JP5286610B2 - タップ切換装置 - Google Patents

Description

本発明は、タップ切換装置に関し、特に、補助接点を用いるタップ切換装置に関する。

変圧器に負荷が接続された状態で変圧器の巻数比を無停電で切り換えるため、負荷時タップ切換装置（ＬＴＣ：Load Tap-Changer）が用いられている（たとえば、特開昭５９−２０８８１４号公報（特許文献１）、特公平４−７０８４号公報（特許文献２）、特表平１１−５０４７５５号公報（特許文献３）、特開昭６０−４７４０５号公報（特許文献４）参照）。負荷時タップ切換装置は、変圧器のコイルに設けられたタップを選択するタップ選択器と、タップ選択の切り換え時に負荷電流経路を切り換える切換開閉器とを備える。この切換開閉器は、絶縁雰囲気下で負荷電流経路を切り換えるために、絶縁油などの絶縁媒体中に置かれる。

切換開閉器は、タップ切り換え時の橋絡電流を制限するための限流抵抗と、電流開閉素子である真空バルブとを含み、１相当たりの限流抵抗の使用数および真空バルブの使用数から１抵抗２バルブ、１抵抗３バルブ、および２抵抗４バルブ等の方式がある。

コンパクト化が求められる切換開閉器にとって、構造上収納効率のあまりよくない真空バルブの数量は少ない方が良い。このため、真空バルブの数が最も少ない１抵抗２バルブが最も有利である。

１抵抗２バルブのＬＴＣの一例として、たとえば、特公昭６０−４０６９１号公報（特許文献５）には、２つの通電固定接点と１つの通電可動接点とで構成されるメイク・アフター・ブレイク形の補助接点が開示されている。

また、１抵抗２バルブのＬＴＣにおける具体的な回路が、特公昭６０−４０６９２号公報（特許文献６）および特許第３３５６４４６号公報（特許文献７）に開示されている。

特開昭５９−２０８８１４号公報 特公平４−７０８４号公報 特表平１１−５０４７５５号公報 特開昭６０−４７４０５号公報 特公昭６０−４０６９１号公報 特公昭６０−４０６９２号公報 特許第３３５６４４６号公報

ところで、ＬＴＣでは、複数の真空バルブを含む真空バルブユニットと、真空バルブを無停電で切り換えるための補助接点ユニットとを所定のシーケンスどおり機械的に動作させる必要がある。また、電気的には、奇数側および偶数側の各タップ間に常時印加される電圧に耐える絶縁強度をＬＴＣに持たせる必要がある。特許文献６および７に記載されているＬＴＣでは、これらを達成し易くするために、真空バルブユニットおよび補助接点ユニットをそれぞれ上下２段に配置し、スペースの余裕を設けている。しかしながら、このような構成では、切換開閉器が長くなり大型になるという問題点があった。

より詳細には、奇数側および偶数側の各タップに対応する固定接点間には上記のように常時電圧が印加されているため、奇数側および偶数側の固定接点間は絶縁する必要があり、所定の絶縁距離を確保しなければならない。この絶縁距離は、たとえば特許文献７に記載のＬＴＣでは、円周上に配列された固定接点の配列半径と配列間隙角度とに依存する。

また、ＬＴＣは、三相交流の変圧器に使用される場合が多く、この場合、１抵抗２バルブの切換開閉機構が３相分必要となる。そして、特許文献７に記載のＬＴＣでは、相間絶縁を必要としない中性点に３相分の切換開閉機構を接続し、かつ同一平面の円周上に各切換開閉機構を配置する構成がとられている。

このため、１相分の１抵抗２バルブの切換開閉機構を、円周３等分である１２０°以内の角度範囲に収める必要がある。つまり、３相分を円周上に配列すると１相分の動作範囲（可動接点が正逆回転運動を行なう範囲の角度）は１２０°以下となる。さらに、１２０°以内の動作範囲から、真空バルブの動作区間と真空バルブの開極によって電流遮断される際にアークが生ずる区間に余裕を見込んだ区間とを差し引いた残りの区間で固定接点間の切り換えを行なわなければならない。

したがって、奇数側および偶数側の固定接点間に必要な絶縁距離を確保しようとすれば必然的に固定接点の配列半径を大きくする必要が生じる。ところが、配列半径を大きくすると切換開閉器の直径が大きくなり、絶縁物で構成される切換開閉器容器を製造面およびコスト面で不利となる大口径なものにする必要が生じてくる。

このような問題を回避するため、真空バルブユニットおよび補助接点ユニットの各々が必要とする距離を確保できる最小の配列半径を設定するとともに、特許文献６および７に記載されているように、真空バルブユニットおよび補助接点ユニットを上下２段に配置して切換開閉器容器を小口径化する方法が実用上とられている。

