JP2014514748A - 負荷時タップ切換器及び当該負荷時タップ切換器用の真空バルブ - Google Patents

Abstract

本発明は、降圧変圧器の巻線タップと巻線タップとの間を遮断なしに切り換えるための負荷時タップ切換器に関する。さらに、本発明は、当該負荷時タップ切換器用に特に適した新規の真空バルブに関する。本発明の負荷時タップ切換器は、１つの第１負荷分岐部の、それぞれ１つの主接触子及びこの主接触子に接続された１つの機械式切換手段並びに１つの第２負荷分岐部の追加の１つの抵抗接触子を、１つの共通のハウジングを有するただ１つの真空バルブ内で結合するという概念に基づく。さらに、本発明の真空バルブは、別々に且つ互いに密閉された複数の真空切換室内に配置されている複数の可動接触系を、１つの真空バルブの構造に結合することによって、従来の技術において必要な２つの真空バルブ及び追加の１つの機械式切換手段の機能を、本発明のただ１つの真空バルブに置き換えるという本発明の概念に基づく。

Description

本発明は、降圧変圧器の巻線タップと巻線タップとの間を遮断なしに切り換えるための負荷時タップ切換器に関する。

さらに、本発明は、当該負荷時タップ切換器用に特に適した新規の真空バルブに関する。

一相当たり全部で４つの真空バルブを有する負荷時タップ切換器が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２０２１５７５号明細書から公知である。主接触子としての１つの真空バルブと、もう１つの真空バルブとがそれぞれ、抵抗接触子としての１つの限流抵抗器に直列接続されている状態で２つの負荷分岐部の各々の中に設けられている。

その前の巻線タップｎから予め選択された新たな巻線タップｎ＋１に負荷を遮断なしに切り換える場合、切断する側の主接触子が最初に開かれ、次いで、引き継ぐ側の抵抗接触子が閉じる。その結果、双方の限流抵抗器によって制限された補償電流が、双方の巻線タップｎと巻線タップｎ＋１との間に流れる。

当該切断する側の、依然として閉じられている抵抗接触子が開いた後に、引き継ぐ側の主接触子が閉じる。その結果、全ての負荷電流が、新しい巻線タップｎ＋１から引込線に通電する。すなわち、切り換えが完了している。

しかしながら、電力用変圧器を制御するための、真空バルブを有する当該公知の負荷時タップ切換器の様々な用途の場合、１００ｋＶまでの且つこれを大きく超える高い耐サージ性が必要である。当該望まないサージ電圧は、一方では配電網内の落雷によって発生する雷サージ電圧である。当該サージ電圧の高さは、タップ付変圧器及び個々のタップ間の巻線部の構造に主に起因する。他方では、制御すべき配電網内の予測不可能な開閉サージによって引き起こされる開閉サージ電圧も発生しうる。

負荷時タップ切換器の耐サージ性が不十分である場合は、真空バルブが、負荷電流を通電させない負荷分岐部内で焼損するときに、タップ間短絡が発生しうる。

その結果、多くの場合に、切換区間、すなわち特に真空バルブを仕様決定するときに、説明した電圧負荷に確実に耐えるように、これらの切換区間及び真空バルブの寸法が大きくなる。当該過大な寸法は、最近の機器で必要となる昨今の僅かな設置スペースと、当該真空バルブの経済性及び有用性とにとって不利となる。

それ故に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１００２４２５５号明細書には、第１主電流分岐部の第１巻線タップが、第１機械式転換スイッチと、第１切換手段、すなわち真空バルブ又は代わりの半導体素子とから構成される直列回路を介して引込線に接続されている負荷時タップ切換器が提唱されている。当該接続構成と同様な対称な接続構成で、第２主電流分岐部の第２巻線タップが、第２機械式転換スイッチと、第２切換手段、すなわち第２真空バルブ又は代わりの第２半導体素子とから構成される直列回路を介して同様に当該引込線に接続される。さらに、第１補助電流分岐部が、第１巻線タップと第１機械式転換スイッチとの間で接続抵抗器によって分岐されている。第２主電流分岐部の第２機械式転換スイッチとの電気接続が、この接続抵抗器によって実現可能である。そして、第２補助電流分岐部が、第２巻線タップと第２機械式転換スイッチとの間で別の接続抵抗器によって分岐されている。第１主電流分岐部の第１機械式転換スイッチとの電気接続が、この別の接続抵抗器によって実現可能である。

したがって、換言すれば、当該公知の負荷時タップ切換器では、それぞれの真空バルブに直列接続された機械式転換スイッチが、各主電流分岐部及び補助電流分岐部内に存在する。当該転換スイッチは、接続しなかったその都度の巻線タップの完全な電気切断を保証する、したがって高い耐サージ性を保証する。

