技術 負荷時タップ切換装置及びその切換開閉器を構成する真空バルブの接点消耗量の推定方法

0001

本発明は、切換開閉器を構成する真空バルブの接点消耗量を定量的に推定する機能を備えた負荷時タップ切換装置の構造と、その推定方法に関する。

0002

真空バルブ式の負荷時タップ切換装置（以下、単に、負荷時タップ切換装置という）は、図４に示すように、これを構成する切換開閉器Ｂに真空バルブＡを備え、該真空バルブＡは高真空容器としての絶縁容器１内に設置した固定電極３の接点３ａに対し、同じく絶縁容器１内にて上下動作する可動電極６の接点６ａを開閉極させることにより、タップの切換え動作に利用している。

0003

可動電極６による閉極は、駆動アーム１１を駆動装置１２にて押下動作することにより、駆動アーム１１下に設置した圧縮バネ１３の弾性力を利用して、絶縁碍子８を介してこれに接続される可動電極６の接点６ａを固定電極３の接点３ａに接触させることによって行う。

0004

また、可動電極６による開極は、駆動アーム１１を駆動装置１２にて上方動作させることにより、駆動アーム１１によって留め部１０を押し上げ、これと絶縁碍子８を介して連結される可動電極６を上方動作させ、その接点６ａと固定電極３の接点３ａの接触状態を解消することによって行う。

0005

このようにして固定電極３と可動電極６は開閉極動作を行うが、固定電極３と可動電極６の各接点３ａ，６ａは、開閉極動作時に発生するアーク放電よって徐々に消耗する。各接点３ａ，６ａの消耗量が大きくなると、駆動アーム１１の下方動作範囲の限界から、各接点３ａ，６ａを完全に閉極できなくなり、タップの切換え動作に支障がでる。

0006

したがって、真空バルブＡでは固定電極３と可動電極６の各接点３ａ，６ａの消耗量を診断することが重要となる。

0007

真空バルブＡの接点消耗量を診断する場合、例えば、定期点検時等に変圧器等の油入電気機器に付属した負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂを吊り出す。

0008

そして、切換開閉器Ｂを構成する真空バルブＡが閉極した状態で、留め部１０と駆動アーム１１間の隙間寸法Ｄを、隙間ゲージやノギスで直接測定することによって、固定電極３と可動電極６の各接点３ａ，６ａの消耗量を推定していた。

0009

具体的には、隙間ゲージやノギスで測定した距離Ｄが狭い場合、固定電極３と可動電極６の各接点３ａ，６ａが消耗し、両接点３ａ，６ａ間の接触が不十分な状態であると診断する。

0010

しかし、負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂを吊り出す際には、油入電気機器を配電系統から切り離した状態で、負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂを分解し吊り出す必要があるため、これらの作業に余分な時間と費用、負担がかかるという問題があった。

0011

他方、このような問題を解決できる手段として、図５に示すように、真空バルブＡの可動接触子（以下、可動電極という）３と連動する腕２１に対応する位置にリミットスイッチ２２の動作片２３を設置し、真空バルブＡの接点の摩耗による腕２１のオーバーストロークにより腕２１と動作片２３が当接してリミットスイッチ２２を動作させる接点消耗量検出装置が提案されている（下記特許文献１参照）。

0012

この装置によれば、真空バルブＡの接点が基準消耗量に達した時にリミットスイッチ２２に接続された図示しない表示装置又は警報装置が作動するので、定期的に真空バルブＡの接点の消耗量を測定する作業が必要なくなるとともに、前述の如く、接点の消耗量を診断するために、負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂを吊り出す必要がなく、作業時間・費用・負担を抑制することができる。

0013

実開昭５９−０３９８４５

0014

然るに、上記特許文献１記載の装置は、接点の消耗量が前述した腕２１と動作片２３の位置関係によって決定されるので、基準消耗量に達した時にしか消耗量を知ることができない。また、一度基準消耗量を設定した後、その設定量を変更する場合は、負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂを分解して吊り出し、腕２１と動作片２３の位置関係を機械的に変更しなければならず、過大な作業量が必要となる。