しかしながら、切換開閉器容器を小口径化すると切換開閉器が長くなるため、ＬＴＣが全体として長くなってしまい、ＬＴＣの大型化は避けられないという問題点があった。

なお、特許文献１に記載のＬＴＣでは、主接点用真空スイッチおよび補助接点用真空スイッチが同一平面状に配置されているが、１抵抗２バルブ方式で用いられる補助接点すなわち上記の固定接点および可動接点については何ら開示されていない。また、主接点用真空スイッチおよび補助接点用真空スイッチが円周上に配置されているだけの構成であるため、これらの数が増えると切換開閉器の直径が大きくなってしまう。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、小型化を図ることが可能なタップ切換装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるタップ切換装置は、コイルを含む変圧器の巻数比を切り換えるためのタップ切換装置であって、絶縁媒体により満たされる筐体と、上記筐体外に設けられ、上記変圧器の含むコイルにおける複数の位置に設けられた複数のタップの中から少なくとも１つのタップを選択するタップ選択器と、上記筐体内に設けられ、上記タップ選択器によって選択されている上記タップと所定ノードとの間の負荷電流が流れる接点を含み、上記接点を開閉する切換開閉器とを備え、上記切換開閉器は、所定軸を中心に回転する出力部材と、上記タップ選択器を介して異なる上記タップにそれぞれ電気的に接続される複数の固定接点と、上記出力部材の回転に伴って作動し、上記複数の固定接点と選択的に接続する可動接点と、上記複数の固定接点のいずれかに接続された限流抵抗と、上記所定ノードおよび上記限流抵抗の間に接続された第１の真空バルブと、上記所定ノードおよび上記可動接点の間に接続された第２の真空バルブとを含み、上記可動接点、上記複数の固定接点ならびに上記第１の真空バルブおよび上記第２の真空バルブは、上記所定軸に直交する同一平面に交わるように設けられ、上記可動接点は、上記所定軸を中心とする半径方向に上記複数の固定接点ならびに上記第１の真空バルブおよび上記第２の真空バルブよりも内側に設けられている。

本発明によれば、小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置の構成を示す断面図である。 図１に示す負荷時タップ切換装置における切換開閉器の主要部を示す断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った切換開閉器の断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、切換開閉器における１相分の固定接点および可動接点の開閉動作を時系列的に示す図である。 （ａ）〜（ｉ）は、本発明の実施の形態に係る切換開閉器が接点の切り換えを行なう際の動作を示す図である。 切換開閉器における各部の動作シーケンスを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置の構成を示す断面図である。
図１を参照して、負荷時タップ切換装置１０１は、タップ選択器２１と、絶縁媒体たとえば絶縁油により満たされる筐体としての切換開閉器容器２３と、切換開閉器容器２３に配置される切換開閉器２２とを備える。切換開閉器２２は、負荷電流が流れる接点（スイッチ）６０を含み、この接点６０を開閉する。接点６０は、後述する真空バルブＶＳＭおよびＶＳＲに対応する。

タップ選択器２１は、切換開閉器容器２３外に配置され、変圧器１０の含むコイル（巻線）１１における複数の位置に設けられた複数のタップの中から少なくとも１つのタップを選択する。タップ選択器２１は、選択したタップと、後述する切換開閉器２２においてタップに対応して設けられた固定接点とを電気的に接続する。タップ選択器２１は、絶縁油により満たされる変圧器タンク１３内にコイル１１とともに収容されている。

切換開閉器２２は、タップ選択器２１と電気的に接続されており、タップ選択器２１によって選択されているタップと所定ノードたとえばコイル１１の出力側端子との間の負荷電流が流れる接点６０を有する。切換開閉器２２は、この接点６０を開閉することにより、コイル１１のタップ切り換え時、タップ選択器２１によって選択されている各タップとコイル１１の出力側端子との間の電流経路を切り換える、すなわちタップ選択器２１によって選択されている各タップとコイル１１の出力側端子との間に流れる負荷電流をオン・オフする。ここで、コイル１１の出力側端子は、たとえば、コイル１１が三相コイルの場合、三相コイルの中性点である。

負荷時タップ切換装置１０１は、駆動装置２４と連結され、かつ変圧器１０に取付けられている。変圧器１０の外側には、切換開閉器２２およびタップ選択器２１を駆動するための駆動装置２４が設けられている。駆動装置２４は、駆動源であるモータを収容する電動操作機構部２７と、電動操作機構部２７から切換開閉器２２およびタップ選択器２１に駆動力を伝達する駆動力伝達部２５とを備える。

続いて、負荷時タップ切換装置１０１の行なうタップ切り換えの一例について簡単に説明する。

タップ選択器２１は、変圧器１０の含むコイル１１における複数の位置に設けられた複数のタップのうち、第１のタップのみを選択している状態から第１のタップおよび第２のタップを選択している状態への切り換えを行ない、そして、第１のタップおよび第２のタップを選択している状態から第２のタップのみを選択している状態への切り換えを行なう。

