JP2008172033A - 負荷時タップ切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な強度を確保しつつ限流抵抗器の冷却効率を高めてコンパクト化を進めることにより、小型かつ簡易でしかも安価な構成を実現し、信頼性・経済性の向上を図り得る負荷時タップ切換装置を提供する。
【解決手段】限流抵抗器３ａは、溝２３ａを設けた板状の抵抗体を連続的にＳ字状に折って構成されている。溝２３ａは、限流抵抗器３ａの上縁部が切り欠かれて下縁部へと延びるものと、反対に限流抵抗器３ａの下縁部が切り欠かれて上縁部へと延びるものとが、交互に、且つ互いに平行に、設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、限流抵抗器の構成に改良を施した負荷時タップ切換装置に関するものである。

一般に、送変電系統の変圧器などには、電圧の安定化を図るべく、負荷時タップ切換装置が設置されている。負荷時タップ切換装置とは、変圧器タップ巻線のタップを負荷時に切換えて電圧調整を行う装置であり、万が一にでも故障すると、送変電系統に停電などの深刻な問題が発生する可能性がある。したがって、負荷時タップ切換装置には性能面で高い信頼性が要求されている。また、電力の自由化が進行する現在、負荷時タップ切換装置をはじめとする電力機器分野では、機器の小型化、低コスト化への要求がますます高まっている。これらの要求に同時に応えるために、負荷時タップ切換装置は、高い信頼性を確保しつつ、小型で安価であることが必要である。

負荷時タップ切換装置は、変圧器本体タンク内に切換開閉器およびタップ選択器が設けられており、切換開閉器には構成要素として限流抵抗器が配設されている。限流抵抗器には、通常、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るようになっており、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機能がある。

ここで、図１１に、限流抵抗器の従来例を示す。限流抵抗器３ｊは、板状の抵抗体を連続するＳ字状に折り曲げて構成され、その材料にはニッケルクロム合金（ニクロム合金）などが適用されている。この限流抵抗器３ｊには、以下の性能が同時に要求される。
（１）通電による温度上昇値が過大とならないように、良好な放熱性能を有すること。
（２）負荷時タップ切換装置全体の小型化のために、限流抵抗器自体も小さな容積であること。

このような限流抵抗器の従来技術としては、特許文献１が知られている。特許文献１の従来例では、負荷時タップ切換装置の切換動作を行う駆動軸に羽根車を取付け、この羽根車の回転動作によって限流抵抗器に送風を与え、限流抵抗器を冷却することで、限流抵抗器の放熱性能向上とその小型化を図っている。
特許第２６９３５６３号公報

しかしながら、上述した負荷時タップ切換装置には以下のような問題があった。すなわち、負荷時タップ切換装置においてタップ切換時に限流抵抗器に通電される時間は数十ｍｓ程度と非常に短い。この短時間で限流抵抗器の温度は急激に上昇するが、駆動軸に設けた羽根車による冷却時間も、同じく短時間であるため、極端に大きな効果を期待できるものではない。特に、連続的なタップ切換動作に際して生じる抵抗温度上昇に対しては、十分な冷却効果は得られにくいと考えられる。

また、専用の強力な冷却機を、羽根車とは別に設ける方法も可能であるが、この方法では限流抵抗器自体を小型化できても、冷却機の容積が加わる分、負荷時タップ切換装置全体として大型化を余儀なくされることになる。

ところで、限流抵抗器の放熱性能は次式によって評価することができる。
ｑ＝ｈＡδＴ…（１）
上記（１）式で、ｑは限流抵抗器からの単位時間あたりの放熱量、ｈは熱伝達率、Ａは限流抵抗器の放熱面積、δＴは限流抵抗器と周囲の温度差である。

前記（１）式から明らかなように、限流抵抗器の放熱性能は限流抵抗器の放熱面積、すなわち表面積に比例し、放熱面積が大きくなるほど、放熱性能も良くなることは明確である。ただし、安易に限流抵抗器を大きくして表面積を大きくするだけでは限流抵抗器の容積も大きくなるので、装置全体の大型化を招くことは言うまでもない。また、表面積を増やすために単純に限流抵抗器を薄くすると、変圧器の振動や動作時の振動に対して機械的な強度に問題が生じる場合が考えられる。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、その目的は、機械的な強度を確保しつつ限流抵抗器の冷却効率を高めてコンパクト化を進めることにより、小型かつ簡易でしかも安価な構成を実現し、信頼性・経済性の向上を図り得る負荷時タップ切換装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、変圧器本体タンクに切換開閉器とタップ選択器が取り付けられ、前記切換開閉器に限流抵抗器が設けられた負荷時タップ切換装置において、前記限流抵抗器は、断面にＵ字状部を有する抵抗体、あるいは複数の溝を有する板状の抵抗体、もしくは円柱又は多角柱の棒状抵抗体から構成されることを特徴としている。

