JP2021082618A - タップ切替装置および負荷時タップ切替柱上変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】タップ切替時に接点間に発生するアーク電流を効果的に抑制しつつ、高速かつ静かにタップ切替を行えるタップ切替装置と、このタップ切替装置を利用した負荷時タップ切替柱上変圧器とを提供する。【解決手段】タップ上げ用ソレノイドによるプランジャの直線運動を回転運動に変換して駆動軸を回転させるタップ上げ駆動を行うタップ上げ駆動部と、タップ下げ用ソレノイドによるプランジャの直線運動を回転運動に変換して駆動軸を回転させるタップ下げ駆動を行うタップ下げ駆動部と、を備えるタップ切替装置において、タップ上げまたはタップ下げを１回行うための駆動軸の回転を停止させる際に、駆動軸の回転速度を漸減させる停止手段を設けた。またこのようなタップ切替装置を搭載した負荷時タップ切替柱上変圧器とした。【選択図】図２

Description

本発明は、タップ付の変圧コイル部のタップの切り替えを行うタップ切替装置、および、このタップ切替装置を搭載する負荷時タップ切替柱上変圧器に関するものである。

タップ切替装置を搭載する負荷時タップ切替柱上変圧器は、例えば、一次側が高圧配電線に、二次側が単相三線式の低圧配電線にそれぞれ接続される。単相三線式の低圧配電線はさらに低圧引込線を介して低圧需要家と接続される。柱上変圧器は高圧配電線から６６００Ｖの高圧で供給された電力を、例えば１０５Ｖ（または２１０Ｖ）という供給電圧まで降圧して単相三線式の低圧配電線を介して一般家庭や事業所である低圧需要家に供給する。

低圧需要家の受電端における供給電圧は、電気事業法により１０１Ｖ±６Ｖに維持することが求められている。このため、柱上変圧器のタップを切り替えて適切な電圧に調整することが必要となる。この場合、柱上変圧器の電源を遮断して停電状態でタップ切替作業を行なうことは需要者に多大の迷惑をかけるため、無停電でタップの切替作業を行うことが望ましい。このような、無停電でタップの切替作業を行うための従来のタップ切替装置として、例えば下記の特許文献１に記載の構成が知られている。この特許文献に記載の構成は、モータを用いずにソレノイドにより接続を切り替えてタップ上げおよびタップ下げを行うものである。

特許第５２８３２６１号公報

近年、電力需要は年々増大する傾向にあり、配電系統に設備される柱上変圧器の容量も増加させる必要がある。柱上変圧器の容量が大きくなると、タップ切替時に接点間に発生するアーク電流が大きくなる。したがって、タップ切替時に接点が開路（解離）または投入（接触）するときに、接点間で発生するアークを消弧する手段を設けなければならない、という課題がある。

アークを消弧するための構成上の工夫としては、例えば、以下のようなものが挙げられるが、それぞれに問題がある。まず、接点と直列に限流抵抗を挿入することが考えられるが、抵抗値を大きくすると抵抗損失が増大し、発熱の要因となるという問題がある。あるいは、接点の先端にアークチップを設けることも考えられるが、アークチップは高価であり、また、アークチップは硬度が高いので摺動する相手側接点の摩耗が早くなるという問題がある。また、接点の開閉速度を速くすることも考えられるが、接点を移動して所定位置に停止させる際に、大きな衝撃力が加わり、操作音が大きくなったり、装置の寿命が短くなったりするという問題がある。

そこで、本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ソレノイドを用いたタップ切替装置であって、タップ切替時に接点間に発生するアーク電流を効果的に抑制しつつ、高速かつ静かにタップ切替を行えるタップ切替装置と、このタップ切替装置を利用した負荷時タップ切替柱上変圧器とを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の構成に係るタップ切替装置は、
ベース体と、
ベース体に対して回動可能に軸支される駆動軸と、
ベース体に対して一端が回動可能に支持されるタップ上げ用リンクと、タップ上げ用リンクの他端に設けられるタップ上げ用爪と、タップ上げ用リンクを回動させてタップ上げ用爪を移動させるタップ上げ用ソレノイドと、駆動軸に取り付けられており歯間に噛み合うタップ上げ用爪の押送により回転して一方向に駆動軸を回転させるタップ上げ用ラックと、を有するタップ上げ駆動部と、
ベース体に対して一端が回動可能に支持されるタップ下げ用リンクと、タップ下げ用リンクの他端に設けられるタップ下げ用爪と、タップ下げ用リンクを回動させてタップ下げ用爪を移動させるタップ下げ用ソレノイドと、駆動軸に取り付けられており歯間に噛み合うタップ下げ用爪の押送により回転して他方向に駆動軸を回転させるタップ下げ用ラックと、を有するタップ下げ駆動部と、
ベース体に固定される支持部と、支持部により回転可能に支持されるとともに駆動軸が中心軸として連結される回動子と、回動子の周部に沿いつつ支持部に設けられるｎ個（ｎは３以上の自然数である）の固定側主接点（ｎ）と、回動子の円周に設けられる可動側主接点と、可動側主接点の両側であって回動子の円周に設けられる二個の可動側限流抵抗接点と、二個の可動側限流抵抗接点に電気的に接続される限流抵抗と、限流抵抗の中間部から引き出されて可動側主接点と電気的に接続される接続部と、を有し、駆動軸の回転によりタップ上げまたはタップ下げを行うタップ盤と、
外部からタップ上げ制御がなされたときにタップ上げ駆動部のタップ上げ用ソレノイドを駆動してタップ上げ駆動を行い、また、外部からタップ下げ制御がなされたときにタップ下げ駆動部のタップ下げ用ソレノイドを駆動してタップ下げ駆動を行うソレノイド駆動部と、
タップ上げまたはタップ下げを１回行うための駆動軸の回転を停止させる際に、駆動軸の回転速度を漸減させる停止手段と、
を備える。

また、本発明の第２の構成に係るタップ切替装置は、第１の構成に係るタップ切替装置において、
停止手段が、絶縁媒体中での駆動軸の回転に抵抗力を与えるフィンであることを特徴とする。

