JP2004036770A

JP2004036770A - ギャロッピング抑制装置

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Publication number: JP2004036770A
Application number: JP2002195100A
Authority: JP
Inventors: Sei Nishimura; 西村　生; Naoya Kida; 木田　直哉
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】送電線のギャロッピング現象を効果的に防止できるギャロッピング抑制装置を提供する。
【解決手段】ギャロッピング抑制装置１０は外筒１１とテンションロッド１２と皿ばね群１３とを具備している。皿ばね群１３は、同じ向きに重合した複数枚の皿ばね６０からなる皿ばねブロック６１を、交互に向きを変えてばね座３０，５０間に直列に収容している。この皿ばね群１３は、撓みが最小の状態から最大撓みに達する直前の中間点に至るまでの通常ストローク域においては、撓みの増加に対して荷重が比較的なだらかに増加しつつ荷重の増加率が漸減する第一段階の荷重特性を有し、上記中間点から最大撓みに至る過剰ストローク域においては荷重が急に立ち上がる第二段階の荷重特性を有している。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、架空高圧送電線や電車線等の送電線のギャロッピング現象を抑制するためのギャロッピング抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線において、例えば着氷や強風が原因となって比較的周期が長く振幅の大きな自励振動（ギャロッピングと呼ばれる動的現象）が生じることがある。ギャロッピングは送電線の相間短絡や断線の原因になることがある。ギャロッピングを防止するための対策として、周知の偏心重量錘を用いた偏心重量ダンパーや、相間スペーサが知られている。偏心重量錘は、回転自在形スペーサと組合わせ、送電線に所定の間隔で取付けることにより、送電線のねじれと垂直振動の位相をずらして振動の発展を阻止するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の相間スペーサを用いる場合には、相間電圧に対する電気的絶縁性を確実にしなければならないといった問題があり、また所定の効果を得るにはかなりの数の相間スペーサが必要となる。一方、偏心重量錘を用いる場合には、クランプ部で電線が有効に回転しうるように特殊な構造の回転自在形スペーサが必要であり、しかも所定の効果を得るには数多く設けなければならず、その取付けに要する工数も増大するなどの問題が多かった。
【０００４】
また、複数枚のスプリングワッシャ等のばねを用いたばね式のギャロッピング抑制装置も提案されている。このものは、上記ばねによって送電線に張力を与えておき、ギャロッピング発生時にばねを撓ませることにより、送電線の振動を吸収しつつ振動を減衰させるようにしている。しかしこの種のギャロッピング抑制装置も、ギャロッピング現象が予想以上に大きくなったときに送電線の振動を効果的に緩衝しきれず、送電線や支持体に過剰な応力が生じることが避けきれないという問題があった。
【０００５】
