特許 6148851 自動電圧調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6148851

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】自動電圧調整装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 29/04 20060101AFI20170607BHJP

【ＦＩ】

   H01F29/04 502A

   H01F29/04 502F

   H01F29/04 502J

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-268324(P2012-268324)

(22)【出願日】2012年12月7日

(65)【公開番号】特開2014-116402(P2014-116402A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年11月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100064469

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 新一

(74)【代理人】

【識別番号】100099612

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100073450

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 英俊

(72)【発明者】

【氏名】松浦 康雄

(72)【発明者】

【氏名】森田 智比古

(72)【発明者】

【氏名】神社 昭次

(72)【発明者】

【氏名】白土 紀明

(72)【発明者】

【氏名】庄司 健一

(72)【発明者】

【氏名】久富 和郎

【審査官】 池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−０５８３１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−０９１１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４３−００２９２９（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開平０９−２７１１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００８１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１２３５４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−３３５１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２０７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００３２６９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第０２／０５８０８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５００５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１８８２８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５６−０７４９０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−０７４６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１８９５９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−０１７６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０５２１８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−００５４４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タップ付きの調整変圧器と、複数のタップ切換用スイッチと、タップ切換の過程で流れるタップ間短絡電流を制限する複数の限流抵抗器とを有して前記調整変圧器のタップを切り換えるタップ切換装置とを備え、前記タップ切換用スイッチは、前記調整変圧器を収容したタンクの外側に支持された収納箱内に収納されている自動電圧調整装置であって、
前記タップ切換用スイッチは、サイリスタにより主回路を構成した気中仕様の交流サイリスタスイッチからなり、
前記タップ切換装置に設けられたすべての交流サイリスタスイッチは同一のヒートシンクに熱的に結合された状態で装着され、
前記ヒートシンクは、前記収納箱の一つの側壁の少なくとも一部を構成していること、
を特徴とする自動電圧調整装置。

【請求項2】

前記交流サイリスタスイッチは、三相分の主回路を構成する複数のサイリスタと該複数のサイリスタを制御する制御部とが一つのハウジング内に収容されているソリッドステートコンタクタである請求項１に記載の自動電圧調整装置。

【請求項3】

前記ヒートシンクは、熱抵抗値が０．３Ｋ／Ｗ以下となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の自動電圧調整装置。

【請求項4】

前記限流抵抗器は、巻線抵抗体素子をアルミニウムからなる容器内に収めて耐熱性樹脂を充填してモールドした構造を有するメタルクラッド抵抗器からなっていて、前記ソリッドステートコンタクタが装着されたヒートシンクに熱的に結合された状態で取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の自動電圧調整装置。

【請求項5】

前記ヒートシンクは、熱抵抗値が０．２５Ｋ／Ｗ以下となるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の自動電圧調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タップ選択用スイッチや限流素子を開閉するスイッチを含むタップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた配電用の自動電圧調整装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

通常タップ切換装置は、各タップを通して流れる電流をオンオフするタップ選択スイッチを備えている。またタップ切換の際に流れるタップ間短絡電流を制限するために限流抵抗器が設けられ、この限流抵抗器の投入及び切り離しを行うためにスイッチが設けられている。また自動電圧調整装置において、配電線電圧を調整変圧器の一次側に印加し、調整変圧器の二次側から得られる調整電圧を、直列変圧器を通して配電線に印加する構成をとる場合には、調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する電圧の極性を切り換える極性切換スイッチが設けられる。本明細書では、これらタップ切換装置に設けられるスイッチをタップ切換用スイッチと呼ぶ。

【0003】

特許文献１や特許文献２に示されているように、タップ切換用スイッチとしてサイリスタにより主回路を構成する交流サイリスタスイッチ（双方向性を有して交流をオンオフできるスイッチ）を用いて、タップ切換装置の無接点化を図った配電用自動電圧調整装置が知られている。この種の自動電圧調整装置においては、限流抵抗器や交流サイリスタスイッチで多くの発熱を生じるため、従来は、タップ切換装置を油中仕様（充電部を有する部品を絶縁油中に浸漬した状態で配置する仕様）として、限流抵抗器及び交流サイリスタスイッチを、タップ切換装置のケース内に充填した絶縁油中に配置していた。タップ切換装置の限流抵抗器及び交流サイリスタスイッチを気中で使用するようにした例は未だない。

【0004】

気中仕様の交流サイリスタスイッチとして、スイッチの主回路（主回路電流が流れる部分）を構成するサイリスタと、その開閉制御部とを一体化したソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）と呼ばれる交流半導体接触器が市販されている。また信頼性が高い気中仕様の電力用抵抗器として、巻線抵抗体素子をアルミニウムの容器内に収めるとともに、該容器内に特殊耐熱性樹脂を充填してモールドした構造を有するメタルクラッド抵抗器が市販されている。