また、本発明の第３の構成に係るタップ切替装置は、第２の構成に係るタップ切替装置において、
フィンが、駆動軸の側方、および、回動子において可動側主接点が設けられた面の裏面、の少なくとも一方に接合されたことを特徴とする。

また、本発明の第４の構成に係るタップ切替装置は、第１〜３のいずれかの構成に係るタップ切替装置において、
駆動軸とともに回転するように取り付けられ、回転の中心から同一半径上に（ｎ−１）個（ｎは３以上の自然数であってｋ，ｋ＋１はｎに含まれる自然数である）の孔部が設けられる可動体と、
可動体の孔部の半径上に設けられ、孔部にプランジャの先端部を出し入れする固定用ソレノイドと、
を含む接点保持機構を備え、
固定側主接点（ｋ）および固定側主接点（ｋ＋１）と可動側主接点とが接続される（ｎ−１）箇所の位置で可動体の孔部にプランジャの先端部が入れられて可動側主接点の位置を保持し、
停止手段は、ソレノイド駆動部において、可動側主接点が接続される固定側主接点（ｋ）および固定側主接点（ｋ＋１）のうち可動体の回転方向において前方にある固定側主接点から、二個の可動側限流抵抗接点のうち可動体の回転方向において前方にある可動側限流抵抗接点が離間する前に、タップ上げ用ソレノイドまたはタップ下げ用ソレノイドの駆動を終了する、ことを特徴とする。

また、本発明の負荷時タップ切替柱上変圧器は、
一次側が高圧配電線路に接続され、かつ、二次側が低圧配電線路に接続されるタップ付の変圧コイル部のタップを切り換えるために、第１〜第４のいずれかの構成に係るタップ切替装置を備え、さらに、
タップ付の変圧コイル部の二次側の電圧を計測用電圧信号に変換する変換部と、
計測用電圧信号を計測用電圧データとして入力し、高圧時のタップ上げまたは低圧時のタップ下げが必要か否かを判定し、タップ上げが必要なときにタップ上げ制御信号を、また、タップ下げが必要なときにタップ下げ制御信号を出力する信号処理部と、
を備え、
タップ切替装置のソレノイド駆動部は、タップ上げ制御信号が入力されたときにタップ上げ駆動部のタップ上げ用ソレノイドを駆動してタップ上げ駆動を行い、また、タップ下げ制御信号が入力されたときにタップ下げ駆動部のタップ下げ用ソレノイドを駆動してタップ下げ駆動を行う。

本発明によれば、駆動ソレノイドを用いたタップ切替装置であって、タップ切替時に接点間に発生するアーク電流を効果的に抑制しつつ、高速かつ静かにタップ切替を行えるタップ切替装置と、このタップ切替装置を利用した負荷時タップ切替柱上変圧器とを提供することができる。

一実施形態に係るタップ切替装置の外観を説明する側面図である。 フィンを備えた駆動軸の構成を示す構造図である。 フィンの変形例を示す斜視図である。 タップ上げ駆動部の構造図である。 タップ下げ駆動部の構造図である。 接点保持機構の説明図である。 タップ盤の説明図である。 制御駆動系を示すブロック図である。 タップ上げ駆動部の動作の説明図である。 タップ盤の動作の説明図である。 接点保持機構の動作を説明する説明図である。 ソレノイドのタイミングチャートである。 タップ盤と接点保持機構との動作タイミングを説明する説明図である。 タップ切替装置を搭載した負荷時タップ切替柱上変圧器の外観を説明する外観図である。 負荷時タップ切替柱上変圧器の接続例を説明する配線図である。 負荷時タップ切替柱上変圧器のブロック回路図である。

以下、本発明の具体的な実施形態の一例について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るタップ切替装置１の側面図である。

タップ切替装置１は、図１に示すように、天板１１、座板１２、底板１３、支持シャフト１４、ナット１５、駆動軸１６、タップ上げ用ソレノイド１７、プランジャ１８、延長リンク１９、タップ上げ用リンク２０、タップ上げ用爪２１、タップ下げ用ソレノイド２３、プランジャ２４、延長リンク２５、タップ下げ用リンク２６、タップ下げ用爪２７、タップ下げ用ラック２８、支持部２９、ラッチ板３３、固定用ソレノイド３４を備える。

天板１１、座板１２、底板１３、複数の支持シャフト１４、支持部２９によりナット１５で固定されて構造体が形成される。なお、図１において、支持シャフト１４やナット１５については一部のみ符号を付して、同じ図であらわしたものは同一のものであるとして図面を見やすくしている。板状の天板１１と板状の座板１２とを複数の支持シャフト１４によりナット１５で上下で固定する。さらに座板１２と板状の支持部２９とを複数の支持シャフト１４によりナット１５で上下で固定する。さらに支持部２９と板状の底板１３とを複数の支持シャフト１４によりナット１５で上下で固定する。この構造体は本発明のベース体の具体例となっている。

なお、本形態では、タップ盤の一部である支持部２９がベース体の一部に一体化して組み込まれる構成としているが、これに代えて天板１１、座板１２、底板１３、支持シャフト１４のみでベース体を形成し、支持部２９は別途このベース体に取り付けるような機械構造を採用しても良い。

駆動軸１６は、回転体構造による長尺のシャフトであり、座板１２と支持部２９とをそれぞれ貫通孔にて通過し、さらにベース部の天板１１と底板１３とに設けられた軸受部（図示せず）により回動可能に枢支されている。この駆動軸１６は、後述するタップ上げ駆動部（図４参照）や、タップ下げ駆動部（図５参照）の駆動を行う。

また、駆動軸１６には、図１に示すように、座板１２の下に位置する箇所に、ピン９１が設けられている。そして、座板１２の裏面には、駆動軸１６が回転した際にピン９１に当接して駆動軸１６の回転範囲を制限するために、複数のストッパ（図示せず）が設けられている。これらにより、本タップ切替装置が極限タップ位置を超えて動作しないように、駆動軸１６の回転角度が所定の範囲に制限されている。なお、本実施形態のタップ切替装置は、１回の切替動作で駆動軸１６が４５度回転し、同一方向への連続切替は最大４回まで可能である。したがって、駆動軸１６の回転角度は、ストッパによって１８０度以内に制限されている。また、このようなピン９１およびストッパによる構造的な制御だけでなく、タップ切替装置の制御器には、同一方向の連続切替を４回までに制限する機能を設けている。

また、駆動軸１６は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、支持部２９よりも下側に、複数のフィン１６ａを備えている。図２（ａ）は、駆動軸１６の構成を示す側面図である。図２（ａ）に示すように、駆動軸１６は、支持部２９の下面に位置する部分に、円板状の回動子４９を備えている。図２（ｂ）は、フィン１６ａが上を向くように配置した状態の、回動子４９およびフィン１６ａの構成を表す斜視図である。図２（ｂ）に示すように、回動子４９の裏面には、複数のフィン１６ａが設けられている。図２（ｂ）の例では、回動子４９に、開口部４９ａが設けられている。開口部４９ａは、後に説明する可動側主接点３２（図７参照）を収容する。また、開口部４９ａの両側に、２つの開口部４９ｂが設けられている。これら２つの開口部４９ｂは、後に説明する可動側限流抵抗接点５０ａ・５０ｂ（図７参照）を収容する。ただし、これらの開口部は必須ではない。

本タップ切替装置は、詳しくは後述するように、負荷時タップ切替柱上変圧器内で絶縁油内に配置される。駆動軸１６が回転する際に、フィン１６ａが絶縁油を攪拌することにより、駆動軸１６には、回転方向と逆方向の抵抗力が作用する。これにより、変圧器の容量が大きくなることに伴って接点の開閉速度を向上させて駆動軸１６を高速に回転させた場合においても、接点を所定位置に停止させる際の衝撃力が緩和される。この結果、タップ切替装置の操作音を小さくすることができ、装置の寿命も長くすることができる、という効果がある。

なお、図２（ａ）および図２（ｂ）の例では、５枚のフィン１６ａを備えた構成を例示した。しかし、フィン１６ａの枚数はこれに限定されない。フィン１６ａの枚数および大きさは、変圧器の容量に応じて適宜に設定することができる。また、図２（ａ）および図２（ｂ）の例では、フィン１６ａは、駆動軸１６および回動子４９の両方に接合されており、駆動軸１６の回転中心から放射状に延びているが、フィンが駆動軸１６には接合されず、回動子４９の裏面から下方へ延びる形状としても良い。あるいは、フィンが回動子４９には接合されず、駆動軸１６にのみ取り付けられた態様としても良い。すなわち、フィンは、駆動軸１６および回動子４９の少なくともいずれか一方に取り付けられていれば良い。

例えば、図３（ａ）に、フィン１６ａの一変形例を示す。図３（ａ）に示した例では、フィン１６ａは、駆動軸１６には接合されておらず、回動子４９にのみ取り付けられている。また、図３（ｂ）に示した変形例では、フィン１６ａは、駆動軸１６のみに取り付けられており、回動子４９には接していない。

次に、タップ上げ駆動部とタップ下げ駆動部の構成について、図４および図５を参照しながら説明する。図４は、タップ上げ駆動部の構造のみを取り出して示した構造図である。図５は、タップ下げ駆動部の構造のみを取り出して示した構造図である。

タップ上げ駆動部は、図４に示すように、タップ上げ用ソレノイド１７、プランジャ１８、延長リンク１９、タップ上げ用リンク２０、タップ上げ用爪２１、タップ上げ用ラック２２、支軸ピン３５、ねじりばね３６、係止ピン３７、ストッパピン３８、支軸ピン３９、ねじりばね４０、係止ピン４１を備える。

タップ上げ用ソレノイド１７は、図示しないが天板１１にねじ止めされており、ソレノイド駆動部１１１（図８参照）からの電力供給駆動によりプランジャ１８を強い力で引き込むようになされている。プランジャ１８の先端には延長リンク１９の一端が回転可能に枢支されており、この延長リンク１９の他端ではさらに支軸ピン３５が枢支され、さらにこの支軸ピン３５にはタップ上げ用リンク２０およびタップ上げ用爪２１が枢支されている。タップ上げ用リンク２０の他端では支軸ピン３９により枢支されている。この支軸ピン３９は天板１１と座板１２とに渡される。なお、タップ上げ用リンク２０は、図１で示すように上下二枚有しており、二個の支軸ピン３５，３９とでリンク体を構成している。

支軸ピン３５に挿通されるとともに、タップ上げ用爪２１側の係止ピン３７とタップ上げ用リンク２０の係止ピン３７とにより留められるねじりばね３６により、タップ上げ用爪２１の先端が、タップ上げ用ラック２２の二枚の歯の間に向く状態を維持するように矢印ａ方向に付勢される。この場合、タップ上げ用爪２１側の係止ピン３７が延長リンク１９の側面と当接しており、タップ上げ用爪２１の位置決めがなされている。

また、支軸ピン３９に挿通されるとともに、天板１１と座板１２とに渡される係止ピン４１とタップ上げ用リンク２０の係止ピン４１とにより留められるねじりばね４０により、タップ上げ用リンク２０が、タップ上げ用ラック２２から離れるように矢印ｂ方向に付勢される。タップ上げ用ソレノイド１７が駆動されていないときは、この付勢力により、タップ上げ用爪２１とタップ上げ用ラック２２とは離間するように作用する。なお、タップ上げ用リンク２０には、ベース体の一部であって近くにある支持シャフト１４が当接して、ある距離以上離間しないようにしている。このようなタップ上げ駆動部によるタップ上げ動作については、後述する。

続いてタップ下げ駆動部について説明する。タップ下げ駆動部は、図５に示すように、タップ下げ用ソレノイド２３、プランジャ２４、延長リンク２５、タップ下げ用リンク２６、タップ下げ用爪２７、タップ下げ用ラック２８、支軸ピン４２、ねじりばね４３、係止ピン４４、ストッパピン４５、支軸ピン４６、ねじりばね４７、係止ピン４８を備える。

タップ下げ用ソレノイド２３は、座板１２にねじ止めされており、ソレノイド駆動部１１１（図８参照）からの電力供給駆動によりプランジャ２４を強い力で引き込むようになされている。プランジャ２４の先端には延長リンク２５の一端が回転可能に枢支されており、この延長リンク２５の他端ではさらに支軸ピン４２が枢支され、さらにこの支軸ピン４２にはタップ下げ用リンク２６およびタップ下げ用爪２７が枢支されている。タップ下げ用リンク２６の他端では支軸ピン４６により枢支されている。この支軸ピン４６は天板１１と座板１２とに渡される。なお、タップ下げ用リンク２６は、図１で示すように上下二枚有しており、二個の支軸ピン４２，４６とでリンク体を構成している。

