JP4764303B2

JP4764303B2 - 負荷時タップ切換器

Info

Publication number: JP4764303B2
Application number: JP2006267477A
Authority: JP
Inventors: 幸延瀧口; 有次三原
Original assignee: Toshiba Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008091393A

Description

本発明は、変圧器の運転中に切換開閉器の動作異常の発生部位までも判別可能な負荷時タップ切換器の構造に関するものである。

一般に、変圧器の負荷時タップ切換器は、変圧器タンク内に収納されて巻線に接続されており、送配電系統の負荷が変動し変動に対応した電圧変化が一定値以上となった場合、切換信号を作成して電動操作機構を駆動することでタップを切換え、送配電系統の電圧を一定に保つように構成されている。負荷時タップ切換器では、変圧器が運転され負荷電流が流れている状態で切換を行うので、タップ間を抵抗またはリアクトルで短絡した状態でこの切換動作を実施している。したがって、短絡電流によってタップ間が焼損しないよう、タップ切換動作は短時間で確実に動作することが要求されている。

以下、図８〜図１０を参照して従来の負荷時タップ切換器について具体的に説明する。まず図８を用いて負荷時タップ切換器の全体構成について説明する。負荷時タップ切換器は、大きく分けて、回路の開閉を行う切換開閉器２４と、変圧器タップ巻線から引き出されたタップを選択するタップ選択器７とからなる。

切換開閉器２４及びタップ選択器７はいずれも、変圧器タンク２５に収納されている。切換開閉器２４は、変圧器タンク２５の上蓋に配置した頭部２より変圧器タンク２５の内部に向かって吊り下げられている。また、タップ選択器７は切換開閉器２４の下方に配置されている。頭部２には後述する蓄勢装置３が設置されており、これを覆うようにして頭部蓋１が設けられている。さらに、頭部２から変圧器タンク２５内に向かって、絶縁筒６が取り付けられている。

切換開閉器２４は、蓄勢装置３、駆動軸４及び遮断部５から構成されている。蓄勢装置３はタップ切換動作の駆動源となる弾性エネルギーを蓄えるための装置であって、前述したように頭部２内に設置されている。駆動軸４は蓄勢装置３に連結されており、変圧器タンク２５の内部に向かって延びて遮断部５に接続されている。この駆動軸４により蓄勢装置３で蓄勢した弾性エネルギーはトルクとして遮断部５に伝達される。遮断部５は駆動軸４から伝達された弾性エネルギーによって駆動し、速切の切換動作を行うようになっている。

続いて、切換開閉器２４の駆動トルク源となる蓄勢装置３について、図９及び図１０を用いて説明する。蓄勢装置３には、偏心運動を行う偏心カム１５と、この偏心カム１５の偏心運動が直進運動として伝達される巻上げケース８とが設けられている。また、巻上げケース８に対応させて巻上げケース８と同方向に移動可能に蓄勢ケース１０が配設されている。

巻上げケース８及び蓄勢ケース１０には蓄勢ばね１１が取り付けられている。蓄勢ばね１１は、巻上げケース８の移動に応じて弾性エネルギーを蓄え、この弾性エネルギーを蓄勢ケース１０に伝達して蓄勢ケース１０を直進運動させるように構成されている。蓄勢ケース１０には蓄勢ケース１０と係合するローラ１３と、蓄勢ケース１０の直進運動により回転運動するクランク１２とが設けられている。クランク１２には蓄勢中の蓄勢ケース１０の動きを抑制するためのキャッチ１４が係合されている。キャッチ１４は向かい合うようにして一対で設けられている。

クランク１２にはクランク１２の回転運動を遮断部５へと伝達する駆動軸４が取り付けられている。なお、巻上げケース８には爪９が設けられており、この爪９がキャッチ１４に衝突することでクランク１２とキャッチ１４との係合を外すようになっている。なお、符号１６は、クランク１２の回転動作にブレーキをかけるための緩衝装置である。

上記の構成を有する蓄勢装置３では、切換動作時に、次のようにして駆動力を遮断部５へと伝達している。まず、偏心カム１５の回転し、偏心運動を直進運動として巻上げケース８に伝達する。これにより巻上げケース８が移動し、その移動量に応じて巻上げケース８と蓄勢ケース１０の間に設置された蓄勢ばね１１に変位を与え、蓄勢ケース１０は弾性エネルギーを蓄える。ただし、弾性エネルギーを蓄え始めた段階ではクランク１２がキャッチ１４と係合しているため、蓄勢ケース１０は停止したままである。