0015

本発明は、前述の問題点を解決できるものであり、真空バルブを構成する固定電極と可動電極の各接点の消耗量を、機械的に基準消耗量を設定することなく必要な時に推定できる負荷時タップ切換装置を提供するものである。

0016

請求項１記載の発明は、高真空の絶縁容器内に突合せ接触方式の固定電極と可動電極の各接点を備えた真空バルブの前記可動電極と駆動軸の間を連結する絶縁部、該駆動軸を前記接点が開閉極する方向に駆動させる駆動アームの駆動源としての駆動装置、前記絶縁部と駆動アームの間に介挿された圧縮ばね、前記圧縮ばねの反発力を測定するために前記絶縁部と駆動アーム間又は前記絶縁部と前記可動電極間に備えた圧力センサと、前記接点が閉極した状態での圧縮ばねの反発力を当該圧力センサによって測定し、その測定データから前記接点の消耗量を推定する計算部を備えて構成したことを特徴とする。

0017

請求項２記載の発明は、高真空の絶縁容器内に突合せ接触方式の固定電極と可動電極の各接点を備えた真空バルブの前記可動電極と駆動軸の間を連結する絶縁部、該駆動軸を前記接点が開閉極する方向に駆動させる駆動アームの駆動源としての駆動装置、前記絶縁部と駆動アームの間に介挿された圧縮ばね、前記駆動軸の移動量を測定するために駆動軸の端部付近に備えた隙間センサと、接点が閉極した状態での駆動軸の移動量を当該隙間センサによって測定し、その測定データから前記駆動軸の移動量の変化量を算出することで前記接点の消耗量を推定する計算部を備えて構成したことを特徴とする。

0018

請求項３記載の発明は、高真空の絶縁容器内に突合せ接触方式の固定電極と可動電極の各接点を備えた真空バルブの前記可動電極と駆動軸の間を連結する絶縁部、該駆動軸を前記接点が開閉極する方向に駆動させる駆動アームの駆動源としての駆動装置、前記絶縁部と駆動アームの間に介挿された圧縮ばね、前記圧縮ばねの反発力を測定するために前記絶縁部と前記駆動アーム間又は前記絶縁部と前記可動電極間に圧力センサを備えた負荷時タップ切換装置において、前記接点が閉極した状態での圧縮ばねの反発力を測定し、その測定データから前記反発力の変化量を算出することで前記接点の消耗量を推定することを特徴とする。

0019

請求項４記載の発明は、高真空の絶縁容器内に突合せ接触方式の固定電極と可動電極の各接点を備えた真空バルブの前記可動電極と駆動軸の間を連結する絶縁部、該駆動軸を前記接点が開閉極する方向に駆動させる駆動アームの駆動源としての駆動装置、前記絶縁部と駆動アームの間に介挿された圧縮ばね、前記駆動軸の移動量を測定するために駆動軸の端部付近に隙間センサを備えた負荷時タップ切換装置において、前記接点が閉極した状態での駆動軸の移動量を測定し、その測定データから前記駆動軸の移動量の変化量を算出することで前記接点の消耗量を推定することを特徴とする。

0020

請求項１記載の発明によれば、真空バルブの接点を閉極した状態での圧縮バネの反発力を圧力センサで測定し、負荷時タップ切換装置の計算部で反発力の測定データから真空バルブの接点消耗量を推定でき、基準消耗量の設定・変更も機械的な操作を必要とせずに計算部の設定を変更することで簡単に行える。また、必要があれば、いつでも計算部から接点消耗量のデータを呼び出すことで接点消耗量を確認することができる。

0021

請求項２記載の発明によれば、真空バルブの接点が閉極した状態で隙間センサよって測定した真空バルブの可動電極に連結された駆動軸の移動量を測定し、負荷時タップ切換装置の計算部で前記駆動軸の移動量の測定データから真空バルブの接点消耗量を推定でき、基準消耗量の設定・変更も機械的な操作を必要とせずに計算部の設定を変更することで簡単に行える。また、必要があれば、いつでも計算部から接点消耗量のデータを呼び出すことで接点消耗量を確認することができる。

0022

請求項３記載の発明によれば、負荷時タップ切換器に備えた圧力センサによって真空バルブの接点を閉極した状態での圧縮バネの反発力を測定し、測定した反発力から接点の消耗量を推定できるため、負荷時タップ切換装置から切換開閉器を吊り出す作業を行うことなく接点の消耗量を確認できる。

