JP6542484B2 - 負荷時タップ切換装置および負荷時タップ切換システム - Google Patents

Description

本実施形態は電力の受変電システムに使用されるタップ切換装置およびタップ切換システムに関する。

電力系統には、送電線あるいは配電線の電圧を調整するために負荷時タップ切換装置が用いられている。負荷時タップ切換装置は、第１のタップに接続された第１の開閉部と、第２のタップに接続された第２の開閉部を有することを特徴としている。

特開２０１６−１３９７０１公報

電力系統には電圧を変圧するための変圧器が設置されている。この変圧器は、複数の電圧を出力するためのタップが、複数設けられている。電力系統の送電線あるいは配電線の電圧を調整するためには、負荷時タップ切換装置により変圧器のタップを切換えることが必要とされる。負荷時タップ切換装置は、第１の電圧が出力される第１のタップに接続された第１の開閉部と、第２の電圧が出力される第２のタップに接続された第２の開閉部を有する。電圧の調整時には、負荷時タップ切換装置の第１の開閉部を「開」状態とし、第２の開閉部を「閉」状態とする。

しかしながら、この第１の開閉部および第２の開閉部に流れる電流は多大なものであるため、第１の開閉部および第２の開閉部を開閉するときに、アークが発生する。このアークは第１の開閉部および第２の開閉部の開閉接点や絶縁油を劣化させる。

本実施形態は、開閉時におけるアークを抑制し開閉部の劣化を低減させ、耐久性能の優れた負荷時タップ切換装置を提供することを目的とする。

本実施形態の負荷時タップ切換装置は次のような構成を有することを特徴とする。
（１）電力系統に設けられた変圧器の第１のタップに接続され、第１のタップから供給される電力を開閉する第１の開閉部。
（２）第１の開閉部に直列に接続され、第１の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第１のインピダンス可変部。
（３）変圧器の第２のタップに接続され、第２のタップから供給される電力を開閉する第２の開閉部。
（４）第２の開閉部に直列に接続され、第２の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第２のインピダンス可変部。

また、上記の負荷時タップ切換装置を含み、負荷時タップ切換装置の第１の開閉部と並列に接続された第１の主開閉接点と、第２の開閉部と並列に接続された第２の主開閉接点とを有する負荷時タップ切換システムも本実施形態に含まれる。

第１実施形態にかかる負荷時タップ切換システムを示す図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の内部構成を示す側方からの斜視図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の内部構成を示す上方からの斜視図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の第１の開閉部を説明するための断面図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の第１の開閉部、第２の開閉部およびインピダンス可変部の動作を説明するための拡大図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の第１の開閉部、第２の開閉部およびインピダンス可変部の動作を説明するための駆動部の状態を示す図 第１実施形態の負荷時タップ切換装置の各部の動作状態を示すタイムチャート その他の実施形態の負荷時タップ切換システムを示す図

［第１実施形態］
［１．構成］
［１−１．負荷時タップ切換システムの構成］
図１を参照して本実施形態の一例としての負荷時タップ切換システムについて説明する。本システムは、電力系統の供給電圧を調整するために、電力系統に設置された変圧器のタップを切り替える。電力系統に接続された負荷が変動すると供給電流が増減し、その結果、供給電圧が変動する。電力系統に設置された変圧器には、複数の電圧を出力するためのタップが、複数設けられている。

負荷時タップ切換システムは、変圧器９、負荷時タップ切換装置１、主開閉接点８Ａ、８Ｂ、８Ｃおよび限流抵抗器８Ｒを有する。

変圧器９は、発電所や変電所から供給された電力の電圧を、負荷に応じた電圧に変圧する。変圧器９は、電圧調整用の異なる電圧を出力するタップ９１および９２を備える。タップ９１、９２はそれぞれ変圧器９の異なる変圧比を有する巻き線の部分に設けられ、タップ９２は、タップ９１より高い電圧(以降「高電圧」と呼ぶ）を出力する。タップ９１は、タップ９２より低い電圧(以降「低電圧」と呼ぶ）を出力する。負荷に接続される接続点を中性点と呼ぶ。タップ９１が、請求項中の第１のタップに、タップ９２が、請求項中の第２のタップに相当する。

主開閉接点８Ａは、サイリスタ等の電力用開閉器により構成される。主開閉接点８Ａは、変圧器９の低電圧側のタップ９１と負荷側である中性点との間に設けられる。主開閉接点８Ａは、開閉制御装置(図中不示）により開閉制御され、変圧器９のタップ９１から中性点への電力を導通または非導通とする。

主開閉接点８Ｂは、サイリスタ等の電力用開閉器であり、変圧器９の高電圧側のタップ９２と負荷側である中性点との間に設けられる。主開閉接点８Ｂは、開閉制御装置(図中不示）により開閉制御され、変圧器９のタップ９２から中性点への電力を導通または非導通とする。

