JP5276961B2 - 負荷時タップ切換器 - Google Patents

Description

本発明は、負荷時タップ切換器に係わり、特に柱上変圧器などの設置場所が公衆から隔離されないものの騒音減少に関する。

負荷時タップ切換器には、電気学会 電気規格調査会標準規格 JEC-2220「負荷時タップ切換装置」の６．３．２に記載するエネルギー蓄勢機構を具備しなければならない。これは駆動装置がタップ切換の途中で停止しても切換開閉器の通電用接触子がタップ切換前後のいずれかの接触位置にある構造でなければならないためである。

このためタップ切換器は、蓄勢装置として蓄勢バネを、カム、レバーなどの従節機構により切換開閉部を動作せしめる操作装置を具備することが一般的となっている。
特開平７−１９２９３９号公報

以下に従来の負荷時タップ切換器の一例を図７、図８を用いて説明する。

この例では変圧器本体と負荷時タップ切換器がともに同タンク内に収納され、絶縁油中に没して使用される油中遮断型の負荷時タップ切換器である。絶縁台座１５の円周上に固定電極１を配置し、前記固定電極１上を可動電極２が上下から挟み込み、回転スライドするよう絶縁板３の両翼に前記可動電極２を具備し、前記絶縁板３の回転軸を１タップ毎に溝を刻んだゼネバホイール４に固定する。

出力カム５のピン５aがを前記ゼネバホイール４の切り欠き４aに嵌合されたときはゼネバホイール４を回転させ、ピン５ａと切り欠き４aが離れたときは前記出力カム５の内周円５ｄがゼネバホイール４の外周円４ｂと摺動するよう(図4)にフレーム１１上に前記ゼネバホイール４と出力カム５を固定する。出力カム５の同軸上には出力レバー６を備え、前記出力レバー６の作用軸中心にバネフック１４を設け、前記バネフック１４の小穴１４ａに丸フック形の引っ張りバネ１３を掛け、引っ張りバネ１３のもう一方はフレーム１１を固定する支柱１２上の穴１２ａに固定した割ピン１６頭に引っかける。前記出力レバー６の回転軸と同軸上には入力カム７を備える。

以下に動作を説明する。
入力カム７を時計回りさせると前記入力カム７の切り欠き部７ａが出力レバー６のピン６ａを押し、前記出力レバー６を時計回り方向へ回転させる。出力レバー６が回転すると引っ張りバネ１３を引っ張り蓄力していく。前記出力レバー６が１８０度回転すると、引っ張りバネ１３は最大蓄力位置に達し、さらに＋α角移動すると出力カム７のバネ死点を超えて蓄力を開放する。前記引っ張りバネ１３の蓄力が開放されると出力レバー６のもう一端のピン６ｂが出力カム５の切り欠き部５ｂを押しながら回転し、出力カム５のピン５ａがゼネバホイール４の切り欠き部４ａに接触し、ゼネバホイール４を回転せしめる。ゼネバホイール４が回転すると一体に固定された絶縁板３が同期回転し、その両翼の可動電極２が固定電極１上をスライドし、隣接する次タップへと切り換わる。前記出力カム５がゼネバホイール４の１つの切り欠き溝を通過すると、出力カム５の内周円５ｃがゼネバホイール４の外周円４ｂと摩擦摺動し、ゼネバホイール４の回転を停止する。

出力カム５に与えられた慣性力は、出力カム５のもう一方の切り欠き部５ｃが出力レバー６のピン６ｂに衝突して停止する。このとき大きな衝突音が発生する。なお、反時計回りでは上記に記載した動作の逆動作となる。

従来の負荷時タップ切換器においては、エネルギー蓄勢にバネを使用し、バネ蓄力を直接回動エネルギーに変換するため、その慣性力でタップ切換毎に機械衝突による騒音を発生していた。

ところが、負荷時タップ切換器に求められる市場の要求としては、公衆設置における騒音被害の無いような低騒音化が望まれてきた。

しかしながら、負荷時タップ切換器は、組み合わされる変圧器負荷に相当する電流を通電、切り換えする必要がある。接触部は電流を通過させるために一定の接触圧が必要であるため、この接触圧を減少させることはできない。よって接触部を動作させるためには一定のエネルギーが必要となる。必要なバネ力を得て、接触部の摩擦に打ち勝つエネルギーを得ようとすると、接触子のスピードがより一層加速し、動作後の慣性力による空走スピードも速くなるために、タップ切換毎の騒音も増加するという問題点があった。

