차단기는 전기선로상에 설치되어 정상적인 사용상태에서 인위적으로 선로를 개폐할 때 또는 선로의 지락이나 단락 등 사고전류가 발생하였을 때 전류를 안전하게 차단하여 전력계통 및 전력기기를 보호하는 전기 기기이다. 통상적으로, 상기와 같은 차단기의 회로부는 스프링 및 강체로 구성되어 트립, 즉 회로 오프 동작 시에 신속한 작동을 가능하게 한다. 도 1 및 도 2에 이러한 차단기 중 트립 작동부의 일부를 도시하였다.
도 1은 상기 트립 작동부의 일부의 측면을 도시한 측면도이고, 도 2는 정면을 도시한 정면도이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 차단기(10)는 그 내부에 이동 접촉자(12)를 포함하며, 상기 접촉자(12)는 도시되지 않은 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되면서 트립 동작을 수행하게 된다. 상기 이동 접촉자(12)의 일 단부에는 절연체로 이루어지는 푸쉬 로드(14)가 연결되어 있고, 상기 푸쉬 로드(14)의 타단부는 접압 스프링(16)을 개재하여 메인 샤프트(18)의 일단부와 연결된다.
상기 메인 샤프트(18)는 회전축(20)을 중심으로 회전 가능하게 장착되고, 그 타단부 부근에는 트립 스프링(22)이 연결되어 있다. 상기 트립 스프링(22) 및 접압 스프링(16)은 트립 동작시에 상기 메인 샤프트(18)를 도 1에서 시계 방향으로 회전시키는 역할을 한다.
한편, 상기 메인 샤프트(18)의 회전은 댐핑 기구에 의해서 일정 범위 내로 제한되는데, 상기 메인 샤프트(18)의 타단부는 로드(24)에 의해 회전 링크(26)와 연결되어 있고, 상기 회전 링크(26)의 회전은 스톱 블럭(28)에 의해 일정 범위내로 제한되어 있다. 따라서, 메인 샤프트(18)가 시계 방향으로 회전하면 상기 로드(24)가 도 2에서 위쪽으로 이동하고, 그로 인해 회전 링크(26)가 반시계 방향으로 회전하다가 상기 스톱 블럭(28)에 의해 정지하게 된다.
그러나, 실제로는 반발력 등으로 인해서 상기 회전 링크(26)가 스톱 블럭(28)과 충돌한 후 다시 반대 방향으로 이동하여 상기 이동 접촉자(12)와 고정 접촉자간의 간격이 좁혀지게 되는데 이를 리바운드라 하며, 이러한 리바운드 현상을 그 진폭을 줄이면서 수회 반복되게 된다. 이로 인해서, 극간의 절연을 유지하지 못하게 되므로 트립 동작이 불완전해지는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해서, 상기 스톱 블럭(28)에는 오일 대쉬포트(oil dash pot, 30)가 설치되어 오일 대쉬포트의 감쇄 작용을 통해서 리바운드 현상을 줄일 수 있도록 하고 있다. 상기 오일 대쉬포트는 내부에 충전된 오일의 감쇄 작용을 이용한 것이지만, 유량이 적은 경우 큰 충격을 흡수할 수는 있으나 감쇄에 도달할 때까지의 시간이 지나치게 길고, 유량이 큰 경우에는 리바운드량이 커지는 문제가 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 오일 유량이 작은 경우에는 리바운드에 의한 진동이 완전히 감쇄될 때까지의 시간은 상대적으로 짧지만 스트로크량이 커지는 것을 알 수 있으며, 오일 유량이 큰 경우에는 스트로크량은 작으나 리바운드에 의한 진동이 완전히 감쇄될 때까지의 시간이 길어지는 것을 알 수 있다(도 4 참조).