以上の構成を有する限流抵抗器では、機械的な強度を損なうことなく、限流抵抗器の放熱面積のみを増大させることができる。したがって、限流抵抗器は、小さくとも優れた放熱性能を発揮することが可能である。その結果、冷却効率の向上とコンパクト化を両立させることができる。

本発明の負荷時タップ切換装置によれば、機械的な強度を維持しつつ限流抵抗器の表面積（放熱面積）のみを増大させた限流抵抗器を採用することで、限流抵抗器の冷却効率の向上とコンパクト化が両立し、高性能化及び低コスト化に寄与することができた。

（１）第１の実施形態
［構成］
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図１０を参照して、具体的に述べる。図１は第１の実施形態の構造断面図、図２〜図１０は全て各実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す図である。なお、これらの限流抵抗器が組み込まれる負荷時タップ切換装置の基本的な構成に関しては、いずれの実施形態においても共通であるため、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を用いて本発明に係る第１の実施形態について説明する。図１に示すように、第１の実施形態に係る負荷時タップ切換装置は、切換開閉器１、タップ選択器２とから構成され、切換開閉器１には限流抵抗器３ａが設けられている。限流抵抗器３ａの個数については本発明では特に限定しないが、切換電気回路の構成により通常は複数個設けられている。なお、切換開閉器１とタップ選択器２は、変圧器本体タンク４に取付けられている。

さらに切換開閉器１は、図示しない操作機構に連結した減速装置５が設けられている。減速装置５には駆動軸７が取り付けられており、この駆動軸７を介して蓄勢ばね６ｂを有する蓄勢装置６が連結されている。蓄勢装置６は駆動軸７の回転力を蓄勢ばね６ｂのばねエネルギに変換し、蓄勢する装置である。

また、蓄勢装置６の下側には蓄勢装置６にて蓄勢されたばねエネルギを駆動源として電流の切換を行う接点部８が配置されている。接点部８の内部構成については特に限定しないが、蓄勢装置６の駆動力により回転するカム９、複数の真空バルブ１０、複数の通電接点１１などから構成されているものである。

タップ選択器２は、切換開閉器１と同様に図示しない操作機構に連結されている。タップ選択器２内には、タップを選択するための複数のタップ選択接点部が設けられている。また、限流抵抗器３ａはケース２１内に収められており、接続端子２２を介して切換開閉器１の切換電気回路を構成するものであり、タップ切換動作時に生じるタップ間短絡時の横流を制限するように接点部８に電気的に接続されている。

限流抵抗器３ａの外観形状を図２に示す。この限流抵抗器３ａは、溝２３ａを設けた板状の抵抗体を連続的にＳ字状に折って構成されている。溝２３ａは、限流抵抗器３ａの上縁部が切り欠かれて下縁部へと延びるものと、反対に限流抵抗器３ａの下縁部が切り欠かれて上縁部へと延びるものとが、交互に、且つ互いに平行に、設けられている。

［作用効果］
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果は次の通りである。最初に、本実施の形態における切換開閉器１およびタップ選択器２の作用について説明する。図示しない操作機構の駆動力は減速装置５から駆動軸７を介して蓄勢装置６へと伝えられ、蓄勢装置６の駆動力により、接点部８内のカム９が回転して、接点部８の電気回路が切換えられる。タップ選択器２も切換開閉器１と同様に操作機構により駆動され、タップの選択を行う。

次に、限流抵抗器３ａの作用を説明する。この限流抵抗器３ａには、切換開閉器１による電気回路切換中に、変圧器のタップ間に過大な電流が流れるのを抑制する。前述したように限流抵抗器３ａの放熱性能は上記（１）式によって評価することが可能である。すなわち、限流抵抗器３ａは交互に溝２３ａを設けた分だけ限流抵抗器の放熱面積が大きくなっており、良好な放熱性能を得ることができる。しかも、放熱性能が良いため、限流抵抗器３ａは小さな容積で、前記の電流抑制機能を果たすことができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、次の（ａ）〜（ｃ）の要求を同時に満足させることができる。
（ａ）通電による温度上昇値が過大とならないように、限流抵抗器が良好な放熱性能を有すること。
（ｂ）負荷時タップ切換装置全体の小型化のために、限流抵抗器自体も小さな容積であること。
（ｃ）変圧器の振動や動作時の振動に対して、限流抵抗器が十分な機械的強度を有すること。