さらには交流電流遮断においては電流ゼロ点で遮断するというのが一般的なアーク遮断理論であるが、バネエネルギーが大きすぎると、隣接し合うタップ間への切換時間が短くなり、電流遮断動作ストローク中に電流ゼロ点を通過できなくなるという問題点があった（ここでいう電流ゼロ点とは日本においては関東地区では５０Hzのため１０ms毎に、関西地区では６０Hｚのため８．６ms毎である）

本発明は、上記課題を解消するもので、蓄勢装置に減衰機能を一体化し、動作スピードの調整、タップ切換時の騒音減少を図った低騒音の負荷時タップ切換器を提供することを目的とする。なお、ここで言う動作スピードとは電流遮断時間を考慮して切換時間を１０〜２０ｍｓにすることが望ましい

上記目的を達成するために講じた本発明の手段は次のとおりである。
主接触部は固定電極１を挟み込む形で可動電極２を絶縁板３で支持し、ゼネバホイール４の中心軸と同軸上で同期回転するよう固定する。
ゼネバホイール４の駆動輪となる出力カム５の内周円５ｄを前記ゼネバホイール４の外周円４ｂに接触回転可能に支持し、出力カム５の回転軸と同軸上に出力レバー６、入力カム７を回転可能に支持する。
前記出力レバー６の作用軸にはピストンフック１０を回転可能に支持し、フックバネ８の一端を前記ピストンフック１０に固定する。前記ピストンフック１０はピストン部１０ａをシリンダーフック９のシリンダー９ｂとスライド可能に装着し、フックバネ８のもう一端を前記シリンダーフック９に固定する。
フックバネ８の内側にはシリンダフック９、シリンダー９ｂ、ピストンフック１０およびピストン１０ａを配置する。
前記シリンダーフック９は回転可能に支柱１２と固定する。
シリンダー９ｂのシリンダーフック９の近傍に油排出孔９ａを設け、油がシリンダーに出入りする流量が前記油排出孔９ａにより規制される事によりタップ切換器の動作スピードを調整するとともに、切換動作後の慣性エネルギーを減衰し、切換時の騒音を減少させたことを特徴とする負荷時タップ切換器。
本構成によりタップ切換器の動作スピードを調整するとともに、切換動作後の慣性エネルギーを減衰し、切換時の騒音を減少させたことを特徴とする負荷時タップ切換器を提案するものである。
また、請求項２における発明は、請求項１において油排出孔９ａが複数である負荷時タップ切換器である。
請求項３における発明は請求項１の油排出孔９ａをシリンダー内径とピストン外径の隙間で代用する負荷時タップ切換器である。

本発明は上記構成を備え、次の効果を有する。このように構成すると、動作スピード（電流遮断スピード）の調整とタップ切換時の騒音を減少することができる。

本発明の実施例を図１を用いて説明する。

図１は、本発明の請求項１に記載の特徴を有する一実施の形態例を示す負荷時タップ切換器の斜視図である。
本実施例も従来例と同様に変圧器本体とともに同タンク内に収納し、絶縁油中に没して使用される油中遮断型の負荷時タップ切換器での一例である。

主接触部は絶縁板３で可動電極２を支持し、該可動電極２が固定電極１を挟み込む形で接触する。 ゼネバホイール４は絶縁板３と同軸上で同期回転するよう固定されている。

ゼネバホイール４の駆動輪となる出力カム５はゼネバホイール４の外周円に回転可能に支持され、出力カム５と同軸上に出力レバー６、入力カム７が回転可能に支持される。
前記出力レバー６の作用軸にはピストンフック１０を回転可能に支持し、フックバネ８を固定する。この実施例でのフックバネは引っ張りバネである。

前記ピストンフック１０から延伸したピストン１０aはシリンダーフック９から伸びてきているシリンダー９ｂ内にスライド可能に挿嵌され、フックバネ８のもう一端を前記シリンダーフック９に固定する。シリンダーフック９のフック部はバネ部の支点となるよう回転可能に支柱１２に固定される。