そして、予め設定されたエネルギーになるまで巻上げケース８が移動すると、巻上げケース８に設けた爪９がキャッチ１４にぶつかってクランク１２とキャッチ１４との係合を外し、蓄勢を解放する。したがって、蓄勢ケース１０は弾性エネルギーを解放する方向（巻上げケース８の方向）に直進運動する。

この蓄勢ケース１０の動作にあわせ、クランク１２は回転運動を行う。クランク１２が回転すると、これに直結した駆動軸４にトルクが伝達し、駆動軸４が回動を開始する。これにより、遮断部５を駆動し、速切の切換動作を実施する。なお、遮断部５での切換動作が終了した後は、クランク１２は緩衝装置１６に衝突することにより、回転動作にブレーキをかける。クランク１２は緩衝装置１６に当たった後、逆回転し、係合を外した方と逆側のキャッチ１４に係合する。この状態で一連の切換動作が完了する。以上のように、タップ切換動作中において、クランク１２、蓄勢ケース１０、駆動軸４は同期して動作を行っている。

ところで、負荷時タップ切換器は、万が一故障すると、電圧の不安定化を招くおそれがあるので、広範囲にわたって停電などの深刻な事態が発生する可能性がある。したがって、負荷時タップ切換器には、切換開閉器が正常な切換動作を実施しているかどうかを監視することが求められている。具体的な手段としては、切換開閉器の故障を事前に察知するための異常検出装置が設けられている。

異常検出装置を備えた負荷時タップ切換器の従来例としては、次のような様々な技術が知られている。例えば、特許文献１では、タップ切換動作時の振動又は動作音の波形を監視して異常を検出するようになっている。

より詳しくは、切換開閉器の動作時に発生する音、振動を検出するセンサと、切換開閉器の動作シーケンスを判定する判定部とを設け、前記センサにて切換開閉器の可動接点が固定接点に衝突する時の機械的衝撃音および衝突時の振動を検出し、判定部において切換開閉器の動作シーケンスを判定するようになっている。すなわち、センサからの出力に基づいて切換開閉器の動作シーケンスの時間的変化を基準値と比較し、切換開閉器の異常を検出することができる。

また、特許文献２記載の技術では、タップ切換動作時に切換開閉器に流れる電流を光ＣＴにて測定することにより異常を検出している。ここでは、タップ切換動作時に切換開閉器に流れる電流を検出する光ＣＴに光伝導体を介して光電変換装置を取り付け、光ＣＴから出力される光信号を光伝導体に伝導して光電変換装置に導き、ここで光信号を電気信号に変換する。光電変換装置には監視器が接続されており、監視器は光電変換装置からの電気信号を受けて、切換開閉器に流れる電流の大きさとタップ切換時間等を測定し、タップ切換器の異常・正常を判断するように構成されている。

さらには、限流抵抗器の温度により異常を検出するもの（特許文献３）も提案されている。限流抵抗器とは切換開閉器の構成要素の１つであり、タップ切換動作中の負荷電流あるいは循環電流、あるいは負荷電流と循環電流の両方が通電されてタップ切換動作中におけるタップ間短絡時の横流を抑制するためのものである。特許文献３の技術では、限流抵抗器の温度を検出する温度検出器と、この温度検出器に異常検出回路用の電源を供給する変流器とを備え、限流抵抗器の温度変化を監視して異常を検出するようになっている。

特開平１−９５５０７号公報特開平１−２９５６１９号公報特開平１−２４３８１８号公報

しかしながら、上述した従来の負荷時タップ切換器には以下のような問題点が指摘されていた。すなわち、負荷時タップ切換器における従来の異常検出技術は、いずれも、音や振動、電流や温度というような間接的な要因から、切換開閉器の動作特性を測定していた。つまり、切換開閉器の動作から直接、切換時間などの動作特性を測定するものではなかった。そのため、ノイズ等が発生すると、その影響が測定値に及ぶことがあり、異常検出の精度が低下することがあった。また、内部の電流、温度等を監視する場合、電気的絶縁構成を考慮することが不可欠であった。したがって、構成が複雑化し、検出器が大形化し易いといった不具合があった。

