JP2015515139A - 負荷時タップ切換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、請求項１の上位概念に基づくタップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換える負荷時タップ切換器に関する。本発明の普遍的な考えは、セレクタ接点ユニットも負荷を無中断で負荷を切り換えるための切換手段もエネルギー貯蔵器を間に接続すること無く共通のモータ駆動部を用いて操作することである。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に基づくタップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換える負荷時タップ切換器に関する。

昔からタップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換えるために、多くの数の負荷タップ切換器が世界中で使用されている。特に、北アメリカで普及している所謂リアクトル型切換器は、緩慢な連続した切換を可能とする切換リアクタンスを有する。抵抗高速切換方式による負荷タップ切換器は、通常タップ変成器の切り換え先の各巻線タップを無電力状態で選択するセレクタと、それまでの巻線タップから新しい予め選択された巻線タップへの本来の切換を行なう負荷切換器とから構成される。そのために、負荷切換器は、通常切換接点と抵抗接点を備えている。その場合、切換接点は、各巻線タップを負荷導体と直接接続する役割を果たし、抵抗接点は、短時間で切り換える、即ち、一つ以上の遷移抵抗を用いてブリッジングする役割を果たしている。しかし、近年の発展形態は、絶縁油内の機械式切換接点を備えた負荷切換器から懸け離れて来ている。それに代わって、真空切換セルが切換素子として益々用いられて来ている。

そのような真空切換セルを備えた負荷タップ切換器は、例えば、特許文献１に開示されている。そこでは、負荷切換器が、少なくとも一つの円板カムを備えた、アキュムレータにより駆動可能な駆動シャフトを装備している。その円板カムは、複数の制御カムを備えており、円板カムの正面側に配置された二つの制御カムが、円形と異なるカム形式の輪郭を有し、その輪郭に沿って接触した状態で、ロックレバーを介して真空切換セルと接続されたローラが、それぞれ案内され、そのローラは、各制御カムに形成された輪郭と係合している。

特別な種類の負荷時タップ切換器、所謂負荷セレクタでは、新しい巻線タップを選択する前述した手段と本来の負荷切換手段が構造的に一体化されて、共通的に操作される。タップ変成器の一方のタップから他方のタップに無中断で切り換える抵抗高速切換方式によるタップ切換器は、通常タップ巻線の出力配線とそれぞれ電気的に接続された固定のタップ接点が、一つ以上の水平な平面内に円形に絶縁フレーム又は絶縁シリンダに配置されるとともに、同心状の駆動シャフトにより操作される回転可能な接点ブリッジによって切り換えることができるように構成されている。その場合、タップ選択と本来の負荷切換を組み合わせた負荷セレクタでは、接点ブリッジの操作は、切換器の駆動シャフトにより付勢されるエネルギー貯蔵器、大抵はスプリング式アキュムレータの作動により飛躍的に行なわれる。

特許文献２には、この従来の構造と異なる、直線的な接点操作によるタップ切換器が記載されており、そこでは、固定のタップ接点が切換器の内部を軌道に沿って延びており、又もや駆動シャフトにより駆動されるスライド可能な切換機構により切り換えることが可能である。その場合、垂直にスライド可能な切換機構は、新しい固定のタップ接点を予め選択する、駆動シャフトにより連続的に駆動可能な昇降スライダと、作動後、この昇降スライダに追随して飛躍的に動作する、この昇降スライダによりエネルギー貯蔵器を用いて昇降可能な被動部分とから構成され、それにより、それまでのタップ巻線のタップから予め選択された新しいタップへの本来の負荷切換が行なわれている。それに必要な切換部品は、被動部分の構成部品である。

特許文献３により、本出願人に帰属するセレクタ接点が直線的に配置された別の負荷タップ切換器が周知である。そのセレクタ接点の上方には、即ち、空間的に分離された形で、各相のセレクタ接点にそれぞれ割り当てられた、本来の飛躍的な負荷切換のための固定の真空切換セルが置かれている。その負荷タップ切換器を操作するためには、昇降動作中にセレクタ接点を操作するとともに、飛躍的な被動動作により真空切換部品も駆動するスプリング式エネルギー貯蔵器が必要である。

従来技術により周知の負荷タップ切換器では、負荷タップ切換器の構造的な構成、即ち、回転式又は直線的に移動可能な接点システムと関係無く、その接点システムを用いて飛躍的な切換を行なうためのスプリング式エネルギー貯蔵器が必要である。従来技術により周知のアキュムレータは、負荷タップ切換器の各操作の開始時に、駆動シャフトにより付勢される、即ち、力を投入される。この周知のアキュムレータは、基本的に昇降スライダと飛躍式スライダから構成され、それらの間には、エネルギー貯蔵器としてのアキュムレータ用スプリングが配置されている。そのようなアキュムレータの情報は、例えば、特許文献４と５から得られる。

