JP3776256B2 - 負荷時タップ切換器用切換開閉器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、変圧器などのタップ切換に使用される真空スイッチ式の負荷時タップ切換器用切換開閉器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切換開閉器の電流開閉素子に真空スイッチを用いた真空スイッチ式負荷時タップ切換器は、真空スイッチという密封容器内で電流開閉をさせるのでアークが露出せず雰囲気媒体を分解または汚損しないという特徴がある。特にＳＦ₆ガスを絶縁媒体として用いるガス絶縁式負荷時タップ切換器の場合には、この特徴の効果が大であるという理由で、専ら真空スイッチ式負荷時タップ切換器が使用されるようになってきた。そして今や、この真空スイッチ式負荷時タップ切換器は、それを如何に安価に実現するかが課題となってきた。
【０００３】
例えば、この課題を実現する方法として、動作角度が１／Ｎ回転（Ｎはタップ数）のばね式回転形蓄勢機構により、一相当たり二つの真空スイッチと二つのタップ選択可動肢を駆動し協働させてタップ切換を行う方法が、特開平１０−２７０２６５号公報で提案されている。この方法では１タップ切換動作の際に、二つの真空スイッチ、すなわち、定常時開の第一真空スイッチと定常時閉の第二真空スイッチを、切換開始直後と切換終了直前に狭い共閉区間を経てその開閉状態を互いに順序正しく且つ精度良く反転および再反転させることが、機構具体化上の課題となる。上記公報で示されたものでは、第一および第二真空スイッチをその可動電極を互いに向かい合わせて上下に直列配置したうえ、溝カムで駆動されるカムフォローワのフォーク部でそれらの可動電極を駆動することによって、この課題を実現している。
【０００４】
図７は、従来の負荷時タップ切換器用切換開閉器を示す側断面図であり、図において、７１は定常時開の第一真空スイッチであり、可動電極棒７２、固定電極棒７３を備えている。７５は定常時閉の第二真空スイッチであり、可動電極棒７６と固定電極棒７７を備えている。両可動電極棒７２、７６には鍔７８、７９が設けられている。
８１は蓄勢機構の出力軸、８２は出力軸８１に取り付けられた溝カムであり、溝８３が形成されている。８５はベルクランクであり、一方の端部には溝８３にはめ込まれた駆動輪８６が設けられるとともに他方の端部にはフォーク８７が形成されて、鍔７８、７９に当接し得るようになっている。８８は２つの鍔７８、７９の間に設けられた押しばねである。
次に動作について説明する。蓄勢機構の出力軸８１が回転すると、溝カム８２も同時に回転し、回転方向が変換されてベルクランク８５が回転し、その動きに応じてフォーク８７が鍔７８、７９に当接してこれを駆動し、その結果、第一、第二真空スイッチ７１、７５は可動電極棒７２、７６が駆動されて上記のように開閉する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたような従来の切換開閉器の駆動方法では、二つの真空スイッチが上下に直列配置されているので負荷時タップ切換器全体高さが高くなる、また、溝カムを使用せねばならないので高価になるなどの問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、上記のような真空スイッチの開閉順序、すなわち、定常時閉の第一真空スイッチと定常時開の第二真空スイッチとを、切換開始直後と切換終了直前に狭い共閉区間を介してその開閉状態を互いに順序よく正しく且つ精度良く反転および再反転させ得る、高さの小さい且つ安価な負荷時タップ切換器用切換開閉器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る負荷時タップ切換器用切換開閉器は、定常時閉の第一真空スイッチと定常時開の第二真空スイッチとを備え、これらの第一および第二真空スイッチを切換開始直後に共閉区間を経て開閉状態を一旦反転させ、切換終了直前に再び共閉区間を経て再反転させ定常時の開閉状態に復帰させるようにしたものにおいて、外周に等角度間隔のカム山を有するカム、このカム山に追随するカムフォローワを有して前記カム山の半径方向変位をカム軸に平行な往復変位に変換するベルクランク、カム軸に平行に配設された第一固定電極棒とこの第一固定電極棒に近い側から第一および第二係合鍔を有する第一可動電極棒とからなる開極ストロークS1の第一真空スイッチ、第一および第二係合鍔の間に第一可動電極棒に沿って移動可能に配設されると共にベルクランクに連係された駆動片、第一真空スイッチの真空自閉力より大なるばね力を有して駆動片を第二係合鍔の側へ押圧する開極用押しばね、第一可動電極棒に当接して第一可動電極棒の開極動作を開極ストロークS1に制限する制止片、第二固定電極棒と第三係合鍔を有する第二可動電極棒とからなると共にこれらの第二固定電極棒と第二可動電極棒との配置の向きを第一固定電極棒と第一可動電極棒との配置の向きと同じにして第一真空スイッチに並置された開極ストロークS2の第二真空スイッチ、および、一端を駆動片に連係し他端を第三係合鍔に当接して第二真空スイッチを開極させ得るように配設されると共に一端と他端からそれぞれL1とL2の位置に支点を有する梃子片より成り、カム山の頂上にカムフォローワがある状態で、駆動片と第二係合鍔との間に（S2×L1／L2）より大きい寸法の間隙が形成され、第一可動電極棒と制止片との間に寸法S1の間隙が形成されると共に、梃子片の他端が第三係合鍔へ作用して第二真空スイッチを開極ストロークS2だけ開極させるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における負荷時タップ切換器用切換開閉器（以下、切換開閉器と称す）の構成概念を示す側断面図、図２は、図１の切換開閉器のカムを示す平面図、図３、図４は図１、図２と同じ切換開閉器とそのカムの側断面図、平面図であるが、図１、図２とは動作途中の異なる時点での状態を示す。これらの図において、１はカム軸である駆動軸で、図示されない一切換動作角度がθのばね式蓄勢機等駆動機構の出力軸に連結されている。２はこの駆動軸１に取り付けられると共に外周にθの角度ピッチで複数のカム山２１を備えたカム、３は互いにほぼ直角をなす二つの腕の一方の先端にカムフォローワ３１を、他方の先端にフォーク３２を備え、両腕の付根交差部を支点ピン３３に回動自在に遊嵌されたベルクランク、４は定常時閉の第一真空スイッチであり、中間部と端部に第一、第二係合鍔４１１、４１２を持つ第一可動電極棒４１と、第一固定電極棒４２より成り、第一固定電極棒４２に近い側から第一係合鍔４１１、第二係合鍔４１２の順に配置されるとともにその第一固定電極棒４２を取付座４３に取付保持されている。
【０００９】
４４は第一、第二の係合鍔４１１、４１２の間に第一可動電極棒４１に沿って相対運動可能なるよう配設されるとともに、その一方の側部にベルクランク３のフォーク３２に係合するピン４４１を、また他方の側部にフォーク４４２を備えた駆動片、４５は第一真空スイッチ４の真空自閉力より大なるばね力を有して、駆動片４４を第一真空スイッチ４を常時開く方向、すなわち図１において上方へ押圧すべく、駆動片４４とその下方のばね座４５１との間に挿架された開極用押しばね、４６は第一真空スイッチ４の第一可動・第一固定電極棒接触荷重を加勢するために第一係合鍔４１１と駆動片４４との間に挿架された接圧用押しばね、４７はこの第一可動電極棒の上方への動き、すなわち第一真空スイッチの開極寸法を一定量に制限するための制止片、５は定常時開の第二真空スイッチであり、その端部に第三係合鍔５１１を持つ第二可動電極棒５１と第二固定電極棒５２より成り、その第二固定電極棒５２を取付座５３に取付保持されている。