すなわち、本実施の形態によれば、交互に溝２３ａを設けた板状の抵抗体から限流抵抗器３ａを構成することにより、放熱性能が良く小さな容積の限流抵抗器３ａを実現でき、小形かつ簡易・安価な構成で信頼性の高い負荷時タップ切換装置を提供することができる。

（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、図３を用いて、本発明に係る第２の実施形態を説明する。図３に示すように、第２の実施形態を適用した限流抵抗器３ｂは、前記第１の実施形態における溝２３ａに代えて、同一方向に延びる溝２３ｂが設けられた点に特徴がある。すなわち、限流抵抗器３ｂは、櫛状に設けられた板状の抵抗体を、連続してＳ字状に折って構成されている。

［作用効果］
このような構成を有する第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同様、溝２３ｂを設けた分だけ限流抵抗器の放熱面積が大きくなり、良好な放熱性能を得ることが可能である。したがって、限流抵抗器３ｂは小さな容積で済み、良好な電流抑制機能を発揮することができる。

（３）第３の実施形態
［構成］
図４に示す第３の実施形態において、限流抵抗器３ｃは、断面がＵ字形状の抵抗体を連続的にＳ字状に折って構成されている。

［作用効果］
このような第３の実施形態では、断面がＵ字形状とした抵抗体から限流抵抗器３ｃを構成したことで、上記第１及び第２の実施形態と同じく、限流抵抗器の放熱面積が増大し、放熱性能が高まる。このため、限流抵抗器３ｃは小さな容積で十分な電流抑制機能を果たすことができる。しかも、本実施形態では、断面をＵ字形状としたことにより振動に対する機械的強度が向上する。なお、断面がＵ字形状である部分を含んでいれば放熱面積を大きくすることができるので、本実施形態の変形例としてはＵ字形状部を横方向に２つ並べてＷ字状を断面としたものや、縦方向に対照的に２つ並べてＨ字状を断面としたものなどが考えられる。

（４）第４の実施形態
［構成］
続いて、図５を参照して、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態に係る限流抵抗器３ｄでは、前記第３の実施形態における断面がＵ字形状の限流抵抗器３ｃに、溝２３ｄが形成された点に特徴がある。溝２３ｄは、Ｕ字形状の上部において右縁部が切り欠かれて左縁部へとＪ字状に延びるものと、反対に左縁部が切り欠かれて右縁部へと延びるＪ字を左右対称としたもの（つまり平仮名の「し」字状）とが、交互に、且つ互いに平行に、設けられている。

［作用効果］
以上のような第４の実施形態では、断面がＵ字形状とした上に、溝２３ｄを形成したことで、限流抵抗器における放熱面積のさらなる増大を図ることができ、放熱性能の高性能化と、機器のコンパクト化をいっそう進めることができる。これにより、信頼性及び経済性がさらに向上する。なお、第４の実施形態では、溝２３ｄを交互に形成しているが、Ｊ字状の溝か、あるいは平仮名の「し」字状の溝、そのどちらか一方を連続的に設けたものであってもよい。

（５）第５の実施形態
［構成］
図６に示す第５の実施形態では、限流抵抗器３ｅが、断面が歯車形状の棒状抵抗体を連続するＳ字状に折って構成されている。

［作用効果］
上記の第５の実施形態では、断面が歯車形状の棒状抵抗体からなる限流抵抗器３ｅを用いたことで、限流抵抗器の放熱面積を大きくすることができ、良好な放熱性能を獲得できる。このため、上記第１〜第４の実施形態と同様、限流抵抗器３ｅは小さな容積で済み、良好な電流抑制機能を発揮することができる。

（６）第６の実施形態
［構成］
図７に示すように、第６の実施形態に係る限流抵抗器３ｆは、断面が歯車形状の棒をらせん状に曲げて構成された点に特徴がある。

［作用効果］
このような第６の実施形態では、限流抵抗器３ｆをらせん状に曲げたことで、単位面積当たりの限流抵抗器の放熱面積をより大きくすることが可能であり、また振動に対する機械的強度が良好となる。したがって、放熱性能は向上し、機器の小型化が実現すると同時に、優れた動作信頼性を得ることができる。

