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JP6640651B2 - ガス絶縁型負荷時タップ切換装置 - Google Patents
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JP6640651B2 - ガス絶縁型負荷時タップ切換装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態はガス絶縁型負荷時タップ切換装置に関する。
近年、都心部に設置される変電所は、地上での大規模な設営が困難であることから、コンパクト化を図って地下型に移行しつつある。地下型の変電所へ移行するに従い、変電所に配置される変圧器としては、密閉容器内に絶縁ガスを封入したガス絶縁変圧器が主流となっている。これは、ガス絶縁変圧器が環境性や安全性に優れているためである。
通常、系統に接続される変圧器には、系統電圧の安定化を図るべく負荷時タップ切換装置が組み込まれているが、変圧器がガス絶縁方式となることに対応して、ガス絶縁型負荷
時タップ切換装置が採用されている。ガス絶縁型負荷時タップ切換装置では変圧器タンクの開口部に密閉構造となるガス容器が取付けられており、このガス容器の中に切換開閉器が収納されている。また、ガス容器の下方にはタップ選択器が配置されており、タップリード線を介して変圧器側と接続されている。
特開2013−247170号公報
ガス絶縁型負荷時タップ切換装置は、切換開閉器を変圧器タンクから隔離し切換開閉器内部の気密および絶縁を保つ必要がある。そのため、ガス容器は絶縁材料の円筒で構成され、ガス容器と頭部蓋は、リング状のシール部材によって密封されている。そして、このシールを覆うように、シールドが設置されている。シールドはシール部材を覆うように、曲面部を有し、このシールドが切換開閉器内部の電界集中を緩和する。
近年、ガス絶縁型負荷時タップ切換装置は、大容量化の要請によって大型化する傾向がある。大型化した装置において、切換開閉器をガス容器内に高精度に位置決めして挿入するために、切換開閉器の外周部にガス容器の上部まで延びる支持絶縁板を取り付けている。しかしながら、装置の大型化によって、装置内部の部品も大型化する傾向がある。これによって、支持絶縁板とシールドの間隙がきわめて小さくなり、局部的な電界集中が発生するため、耐圧性を向上させることが困難であった。
本発明の実施形態は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、局部的な電界集中を防止し、耐圧性を向上させたガス絶縁型負荷時タップ切換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置は、上端部に開口部を形成し内部に切換開閉器が配置され、絶縁ガスが封入されたガス容器と、前記ガス容器の開口部に嵌合する頭部蓋と、前記ガス容器と前記頭部蓋との間を密閉するシール部材と、前記シール部材を押えるシール押え部材と、前記シール押え部材の下端部を覆う曲面部を有する内部シールド部材と、前記切換開閉器の外周部に取り付けられ、上端部が前記内部シールド部材に隣接して配置され、当該内部シールド部材の曲面部との間に所定の間隙を形成する切り欠きが設けられた支持絶縁板と、を有する。
第1の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の全体構成を示す断面図である。 切換開閉器の部分断面斜視図である。 図1のA部の拡大断面図である。 (a)は従来例の等電位線を示す断面図であり、(b)は(a)のB部の拡大図である。 第1の実施形態の等電位線を示す断面図である。 第2の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の切換開閉器の部分断面斜視図である。 第2の実施形態の等電位線を示す断面図である。 第3の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の切換開閉器の部分断面斜視図である。 第3の実施形態の等電位線を示す断面図である。 第4の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の構成を示す断面図である。 図10のC部の拡大断面図である。 第5の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の部分拡大図である。 第5の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の部分拡大図である。 第6の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置の切換開閉器の部分断面斜視図である。 第6の実施形態の等電位線を示す断面図である。
(第1の実施形態)
(構成)