５４は第二真空スイッチの第二可動・第二固定電極棒接触荷重を加勢するために第二可動電極棒５１とその上方のばね座５５の間に挿架された接圧用押しばね、６は一端に駆動片４４のフォーク４４２に係合するピン６１を、また他端に第三係合鍔５１１の下面に当接し得るピン６２を備えると共に、ピン６１からL1、ピン６２からL2の位置を支点ピン６３に回動自在に遊嵌された梃子片である。
なお、図１中の第一、第二真空スイッチ４、５以外の各要素で真空スイッチ駆動機構を構成している。
【００１０】
上記構成において、駆動片４４は阻止するものがない限り開極用押しばね４５の反力によって常時、図１において上方向へ向かおうとしている。この動きに追随し、駆動片４４のピン４４１にフォーク３２を係合させたベルクランク３は、常時反時計方向へ回転しようとしている。また駆動片４４のフォーク４４２にピン６１を係合させた梃子片６は常時時計方向へ回転しようとしている。カム２のカム山２１にはベルクランク３のこの反時計方向回転力による押圧力がカムフォローワ３１を介して常時作用する。
【００１１】
そして、図１および図２に示すように、ベルクランク３のカムフォローワ３１がカム２のカム山２１の頂上にあり、これによってベルクランク３が支点ピン３３を軸として時計方向に傾動させられきった状態、そしてこのベルクランク３のフォーク３２に係合したピン４４１によって、駆動片４４が下がりきった状態、更にこの下がりきった駆動片４４のフォーク４４２に係合したピン６１によって梃子片６が支点ピン６３を軸として反時計方向に傾動させられきった状態にあるときは、第一真空スイッチ４の第一可動、第一固定電極棒４１、４２は自身の真空自閉力および接圧用押しばね４６の押圧力により互いに閉極し、第一可動電極棒４１の第二係合鍔４１２と駆動片４４との間にＷの間隙が、同じく第二係合鍔４１２と制止座４７との間にS1の隙間が、更に梃子片６のピン６２によってその第二可動電極棒５１上の第三係合鍔５１１を押し上げられた第二真空スイッチ５の第二可動、第二固定電極間５１、５２の間にS2（但しＷ×L2／L1＞S2とする）の間隙がそれぞれ形成されるように、各構成要素の相対的配設が為されている。
【００１２】
次に動作について説明する。
図５は、切換開閉器の切換動作時の第一、第二真空スイッチの開閉状態の変化を示す説明図である。（ａ）は定常時であり、閉極した第一真空スイッチ４につながった第一タップ選択可動枝１１と、開極した第二真空スイッチ５に制限抵抗１３を介してつながった第二タップ選択可動枝１２とが同じ固定コンタクト１４に接触している。（ｂ）では第二タップ選択可動枝１２が隣の固定コンタクト１４へ移り、（ｃ）で第二真空スイッチ５が閉極する。この時のタップ間橋絡電流は制限抵抗により限流される。次に（ｄ）で第一真空スイッチ４が開極し、第一タップ選択可動枝１１が（ｅ）で固定コンタクト１４を離れ、（ｆ）で第二タップ選択可動枝１２と同じ固定コンタクトへ接触し、続いて（ｇ）で第一真空スイッチ４が閉極し、（ｈ）で第二真空スイッチ５が開極して切換動作が完了する。
【００１３】
図６は真空スイッチ駆動機構によって駆動される第一および第二真空スイッチ４および５の開閉シーケンスを示す図で、横軸を駆動軸１の回転トラベルとして、第一および第二真空スイッチ４および５の閉極区間を横棒で表したものである。θは一切換動作当たりの駆動軸１の回転角度、P1およびP2はそれぞれ切換前後の定常位置、▲１▼〜▲３▼および▲４▼〜▲６▼の区間は第一真空スイッチ４の閉極区間、▲２▼〜▲５▼は第二真空スイッチ５の閉極区間、▲２▼〜▲３▼および▲４▼〜▲５▼は第一および第二真空スイッチ４および５の共閉区間を示す。図６中、ａ〜ｈは図５のａ〜ｈの状態に相当する。