当該従来の技術から公知の全ての負荷時タップ切換器は、一相当たり複数の真空バルブ及び追加の機械式切換手段を必要とする。これらの真空バルブ及び切換手段を必要とすることは、個々の当該切換手段の高い必要スペースと、同時に付随して生じる構造的及び機構的な経費との理由で不都合であり、特に高価である。また、特に切換工程に対しては、複数の必要部品が、負荷時タップ切換器内で切換シーケンスを実現するために必要であるので、これらの必要部品は、時間的に正確な既定の切換工程中の数十分の一秒以内に連動する必要がある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２０２１５７５号明細書 ドイツ連邦共和国公開特許第１０２０１００２４２５５号明細書 ドイツ連邦共和国特許第３３４４３６７号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１９７５６３０８号明細書 ヨーロッパ特許第０２５８６１４号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１０２００６０３３４２２号明細書

本発明の課題は、複雑さを減らすこと及び必要部品を削減することを可能にし、その結果特に機械式切換手段を不要にし、高い耐サージ性をさらに呈する、降圧変圧器の巻線タップと巻線タップとの間を遮断なしに切り換えるための、負荷時タップ切換器を提供することにある。さらに、本発明の課題は、当該さらに改良された負荷時タップ切換器用に特に有益に使用可能である真空バルブを提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する負荷時タップ切換器、及び当該負荷時タップ切換器用に特に適した、請求項６に記載の特徴を有する真空バルブによって解決される。本発明の特に好適なその他の構成は、従属請求項に記載されている。

本発明の負荷時タップ切換器は、１つの第１負荷分岐部の、それぞれ１つの主接触子及びこの主接触子に接続された１つの機械式切換手段並びに１つの第２負荷分岐部の追加の１つの抵抗接触子を、１つの共通のハウジングを有するただ１つの真空バルブ内で結合するという概念に基づく。さらに、本発明の真空バルブは、別々に且つ互いに密閉された複数の真空切換室内に配置されている複数の可動接触系を、１つの真空バルブの構造に結合することによって、従来の技術において必要な２つの真空バルブ及び追加の１つの機械式切換手段の機能を、本発明のただ１つの真空バルブに置き換えるという本発明の概念に基づく。換言すれば、本発明の負荷時タップ切換器では、従来の必要な別々の切換手段、すなわち負荷時に切り換わる２つの真空バルブと、もう１つの機械式切換手段とが、従来の技術のように個々の構成群として構成されるのではなくて、且つこの負荷時タップ切換器内で別々に構成されるのではなくて、別々の複数の真空切換室内に配置された複数の真空切換区間を有するただ１つの真空バルブ内だけで統合される。したがって、当該真空バルブは、１つの転換スイッチの機械式切換手段と１つの切換スイッチの機械式切換手段との双方を、１つの真空切換区間に機能的に置き換える。
複数の接触系のそれぞれの真空切換区間が、分離された、すなわち互いに密封された真空切換室内に配置されているものの、１つの共通のハウジング内に配置されていることによって、当該新規の真空バルブの絶縁耐力が向上される。換言すれば、複数の別々の真空切換室が設けられていて、複数の接触系がそれぞれ、これらの別々の真空切換室内で互いに電気絶縁されて配置されていることによって、当該異なる接触系間に存在する、拡散するアークを引き起こしうる電位差の危険が、本発明にしたがって解消される。

２つの接触点を有する複数の真空バルブが、既に公知である。

ドイツ連邦共和国特許第３３４４３６７号明細書は、１つの真空室内の、直列に電気接続された２つの接触対を有する１つの真空バルブに関する。これらの接触対は、同時に操作可能である。

ドイツ連邦共和国特許第１９７５６３０８号明細書は、１つの共通の軸線上に配置された２つの切換区間を有する同様な１つの真空バルブに関する。この場合、内側に存在する接触圧縮ばねが設けられている。

ヨーロッパ特許第０２５８６１４号明細書は、真空バルブと特定の配線とを負荷時タップ切換器に組み合わせることを記す。この場合、複数の切換区間が、１つの真空室内に配置されている。このことは、リング状の固定接触子を有する真空バルブの構造を複雑にする。

最後に、ドイツ連邦共和国特許第１０２００６０３３４２２号明細書は、複数の機能を有する別の真空バルブを記す。この場合、ここでも、リング状の固定接触子が、内側に存在する接触圧縮ばねとして必要である。