第1の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図1〜3を参照して説明する。図1に示すように、ガス絶縁型負荷時タップ切換装置2には、内部に絶縁ガス3が封入された変圧器タンク1の開口部に、ガス容器2cが取付けられている。ガス容器2cは、絶縁材料で構成され、上端部に開口部が形成された円筒形状の部材である。ガス容器2cの内部には切換開閉器2aが配置される共に、切換開閉器2aの絶縁及び冷却を行う絶縁ガス4が封入されている。絶縁ガス4としては、例えば、絶縁性能に優れ、かつ、不燃性で安定した気体であるSFガス等が用いられている。
ガス容器2cの下方には、一対のタップ位置を選択するタップ選択器2bが配置されている。図示されない変圧器の巻線から各タップ電位に対応したタップリード線が引き出され、タップ選択器2bに接合されることによって、変圧器と負荷時タップ切換装置2との回路接続が行われる。
ガス容器2c上部の開口部には頭部蓋6が嵌合されている。頭部蓋6は変圧器タンク1から切換開閉器2aを隔離するための部材である。頭部蓋6は、下方に向かって延びる円筒部を有する金属材料から形成されており、頭部蓋6の円筒部がガス容器2c上部の開口部に嵌め込まれている。
図3に示すように、ガス容器2cと頭部蓋6との間には両者を密閉するシール部材8が配置され、頭部蓋6の円筒部の下端面には、シール部材8を押えるシール押えリング7が設置されている。シール押えリング7はボルト7aによって頭部蓋6の円筒部の下端面に接合されている。
また、ガス容器2cの外周部には、断面が円形であるチューブ状の第1の外部シールド部材11が、ガス容器2cの外周に沿って水平に取り付けられている。第1の外部シールド部材11は頭部蓋6と導通されていない部材であり、切換開閉器2aの外部の電界集中を緩和するために設けられている。第1の外部シールド部材11の下方には、断面が略楕円形であるチューブ状の第2の外部シールド部材15が、ガス容器2cの外周に沿って水平に取り付けられている。第2の外部シールド部材15は不図示の高電圧印加部と導通している。
図1及び図2に示すように、ガス容器2cの内部の上方には、絶縁筒13がガス容器2cと同軸に配置されている。絶縁筒13の内側の下部には、蓄勢装置20が配置されている。蓄勢装置20は、ガス容器2cの内部中心を延びる駆動軸21に接続され、駆動軸21は切換開閉器2aに接続し、蓄勢装置20から駆動軸21を介して伝達されたトルクにより切換開閉器2aは駆動して切換動作を行う。絶縁筒13の内側の、蓄勢装置20の上方には、蓄勢装置20と導通する上部シールド板9と下部シールド板10が配置されている。上部シールド板9と下部シールド板10は所定の間隔を空け、互いに平行に設置されている。上部シールド板9は、切換開閉器2aの上部側(対地側)の金属部材への電界集中を保護する部材であり、下部シールド板10は、切換開閉器2aの下部側(充電部側)の金属部材への電界集中を保護する部材である。
図3に示すように、シール部材8とシール押えリング7を覆うように、内部シールド部材14が配置されている。内部シールド部材14は環状に形成した導電性部材であり、上端は頭部蓋6に固定具を介して取り付けられ、頭部蓋6と導通されている。内部シールド部材14は、例えばアルミ板材で構成することができる。
内部シールド部材14は、径方向断面視において。垂直に延びる直線部14aと半円状の曲面部14bを有している。すなわち、内部シールド部材14は、径方向断面視でJ字形である。直線部14aは頭部蓋6の円筒部に沿って配置される。曲面部14bは、ガス容器2aの外側に向かって、シール押えリング7の平面部12の一部とシール押えリング7に接合されたボルト7aを覆うように配置されている。対地絶縁において電界が集中しやすいシール押えリング7の下端部付近を、内部シールド部材14の曲面部14bが覆うことで、電界の集中が緩和される。
ガス容器2cの外周部には、支持絶縁板22が取り付けられている。支持絶縁板22は、絶縁材料で構成された細長い板状の部材である。支持絶縁板22は、切換開閉器2aをガス容器2cに挿入する際に位置決めするために用いられる。支持絶縁板22を切換開閉器2aの外周部に取り付けて挿入し、支持絶縁板22の上端が頭部蓋6の取り付け位置に合うようにガイドすることで、切換開閉器2aを位置決めする。支持絶縁板22は、ガス容器2cの内部に挿入した状態では、上端部が内部シールド部材14に隣接して配置される。ガス絶縁型負荷時タップ切換装置が近年大型化していることに伴い、内部シールド部材14と支持絶縁板22の間隔は殆どなくなっている。支持絶縁板22の設置本数は、位置決めに求められる精度に応じて適宜決定することができる。
図3に示すように、支持絶縁板22には切り欠き22aが形成されている。切り欠き22aは、内部シールド部材14の曲面部14bの近傍の部分を、支持絶縁板22の内部シールド部材14に対向する側から軸方向中心付近に向かって切り欠いたものである。この切り欠き22aによって、支持絶縁板22と内部シールド部材14の曲面部14bとの間には、所定の間隙dが形成されている。
支持絶縁板22を構成する材料は絶縁材料であれば良く、特定の材料に限定されないが、例えば、紙フェノールを用いることができる。切換開閉器2aの挿入の際に、支持絶縁板22の切り欠き22aが内部シールド部材14に接触することによって内部シールド部材14が損傷するおそれがあるが、柔軟性のある紙フェノールを用いることによって損傷を防ぐことができる。
