JP5709641B2 - タップ切換装置及び柱上変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、柱上変圧器の本体容器に装着される蓋と一体化されたタップ切換装置、及び、このタップ切換装置を備えた柱上変圧器に関するものである。

近年、電力系統に連系される多数の太陽光発電装置や風力発電装置等の分散型電源が、系統電圧の変動を招くことが問題となっている。
その対策として、特許文献１〜３に示すように、系統電圧が変動しても需要家への供給電圧を一定に維持するために、負荷に給電したままで変圧器のタップを切り換えるタップ切換装置（負荷時タップ切換装置）付きの柱上変圧器が提供されている。

ここで、特許文献１，２に記載された柱上変圧器は、変圧器本体及びタップ切換装置が収納された容器内に絶縁油を充填し、ハンドルの手動操作によってタップを切り換えるものである。
また、特許文献３に記載された柱上変圧器は、変圧器の二次コイルの電圧に応じてタップ上げ、タップ下げを選択し、対応するソレノイドを駆動して一次コイルのタップを自動的に切り換える構造となっている。

特開平１０−２７５７３１号公報（段落［００１７］〜［００２６］、図１〜図４等）。 特開２００５−５４０１号公報（特開平１０−２７５７３１号公報（段落［００１５］〜［００２５］、図１〜図６等）。 特開２０１０−９３０５０号公報（段落［００２４］〜［００９５］、図１，図２１，図２３，図２４等）。

さて、柱上変圧器では、一定期間ごとに点検、補修、部品交換を行っており、これらの作業は、点検、補修対象の柱上変圧器が有する機能を修復して柱上に再設置することを目的としている。しかしながら、例えば特許文献１，２等の手動式タップ切換装置を備えた柱上変圧器では、柱上変圧器を点検、補修する際に、より進んだ特許文献３等の自動式タップ切換機能を備えたいという要請がある。
この場合、従来では、柱上変圧器自体を自動式タップ切換装置付きのものに交換せざるを得ない。

しかし、変圧器本体が点検、補修や部品交換によって今後も十分に使用可能であるにもかかわらず、柱上変圧器全体を交換することは資源やエネルギーの浪費、コストの増加を招くことになる。
そこで本発明の解決課題は、既存の変圧器本体を再利用しつつ柱上変圧器に自動式タップ切換機能を持たせることができるタップ切換装置、及び、このタップ切換装置を備えた柱上変圧器を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係るタップ切換装置は、一次コイル及び二次コイルを有する変圧コイル部が、本体容器に収納されて変圧器本体を構成する柱上変圧器用のタップ切換装置において、
前記本体容器の開口部に着脱可能に装着される蓋と、
前記蓋に一体的に取り付けられており、前記変圧コイル部の前記二次コイルの電圧に応じて前記一次コイルのタップ上げ動作またはタップ下げ動作を行うタップ駆動部によって駆動される接点を有し、前記接点により前記変圧コイル部の前記一次コイルのタップを切り換える機能を有する切換装置本体と、
前記蓋に一体的に取り付けられており、前記切換装置本体が収納される切換装置容器と、
前記切換装置容器の外部に取り付けられる制御箱内に収納され、前記変圧コイル部の前記二次コイルの電圧を検出して前記タップ駆動部を駆動するための制御信号を生成する信号処理部と、を備えたものである。

請求項２に記載したタップ切換装置は、請求項１に記載したタップ切換装置において、
前記信号処理部に接続される通信部を備え、無線通信を用いて外部からの遠隔操作によりタップを切り換えるものである。

請求項３に記載した柱上変圧器は、請求項１に記載された変圧器本体と、請求項１または請求項２に記載されたタップ切換装置と、を備えたものである。

本発明によれば、変圧器本体の本体容器に装着される蓋及び切換装置本体が一体的に構成されたタップ切換装置により、既存の変圧器本体を再利用しつつ自動式のタップ切換機能を備えた柱上変圧器を容易に製造することができる。
これにより、柱上変圧器全体を交換する場合に比べて資源やエネルギー、コストの大幅な削減が可能になる。

本発明の実施形態に係る柱上変圧器の外観図であり、図１（ａ）は平面図、図１(ｂ)は正面図である。 本発明の実施形態に係る柱上変圧器及びタップ切換装置の回路構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る柱上変圧器を示す外観図であり、図１（ａ）は平面図、図１(ｂ)は正面図である。

これらの図において、１００は変圧器本体であり、有底円筒状の本体容器１０１の内部には、コアと一次コイル及び二次コイルからなる変圧コイル部１０２が絶縁油中に浸漬されている。この変圧コイル部１０２は、例えば配電系統の６．６[ｋＶ]の高電圧を２００（２１０）[Ｖ]または１００（１０５）[Ｖ]の低電圧に変圧するものである。
本体容器１０１からは、一次コイルを配電系統に接続するための一次ケーブル１０３と、二次コイルを需要家側の引込線に接続するための二次ケーブル１０４とが引き出されている。