さらに、変圧器タンク内に収納されている切換開閉器を変圧器運転中に直接監視することは難しく、異常が発見された場合でも、現状では変圧器をいったん停止し、切換開閉器を変圧器タンクから吊り上げてからでないと、その切換時間を測定するなどの点検作業は不可能であった。このような点検作業はコストが非常にかかった。しかも、異常の兆候を速い段階で把握するためには、点検周期を短くして点検作業を頻繁に行う必要があり、作業効率が低かった。したがって、異常の兆候を早期に発見して優れた安全性を確保することと、面倒な作業を省いて経済性を向上させること、この二つを両立させることが求められていた。

また、万が一、タップ切換動作中に異常が発生した場合、従来技術では異常の有無は判別できても、異常が起きた時の切換開閉器の動作状態（例えば駆動軸の回転角度）がわからなかった。したがって、切換開閉器の故障部位を推定することは困難であり、やはり、変圧器をいったん停止して切換開閉器を変圧器タンクから吊り上げてからでないと、故障部位を確認できなかった。

本発明は、以上の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、変圧器の運転中であっても切換開閉器の切換動作状態を直接監視でき、変圧器を停止して切換開閉器を変圧器タンクから吊り上げることなく、異常が発生した部位までも判別することが可能な安全性及び経済性に優れた負荷時タップ切換器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、次のような構成を有している。本発明は、回路の開閉を行う切換開閉器と、変圧器タップ巻線から引き出されたタップを選択するタップ選択器とが変圧器タンク内に収納され、前記切換開閉器には弾性エネルギーを蓄える蓄勢ばねと、速切の切換動作を行う遮断部と、前記蓄勢ばねの蓄えた弾性エネルギーをトルクとして前記遮断部に駆動力を伝達する駆動軸とが設けられた負荷時タップ切換器であって、その特徴は、前記駆動軸の動作に要する時間、動作中の角速度及び動作角度の少なくとも一つを検出する駆動軸センサと、前記駆動軸センサの検出結果に基づいて前記切換開閉器の異常状態を判定する診断処理部が設置された点にある。
また、本発明の他の特徴は、前記蓄勢ばねの蓄えた弾性エネルギーを受けて直線的にスライドする蓄勢ケースが接地電位に設けられ、前記蓄勢ケースには前記駆動軸センサに近接してシャフトが配置され、前記シャフトに接触して前記蓄勢ケースのスライド動作に伴って回動する回動アームが取り付けられ、前記駆動軸センサは前記回動アームに接続され、該回動アームの動作を介して前記駆動軸の動作に要する時間、動作中の角速度及び動作角度の少なくとも一つを検出するように構成された点にもある。

このような本発明では、駆動軸センサが、駆動軸の動作に要する時間、動作中の角速度及び動作角度の少なくとも一つを検出し、診断処理部が、駆動軸の動作時間、動作速度、動作角度のいずれかの要素、あるいはその組合せから、切換開閉器の異常状態及び異常箇所を正確に判定することができる。
更に、大地電位である蓄勢ケースを介して駆動軸の動作を検出するため、絶縁構成を考慮せずに済むといったメリットがあるため、コンパクトな検出装置が実現可能となり、構成の簡略化をより進めることができる。

本発明の負荷時タップ切換器によれば、駆動軸の動作時間、動作角速度及び動作角度の少なくとも一つを監視することで、切換開閉器の切換動作状態を直接監視でき、切換開閉器を変圧器タンク内に収納させたままでも、異常の有無のみならず異常発生部位までも判別可能であり、しかも変圧器を停止して切換開閉器を変圧器タンクから吊り上げるといった面倒な点検確認作業が不要なので、安全性及び経済性が大幅に向上した。

発明の実施の形態

（１）第１の実施形態…参考例
［構成］
以下、本発明の参考例である第１の実施形態について、図１〜図７を参照して、具体的に説明する。なお、図８〜図１０に示した従来技術と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。まず、図１及び図２を用いて第１の実施形態の構成について説明する。