従って本発明の目的は、少ない設置数でギャロッピングを効果的に防止できるとともに、過大なギャロッピング入力に対しても有効に機能できるようなギャロッピング抑制装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のギャロッピング抑制装置は、送電線またはこの送電線を支持すべき支持体のいずれか一方側に連結される外筒と、上記外筒に軸線方向に移動自在に挿入されかつ上記送電線または支持体のいずれか他方側に連結されるテンションロッドと、同じ向きに重合された複数枚の並列配置の皿ばねからなる皿ばねブロックを交互に向きを変えて上記外筒側のばね座とテンションロッド側のばね座との間に直列に収容し荷重−撓み特性における加圧側と減圧側との間にヒステリシスを生じる皿ばね群とを具備し、かつ、上記皿ばね群の撓みが最小の状態から撓みが最大となる直前の中間点に至るまでの通常ストローク域においては撓みの増加に対して荷重が漸増する第一段階の荷重特性を示しかつ上記中間点から最大撓みに至る過剰ストローク域において荷重が急に立ち上がる第二段階以上の荷重特性を有するように、上記皿ばねブロックを構成する上記皿ばねの枚数または皿ばねの板厚を、皿ばねブロックどうしで互いに異ならせている。
【０００７】
本発明のギャロッピング抑制装置は、送電線が加振されると外筒に対してテンションロッドが軸方向に相対移動するため、その移動量に応じて外筒内の皿ばね群が撓む。この皿ばね群において、各皿ばねブロックを構成する複数の皿ばねは同じ向きに重合された並列配置となっているから、撓みの繰返しに伴うヒステリシスによって安定した減衰性が得られ、送電線の振動が効果的に抑制される。また上記複数の皿ばねブロックは交互に向きを変えて直列配置されているので充分な変形量が得られ、温度変化等に起因する電線の伸縮量を充分吸収することができる。
【０００８】
上記皿ばね群の撓みが最小の状態から最大撓みに達する直前の中間点に至るまでの通常ストローク域においては、撓みの増加に対して荷重が比較的なだらかに増加しつつ荷重の増加率が漸減してゆく。そして予期しない過大なギャロッピング入力があったときには、上記中間点からストローク終端にわたる過剰ストローク域において荷重が急に立ち上がる第二段階、あるいはそれ以上の複数段階の荷重特性を示すことにより、過剰なギャロッピング入力も効果的に抑制されるとともに、通常ストローク域よりも大きなヒステリシスによって更に大きな減衰力が発揮される。
【０００９】
本発明の好ましい形態では、上記通常ストローク域におけるヒステリシスを、１０％〜２０％の範囲とし、過剰ストローク域におけるヒステリシスを上記通常ストローク域のヒステリシスよりも大としている。また本発明の好ましい形態では、セット荷重調整手段によってばね座間の距離を調整可能とし、皿ばね群の初期圧縮荷重を調整できるようにするとよい。本発明の好ましい形態では、上記外筒の端部に設ける蓋に上記テンションロッドが貫通する孔が形成され、この孔を非円形とし、上記テンションロッドの軸線と直角な方向の断面を上記孔に対応して非円形にすることにより、外筒とテンションロッドとの回り止め機能を発揮できるようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
図１から図３に示されたギャロッピング抑制装置１０は、外筒１１とテンションロッド１２および皿ばね群１３とを備えて構成されている。外筒１１の一端側に円盤状の蓋１５が設けられている。蓋１５の外周に雄ねじ部１６が形成されている。
【００１１】
蓋１５は、その雄ねじ部１６を外筒１１の雌ねじ部２０に所望位置までねじ込んだのち、スプリングピン等の回り止め部材２１を外筒１１の小孔に圧入することによって、外筒１１に固定される。この蓋１５に取付金具２２が固定されている。外筒１１の雌ねじ部２０を形成した箇所の外周側は、外筒１１に溶接する補強リング２３によって補強される。
【００１２】
外筒１１の他端側に蓋を兼ねた円盤状の第１のばね座３０が設けられている。蓋を兼ねたばね座３０に孔３０ａが形成され、この孔３０ａにテンションロッド１２が貫通している。
【００１３】
ばね座３０の外周に雄ねじ部３１が形成されている。このばね座３０は、外筒１１の雌ねじ部３２に所望位置までねじ込んだのち、スプリングピン等の回り止め部材３３を外筒１１の小孔に圧入することにより、外筒１１に固定される。外筒１１の雌ねじ部３２を形成した箇所の外周側は、外筒１１に溶接する補強リング３４によって補強される。外筒１１の最も低い位置付近に、結露水を排出するための水抜き孔３５が形成されている。