0023

請求項４記載の発明によれば、負荷時タップ切換器に備えた隙間センサによって真空バルブの接点が閉極した状態での駆動軸の移動量を測定し、その測定データから駆動軸の移動量の変化量から接点の消耗量を推定できるため、負荷時タップ切換装置から切換開閉器を吊り出す作業を行うことなく接点の消耗量を確認できる。

0024

本発明の実施例１に係る負荷時タップ切換装置の切換開閉器における真空バルブ駆動部の縦断面図である。
負荷時タップ切換装置におけるタップ切換動作の一例を示す回路図である。
本発明の実施例２に係る負荷時タップ切換装置の切換開閉器における真空バルブ駆動部の縦断面図である。
従来の真空バルブの接点消耗量を手動で測定する方法を説明する縦断面図である。
従来の真空バルブの接点消耗量を自動で検出する装置を示す縦断面図である。

0025

本発明の実施例１について図１及び図２を用いて説明する。なお、図１において図４と同一部品は同一符号を付して説明する。図１は本発明の実施例１に係る負荷時タップ切換装置の切換開閉器Ｂにおける真空バルブＡの駆動部を示している。図１において、１は真空バルブＡを構成する高真空容器としての絶縁容器、２は絶縁容器１の一端に接合された固定側端板、３は固定側端板２を気密に貫通する固定電極、４は絶縁容器１の他端に接合された可動側端板、５は可動側端板４に一端が接合された蛇腹形状のベローズ、６はベローズ５の他端を気密に貫通し絶縁容器１内を真空に維持しながら軸方向（図１の上下方向）に可動する可動電極である。

0026

真空バルブＡ内の真空は絶縁容器１、固定側端板２、可動側端板４、ベローズ５により保持され、固定電極３の接点３ａに可動電極６の接点６ａが接触することで閉極し、通電状態となる。

0027

７は切換開閉器Ｂ本体の図示しない枠体を構成するベースプレートであり、前記固定電極２はベースプレート７に固定される。

0028

８は可動電極６と駆動軸９間の絶縁を保ちながら連結する絶縁碍子、１０は前記駆動軸９の他端に取り付けられた留め部である。駆動軸９と留め部１０は、駆動軸９の上部と留め部１０内部に設けられた図示しないネジ部によって、取付け位置の位置決めが可能となっており、留め部１０は位置決めをした後に留めネジ（図示しない）により駆動軸９に固定される。

0029

１１は駆動装置１２により接点６ａを開閉極する方向に動く駆動アーム、１３は可動電極６に連結された絶縁碍子８と駆動アーム１１の間に介挿された圧縮バネであり、真空バルブＡを閉極する位置に駆動アーム１１がある時、十分な接触圧で可動電極６の接点６ａを固定電極３の接点３ａに押し付ける。１４は圧縮バネ１３の反発力を測定するロードセルやダイヤフラムゲージ等の圧力センサである。

0030

図２は負荷時タップ切換装置におけるタップ切換動作の一例を示す回路図である。図２において、ＴＷは油入電気機器のタップ巻線、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４，Ｔ５、Ｔ６・・・はタップ巻線ＴＷに複数備えるタップ、Ｍ１、Ｍ２はタップ選択器の可動接点である。

0031

Ｒは限流抵抗器、Ａは真空バルブ、Ｃ１は真空バルブＡに直列接続された機械式の切換スイッチ（以下、第１の切換スイッチという）、Ｃ２は限流抵抗器Ｒに直列接続された機械式の切換スイッチ（以下、第２の切換スイッチという）である。

0032

切換開閉器Ｂは、真空バルブＡと第１の切換スイッチＣ１と、第２の切換スイッチＣ２から概略構成されている。

0033

タップ巻線ＴＷの偶数タップＴ２から奇数タップＴ３への切換動作について、図２で説明する。図２の左から順に示すように、初めに第２の切換スイッチＣ２を偶数タップ側接点Ｃ２−１から奇数タップ側接点Ｃ２−２へ切換える。次に真空バルブＡを開き通電停止の状態で第１の切換スイッチＣ１を偶数タップ側接点Ｃ１−１から奇数タップ側接点Ｃ１−２へ切換える。続いて、真空バルブＡを閉じて真空バルブＡに負荷電流を流す（通電する）ことで、偶数タップＴ２から奇数タップＴ３への切換動作を完了する。

0034

タップ巻線ＴＷの奇数タップＴ３から偶数タップＴ２への切換動作は、初めに第２の切換スイッチＣ２を奇数タップ側接点Ｃ２−２から偶数タップ側接点Ｃ２−１へ切換える。次に真空バルブＡを開き通電停止の状態で第１の切換スイッチＣ１を奇数タップ側接点Ｃ１−２から偶数タップ側接点Ｃ１−１へ切換える。続いて、真空バルブＡを閉じて真空バルブＡに負荷電流を流す（通電する）ことで、奇数タップＴ３から偶数タップＴ２への切換動作を完了する。

0035

図２において真空バルブＡを開き通電停止する時には、図１に示す駆動装置１２により駆動アーム１１が真空バルブＡを開極する方向（図１の上方向）に動き、駆動アーム１１が留め部１０に接触して駆動軸９を図１の上方へ移動させる。

0036

駆動アーム１１が留め部１０に接触して駆動軸９を上動させると、駆動軸９に連結された絶縁碍子８が連動して上動し、これに連結される可動電極６が上方へ移動する。これにより、固定電極３の接点３ａと可動電極６の接点６ａ間の接触が解かれる。接触が解かれた一瞬、接点３ａと接点６ａ間にアーク放電が発生して接点３ａと接点６ａの表面が融けて消耗する。

0037

負荷時タップ切換装置は、長期間の使用により固定電極３の接点３ａと可動電極６の接点６ａの消耗が進み、接点３ａ及び接点６ａが減ることで、閉極時の可動電極６と駆動軸９が、両接点３ａ、６ａが接触するまでに下方へ移動することとなり、その移動距離が増える。その移動は圧縮バネ１３の弾性力によって実現されるので、その際の圧縮バネ１３の長さは両接点３ａ、６ａに消耗がない場合に比して長くなる。

0038

圧縮バネ１３の長さが増えることで、圧力センサ１４及び駆動アーム１１に加わる圧縮バネ１３の反発力が減少する。圧力センサ１４は圧縮バネ１３の反発力を測定する。

0039

測定したデータは負荷時タップ切換装置の図示しない計算部に送信され、当該計算部では、圧縮バネ１３の反発力の初期値（両接点３ａ、６ａに消耗がない時の反発力）と測定データを比較することで反発力の減少量を求める。さらに、圧縮バネ１３の反発力の減少量とフックの法則により圧縮バネ１３の長さの増加分の関係を算出する。圧縮バネ１３の長さの増加分が真空バルブＡの接点３ａと接点６ａの消耗量となるので、圧縮バネ１３の反発力の変化量から圧縮バネ１３の長さの変化を求めることで真空バルブＡの接点消耗量が定量的に推定できる。

0040

なお、本発明の実施例１では、圧力センサ１４を絶縁碍子８と駆動軸９の間に取り付けた場合について説明したが、圧力センサ１４を可動電極６と絶縁碍子８の間や駆動アーム１１の圧縮バネ１３が接触する箇所に取り付けてもよい。また、可動接点６や駆動アーム１１に歪ゲージを取り付けることにより圧縮バネ１３の反発力を測定し、両接点３ａ、６ａの消耗量を推定してもよい。

0041

次に、本発明の実施例２について図３を用いて説明する。なお、図３において図１と同一部品は同一符号を付して説明する。図３は本発明の実施例２に係る負荷時タップ切換装置の切換開閉器Ｂ’における真空バルブＡの駆動部を示している。図３において、１は真空バルブＡを構成する高真空容器としての絶縁容器、２は絶縁容器１の一端に接合された固定側端板、３は固定側端板２に気密に貫通する固定電極、４は絶縁容器１の他端に接合された可動側端板、５は可動側端板４に一端が接合された蛇腹形状のベローズ、６はベローズ５の他端を気密に貫通し絶縁容器１内を真空に維持しながら軸方向（図３の上下方向）に駆動する可動電極である。