切換開閉器２２は、タップ選択器２１が第１のタップおよび第２のタップの選択状態から第２のタップのみの選択状態への切り換えを行なう前に、接点６０を介した第１のタップとコイル１１の出力側端子との間の電気的接続から接点６０を介したコイル１１の出力側端子と第２のタップとの間の電気的接続へ切り換える。ここで、切換開閉器２２は、コイル１１の出力側端子と第１のタップおよび第２のタップの両方とが限流抵抗を介して接続されているブリッジ状態をつくることにより、第１のタップおよび第２のタップの少なくとも一方とコイル１１の出力側端子との接点６０を介した電気的接続が遮断されないように負荷電流経路の切り換えを行なう。

このようにして、負荷時タップ切換装置１０１は、変圧器１０のコイル１１に設けられたタップを負荷運転中に切り換えることにより、変圧器１０の巻数比を無停電で切り換え、変圧器１０の出力電圧を調整する。

続いて、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置１０１の構造について詳細に説明する。

図２は、図１に示す負荷時タップ切換装置における切換開閉器の主要部を示す断面図である。

図２を参照して、切換開閉器２２は、蓄勢機構５７と、出力軸５８と、補助接点ユニット７３と、真空バルブユニット７４とを含む。補助接点ユニット７３は、出力部材８９および補助接点９１を含む。補助接点９１は、固定接点６３と、可動接点８１とを含む。固定接点６３は、ばね６４と、接続部６５とを含む。接続部６５は、可動接点８１の回転に伴って可動接点８１と接触および非接触を繰り返す部分である。蓄勢機構５７は、ばねから形成されている。蓄勢機構５７は、図示しないギヤおよび駆動軸を介して図１に示す駆動力伝達部２５に連結されている。出力部材８９は、仮想軸である中心軸７１を中心に回動自在に設けられている。出力部材８９は、出力軸５８を介して蓄勢機構５７に連結されている。

駆動力伝達部２５から図示しないギヤおよび駆動軸を通じて入力された動力エネルギが、ばね力として蓄勢機構５７に蓄えられる。必要な動力エネルギが蓄勢機構５７に蓄えられると、蓄勢機構５７が、出力軸５８に設けられている拘束つめを作動させ、蓄えられた動力エネルギを一気に出力軸５８に開放する。これにより、出力部材８９が中心軸７１を中心に回動する。

また、図２中の矢印で示すように、出力軸５８の回転に伴ってベルクランク７２が左右に往復移動する、すなわち中心軸７１を中心とする半径方向に往復移動する。これにより、図２中の矢印で示すように、真空バルブユニット７４に接続された軸が上下に往復移動し、真空バルブユニット７４における各真空バルブが開極および閉極を繰り返す。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った切換開閉器の断面図である。図３を参照して、補助接点９１は、切換開閉器容器２３側に設けられたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３組の固定接点６３ＯＤ（固定接点６３ＯＤＵ，６３ＯＤＶ，６３ＯＤＷ）および固定接点６３ＥＶ（固定接点６３ＥＶＵ，６３ＥＶＶ，６３ＥＶＷ）と、出力部材８９側に設けられたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３つの可動接点８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗとを含む。固定接点６３ＯＤＵ，６３ＯＤＶ，６３ＯＤＷは、変圧器１０におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相のコイルにおける奇数タップにそれぞれ対応して設けられている。固定接点６３ＥＶＵ，６３ＥＶＶ，６３ＥＶＷは、変圧器１０におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相のコイルにおける偶数タップにそれぞれ対応して設けられている。

固定接点６３ＯＤＵ，６３ＥＶＵ，６３ＯＤＶ，６３ＥＶＶ，６３ＯＤＷ，６３ＥＶＷは、中心軸７１を中心とする周方向に互いに間隔を隔ててこの順番に配置されている。各固定接点６３は、図１に示すタップ選択器２１を介して対応のタップに電気的に接続される。

可動接点８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗは、中心軸７１を中心とする半径方向において、各固定接点６３の内側に配置され、かつ対応の相の固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＤと対向して配置されている。可動接点８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗは、出力部材８９の回転に伴って作動し、対応の相の固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＤと選択的に接続する。

また、切換開閉器２２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３組の真空バルブＶＳＭ（ＶＳＭＵ，ＶＳＭＶ，ＶＳＭＷ）およびＶＳＲ（ＶＳＲＵ，ＶＳＲＶ，ＶＳＲＷ）を含む。

真空バルブＶＳＭおよびＶＳＲは、対応の相の固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶの間に配置されている。また、真空バルブＶＳＭＵ，ＶＳＲＵ，ＶＳＭＶ，ＶＳＲＶ，ＶＳＭＷ，ＶＳＲＷは、中心軸７１を中心とする周方向に互いに間隔を隔ててこの順番に配置されている。