【００１４】
テンションロッド１２は、外筒１１の内部に軸線方向に移動自在に挿入されている。外筒１１の外側に突出するテンションロッド１２の一端部４０は、連結孔４１を有する連結部４２となっている。外筒１１の内部に位置するテンションロッド１２の他端部４５に、円板状の第２のばね座５０が取付けられている。
【００１５】
第２のばね座５０は、その中央に形成された雌ねじ部５１をテンションロッド１２の雄ねじ部５２に所望位置までねじ込むことにより、固定されている。テンションロッド１２の表面には、耐摩耗性を高めるために、ハードクロムメッキ等の表面処理が施されている。
【００１６】
外筒１１の内部に皿ばね群１３が設けられている。図３に示すように、皿ばね群１３は、同じ向きに重ねた複数枚（例えば２枚から５枚）の並列配置の皿ばね６０からなる皿ばねブロック６１（一部のみ示す）を、交互に向きを変えて複数組直列に配置したものである。全ての皿ばね６０の中央に形成された孔６２にテンションロッド１２が挿通している。
【００１７】
皿ばね６０の外周面と外筒１１の内周面との間には、皿ばね６０が外筒１１に対して軸線方向に円滑に移動できるようにするために、適宜の隙間Ｇ１　が確保されている。皿ばね６０の内周面（孔６２の内面）とテンションロッド１２の外周面との間には、テンションロッド１２が皿ばね６０に対して軸線方向に円滑に移動できるようにするために、適宜の隙間Ｇ２　が確保されている。
【００１８】
これらの皿ばね６０は、適宜のセット荷重（初期圧縮荷重）を与えた状態で、ばね座３０，５０間に収容されている。このセット荷重を調整するために、前記ねじ部１６，２０の螺合によるねじ締結と、ねじ部３１，３２の螺合によるねじ締結と、ねじ部５１，５２の螺合によるねじ締結は、ばね座３０，５０間の距離を調整可能なセット荷重可変手段を構成する。
【００１９】
図３において、テンションロッド１２が外筒１１に対して矢印Ｆ方向に移動すると、皿ばね群１３を構成する各皿ばね６０が撓むことにより、テンションロッド１２を矢印Ｒ方向に押し返す反力が生じる。また、各皿ばね６０が撓む際に、互いに隣り合う皿ばね６０どうしで板間摩擦を生じる。このため、図４に示すように、撓み（ストローク）と荷重との関係を示す荷重−撓み特性において、加圧側と減圧側との間に、ハッチングで示す面積のヒステリシスＪが生じる。
【００２０】
この皿ばね群１３は、撓み（ストローク）が最小の状態から、撓みが最大に達する直前の中間点Ａに至るまでの通常ストローク域Ｓ１　においては、撓みの増加に対して荷重が比較的なだらかに増加（漸増）しつつ荷重の増加率が漸減する第一段階の荷重特性を示す。また、中間点Ａから最大撓み（ストローク終端）にわたる過剰ストローク域Ｓ２　においては、予想を越える異常なギャロッピング現象に対して抑制機能を発揮させるべく、荷重が急に立ち上がる第二段階（あるいはそれ以上の複数段階）の荷重特性を有するように、皿ばね６０の組合わせ数および皿ばねブロック６１の数や、皿ばね６０の板厚等が設定されている。
【００２１】
上記複数段階の荷重特性が得られるようにするために、皿ばねブロック６１を構成する皿ばね６０の枚数を、皿ばねブロック６１どうしで互いに異ならせている。例えば、互いに向きが交互に変わる皿ばねブロック６１どうしで、一方を４枚、他方を２枚といった具合に、皿ばね６０の枚数に変化をもたせている。こうすることによって、図４に示すような少なくとも２段階の特性を得ることができる。
【００２２】
なお、皿ばね６０の枚数と組合わせの形態については、要求される複数段階特性に応じて任意に設定されるから、この実施形態に限るものではない。また、各皿ばねブロック６１どうしで皿ばね６０の板厚を変えることによっても、複数段階の特性を得ることが可能である。