以下に、本発明を図面に基づいて例示してさらに詳しく説明する。

従来の技術による負荷時タップ切換器を示す。 負荷時タップ切換器用の本発明の真空バルブを概略的に示す。

図１には、従来の技術から公知の負荷時タップ切換器が示されている。この負荷時タップ切換器は、第１負荷分岐部を有する。この第１負荷分岐部内には、主接触子として作用する真空バルブＶ_１及びこの真空バルブＶ_１に接続された機械式転換スイッチＵ_１が存在し、これらに対して並列に、限流抵抗器Ｒ_１及び抵抗接触子として作用する真空バルブＶ_２が存在する。全く同様に、第２負荷分岐部が、真空バルブＶ_４及びこの真空バルブＶ_４に接続された機械式転換スイッチＵ_２を有し、これらに対して並列に、別の限流抵抗器Ｒ_２及び抵抗接触子として作用する真空バルブＶ_３を有する。したがって、この公知の負荷時タップ切換器は、１つの負荷分岐部当たり２つの真空バルブを有する、それ故に１つの相当たり４つの真空バルブを有する。タップｎが接続されている初期位置は、図１に示された個々の切換要素の位置に相当する。切換えが、以下のステップで実施される：
・真空バルブＶ_１
・真空バルブＶ_３が閉じる
・真空バルブＶ_２が開く
・真空バルブＶ_４が閉じる。切換えが完了している。

図２は、第１接触系Ｉ、第２接触系ＩＩ及び第３接触系ＩＩＩを有する本発明の真空バルブを示す。これらの接触系の全てが、真空切換区間として構成されている。さらに、これらの接触系Ｉ，ＩＩ及びＩＩＩはそれぞれ、別々の１つの真空切換室２，３及び４内で空間的に分離されているものの、全ての接触系Ｉ，ＩＩ及びＩＩＩを包囲する共通の１つのハウジング５内に配置されている。当該個々の真空切換室２，３及び４の横の壁領域のそれぞれには、複数の絶縁セラミック６が設けられている。回転対称な縦軸ｓ１の延長部分の中心に、上側の固定プランジャ７が設けられていて、下側の可動プランジャ８が、反対側の端部に設けられている。当該固定プランジャ７及び可動プランジャ８は、ハウジング５の内部で、それぞれの接触部材９及び１０上に既知の方法で支持されている。接触部材９が、別々に且つ独立して可動プランジャ８を操作することによって固定接触部材１１に電気接続され得る。この場合、当該固定接触部材１１は、ハウジング５の内部に設けられている固定された導電性プランジャ１２に対して配置されている。この導電性プランジャ１２は、真空切換室３と真空切換室４との間のセパレーションを縦軸ｓ１の延長部分方向に貫通し、当該導電性プランジャ１２の、固定接触部材１１に対向する端部に別の固定接触部材１３を有する。真空切換室２と真空切換室３との間の当該密封されたセパレーションは、縦軸ｓ１の長手方向に摺動可能に構成された導電性板１４によって保証される。別の固定接触部材１５及び１６が、導電性ウェブ１７及び１８を介して両側から当該導電性板１４に対して固定されている。したがって、導電性板１４の垂直方向の摺動によって、固定接触部材１６が、固定接触部材１０に接続され得る、又は、固定接触部材１５が、固定接触部材１３に接続され得る。この場合、従来の技術により公知のベローズ１９が、ハウジング５の壁領域内に設けられている。当該ベローズ１９は、導電性板１４に垂直方向の移動自由度を付与する。ここでは、可動プランジャ８と協働する公知の接触ばねが、明らかなので示されていない。

図２に示されている真空バルブが、図１の負荷時タップ切換器に適用される場合、本発明にしたがって、従来の別々の両切換要素Ｖ１，Ｖ３及びＵ１、又はＶ２，Ｖ４及びＵ２が、別々に制御可能な接触系Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを有するただ１つの真空バルブ１に統合される。図２に示された真空バルブ１の固定プランジャ７が、Ｒ２を介して巻線タップｎ＋１に導電接続され、導電性板１４が、引込線ＬＡに導電接続され、下側のプランジャ８が、巻線タップｎに導電接続される場合、図１に示されている負荷時タップ切換器が、当該導電接続によって特に簡単に機械式に実現され得る。

Ｒ_１ 限流抵抗器
Ｒ_２ 限流抵抗器
Ｕ_１ 機械式転換スイッチ、切換要素、機械式切換手段
Ｕ_２ 機械式転換スイッチ、切換要素、機械式切換手段
Ｖ_１ 真空バルブ、真空切換接触子
Ｖ_２ 真空バルブ、真空切換接触子
Ｖ_３ 真空バルブ、真空切換接触子
Ｖ_４ 真空バルブ、真空切換接触子
１ 真空バルブ
２ 真空バルブ、真空切換室
３ 真空バルブ、真空切換室
４ 真空バルブ、真空切換室
５ ハウジング
６ 絶縁セラミック
７ 固定プランジャ
８ 可動プランジャ
９ 接触部材
１０ 固定接触部材
１１ 固定接触部材
１２ 導電性プランジャ
１３ 固定接触部材
１４ 導電性板
１５ 固定接触部材
１６ 固定接触部材
１７ 導電性ウェブ
１８ 導電性ウェブ
１９ ベローズ

