(57)【要約】【課題】切換開閉器室の低圧化を確保して真空バルブの機械的寿命を維持すると共に、変圧器タンクの簡略化を実現して据付寸法の小型化と経済性の向上を図る。【解決手段】変圧器タンク６の一部には切換開閉器１１を収納するための切換開閉器室１８が設けられている。切換開閉器室１８の中には、変圧器タンク６内のガス圧力よりも低い圧力の絶縁ガスが封入され、切換開閉器室１８の下方にはタップ選択器１０が配置されている。タップ選択器１０と切換開閉器１１間は、切換開閉器室１８に設けた絶縁板２０を貫通する接続端子１１ｂを介して、接続リード２２によって接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に絶縁ガスを封入した変圧器タンクには鉄心のまわりに巻線を巻回して構成した変圧器中身が収納され、前記変圧器タンクとは別の圧力区画とした切換開閉器室が設けられ、前記切換開閉器室には前記変圧器タンク内の絶縁ガスのガス圧力よりも低圧の絶縁ガスが封入されると共に真空バルブを有する切換開閉器が収納され、前記切換開閉器に該切換開閉器と連動するタップ選択器を取り付けることにより変圧器運転時に電圧を切り換える負荷時タップ切換器が構成され、前記巻線と前記負荷時タップ切換器とが電気的に接続されたガス絶縁負荷時タップ切換変圧器において、
前記切換開閉器室は前記変圧器タンクの一部に設置され、
前記切換開閉器室には接続端子が設けられ、
前記切換開閉器及び前記タップ選択器は前記接続端子を介して接続リードで電気的に接続されたことを特徴とするガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項２】
前記変圧器タンクは所望の高ガス圧に耐える金属材料から構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項３】
前記切換開閉器及び前記タップ選択器間に支持絶縁物が配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項４】
前記タップ選択器は前記切換開閉器室の下部に配置され、
前記タップ選択器及び前記切換開閉器は共通の駆動軸にて駆動するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項５】
前記切換開閉器室及び前記タップ選択器とは並べて配置され、
前記タップ選択器及び前記切換開閉器はそれぞれに接続された駆動軸にて駆動するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項６】
前記切換開閉器は単相毎として少なくとも３台配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項７】
前記切換開閉器及び前記タップ選択器の少なくとも一方には駆動用モータが接続され、
切換開閉器及びタップ選択器における接続状態を検知する検出器が配置され、
前記検知器の出力信号を参照して前記駆動用モータに動作信号を送る制御機構が設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【請求項８】
前記変圧器タンク及び前記切換開閉器室のいずれか一方もしくは双方に封入された前記絶縁ガスは、ＳＦ６と他の絶縁ガスとの混合ガス、窒素ガスあるいは二酸化炭素ガスもしくは窒素ガス及び二酸化炭素ガスの少なくとも一方とＳＦ６との混合ガスから構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、真空バルブ式の負荷時タップ切換器を備えたガス絶縁負荷時タップ切換変圧器に係り、特に、切換開閉器室の低圧化を確保しつつ変圧器タンクの簡略化を図ったガス絶縁負荷時タップ切換変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却、絶縁媒体として絶縁油を充填した油入変圧器が知られているが、近年では、これに変わって、絶縁ガスを封入したガス絶縁変圧器が普及している。ガス絶縁変圧器は、絶縁媒体が不燃性であり、また漏油がないので、高い安全性を確保することができる。しかも、絶縁能力に優れたＳＦ６ガスの利用や、ガス圧力を高くするといった手法を用いることによって、優れたコンパクト性を実現している。そのため、都市部の地下変電所や山間部の変電所への適用が進んでいる。
【０００３】
通常、変圧器には運転時の電圧調整を行うための負荷時タップ切換器が取り付けられている。ガス絶縁変圧器では油入変圧器とは絶縁性能が異なるので、真空バルブ式の負荷時タップ切換器を用いるのが一般的である。ここで、真空バルブを有するガス絶縁負荷時タップ切換変圧器の従来例について、図５、図６を用いて具体的に説明する。
【０００４】