主開閉接点８Ｃは、サイリスタ等の電力用開閉器であり、限流抵抗器８Ｒと直列に接続され、変圧器９の高い電圧側のタップ９２と負荷側である中性点との間に設けられる。主開閉接点８Ｃは、開閉制御装置(図中不示）により開閉制御され、変圧器９のタップ９２から中性点への電力を導通または非導通とする。

限流抵抗器８Ｒは、電気抵抗を有する抵抗体により構成される。限流抵抗器８Ｒは、主開閉接点８Ｃと直列に接続され、変圧器９の高い電圧側のタップ９２と負荷側である中性点との間に設けられる。限流抵抗器８Ｒは、主開閉接点８Ｃに流れる電流を制限する。

負荷時タップ切換装置１は、変圧器９のタップ９１、９２と負荷側である中性点の間に設けられ、変圧器９のタップ９１から中性点への電力および変圧器９のタップ９２から中性点への電力を導通または非導通とする。負荷時タップ切換装置１は、変圧器９のタップ９１、９２にそれぞれ接続された第１の開閉部２（以降「開閉部２」とする）、第２の開閉部３（以降「開閉部３」とする）および、負荷側である中性点に接続された中性点端子４と、を有する。図中、２Ｔａは開閉部２の端子であり、３Ｔａは開閉部３の端子である。

負荷時タップ切換装置１は、開閉部２に直列に接続された第１のインピダンス可変部５（以降「インピダンス可変部５」とする）と、開閉部３に直列に接続された第２のインピダンス可変部６（以降「インピダンス可変部６」とする）を有する。

開閉部２は、機械式の開閉接点を持つ真空バルブ等の電力用開閉器により構成される。開閉部２は、インピダンス可変部５と直列に接続され、端子２Ｔａと中性点端子４との間に設けられる。開閉部２は、負荷時タップ切換システムにおいて、変圧器９の低電圧側のタップ９１と負荷側である中性点との間であって、負荷時タップ切換装置１外部の主開閉接点８Ａと並列に接続される。開閉部２は、開閉制御装置(図中不示）の電動機により駆動される後述する駆動部により開閉制御され、変圧器９のタップ９１から中性点への電力を導通または非導通とする。開閉部３は、開閉部２と同様の構成である。

インピダンス可変部５は、ボビンにコイルが巻かれたインダクタにより構成される。インピダンス可変部５は、開閉部２と中性点端子４との間に設けられる。インピダンス可変部５のインダクタのボビンには、後述するコア７ａが挿入される。コア７ａとコイルとの相対位置は可変であり、コア７ａとコイルとの相対位置が変えられることにより、供給される電力の周波数に対する、インピダンス可変部５のインピダンスが変動させられる。インピダンス可変部５は、インピダンスが変動することにより、開閉部２に流れる電流を変動させる。インピダンス可変部６は、インピダンス可変部５と同様の構成である。

［１−２．負荷時タップ切換装置１の機械的構成］
負荷時タップ切換装置１の詳細な構成について図２〜５を参照して説明する。図２は第１の実施形態の内部構造を示している。負荷時タップ切換装置１は、真空が保たれたタンク(図中不示）内に、固定される。タンク外部には、接続部分として、第１の開閉部２の一部である端子２Ｔａおよび２Ｔｂ、第２の開閉部３の一部である端子３Ｔａおよび３Ｔｂ、および負荷側である中性点に接続される中性点端子４が露出する。

端子２Ｔａには変圧器９のタップ９１が、端子３Ｔａには変圧器９のタップ９２がそれぞれ接続される。中性点端子４には、負荷が接続される。負荷時タップ切換装置１は、一例として、開閉部２、インピダンス可変部５、開閉部３、インピダンス可変部６、コア７、駆動部７１および中性点端子４を有する。

負荷時タップ切換装置１は、絶縁材料で構成されたフレーム１１を有し、上記の各部がこのフレーム１１に固定される。フレーム１１は、下部に配置された略円盤状の下部軸受板１２、上部に配置された円盤状の中間板１３と、この下部軸受板１２と中間板１３とを挿通し固定する円柱状の支持軸１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有する。さらに、このフレーム１１は、下部軸受板１２と中間板１３との間に挟まれ固定された枠体形状の遮断ホルダ１４を有する。このフレーム１１に、開閉部２、インピダンス可変部５、開閉部３、インピダンス可変部６、コア７、駆動部７１が配置される。フレーム１１は、真空に保たれた円筒形のタンク(図中不示）内に、固定される。

（１．開閉部２および開閉部３の構成）
開閉部２と開閉部３は同様な機械的構成を有する。以下開閉部２を例に、両者の構成を説明する。

開閉部２は、端子２Ｔａ、接触子２１、端子２Ｔｂ、接触子２２および通伝導体２３を有する。開閉部２の上記各部は、下部軸受板１２から中間板１３にかけ、端子２Ｔａ、接触子２１、接触子２２、端子２Ｔｂの順に、フレーム１１に固定される。通伝導体２３はフレーム１１に固定された駆動部７１に、接続され保持される。開閉部２の端子２Ｔａが負荷時タップ切換装置１外部の変圧器９の低電圧側のタップ９１に接続され、端子２Ｔｂがインピダンス可変部５に接続される。開閉部２は、変圧器９のタップ９１から負荷側である中性点への電力を導通または非導通とする。