図１に示すように、駆動軸４には、その動作に要する時間Ｔと、動作角度θを検出する駆動軸センサ１７が取り付けられている。駆動軸センサ１７には信号検出部１８を介して診断処理部１９が電気的に接続されている。信号検出部１８は駆動軸センサ１７の検出信号を処理する部分であり、診断処理部１９は信号検出部１８の出力信号を受け取って監視し、切換開閉器２４の状態を判定する部分である。なお、図２のグラフは、駆動軸センサ１７が検出した駆動軸４の切換動作に要する時間及び動作角度に基づいて導いた駆動軸４の動作波形である。

次に、診断処理部１９の診断処理について詳しく述べる。診断処理部１９は駆動軸センサ１７により検出された切換動作中の駆動軸４の動作時間Ｔ及び動作角度θを監視すると共に、動作時間Ｔ及び動作角度θから切換動作中の角速度ω（ｄθ／ｄＴ）を割り出して、これも併せて監視するようになっている。そして、診断処理部１９では基準となる動作時間、動作角度及び角速度を予め設定しておき、これと比較することで、次のような診断を行う。

まず、駆動軸センサ１７の検出した動作時間及び角速度が、予め設定された基準値を超過した場合、駆動軸４の動作時間が正常状態よりも遅いと判断して、切換動作が緩慢であって要注意であると診断する。また、駆動軸センサ１７の検出した動作時間及び角速度値が、予め設定された基準値に満たない場合には、駆動軸４の動作時間が正常状態よりも速いと判断して、遮断部５の負荷が通常よりはるかに小さく、異常が発生していると診断する。さらに、駆動軸センサ１７の検出した動作角度が、予め設定された動作角度に達しないとき、駆動軸４は中間停止したと考えられ、異常であると診断する。しかも、異常が発生した場合、異常発生時の駆動軸４の回転角度を把握するようになっている。

［作用効果］
以上のような構成を有する第１の実施形態によれば、切換動作中の駆動軸４の動作時間Ｔ及び動作角度θを、駆動軸センサ１７が検出する。そして、この検出結果に基づいて診断処理部１９が駆動軸４自体の動作状態を診断することにより、切換開閉器２４の動作特性を直接監視することができる。したがって、従来の異常検出技術のように、ノイズ等の影響を受け易い間接的な要因（振動、音、電流、温度等）を診断対象とすることがなく、常に優れた検出精度を確保することができる。

また、変圧器タンク２５内に収納したまま、切換開閉器２４の動作特性をダイレクトに監視するので、異常の兆候を早期に発見可能であり、優れた安全性を発揮できる。しかも、異常を発見した場合でも、従来では変圧器をいったん停止し、切換開閉器２４を変圧器タンク２５から吊り上げていたが、本実施形態によれば、このような作業は不要であり、作業コストが低減する。つまり、安全性の確保と、経済性の向上を両立させることができる。

さらに、タップ切換動作中に異常が発生した場合、従来技術では異常の有無は判別できても、異常が起きた時の切換開閉器の動作状態がわからなかった。しかし、本実施形態によれば、異常発生時の駆動軸４の回転角度を把握しているので、そこから切換開閉器２４の故障部位を容易に推定することができる。すなわち、変圧器を停止させて切換開閉器２４を変圧器タンク２５から吊り上げた上で、故障部位を確認するといった面倒な作業を省くことができ、この点からも安全性及び経済性の向上に寄与することができる。

（２）第２の実施形態…本発明の実施例
［構成］
続いて、図３〜図５を用いて、本発明の実施例である第２の実施形態を説明する。図３は、頭部蓋１を外した状態で頭部２部分を上方から見た第２の実施形態の要部の平面図、図４は第２の実施形態の要部の側面図、図５は第２の実施形態の動作説明図である。

本実施の形態による切換開閉器では、蓄勢ケース１０にはシャフト２０が、駆動軸センサ１７にはシャフト２３が、それぞれ立ち上げられている。シャフト２０の先端部にはローラ２１が回転自在に取り付けられている。シャフト２３にはシャフト２３を中心に回転可能とした回動アーム２２が設置されている。回動アーム２２の先端部には長穴２２ａが形成されており、ここにシャフト２０のローラ２１が摺動自在に嵌合されている。