図５に示すガス絶縁負荷時タップ切換変圧器では、変圧器タンク６の内部に０．２ＭＰａ程度の低ガス圧で絶縁ガスが封入されている。この変圧器タンク６の内部には巻線４及び鉄心５からなる変圧器中身が収納されている。変圧器中身は鉄心５のまわりに巻線４が巻回されて構成されている。
【０００５】
また、変圧器タンク６の内部には変圧器運転時の電圧調整を行うための負荷時タップ切換器が収納されている。負荷時タップ切換器は、タップ選択器１０と切換開閉器１１とから構成される。変圧器タンク６内のガス圧が低い場合、切換開閉器１１とタップ選択器１０とは構造的に単純な一体構造となっている。
【０００６】
さらに、変圧器中身の巻線５と、負荷時タップ切換器を構成するタップ選択器１０及び切換開閉器１１は、互いに電気的に接続されている。より詳しくは、巻線５とタップ選択器１０は接続リード２３によって、タップ選択器１０と切換開閉器１１は内部導体（図示せず）によって接続されている。
【０００７】
切換開閉器１１の内部には真空バルブ１２が設置されており、真空バルブ１２が動作して電流開閉を行うように構成されている。さらに切換開閉器１１はタップ選択器１０の上部に配置されており、切換開閉器１１及びタップ選択器１０の各々の駆動は電動操作機構１４に接続された共通の駆動軸１３で行われる。
【０００８】
特許文献１には上記図５に示した従来例と同様の構成例が示されている。特許文献１記載の技術では、気密を保つことのできる２重の絶縁筒の内側に切換開閉器１１を収納しており、内側の絶縁筒のガス圧力を変圧器タンク６のガス圧力よりも低く設定している。このような従来例によれば、切換開閉器１１が低圧ガスの雰囲気中にあるため、真空バルブ１２のベロー部がスムーズに動作することができ、ベロー部の機械的寿命は長くなる。
【０００９】
ところで、電力需要が増大傾向にある現在、より高電圧で大容量のガス絶縁変圧器が望まれている。また、電力機器の分野は常にコンパクト化が要請されている。そこで、変圧器タンク内のガス圧力を高くすることによって、変圧器タンクの寸法拡大並びに変圧器の据付寸法を抑制しつつ、ガス絶縁変圧器の高電圧化、大容量化を図る技術が提案されている。具体的には、図６に示したガス絶縁負荷時タップ切換変圧器では、変圧器タンク６内のガス圧力が０．５ＭＰａ程度まで高圧化がなされている。
【００１０】
このように絶縁ガスのガス圧力を高くしたガス絶縁負荷時タップ切換変圧器では、変圧器タンク６内と切換開閉器１１内とでガス圧力差が増大するので、特許文献１に示したような２重構造の絶縁筒程度では、気密を保つことが極めて困難である。気密が保持されず、切換開閉器１１が高圧ガスにさらされると、真空バルブ１２のベロー部の動作性が低下するため、ベロー部の機械的寿命が短くなるといった不具合が生じた。
【００１１】
そこで上記の問題点を回避するために、図６に示す従来例では、切換開閉器１１を収納するためのタンクである切換開閉器室８が、変圧器タンク６とは別の圧力区画として設けられている。具体的には、変圧器タンク６には連続して２つの圧力区画が形成され、変圧器タンク６と隣接する圧力区画としてタップ選択器室７が設けられ、これに続いて、前記切換開閉器室８が設置される。
【００１２】
タップ選択器室７内のガス圧力は変圧器タンク６と同じガス圧力に設定され、ここにタップ選択器１０が収納される。さらに、タップ選択器室７と切換開閉器室８との間には絶縁端子板３０が配設され、ガス圧力が区分される。この切換開閉器室８内のガス圧力は、変圧器タンク６のガス圧力よりも低圧に設定され、前述したように切換開閉器１１が収納される。
【００１３】
図６に示した従来例では、以上の構成をとることにより、切換開閉器１１を低圧ガス雰囲気中に配置することができ、真空バルブ１２のベロー部は良好な動作性を維持して機械的寿命を保つことが可能である。なお、図６の従来例において、タップ選択器１０と切換開閉器１１は、双方の動作の連動を保つために互いに連結した駆動軸１３で駆動されている。また、変圧器中身の構成、並びに巻線５、タップ選択器１０、切換開閉器１１間の電気的接続の構成は、前記図５と同様なので説明は省略する。
【００１４】
上述した図６の従来例と同様の構成例は、特許文献２にも示されている。特許文献２では、変圧器タンク６よりも低いガス圧力とした切換開閉器室８を、変圧器タンク６とは分離して独立して設け、ここに切換開閉器１１を収納した構成となっている。
【特許文献１】特開平２００４−２８８８７７号公報
【特許文献２】特許第２６０６４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の従来技術には次のような問題点が指摘されていた。すなわち、変圧器タンク内の絶縁ガスの高圧化により、高電圧化・大容量化を実現するガス絶縁変圧器においては、真空バルブのベロー部の機械的寿命を確保すべく、低圧を維持する切換開閉器室を、別途設ける必要があった。つまり、複数のガス圧力区画が必要となるため、変圧器タンクの形状が複雑化し、タンクの大型化が余儀なくされた。その結果、ガス絶縁負荷時タップ切換変圧器も大型化し、部品点数の増大や組立作業の工数が増えて、コストの高騰を招いた。