【００１４】
次に真空スイッチ駆動機構の動作について説明する。図１および図２は、本真空スイッチ駆動機構が切換前の定常位置にある状態、すなわち図６の開閉シーケンスのP1にある状態にあり、第一真空スイッチ４が閉じ、第二真空スイッチ５が開いている。
この状態から、図６の開閉シーケンスのP2の状態に切り換えるには、図示しない蓄勢機構等駆動機構によって駆動軸１を一切換動作当たりの回転角度θだけ時計・反時計の何れかの方向に駆動・回転させる。以下、時計方向に駆動・回転させた場合を例にとり順を追ってその動きを説明する。
【００１５】
（１）前記したように、開極用押しばね４５の反力によって駆動片４４は、図において上方向への力を、ベルクランク３は反時計方向への回転力を、従ってカムフォローワ３１はカム２の中心への向心力を常時受けているので、カム２が回転を始めると、カムフォローワ３１はカム山２１のうちの一つのカム山２１ａの形状に沿ってカム山２１ａの頂上から下がり始め、これによってベルクランク３は反時計方向への動きを、駆動片４４は上昇方向への動きを、梃子片６は時計方向への動きを、第二真空スイッチの第二可動電極棒５１は自身の下降方向への動きを始める。
（２）動きが進行し、駆動片４４が寸法S2×L1／L2（＜Ｗ）だけ上昇すると、第二真空スイッチ５の第二可動電極棒５１が寸法S2だけ下降し、第二可動電極棒５１が第二固定電極棒５２に接して第二真空スイッチ５が閉極、図６の▲２▼に達した状態となる。
（３）閉極した第二真空スイッチ５の第二可動電極棒５１はこれ以上降下し得なくなるので、引き続く動きにおいては、梃子片６のピン６２のみが降下し、第二真空スイッチ５の第三係合鍔５１１との間に間隙が発生していく。
【００１６】
（４）駆動片４４の上昇（定常位置からの上昇）が寸法Ｗに達すると、駆動片４４が第一真空スイッチ４の第二可動電極棒上の第二係合鍔４１２に当接し、図６の▲３▼に達した状態となる。この当接により、接圧用押しばね４６は、同一電極棒上の二つの係合鍔４１１と４１２の間に挿架された状態となるので、そのばね力は第一真空スイッチ４の電極接触圧力を加勢する力としてもはや作用しなくなる。梃子片６のピン６２と第二真空スイッチ５の第三係合鍔５１１との間隙はＷ×L2／L1−S2の寸法に達する。
（５）前記したように、開極用押しばね４５のばね力は真空自閉力より大なる値に設定されているので、引き続く動きにおいては、駆動片４４の上昇に従い第一真空スイッチ４の第一可動電極棒４１も上昇していく。すなわち第一真空スイッチ４が開極していく。
【００１７】
（６）駆動片４４の上昇（定常位置からの上昇）が寸法Ｗ＋S1に達すると、第一真空スイッチ４の第二係合鍔４１２が制止片４７に当接し、第二係合鍔４１２およびこれに当接した駆動片４４はそれ以上上昇し得なくなり停止する。駆動片４４の停止に従い、これに係合したベルクランク３および梃子片６の動きも停止し、図３、図４および図６の▲３▼の状態となる。この時、第一真空スイッチ４の第一可動電極棒４１と第一固定電極棒４２との間には寸法S1の間隙（すなわち開極寸法）ができていることは言うまでもない。
（７）引き続く動きにおいては、駆動軸１とカム２のみとが回転し、カム山２１ａと停止したカムフォローワ３１との間には間隙ができていく。
【００１８】
（８）カム２の回転角度がカム山のピッチ角度θの１／２を超えると、次のカム山２１ｂがカムフォローワ３１に接近してくる。そしてやがてこのカム山２１ｂがカムフォローワ３１をカム２の中心から遠ざける方向に押し戻し始める。これによって、ベルクランク３、駆動片４４、梃子片６の反転動作、すなわち、ベルクランク３の時計方向、駆動片４４の下降方向、梃子片６の反時計方向への動きが始まる。