以下動作の詳細を図３、図４（ａ）〜（ｅ）にて説明する。
図３に示すように蓄勢装置は、フックバネ８の内側にシリンダーフック９およびピストンフック１０を有し、フックバネ８を両者にねじり掛ける構造である。シリンダーフック９には絶縁油４００注入、排出用の油排出孔９ａが開けられている。

図４（ａ）〜（ｅ）は動作時の蓄勢装置、ゼネバホイール４、出力カム５、出力レバー６、切換開閉器部（固定電極１，可動電極２，絶縁版３、ゼネバホイール４）の相関図を表す。
（ａ）では出力レバーは動作前の位置であり、ここから出力レバー６を背面から見て時計回りさせたときの各部の動作を（ｂ）〜（ｅ）で表す。２点鎖線で表示されるフックバネ８は最も縮んだ状態で力を外部に及ばしていない。出力レバー６が時計回りに回転し、ピン６ｂもそれにしたがって回転を始める。（ｅ）位置まで移動したときが１タップ分の動作である。

（ｂ）では出力レバー６が９０度回転した位置であり、この時は油排出孔９ａより絶縁油４００を注入しながらフックバネ８を引っ張って蓄力していく。この過程では出力レバー６のピン６ｂが出力カム５の切欠き５ｃに達していないので切換開閉器（ゼネバホイール４、絶縁板３、可動電極２）は回転動作しない。

（ｃ）では出力レバー６は上記（ａ）の位置からから180度回転せしめた位置にあり、フックバネ８は最大蓄力位置に達し、シリンダー９ｂ内にも絶縁油４００が最高位置まで充填される。この位置から＋α角移動するとバネ死点を超えて蓄力エネルギーは一気に開放される。この位置では出力レバー６のピン６ｂが出力カム５の切り欠き５ｃに接触し、出力カム５を回転させるが、出力カム５のピン５aがゼネバホイール４の切り欠き４aに達していないので切換開閉器（ゼネバホイール４、絶縁板３、可動電極２）は回転動作しない。

（ｄ）においてはフックバネ８に蓄力したバネエネルギーが一気に開放され、出力レバー６のピン６ｂが出力カム５の切り欠き５ｃを押しながら回転し、出力カム５のピン５ａがゼネバホイール４の切り欠き４ａに歯合し、ゼネバホイール４を回転せしめる。ゼネバホイール４と同期回転するよう固定された絶縁板３はその回転とともに可動電極２を回動させ、固定電極１の隣接し合う次タップへと回転移動する。この時、シリンダーフック９のシリンダー９ｂ内に充填された絶縁油４００は油排出孔９ａから排出される。油排出の際の流体抵抗によりバネエネルギーが緩和され、バネ縮み速度が遅くなる。

（ｄ）〜（ｅ）における位置では前記（ｃ）〜（ｄ）における位置への移動と同様に、シリンダーフック９のシリンダー９ｂ内に充填された絶縁油４００を排出しながらゼネバホイール４を回転してゆく。（ｅ）においてはフックバネ８は最縮となり力を及ぼさないが慣性でこの位置まで到着する。ゼネバホイール４は、出力カム５の内周円５ｄと外周円４ａとが摩擦接触し、回転を停止する。このとき切換開閉器は可動電極２が固定電極１の隣接し合う次タップへと完全に切り換わる。出力レバー６は、フックバネ８の最縮位置にて停止し、出力レバー６に与えられた慣性エネルギーは切り欠き５ｂとピン６ｂが衝突することで消滅する。従来技術では切り欠き５ｂがピン６ｂと衝突する音が大きいという問題があった。

本実施例の負荷時タップ切換器と変圧器と組み合わせた構成例を図５に示す。
柱上変圧器タンク１００底部に変圧器本体２００を固定し、前記変圧器本体２００の上部に負荷時タップ切換器３００を固定する。負荷時タップ切換器３００の切換開閉器３０１および蓄勢装置３０２は絶縁油４００に浸される位置に配置される。