【００１６】
また、変圧器タンクの大型化は、絶縁ガス使用量を増大させる直接的な要因となるが、絶縁ガスとして主流であるＳＦ６ガスは、大気中濃度が低いものの、地球温暖化係数ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が極めて大きい（ＣＯ２の２３９００倍）ので、環境調和性が重視される現在、ＳＦ６ガスの使用量を削減することが急務となっていた。
【００１７】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、切換開閉器室の低圧化を確保して真空バルブの機械的寿命を維持すると共に、変圧器タンクの簡略化を実現して据付寸法の小型化と経済性の向上を図り、さらにはＳＦ６ガスの使用量を低減して優れた環境調和性を発揮できる、信頼性の高いガス絶縁負荷時タップ切換変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明は、内部に絶縁ガスを封入した変圧器タンクには鉄心のまわりに巻線を巻回して構成した変圧器中身が収納され、前記変圧器タンクとは別の圧力区画とした切換開閉器室が設けられ、前記切換開閉器室には前記変圧器タンク内の絶縁ガスのガス圧力よりも低圧の絶縁ガスが封入されると共に真空バルブを有する切換開閉器が収納され、前記切換開閉器に該切換開閉器と連動するタップ選択器を取り付けることにより変圧器運転時に電圧を切り換える負荷時タップ切換器が構成され、前記巻線と前記負荷時タップ切換器とが電気的に接続されたガス絶縁負荷時タップ切換変圧器において、前記切換開閉器室は前記変圧器タンクの一部に設置され、前記切換開閉器室には接続端子が設けられ、前記切換開閉器及び前記タップ選択器は前記接続端子を介して接続リードで電気的に接続されたことを特徴とするものである。
【００１９】
以上のような構成を有する本発明では、変圧器タンク内の絶縁ガスを高圧化した場合でも、切換開閉器を収納した切換開閉器室を、変圧器タンクとは別に設けるのではなく、一体的に設けるので、変圧器タンクの小型化が実現するため、変圧器の据付寸法が小さくなり、絶縁ガスの使用量が低減する。また、切換開閉器室には変圧器タンク内の絶縁ガスのガス圧力よりも低圧の絶縁ガスを封入することで、真空バルブのベロー部の良好な動作性を確保可能であり、機械的寿命の長期化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、切換開閉器を収納する切換開閉器室を、変圧器タンクの一部に設けたので、変圧器タンクとは別に切換開閉器室を設置する必要が無く、変圧器の据付寸法が小型化すると同時に、部品点数が低減して組立が容易となり、信頼性・経済性に優れたガス絶縁負荷時タップ切換変圧器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るガス絶縁負荷時タップ切換変圧器の実施形態の一例について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。なお、図５及び図６に示した従来例と同一部分については同一符号を付記して説明は省略する。
【００２２】
（１）第１の実施形態
［構成］
本発明にかかる第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１に示すように、鉄心５のまわりに巻線４が巻回されて、変圧器中身が構成されている。変圧器タンク６の一部には、切換開閉器１１を収納するための切換開閉器室１８が形成されている。
【００２３】
変圧器タンク６及び切換開閉器室１８には、ＳＦ６と他の絶縁ガスとの混合ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、または窒素ガス、二酸化炭素ガスとＳＦ６ガスとの混合ガスのいずれかが、絶縁ガスとして封入される。なお、変圧器タンク６は所望の高ガス圧に耐える金属材料から構成されている。
【００２４】
また、変圧器タンク６に封入される絶縁ガスのガス圧力は、ガス絶縁負荷時タップ切換変圧器のコンパクト化を実現するために圧力が高く設定されている。一方、切換開閉器室１８の中には、変圧器タンク６内のガス圧力よりも低い圧力の絶縁ガスが封入されており、切換開閉器１１に配置された真空バルブ１２のベロー部の機械的耐力に適応した圧力に設定されている。
【００２５】
切換開閉器室１８の下方にはタップ選択器１０が配置されている。切換開閉器１１とタップ選択器１０の各々の駆動は、電動操作機構１４に接続された共通の駆動軸１３にて行われるようになっており、駆動軸１３が切換開閉器室１８を貫通する切換開閉器室１８の底部には圧力シール部品が設けられて、気密構造となっている。