【0005】

しかしながら、交流半導体接触器及びメタルクラッド抵抗器を、気中仕様としたタップ切換装置のケース内に収容した場合に生じる温度上昇の問題を解決するための具体的な提案がされた例はなく、交流半導体接触器をタップ切換用スイッチとして用い、メタルクラッド抵抗器を限流抵抗器として用いてタップ切換装置を気中仕様とした自動電圧調整装置が実用に供された実績はない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−３３５１１９号公報

【特許文献2】特開平８−３３５１２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

タップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた従来の自動電圧調整装置は、タップ切換装置が油中仕様となっていたため、半導体スイッチ素子やその制御部のメンテナンスを行う際にタップ切換装置のケース内の絶縁油を抜いたり、ケースを解体したりする必要があり、メンテナンスの際に面倒な作業を必要とするという問題を有していた。

【0008】

上記のような問題が生じないようにするため、タップ切換装置を気中仕様とすることが考えられるが、気中仕様とすると、発熱が多い半導体スイッチ及び限流抵抗器を冷却するために、半導体スイッチ相互間の間隔及び半導体スイッチと限流抵抗器との間の間隔を広く設定しておく必要がある。そのため、タップ切換装置を気中仕様とすると、そのケースが大形化し、自動電圧調整装置の寸法を、高圧配電線の装柱許容寸法内に収めることが困難になる。

【0009】

自動電圧調整装置の寸法を装柱許容寸法内に収めるため、タップ切換装置のケースに換気用のファンを設置することも考えられる。しかしながら、換気用ファンは寿命が短く、数年毎に交換する必要があるため、自動電圧調整装置のメンテナンスが面倒になるのを避けられない。これらの理由から、自動電圧調整装置において、タップ切換装置を気中仕様とすることは困難であるとされており、ＳＳＣやメタルクラッド抵抗器のような、タップ切換装置に用いることが可能な気中仕様の交流サイリスタスイッチや抵抗器が市販されているにもかかわらず、タップ切換装置を気中仕様とすることは行われていなかった。

【0010】

また油中仕様のサイリスタをタップ切換用スイッチとして用いて、サイリスタとその制御部とを絶縁油中に収容したタップ切換装置は、タップ切換用スイッチとして機械式スイッチを用いたタップ切換装置に比べて非常に高価であるため、普及が進んでいない。

【0011】

本発明の目的は、コストの大幅な上昇と大形化とを招くことなく、かつ換気用ファンのような寿命が短い要素を用いることなく、タップ切換装置を気中仕様として無接点化を図り、装柱を可能とした自動電圧調整装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、タップ付きの調整変圧器と、複数のタップ切換用スイッチと、タップ切換の過程で流れるタップ間短絡電流を制限する複数の限流抵抗器とを有して調整変圧器のタップを切り換えるタップ切換装置とを備えて、タップ切換用スイッチが、調整変圧器を収容したタンクの外側に支持された収納箱内に収納されている自動電圧調整装置を対象とする。

【0013】

本発明においては、タップ切換用スイッチが、サイリスタにより主回路を構成した気中仕様の交流サイリスタスイッチからなり、タップ切換装置に設けられたすべての交流サイリスタスイッチが同一のヒートシンクに熱的に結合された状態で装着されている。ヒートシンクは、収納箱の一つの側壁の少なくとも一部を構成している。

【0014】

上記のように、交流サイリスタスイッチをタップ切換用スイッチとして用いる場合、定常状態においてオン状態にされるのは、三相のタップ巻線の通電中の２つのタップに接続されている２つの交流サイリスタスイッチのみである。従って、タップ切換装置のすべてのタップ切換用スイッチを構成する交流サイリスタスイッチを同じヒートシンクに取り付けた場合、ヒートシンクの各部のうち、交流サイリスタスイッチから直接熱が伝達される部分は一部のみであり、オフ状態にある大部分の交流サイリスタスイッチが取り付けられた部分は、オン状態にある一部の交流サイリスタスイッチを冷却するために機能させることができる。つまり、同一のヒートシンクに取り付ける交流サイリスタスイッチの数が多ければ多いほど、ヒートシンクのより広い面積の部分を、オン状態にある２つの交流サイリスタスイッチが発生する熱を放散させる部分として機能させて、冷却効果を高めることができる。

【0015】

従って、タップ切換装置を構成するすべての交流サイリスタスイッチを同一のヒートシンクに取り付ける構成をとると、ヒートシンクを大形にすることなく、オン状態にある交流サイリスタスイッチの冷却を図ることでき、気中仕様のタップ切換装置をコンパクトな収納箱に収めて、装柱を可能にすることができる。