支軸ピン４２に挿通されるとともに、タップ下げ用爪２７側の係止ピン４４とタップ下げ用リンク２６の係止ピン４４とにより留められるねじりばね４３によりタップ下げ用爪２７の先端が、タップ下げ用ラック２８の二枚の歯の間に向く状態を維持するように矢印ｃ方向に付勢される。この場合、タップ下げ用爪２７側の係止ピン４４が延長リンク２５の側面と当接しており、位置決めがなされている。

また、支軸ピン４６に挿通されるとともに、天板１１と座板１２とに渡される係止ピン４８とタップ下げ用リンク２６の係止ピン４８とにより留められるねじりばね４７によりタップ下げ用リンク２６が、タップ下げ用ラック２８から離れるように矢印ｄ方向に付勢される。タップ下げ用ソレノイド２３が駆動されていないときはこの付勢力によりタップ下げ用爪２７とタップ下げ用ラック２８とは離間するように作用する。なお、タップ下げ用リンク２６にはベース体の一部であって近くにある支持シャフト１４が当接してある距離以上離間しないようにしている。このようなタップ下げ駆動部によるタップ下げ動作については後述する。

続いて、接点保持機構について説明する。図６は接点保持機構の説明図である。ラッチ板３３は、図６で示すように、板体であって同一径上に複数（本形態では５個）の孔部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅが形成されている。また、ラッチ板３３には駆動軸１６が固定されている。孔部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅは、この駆動軸１６の中心軸から同一半径状に位置しており、駆動軸１６が回動すると、孔部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅは同一径上を移動する。これら孔部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅには図１で示す固定用ソレノイド３４のプランジャの先端部が嵌め込まれるようになされており、ラッチ板３３が回動して何れかの孔部がプランジャの先端部の直下まで移動し、プランジャの先端部が下降して固定がなされる。各孔部の位置は、後述するが、２個の固定側主接点と可動側主接点とが電気的に接続される位置にあるように駆動軸１６を固定する。

続いて、タップ盤について説明する。図７はタップ盤の説明図である。板状の支持部２９はベース体の一部であるシャフト１４によりベース体に固定される。この支持部２９には円形の孔が形成されており、この孔に回動体である回動子４９が回動可能に支持されている。回動子４９は、図２（ａ）に示したように、駆動軸１６に固定されている。支持部２９の孔の周りには複数の固定側主接点［１］＿３０ａ、固定側主接点［２］＿３０ｂ、固定側主接点［３］＿３０ｃ、固定側主接点［４］＿３０ｄ、固定側主接点［５］＿３０ｅ、固定側主接点［６］＿３０ｆが配置され、ねじ（図示せず）により固定されている。これらの固定側主接点には、電線（図示せず）も接続される。

回動子４９には、略Ｔ字形の可動側主接点３２が配置され、隣接する２個の固定側主接点を電気的に接続させるようになされている。図７では、例示的に固定側主接点［３］＿３０ｃおよび固定側主接点［４］＿３０ｄと可動側主接点３２とが電気的に接続されている。そして可動側主接点３２の両側には二個の可動側限流抵抗接点５０が配置されており、二個の可動側限流抵抗接点５０は限流抵抗５１と電気的に接続される。限流抵抗５１のほぼ中央からは接続部５１ａが引き出されており、可動側主接点３２と電気的に接続されている。このような回動子４９を回転させるとき、限流抵抗５１により大電流が流れないように接続を切り替えながらタップ上げやタップ下げを行う。この接続の切り替えについては後述する。

続いて制御駆動系について説明する。図８は、制御駆動系を示すブロック図である。中央処理部１１０にはソレノイド駆動部１１１が接続されており、さらにこのソレノイド駆動部１１１には、タップ上げ用ソレノイド１７、タップ下げ用ソレノイド２３、固定用ソレノイド３４が接続されている。中央処理部１１０が制御信号をソレノイド駆動部１１１に出力すると、ソレノイド駆動部１１１は制御信号に応じてタップ上げ用ソレノイド１７、タップ下げ用ソレノイド２３、固定用ソレノイド３４に電力供給して駆動し、接点固定・解錠を行いつつタップ上げやタップ下げを行う。

続いてこのようなタップ切替装置によるタップ切替動作について説明する。図９はタップ上げ駆動部の動作の説明図である。ここではタップ上げ動作について説明する。タップ上げを行う前では図９（ａ）で示すように、タップ上げ用リンク２０は矢印ｅ方向に付勢されて支持シャフト１４と当接してホームポジションに位置している。また、タップ上げ用爪２１は矢印ｆ方向に付勢されて、タップ上げ用爪２１の係止ピン３７が延長リンク１９の側面と当接してホームポジションに位置している。

このような状況下で、図９（ｂ）で示すように矢印ｇ方向へプランジャ１８を引っ張ると、タップ上げ用爪２１の先端がタップ上げ用ラック２２の二枚の歯の間に入り込み、そして図９（ｃ）で示すように、タップ上げ用爪２１の先端がタップ上げ用ラック２２の歯と噛み合ってタップ上げ用ラック２２の回転を開始させ、矢印ｈ方向にタップ上げ用ラック２２および駆動軸１６が回転していく。そして、図９（ｄ）で示すようにストッパピン３８とタップ上げ用ラック２２の歯とが当接してタップ上げ用ラック２２の回転を停止させる。このストッパピン３８により駆動軸１６の回転は所定角度となるように機械的に制限される。