端子２Ｔａおよび２Ｔｂは、銅により構成され直方体状のブロック形状をした端子である。端子２Ｔａおよび２Ｔｂは、ボルトのような雄ねじが切られた接続用の突起をそれぞれ２つ有する。端子２Ｔａおよび２Ｔｂの２つの突起は、直方体状のブロック形状の長手方向に上下に並列に配置され、フレーム１１が円筒形のタンクに固定されたときに円筒形のタンクの外面に突出する。端子２Ｔａ、Ｔｂは、負荷時タップ切換装置１内部でそれぞれ接触子２１、接触子２２に銅板にて接続される。端子２Ｔａの２つの突起は、負荷時タップ切換装置１外部の変圧器９の低電圧側のタップ９１に接続される。

接触子２１および２２は複数の銅板を組合せて構成された電極接点である。接触子２１および２２の複数の銅板は、弾力を持つように板ばね状に湾曲されており、複数枚が上下に並び基材にねじ止めにて配置される。接触子２１は端子２Ｔａに、接触子２２は端子２Ｔｂに銅板にて接続され、フレーム１１に固定される。

通伝導体２３は駆動部７１に駆動され、通伝導体２３が、接触子２１および接触子２２と接触することにより、端子２Ｔａ、２Ｔｂ間が電気的に接続される。接触子２１および接触子２２の複数の銅板は、板ばね状に湾曲され弾力を持ち、通伝導体２３と接触子２１および接触子２２との接触を確実なものとする。

また、通伝導体２３が駆動部７１に駆動され、通伝導体２３と、接触子２１および接触子２２とは切離される。これにより端子２Ｔａ、２Ｔｂ間が電気的に切り離される。

（２．インピダンス可変部５およびインピダンス可変部６の構成）
インピダンス可変部５とインピダンス可変部６は同様な機械的構成を有する。以下、インピダンス可変部５を例に、両者の構成を説明する。

インピダンス可変部５は、樹脂等の絶縁物により形成されたボビン５１に、銅線のコイル５２が巻かれたインダクタにより構成される。ボビン５１は、後述する駆動部７１のコアアーム７２の回転半径と同等の曲率を有する湾曲した筒状体により構成される。コイル５２は、このボビン５１に巻かれており同じく湾曲した形状を有する。なお、ボビン５１は、後述するインピダンス可変部６のボビン６１と一体構造となっている。

インピダンス可変部５は、一方が導線５Ｌにより開閉部２の端子２Ｔｂに接続され、他方が導線４Ｌにより中性点端子４に接続される。インピダンス可変部５には、後述するコア７が、コイル５２が巻かれたボビン５１に挿入される。コア７とコイル５２の相対位置は可変であり、コア７とコイル５２の相対位置が駆動部７１により変えられることにより、インピダンス可変部５の、供給される電力の周波数に対するインピダンスが変動する。インピダンス可変部５は、インピダンスが変動することにより、負荷時タップ切換装置１の端子２Ｔａと中性点端子４間に流れる電流を変動させる。

（３．コア７の構成）
コア７は、鉄等の磁性体により形成された集磁用の部材である。コア７は、後述する駆動部７１のコアアーム７２の回転半径と同等の曲率を有する湾曲した円柱形状を有する。コア７は、インピダンス可変部５のボビン５１およびインピダンス可変部６のボビン６１内を移動可能な円柱径を有する。また、コア７は、インピダンス可変部５のコイル５２の長さに、インピダンス可変部６のコイル６２の長さが加算された長さを有する円柱形状を構成する。なお、コア７は、図１におけるコア７ａおよびコア７ｂが、一体となった構造を有する。

コア７は、駆動部７１の後述するコアアーム７２に保持される。コア７は、コアアーム７２が、回転することによりインピダンス可変部５のボビン５１およびインピダンス可変部６のボビン６１内を移動する。

コア７が、インピダンス可変部５のボビン５１内のコイル５２内部に配置されることにより、インピダンス可変部５は高インピダンスとなる。コア７が、インピダンス可変部５のコイル５２外部に配置されることにより、インピダンス可変部５は低インピダンスとなる。

コア７が、インピダンス可変部６のボビン６１内のコイル６２内部に配置されることにより、インピダンス可変部６は高インピダンスとなる。コア７が、インピダンス可変部６のコイル６２外部に配置されることにより、インピダンス可変部６は低インピダンスとなる。

（４．駆動部７１の構成）
駆動部７１は、コアアーム７２、アーム軸７３、バネ７４、コア用カム７５、開閉用カム７６、カム軸７７を有する。

カム軸７７は、樹脂等の絶縁部材により構成された円筒状の軸である。カム軸７７は下部が下部軸受板１２に、上部が中間板１３に挿通され、回転可動に配置される。カム軸７７には、コア用カム７５および開閉用カム７６が固定される。カム軸７７は、開閉部２および開閉部３の開閉時に、外部の開閉制御装置(図中不示）により駆動される。