【0016】

また本発明では、タップ切換用スイッチとして、油中仕様のサイリスタに比べて安価な気中仕様の交流サイリスタスイッチを用いるため、無接点化された自動電圧調整装置を低コストで提供することができる。

【0017】

本発明の好ましい態様では、上記交流サイリスタスイッチを、三相分の主回路を構成する複数のサイリスタと該複数のサイリスタを制御する制御部とが一つのハウジング内に収容されているソリッドステートコンタクタにより構成する。

【0018】

上記のように、交流サイリスタスイッチとしてソリッドステートコンタクタを用いる場合、ヒートシンクは、その熱抵抗値が０．３Ｋ／Ｗ以下であることが好ましい。このようにヒートシンクを構成しておくことにより、ソリッドステートコンタクタの温度上昇を許容範囲内に収め得ることが実験で確認されている。

【0019】

本発明の他の好ましい態様では、限流抵抗器を、アルミニウムからなる容器内に巻線抵抗体素子を収めて、容器内に耐熱性樹脂を充填してモールドした構造を有するメタルクラッド抵抗器により構成して、該限流抵抗器を、ソリッドステートコンタクタが装着されたヒートシンクに熱的に結合した状態で取り付ける。このように構成することで、限流抵抗器の温度上昇をも抑制することができる。

【0020】

メタルクラッド抵抗器は、放熱を効率よく行わせるために、巻線抵抗体をアルミニウム容器内に収容した構成を有しているため、もともと温度上昇が抑制されているが、本発明では、このメタルクラッド抵抗器をヒートシンクに取り付けるため、巻線抵抗体の温度上昇を更に効果的に抑制して、限流抵抗器の温度上昇を抑制することができる。

【0021】

また限流抵抗器が発熱するのは、タップ切換が行われる過程での瞬時のみであるため、タップ切換を行う過程以外の定常状態においては、ヒートシンクの限流抵抗器が取り付けられた部分を、オン状態にある２つのソリッドステートコンタクタの冷却に寄与させることができ、ソリッドステートコンタクタの冷却を効率よく行わせることができる。

【0022】

上記のようにヒートシンクに限流抵抗器をも取り付ける場合、ヒートシンクは、その熱抵抗値が０．２５Ｋ／Ｗ以下となるように構成されていることが好ましい。このようにヒートシンクを構成しておくことにより、メタルクラッド抵抗器及びソリッドステートコンタクタの温度上昇を許容範囲に収めることができることが実験で確認されている。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、タップ切換装置に設けられるすべてのタップ切換用スイッチを同一のヒートシンクに取り付けることにより、ヒートシンクの各部のうち、定常状態においてオフ状態にある大部分のタップ切換用スイッチが取り付けられた部分を、オン状態にある２つのタップ切換用スイッチの冷却に寄与させて、通電中のタップ切換用スイッチの冷却を効率よく行わせるとともに、タップ切換用スイッチとして、油中仕様のサイリスタよりも安価な、気中仕様の交流サイリスタスイッチを用いるので、コストの大幅な上昇と大形化とを招くことなく、かつ換気用ファンのような寿命が短い要素を用いることなく、装柱を可能とした無接点式の自動電圧調整装置を得ることができる。

【0024】

本発明によれば、気中仕様の安価な交流サイリスタスイッチをタップ切換用スイッチとして用いるため、タップ切換用スイッチのメンテナンスや故障の修理を行う際に絶縁油の回収を行う必要がない。従って、タップ切換用スイッチの修理やメンテナンスを行う際に自動電圧調整装置を電柱から降ろす作業や、工場での作業を極力省略して、修理及びメンテナンスに要するコストの低減を図ることができる。

【0025】

特に請求項４に記載された発明によれば、アルミニウムからなる容器内に巻線抵抗体素子を収めて、容器内に耐熱性樹脂を充填してモールドした構造を有する気中仕様のメタルクラッド抵抗器により限流抵抗器を構成して、該限流抵抗器を、交流サイリスタスイッチが装着されたヒートシンクに熱的に結合した状態で取り付けたので、限流抵抗器の温度上昇をも抑制することができ、タップ切換装置の信頼性を損なうことなく、タップ切換装置を気中仕様とすることができる。またタップ切換装置に設けるすべてのタップ切換用スイッチと限流抵抗器とを同じヒートシンクに取り付けたことにより、タップ切換装置を完全に気中仕様とすることができるため、メンテナンスを容易にすることができる。また限流抵抗器を調整変圧器のタンク内に収容する必要がないため、調整変圧器の小形化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態の構成を示した正面図及び側面図である。