各可動接点８１、各固定接点６３および各真空バルブは、中心軸７１に直交する同一平面に交わるように設けられている。

各可動接点８１は、中心軸７１を中心とする半径方向に各固定接点６３ならびに各真空バルブＶＳＲおよび各真空バルブＶＳＭよりも内側に設けられている。また、固定接点６３の接続部６５は、中心軸７１を中心とする半径方向に真空バルブＶＳＲおよび真空バルブＶＳＭよりも内側に設けられている。

出力部材８９の回動運動は、各可動接点８１に伝達される。すなわち、蓄勢機構５７から出力軸５８に動力エネルギが開放されると、出力部材８９の回動運動に伴って、各可動接点８１がシーソー回転すなわち揺動する。この結果、固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＤと可動接点８１とが交互に接触し、接触した固定接点６３を介して負荷電流が流れる。

固定接点６３は、可動接点８１が固定接点６３へ投入される、すなわち可動接点８１が固定接点６３と接触すると、ばね６４によって可動接点８１の方向に押される。これにより、固定接点６３および可動接点８１の接触に対して圧力を与えることができ、固定接点６３および可動接点８１を安定して接触させることができる。

このように、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置では、中心軸７１を中心とする周方向に配置された６つの真空バルブ（２バルブ×３相）の内側に形成される余剰スペースに補助接点ユニット７３を配置する。このような構成により、真空バルブユニットおよび補助接点ユニットを上下２段に配置していた従来のＬＴＣの収納スペースを、１段分のスペースを省いて１段分の収納スペースのみに減らすことができる。これにより、切換開閉器の長さが短くなり、集積効率を高めたコンパクトな１抵抗２バルブ方式の切換開閉器を実現することができるため、小型かつ低コストのＬＴＣを提供することができる。また、切換開閉器を軽量化できるとともに、切換開閉器の全長を短くすることで吊り上げ寸法を低減することができるため、メンテナンスの効率化を図ることができる。

ここで、従来のＬＴＣでは、奇数側および偶数側の固定接点間に必要な絶縁距離を確保するために固定接点の配列半径を大きくする必要がある。そして、固定接点の配列半径が大きくなると、縦長よりもコストの高い大口径の切換開閉器容器が必要となる。また、固定接点の配列半径が大きくなると、切換開閉器と変圧器のコイルとの絶縁距離を確保するために、変圧器が大型化してしまう。これに対して、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置では、小さい配列半径Ｒで奇数側の固定接点６３ＯＤおよび偶数側の固定接点６３ＥＶ間の絶縁距離Ｓを確保することができる。

なお、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置では、補助接点９１が設けられる形態は、図２および図３に示すように、各相において、固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＤならびに可動接点８１の組が２つ、中心軸７１の軸方向に間隔を隔てて設けられている形態であるとしたが、これに限定するものではない。各相において、固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＤならびに可動接点８１の組が１つ設けられる構成であってもよいし、３つ以上設けられる構成であってもよい。

図４（ａ）〜（ｅ）は、切換開閉器における１相分の固定接点および可動接点の開閉動作を時系列的に示す図である。

図４を参照して、出力部材８９は、カムローラ８２と、駆動アーム８３と、出力軸５８とを含む。可動接点８１は、回転軸８５と、固定接点６３ＯＤおよび固定接点６３ＥＶにそれぞれ対向して設けられた腕部８８ＯＤおよび腕部８８ＥＶとを有する。

駆動アーム８３は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の可動接点８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗに対応して３つ設けられ、３つの駆動アーム８３は、出力軸５８から放射状に延伸している。すなわち、各駆動アーム８３は、中心軸７１を中心とする半径方向に延伸している。

カムローラ８２は、各相の駆動アーム８３に対応して３つ設けられ、対応の駆動アーム８３の先端すなわち出力軸５８と反対側に取り付けられている。カムローラ８２は、出力軸５８の回転運動による駆動アーム８３の回転運動に伴って、可動接点８１に対して転動しながら中心軸７１を中心とする周方向に沿って往復移動する。

可動接点８１は、腕部８８ＯＤと腕部８８ＥＶとの間で回転可能に軸支され、カムローラ８２の往復移動を受けて、腕部８８ＯＤが固定接点６３ＯＤに当接し、腕部８８ＥＶが固定接点６３ＥＶから離間する第１位置と、腕部８８ＯＤが固定接点６３ＯＤから離間し、腕部８８ＥＶが固定接点６３ＥＶに当接する第２位置との間で揺動する。