(作用)
本実施形態のガス絶縁型負荷時タップ切換装置の作用を、従来例と比較して説明する。図4に示した従来例は、支持絶縁板22に切り欠き22aが形成されていないものである。切り欠き22aが形成されない場合、図4(a)に示すように、支持絶縁板22と内部シールド部材14の曲面部14bとの隙間は極めて小さいものとなり、図4(b)に示すように、内部シールド部材14の下端の曲面部14bと支持絶縁板22の間には、くさび状の空間Sが形成されることになる。このくさび状の空間Sに局部的に電界が集中し、対地絶縁性能が低下するおそれがある。くさび状の空間における電界値は、許容電界値の1.9倍になることがある。
一方、図5に示すように、本実施形態では、支持絶縁板22の、内部シールド部材14の曲面部14bの近傍に切り欠き22aが形成されることにより、支持絶縁板22と内部シールド部材14の曲面部14bとの間に隙間dが形成される。これによってくさび状の空間Sが形成されず、電界の集中が緩和される。図4の従来例と比較して、電界値は77%程度低減することができる。
(効果)
本実施形態のガス絶縁型負荷時タップ切換装置2は、上端部に開口部を形成し内部に切換開閉器2aが配置され、絶縁ガスが封入されたガス容器2cと、ガス容器2cの開口部に嵌合する頭部蓋6と、ガス容器2cと頭部蓋6との間を密閉するシール部材8と、シール部材8を押えるシール押え部材であるシール押えリング7と、シール押えリング7の下端部を覆い、下側に曲面部14bを設けた内部シールド部材14と、切換開閉器2aの外周部に取り付けられ、上端部が内部シールド部材14に隣接して配置され、当該内部シールド部材14の曲面部14bとの間に所定の間隙を形成する切り欠き22aが設けられた支持絶縁板22と、を有する。
内部シールド部材14に隣接して配置される支持絶縁板22に、内部シールド部材14の曲面部14bとの間に所定の間隙を形成する切り欠き22aを設けることによって、内部シールド部材14の曲面部14bと支持絶縁板22との間にくさび状の空間Sが形成されることを防ぐことができる。これによって、局部的な電界集中を防止し、ガス絶縁型負荷時タップ切換装置の耐圧性を向上させることができる。
切り欠き22aは、内部シールド部材14の曲面部14bの近傍の部分を切り欠いて形成する。支持絶縁板22の電界が集中する曲面部14bの近傍の部分のみを切り欠くことで、支持絶縁板22の位置決め部材としての機能を維持しながら、電界の集中を緩和することができる。
支持絶縁板22は、紙フェノールで構成しても良い。柔軟性のある紙フェノールで支持絶縁板22を構成することによって、支持絶縁板22の切り欠き22aの角の部分が、内部シールド部材14に接触して損傷することを防ぐことができる。これによって、内部シールド部材14の損傷で発生した金属粉がガス容器2c内に流入し、対地絶縁性能が低下することを防ぐことができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図面を参照して説明する。なお、以降の実施形態では、前記の実施形態と同一の部分に関しては同一符号を付して説明は省略する。
第2の実施形態では、図6に示すように、切り欠き22bが、支持絶縁板22の、曲面部14bの近傍から支持絶縁板22の上端に至る形で設けられている。すなわち、切り欠き22bによって支持絶縁板22の上端部が下端部よりも幅細になっている。切り欠き22bを設けることによって、内部シールド部材14の曲面部14bと支持絶縁板22との間に隙間dが形成される。これによって、図7に示すように、第1の実施形態と同様に、内部シールド部材14の曲面部14bと支持絶縁板22との間の局部的な電界集中を防止することができる。具体的には、図4の従来例と比較して、電界値を76%程度低減することができる。これによって、ガス絶縁型負荷時タップ切換装置の耐圧性を向上させることができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図面を参照して説明する。図8に示すように、第3の実施形態は、第2の実施形態と同様に曲面部14bの近傍から支持絶縁板22の上端に至る切り欠き22bを設けている。この切り欠き22bは、支持絶縁板22の内部シールド部材14に対向する側に形成されているが、支持絶縁板22の切り欠き22bが設けられた側の反対側には、ガス容器2c内部側へ張り出す張り出し部22cが設けられている。張り出し部22cは、切り欠き22bと同じ長さと幅を有している。これによって、支持絶縁板22の上端部は、下部と段違いの形状となっている。