昇降スライダを並進的に昇降した後、又もや飛躍式スライダの並進的な運動を被動シャフトの回転する主運動とそれと関連する本来の接点操作に変換するために、駆動シャフトの最初の緩慢な回転運動が利用されている。そのような回転運動から並進運動への、並びにそれと逆の並進運動から回転運動への負担の掛かる変換は、負荷タップ切換器内にアキュムレータ構造の大きな所要スペースと、更に、多数の複雑な個別構造グループとを必要とする。

ドイツ特許公開第１０２００９０４１７１号明細書 ドイツ特許第４２３７１６５号明細書 ドイツ特許第６８４７７４５号明細書 ドイツ特許第１９８５５８６０号明細書 ドイツ特許第２８０６２８２号明細書

以上のことから、本発明の課題は、アキュムレータの負担の掛かる構造を不要とし、それにより大幅に簡略化された構造的な構成と同時に向上された操作信頼度を提供する負荷タップ切換器を提示することである。

本課題は、請求項１の特徴を有するタップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換える負荷タップ切換器により解決される。この場合、従属請求項は、本発明の特に有利な改善構成に関する。

本発明の普遍的な考えは、セレクタ接点ユニットも、無中断で負荷を切り換えるための切換手段も共通のモータ駆動部を用いてエネルギー貯蔵器を間に接続しない形で操作することである。

本発明の有利な実施構成では、モータ駆動部によって、セレクタ接点ユニットと作用する形で接続されたねじ付スピンドルと、無中断で切り換える切換手段を操作することが可能なカムシャフトとが駆動される。それによって、特に有利な手法で、無中断で切り換える切換手段と独立して、セレクタ接点ユニットを簡単に操作することが可能である。

本発明の別の有利な実施構成では、負荷時タップ切換器は、変成器カバーの反対側の外側に配置されたモータ駆動部と協力して動作する、変成器カバーの下側に固定された伝動モジュールを有する。そのために、この伝動モジュールは、フランジ状の密閉モジュールを備えており、この密閉モジュールは、変成器カバーの下側に直に配置されて、モータ駆動部と取り外し可能な形で連結されている、特に、ねじ止めされている。更に、この伝動モジュールには、負荷切換器全体が固定されている。そのため、この伝動モジュールは、負荷時タップ切換器を保持するとともに、密閉モジュールを用いて変成器の外側に対して密閉する役割を果たす。従って、変成器の運搬時における変成器カバーの捩れが負荷時タップ切換器に伝わらない。更に、それにより、変成器カバーにおける密閉面を大きく削られた取付フランジを省略することができる。更に、この形式の提案した固定形態は、変成器製造業者にとって簡単な、変成器タンク内への負荷時タップ切換器の組立形態を提供する。

本発明の別の有利な実施構成では、誘電体材料、特に、プラスチックから成る支持プレートが配備され、この支持プレートが負荷時タップ切換器に必要な大地との間隔を作り出すように、この支持プレートの第一の側には、セレクタ接点ユニットが配置され、その第二の側には、無中断で切り換える手段が配置されている。

本発明の更に別の実施構成では、この少なくとも一つのセレクタ接点ユニットが、切換中に、この少なくとも一つのセレクタ接点ユニットの直線的な案内を確保するガイドバーに沿って動かされる。この場合、セレクタ接点ユニットは、それぞれスライドカートリッジと、固定セレクタ接点と協力して動作する可動セレクタ接点を収容する接点支持体とを備えている。

本発明の更に別の実施構成では、これらの可動セレクタ接点は、それぞれ接点支持体内に収容されて、固定セレクタ接点と協力して動作し、可動セレクタ接点が、ガイドバーに沿ってスライドカートリッジ、即ち、セレクタ接点ユニットと一緒に長手方向に滑動することによって、個々の固定セレクタ接点を切り換えることが可能になっている。このセレクタ接点ユニットの往復運動によって、個々の固定セレクタ接点が切り換えられ、それにより、負荷時タップ切換器の制御範囲を通過して行く。