また、可動接点８１には、中心軸７１を中心とする周方向に沿って延在し、カムローラ８２が第１位置側および第２位置側の移動端にそれぞれ位置決めされた時に、そのカムローラ８２と接触する第１端部ＥＧ１および第２端部ＥＧ２を有するカム面８７が形成されている。

可動接点８１は、ブーメラン形のカム構造を有する。すなわち、可動接点８１は、カム軸８５を中心として湾曲しながら延在している。言い換えれば、可動接点８１は、カム軸８５において折れ曲がっている。可動接点８１は、カム軸８５から枝分かれして中心軸７１を中心とする周方向に延在している。また、可動接点８１のカム面８７は、出力軸５８と対向している。

腕部８８ＯＤの端部において、カム面８７と対向する部分が面取りされており、この面取り部が固定接点８１ＯＤと当接する。腕部８８ＥＶの端部において、カム面８７と対向する部分が面取りされており、この面取り部が固定接点６３ＥＶと当接する。

可動接点８１のカム面８７は、中心軸７１を中心とする周方向において、第１端部ＥＧ１および第２端部ＥＧ２からそれぞれ所定の角度に渡って形成され、カムローラ８２が接触する間、可動接点８１が非作動となる非作動領域Ｓ１および非作動領域Ｓ３と、非作動領域Ｓ１と非作動領域Ｓ３との間に形成され、カムローラ８２が接触する間、可動接点８１が作動する作動領域Ｓ２とに分割される。

このような形状により、駆動アーム８３の回転動作の前半および後半において、駆動アーム８３が回転しても自らは回転しない空転区間がつくられる。なお、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態までの期間が駆動アーム８３の回転動作の前半に該当し、図４（ｄ）の状態から図４（ｅ）の状態までの期間が駆動アーム８３の回転動作の後半に該当する。

また、可動接点８１は係合溝８６を有する。すなわち、作動領域Ｓ２は、カム面８７において非作動領域Ｓ１および非作動領域Ｓ３よりもへこむ溝状に形成されている。

このような形状により、図４（ｂ）の状態から図４（ｄ）の状態までの駆動アーム８３の回転動作の中間、すなわち図４（ｄ）に示すθの範囲において、駆動アーム８３の回転により可動接点８１が角度β回転する。

また、可動接点８１が係合溝８６を介してカムローラ８２と係合しているときの可動接点８１の揺動半径ｒすなわちカムローラ８２が作動領域Ｓ２に接触するときのカムローラ８２の回転中心と可動接点８１の搖動中心との距離ｒは、駆動アーム８３の長さＬすなわち中心軸７１とカムローラ８２の回転中心との距離Ｌより小さい。これにより、駆動アーム８３の回転動作の中間において、カムローラ８２の回転角度θよりも可動接点８１の回転角度βが大きくなる。すなわち、駆動アーム８３よりも可動接点８１を速く回転させることができるため、固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶの切換区間すなわち回転角度θを小さくすることができる。これにより、１２０°以下である駆動アーム８３の回転範囲αの中から、真空バルブＶＳＭおよびＶＳＲを開極して通電を完了させるまでの期間を十分に得ることができる。すなわち、１２０°以下である駆動アーム８３の回転範囲αの中で固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶの切り換えを確実に行なうことが可能となる。

そして、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置では、可動接点８１が前述のようなブーメラン形のカム構造を有することにより、図４（ｅ）に示すように、可動接点８１は、中心軸７１を中心とする半径方向に移動して固定接点６３と当接する。すなわち、中心軸７１を中心とする周方向に絶縁距離Ｓが確保されるのではなく、中心軸７１を中心とする半径方向に絶縁距離Ｓが確保される。これにより、固定接点６３の配列半径Ｒを大きくしなくても、可動接点８１のブーメラン形状の角度を小さくすることにより可動接点８１および固定接点６３の絶縁距離Ｓを大きくすることができる。すなわち、小さな配列半径Ｒで固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶと可動接点８１との絶縁距離の確保を容易に行なうことができる。したがって、補助接点ユニット７３のコンパクト化が可能となる。

また、可動接点および固定接点の接触方法がローラ式である場合すなわち可動接点がローラ構造を有する場合、これらの接点を駆動する際の負荷トルクは大きくならないが、可動接点が摺動しないので接触面が磨かれることがない。このため、経年により接触面に酸化皮膜等が沈着して接触抵抗が増大し、接点過熱による通電障害を起こしてしまう場合がある。

一方、可動接点および固定接点の接触方法が摺動式である場合、可動接点の摺動によって接触面が磨かれるので接触抵抗増大による接点過熱は生じにくい。しかしながら、可動接点および固定接点の接触面における摩擦抵抗によって駆動の際の負荷トルクが大きくなることから、大きな駆動力が必要となる。このため、切換開閉器の駆動源として使用される蓄勢ばねのエネルギを大きくしなければならなくなることから、蓄勢機構が大型になり、また、切換完了直後の余剰エネルギによる衝撃を緩和するダンパーが大型になってしまう。