第2の実施形態で述べたように、切り欠き22bを設けることによって支持絶縁板22の上端部が下端部よりも幅細になるが、張り出し部22cを設けることによって、上端部も下部と同じ幅を有することになる。切り欠き22bによって内部シールド部材14の曲面部14bと支持絶縁板22との間の局部的な電界集中を防止すると同時に、張り出し部22cによって、支持絶縁板22を補強することができ、位置決めを確実に行うことができる。なお、上記の例では、張り出し部22cは切り欠き22bと同じ長さと幅を有するものとして説明したが、支持絶縁板22を必要程度補強することができれば、同じ長さと幅でなくても良い。この実施形態では、図4の従来例と比較して、電界値を75%程度低減することができる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図面を参照して説明する。図10に示すように、第4の実施形態は、ガス容器2cの底部外周にガイド部40を設置している。ガイド部40は、ガス容器2cの内壁から支持絶縁板22の設置位置までの距離と同じ長さの幅を有する。図11の拡大図に示すように、支持絶縁板22をガス容器2cの内部に挿入すると、ガイド部40が支持絶縁板22に接触し、支持絶縁板22を位置決めする。支持絶縁板22の位置が安定しないと、切り欠き22aによって設けられた内部シールド部材14と支持絶縁板22の曲面部14bとの隙間dが安定せず、電界が集中してしまうおそれがある。支持絶縁板22を位置決めするガイド部40を設けることによって、支持絶縁板22の位置を安定させ、切り欠き22aを設けた電界集中の緩和の効果を確実にすることができる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図面を参照して説明する。第1の実施形態において、支持絶縁板22を柔軟性のある紙フェノールで構成することによって、切り欠き22aが内部シールド部材14を損傷することを防ぐことができると説明した。第5の実施形態では、支持絶縁板22を例えばFRP(繊維強化プラスチック)等の硬度の高い材料で構成した場合でも、内部シールド部材14の損傷を防ぐための構成例を説明する。一つの構成例としては、図12に示すように、内部シールド部材14の内周面の、FRP製の支持絶縁板22と対向する部分を、軟質な絶縁物30で被覆している。別の構成例としては、図13に示すように、FRP製の支持絶縁板22の、内部シールド部材14に対向する側を、軟質な絶縁物30で被覆している。図12及び図13に示す軟質な絶縁物30は、特定の材料に限定されないが、支持絶縁板22を構成する材料よりも軟質な材料を用いると良い。そのような軟質な絶縁物30として、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を用いても良い。
このように、支持絶縁板22を硬度の高いFRPで構成した場合でも、支持絶縁板22及び内部シールド部材14の互いに対向する面のいずれかを軟質な絶縁物30で被覆することによって、切り欠き22aによる内部シールド部材14の損傷することを防ぐことができる。これによって、内部シールド部材14から発生した金属粉がガス容器2c内に流入せず、対地絶縁性能が低下することを防ぐことができる。さらに、支持絶縁板22を硬度の高い部材で構成することによって、支持絶縁板22の強度を向上させることができる。
紙フェノールで構成した場合と同様に、支持絶縁板22の切り欠き22aが内部シールド部材14を損傷することを防ぐことができる。これによって、内部シールド部材14の損傷で発生した金属粉がガス容器2c内に流入し、対地絶縁性能が低下することを防ぐことができる。
(第6の実施形態)
第6の実施形態に係るガス絶縁型負荷時タップ切換装置について、図面を参照して説明する。図14に示すように、第6の実施形態では、支持絶縁板22に切り欠き22aを設ける代わりに、支持絶縁板22の、内部シールド部材14とは反対側に、第2の内部シールド部材23を支持絶縁板22に隣接して配置している。第2の内部シールド部材23は、内部シールド部材14よりも小さい環状の導電性部材である。第2の内部シールド部材23は、内部シールド部材14と同様に直線部と曲面部を有し、径方向断面視ではJ字を左右反転させた形である。第2の内部シールド部材23は、曲面部をガス容器2aの内部側に向けて、内部シールド部材14と同じ高さ位置に配置される。すなわち、第2の内部シールド部材23は、支持絶縁板22を挟んで内部シールド部材14と径方向断面視で線対称となるように配置されている。
このような構成では、支持絶縁板22に切り欠き22aがないため、支持絶縁板22と内部シールド部材14との間でくさび状の空間が形成されることになる。しかしながら、支持絶縁板22の反対側に第2の内部シールド部材23が配置されていることによって、支持絶縁板22と第2の内部シールド部材23との間でも、同様にくさび状の空間が形成されることになる。結果として、図15に示すように、支持絶縁板22の内部シールド部材14の間の電界の集中が緩和され、対地絶縁性能を向上させることができる。具体的には、図4の従来例と比較して、電界値を49%程度低減することができる。さらに、支持絶縁板22が切り欠かれないため、支持絶縁板22の強度を保つことができる。なお、第2の内部シールド部材23は、内部シールド部材14の電界集中を緩和できるものであれば良く、図14及び図15に図示した、内部シールド部材14と線対称となるような形状や設置位置に限られない。第2の内部シールド部材23は、内部シールド部材14の電界集中の緩和に適当な形状や設置位置を適宜決定することができる。
(他の実施形態)
上記の実施形態は、本明細書において一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するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、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。