この後、ソレノイド駆動部１１１（図８）が電力供給駆動を止めるとタップ上げ用ソレノイド１７が駆動力をなくすため、タップ上げ用リンク２０は付勢力により矢印ｅ方向（図９（ａ）参照）に回転し、その結果、図９（ｅ）で示すように、タップ上げ用爪２１が矢印ｉ方向へ移動する。この際、タップ上げ用爪２１の先端がタップ上げ用リンク２２の歯面に当接するためタップ上げ用爪２１は矢印ｊ方向に逃げながら移動する。そして、最終的に図９（ｆ）で示すように、タップ上げ用リンク２０が支持シャフト１４に当接して停止する。ここにタップ上げ用リンク２０は、矢印ｅ方向（図９（ａ）参照）に付勢されているため、支持シャフト１４と当接してホームポジションに停止する。同様にタップ上げ用爪２１も矢印ｆ方向（図９（ａ）参照）に付勢されているため、タップ下げ用爪２１側の係止ピン３７が延長リンク１９の側面と当接してホームポジションに停止する。以下同様の動作により、所定角度毎にタップ上げ用リンク２０および駆動軸１６を回転させてタップ上げを行うこととなる。

続いて、タップ盤における動作について説明する。図１０はタップ盤の動作の説明図である。このタップ盤の動作は先に説明したタップ上げ動作と対応している。まず最初に可動側主接点３２は、図１０（ａ）で示すように、固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［２］＿３０ｂと電気的に接続されている。この際、限流抵抗５１はいずれの固定側主接点とも接続されていない。矢印ｋ方向へ駆動軸１６の回転が進むと、図１０（ｂ）で示すように、固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［２］＿３０ｂと可動側主接点３２との電気的接続がなされたまま、固定側主接点［１］＿３０ａと可動側限流抵抗接点５０との接続がなされる。続いて、図１０（ｃ）に示すように、固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［２］＿３０ｂと可動側主接点３２との電気的接続がなされ、かつ、固定側主接点［１］＿３０ａと可動側限流抵抗接点５０ａとの電気的接続がなされたまま、固定側主接点［３］＿３０ｃと可動側限流抵抗接点５０ｂとの電気的接続がなされる。次に、図１０（ｄ）に示すように、固定側主接点［１］＿３０ａと可動側主接点３２とが切断される。しかし、このとき、固定側主接点［２］＿３０ｂ、接続部５１ａ、限流抵抗５１、可動側限流抵抗接点５０ａ・５０ｂおよび固定側主接点［１］＿３０ａ・［３］＿３０ｃが電気的に接続されて急激に電圧が変化しないようにしているため、固定側主接点［１］＿３０ａと固定側主接点［２］＿３０ｂとの間で大電流は流れない。

駆動軸１６の回転がさらに進むと、図１０（ｅ）で示すように、固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［３］＿３０ｃと二個の可動側限流抵抗接点５０ａ・５０ｂとの接続がなされたまま、可動側主接点３２が固定側主接点［３］＿３０ｃと接続する。この状態においても、先の限流抵抗の接続により固定側主接点［２］＿３０ｂと固定側主接点［３］＿３０ｃとの間で急激に電圧が変化しないようにしているため、大電流は流れない。駆動軸１６の回転がさらに進むと、図１０（ｆ）で示すように、固定側主接点［１］＿３０ａから可動側限流抵抗接点５０ａが離れ、さらにその後、図１０（ｇ）に示すように、固定側主接点［３］＿３０ｃから可動側限流抵抗接点５０ｂが離れ、図１０（ｈ）に示すように、固定側主接点［２］＿３０ｂおよび固定側主接点［３］＿３０ｃと可動側主接点３２との接続がなされ、タップ上げが終了する。

これを一般化すれば、ソレノイド駆動部１１１は、ｎ個（ｎは３以上の自然数であって後述するｉ−１，ｉ，ｉ＋１はｎに含まれる自然数である）の固定側主接点のうち、隣接する固定側主接点（ｉ−１）および固定側主接点（ｉ）の接続から隣接する固定側主接点（ｉ）および固定側主接点（ｉ＋１）の接続に切り替るタップ上げを行うときに、タップ上げ用爪２１がタップ上げ用ラック２２を押送して駆動軸１６を所定角度回転駆動していき、
隣接する固定側主接点（ｉ−１）および固定側主接点（ｉ）と可動側主接点３２との接続状態から、
固定側主接点（ｉ−１）と可動側限流抵抗接点５０とを接続して固定側主接点（ｉ−１）と固定側主接点（ｉ）との間に可動側限流抵抗接点５０や限流抵抗５１の直列接続をして急激な電圧変化による大電流が流れないようにした状態での固定側主接点（ｉ−１）と可動側主接点３２との切断、
固定側主接点（ｉ）と固定側主接点（ｉ＋１）との間に可動側限流抵抗接点５０や限流抵抗５１の直列接続をして急激な電圧変化による大電流が流れないようにした状態での隣接する固定側主接点（ｉ＋１）と可動側主接点３２との接続、
可動側限流抵抗接点５０と固定側主接点（ｉ＋１）との切断、
固定側主接点（ｉ）および固定側主接点（ｉ＋１）と可動側主接点３２との接続、
と順次切り替えてタップ上げ駆動を行うものである。

続いて、接点保持機構における動作について説明する。図１１は接点保持機構の動作を説明する説明図、図１２はソレノイドのタイミングチャートである。この動作は先に説明したタップ上げ駆動部の動作やタップ盤の動作と対応している。まず最初にラッチ板３３は、図１１（ａ）で示すように、固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［２］＿３０ｂとを固定する位置にて停止している。この場合、可動側主接点３２は固定により移動しないため、接続が維持されることとなる。そして、タイミングＴ１（図１２参照）では、固定用ソレノイド３４を駆動してプランジャを上昇させて固定を解除する。

そして駆動軸１６とともに、ラッチ板３３が矢印ｌ方向に回動すると孔部３３ａが移動していくが、タイミングＴ２（図１２参照）では、図１１（ｂ）で示すように、二個の孔部３３ａ，３３ｂの中間位置で固定用ソレノイド３４を駆動してプランジャを下降させる。この場合、プランジャの先端部はラッチ板３３に接したままラッチ板３３の移動が進む。そして、図１１（ｃ）で示すようにプランジャの直下に孔部３３ｂが位置するときに、プランジャの先端部が孔部３３ｂに入り込んで固定がなされ、固定側主接点［２］＿３０ｂおよび固定側主接点［３］＿３０ｃを固定する位置にて停止する。これにより、プランジャ先端部が確実に孔部に入り込むようにしている。そして、図１１（ｄ）で示すように、タイミングＴ３（図１２参照）では、タップ上げ用ソレノイド２３への電力供給が停止され、ばね力によりタップ上げ用爪２２がホームポジションに戻ることとなるが、この戻る間は固定側主接点［２］＿３０ｂおよび固定側主接点［３］＿３０ｃの固定を維持する。