또한, 상기 오일 대쉬포트는 흡수하는 충격량이 일정치 않아서 리바운드량을 설계자가 원하는 대로 조정할 수 없으며 시간이 경과함에 따라서 누유 등으로 인하여 그 특성이 변하게 된다. 아울러, 현재와 같이 점차 차단기가 대형화하는 경우에는 트립시에 발생하는 충격량도 커지기 때문에 오일 대쉬포트도 그에 맞게 커져야 하지만 경제적, 공간적 제약으로 인해서 그 한계가 존재하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 차단기의 트립 동작시에 리바운드를 효과적으로 방지할 수 있는 리바운드 방지 기구를 갖는 차단기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 본체; 상기 본체에 고정되는 고정 접점; 상기 고정 접점과 접촉되거나 또는 분리되며, 상기 본체에 이동 가능하게 설치되는 가동 접점; 상기 가동 접점의 일단부와 연결되고, 상기 본체 상에 회전 가능하게 설치되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트의 타측에 결합되어, 메인 샤프트를 회전시키는 트립 기구부; 및 상기 본체 상에 일단부가 회전 가능하게 설치되며, 타단부에는 상기 메인 샤프트와 맞물리는 걸림부가 형성되는 리바운드 방지부재를 포함하는 차단기로서, 상기 리바운드 방지부재는 상기 메인 샤프트와 맞물려서 함께 회전하고, 상기 걸림부는 상기 리바운드 방지부재가 일정 범위 이상 회전한 상태에서는 상기 메인 샤프트의 역방향 회전을 차단하는 차단기가 제공된다.
바람직하게는, 상기 걸림부는 상기 리바운드 방지부재에 형성되는 걸림홈이고, 상기 메인 샤프트에는 상기 홈과 맞물리는 돌기부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 걸림홈은 입구에서 내측으로 갈수록 간격이 증가하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 걸림홈은 상기 리바운드 방지부재의 정방향 회전시에 상기 돌기 부와 접하는 제1 접촉면과, 상기 제1 접촉면과 대향하는 제2 접촉면을 포함하며, 상기 제1 접촉면은 상기 제2 접촉면의 단부보다 외측으로 연장되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 제1 접촉면은 원호 형태의 곡면으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 접촉면에는 상기 제1 접촉면 측으로 연장되는 불연속면이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본체; 상기 본체에 고정되는 고정 접점; 상기 고정 접점과 접촉되거나 또는 분리되며, 상기 본체에 이동 가능하게 설치되는 가동 접점; 상기 가동 접점의 일단부와 연결되고, 상기 본체 상에 회전 가능하게 설치되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트의 타측에 결합되어, 메인 샤프트를 회전시키는 트립 기구부; 및 상기 본체 상에 일단부가 회전 가능하게 설치되며, 타단부에는 상기 메인 샤프트와 맞물리는 걸림부가 형성되는 리바운드 방지부재를 포함하는 차단기로서, 상기 걸림부에는 서로 대향하는 제1 및 제2 접촉면을 포함하는 걸림홈이 형성되고, 상기 제1 접촉면은 상기 가동 접접 분리시에 상기 메인 샤프트의 일부와 접하여 상기 리바운드 방지부재를 상기 메인 샤프트와 반대방향으로 회전시키고, 상기 제2 접촉면은 상기 리바운드 방지부재가 일정 범위 이상 회전된 상태에서 상기 메인 샤프트의 일부와 접하는 경우 메인 샤프트의 역회전을 차단하는 차단기가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 접촉면의 단부는 상기 제2 접촉면의 단부보다 외측으로 연장될 수 있다. 여기서, 상기 제1 접촉면은 원호 형태의 곡면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본체 내에 회전 가능하게 설치되는 메인 샤프트의 양단부에 각각 트립 기구 및 가동 접점이 연결되어, 트립 기구의 인장력을 상기 가동 접점에 전달하여 트립 동작을 수행하는 차단기에 있어서, 상기 메인 샤프트의 일부와 맞물리는 걸림홈이 형성되며, 상기 차단기에 회전가능하게 설치되는 리바운드 방지부재를 추가적으로 포함하고, 상기 걸림홈은 상기 메인 샤프트의 회전 시에 상기 메인 샤프트의 일부와 접촉되는 제1 및 제2 접촉면을 포함하되, 상기 메인 샤프트가 역회전 시에 상기 메인 샤프트의 일부가 상기 제2 접촉면에 적용하는 힘의 연장선이 상기 리바운드 방지부재의 회전 중심을 통과하는 차단기가 제공된다.