以下において、添付図面を参照して、本発明とその利点を詳しく説明する。

本発明による負荷時タップ切換器の実施構成の模式的な斜視図 図１の実施構成を側面から見た第二の斜視図 本発明による負荷時タップ切換器のセレクタ接点ユニットの詳細図

図１と２には、詳しくは図示されていないタップ変成器の同じく詳しくは図示されていない変成器カバーの下に直に配置された本発明による負荷時タップ切換器１が二つの異なる斜視図で図示されている。この負荷時タップ切換器１の構成部品とその機能の詳細な説明は、以下における図面の説明から読み取ることができる。そのような従来技術により十分に知られているタップ変成器は、絶縁オイルで満たされた変成器タンクを有し、その中の鉄製ヨークには、少なくとも一つの巻線が配置されている。この巻線は、主巻線と制御巻線に分けられ、それらには、制御範囲を構成する複数の巻線タップが配備されている。更に、負荷時タップ切換器１は、変成器カバーの下側に固定された伝動モジュール２を有し、このモジュールは、変成器カバーの反対側の外側に配置されたモータ駆動部３と協力して動作する。この場合、モータ駆動部３は、例えば、市販のステッピングモータとして構成することができる。この伝動モジュール２は、変成器カバーの下側に直に配置された、モータ駆動部３と取り外し可能な形で連結された、特に、ねじ止めされたフランジ状の密閉モジュール４を有する。そのため、この伝動モジュール２には、負荷時タップ切換器１全体が固定されている。この伝動モジュール２は、負荷時タップ切換器１を保持するとともに、密閉モジュール４を用いて変成器の外側に対して気密に密閉する役割を果たしている。それによって、変成器の運搬時における変成器カバーの捩れが負荷時タップ切換器１に伝わらない。

負荷時タップ切換器１の個々の構造グループを固定することが可能な、誘電体材料から成る支持プレート５が、伝動モジュール２と機械的に接続されている。この場合、支持プレート５は、電気絶縁材料から製造することができ、そのために、負荷時タップ切換器１の全ての主要な構成部品を収容するように構成されている。本発明による負荷時タップ切換器１は、無中断で切り換える切換手段として、真空切換セル６．１〜６．６を備えており、それぞれ二つの真空切換セル６．１と６．２、６．３と６．４又は６．５と６．６は、それぞれ負荷時タップ切換器１の一つの相に割り当てられて、それに対応する同じ相のセレクタ接点ユニット７．１〜７．３と協力して動作する。これらの真空切換セル６．１〜６．６は、可動切換接点８．１〜８．６と詳しくは図示されていない固定接点から成る従来技術により周知の切換手段である。各セレクタ接点ユニット７．１〜７．３は、それぞれタップ変成器の制御巻線の巻線タップと電気的に接続された複数の切換可能な固定セレクタ接点９．１〜９．５と、それぞれ二つの付勢されて軸支された形の可動セレクタ接点１１．１及び１１．２、並びにそれぞれ二つの真空切換セル６．１〜６．６を有する接点支持体１０．１〜１０．３とを備えている。

図１の図面では、例えば、三つのセレクタ接点ユニット７．１，７．２及び７．３が有り、この場合、各セレクタ接点ユニット７．１，７．２及び７．３は、タップ変成器の別個の相、即ち、巻線と接続されている。この場合、各相の接点支持体１０．１〜１０．３は、スライドカートリッジ１２．１〜１２．３と機械的に固定されて、それと共に一つの構造ユニットを構成している。このスライドカートリッジ１２．１〜１２．３は、可動接点１１．１〜１１．３が、スライドカートリッジ１２．１〜１２．１と一緒に、ねじ付スピンドル１４に沿って長手方向に滑動することにより、個々の固定セレクタ接点９．１〜９．５を切り換えることができるように、ガイドバー１３．１〜１３．３とこのガイドバー１３．１〜１３．３に対して平行に配置されたねじ付スピンドル１４に取り付けられている。この場合、切換方式に応じて、即ち、リアクトル型切換方式又は抵抗高速切換方式に基づき、一方の可動セレクタ接点、例えば、可動セレクタ接点１１．１を第一の固定セレクタ接点、例えば、固定セレクタ接点９．１に切り換えるとともに、他方の可動セレクタ接点、例えば、可動セレクタ接点１１．２を第一の固定セレクタ接点に隣接する第二の固定セレクタ接点、例えば、固定セレクタ接点９．２に切り換えるための中間位置が、負荷時タップ切換器１の停止操作位置として許容される。そのため、リアクトル型切換方式では、この場合の５つの図示された固定セレクタ接点９．１〜９．５では、９個の停止操作位置が可能である一方、中間位置が許容されない抵抗高速切換方式による負荷時タップ切換器１では、５個の停止操作位置だけが得られる。