【図2】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施形態の構成を示した正面図及び側面図である。

【図3】自動電圧調整装置の構成の一例を示した結線図である。

【図4】本発明の実施形態で用いるソリッドステートコンタクタの外観の一例を示した斜視図である。

【図5】ソリッドステートコンタクタの構成を示した回路図である。

【図6】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれヒートシンクを用いずに図１と同様の自動電圧調整装置を構成を示した例を示した正面図及び側面図である。

【図7】本発明の第１の実施例と比較例とについて行った通電試験の結果をまとめて示した図表である。

【図8】本発明の第２の実施例と比較例とについて行った通電試験の結果をまとめて示した図表である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。先ず図３を参照して、本実施形態に係る自動電圧調整装置の電気的な構成を説明する。図３は自動電圧調整器の１相分の構成を示したもので、同図において、１は系統電流Ｉが流れる高圧配電線、２は一次巻線２０１及び二次巻線２０２を有する直列変圧器、３は一次巻線３０１と、タップ３ａないし３ｄを有する二次巻線３０２とを備えた調整変圧器である。直列変圧器２は実際には３相分設けられていて、三相の直列変圧器の二次巻線２０２がそれぞれ三相の高圧配電線１に直列に接続されている。調整変圧器３は実際には三相分設けられていて、三相の調整変圧器３のそれぞれの一次巻線３０１の一端が中性点Ｎに接続されることによりＹ結線され、三相の高圧配電線１の相電圧が、Ｙ結線された一次巻線に入力されている。三相の調整変圧器の二次巻線３０２は、三相のタップ切換装置４を介して直列変圧器２の一次巻線２０１に接続されている。

【0028】

タップ切換装置４は、調整変圧器のタップ３ａないし３ｃに一端が接続され、他端が共通接続されたタップ選択スイッチＳａ，Ｓｂ及びＳｃと、一端がタップ３ｄに接続された第１の極性切換用タップ選択スイッチＳt1と、一端がタップ３ａに接続され、他端が第１の極性切換用タップ選択スイッチＳt1の他端に共通接続された第２の極性切換用タップ選択スイッチＳt2と、タップ選択スイッチＳａ，Ｓｂ及びＳｃの共通接続点に一端が接続された限流抵抗器Ｒと、限流抵抗器Ｒの他端と極性切換用スイッチＳt1及びＳt2の共通接続点との間に接続された限流抵抗器投入・開放スイッチＳsとを有し、タップ選択用スイッチＳａ〜Ｓｃの共通接続点及び極性切換用タップ選択スイッチＳt1及びＳt2の共通接続点がそれぞれ直列変圧器２の一次巻線２０１の一端及び他端に接続されている。

【0029】

図３に示された自動電圧調整装置は、高圧配電線１の電圧に応じて、調整変圧器の各相の一次巻線３０１に接続されたスイッチのうち、タップ選択スイッチＳａないしＳｃの内の一つと、極性切換用タップ選択スイッチＳt1及びＳt2の何れか一方との２つのスイッチをオン状態にして、調整変圧器３の二次巻線から直列変圧器２を通して配電線に調整電圧を印加することにより、配電線電圧を調整する。オン状態にする極性切換用タップ選択スイッチを切り換えることにより、合計６種類の調整電圧を高圧配電線に印加することができる。従って、調整変圧器３は、６タップの調整変圧器として機能する。限流抵抗器投入・開放スイッチＳsは、タップ切換中に流れるタップ間短絡電流を抑制する限流抵抗器Ｒの投入・開放を行うスイッチで、限流抵抗器Ｒを投入する短時間の間だけオン状態にされ、定常状態ではオフ状態に保持される。

【0030】

上記のように、本実施形態で用いるタップ切換装置においては、タップ選択スイッチＳa〜Ｓｃと、極性切換用タップ選択スイッチＳt1及びＳt2と、限流抵抗器投入・開放スイッチＳsとの合計６個のスイッチが、タップ切換用スイッチとして、各相のタップ巻線に対して設けられ、これらのタップ切換用スイッチによりタップ切換用のスイッチ回路が構成されている。これらのスイッチのうち、定常状態でオン状態にされるのは、調整変圧器に設けられた各相のタップ巻線の通電中の２つのタップに接続されている２つスイッチのみであり、他のスイッチはオフ状態に保持される。

【0031】

本実施形態においては、各タップ切換用スイッチを構成する交流サイリスタスイッチとして、ソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）５を用い、タップ切換装置に設けるすべてのソリッドステートコンタクタを同一のヒートシンクに熱的に結合した状態で装着する。