しかしながら、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置では、可動接点８１および固定接点６３の接触方法が出力軸５８を中心とする摺動式ではなくカム駆動によるバット式接触である。このため、可動接点８１および固定接点６３の摩擦抵抗による負荷トルクを低減することができるため、切り換えに必要なエネルギを小さくできることから、蓄勢機構５７の小型化を図ることができる。

また、可動接点８１および固定接点６３の接触方法がバット式接触である一方で、可動接点８１が固定接点６３へ接触していく過程においてその接触面がわずかに移動しながら摺動する。すなわち、可動接点８１は、円移動を行ないながら固定接点６３への投入、および固定接点６３からの開極を行なう。このような構成により、可動接点８１および固定接点６３がわずかに摺動しながら接触する。これにより、可動接点８１および固定接点６３の通電接触面が互いに磨かれ、酸化皮膜等の皮膜が除去されることにより、接触抵抗増大による接点過熱も防止することができる。

また、摺動距離がわずかであるので摺動摩擦による接点磨耗量が少なく、負荷トルクも低く抑えられるため、切換開閉器２２の補助接点ユニット７３の駆動源である蓄勢エネルギを小さくすることができ、蓄勢機構５７の小型化を図ることできる。

図５（ａ）〜（ｉ）は、本発明の実施の形態に係る切換開閉器が接点の切り換えを行なう際の動作を示す図である。図６は、切換開閉器における各部の動作シーケンスを示す図である。図６に示す（ａ）〜（ｉ）のタイミングは、図５（ａ）〜（ｉ）にそれぞれ対応している。また、図５において、ＴＰ１およびＴＰ２は、コイル１１の奇数側タップおよび偶数側タップにそれぞれ対応している。

まず、本発明の実施の形態に係る負荷時タップ切換装置がタップ切り換えを行なう際の動作について図５を参照しながら説明する。

タップ選択器２１は、タップＴＰ１のみを選択している状態からタップＴＰ１およびタップＴＰ２を選択している状態への切り換えを行ない、そして、タップＴＰ１およびタップＴＰ２を選択している状態からタップＴＰ２のみを選択している状態への切り換えを行なう。なお、図５は、タップ選択器２１がタップＴＰ１およびタップＴＰ２を選択している状態を示している。

切換開閉器２２は、タップ選択器２１がタップＴＰ１およびタップＴＰ２の選択状態からタップＴＰ２のみの選択状態への切り換えを行なう前に、固定接点６３ＯＤを介したタップＴＰ１とコイル１１の中性点Ｎとの間の電気的接続（図５（ａ））から固定接点６３ＥＶを介したコイル１１の中性点ＮとタップＴＰ２との間の電気的接続（図５（ｉ））へ切り換える。ここで、切換開閉器２２は、コイル１１の中性点ＮとタップＴＰ１およびタップＴＰ２の両方とが限流抵抗Ｒを介して電気的に接続されているブリッジ状態（図５（ｇ））をつくることにより、タップＴＰ１およびタップＴＰ２の少なくとも一方とコイル１１の中性点Ｎとの真空バルブを介した電気的接続が遮断されないように負荷電流経路の切り換えを行なう。

次に、本発明の実施の形態に係る切換開閉器が接点の切り換えを行なう際の動作を詳細に説明する。

出力軸５８の回転に伴って駆動アーム８３の先端に取り付けたカムローラ８２が転動あるいは摺動を行なう動作において、可動接点８１が固定接点６３に接触しながら転動あるいは摺動するとき、可動接点８１および固定接点６３は通電状態にある。また、可動接点８１が固定接点６３と非接触の状態で移動するとき、可動接点８１および固定接点６３は通電状態にない。

可動接点８１は、奇数側の固定接点６３ＯＤおよび偶数側の固定接点６３ＥＤ間を往復移動することにより、奇数側タップＴ１および偶数側タップＴ２の切り換えを行なう。

より詳細には、図５（ａ）を参照して、真空バルブＶＳＭは、可動接点８１に電気的に接続された第１端と、図１に示すコイル１１の出力側端子たとえば中性点Ｎに電気的に接続された第２端とを有する。真空バルブＶＳＲは、限流抵抗Ｒの第１端に電気的に接続された第１端と、図１に示すコイル１１の中性点Ｎに電気的に接続された第２端とを有する。

限流抵抗Ｒは、真空バルブＶＳＲの第１端に電気的に接続された第１端と、固定接点６３ＯＤに電気的に接続された第２端とを有する。また、固定接点６３ＯＤおよび限流抵抗Ｒは、タップ選択器２１がタップＴＰ１を選択しているとき、タップＴＰ１に電気的に接続される。また、固定接点６３ＥＶは、タップ選択器２１がタップＴＰ２を選択しているとき、タップＴＰ２に電気的に接続される。