【００２３】
図４に示す荷重特性において、ギャロッピング抑制機能に必要な理論値（例えば荷重値Ｐ＝２０１０ｋｇｆと３３９０ｋｇｆ）は、通常ストローク域Ｓ１　に含まれている。荷重値が例えば３３９０ｋｇｆを越える領域は、ギャロッピング入力が予想以上に大きくなったときに機能する緩衝域を示し、この緩衝域に過剰ストローク域Ｓ２　が含まれている。このような緩衝域を設けたことで、特に過剰なギャロッピング入力があったときの緩衝能力と減衰能力を大幅に向上することができた。
【００２４】
上記皿ばね群１３の通常ストローク域Ｓ１　におけるヒステリシスは、１０％から２０％の間（１０％〜２０％）とし、過剰ストローク域Ｓ２　におけるヒステリシスを通常ストローク域Ｓ１　のヒステリシスよりも大きくしている。ここで言うヒステリシスの値（％）は、加圧側と減圧側との同一ストロークにおける加圧側の荷重をＰ１　、減圧側の荷重をＰ２　としたときに、（１−Ｐ２　／Ｐ１　）×１００で表わされる値である。なお、ヒステリシスが１０％未満であると所望の振動減衰効果が得られないことがあり、ヒステリシスが２０％を越えると動的ばね定数が過大となり、減衰効果を損なう場合がある。
【００２５】
上記構成のギャロッピング抑制装置１０は、例えば図１に示されるように碍子７１を介して鉄塔などの支持体７０に取付けられる。この場合、外筒１１の取付金具２２とテンションロッド１２の連結部４２とのいずれか一方を支持体７０側に連結するとともに、他方を送電線７２に連結する。送電線７２にジャンパー線７３が接続される。
【００２６】
送電線７２の張力は、テンションロッド１２を介して皿ばね群１３に伝達される。この送電線７２に皿ばね群１３のセット荷重を越える張力が加わると、テンションロッド１２が外筒１１から突き出る方向に動き、各皿ばね６０が撓む。
【００２７】
ギャロッピング現象等によって送電線７２が加振されると、送電線７２の張力変化に応じて皿ばね６０の撓み量も変化する。これらの皿ばね６０は、各皿ばねブロック６１ごとに、複数枚ずつ同じ方向に重合された並列配置となっているから、各皿ばね６０間に摩擦力による安定なヒステリシスが生じる。すなわち図４に示されるように加圧方向に撓む時と、減圧方向に撓む時との間において撓み−荷重特性にずれ（ヒステリシスＪ）を生じることにより、振動エネルギーが減衰される。このため送電線７２に発生する振動が抑制され、ギャロッピング現象はもとより、振動一般も効果的に抑制される。なお、各皿ばねブロック６１における並列枚数に応じて減衰効果を調整することも可能である。
【００２８】
［実施例１］
下記振動試験に用いる供試品として製作したギャロッピング抑制装置１０の仕様は次の通りである。
皿ばね外径：１２５ｍｍ
皿ばね内径：６１ｍｍ
皿ばねブロック１つ分の皿ばね数：最大４枚
皿ばねブロックの総数：２３組
装置全長：５３５ｍｍ
重量　　：４６．６ｋｇ
吸収エネルギー計算値：１８０Ｊ
吸収エネルギー実測値：９９Ｊ

このギャロッピング抑制装置１０を、図５に示す試験設備８０の送電線７２ａ（ＡＣＳＲ：６１０ｍｍ^２）の一端に取付け、自由振動減衰試験を行った。この試験は、送電線７２ａの長手方向中央部を図示しない吊上げ装置によって吊上げ、自由落下させたときの送電線７２ａの挙動を変位計８１によって検出した。送電線７２ａの他端には張力計８２を取付けた。また、支持体間のスパンＬは９０メートル、水平張力２７００ｋｇｆ、弛度０．８ｍとした。
【００２９】
図６は上記実施例１を設けた送電線７２ａの振動波形を示す。図７はギャロッピング抑制装置を用いない場合の振動波形を示す。これらの図６，７から判るように、実施例１のギャロッピング抑制装置１０を設けた送電線は、ギャロッピング抑制装置を設けない場合に比べて、自由振動減衰試験において減衰率が著しく向上することが確認された。
【００３０】