【0032】

ソリッドステートコンタクタ５は、図５に示すように、三相分の主回路５０１ｕ，５０１ｖ及び５０１ｗを構成する３組のサイリスタ（Ｔhu1，Ｔhu2），（Ｔhv1，Ｔhv2）及び（Ｔhw1，Ｔhw2）と、これらのサイリスタを制御する制御部５０２とを一つのハウジング５０３内に収容した構成を有するものである。各相の主回路に双方向性を持たせるため、各組の主回路を構成するサイリスタは逆並列接続され、各サイリスタのゲートが制御部５０２に接続されている。三相の主回路５０１ｕないし５０１ｗの一端からそれぞれ端子５Ｒ、５Ｓ及び５Ｔが引き出され、三相の主回路５０１ｕないし５０１ｗの他端からそれぞれ端子５Ｕ、５Ｖ及び５Ｗが引き出されている。

【0033】

ソリッドステートコンタクタ５は、３相分の主回路を有するため、１つのソリッドステートコンタクタ５により、三相分のタップ切換スイッチを構成することができる。例えば、図３に示されたタップ選択スイッチＳａの三相分を一つのソリッドステートコンタクタにより構成することができ、タップ選択スイッチＳｂの三相分を一つのソリッドステートコンタクタにより構成することができる。従って、図３に示されたように６個のタップ切換用スイッチにより、タップ切換装置の１相分のスイッチ回路が構成される場合には、６個のソリッドステートコンタクタを用いることによりタップ切換装置の三相のスイッチ回路を構成することができる。一般に、配電線用の自動電圧調整器のタップ数は６タップ以上であり、ソリッドステートコンタクタは６個以上必要となる。

【0034】

図４は、ソリッドステートコンタクタ５の外観の一例を示したものである。図示の例では、三相の主回路を構成するサイリスタ群と制御部とを収納したハウジング５０３の背面が放熱面（放熱フィン取付け面）５０３ａとなっている。このソリッドステートコンタクタは、その放熱面５０３ａに指定寸法の放熱フィン５０４を取り付けた状態で使用することが推奨されている。

【0035】

図１を参照すると、タップ切換装置４の要部の構成が概略的に示されている。同図において、３０１は調整変圧器３を絶縁油と共に収容したタンク、４０１はタップ切換装置４の主要部を収納する収納箱である。収納箱４０１は、鋼板により６面が構成された直方体からなっていて、タップ切換装置４の主要部を収納するために必要な高さ寸法ｄ１と、幅寸法ｄ２と、奥行き寸法ｄ３とを有するように構成されている。収納箱４０１は、その側面を、調整変圧器のタンク３０１に取り付け金具６を介して結合することにより調整変圧器３に取り付けられている

【0036】

本実施形態においては、タップ切換装置４の構成要素のうち、限流抵抗器Ｒを除くスイッチ回路の構成要素が収納箱４０１内に収納されている。限流抵抗器Ｒは、油中仕様のものからなっていて、調整変圧器３を収容したタンク３０１内で絶縁油中に浸漬されている。本実施形態では、収納箱４０１の背面側の側壁４０１ａの一部が、放熱フィン４０２ａを有する矩形状のヒートシンク４０２により構成され、このヒートシンク４０２に、タップ切換装置４を構成するすべてのソリッドステートコンタクタ５が、それぞれの放熱面５０３ａをヒートシンク４０２に熱結合した状態で装着されている。収納箱４０１内に収容された機器はすべて気中仕様である。ヒートシンク４０２は、銅やアルミニウムなどの熱伝導性が良好な金属により構成することが好ましい。

【0037】

図示してないが、直列変圧器２は、調整変圧器３を収容したタンク３０１と同一タンク内に収容されるか、または別タンクに収容されてタンク３０１の近傍に配置され、タップ切換装置４と直列変圧器との間及びタップ切換装置４と調整変圧器３との間が図示しない配線により接続されている。

【0038】

図示の例では、ヒートシンク４０２の上半部に、タップ選択スイッチＳａ〜Ｓｃをそれぞれ構成する３つのソリッドステートコンタクタ５が横方向に並べた状態で取り付けられ、ヒートシンク４０２の下半部に、極性切換用タップ選択スイッチＳt1 及びＳt2と限流抵抗器投入・開放スイッチＳｓとをそれぞれ構成する３つのソリッドステートコンタクタ５が横方向に並べた状態で取り付けられている。各ソリッドステートコンタクタは、そのハウジング５０３の背面の放熱面５０３ａを、推奨される放熱フィン５０４なしで直接ヒートシンク４０２に熱的に結合させた状態で（放熱面５０３ａとヒートシンク４０２との間で熱伝導を良好に行わせることができる状態で）、ヒートシンク４０２に装着されている。