なお、図１２に示すｔ１〜ｔ８の各タイミングは、図１０の（ａ）〜（ｈ）のそれぞれに対応している。図１２に示すように、本実施形態においては、タップ切替動作の途中において、具体的にはタイミングｔ６の時点（図１０（ｆ）の状態）において、ソレノイド駆動部１１１がタップ上げ用ソレノイド３４への出力電圧の印加を終了することが、一つの特徴である。すなわち、タイミングｔ１〜ｔ６までは、アークを消弧するために所定の切替速度が必要とされるため、タップ上げ用ソレノイド３４へ一定の出力電圧を印加する。しかし、図１０（ｆ）で示したように可動側限流抵抗接点５０ａが固定側主接点［１］＿３０ａから離れた時点で、可動側限流抵抗接点５０ｂが固定側主接点［３］＿３０ｃから離間する前に、ソレノイド駆動部１１１がタップ上げ用ソレノイド１７の駆動を停止する。

これにより、タイミングｔ６以降においては、タップ上げ用ソレノイド１７からの駆動力が無くなり、回転時に接点部に発生する摺動抵抗がブレーキとして作用することで、駆動軸１６の回転速度が低下する。この結果、回転動作終了位置（タイミングｔ８）での衝撃力が緩和される。この効果は特に、変圧器の容量が大きく、タップ切替動作が高速に行われる場合に、動作音の抑制や装置構成への衝撃の緩和において、有効である。

このタップ盤と接点保持機構との位置関係について説明する。図１３はタップ盤と接点保持機構との動作タイミングを説明する説明図である。
図１３（ａ）で示すように、可動側主接点３２が固定側主接点［１］＿３０ａおよび固定側主接点［２］＿３０ｂを固定する位置にて停止しているとき、ラッチ板３３の孔部３３ａにて固定されている。
また、図１３（ｂ）で示すように、可動側主接点３２が固定側主接点［２］＿３０ｂおよび固定側主接点［３］＿３０ｃを固定する位置にて停止しているとき、ラッチ板３３の孔部３３ｂにて固定されている。
また、図１３（ｃ）で示すように、可動側主接点３２が固定側主接点［３］＿３０ｃおよび固定側主接点［４］＿３０ｄを固定する位置にて停止しているとき、ラッチ板３３の孔部３３ｃにて固定されている。
また、図１３（ｄ）で示すように、可動側主接点３２が固定側主接点［４］＿３０ｄおよび固定側主接点［５］＿３０ｅを固定する位置にて停止しているとき、ラッチ板３３の孔部３３ｄにて固定されている。
また、図１３（ｅ）で示すように、可動側主接点３２が固定側主接点［５］＿３０ｅおよび固定側主接点［６］＿３０ｆを固定する位置にて停止しているとき、ラッチ板３３の孔部３３ｅにて固定されている。
タップ上げ駆動はこのようにして行われる。

なお、タップ下げ駆動については上記説明の反対動作であり、動作を容易に推察できるものであるため説明を一部省略し、タップ盤の動作の一般化された動作について説明する。ソレノイド駆動部１１１は、ｎ個（ｎは３以上の自然数であって後述するｊ−１，ｊ，ｊ＋１はｎに含まれる自然数である）の固定側主接点のうち、隣接する固定側主接点（ｊ）および固定側主接点（ｊ＋１）の接続から隣接する固定側主接点（ｊ−１）および固定側主接点（ｊ）の接続に切替るタップ下げを行うときにタップ下げ用爪２７がタップ下げ用ラック２８を押送して駆動軸１６を所定角度回転駆動していき、
隣接する固定側主接点（ｊ）および固定側主接点（ｊ＋１）と可動側主接点３２との接続状態から、
固定側主接点（ｊ＋１）と可動側限流抵抗接点５０とを接続して固定側主接点（ｊ＋１）と固定側主接点（ｊ）との間に可動側限流抵抗接点５０や限流抵抗５１の直列接続をして急激な電圧変化による大電流が流れないようにした状態での固定側主接点（ｊ＋１）と可動側主接点３２との切断、
固定側主接点（ｊ）と固定側主接点（ｊ−１）との間に可動側限流抵抗接点５０や限流抵抗５１の直列接続をして急激な電圧変化による大電流が流れないようにした状態での隣接する固定側主接点（ｊ−１）と可動側主接点３２との接続、
可動側限流抵抗接点５０と固定側主接点（ｊ−１）との切断、
固定側主接点（ｊ−１）および固定側主接点（ｊ）と可動側主接点３２との接続、
と順次切り替えてタップ下げ駆動を行うものである。

以上、本形態のタップ切替装置について説明した。本形態によれば、駆動軸１６にフィン１６ａを設けたことにより、接点の切替動作時に駆動軸１６が回転を停止する際の衝撃が緩和されるという効果がある。また、切替動作の途中でタップ上げ用ソレノイド１７またはタップ下げ用ソレノイド２３の駆動を停止することによっても、駆動軸１６が回転を停止する際の衝撃が緩和される。この結果、高速かつ静かにタップ切替を行うことができる。

続いて本発明のタップ切替装置を搭載した負荷時タップ切替柱上変圧器について図を参照しつつ説明する。図１４はタップ切替装置を搭載した負荷時タップ切替柱上変圧器の外観を説明する外観図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は正面図、図１４（ｃ）は背面図である。図１５は本形態の負荷時タップ切替柱上変圧器の接続例を説明する配線図である。図１６は本形態の負荷時タップ切替柱上変圧器のブロック回路図である。本形態では先に図１〜図１３を用いて説明したソレノイドにより駆動軸を回動させてタップ上げ、タップ下げを行うタップ切替装置１を搭載している。

負荷時タップ切替柱上変圧器１００は、図１４に示すように、絶縁保護カバー１０１、一次側ブッシング１０２、一次側接続線１０３、二次側ブッシング１０４、二次側接続線１０５、接地端子１０６、制御箱１０７、ハンガー座１０８を備えている。