ここで減衰率をε，基準振幅をＡ_０（ｍｍ），基準振幅からｎ波目の振幅をＡｎ　（ｍｍ）とすると、減衰率εは
ε＝（１／ｎ）×１ｎ（Ａ_０／Ａｎ　）
で表わされる。
【００３１】
この実施例１の振幅測定結果によれば、Ａ_０が５１５ｍｍ，１０波目のＡｎ　が８８ｍｍであり、減衰率εは０．１７６７となった。これに対し、ギャロッピング抑制装置を設けない送電線の減衰率εは０．０２７０であった。つまり、実施例１のギャロッピング抑制装置１０を設けた送電線は、ギャロッピング抑制装置を設けない場合に比べて、減衰率が６．４５倍に向上した。また、吸収エネルギー特性と減衰率とは相関が認められた。
【００３２】
また、手動によって送電線７２ａに振動エネルギーを与えることにより、強制加振試験も実施した。この強制加振試験では、同一加振力に対し、吸収エネルギーが大きいギャロッピング抑制装置を取付けた供試体ほど、張力変動と発生振幅が小さいという結果が得られた。
【００３３】
なお、皿ばね６０は、各皿ばねブロック６１における並列組合わせ枚数を調整することで、任意のヒステリシスを得ることができ、更に各皿ばねブロック６１の直列組合わせ数によって作動ストロークの調整が可能である。
【００３４】
［実施例２］
下記仕様のギャロッピング抑制装置１０を製作し、前述と同様の振動試験を実施した。
皿ばね外径：１２５ｍｍ
皿ばね内径：６１ｍｍ
皿ばねブロック１つ分の皿ばね数：最大４枚
皿ばねブロックの総数：１１組
装置全長：３５０ｍｍ
重量　　：２７．４ｋｇ
吸収エネルギー計算値：８６Ｊ
吸収エネルギー実測値：３８Ｊ
張力変動想定値の最大荷重と平均荷重および最小荷重は前記実施例１と同様である。
【００３５】
この実施例２の振幅測定結果によれば、Ａ_０が８６８ｍｍ，１０波目のＡｎ　が３００ｍｍであり、減衰率εは０．１０６２となった。この場合、ギャロッピング抑制装置を設けない場合に比べて、減衰率が３．８８倍に向上した。
【００３６】
［実施例３］
下記仕様のギャロッピング抑制装置１０を製作し、前述と同様の振動試験を実施した。
皿ばね外径：１２５ｍｍ
皿ばね内径：６１ｍｍ
皿ばねブロック１つ分の皿ばね数：最大４枚
皿ばねブロックの総数：５組
装置全長：２５５ｍｍ
重量　　：１７．８ｋｇ
吸収エネルギー計算値：３９Ｊ
吸収エネルギー実測値：２３Ｊ
張力変動想定値の最大荷重と平均荷重および最小荷重は前記実施例１と同様である。
【００３７】
この実施例３の振幅測定結果によれば、Ａ_０が９３６ｍｍ，１０波目のＡｎ　が４２５ｍｍであり、減衰率εは０．０７９０となった。このものは、ギャロッピング抑制装置を設けない場合に比べて、減衰率が２．８８倍に向上した。
【００３８】
本発明のギャロッピング抑制装置１０を架空高圧送電線の鉄塔に採用することにより、ギャロッピング現象が防止され、相間短絡事故や断線事故の防止はもとより、支持体（碍子や鉄塔自身）への応力を緩和する上でも効果がある。
【００３９】
また上記ギャロッピング抑制装置１０は、複数組の皿ばねブロック６１を交互に向きを変えて直列に配置しているので、撓みを大きくとることができる。このため、例えば温度変化に伴う送電線の伸び縮みを充分吸収できることから、送電線の弛度が減少するとともに、張力変化も低減させることができる。ちなみに、送電線の弛度が減少すると、鉄塔の高さを現行のものよりも低くすることが可能となる。
【００４０】