（９）駆動片４４が下降を始めると、第一真空スイッチ４の自閉力により常時下降方向の力を受けている第一可動電極棒４１も共に追随下降する。駆動片４４の下降寸法がS1に達すると第一真空スイッチ４の第一可動電極棒４１と第一固定電極棒４２との間の間隙（すなわち開極寸法）が０となって、第一真空スイッチ４が閉極し、図６の▲４▼の状態となる。この時、第一真空スイッチ４の第二係合鍔４１２と制止片４７との間には寸法S1の間隙が形成されることは言うまでもない。
（１０）引き続く動きでは、閉極した第一真空スイッチ４の第一可動電極棒４１は、それ以上下降できないので駆動片４４のみが下降する。以降、第一真空スイッチ４の第二係合鍔４１２と駆動片４４との間には再び間隙ができ始め、その結果、接圧用押しばね４６は駆動片４４と第一真空スイッチ４の第一係合鍔４１１との間に挿架された状態となるので、そのばね力は再び第一真空スイッチ４の両電極棒４１、４２の接触荷重を加勢するよう作用し始める。
【００１９】
（１１）駆動片４４の下降（図３の状態からの下降）が寸法S1＋Ｗ−S2×L1／L2に達すると、梃子片６のピン６２が第二真空スイッチ５の第三係合鍔５１１に当接し、引き続く動きによって第二真空スイッチ５の第二可動電極棒５２を押上得るように、以って第二真空スイッチ５を開極させるようになる。すなわち図６の▲５▼に達した状態となる。
（１２）カム２の回転角度がθに達すると、カムフォローワ３１がカム山２１ｂの頂上に、また駆動片４４の下降が寸法S2＋Ｗにそれぞれ達し、図１に示す切換前の定常位置の状態と同じ一切換後の定常位置に達する。すなわち、第一真空スイッチ４は閉極、第二真空スイッチ５は開極、駆動片４４と第一真空スイッチ４の第二係合鍔４１２との間には寸法Ｗの間隙ができた状態、第一真空スイッチ４の第二係合鍔４１２と制止片４７との間には寸法S1の間隙ができた状態となって、一切換動作を完了する。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態１では、第一および第二真空スイッチ４、５とも、接圧用押しばね４６、５４を使用した例で説明したが、真空スイッチの可動、固定電極棒の接触荷重が真空スイッチの真空自閉力のみで足りる場合は、これら接圧用押しばねを省いて構成することができる。
【００２１】
実施の形態３．
実施の形態１および２ではベルクランク３と駆動片４４との連携を、ベルクランク３側をフォーク３２、駆動片４４側をピン４４１で行っているが、これを逆にして、ベルクランク側をピンで、駆動片側をフォークで行っても効果は同じである。また、駆動片４４と梃子片６との連携を、駆動片４４側をフォーク４４２で、梃子片６側をピン６１で行っているが、これを逆にして、駆動片側をピンで、梃子片側をフォークで行っても効果は同じである。これらの部分については相互間の連携さえできればその態様に関わらず同効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
上記したように、この発明による負荷時タップ切換器用切換開閉器では、二つの真空スイッチを並置したので上下に直列配置した場合に対し全体の高さを約１／２に低減することができる。
且つ、カムからその第一真空スイッチの駆動片にのみ着力し、第二真空スイッチは駆動片から梃子片を介して連携従動するように構成したので、必ず第一真空スイッチの動作発生に従って第二真空スイッチが動作するようになり、相互動作順序の正確な真空スイッチ駆動が可能になる。例えば、カム機構からそれぞれ独立したベルクランクで二つの真空スイッチを駆動するように構成した場合には、一方の真空スイッチの動作の有無に関わらず他方が動作し得るが、この発明による構成の場合には相互間に主従関係を持たせているのでそのような問題は発生し得ない。