また、２００は蓋一体型のタップ切換装置であり、切換装置容器２０１に内蔵された切換装置本体２０２と、切換装置容器２０１の下端部に固定された蓋２０３と、後述する制御箱２０４とを備えている。すなわち、タップ切換装置２００は、蓋２０３、切換装置容器２０１、切換装置本体２０２及び制御箱２０４が一体的に構成されており、これらの全体が独立した一つの部材として形成されている。

切換装置本体２０２は、変圧コイル部１０２の一次コイルのタップに接続されて巻数を変更するための固定接点や可動接点、可動接点を駆動する可動体、後述する複数のソレノイド、ソレノイド駆動部、限流抵抗、及び、二次コイルの両端電圧を検出するための変換部等からなる。
一方、蓋２０３は、前記本体容器１０１の上方開口部に適合した内径を有する有底円筒状の蓋体であり、本体容器１０１に固定された取付金具３０１に蓋２０３側の締結金具３０２を連結し、締結ボルト３０３を締め付けることで本体容器１０１に対し着脱可能に装着される。なお、蓋２０３は円環状のパッキン（図示せず）を介して本体容器１０１に装着されている。

切換装置容器２０１の側面には、正面から見てほぼＬ字形の制御箱２０４が取り付けられている。この制御箱２０４は、変圧コイル部１０２の発熱や日射による温度上昇、絶縁油の影響等を受けにくくするために上記の位置に配置されており、その内部には、後述する信号処理部２０５の主要部や通信部２１４等が収納されている。
なお、信号処理部２０５や通信部２１４に、上述した温度上昇や絶縁油の影響を受けないような対策が施されている場合には、これらを切換装置容器２０１の内部に収納してもよい。

次に、図２は、この実施形態に係るタップ切換装置及び柱上変圧器の回路構成図であり、図１と同じ部材には同一の番号を付してある。
図２において、変圧コイル部１０２の一次コイル１０２ａに設けられたタップ１〜６は、切換装置本体２０２の固定接点１〜６（各タップに対応するものに同一の番号を付してある）に接続されている。ここで、一次コイル１０２ａの両端は、前述した一次ケーブル１０３を介して６．６[ｋＶ]の配電系統に接続されている。なお、一次ケーブル１０３に付した符号（＋），（−）は、ある瞬間の系統電圧の極性である。

切換装置本体２０２内の２０２ａは可動体、Ｒは限流抵抗である。この切換装置本体２０２の回路構成は本発明の要旨ではないため、詳述を省略するが、後述するソレノイド２１１，２１２等からなるタップ駆動部により可動体２０２ａ及び可動接点が駆動されて変圧コイル部１０２のタップを切り換え、コイルの巻数を変更する機能を備えていれば、図示以外の如何なる構成であってもよい。

変圧コイル部１０２の二次コイル１０２ｂはＶ結線されており、二次コイル１０２ｂに接続された前記二次ケーブル１０４から２１０[Ｖ]または１０５[Ｖ]の交流低電圧が出力されるようになっている。なお、Ｎは中性点を示す。

中性点Ｎと二次コイル１０２ｂの一端との間には、変圧器からなる変換部２０６の一次側が接続され、その二次側には、整流部２０７、Ａ／Ｄ変換部２０８、中央処理部２０９が順次接続されている。ここで、変換部２０６、整流部２０７、Ａ／Ｄ変換部２０８、中央処理部２０９は、信号処理部２０５を構成している。

信号処理部２０５では、二次コイル１０２ｂの両端の交流電圧を変換部２０６により所定のレベルに変換し、整流部２０７にて直流電圧に変換した後、Ａ／Ｄ変換部２０８によりディジタル信号に変換してＣＰＵ等からなる中央処理部２０９に送り、二次コイル１０２ｂの両端電圧から系統電圧の変動を検出する。
中央処理部２０９は、系統電圧の変動に応じて需要家への供給電圧を一定に保つためのタップ上げ動作、タップ下げ動作の必要性を判断し、その結果に応じてソレノイド駆動部２１０に制御信号を送る。ソレノイド駆動部２１０は、上記制御信号に従ってタップ上げ用ソレノイド２１１またはタップ下げ用ソレノイド２１２に通電し、切換装置本体２０２の可動体２０２ａを駆動してタップ上げ動作またはタップ下げ動作を行う。２１３は、切換装置本体２０２の接点位置を保持するための固定用ソレノイドである。
ここで、ソレノイド駆動部２１０及び各ソレノイド２１１〜２１３は、請求項におけるタップ駆動部を構成しているが、変圧コイル部１０２のタップを駆動する手段はソレノイドに限定されないのは言うまでもなく、例えば、ダイレクトドライブ機構やモータによるばね駆動機構などを用いてもよい。また、図２ではソレノイド駆動部２１０及び各ソレノイド２１１〜２１３が切換装置本体２０２の外部に表示されているが、これは、ソレノイド駆動部２１０及び各ソレノイド２１１〜２１３と切換装置本体２０２とを物理的に分離して配置することを意味していない。すなわち、図１（ｂ）に示した切換装置本体２０２は、ソレノイド駆動部２１０及び各ソレノイド２１１〜２１３を含むブロックである。