【００２６】
さらに、巻線５、タップ選択器１０、切換開閉器１１間は相互に電気的に接続されている。より詳しくは、巻線５とタップ選択器１０間は接続リード２３によって接続され、タップ選択器１０と切換開閉器１１間は、切換開閉器室１８に設けた絶縁板２０を貫通する接続端子２４を介して、接続リード２２によって接続されている。なお、切換開閉器室１８と絶縁板２０との接合部は、気密構造となっている。
【００２７】
ところで、切換開閉器１１には各々のタップ間電圧が発生し、タップ選択器１０は全タップ間電圧が発生する。そのため、最大発生電圧を考慮して切換開閉器１１とタップ選択器１０間には全タップ電圧に耐える絶縁構成が要求される。この要求に応えるべく、切換開閉器室１８とタップ選択器１０間には支持絶縁物２１が配置されている。
【００２８】
［作用効果］
このような構成を有する第１の実施形態の作用効果は次の通りである。すなわち、変圧器タンク６内のガス圧力を、切換開閉器室１８のガス圧力よりも非常に高くした場合であっても、切換開閉器１１を収納する切換開閉器室１８を、変圧器タンク６とは独立した別構造にすることなく、一体的に形成しているので、タップ選択器１０及び切換開閉器１１からなる負荷時タップ切換器並びに変圧器タンク６自体を小型化することができる。これにより、据付寸法が小さくコンパクトで、且つ高電圧・大容量のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器を提供することが可能である。
【００２９】
また、切換開閉器室１８には変圧器タンク６内の絶縁ガスのガス圧力よりも低圧の絶縁ガスを封入しているので、真空バルブ１２のベロー部の動作性は良好であり、長い機械的寿命を確保することができる。さらに、切換開閉器室１８とタップ選択器１０との間には支持絶縁物２１を配置しているので、タップ選択器１０は全タップ電圧に耐え得る。
【００３０】
また、第１の実施形態において、切換開閉器１１とタップ選択器１０の動作は、電動操作機構１４に接続された共通の駆動軸１３にて行うので、双方を接続していた操作棒が不要となり、構成部品数及び組立工数が低減する。しかも、負荷時タップ切換器を操作させるための力が減少するため、電動操作機構１４のモータ能力も低減でき、コスト的に極めて有利である。
【００３１】
さらには、変圧器タンク６がコンパクトなので、封入される絶縁ガスの使用量も低く抑えることができ、変圧器の品質向上および低コスト化に寄与できる。また、使用される絶縁ガスとして、ＳＦ６と他の絶縁ガスとの混合ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、または窒素ガス、二酸化炭素ガスとＳＦ６ガスとの混合ガスのいずれかを用いているので、ＳＦ６ガスの使用量を大幅に削減する。したがって、地球温暖化への影響が小さくなり、環境調和性に優れたガス絶縁変圧器を提供することができる。
【００３２】
（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、本発明にかかる第２の実施形態について、図２を用いて説明する。第２の実施形態は、切換開閉器１１を収納した切換開閉器室１８とタップ選択器１０とが並べて配置されたことに特徴がある。
【００３３】
このとき、タップ選択器１０は変圧器タンク６の上面部に支持絶縁物２１を介して固定されており、切換開閉器１１及びタップ選択器１０の各々の駆動は電動操作機構１４から連結された駆動軸１３によって行うように構成されている。なお、切換開閉器室１８には、上記第１の実施形態と同様、変圧器タンク６よりも低い圧力の絶縁ガスが封入されている。
【００３４】
［作用効果］
以上の構成を有する第２の実施形態では、上記第１の実施形態と比べて、次のような独自の作用効果がある。すなわち、切換開閉器室１８とタップ選択器１０を上下方向に配置した第１の実施形態よりも、切換開閉器室１８とタップ選択器１０を左右方向に配置した分だけ、負荷時タップ切換器の高さ寸法を低減することができる。したがって、タンクの高さ寸法が小さい変圧器タンク６にも適用することが可能となる。
【００３５】
さらに、前記第１の実施形態では、タップ選択器１０との駆動軸１３を接続するために、切換開閉器室１８の底部に設けられた駆動軸１３貫通部に対して圧力シール部品が必要であったが、左右方向に切換開閉器１１とタップ選択器１０を並べて配置した第２の実施形態では、これら圧力シール部品は不要となる。したがって、変圧器タンク６側に封入された高圧力の絶縁ガスが切換開閉器室１８側へと漏れ出る心配が無く、いっそう優れた信頼性を獲得することができる。