【0039】

上記の実施形態のタップ切換装置４において、定常状態においてオン状態にされるのは、三相のタップ巻線の通電中の２つのタップに接続されている２つのソリッドステートコンタクタ５のみである。従って、タップ切換装置のすべてのタップ切換用スイッチを構成するソリッドステートコンタクタ５を同じヒートシンク４０２に取り付けた場合、ヒートシンクの各部のうち、ソリッドステートコンタクタ５から直接熱が伝達される部分は一部のみであり、オフ状態にある大部分のソリッドステートコンタクタ５が取り付けられた部分は、オン状態にある一部のソリッドステートコンタクタを冷却するために機能させることができる。従って、タップ切換装置を構成するすべてのソリッドステートコンタクタを同一のヒートシンクに取り付ける構成をとると、ヒートシンクのより広い面積の部分を、オン状態にある２つのソリッドステートコンタクタが発生する熱を放散させる部分として機能させて、ヒートシンクを大形にすることなく、オン状態にあるソリッドステートコンタクタの冷却を図ることでき、気中仕様のタップ切換装置をコンパクトな収納箱に収めて、装柱を可能にすることができる。またソリッドステートコンタクタは、油中仕様のサイリスタに比べて安価であるため、タップ切換用スイッチとしてソリッドステートコンタクタを用いると、無接点化された自動電圧調整装置を低コストで提供することができる。

【0040】

図２は、本発明の第２の実施形態を示したもので、この実施形態では、ヒートシンク４０２として、図１に示した実施形態で用いたヒートシンクよりも高さ寸法が大きいものが用いられ、このヒートシンク４０２に、６個のソリッドステートコンタクタ５と、三相の限流抵抗器Ｒとが取り付けられている。６個のソリッドステートコンタクタ５は、ヒートシンク４０２の下半部に図１に示した実施形態と同様に縦横に並べて配置されて、それぞれのハウジングの放熱面がヒートシンク４０２に熱的に結合されている。

【0041】

また限流抵抗器Ｒは、アルミニウムからなる容器内に巻線抵抗体素子を収めて、該容器内に耐熱性樹脂を充填してモールドした構造を有する気中仕様のメタルクラッド抵抗器からなっている。限流抵抗器を構成するメタルクラッド抵抗器は横長に形成されていて、ヒートシンク４０２の上部に上下に並べた状態で配置されて、ヒートシンク４０２に熱的に結合されている。

【0042】

メタルクラッド抵抗器は、放熱を効率よく行わせるために、巻線抵抗体をアルミニウム容器内に収容した構成を有しているため、温度上昇が抑制されている。本発明では、このメタルクラッド抵抗器を限流抵抗器Ｒとして用いて、ヒートシンクに取り付けるため、巻線抵抗体の温度上昇を更に効果的に抑制して、限流抵抗器の過度の温度上昇を防ぐことができる。

【0043】

また限流抵抗器が発熱するのは、タップ切換が行われる過程での瞬時のみであるため、タップ切換を行う過程以外の定常状態においては、ヒートシンクの限流抵抗器が取り付けられた部分を、オン状態にある２つのソリッドステートコンタクタの冷却に寄与させることができる。従って、ソリッドステートコンタクタと共に限流抵抗器をもヒートシンクに取り付けると、ソリッドステートコンタクタの冷却をより一層効率よく行わせることができる。

【0044】

ソリッドステートコンタクタは、複数の会社から販売されており、ソリッドステートコンタクタ同士を横方向に並べて配置する場合のソリッドステートコンタクタ相互間の距離の最小値、ソリッドステートコンタクタ同士を上下方向に並べて配置する場合のソリッドステートコンタクタ相互間の距離の最小値、ソリッドステートコンタクタと他の機器とを横方向に並べて配置する場合のソリッドステートコンタクタと他の機器との間の距離の最小値、ソリッドステートコンタクタと他の機器とを上下方向に並べて配置する場合のソリッドステートコンタクタと他の機器との間の距離の最小値等が、指定寸法の放熱フィンを取り付けた場合について製品毎に定められている。