開閉用カム７６は、樹脂等の絶縁部材により構成された、半径方向に凹凸を有するダルマ状の形状を有するカムである。開閉用カム７６の径の中心部分がカム軸７７に固定され、開閉用カム７６の外周が、開閉部２の通伝導体２３および開閉部３の通伝導体３３に当接するように配置される。開閉用カム７６は、カム軸７７が回転されることにより、開閉部２の通伝導体２３および開閉部３の通伝導体３３を、カム軸７７の半径方向の外側および内側に移動させる。

カム軸７７の半径方向外側に移動させられた通伝導体２３は、接触子２１および接触子２２に押し付けられ、開閉部２は「閉」状態となる。カム軸７７の半径方向内側に移動させられた通伝導体２３は、接触子２１および接触子２２から離れ、開閉部２は「開」状態となる。

カム軸７７の半径方向外側に移動させられた通伝導体３３は、接触子３１および接触子３２に押し付けられ、開閉部３が「閉」状態となる。カム軸７７の半径方向内側に移動させられた通伝導体３３は、接触子３１および接触子３２から離れ、開閉部３が「開」状態となる。

コア用カム７５は、樹脂等の絶縁部材により構成された、半径方向に放射状の凹凸部分を有する形状を有するカムである。コア用カム７５の径の中心部分がカム軸７７に固定され、コア用カム７５の凹凸部分が、コアアーム７２に当接するように配置される。コア用カム７５は、カム軸７７が回転されることにより、コアアーム７２を回転させる。

コアアーム７２は、樹脂等の絶縁部材により構成された、コア７を支持するためのアームである。コアアーム７２は、コア７が有する湾曲した円柱形状の２つの底面でコア７を支持する。またコアアーム７２は、アーム部分を有し、アーム部分に設けられた中間板１３に固定されたアーム軸７３により、回転可動に配置される。コア用カム７５がカム軸７７とともに回転し、このコア用カム７５がコアアーム７２のアーム部分を押す。これによりコアアーム７２は、アーム軸７３を中心に回転する。コアアーム７２の回転により、コア７は、インピダンス可変部５のボビン５１およびインピダンス可変部６のボビン６１中を移動させられる。

なお、コアアーム７２は、コア用カム７５がコアアーム７２を押していない状態では、コア７がインピダンス可変部５のコイル５２およびインピダンス可変部６のコイル６２中に位置するよう、バネ７４により引き戻される。

［２．作用］
［２−１．負荷時タップ切換システムの作用］
次に、本実施形態の負荷時タップ切換システムの動作の概要を図１に基づき説明する。一例として、負荷の電流が増加し、変圧器９のタップを、低電圧側のタップ９１から高電圧側のタップ９２に切替える場合の動作につき以下に説明する。

初期状態として、変圧器９の低電圧側のタップ９１から、電力が負荷に供給されている。この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「閉」 ８Ｂ：「開」 ８Ｃ：「開」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「閉」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「低インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
この状態で、インピダンス可変部５のインピダンスは、主開閉接点８Ａが「閉」状態のインピダンスの１／１０程度となっている。

次にインピダンス可変部５のインピダンスが上昇させられる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「閉」 ８Ｂ：「開」 ８Ｃ：「開」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「閉」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
インピダンス可変部５のインピダンスは、主開閉接点８Ａが「閉」状態のインピダンスの１０倍程度となる。これにより開閉部２に流れる電流は、主開閉接点８Ａに流れる電流の１／１０程度に低減される。

次に負荷時タップ切換装置１の開閉部２が「開」状態にされる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「閉」 ８Ｂ：「開」 ８Ｃ：「開」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
これにより変圧器９の低電圧側のタップ９１から供給される電流は、開閉部２から主開閉接点８Ａに移る（本動作を以降「転流」と呼ぶ）。転流させる電流が抑制されているので、開閉部２の開極時のダメージは、軽減される。

次に主開閉接点８Ｃが「閉」状態にされる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「閉」 ８Ｂ：「開」 ８Ｃ：「閉」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」

これにより、変圧器９の低電圧側のタップ９１からの電流は、主開閉接点８Ａを介し負荷へ、変圧器９の低電圧側のタップ９２からの電流は、主開閉接点８Ｃおよび限流抵抗器８Ｒを介し負荷へ流れる。変圧器９の低電圧側のタップ９１と低電圧側のタップ９２は、限流抵抗器８Ｒを介し接続されており、この状態を「橋絡」と呼ぶ。

次に主開閉接点８Ａが「開」状態にされる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「開」 ８Ｂ：「開」 ８Ｃ：「閉」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
これにより、負荷へ流れる電流は、全て変圧器９の低電圧側のタップ９２から主開閉接点８Ｃおよび限流抵抗器８Ｒを介し流れた電流となる。