（７）第７の実施形態
［構成］
第７の実施形態を図８に示す。限流抵抗器３ｇは、内部が中空の六角柱の棒状抵抗体を連続してＳ字状に折り、さらに中空部と外部を結ぶ孔２４ｇを設けて構成されている。

［作用効果］
第７の実施形態では、限流抵抗器３ｇは内部が中空の六角柱の棒状抵抗体から構成されているため、前記実施形態と同様に、放熱性能が良く、小さな容積で限流抵抗器３ｇの機能を果たすことができ、また振動に対する機械的強度も強い。しかも、中空部と外部を結ぶ孔２４ｇを介して周囲の流体が移動可能であることで、さらに放熱性能が良くなるという作用効果がある。このような第７の実施形態によれば、小形かつ簡易な構成で信頼性の高い負荷時タップ切換装置を提供することができる。

（８）第８の実施形態
［構成］
図９に示すように、第８の実施形態に係る限流抵抗器３ｈは、内部が中空の六角柱の棒状抵抗体をらせん状に曲げて構成されている。

［作用効果］
この第８の実施形態では、前記第７の実施形態に示した限流抵抗器３ｇをらせん状に曲げたことで、単位面積当たりの限流抵抗器の放熱面積をより大きくすることが可能である。また振動に対する機械的強度も良好となる。したがって、放熱性能は向上し、機器の小型化が実現すると同時に、優れた動作信頼性を得ることができる。

（９）第９の実施形態
［構成］
図１０の正面図に示す第９の実施形態は、限流抵抗器３ｉは、複数の円錐台を連続させて設けた蛇腹状の棒状抵抗体から構成されている。

［作用効果］
上記の第９の実施形態では、限流抵抗器３ｉは蛇腹状の抵抗体からなるため、円柱の抵抗体と比べて、さらに限流抵抗器の放熱面積を増やすことができ、放熱性能の高性能化と、機器のコンパクト化をいっそう進めることが可能となる。

（１０）他の実施形態
なお、本発明に係る負荷時タップ切換装置器は、上記実施形態に限定されるものではなく、各実施形態は適宜組み合わせ可能であり、例えば、図１０に示した第９の実施形態に係る限流抵抗器３ｉをらせん状にひねって設けたものも包含される。また、構成部材の形状や配置数や配置箇所についても特に限定することなく、適宜変更可能である。

本発明に係る第１の実施形態の構造断面図。 第１の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第２の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第４の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第５の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第６の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第７の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第８の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。 本発明の第９の実施形態における限流抵抗器の外観形状を示す正面図。 従来の負荷時タップ切換装置における限流抵抗器の外観形状を示す斜視図。

符号の説明

１…切換開閉器
２…タップ選択器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ…限流抵抗器
４…変圧器本体タンク
５…減速装置
６…蓄勢装置
６ｂ…蓄勢ばね
７…駆動軸
８…接点部
９…カム
１０…真空バルブ
１１…通電接点
２１…ケース
２２…接続端子
２３ａ、２３ｂ、２３ｄ…溝
２４ｇ、２４ｈ…孔

Claims (9)

1. 変圧器本体タンクに切換開閉器とタップ選択器が取り付けられ、前記切換開閉器に限流抵抗器が設けられた負荷時タップ切換装置において、
   前記限流抵抗器は、複数の溝を有する板状の抵抗体から構成されていることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
2. 隣接する前記溝同士が、交互に異なる方向に向かって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
3. 前記溝は、同一方向に向かって櫛状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
4. 変圧器本体タンクに切換開閉器とタップ選択器が取り付けられ、前記切換開閉器に限流抵抗器が設けられた負荷時タップ切換装置において、
   前記限流抵抗器は、断面にＵ字状部を有する抵抗体から構成されていることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
5. 前記Ｕ字状部を有する抵抗体の側面部に溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の負荷時タップ切換装置。
6. 変圧器本体タンクに切換開閉器とタップ選択器が取り付けられ、前記切換開閉器に限流抵抗器が設けられた負荷時タップ切換装置において、
   前記限流抵抗器は、円柱又は多角柱の棒状抵抗体から構成されていることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
7. 前記棒状抵抗体は、らせん状に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の負荷時タップ切換装置。
8. 前記棒状抵抗体は、中空であり、且つ表面から中空部に達する開口部が形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の負荷時タップ切換装置。
9. 前記棒状抵抗体は、複数の円錐台を連続させて設けた蛇腹状の抵抗体から構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換装置。