第3の実施形態では、支持絶縁板の上端に至る切り欠き22bを形成した支持絶縁板に張り出し部22cを設けたが、これに限られない。例えば、内部シールド部材14の曲面部14bの近傍の部分のみを切り欠いた切り欠き22aを形成した支持絶縁板22に、張り出し部22cを設けても良い。同様に、第4の実施形態で説明したガイド部40を、切欠き22aを形成した支持絶縁板に形成しても良い。同様に、第5の実施形態で説明した軟質な絶縁物30は、切欠き22bが形成された支持絶縁板22や、これに対向する内部シールド14に被覆しても良い。
1…変圧器タンク
2…ガス絶縁型負荷時タップ切換装置
2a…切換開閉器
2b…タップ選択器
2c…ガス容器
3、4…絶縁ガス
6…頭部蓋
7…シール押えリング
8…シール部材
9…上部シールド板
10…下部シールド板
11…第1の外部シールド部材
12…平面部
13…絶縁筒
14…内部シールド部材
14a…直線部
14b…曲面部
15…第2の外部シールド部材
20…蓄勢装置
21…駆動軸
22…支持絶縁板
22a,22b…切り欠き
22c…張り出し部
23…第2の内部シールド部材
30…軟質な絶縁物
40…ガイド部
d…隙間
S…くさび状の空間

Claims (10)

  1. 上端部に開口部を形成し内部に切換開閉器が配置され、絶縁ガスが封入されたガス容器と、
    前記ガス容器の開口部に嵌合する頭部蓋と、
    前記ガス容器と前記頭部蓋との間を密閉するシール部材と、
    前記シール部材を押えるシール押え部材と、
    前記シール押え部材の下端部を覆う曲面部を有する、内部シールド部材と、
    前記切換開閉器の外周部に取り付けられ、上端部が前記内部シールド部材に隣接して配置され、当該内部シールド部材の曲面部との間に所定の間隙を形成する切り欠きが設けられた支持絶縁板と、を有することを特徴とするガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  2. 前記切り欠きは、前記支持絶縁板の前記曲面部の近傍の部分を切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  3. 前記切り欠きは、前記支持絶縁板の、前記曲面部の近傍から当該支持絶縁板の上端に至り、当該切り欠きによって前記支持絶縁板の上端部が下端部よりも幅細になっていることを特徴とする請求項2に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  4. 前記切り欠きは、前記支持絶縁板の前記内部シールド部材に対向する側に形成され、前記支持絶縁板の、前記切り欠きが設けられた側の反対側には、前記ガス容器内部側へ張り出す張り出し部が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  5. 前記張り出し部は、前記切り欠きと同じ長さと幅を有していることを特徴とする請求項4記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  6. 前記ガス容器の底部外周側に設けられ、前記支持絶縁板に接触して前記支持絶縁板を位置決めするガイド部を更に有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  7. 前記支持絶縁板は、紙フェノールで構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  8. 前記支持絶縁板は繊維強化プラスチックで構成され、前記内部シールド部材の前記支持絶縁板と対向する部分は軟質な絶縁材により被覆されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項の記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  9. 前記支持絶縁板は繊維強化プラスチックで構成され、前記支持絶縁板の、前記内部シールド部材と対向する側が、軟質な絶縁材により被覆されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
  10. 上端部に開口部を形成し底部に切換開閉器が配置され、絶縁ガスが封入されたガス容器と、
    前記ガス容器の開口部に嵌合する頭部蓋と、
    前記ガス容器と前記頭部蓋との間を密閉するシール部材と、
    前記シール部材を押えるシール押え部材と、
    前記シール押え部材の下端部を覆う曲面部を有する内部シールド部材と、
    前記切換開閉器の外周部に取り付けられ、上端部が前記内部シールド部材に隣接して配置された支持絶縁板と、
    前記支持絶縁板の前記内部シールド部材と反対側に、前記支持絶縁板に隣接して配置された第2の内部シールド部材と、を有することを特徴とするガス絶縁型負荷時タップ切換装置。
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