次に主開閉接点８Ｂが「閉」状態にされる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「開」 ８Ｂ：「閉」 ８Ｃ：「閉」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
これにより、負荷へ流れる電流は、変圧器９の低電圧側のタップ９２から主開閉接点８Ｂとこれに並列に設けられた、主開閉接点８Ｃおよび限流抵抗器８Ｒを介し流れた電流となる。

次に負荷時タップ切換装置１の開閉部３が「閉」状態にされる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「開」 ８Ｂ：「閉」 ８Ｃ：「閉」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「閉」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」

これにより、負荷時タップ切換装置１の開閉部３にも、変圧器９の低電圧側のタップ９２からの電流が流れるようになる。この段階でインピダンス可変部６のインピダンスは、主開閉接点８Ｂが「閉」状態のインピダンスの１０倍程度である。従って、開閉部３に流れる電流は、主開閉接点８Ｂに流れる電流の１／１０程度である。主開閉接点８Ｂから開閉部３に転流させる電流が抑制されているので、開閉部３の閉極時のダメージは、軽減される。

次にインピダンス可変部６のインピダンスが低減させられる。
この段階での各部の状態は以下の通りである。
主開閉接点 ８Ａ：「開」 ８Ｂ：「閉」 ８Ｃ：「閉」
負荷時タップ切換装置１ 開閉部２：「開」 開閉部３：「閉」
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「低インピダンス」
インピダンス可変部６のインピダンスは、主開閉接点８Ｂが「閉」状態のインピダンスの１／１０程度となる。これにより開閉部３に流れる電流は、主開閉接点８Ｂに流れる電流の１０倍程度になる。変圧器９の高電圧側のタップ９２からの電流の大部分が開閉部３に流れるのでタップ切換の全工程が完了となる。

主開閉接点８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、サイリスタにより構成されている。サイリスタは大きな電流を長時間通電させると発熱するため冷却が必要とされる。このため主開閉接点８Ａ、８Ｂおよび８Ｃのみに電流を流す時間を短くすることが好ましく、タップ切換の時間を数１００ｍ秒から１秒程度にすることが望ましい。

［２−２．負荷時タップ切換装置１の作用］
次に、本実施形態の負荷時タップ切換装置１の動作を図６〜７に基づき説明する。以下は、一例として本負荷時タップ切換装置１が、図１に示す負荷時タップ切換システムに設置された場合の動作である。

負荷時タップ切換装置１の開閉部２および開閉部３は、駆動部７１に駆動され開閉動作を行う。インピダンス可変部５およびインピダンス可変部６は、駆動部７１に駆動されインピダンス上昇および低減動作を行う。駆動部７１は、駆動部７１のカム軸７７が外部の開閉制御装置(図中不示）により回転駆動されることにより、開閉部２、開閉部３の開閉動作およびインピダンス可変部５、インピダンス可変部６のインピダンス上昇および低減動作を制御する。

駆動部７１は、カム軸７７に接続された開閉用カム７６を用いて、開閉部２、開閉部３の開閉を行う。駆動部７１は、カム軸７７に接続されたコア用カム７５を用いて、コア７が配置されたコアアーム７２を駆動する。コアアーム７２は、それぞれインピダンス可変部５およびインピダンス可変部６のコイル５２、６２のボビン５１、６１に、コア７を挿入および離脱させ、インピダンス可変部５、インピダンス可変部６のインピダンスを上昇および低減させる。

開閉用カム７６およびコア用カム７５は両者ともカム軸７７に接続されており、開閉部２、開閉部３の開閉動作およびインピダンス可変部５、インピダンス可変部６のインピダンス上昇および低減動作は、開閉用カム７６およびコア用カム７５によりタイミングが制御される。その結果、インピダンス可変部５は、開閉部２の開閉動作時に高インピダンスとなり、インピダンス可変部６は、開閉部３の開閉動作時に高インピダンスとなる。一方、開閉部２および３が開閉動作を行わず、負荷に通常の電力供給を行っている状態では、インピダンス可変部５および６は低インピダンスとなる。

次に一例として、負荷の電流が増加し、変圧器９のタップが、低電圧側のタップ９１から高電圧側のタップ９２に切替えられる場合の動作手順につき説明する。以下の（１）〜（６）の各段階は、図６および図７のタイムチャート中に示す（１）〜（６）に対応する。

（１）初期状態として、変圧器９の低電圧側のタップ９１から、開閉部２、中性点端子４を介し電力が負荷に供給されている。この段階での各部の状態は以下の通りである。
開閉部２：「閉」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５のコイル５２中： コア７なし
インピダンス可変部６のコイル６２中： コア７あり
インピダンス可変部５：「低インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
インピダンス可変部５のボビン５１中からコア７は離脱しており、コイル５２を有するインピダンス可変部５は低インピダンスとなっている。従って開閉部２を流れる電流は大きなものとなっている。