図８は本発明の他の実施形態のギャロッピング抑制装置１０´の径方向の断面を示している。この実施形態では、外筒１１の端部に設ける蓋を兼ねたばね座３０の孔３０ａが非円形である。また、この孔３０ａを貫通するテンションロッド１２の軸線と直角な方向の断面を、孔３０ａと対応して非円形としている。こうすることにより、外筒１１とテンションロッド１２との相対的な回り止め機能が発揮される。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明によれば、送電線のギャロッピング防止対策等に優れた効果があり、予想を越える過大なギャロッピング入力、計画値を超える負荷の変動等に対しても優れた緩衝機能と振動減衰効果を発揮できる。このため着氷や着雪、暴風等の過酷な自然条件下で使用される架空送電線や電車線等において所望の機能を発揮することができる。しかも本発明は、大型吊り橋などにも使われている実績の高い皿ばねを用いており、長期信頼性が高いものである。しかも本発明のギャロッピング抑制装置は送電線の径間に１台もしくは２台のみ設ければよいから、設置数が従来の偏心重量錘等に比べて少なく、据付けに要する工数も少なくてすむ。
【００４２】
請求項２に記載したヒステリシス範囲であれば、通常のギャロッピング入力時はもとより、過剰なギャロッピング入力時にも実用に適した緩衝機能と減衰効果を発揮することができる。
請求項３に記載のセット荷重調整手段を設ければ、皿ばね群の初期荷重を容易に調整することができる。
【００４３】
請求項４に記載した発明によれば、外筒とテンションロッドとの相対的な回り止め機能を発揮できるため、作動時の捻りが抑制され、より品質の安定したギャロッピング抑制装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すギャロッピング抑制装置を備えた送電線と鉄塔の一部の斜視図。
【図２】図１に示されたギャロッピング抑制装置の底面図。
【図３】図２中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図４】ストロークと荷重との関係を示す荷重−撓み線図。
【図５】振動試験を実施する設備の側面図。
【図６】上記ギャロッピング抑制装置を設けた場合の送電線の振動波形を示す図。
【図７】ギャロッピング抑制装置を設けない場合の送電線の振動波形を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態を示すギャロッピング抑制装置の断面図。
【符号の説明】
１０，１０´…ギャロッピング抑制装置
１１…外筒
１２…テンションロッド
１３…皿ばね群
３０，５０…ばね座
６０…皿ばね
６１…皿ばねブロック

Claims

送電線またはこの送電線を支持すべき支持体のいずれか一方側に連結される外筒と、
上記外筒に軸線方向に移動自在に挿入されかつ上記送電線または支持体のいずれか他方側に連結されるテンションロッドと、
同じ向きに重合された複数枚の並列配置の皿ばねからなる皿ばねブロックを交互に向きを変えて上記外筒側のばね座とテンションロッド側のばね座との間に直列に収容し荷重−撓み特性における加圧側と減圧側との間にヒステリシスを生じる皿ばね群とを具備し、かつ、
上記皿ばね群の撓みが最小の状態から撓みが最大となる直前の中間点に至るまでの通常ストローク域においては撓みの増加に対して荷重が漸増する第一段階の荷重特性を示しかつ上記中間点から最大撓みに至る過剰ストローク域において荷重が急に立ち上がる第二段階以上の荷重特性を有するように、上記皿ばねブロックを構成する上記皿ばねの枚数または皿ばねの板厚を、皿ばねブロックどうしで互いに異ならせたことを特徴とするギャロッピング抑制装置。
上記通常ストローク域におけるヒステリシスが１０％から２０％の範囲にありかつ上記過剰ストローク域におけるヒステリシスが上記通常ストローク域のヒステリシスよりも大であることを特徴とする請求項１記載のギャロッピング抑制装置。
上記外筒は、雄ねじ部と雌ねじ部との螺合により上記ばね座間の距離を調整可能なセット荷重調整手段を有することを特徴とする請求項１記載のギャロッピング抑制装置。
上記外筒の端部に設ける蓋に上記テンションロッドが貫通する孔が形成され、この孔が非円形であり、かつ、上記テンションロッドの軸線と直角な方向の断面が上記孔に対応した非円形であることを特徴とする請求項１記載のギャロッピング抑制装置。