0042

真空バルブＡ内の真空は絶縁容器１、固定側端板２、可動側端板４、ベローズ５により保持され、固定電極３の接点３ａに可動電極６の接点６ａが接触することで通電状態となる。

0043

７は切換開閉器Ｂ’本体の図示しない枠体を構成するベースプレートであり、前記固定電極２はベースプレート７に固定される。

0044

８は可動電極６と駆動軸９間の絶縁を保ちながら連結する絶縁碍子、１０は前記駆動軸９の他端に取り付けられた留め部である。駆動軸９と留め部１０は、駆動軸９の上部と留め部１０内部に設けられた図示しないネジ部によって、取付け位置の位置決めが可能となっており、留め部１０は位置決めをした後に留めネジ（図示しない）により駆動軸９に固定される。

0045

１１は駆動装置１２により接点６ａを開閉極する方向（図３の上下方向）に動く駆動アーム、１３は可動電極６に連結された絶縁碍子８と駆動アーム１１の間に介挿された圧縮バネであり、真空バルブＡを閉極する位置に駆動アーム１１がある時、十分な接触圧で可動電極６の接点６ａを固定電極３の接点３ａに押し付ける。１５は留め部１０と駆動アーム１１間の隙間寸法Ｄを測定するために支持プレート１６に固定された変位センサや近接センサ等の隙間センサである。

0046

負荷時タップ切換装置は、長期間の使用により固定電極３の接点３ａと可動電極６の接点６ａの消耗が進み、接点３ａ及び接点６ａが減ることで、閉極時の可動電極６と駆動軸９は両接点３ａ、６ａの消耗分だけ更に下方へ移動することになる。そのため、留め部１０と駆動アーム１１の隙間は狭くなる。

0047

この留め部１０と駆動アーム１１間の隙間を、支持プレート１６に固定した隙間センサ１５で測定し、測定したデータを負荷時タップ切換装置の図示しない計算部に送信する。

0048

計算部では、初期の隙間寸法値（両接点３ａ、６ａに消耗がない時のＤの値）と測定したデータを比較することで隙間寸法Ｄの変化量を求める。この変化量が真空バルブＡの接点３ａと接点６ａの消耗量となるので、隙間寸法Ｄの変化量を求めることで真空バルブＡの接点消耗量が定量的に推定できる。

0049

なお、本発明の実施例２では、留め部１０と駆動アーム１１間の隙間寸法Ｄを隙間センサ１５で測定する場合について説明したが、距離センサ１７を留め部１０上部の支持プレート１６下面に設置し、真空バルブＡが閉極した時の留め部１０と距離センサ１７間の距離を測定し、留め部１０と距離センサ１７間の距離の変化量を求めることで、真空バルブＡの接点消耗量を定量的に推定してもよい。

0050

以上に説明したように本発明の負荷時タップ切換装置は、切換開閉器Ｂ、Ｂ’を構成する真空バルブＡの接点消耗量を、負荷時タップ切換装置から切換開閉器Ｂ、Ｂ’を吊り出すことなく推定できるので、そのための作業時間、費用、負担を抑制することができる。また、計算部において基準消耗量を設定することで、既設の遠方監視装置を利用して自動的に警報を発することができる。

0051

真空バルブの接点消耗量の推定に利用できる。

0052

１絶縁容器
２固定側端板
３固定電極
４可動側端板
５ベローズ
６可動電極
７ベースプレート
８絶縁碍子
９駆動軸
１０ 留め部
１１駆動アーム
１２駆動装置
１３圧縮バネ
１４圧力センサ
１５隙間センサ
１６支持プレート
１７距離センサ
Ｄ 隙間寸法
Ａ真空バルブ
Ｂ、Ｂ’切換開閉器
ＴＷタップ巻線
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ タップ巻線のタップ
Ｍ１、Ｍ２タップ選択器の可動接点
Ｒ限流抵抗器
Ｃ１ 第１の切換スイッチ
Ｃ２ 第２の切換スイッチ
Ｃ１−１、Ｃ２−１偶数タップ側の切換スイッチの接点
Ｃ１−２、Ｃ２−２奇数タップ側の切換スイッチの接点