（２）次に、駆動部７１のカム軸７７は外部装置により回転され、カム軸７７に接続されたコア用カム７５および開閉用カム７６が回転する。コア用カム７５は、コアアーム７２を回転させコア７を移動させる。コア７は、インピダンス可変部５のボビン５１中に挿入され、コイル５２を有するインピダンス可変部５は高インピダンスとなる。この段階での各部の状態は以下の通りである。
開閉部２：「閉」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５のコイル５２中： コア７あり
インピダンス可変部６のコイル６２中： コア７あり
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
なお、コア７はコアアーム７２に配置されたバネ７４の力により回転させられる。この動作により開閉部２を流れる電流は小さくなる。一方、変圧器９の高電圧側のタップ９１に接続された主開閉接点８Ａを流れる電流が増大する。

（３）次に、駆動部７１のカム軸７７は、さらに外部装置により回転され、カム軸７７に接続されたコア用カム７５および開閉用カム７６が回転する。開閉用カム７６は、開閉部２の通伝導体２３を半径内側に牽引し、開閉部２を「開」状態にする。この段階での各部の状態は以下の通りである。
開閉部２：「開」 開閉部３：「開」
インピダンス可変部５のコイル５２中： コア７あり
インピダンス可変部６のコイル６２中： コア７あり
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」
これにより、開閉部２を電流は流れなくなる。変圧器９の低電圧側のタップ９１からの電流は、全て主開閉接点８Ａを介し負荷へ流れる。

その後、限流抵抗器８Ｒと直列に接続された主開閉接点８Ｃが「閉」状態にされる。次に主開閉接点８Ａが「開」状態にされる。さらに次に、主開閉接点８Ｂが「閉」状態にされる。これにより、負荷へ流れる電流は、変圧器９の低電圧側のタップ９１から供給される電流から、高電圧側のタップ９２から供給される電流に切替えられる。

（４）次に、駆動部７１のカム軸７７は、さらに外部装置により回転され、カム軸７７に接続されたコア用カム７５および開閉用カム７６が回転する。開閉用カム７６は、開閉部３の通伝導体３３を半径外側に押出し、開閉部３を「閉」状態にする。この段階での各部の状態は以下の通りである。
開閉部２：「開」 開閉部３：「閉」
インピダンス可変部５のコイル５２中： コア７あり
インピダンス可変部６のコイル６２中： コア７あり
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「高インピダンス」

これにより、開閉部３に電流が流れるようになる。この段階では、インピダンス可変部６が高インピダンスであるので、開閉部３を流れる電流は、小さなものである。一方、主開閉接点８Ｂを流れる電流は大きなものである。

（５）次に、駆動部７１のカム軸７７は外部装置により回転され、カム軸７７に接続されたコア用カム７５および開閉用カム７６が回転する。コア用カム７５は、コアアーム７２を回転させコア７を移動させる。コア７は、インピダンス可変部６のボビン６１中から離脱し始める。

（６）さらに、駆動部７１のカム軸７７は外部装置により回転され、コア用カム７５は、コアアーム７２を回転させコア７を移動させる。コア７は、インピダンス可変部６のボビン６１中から離脱する。この段階での各部の状態は以下の通りである。
開閉部２：「開」 開閉部３：「閉」
インピダンス可変部５のコイル５２中： コア７あり
インピダンス可変部６のコイル６２中： コア７なし
インピダンス可変部５：「高インピダンス」 インピダンス可変部６：「低インピダンス」
これにより、インピダンス可変部６が低インピダンスとなるので、開閉部３を流れる電流は、大きなものとなる。一方、主開閉接点８Ｂおよび８Ｃを流れる電流は小さなものとなる。変圧器９の高電圧側のタップ９２から大電流を開閉部３に流すことができ、タップ切換の全工程が完了となる。

インピダンス可変部５または６は、主開閉接点８Ａ、８Ｂまたは８Ｃに比べ、高インピダンス時には、１０倍程度のインピダンスを、低インピダンス時には１／１０程度のインピダンスを有する。このような、インピダンス可変部５または６のインダクタは下記のように実現することができる。インピダンス可変部５または６のインダクタの一例を以下に説明する。

インダクタのリアクタンス：Ｘ［Ω］は、以下で表される。
Ｘ＝２πｆＬ ・・・（１）
ｆ：交流の周波数[ＨＺ]
Ｌ：インダクタンス［Ｈ］
ここでＬは以下の通りである。
Ｌ＝ｋ・μ０・ｎ＾２・πａ＾２／ｂ ・・・（２）
ｋ：長岡係数
μ０：透磁率（真空の透磁率×比透磁率）
真空の透磁率・・・４π×１０＾−７
空気比透磁率・・・１
フェライトコア比透磁率・・・６００
ｎ：コイル巻き数
ａ：コイル巻き半径
ｂ：コイル巻き長さ

ここで、一例として各パラメータを下記の値とする。
ａ：５ｍｍ
ｂ：２０ｍｍ
ｎ：４．５
ｋ：０．８２
Ｌ＝０．０８２ μＨ
４９．２ μＨ
Ｘ＝２５．７μΩ （空芯時）
１５ｍΩ（フェライトコア入り時）