従来例および本実施例のスピード試験データ実測値を図６示す。
（ａ）は図８に示す従来例のストロークカーブで（ｂ）は図１に示す本発明のストロークカーブである。
（ａ）従来例では全ストロークＳを移動するのに要する時間はダンピングを含めた時間でｔ１＝４７ｍｓであり、ダンピングを含めない時間ｔ２では２９ｍｓである。このストローク中に可動電極は固定電極から開離し、隣り合う固定電極に回転移動する。その移動時間は開極時間ｔｓで表される。（ａ）従来例での開極時間ｔｓ＝５ｍｓである。
（ｂ）本発明では全ストロークＳを移動するのに要する時間ｔ１は６３ｍｓであり、本実施例で説明した蓄勢装置のスピード緩和効果により、ダンピングの発生は見られない。（ｂ）本実施例での開極時間ｔｓは１２ｍｓである。
蓄勢装置の作用により、スピードが遅くなるので、出力レバー６のピン６ｂに当たる衝突エネルギーが減少し、切換騒音も減少する。（ａ）従来例と（ｂ）本発明の騒音を同じ測定条件で測定した結果、（ａ）では７５ｄＢ、（ｂ）では６０ｄＢとなった。

なお、本実施例のスピード緩和性能を実現する手段として、油排出孔９ａの大きさによる調整を行っているが、この他に孔の数による調整、シリンダー部の断面積による調整、シリンダー内径、ピストン外径の隙間による調整、バネのサイズ、ヤング率選択による調整、バネのシリンダー、ピストンへの取付位置による調整がある。

本発明は小型で低騒音の負荷時タップ切換器に適用されるため、柱上変圧器に内蔵されるものに利用可能性が高い。さらにはこの他にも歩道部を含む路上に接地される路上用変圧器、電気室に設置の借室変圧器等、多くの電力用変圧器に適用されるものである。

本発明の実施例をもつ負荷時タップ切換器の斜視図である。 図１の負荷時タップ切換器蓄勢装置の斜視図である。 図１の負荷時タップ切換器蓄勢装置の詳細平面図である。 本発明の実施例をもつ蓄勢装置、切換開閉器の動作平面図である。 本発明の負荷時タップ切換器の変圧器組合せ例である。 本発明と従来例の動作スピード実測のオシロデータである。 従来例の負荷時タップ切換器の斜視図である。 図７の負荷時タップ切換器蓄勢装置の斜視図である。

符号の説明

１ 固定電極
２ 可動電極
３ 絶縁板
４ ゼネバホイール
４ａ 切り欠き
４ｂ 外周円
５ 出力カム
５ａ ピン
５ｂ 切り欠き
５ｃ 切り欠き
５ｄ 内周円
６ 出力レバー
６ａ ピン
６ｂ ピン
７ 入力カム
７ａ 切り欠き
８ フックバネ
９ シリンダーフック
９ａ 油排出孔
９ｂ シリンダー
１０ ピストンフック
１０ａ ピストン
１１ フレーム
１２ 支柱
１２ａ 穴
１３ 引っ張りバネ
１４ フック板
１５ 絶縁台座
１００ 変圧器タンク
２００ 変圧器
３００ 負荷時タップ切換器
３０１ 切換開閉器
３０２ 蓄勢装置
４００ 絶縁油

Claims (3)

1. タップ切換の主接触部は固定電極を挟み込む形で可動電極を絶縁板で支持し、
   ゼネバホイールの中心軸と同軸上で同期回転するよう固定し、
   ゼネバホイールの駆動輪となる出力カムの内周円を前記ゼネバホイールの外周円に接触回転可能に支持し、
   出力カムの回転軸と同軸上に出力レバー、入力カムを回転可能に支持し、
   前記出力レバーの作用軸にはピストンフックを回転可能に支持し、
   フックバネの一端を前記ピストンフックに固定し、
   前記ピストンフックはピストン部をシリンダーフックのシリンダーとスライド可能に装着し、
   フックバネのもう一端を前記シリンダーフックに固定し、
   フックバネの内側にシリンダーフック、シリンダー、ピストンフック、およびピストンを配置し、
   前記シリンダーフックは回転可能に支柱と固定し、
   前記シリンダーのシリンダーフックの近傍に油排出孔を設け、
   油がシリンダーに出入りする流量が前記油排出孔により規制される事によりタップ切換器の遮断スピードを調整するとともに、
   切換動作後の慣性エネルギーを減衰し、切換時の騒音を減少させたことを
   特徴とする負荷時タップ切換器。
   
2. 請求項１において油排出孔が複数である負荷時タップ切換器
3. 請求項１の油排出孔をシリンダー内径とピストン外径の隙間で代用する負荷時タップ切換器