여기서, 상기 메인 샤프트는 정회전 및 역회전 시에 상기 걸림홈 내에 삽입되는 돌기부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본체 내에 회전 가능하게 설치되는 메인 샤프트의 양단부에 각각 트립 기구 및 가동 접점이 연결되어, 트립 기구의 인장력을 상기 가동 접점에 전달하여 트립 동작을 수행하는 차단기에 있어서, 상기 메인 샤프트의 일부와 맞물리는 걸림홈이 형성되며, 상기 차단기에 회전가능하게 설치되는 리바운드 방지부재를 추가적으로 포함하고, 상기 걸림홈은 상기 메인 샤프트의 회전 시에 상기 메인 샤프트의 일부와 접촉되는 제1 및 제2 접촉면을 포함하되, 상기 메인 샤프트의 일부가 상기 제2 접촉면과 접촉한 상태에서는 메인 샤프트의 역회전이 이루어지지 않는 차단기가 제공된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 트립 동작 후 반발력 에 의한 리바운드가 리바운드 방지부재에 의해 방지되므로 트립 동작의 신뢰성을 높일 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차단기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 차단기의 일 실시예가 도시되어 있으며 이하의 설명에서 상기 도 1 및 도 2에 도시된 예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5에 도시된 실시예(100)는 기본적으로 상기 도 1에 도시된 예와 유사한 구조를 갖지만, 상기 메인 샤프트(18)의 회전축(20) 주위로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 캐치 레버(18a)가 형성되어 있으며, 상기 캐치 레버(18a)의 표면으로부터 돌출되도록 형성되는 돌기부로서의 캐치 레버핀(18b)이 형성되어 있다.
한편, 도 6을 참조하면 고정 브라켓(40)이 차단기 본체 내에 설치되어 있고, 상기 캐치 레버(18a)와 인접한 위치에 리바운드 방지부재로서의 리바운드 캐치(30)가 힌지축(42)을 중심으로 하여 자유롭게 회전 가능하도록 설치되어 있다. 도 6에서 상기 리바운드 캐치(30)는 얇은 판상의 재질로 이루어져 있으며, 자중에 의해 외력이 가해지지 않은 상태에서는 도 6에서 하방을 따라서 나란하게 배치된다.
상기 리바운드 캐치(30)에는 입구에서 내측으로 갈수록 폭이 확장되는 걸림홈(32)이 형성되어 있으며, 상기 걸림홈(32)의 서로 대향하는 두 면을 각각 제1 접촉면(32a)과 제2 접촉면(32b)이라 칭한다. 여기서, 상기 제1 접촉면(32a)의 단부 는 상기 제2 접촉면(32b)의 단부에 비해서 외측으로, 즉 상기 메인 샤프트(18)를 향하여 돌출되도록 위치한다. 또한, 상기 제1 접촉면(32a)의 표면은 곡선으로 이루어져 있고, 상기 곡선은 상기 캐치 레버핀(18b)을 향하여 휘어진다. 상기 곡선은 원호형을 갖지만, 그 외의 다양한 형태의 연속 곡선일 수도 있다.
이제 도 7 내지 도 10을 참조하여, 상기 실시예의 작동에 대해서 설명한다. 도 7은 트립 동작이 행해지기 전의 상태를 나타낸 것이다. 이 상태에서는 상기 리바운드 캐치(30)에 아무런 외력이 가해지지 않으므로, 상기 리바운드 캐치(30)는 자중에 의해서 하향으로 배치되게 된다. 그 후, 트립 동작이 수행되면, 상기 메인 샤프트(18)는 시계 방향으로 회전하게 되고, 그에 따라 상기 캐치 레버핀(18b)이 상기 걸림홈(32) 내의 제1 접촉면(32a)에 접하게 된다. 상기 메인 샤프트(18)의 회전이 계속되면 상기 리바운드 캐치(30)는 상기 캐치 레버핀(18b)에 의해서 도 8에서와 같이 반시계 방향으로 회전하게 되고, 그와 함께 상기 캐치 레버핀(18b)은 상기 걸림홈(32) 내부로 삽입되게 된다.