開閉部２または３の閉状態での抵抗値は１５０μΩ程度である。
また、主開閉接点８Ａ、８Ｂまたは８Ｃの閉状態での抵抗値は１．５ｍΩ程度である。
インピダンス可変部５または６のインピダンスと比較すると以下のようになる
低インピダンス時 開閉部のインピダンス：主開閉接点インピダンス＝約１：１０
高インピダンス時 開閉部のインピダンス：主開閉接点インピダンス＝約１０：１
上記のように、本実施例のインピダンス可変部５または６を実現することができる。

［３．効果］
（１）本実施形態によれば、開閉部２に接続されたインピダンス可変部５または開閉部３に接続されたインピダンス可変部６を高インピダンスの状態にして、開閉部２または開閉部３の開閉を行うので、開閉時におけるアークを抑制し開閉部の劣化を低減させ、耐久性能の優れた負荷時タップ切換装置を提供することができる。

（２）本実施形態によれば、負荷時タップ切換装置１のインピダンス可変部は、コイルが巻かれたボビンにより構成されたインダクタのボビンにコアが挿入または離脱されることによりインピダンスが可変されるので、インピダンス可変部自体に開閉機構を有しない。このためインピダンス可変部５、６によるインピダンスの上昇および低減動作では、電流の開閉が行われることがなく、負荷への電流が遮断されることがないとともに、インピダンス可変部５、６自体の劣化が軽減される。また、簡単な機構にてインピダンス可変部５、６が実現され、その結果、負荷時タップ切換装置１の部品点数の増加を防ぐことができるとともに、故障率も低下させることができる。

（３）本実施形態によれば、駆動部７１により、開閉部２、開閉部３、インピダンス可変部５およびインピダンス可変部６が連動して駆動されるので、インピダンス可変部５は、開閉部２の開閉動作時に高インピダンスとなり、インピダンス可変部６は、開閉部３の開閉動作時に高インピダンスとなるよう確実にタイミングがとられる。一方、開閉部２および３が開閉動作を行わず、負荷に通常の電力供給を行っている状態では、インピダンス可変部５および６は低インピダンスとなるよう制御される。

（４）インピダンス可変部５のコイル５２と、インピダンス可変部６のコイル６２は、中性点を介し直列接続されて共通のボビンに巻かれており、ボビン内を移動させられるコア７は、コイル５２および６２に共通の一つのコアにより構成され、構造を単純化することができるので、負荷時タップ切換装置１の部品点数の増加を防ぐことができるとともに、故障率も低下させることができる。

［４．他の実施形態］
本発明の変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。

（１）上記本実施形態では、変圧器９のタップは、タップ９１および９２の二つとしたが、タップの数はこれに限られない。変圧器９は３つ以上のタップを有するものであってもよい。

（２）上記実施形態では、開閉部２，３は真空バルブとしたが油中遮断器としてもよい。

（３）上記実施形態では、インピダンス可変部５、６は、インダクタとしたがインピダンス可変の方法はこれに限られない。他の抵抗可変素子を用いてもよい。

（４）上記実施形態では、インピダンス可変部５、６のボビン５１、６１は湾曲した形状をした一体構造としたが、ボビンの構造はこれに限られない。ボビン５１、６１は湾曲した形状でなく直線状の形状でもよい。また、一体化しておらず別構造であってもよい。

（５）上記実施形態では、コア７は湾曲した形状をした一体構造としたが、コアの形状はこれに限られない。コア７は湾曲した形状でなく直線状の形状でもよい。また、コア７は、コア７ａおよびコア７ｂが一体となった構造を有していなくてもよい。コア７ａおよびコア７ｂは、別構造であってもよい。

（６）上記実施形態では、コア７はコア用カム７５によりコアアーム７２を介して移動されるようにしたがコア７の移動機構はこれに限られない。例えば、カム軸７７に配置されたコア用カムを用いずに、開閉部２、３の開閉とは独立した機構を設けてコア７の移動を行うようにしてもよい。

（７）上記実施形態では、本負荷時タップ切換装置１は、図１に示す負荷時タップ切換システムに設置されるものとしたが、本負荷時タップ切換装置１が使用されるシステムはこれに限られない。例えば、本負荷時タップ切換装置１単独で、電力系統に設置されるようにしてもよい。

（８）上記実施形態では、変圧器９のタップを低電圧側のタップ９１から高電圧側のタップ９２に切替える場合であって、本負荷時タップ切換装置１の開閉部２が「開」状態となるときにインピダンス可変部５が高インピダンスに、開閉部３が「閉」状態となるときにインピダンス可変部６が高インピダンスになる場合について説明した。

変圧器９のタップを高電圧側のタップ９２から低電圧側のタップ９１に切替える場合であって、本負荷時タップ切換装置１の開閉部３が「開」状態となるときにもインピダンス可変部６が高インピダンスに、開閉部２が「閉」状態となるときにもインピダンス可変部５が高インピダンスになる。つまり、開閉部２および３が「開」から「閉」状態とされるとき、および「閉」から「開」状態とされるときに、インピダンス可変部５および６は高インピダンスとなる。一方、開閉部２および３が開閉動作を行わず、負荷に通常の電力供給を行っている状態では、インピダンス可変部５および６は低インピダンスとなる。