図５（ａ）および図６を参照して、まず、可動接点８１は固定接点６３ＯＤに接触しており、真空バルブＶＳＲは開極しており、真空バルブＶＳＭは閉極している。

図５（ｂ）および図６を参照して、次に、真空バルブＶＳＲが閉極する。また、駆動アーム８３が固定接点６３ＯＤから固定接点６３ＥＶへの方向の回転を開始する。このとき、駆動アーム８３の先端のカムローラ８２は前述の空転区間に位置しているため、可動接点８１は回転しない。

図５（ｃ）および図６を参照して、次に、真空バルブＶＳＭが開極する。また、駆動アーム８３は、固定接点６３ＯＤから固定接点６３ＥＶの方向に回転を継続している。このとき、駆動アーム８３の先端のカムローラ８２は前述の空転区間に位置しているため、可動接点８１は回転しない。

図５（ｄ）および（ｅ）ならびに図６を参照して、次に、駆動アーム８３の先端のカムローラ８２が前述の空転区間を出て可動接点８１の係合溝８６に達し、係合溝８６上を通る。そうすると、可動接点８１がその位置を切り換えるため、固定接点６３ＯＤが開極すし、可動接点８１は固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶと非接触となる。

図５（ｆ）および図６を参照して、次に、固定接点６３ＥＶが閉極する、すなわち可動接点８１は固定接点６３ＥＶと接触する。

図５（ｇ）および図６を参照して、次に、真空バルブＶＳＭが閉極する。このとき、駆動アーム８３の先端のカムローラ８２は前述の空転区間に位置しているため、可動接点８１は回転しない。

図５（ｈ）および図６を参照して、次に、真空バルブＶＳＲが開極する。このとき、駆動アーム８３の先端のカムローラ８２は前述の空転区間に位置しているため、可動接点８１は回転しない。

図５（ｉ）および図６を参照して、可動接点８１は固定接点６３ＥＶに接触しており、真空バルブＶＳＲは開極しており、真空バルブＶＳＭは閉極している。

このような動作により、図６において、駆動アーム８３の回転範囲αの中から、真空バルブＶＳＭおよびＶＳＲをそれぞれ開極して通電を完了させるまでの期間Ｔを得て、かつ固定接点６３ＯＤおよび６３ＥＶの切換区間すなわち回転角度θを得ることができる。

また、真空バルブＶＳＭを開極させるのに必要な期間、すなわち真空バルブＶＳＭが開極を開始するタイミング（図５（ｂ））から所定時間経過後（図５（ｄ））までの期間において可動接点８１を開極させないようにすることができる。すなわち、真空バルブＶＳＭが閉極している状態（図５（ａ））から、真空バルブＶＳＭを開極して通電を完了させた状態（図５（ｃ））の後に、可動接点８１の接触先を固定接点６３ＯＤから固定接点６３ＥＶへ切り換える（図５（ｄ）〜（ｆ））。これにより、可動接点８１の接続先を切り換える際の可動接点８１および固定接点６３におけるアークの発生を防ぐことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 変圧器、１１ コイル、１３ 変圧器タンク、１５ 絶縁油、２１ タップ選択器、２２ 切換開閉器、２３ 切換開閉器容器、２４ 駆動装置、２５ 駆動力伝達部、２７ 電動操作機構部、５３ ギヤ、５５ 駆動軸、５７ 蓄勢機構、５８ 出力軸、６０ 接点、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ 可動接点、６３，６３ＯＤ，６３ＯＤＵ，６３ＯＤＶ，６３ＯＤＷ，６３ＥＶ，６３ＥＶＵ，６３ＥＶＶ，６３ＥＶＷ 固定接点、６４ ばね、６５ 接続部、７１ 中心軸、７２ ベルクランク、７３ 補助接点ユニット、７４ 真空バルブユニット、８１，８１Ｕ，８１Ｖ，８１Ｗ 可動接点、８２ カムローラ、８３ 駆動アーム、８５ 回転軸、８８ＯＤ，８８ＥＶ 腕部、８９ 出力部材、９１ 補助接点、１０１ 負荷時タップ切換装置、ＴＰ１，ＴＰ２ タップ、Ｓ１，Ｓ３ 非作動領域、Ｓ２ 作動領域、ＶＳＭ，ＶＳＭＵ，ＶＳＭＶ，ＶＳＭＷ，ＶＳＲ，ＶＳＲＵ，ＶＳＲＶ，ＶＳＲＷ 真空バルブ。

Claims (7)