［作用効果］
以上のような構成を有する第２の実施形態において、切換動作を行った時、蓄勢ケース１０は、図５の実線矢印または破線矢印のようにシャフト２０と共に直進運動する。シャフト２０先端のローラ２１は回動アーム２２先端部の長穴２２ａに接触しているため、シャフト２０が蓄勢ケース１０の直進運動と共にスライドすると、回動アーム２２はシャフト２３を中心に回転する（図５参照）。このときのシャフト２３の角速度、動作角度を、駆動軸センサ１７が検知する。

このような第２の実施形態によれば、前記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、大地電位である蓄勢ケース１０を介して駆動軸４の動作を検出するため、絶縁構成を考慮せずに済むといったメリットがある。このため、コンパクトな検出装置が実現可能となり、構成の簡略化をより進めることができる。

（３）第３の実施形態…本発明の実施例
［構成］
次に、図６〜図７を用いて、本発明の実施例である第３の実施形態を説明する。図５は、頭部蓋１を切り欠いた状態で頭部２部分を上方から見た第３の実施形態の要部の平面図、図４は第３の実施形態の要部の側面図である。

本実施の形態では、前記第２の実施形態に改良を加えたもので、駆動軸センサ１７が頭部蓋１の上面、つまり変圧器タンク２５の外部に配置された点に構成上の特徴がある。

［作用効果］
このような構成を持つ第３の実施形態では、上記第２の実施形態の作用効果に加えて、駆動軸センサ１７を変圧器タンク２５の外部に配置することにより、駆動軸センサ１７が故障した場合でも、その交換を極めて容易に実施できるといった独自の作用効果がある。

（４）他の実施形態
なお、本発明に係る負荷時タップ切換器は、上記実施形態に限定されるものではなく、構成部材の形状や配置数や配置箇所については適宜変更可能である。

本発明に係る第１の実施の形態の断面図。駆動軸の動作波形のグラフ。本発明に係る第２の実施の形態の要部平面図。第２の実施の形態の要部側面図。第２の実施の形態の動作を説明するための説明図。本発明に係る第３の実施の形態の要部平面図。第３の実施の形態の要部側面図。従来の負荷時タップ切換器の断面図。従来の負荷時タップ切換器の蓄勢装置の平面図。従来の負荷時タップ切換器の蓄勢装置の側面図。

符号の説明

１…頭部蓋
２…頭部
３…蓄勢装置
４…駆動軸
５…遮断部
６…絶縁筒
７…タップ選択器
８…巻上げケース
９…爪
１０…蓄勢ケース
１１…蓄勢ばね
１２…クランク
１３、２１…ローラ
１４…キャッチ
１５…偏心カム
１６…緩衝装置
１７…駆動軸センサ
１８…信号検出部
１９…診断処理部
２０、２３…シャフト
２２…回動アーム
２４…切換開閉器
２５…変圧器タンク
ω…切換動作中の角速度
θ…切換動作角度
Ｔ…切換動作に要する時間

Claims

回路の開閉を行う切換開閉器と、変圧器タップ巻線から引き出されたタップを選択するタップ選択器とが変圧器タンク内に収納され、前記切換開閉器には弾性エネルギーを蓄える蓄勢ばねと、速切の切換動作を行う遮断部と、前記蓄勢ばねの蓄えた弾性エネルギーをトルクとして前記遮断部に駆動力を伝達する駆動軸とが設けられた負荷時タップ切換器において、
前記駆動軸の動作に要する時間、動作中の角速度及び動作角度の少なくとも一つを検出する駆動軸センサと、
前記駆動軸センサの検出結果に基づいて前記切換開閉器の異常状態を判定する診断処理部が設置され、
前記蓄勢ばねの蓄えた弾性エネルギーを受けて直線的にスライドする蓄勢ケースが接地電位に設けられ、
前記蓄勢ケースには前記駆動軸センサに近接してシャフトが配置され、
前記シャフトに接触して前記蓄勢ケースのスライド動作に伴って回動する回動アームが取り付けられ、
前記駆動軸センサは前記回動アームに接続され、該回動アームの動作を介して前記駆動軸の動作に要する時間、動作中の角速度及び動作角度の少なくとも一つを検出するように構成されたことを特徴とする負荷時タップ切換器。
前記駆動軸センサは変圧器タンクの外部に配置された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。