 통해 전류가 흐르게 된다. 이때, 상기 배선용 차단기(100)의 단락 사고가 발생하게 되면 상기 크로스바 어셈블리(130)가 메카니즘 어셈블리의 조작에 따라 동작되면서 통전가동대(132)가 제1,2통전고정대(120,121)의 접점부(122)에서 떨어지고 상기 배선용 차단기(100)의 내부에 아크가 발생되어지게 된다. 상기에서 배선용 차단기(100)의 단락 사고로 아크 발생 시 상기 그리드(210)에 의해 아크가 분할되어지며, 상기 그리드(210)에 장착되어지는 캡 그리드(220)가 크로스바 어셈블리(130)와 그리드(210)간 절연을 제공하면서 아크 소호 가스 발생 역할을 하게 된다. 한편, 상기 배선용 차단기(100)의 단락 사고로 배선용 차단기(100) 내부에서 아크가 발생되어지면 아크의 유기로 인하여 고온상태가 된 그리드(210)로부터 캡 그리드(220) 쪽으로 열이 전달되어지게 되는 데, 이때 상기 그리드(210)와 캡 그리드(220) 사이에 단열재 및 내열재의 열변형방지부재(230)가 삽입되어짐에 따라 상기 열변형방지부재(230)에 의해 캡 그리드(220)로 열이 전달되지 않게 된다. 이와 같이, 상기 캡 그리드(220)의 장입부(222)에 장입되면서 그리드(210)와 캡 그리드(220) 사이에 열변형방지부재(230)가 삽입되어 사고 전류 발생 시 아크에 의하여 그리드(210)가 고온상태가 되었을 때 열변형방지부재(230)가 아크 열을 차단하여 캡 그리드(220)의 부풀음을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 열변형방지부재(230)에 의해 캡 그리드(220)가 크로스바 어셈블리(130)에서 발생한 아크에 의해서 표면 열화에 의한 아크 소호 가스 발생을 최대화할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 그리드(210)와 캡 그리드(220) 사이에 열변형방지부재(230)를 삽입하게 됨으로써 배선용 차단기(100)의 단락 사고 전류 발생 시 종래에서처럼 아크에 의하여 그리드에서 캡 그리드로 열이 전달되면서 캡 그리드의 부풀어 오름으로 인해 크로스바 어셈블리의 회전을 방해하여 발생되는 배선용 차단기의 불량을 상기 열변형방지부재(230)가 그리드(210)에서 캡 그리드(220)로 전달되는 열을 차단하게 되어 캡 그리드(220)의 열변형을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 상기 열변형방지부재(230)에 의해 캡 그리드(220)로 아크 열이 전달되지 않게 되어 캡 그리드(220)의 부풀어 오름을 방지하여 크로스바 어셈블리(130)의 회전이 원활하게 이루어져 배선용 차단기(100)의 불량을 방지할 수 있으며 캡 그리드(220)의 불량 방지를 위해 종래에서처럼 캡 그리드를 제거하는 배선용 차단기에 비하여 본 발명은 상기 열변형방지부재(230)를 형성하게 됨에 따라 아크 소호 가스 발생에 유리하여 차단성능의 효율을 높일 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 배선용 차단기
110 : 컨텍베이스
120 : 제1통전고정대
121 : 제2통전고정대
122 : 접점부
130 : 크로스바 어셈블리
131 : 연결구
132 : 통전가동대
200 : 아크 챔버
210 : 그리드
211 : 날개부
220 : 캡 그리드
221 : 장착홈
222 : 장입부
230 : 열변형방지부재 |