1. コイルを含む変圧器の巻数比を切り換えるためのタップ切換装置であって、
   絶縁媒体により満たされる筐体と、
   前記筐体外に設けられ、前記変圧器の含むコイルにおける複数の位置に設けられた複数のタップの中から少なくとも１つのタップを選択するタップ選択器と、
   前記筐体内に設けられ、前記タップ選択器によって選択されている前記タップと所定ノードとの間の負荷電流が流れる接点を含み、前記接点を開閉する切換開閉器とを備え、
   前記切換開閉器は、
   所定軸を中心に回転する出力部材と、
   前記タップ選択器を介して異なる前記タップにそれぞれ電気的に接続される複数の固定接点と、
   前記出力部材の回転に伴って作動し、前記複数の固定接点と選択的に接続する可動接点と、
   前記複数の固定接点のいずれかに接続された限流抵抗と、
   前記所定ノードおよび前記限流抵抗の間に接続された第１の真空バルブと、
   前記所定ノードおよび前記可動接点の間に接続された第２の真空バルブとを含み、
   前記可動接点、前記複数の固定接点ならびに前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブは、前記所定軸に直交する同一平面に交わるように設けられ、
   前記可動接点は、前記所定軸を中心とする半径方向に前記複数の固定接点ならびに前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブよりも内側に設けられ、
   前記複数の固定接点は、前記所定軸を中心とする周方向に隣り合って設けられ、前記可動接点と選択的に接続される第１固定接点および第２固定接点とを含み、
   前記出力部材は、その回転運動に伴って、前記可動接点に対して転動しながら前記所定軸を中心とする周方向に沿って往復移動するカムローラを有し、
   前記可動接点は、前記第１固定接点および前記第２固定接点にそれぞれ対向して設けられる第１腕部および第２腕部を有し、前記第１腕部と前記第２腕部との間で回転可能に軸支され、前記カムローラの往復移動を受けて、前記第１腕部が前記第１固定接点に当接し、前記第２腕部が前記第２固定接点から離間する第１位置と、前記第１腕部が前記第１固定接点から離間し、前記第２腕部が前記第２固定接点に当接する第２位置との間で揺動し、
   前記第１固定接点は、前記第１腕部が前記第１固定接点に当接した場合に、前記第１固定接点を前記第１腕部の方向に押す第１のばねを有し、
   前記第２固定接点は、前記第２腕部が前記第２固定接点に当接した場合に、前記第２固定接点を前記第２腕部の方向に押す第２のばねを有するタップ切換装置。
2. 前記第１固定接点は、前記第１腕部と当接するための第１当接部をさらに有し、
   前記第２固定接点は、前記第２腕部と当接するための第２当接部をさらに有し、
   前記第１当接部および前記第２当接部の各々は、前記所定軸を中心とする半径方向に前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブよりも内側に設けられている請求項１に記載のタップ切換装置。
3. 前記変圧器は複数相のコイルを含み、
   前記可動接点、前記第１固定接点、前記第２固定接点、前記限流抵抗、前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブは、前記相ごとに設けられ、
   前記複数相の前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブは、前記所定軸を中心とする周方向に互いに間隔を隔てて設けられ、
   前記複数相の前記可動接点、前記第１固定接点および前記第２固定接点ならびに前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブは、前記所定軸に直交する同一平面に交わるように設けられ、
   前記複数相の前記可動接点は、前記複数相の前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブの内側に設けられている請求項１に記載のタップ切換装置。
4. 前記複数相の第１固定接点の各々は、前記第１腕部と当接するための第１当接部をさらに有し、
   前記複数相の第２固定接点の各々は、前記第２腕部と当接するための第２当接部をさらに有し、
   前記複数相の前記第１当接部および前記第２当接部の各々は、前記複数相の前記第１の真空バルブおよび前記第２の真空バルブの内側に設けられている請求項３に記載のタップ切換装置。
5. 前記可動接点には、前記所定軸を中心とする周方向に沿って延在し、前記カムローラが前記第１位置側および前記第２位置側の移動端にそれぞれ位置決めされた時に、そのカムローラと接触する第１端部および第２端部を有するカム面が形成され、
   前記カム面は、前記所定軸を中心とする周方向において、前記第１端部および前記第２端部からそれぞれ所定の角度に渡って形成され、前記カムローラが接触する間、前記可動接点が非作動となる第１非作動領域および第２非作動領域と、前記第１非作動領域と前記第２非作動領域との間に形成され、前記カムローラが接触する間、前記可動接点が作動する作動領域とに分割される請求項１〜４のいずれか一項に記載のタップ切換装置。
6. 前記作動領域は、前記カム面において前記第１非作動領域および前記第２非作動領域よりもへこむ溝状に形成されている請求項５に記載のタップ切換装置。
7. 前記所定軸と前記カムローラの回転中心との距離は、前記カムローラが前記作動領域に接触するときの前記カムローラの回転中心と前記可動接点の搖動中心との距離よりも大きい請求項６に記載のタップ切換装置。

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