（９）上記実施形態では、図１に示すように本負荷時タップ切換システムの主開閉接点８Ａ、８Ｂおよび８Ｃはサイリスタ等の半導体スイッチにより構成されるものとしたが、図８に示すように機械式接点を有する開閉器により構成されるようにしてもよい。

１・・・負荷時タップ切換装置
２，３・・・開閉部
２Ｔａ，２Ｔｂ，３Ｔａ，３Ｔｂ・・・端子
２１，２２，３１，３２・・・接触子
２３，３３・・・通伝導体
４・・・中性点端子
４Ｌ，５Ｌ，６Ｌ・・・導線
５，６・・・インピダンス可変部
５１，６１・・・ボビン
５２，６２・・・コイル
７・・・コア
７１・・・駆動部
７２・・・コアアーム
７３・・・アーム軸
７４・・・バネ
７５・・・コア用カム
７６・・・開閉用カム
７７・・・カム軸
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ・・・主開閉接点
８Ｒ・・・限流抵抗器
７，７ａ，７ｂ・・・コア
９・・・変圧器
９１，９２・・・タップ
７１駆動部
１１・・・フレーム
１２・・・下部軸受板
１３・・・中間板
１４・・・遮断ホルダ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・支持軸

Claims (7)

1. 電力系統に設けられた変圧器の第１のタップに接続され、前記第１のタップから供給される電力を開閉する第１の開閉部と、
   前記第１の開閉部に直列に接続され、前記第１の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第１のインピダンス可変部と、
   前記変圧器の第２のタップに接続され、前記第２のタップから供給される電力を開閉する第２の開閉部と、
   前記第２の開閉部に直列に接続され、前記第２の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第２のインピダンス可変部と、
   を備えた負荷時タップ切換装置。
2. 前記第１の開閉部と前記第２の開閉部と前記第１のインピダンス可変部および第２のインピダンス可変部を連動して駆動する駆動部を有し、
   前記駆動部は、前記第１の開閉部および第２の開閉部を連動して開閉し、さらに前記第１の開閉部および第２の開閉部の開閉に連動して前記第１のインピダンス可変部および第２のインピダンス可変部のインピダンスを変動させる請求項１記載の負荷時タップ切換装置。
3. 前記第１および第２のインピダンス可変部は、円筒状のボビンにまかれたコイルと、前記円筒状のボビン中を移動するコアを有するインダクタであり、前記コアが前記ボビン中を移動することにより前記コアと前記コイルに対する位置が可変されることにより前記インダクタのインピダンスが可変である請求項１乃至２のいずれか１項記載の負荷時タップ切換装置。
4. 前記ボビンには前記第１のインピダンス可変部のコイルと、前記第２のインピダンス可変部のコイルが、中性点を介し直列接続されて巻かれており、前記コアは一つのコアであり、前記第１の開閉部および前記第２の開閉部の開閉動作に応じ前記第１のインピダンス可変部と、前記第２のインピダンス可変部のコイルに対する位置を変え、前記ボビン中を移動する請求項３記載の負荷時タップ切換装置。
5. 前記ボビンは、開口部間を結ぶ円筒の高さ方向に円弧を描く形状をしており、
   前記コアは、円柱の高さ方向に円弧を描く形状をしており、
   前記コアは、軸に回動可能となるアームに固定され、
   前記軸を中心に前記アームが回動することにより、前記コアが前記ボビン内部を移動する
   請求項４記載の負荷時タップ切換装置。
6. 電力系統に設けられた変圧器の第１のタップに接続され、前記第１のタップから供給される電力を開閉する第１の開閉部と、
   前記第１の開閉部に直列に接続され、前記第１の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第１のインピダンス可変部と、
   前記変圧器の第２のタップに接続され、前記第２のタップから供給される電力を開閉する第２の開閉部と、
   前記第２の開閉部に直列に接続され、前記第２の開閉部の開閉動作時にインピダンスを上昇させる第２のインピダンス可変部と、
   を備えた負荷時タップ切換装置と、
   前記負荷時タップ切換装置の第１の開閉部と並列に接続された第１の主開閉接点と、
   前記負荷時タップ切換装置の第２の開閉部と並列に接続された第２の主開閉接点と、
   を有し、
   前記負荷時タップ切換装置の前記第１のインピダンス可変部は、前記第１の開閉部の開閉動作時に前記第１の主開閉接点のインピダンスより高インピダンスになり、低インピダンス時に前記第１の主開閉接点のインピダンスより低インピダンスとなり、
   前記負荷時タップ切換装置の前記第２のインピダンス可変部は、前記第２の開閉部の開閉動作時に前記第２の主開閉接点のインピダンスより高インピダンスになり、低インピダンス時に前記第２の主開閉接点のインピダンスより低インピダンスとなる、
   負荷時タップ切換システム。
7. 前記第１の主開閉接点および前記第２の主開閉接点は、半導体スイッチにより構成される請求項６記載の負荷時タップ切換システム。
   
   

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