また、中央処理部２０９には通信部２１４が接続されている。この通信部２１４は、携帯電話回線等を利用した無線通信により、外部からの遠隔操作にてタップを切換えるためのものである。
前述したように、信号処理部２０５の主要部と通信部２１４とは図１の制御箱２０４（あるいは切換装置容器２０１の内部）に収納されると共に、変換部２０６、ソレノイド駆動部２１０及び各ソレノイド２１１〜２１３は切換装置容器２０１に内蔵されている。
なお、図２に示した構成によるタップ切換動作については、前述した特許文献３に詳しく記載されている。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るタップ切換装置２００は、本体容器１０１に装着される蓋２０３に、切換装置容器２０１及び切換装置本体２０２を一体化して構成されている。
このため、蓋２０３の内径を既存の柱上変圧器の本体容器１０１の開口部外径に適合させておけば、取付金具３０１、締結金具３０２等を用いることにより、蓋２０３と一体化されたタップ切換装置２００を、自動式タップ切換機能を持たないタイプの柱上変圧器の本体容器１０１に装着して使用することができる。
例えば、本体容器１０１に変圧コイル部と手動式のタップ切換装置とが内蔵されているタイプの柱上変圧器に対しては、手動式のタップ切換装置を取り外して変圧コイル部のタップを本実施形態のタップ切換装置２００に接続し、また、手動式のタップ切換装置をもともと備えていないタイプの柱上変圧器に対しては、変圧コイル部のタップをそのまま本実施形態のタップ切換装置２００に接続すればよい。

すなわち、本実施形態によれば、標準化された変圧器本体１００に対して、その本体容器１０１に適合する蓋２０３及び切換装置本体２０２が一体的に構成されたタップ切換装置２００を適用することにより、自動式のタップ切換機能を備えた柱上変圧器を容易に製造することができる。このため、自動式のタップ切換機能を持たない変圧器本体を有効に利用可能であり、柱上変圧器全体を交換する場合に比べて資源やエネルギー、コストの大幅な削減が可能になる。

１００：変圧器本体
１０１：本体容器
１０２：変圧コイル部
１０２ａ：一次コイル
１０２ｂ：二次コイル
１０３：一次ケーブル
１０４：二次ケーブル
２００：タップ切換装置
２０１：切換装置容器
２０２：切換装置本体
２０２ａ：可動体
２０３：蓋
２０４：制御部
２０５：信号処理部
２０６：変換部
２０７：整流部
２０８：Ａ／Ｄ変換部
２０９：中央処理部
２１０：ソレノイド駆動部
２１１：タップ上げソレノイド
２１２：タップ下げソレノイド
２１３：固定用ソレノイド
２１４：通信部
３０１：取付金具
３０２：締結金具
３０３：締結ボルト
Ｒ：限流抵抗
Ｎ：中性点

Claims (3)

1. 一次コイル及び二次コイルを有する変圧コイル部が、本体容器に収納されて変圧器本体を構成する柱上変圧器用のタップ切換装置において、
   前記本体容器の開口部に着脱可能に装着される蓋と、
   前記蓋に一体的に取り付けられており、前記変圧コイル部の前記二次コイルの電圧に応じて前記一次コイルのタップ上げ動作またはタップ下げ動作を行うタップ駆動部によって駆動される接点を有し、前記接点により前記変圧コイル部の前記一次コイルのタップを切り換える機能を有する切換装置本体と、
   前記蓋に一体的に取り付けられており、前記切換装置本体が収納される切換装置容器と、
   前記切換装置容器の外部に取り付けられる制御箱内に収納され、前記変圧コイル部の前記二次コイルの電圧を検出して前記タップ駆動部を駆動するための制御信号を生成する信号処理部と、を備えたことを特徴とするタップ切換装置。
2. 請求項１に記載したタップ切換装置において、
   前記信号処理部に接続される通信部を備え、無線通信を用いて外部からの遠隔操作によりタップを切り換えることを特徴とするタップ切換装置。
3. 請求項１に記載された変圧器本体と、請求項１または請求項２に記載されたタップ切換装置と、を備えたことを特徴とする柱上変圧器。

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