【００３６】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に本発明にかかる第３の実施形態について、図３を用いて説明する。第３の実施形態では、負荷時タップ切換器の切換開閉器１１とタップ選択器１０とを駆動するための部材として、上記駆動軸１３に代えて、各々に駆動用モータ３３ａ、３３ｂを取り付けたことに特徴がある。
【００３７】
切換開閉器１１側の駆動用モータ３３ａは変圧器タンク６及び切換開閉器室１８の外部に配置されており、また、タップ選択器１０側の駆動用モータ３３ｂは変圧器タンク６内部に配置されている。さらに、切換開閉器１１とタップ選択器１０にはそれぞれの接続状態を検知するための検知器３４ａ、３４ｂが設置されている。検知器３４ａ、３４ｂは切換開閉器１１とタップ選択器１０における接続状態を応じて、所定の検知信号を出力するようになっている。
【００３８】
駆動用モータ３３ａ、３３ｂ及び検知器３４ａ、３４ｂは、制御ケーブル３２を介して制御機構１５に接続されている。この制御機構１５は、検知器３４ａ、３４ｂから出た切換開閉器１１とタップ選択器１０の検知信号を参照し、制御ケーブル３２を介して、駆動用モータ３３ａ、３３ｂに動作信号を送るように構成されている。
【００３９】
［作用効果］
以上の構成を有する第３の実施形態では、負荷時タップ切換器を構成する切換開閉器１１とタップ選択器１０を駆動するため部材として、駆動用モータ３３ａ、３３ｂを配置したので、切換開閉器１１とタップ選択器１０に取り付けていた駆動軸１３が不要となる。したがって、部品点数が減少すると共に、駆動軸１３の取付作業を省くことができる。その結果、工場組立および変電所現地での再組立が容易となり、組立作業時間を大幅に短縮することが可能である。
【００４０】
さらに、駆動モータ３３ａ、３３ｂを変圧器タンク６及び切換開閉器室１８の内部に配置した場合には、変圧器タンク６及び切換開閉器タンク１１に関する駆動軸１３の貫通部の圧力シール部品が不要となる。これにより、変圧器タンク６内の高圧ガスが大気中及び切換開閉器室１８内に漏れ出ることがなくなり、優れた安全性を得ることができる。
【００４１】
（４）第４の実施形態
［構成］
本発明にかかる第４の実施形態について、図４を用いて説明する。第４の実施形態の構成上の特徴は、タップ選択器１０を単相構成として各相の巻線４に配置し、それらから切換開閉器１１に接続リード２３にて電気的接続を行った点にある。
【００４２】
［作用効果］
以上の構成を有する第４の実施形態では、負荷時タップ切換器におけるタップ選択器１０を３相構成としていた場合に必要である、変圧器タンク６内のスペースが不要となり、変圧器タンク６の寸法を小さくすることが可能である。したがって、変圧器タンク６に封入される絶縁ガスの使用量も低減でき、経済性・環境調和性に優れたガス絶縁変圧器を提供することができる。
【００４３】
（５）他の実施形態
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各機器の構成や配置は適宜変更可能である。例えば、図３に示した第３の実施形態の変形例として、駆動用モータ３３ａ、３３ｂはいずれか一方にのみ設置するようにしてもよい。また、駆動用モータ３３ａ、３３ｂの取付箇所は切換開閉器１１、タップ選択器１０を駆動するのに支障のない部位であれば、取付部位は限定しない。具体的には、駆動用モータ３３ａを変圧器タンク６内部に配置してもよく、駆動用モータ３３ｂを変圧器タンク６外部に配置しても構わない。
【００４４】
また、図４に示した実施形態では、巻線４の各相間に１台ずつタップ選択器１０を配置したが、１箇所に取り付けるタップ選択器１０の取り付け個数は限定せず、取り付け箇所も変圧器タンク６内であれば適宜選択可能であり、巻線４と変圧器タンク６間に配置しても良い。さらに、図４の例では３相一体の変圧器の例を示したが、単相の変圧器に単相のタップ選択器１０を配置してもよく、単相構成のタップ選択器を少なくとも３台で構成するのであれば、変圧器中身の分割構成は適宜選択自由である。
【符号の説明】
【００４５】
４…巻線
５…鉄心
６…変圧器タンク
７…タップ選択器室
８、１８…切換開閉器室
１０…タップ選択器
１１…切換開閉器
１２…真空バルブ
１３…駆動軸
１４…電動操作機構
１５…制御機構
２０…絶縁板
２１…支持絶縁物
２２、２３…接続リード
３３ａ、３３ｂ…駆動用モータ
３４ａ、３４ｂ…検知器
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成図。
【図５】従来の低ガス圧のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器の構成図。
【図６】従来の高ガス圧のガス絶縁負荷時タップ切換変圧器の構成図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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