また、梃子片を介して第一、第二真空スイッチの連携を持たせるようにしたので、共閉区間の開始終了タイミングが駆動片の閉極オーバーストロークＷ、第二真空スイッチの開極寸法S2、梃子片の腕の長さL1とL2により決まるようになり、この結果、L1とL2の比率の選定により、Ｗ寸法およびS2寸法の如何なる組合せに対しても、所望の共閉区間の開始および終了点を設定することが可能となっている。
また、カムは溝カムでなく板カムが使用できるので経済的である。
なお、一般的に真空スイッチの外径は、これらを収納する絶縁筒の内径に対して十分に小さいので、上下配置されていた２個／相の真空スイッチ３相分を左右並置へ変更しても絶縁筒を大きくする必要がなく、平面積は増加しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における切換開閉器の構成概念を示す側断面図である。
【図２】 図１の切換開閉器のカムの平面図である。
【図３】 図１の切換開閉器の動作を示す側断面図である。
【図４】 図３の切換開閉器のカムの平面図である。
【図５】 切換動作時の第一、第二真空スイッチの開閉状態を示す説明図である。
【図６】 第一、第二真空スイッチの開閉シーケンス図である。
【図７】 従来の切換開閉器の側断面図である。
【符号の説明】
１ 駆動軸、２ カム、３ ベルクランク、４ 第一真空スイッチ、
５ 第二真空スイッチ、６ 梃子片、２１ カム山、３１ カムフォローワ、
４１ 第一可動電極棒、４２ 第一固定電極棒、４４ 駆動片、
４５ 開極用押しばね、４７ 制止片、５１ 第二可動電極棒、
５２ 第二固定電極棒、６３ 支点ピン、４１１ 第一係合鍔、
４１２ 第二係合鍔、５１１ 第三係合鍔。

Claims (1)

1. 定常時閉の第一真空スイッチと定常時開の第二真空スイッチとを備え、これらの第一および第二真空スイッチを切換開始直後に共閉区間を経て開閉状態を一旦反転させ、切換終了直前に再び共閉区間を経て再反転させ定常時の開閉状態に復帰させるようにした負荷時タップ切換器用切換開閉器において、外周に等角度間隔のカム山を有するカム、このカム山に追随するカムフォローワを有して前記カム山の半径方向変位をカム軸に平行な往復変位に変換するベルクランク、カム軸に平行に配設された第一固定電極棒とこの第一固定電極棒に近い側から第一および第二係合鍔を有する第一可動電極棒とからなる開極ストロークS1の第一真空スイッチ、前記第一および第二係合鍔の間に前記第一可動電極棒に沿って移動可能に配設されると共に前記ベルクランクに連係された駆動片、前記第一真空スイッチの真空自閉力より大なるばね力を有して前記駆動片を前記第二係合鍔の側へ押圧する開極用押しばね、前記第一可動電極棒に当接して前記第一可動電極棒の開極動作を前記開極ストロークS1に制限する制止片、第二固定電極棒と第三係合鍔を有する第二可動電極棒とからなると共にこれらの第二固定電極棒と第二可動電極棒との配置の向きを前記第一固定電極棒と第一可動電極棒との配置の向きと同じにして前記第一真空スイッチに並置された開極ストロークS2の第二真空スイッチ、および、一端を前記駆動片に連係し他端を前記第三係合鍔に当接して前記第二真空スイッチを開極させ得るように配設されると共に前記一端と他端からそれぞれL1とL2の位置に支点を有する梃子片より成り、前記カム山の頂上に前記カムフォローワがある状態で、前記駆動片と第二係合鍔との間に（S2×L1／L2）より大きい寸法の間隙が形成され、前記第一可動電極棒と制止片との間に寸法S1の間隙が形成されると共に、前記梃子片の他端が第三係合鍔へ作用して第二真空スイッチを開極ストロークS2だけ開極させるようにしたことを特徴とする負荷時タップ切換器用切換開閉器。

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