트립 동작이 종료되어 상기 메인 샤프트(18)가 최대로 회전하면, 상술한 바와 같이 접압 스프링(16) 및 트립 스프링(22)의 반발력 등에 의해 상기 메인 샤프트(18)가 반시계 방향으로 회전하게 되나, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 캐치 레버핀(18b)이 상기 제2 접촉면(32b)과 접하게 된다. 이로 인해서, 메인 샤프트(18)의 반시계 방향 회전이 저지되고 이로 인해 메인 샤프트(18)의 리바운드는 소정 범위 내로 신속하게 제한되게 된다. 여기서, 메인 샤프트(18)가 시계 방향으로 회전 하는 것을 정방향 회전이라 칭하고, 반시계 방향으로 회전하는 것을 역방향으로 칭한다.
메인 샤프트(18)의 리바운드 동작에 대해서 부연설명하면, 상기 메인 샤프트(18)가 트립 동작에 의해 최대로 정회전한 직후에는 반발력에 의해 매우 빠른 속도로 역회전하게 된다. 따라서, 상기 리바운드 캐치(30)가 시계 방향으로 회전을 시작하기도 전에 상기 메인 샤프트(18)가 역방향 회전을 하여 상기 리바운드 캐치(30)가 반시계 방향으로 최대로 회전된 상태에서 상기 제2 접촉면(32b)과 접하게 된다. 이 상태에서도 물론 메인 샤프트(18)는 상기 리바운드 캐치(30)에 대해서 힘을 가하게 되지만, 그 힘의 작용방향이 상기 리바운드 캐치(30)의 힌지축(42) 중심을 통과하게 되므로 메인 샤프트(18)가 리바운드 캐치(30)에 적용시키는 힘은 리바운드 캐치(30)를 회전시키는 토크를 생성하지 못하게 된다.
이로 인해서, 메인 샤프트(18)에 의해 적용되는 힘은 상기 힌지축(42)에 의해 적용되는 반력에 의해 상쇄되므로 메인 샤프트(18)는 더 이상의 회전이 불가능해지고 이는 리바운드를 방지하는 효과를 제공하게 된다. 다시 말해서, 상기 캐치 레버핀(18b)이 상기 제2 접촉면(32b)과 접한 상태에서는 상기 메인 샤프트(18)의 회전은 불가능해지는 것이다.
한편, 상기 제2 접촉면(32b)은 상기 리바운드 캐치(30)가 일정 범위 이상 회전된 경우에만 상기 캐치 레버핀(18b)과 접할 수 있다.
이렇게 리바운드 캐치(30)에 의해 회전이 저지된 메인 샤프트(18)는 상기 접압 스프링(16) 및 트립 스프링(22)의 힘에 의해 재차 정회전하게 되고, 종국에는 도 8과 같이 상기 제1 접촉면(32a)과 접한 상태를 유지하게 된다.
그 후, 차단 상태가 해제되어 다시 상기 가동 접점을 상기 고정 접점과 접촉시켜 회로를 다시 연결하기 위해, 상기 트립 기구를 통해 상기 메인 샤프트(18)를 역회전 시키면, 상기 제1 접촉면(32a)이 상기 캐치 레버핀(18b)과 접한 상태에서 회전이 이루어지므로 메인 샤프트(18)는 원활하게 역방향으로 회전할 수 있게 된다.
상기 실시예에서 리바운드 량은 상기 걸림홈의 폭 또는 상기 제2 접촉면의 길이 등을 조절하여 당업자가 임의로 결정할 수 있다. 아울러, 상기 리바운드 캐치는 스프링과 같은 별도의 기구부를 필요로 하지 않고, 자중에 의해서 동작하므로 장기간 사용하여도 동작의 특성이 변화하는 등의 문제가 생기지 않는 장점을 갖는다.
한편, 상기 리바운드 캐치의 제2 접촉면은 도 5에 도시된 예와 같이 연속면으로 구성될 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 메인 샤프트의 역방향 회전을 보다 신속하고 정확하게 저지하게 위해 상기 캐치 레버핀(18b)의 이동을 저지하기 위한 불연속면, 예를 들어 걸림턱 등을 추가로 포함할 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 리바운드 캐치(30')의 제2 접촉면(32b')을 두 개의 직선이 만나는 형태의 불연속면으로 형성하는 예도 고려할 수 있다.