【0045】

発明者は、図１に示すように、６個のソリッドステートコンタクタを同一のヒートシンクに取り付けた場合と、指定の放熱フィンを取り付けた６個のソリッドステートコンタクタをヒートシンクを有しない収納箱内に収納した場合とについて、ソリッドステートコンタクタの放熱面の温度を測定する実験を行った。実験では、定格電流が４０［Ａ］で、放熱面の許容温度の上限が１００℃であるＡ社製のソリッドステートコンタクタを用いた。このソリッドステートコンタクタでは、ソリッドステートコンタクタ同士を横方向に並べて配置する場合及びソリッドステートコンタクタと他の機器とを横方向に並べて配置する場合にソリッドステートコンタクタ相互間及びソリッドステートコンタクタと他の機器との間に指定距離１０mm以上の間隔をとり、ソリッドステートコンタクタ同士を上下方向に並べて配置する場合及びソリッドステートコンタクタと他の機器とを上下方向に並べて配置する場合にソリッドステートコンタクタ相互間及びソリッドステートコンタクタと他の機器との間に指定距離３００mm以上の距離をとることが必要であるとされている。

【0046】

［比較例］
先ず比較例として、図６に示したように、ヒートシンクを有しない鋼板製の収納箱４′の背面に、放熱フィンを取り付けた６個のソリッドステートコンタクタ５を縦横に並べて取り付けたものを製作した。放熱フィンを取り付けた状態でのソリッドステートコンタクタ５の縦方向寸法Ｌは１２０mm、横方向寸法Ｗは１１０mm、奥行き寸法Ｄは１３５mmである。収納箱４０１の高さ寸法ｄ１は７４０mm、幅寸法ｄ２は４９０mm、奥行き寸法ｄ３は２００mmとした。また横方向に並ぶソリッドステートコンタクタ５，５相互間の距離ｄ４を３０mm、上下方向に並ぶソリッドステートコンタクタ相互間の距離ｄ５を７０mm、収納箱４０１の底壁部と下側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ６を１００mm、収納箱４０１の左右の側壁とこれらの側壁に隣接するソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ７を５０mm、収納箱の天井壁と上側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ８を３３０mmとした。

【0047】

なお図６に示された比較例では、上下に並ぶソリッドステートコンタクタ相互間の距離が指定距離（３００mm）よりも短くなっているが、これは、上下に並ぶソリッドステートコンタクタ相互間の距離を指定距離（３００mm）とすると、収納箱４０１の高さを少なくとも１１００mm以上にする必要があり、現実的でないためである。

【実施例1】

【0048】

本実施例では、放熱フィンを外した状態にある６個のソリッドステートコンタクタ５を、それぞれのハウジングの背面の放熱面をヒートシンク４０２に密接させて、熱的に結合させた状態でヒートシンクに取り付けた。放熱フィンを外した状態でのソリッドステートコンタクタ５の縦方向寸法Ｌ（図１参照）は１００mm、横方向寸法Ｗは８０mm、奥行き寸法Ｄは５０mmである。収納箱４０１の高さ寸法ｄ１は７４０mm、幅寸法ｄ２は４５０mm、奥行き寸法ｄ３は２００mmとした。また横方向に並ぶソリッドステートコンタクタ５，５相互間の距離ｄ４を３０mm、上下方向に並ぶソリッドステートコンタクタ相互間の距離ｄ５を７０mm、収納箱４０１の底壁部と下側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ６を１００mm、収納箱４０１の左右の側壁とこれらの側壁に隣接するソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ７を７５mm、収納箱の天井壁と上側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ８を３７０mmとした。またヒートシンク４０２の熱抵抗は０．３５Ｋ／Ｗであった。

【0049】

上記比較例と実施例１とについて、周囲温度を真夏の想定最高温度である４０℃とした状況下で、２つのソリッドステートコンタクタ５に定格電流４０Ａを流した場合の、ソリッドステートコンタクタの取付け面（放熱面）の温度を測定した。比較例では、通電開始後まもなくソリッドステートコンタクタの取付け面の温度が許容温度の上限である１００℃を超えたため、その時点で測定を中止した。これに対し、実施例１では、通電を継続しても、ソリッドステートコンタクタの取付け面の温度が、７０℃までしか上昇せず、許容温度の上限値１００℃に対して３０℃の余裕があることが明らかになった。ヒートシンク４０２の熱抵抗を実施例で用いたものよりも更に低くすることにより、更に温度上昇を抑制することが期待できる。このことから、実施例１によれば、ソリッドステートコンタクタに定格電流を流した状態での運転が可能であり、ソリッドステートコンタクタの通電性能を最大限活用して自動電圧調整装置を動作させ得ることが確認された。

【実施例2】

【0050】

図２（Ａ），（Ｂ）に示した実施形態を具体化した自動電圧調整装置を実施例２として製作した。本実施例では、ヒートシンク４０２に三相分の限流抵抗器Ｒを装着するためにヒートシンク４０２の高さを高くしてその放熱面積を拡大した。そのため、ヒートシンク４０２の熱抵抗は０．２５Ｋ／Ｗに低減されている。限流抵抗器Ｒと限流抵抗器投入・開放スイッチＳｓを構成するソリッドステートコンタクタ５とからなるタップ間短絡回路は、タップ切換中に約０．１秒オン状態になって、約５００Ｗ発熱する。