Claims (10)

1. 降圧変圧器の巻線タップと巻線タップとの間を遮断なしに切り換えるための、真空バルブを有する負荷時タップ切換器であって、
   ２つの負荷分岐部が、切り換えるべき各相に対して設けられていて、
   各負荷分岐部が、主接触子として作用する真空切換接触子と、この真空切換接触子に直列接続可能な機械式切換手段とを有し、
   接続すべき各相に対して、対応する前記負荷分岐部に並列接続可能な補助電流分岐部が設けられていて、
   各補助電流分岐部が、少なくとも１つの限流抵抗器と、補助接触子として作用する別の真空バルブとを直列接続を成して有し、
   両負荷分岐部の、前記負荷分岐部と前記補助電流分岐部との双方が、共通の引込線に接続可能である当該負荷時タップ切換器において、
   第１の前記負荷分岐部の、主接触子として作用する前記真空切換接触子バルブ（Ｖ１）及びこの真空切換接触子（Ｖ１）に直列に配置された前記機械式切換手段（Ｕ１）並びに第２の前記負荷分岐部の補助接触子として作用する真空切換接触子（Ｖ３）が、共通のハウジング（５）を有するただ１つの真空バルブ（１）内で構造的に結合されていること、
   第２の前記負荷分岐部の、主接触子として作用する前記真空切換接触子（Ｖ４）及びこの真空切換接触子（Ｖ４）に直列に配置された前記機械式切換手段（Ｕ２）並びに第１の前記負荷分岐部の補助接触子として作用する真空切換接触子（Ｖ２）が、共通のハウジング（５）を有する別のただ１つの真空バルブ（１）内で構造的に結合されていること、
   及び、別々に気密に密封されている各真空切換室（２，３，４）が、各真空切換接触子（Ｖ１，Ｖ３；Ｖ２，Ｖ４）のためと、各機械式切換手段（Ｕ１；Ｕ２）のためとに、共通のハウジング（５）内に設けられていることを特徴とする負荷時タップ切換器。
2. 別々の前記真空切換室（２，３，４）内に設けられている前記真空切換接触子（Ｖ１．．．Ｖ４）及び別の前記機械式切換手段（Ｕ１，Ｕ２）がそれぞれ、独立した１つの接触系Ｉ，ＩＩ及びＩＩＩを有することを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換器。
3. 第１の前記接触系Ｉは、前記機械式切換手段（Ｕ１，Ｕ２）を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷時タップ切換器。
4. 第２の前記接触系ＩＩは、前記真空切換接触子（Ｖ１，Ｖ４）を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換器。
5. 第３の前記接触系ＩＩＩは、前記真空切換接触子（Ｖ２，Ｖ３）を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換器用の真空バルブにおいて、
   前記真空バルブ（１）の全体を包囲する共通のハウジング（５）が設けられていること、
   共通の縦軸Ｓ１に沿って配置された複数の接触系（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）が、前記ハウジング（５）内に設けられていて、これらの接触系（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）はそれぞれ、空間的に且つ気密に分離されて個々の真空切換室（２，３，４）内に配置されていることを特徴とする真空バルブ。
7. 前記第１接触系Ｉは、前記縦軸Ｓ１に沿って移動可能な下側のプランジャ（８）を有し、接触部材（９）が、前記下側のプランジャ（８）に固定されていて、この接触部材（９）は、固定プランジャ（１２）に固定された接触部材（１２）に接触可能であることを特徴とする請求項６に記載の真空バルブ。
8. 前記第２接触系ＩＩは、前記接触部材（１２）の対向する端部に、同様に前記プランジャ（１２）に固定された接触部材（１３）を有し、この接触部材（１３）は、ウェブ（１７）を介して前記縦軸Ｓ１に沿って摺動可能な導電性板（１４）に固定された接触部材（１５）に接触可能であることを特徴とする請求項６又は７に記載の真空バルブ。
9. 前記第３接触系ＩＩＩは、上側の固定プランジャ（７）に固定された接触部材（１０）を有し、この接触部材（１０）は、ウェブ（１８）を介して前記縦軸Ｓ１に沿って摺動可能な前記導電性板（１４）に固定された接触部材（１６）に接触可能であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の真空バルブ。
10. 複数の絶縁セラミック（６）が、前記ハウジング（５）の側壁の領域内の各真空切換室（２，３，４）内に設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の真空バルブ。

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