モータ駆動部３によって、各セレクタ接点ユニット７．１〜７．３と作用する形で機械的に接続されたねじ付スピンドル１４と、無中断で切り換える切換手段、即ち、真空切換セル６．１〜６．６を操作することが可能なカムシャフト２５との両方が駆動される。ねじ付スピンドル１４は、その全長に渡ってねじ付スピンドルとして構成されており、ねじ付スピンドル１４が回転した時に、各スライドカートリッジ１２．１〜１２．３が水平に走行するように、各スライドカートリッジ１２．１〜１２．３に配備された（しかし、図１と２には図示されていない）スピンドルナット１６．１〜１６．３と螺合している。真空切換セル６．１〜６．６を操作するために、各可動切換接点８．１〜８．６は、リフトバー２６．１〜２６．６と機械的に強制連結されており、このリフトバーは、カムシャフト２５が回転した時に、制御カム２７．１〜２７．６が、それに対応するリフトバー２６．１〜２６．６を垂直方向に動かし、そのため結局は、当該の真空切換セル６．１〜６．６のそれに対応する可動切換接点８．１〜８．６を操作するように、可動切換接点８．１〜８．６に対向して、カムシャフト２５に配置された制御カム２７．１〜２７．６と協力して動作する。リフトバーを用いた真空切換セルの操作に代わる技術的な操作として、カムシャフトにより駆動可能なロッキングアーム構成を配備することができる。この場合、カムシャフト２５の周囲には、負荷時タップ切換器１が基本とする切換シーケンスに応じて、真空切換セル６．１〜６．６毎に複数の制御カム２７．１〜２７．６が配備されている。

図３は、プラスチックから成る接点フレーム２８．１に配置された固定セレクタ接点９．１〜９．５を図示している。この接点フレーム２８．１〜２８．３は、それぞれ図示されていない遷移リアクトル又は遷移抵抗の端子として使用される二つの間隔保持部材２９．１〜２９．２を用いて、支持プレート５に固定されている。遷移リアクトルは、リアクトル切換方式の場合に配備され、遷移抵抗は、抵抗高速切換方式の場合に配備される。更に、この接点フレーム２８．１は、その縦側に制御リンクを備えており、この制御リンクの両側には、それに対応するスライドカートリッジ１２．１の長手方向の滑動時に、制御リンクに配備されたカムを用いて、それに対応するセレクタ接点ユニット７．１の付勢されて軸支された形のセレクタ接点１１．１と１１．２を複数のカムの輪郭に応じて垂直に動かすために、複数のカムが配置されている。この場合、これらのカムの輪郭は、セレクタ接点ユニット７．１の可動セレクタ接点１１．１と１１．２が、二つの隣り合う固定セレクタ接点９．１〜９．５の間で、切換の実行により、再び次の固定セレクタ接点、この場合、固定セレクタ接点９．２に切り換えられた後、その時点に切り換えられている固定セレクタ接点、この場合、固定セレクタ接点９．１から持ち上げられるようなサイズに設定されている。即ち、リアクトル切換方式では、二つの隣り合う固定セレクタ接点９．１〜９．５に対して、可動セレクタ接点１１．１と１１．２の中間位置が許容される一方、抵抗高速切換方式では、更に、次の隣接する固定セレクタ接点に切り換えられる。所定の接点動作のために、接点部材１１．１と１１．２は、本来の接点面に球形状で構成されている。

従って、要約すると、本発明による負荷時タップ切換器１は、リアクトル型切換方式でも抵抗高速切換方式でも使用可能であると立証することができた。基本とする切換方式に応じて、ここに図示された５つのセレクタ接点９．１〜９．５の場合、リアクトル型切換方式で９つの停止操作位置が許容される一方、抵抗高速切換方式により構成された本発明による負荷時タップ切換器１では、５つの停止操作位置だけが許容される。

本発明による負荷時タップ切換器１は、特に有利には、ローカル電力網の電圧制御用配電変圧器で使用することができる。

１ 負荷時タップ切換器
２ 伝動モジュール
３ モータ駆動部
４ 密閉モジュール
５ 支持プレート
６．１〜６．６ 真空切換セル
７．１〜７．３ セレクタ接点ユニット
８．１〜８．６ 可動切換接点８．１
９．１〜９．５ 固定セレクタ接点
１０．１〜１０．３ 接点支持体
１１．１，１１．２ 可動セレクタ接点
１２．１〜１２．３ スライドカートリッジ
１３．１，１３．２ ガイドバー
１４ ねじ付スピンドル
１６．１〜１６．３ スピンドルナット
２５ カムシャフト
２６．１〜２６．６ リフトバー
２７．１〜２７．６ 制御カム
２８．１〜２８．３ 接点フレーム
２９．１〜２９．３ 間隔保持部材