【0051】

本実施形態においても、放熱フィンを外した状態でのソリッドステートコンタクタ５の縦方向寸法Ｌは１００mm、横方向寸法Ｗは８０mm、奥行き寸法Ｄは５０mmである。実施例１と同様に、収納箱４０１の高さ寸法ｄ１は７４０mm、幅寸法ｄ２は４５０mm、奥行き寸法ｄ３は２００mmとした。また横方向に並ぶソリッドステートコンタクタ５，５相互間の距離ｄ４は３０mm、上下方向に並ぶソリッドステートコンタクタ相互間の距離ｄ５は７０mm、収納箱４０１の底壁部と下側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ６は１００mm、収納箱４０１の左右の側壁とこれらの側壁に隣接するソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ７は７５mm、収納箱の天井壁と上側に配置されたソリッドステートコンタクタ５との間の距離ｄ８は３７０mmとした。本実施例で用いている限流抵抗器Ｒを構成するメタルクラッド抵抗器の長さｄ９は３３５mmであり、高さ寸法ｄ１０は３０mmである。本実施形態では、上側に配置されたソリッドステートコンタクタ５と一番下の限流抵抗器Ｒとの間の距離ｄ１１を７０mmとし、３つの限流抵抗器Ｒが配置された領域の上下方向寸法ｄ１２を２００mm、最上部の限流抵抗器Ｒと収納箱４０１の天井壁までの距離ｄ１３を１００mmとした。

【0052】

本実施形態において、周囲温度を真夏の想定最高温度である４０℃とした状況下で、２つのソリッドステートコンタクタに定格電流４０Ａを通電し、タップ切換を切換間隔４秒で繰り返したときのソリッドステートコンタクタの放熱面の温度の測定結果を図８に示した。図８に示されているように、タップ切換を繰り返しても、ソリッドステートコンタクタの取付け面の温度は最大で９７℃に抑制されており、許容温度の上限１００℃を下回っている。これより、限流抵抗器として気中仕様のものを用い、該限流抵抗器をソリッドステートコンタクタとともに同一のヒートシンクに取り付けた構成として、各ソリッドステートコンタクタに定格電流を通電することが可能であり、かつタップ切換間隔を４秒以上とすれば、連続タップ切換運転を行うことが可能であることが分かる。

【0053】

実施例２によれば、限流抵抗器を気中仕様として、この限流抵抗器をタップ切換装置に設けるすべてのタップ切換用スイッチを構成するソリッドステートコンタクタとともに、同じヒートシンク４０２に取り付けることができるため、タップ切換装置の構成要素をすべて同じ収納箱内に収納して、自動電圧調整器を実施例１よりも更にコンパクトに構成することができる。また限流抵抗器を気中仕様としたことにより、タップ切換装置のメンテナンスを行う際にオイルを回収する作業を省略することができるため、タップ切換装置のメンテナンスを容易にすることができる。またソリッドステートコンタクタを冷却するために、冷却ファンのような消耗品を設ける必要がないため、自動電圧調整装置の寿命を伸ばすことができる。

【0054】

上記の説明では、高圧配電系統の柱上に設置される自動電圧調整装置を例にとったが、本発明は、タップ切換装置を有する自動電圧調整装置に広く適用することができ、低圧配電系統に設置する自動電圧調整装置（負荷時タップ切換変圧器等をも含む）にも適用することができる。

【0055】

上記の説明では、主回路を構成する半導体スイッチと該半導体スイッチを制御する制御部を一体化した市販のソリッドステートコンタクタをタップ切換用スイッチとして用いるとしたが、サイリスタにより主回路を構成するソリッドステートコンタクタ以外の交流サイリスタスイッチを用いる場合にも本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明によれば、ソリッドステートコンタクタのような市販されている安価な気中仕様の交流サイリスタスイッチを用いてタップ切換装置を構成することができるため、高コストであるという理由で普及が妨げられていた無接点式の自動電圧調整装置の普及を図ることができ、産業上の利用可能性が大である。

【符号の説明】

【0057】

１ 高圧配電線
２ 直列変圧器
３ 調整変圧器
４ タップ切換装置
４０１ 収納箱
４０２ ヒートシンク
５ ソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）
５０１ｕ〜５０１ｗ 主回路
５０２ 制御部
５０３ ハウジング
Ｓａ〜Ｓｃ タップ選択スイッチ
Ｓd1，Ｓd2 極性切換用タップ選択スイッチ
Ｓｓ 限流抵抗器投入・開放スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】