絶縁保護カバー１０１は、絶縁体により形成された略有底円筒状の収容体であり、本形態のタップ切替装置に加え絶縁用の油が入れられた状態で蓋により外界から密封されるようになされている。前述したように、この絶縁用の油が、駆動軸１６が回転する際に、フィン１６ａに対して回転方向と逆方向の抵抗力を作用させる。一次側ブッシング１０２は、絶縁を確保しつつ絶縁保護カバー１０１から一次側接続線１０３を引き出すようになされている。一次側接続線１０３は、高圧側に接続される電線である。

二次側ブッシング１０４は、絶縁を確保しつつ絶縁保護カバー１０１から二次側接続線１０５を引き出すようになされている。二次側接続線１０５は、低圧側に接続される電線である。接地端子１０６は、変圧器二次側の中性点を接地する第２種接地線であり、中性点Ｎに接続される端子である。

制御箱１０７は後述するタップ切替制御を行う各種構成が収容されている箱体である。詳細な構成については後述する。ハンガー座１０８は、負荷時タップ切替柱上変圧器１００を電柱（図示せず）から吊り下げるハンガー装柱を行う際に用いられる取付部である。

このような負荷時タップ切替柱上変圧器１００は、例えば図１５で示すように、高圧配電から低圧配電へ変圧するような場合に用いられる。図１５において、負荷時タップ切替柱上変圧器１００は、一次側が高圧配電線２００に接続され、二次側が低圧配電線３００に接続される。さらに、接地抵抗６００は、負荷時タップ切替柱上変圧器１００の二次側の中性点Ｎと電気的に接続されている接地端子１０６と一方が接続され、また、他方が接地されており、第２種接地線を構成する。中性点Ｎは接地中性線Ｎとなる。なお、図１５および後述する図１６における端子の符号「＋」、「−」は、ある瞬間の電圧の極性を例示したものである。

高圧配電線２００は６６００Ｖの高圧配電線路であり、低圧配電線３００は、１００／２００Ｖ単相３線式の低圧配電線路である。低圧配電線３００は、配電線Ｐ１とＰ２間は２００Ｖ、中性線Ｎと配電線Ｐ１またはＰ２間は１００Ｖの電圧を得る配電方式である。負荷５００は例えばビル内の需要家の負荷であり、また、取引用電力量計（ＷＨＭ）４００は負荷５００での使用電力量を計量する取引用電力量計（ＷＨＭ）である。この配電方式は例えばビル内配電に採用されている。

負荷時タップ切替柱上変圧器１００は、フェランチ現象により高圧配電線の負荷側となる負荷時タップ切替柱上変圧器１００の受電端電圧が上昇した場合にはタップ切替が行われる。このタップ切替については後述する。

続いて制御系について説明する。制御系は、図１６に示すように、変換部１１２、整流部１１３、Ａ／Ｄ変換部１１４、中央処理部１１０、ソレノイド駆動部１１１を備える。ソレノイド駆動部１１１には、タップ上げ用ソレノイド１７、タップ下げ用ソレノイド２３、固定用ソレノイド３４を備える。これら整流部１１３、Ａ／Ｄ変換部１１４、中央処理部１１０は本発明の信号処理部となる。

変換部１１２は、タップ付の変圧コイル部１０９の二次側の電圧を計測用電圧信号に変換する。整流部１１３は、交流信号を直流信号の計測用電圧信号にさらに変換する。Ａ／Ｄ変換部１１４は、計測用電圧信号を計測用電圧データとして入力する。中央処理部１１０は、計測用電圧データとして入力し、計測用電圧データが上限設定値（例えば１０７Ｖ）を上回る時間が所定時間（例えば６０秒）ならば高圧時のタップ上げが必要と判断し、また、計測用電圧データが下限設定値（例えば９５Ｖ）を下回る時間が所定時間（例えば６０秒）ならば低圧時のタップ下げが必要と判断し、タップ上げが必要なときにタップ上げ制御信号またはタップ下げが必要なときにタップ下げ信号をそれぞれ出力する。ソレノイド駆動部１１１は、タップ上げ信号やタップ下げ信号を受けて、予め設定されたシーケンス制御によりタップ上げ用ソレノイド１７、タップ下げ用ソレノイド２３、固定用ソレノイド３４を駆動して、タップ上げやタップ下げを行う。本形態の負荷時タップ切替柱上変圧器１００はこのようなものである。

これらのような負荷時タップ切替柱上変圧器１００は、駆動機構を減少させた簡易な構成としつつ、高速かつ静かにタップ切替を行える小型のタップ切替装置を採用しているため、電気事業法の規定を逸脱するような電力が需要家に供給される事態を排除するのは勿論のこと、静音型であるため近隣周辺に迷惑をかけない点も優れており、さらに低コストで省スペース型であるため、装柱しやすい負荷時タップ切替柱上変圧器を提供することができた。

以上、本発明のタップ切替装置や負荷時タップ切替柱上変圧器について説明した。本発明によれば、変圧器の容量が大きい場合であっても、高速かつ静かにタップ切替を行える小型のタップ切替装置を提供することができる。また、本発明によれば、このようなタップ切替装置を採用して安価で静音省スペース型の負荷時タップ切替柱上変圧器を提供することができる。

なお、上記の実施形態においては、タップ上げまたはタップ下げを１回行うための駆動軸１６の回転を停止させる際に、駆動軸１６の回転速度を漸減させる停止手段の具体的構成として、（１）媒体中（絶縁油中）での駆動軸１６の回転に抵抗力を与えるフィン１６ａ、および、（２）タップ切替動作の途中において、タップ上げ用ソレノイド３４またはタップ下げ用ソレノイド２３への出力電圧の印加を終了するソレノイド駆動部１１１、の両方を備えたタップ切替装置を例示した。しかし、停止手段としては、上記（１）のフィン１６ａおよび（２）のソレノイド駆動部１１１の少なくとも一方を具備していれば、変圧器の容量が大きい場合であっても高速かつ静かにタップ切替を行うという、所与の効果を達成することができる。