Claims (14)

1. タップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換える負荷時タップ切換器であって、
   少なくとも一つのセレクタ接点ユニットの各々が、それぞれ個々の巻線タップと電気的に接続された複数の固定セレクタ接点を備えて、一本の線に沿って配置されており、
   これらの固定セレクタ接点が、長手方向に滑動可能な二つのセレクタ接点により操作することが可能であり、
   無中断で切り換えるために、相毎に二つの真空切換セルが配備され、
   駆動運動を負荷時タップ切換器に伝えるためのモータ駆動部が配備されている、
   負荷時タップ切換器において、
   この少なくとも一つのセレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）と無中断で切り換えるための切換手段（６．１〜６．６）にモータ駆動部（３）の駆動運動を伝えることが、エネルギー貯蔵器を間に接続すること無く行なわれるように、この少なくとも一つのセレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）と無中断で切り換えるための切換手段（６．１〜６．６）が、共通のモータ駆動部（３）を用いて直接操作することが可能であることを特徴とする負荷時タップ切換器。
2. モータ駆動部（４）が、セレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）と作用する形で接続されたねじ付スピンドル（１５）と、無中断で切り換える切換手段（１９．１〜１９．６）を操作することが可能なカムシャフト（５）とを駆動し、それによって、可動式セレクタ接点（１１．１，１１．２）と無中断で切り換える切換手段（１９．１〜１９．６）の両方を操作することが可能であ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. この負荷時タップ切換器（１）全体が、伝動モジュール（２）を用いて、変成器カバーの下側に配置されてい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. 伝動モジュール（２）がフランジ状の密閉モジュール（４）を備えていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
5. 誘電体材料から成る支持プレート（５）が配備されており、この支持プレートの第一の側面には、当該の少なくとも一つのセレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）が配置され、第二の側面には、当該の無中断で切り換える切換手段（６．１〜６．６）が配置されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
6. 当該の少なくとも一つのセレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）が、それぞれスライドカートリッジ（１２．１〜１２．３）と、接点支持体（１０．１〜１０．３）と、それぞれ少なくとも一つの固定セレクタ接点（９．１〜９．５）と協力して動作する可動セレクタ接点（１１．１，１１．２）とを備えていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
7. 各スライドカートリッジ（１２．１〜１２．３）が、ガイドバー（１３．１〜１３．３）とねじ付スピンドル（１４）によって取り付けられていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
8. 可動セレクタ接点（１１．１，１１．２）が、それぞれ接点支持体（１０．１〜１０．３）内に収容されるとともに、接点フレーム（２８．１〜２８．３）に配置された固定セレクタ接点（９．１〜９．５）と協力して動作することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
9. 当該の少なくとも一つのセレクタ接点ユニット（７．１〜７．３）が、各スライドカートリッジ（１２．１〜１２．３）を用いて、ガイドバー（１３．１〜１３．３）とねじ付スピンドル（１４）に沿って滑動可能な形で配置されており、それによって、負荷時タップ切換器（１）の制御範囲を通過することが可能であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
10. 一つの相の可動セレクタ接点（１１．１，１１．２）が、各停止操作位置で、負荷時タップ切換器（１）の同じ相の少なくとも一つの固定セレクタ接点（９．１〜９．５）を切り換えることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
11. それぞれ二つの可動セレクタ接点（１１．１，１１．２）が、一つの接点支持体（１０．１〜１０．３）内に付勢されて軸支された形で収容されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
12. 固定セレクタ接点（８．１〜８．５）が、接点フレーム（２８．１〜２８．３）に配置されており、これらの接点フレーム自体は、それぞれ間隔保持部材（２９．１〜２９．３）を用いて、支持プレート（５）に固定されていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
13. 当該の真空切換セル（６．１〜６．６）の可動式切換接点（８．１〜８．６）は、カムシャフト（２５）の回転時に、各真空切換セル（６．１〜６．６）を操作することが可能であるように、それぞれリフトバー（２６．１〜２６．６）を介して、カムシャフト（２５）に配備された制御カム（２７．１〜２７．６）と作用する形で接続されていることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。
14. 本負荷時タップ切換器が配電変圧器の電圧を制御するために使用されることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載の負荷時タップ切換器。

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