１：タップ切替装置
１１：天板
１２：座板
１３：底板
１４：支持シャフト
１５：ナット
１６：駆動軸
１６ａ：フィン
１７：タップ上げ用ソレノイド
１８：プランジャ
１９：延長リンク
２０：タップ上げ用リンク
２１：タップ上げ用爪
２２：タップ上げ用ラック
２３：タップ下げ用ソレノイド
２４：プランジャ
２５：延長リンク
２６：タップ下げ用リンク
２７：タップ下げ用爪
２８：タップ下げ用ラック
２９：支持部
３０：固定側主接点
３１：ねじ部
３２：可動側主接点
３３：ラッチ板
３４：固定用ソレノイド
３５：支軸ピン
３６：ねじりばね
３７：係止ピン
３８：ストッパピン
３９：支軸ピン
４０：ねじりばね
４１：係止ピン
４２：支軸ピン
４３：ねじりばね
４４：係止ピン
４５：ストッパピン
４６：支軸ピン
４７：ねじりばね
４８：係止ピン
４９：回動子
５０：可動側限流固定接点
５１：限流抵抗
９１：ピン
１００：負荷時タップ切替柱上変圧器
１０１：絶縁保護カバー
１０２：一次側ブッシング
１０３：一次側接続線
１０４：二次側ブッシング
１０５：二次側接続線
１０６：接地端子
１０７：制御箱
１０８：ハンガー座
１０９：変圧コイル部
１１０：中央処理部
１１１：ソレノイド駆動部
１１２：変換部
１１３：整流部
１１４：Ａ／Ｄ変換部
２００：高圧配電線
３００：低圧配電線路
４００：取引用ＷＨＭ
５００：負荷
６００：接地抵抗

Claims (5)

1. ベース体と、
   ベース体に対して回動可能に軸支される駆動軸と、
   ベース体に対して一端が回動可能に支持されるタップ上げ用リンクと、タップ上げ用リンクの他端に設けられるタップ上げ用爪と、タップ上げ用リンクを回動させてタップ上げ用爪を移動させるタップ上げ用ソレノイドと、駆動軸に取り付けられており歯間に噛み合うタップ上げ用爪の押送により回転して一方向に駆動軸を回転させるタップ上げ用ラックと、を有するタップ上げ駆動部と、
   ベース体に対して一端が回動可能に支持されるタップ下げ用リンクと、タップ下げ用リンクの他端に設けられるタップ下げ用爪と、タップ下げ用リンクを回動させてタップ下げ用爪を移動させるタップ下げ用ソレノイドと、駆動軸に取り付けられており歯間に噛み合うタップ下げ用爪の押送により回転して他方向に駆動軸を回転させるタップ下げ用ラックと、を有するタップ下げ駆動部と、
   ベース体に固定される支持部と、支持部により回転可能に支持されるとともに駆動軸が中心軸として連結される回動子と、回動子の周部に沿いつつ支持部に設けられるｎ個（ｎは３以上の自然数である）の固定側主接点（ｎ）と、回動子の円周に設けられる可動側主接点と、可動側主接点の両側であって回動子の円周に設けられる二個の可動側限流抵抗接点と、二個の可動側限流抵抗接点に電気的に接続される限流抵抗と、限流抵抗の中間部から引き出されて可動側主接点と電気的に接続される接続部と、を有し、駆動軸の回転によりタップ上げまたはタップ下げを行うタップ盤と、
   外部からタップ上げ制御がなされたときにタップ上げ駆動部のタップ上げ用ソレノイドを駆動してタップ上げ駆動を行い、また、外部からタップ下げ制御がなされたときにタップ下げ駆動部のタップ下げ用ソレノイドを駆動してタップ下げ駆動を行うソレノイド駆動部と、
   タップ上げまたはタップ下げを１回行うための駆動軸の回転を停止させる際に、駆動軸の回転速度を漸減させる停止手段と、
   を備えることを特徴とするタップ切替装置。
2. 停止手段が、絶縁媒体中での駆動軸の回転に抵抗力を与えるフィンである、請求項１記載のタップ切替装置。
3. フィンが、駆動軸の側方、および、回動子において可動側主接点が設けられた面の裏面、の少なくとも一方に接合された、請求項２記載のタップ切替装置。
4. 駆動軸とともに回転するように取り付けられ、回転の中心から同一半径上に（ｎ−１）個（ｎは３以上の自然数であってｋ，ｋ＋１はｎに含まれる自然数である）の孔部が設けられる可動体と、
   可動体の孔部の半径上に設けられ、孔部にプランジャの先端部を出し入れする固定用ソレノイドと、
   を含む接点保持機構を備え、
   固定側主接点（ｋ）および固定側主接点（ｋ＋１）と可動側主接点とが接続される（ｎ−１）箇所の位置で可動体の孔部にプランジャの先端部が入れられて可動側主接点の位置を保持し、
   停止手段は、ソレノイド駆動部において、可動側主接点が接続される固定側主接点（ｋ）および固定側主接点（ｋ＋１）のうち可動体の回転方向において前方にある固定側主接点から、二個の可動側限流抵抗接点のうち可動体の回転方向において前方にある可動側限流抵抗接点が離間する前に、タップ上げ用ソレノイドまたはタップ下げ用ソレノイドの駆動を終了する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のタップ切替装置。
5. 一次側が高圧配電線路に接続され、また、二次側が低圧配電線路に接続されるタップ付の変圧コイル部と、
   タップ付の変圧コイル部のタップを切り換える請求項１〜４のいずれか一項に記載のタップ切替装置と、
   タップ付の変圧コイル部の二次側の電圧を計測用電圧信号に変換する変換部と、
   計測用電圧信号を計測用電圧データとして入力し、高圧時のタップ上げまたは低圧時のタップ下げが必要か否かを判定し、タップ上げが必要なときにタップ上げ制御信号を、また、タップ下げが必要なときにタップ下げ制御信号を出力する信号処理部と、
   を備え、
   タップ切替装置のソレノイド駆動部は、タップ上げ制御信号が入力されたときにタップ上げ駆動部のタップ上げ用ソレノイドを駆動してタップ上げ駆動を行い、また、タップ下げ制御信号が入力されたときにタップ下げ駆動部のタップ下げ用ソレノイドを駆動してタップ下げ駆動を行う、負荷時タップ切替柱上変圧器。

Images