JP2010062030A

JP2010062030A - 架空送電線

Info

Publication number: JP2010062030A
Application number: JP2008227348A
Authority: JP
Inventors: Masao Sanai; 正雄佐内
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】軽量で高強度であり、長期信頼性の高い架空送電線を提供する。
【解決手段】架空送電線1は、抗張力部2と、抗張力部2の外周に配置されるアルミニウム合金線30からなる通電部3とを具える。抗張力部2は、基材の外周に被覆層を具える複数の被覆線材20により構成される。被覆線材20の被覆層は、アルミナ繊維をアルミニウムにより一体化した複合材料により構成されている。基材は、上記複合材料の線膨張係数よりも小さい金属からなる線材、例えば、インバー線材により構成されている。インバー線材よりも高強度で軽量な被覆線材を抗張力部の構成要素とすることで、抗張力部の強度を向上できると共に、軽量化を図ることができる。長期信頼性のあるインバー線材を被覆線材の基材に利用することで、電線の長期信頼性を高められる。
【選択図】図1

Description

本発明は、低弛度増容量型の架空送電線に関する。特に、軽量で高強度であり、長期信頼性の高い架空送電線に関するものである。

従来、架空送電線として、鋼線材を撚り合わせてなる抗張力部(コア芯)の外周に、アルミニウム線を撚り合わせてなるACSRと呼ばれるものが利用されている。ACSRは、夏期の無風状態において最大電力容量通電時、通電部であるアルミニウム線の温度上昇に伴い、鋼線材が高温度となって熱(線)膨張することで、電線の弛みが大きくなる。この弛みを抑制した低弛度増容量型の架空送電線として、例えば、XTACIRやZTACIRと呼ばれるものが利用されている。XTACIRは、アルミニウムを被覆したインバー線材を、ZTACIRは、亜鉛めっきインバー線材を複数本(例えば、7本)撚り合わせてなる抗張力部の外周にアルミニウム合金線を撚り合わせた構成である。従来の低弛度増容量型の架空送電線は、強風時や冬期着雪時に電線に加わる張力を考慮して強度を設定するため、抗張力部を構成するインバー線材は、比較的太く、重い。そこで、軽量化のために抗張力部にカーボンファイバー線材(特許文献1)を利用することが提案されている。

実開平5-83931号公報

インバー線材を抗張力部に用いた架空送電線は、使用実績が30年以上あり、長期信頼性が高い。しかし、インバー線材は更なる強度の向上が難しいため、従来の架空送電線では、更なる電力容量の増加が難しい。

一方、カーボンファイバー線材(以下、CF線材と呼ぶ)は、高強度で線膨張係数も小さく軽量である。従って、CF線材を用いた架空送電線は、更なる電力容量の増加にも耐え得ると期待される。しかし、CF線材は、長期に亘る使用実績がなく、長期信頼性を高めることが望まれる。また、CFを樹脂で一体化しているCF線材は、ファイバーよりも先に樹脂が疲労することによる破断の恐れがある。

そこで、本発明の目的は、軽量で高強度であり、長期信頼性の高い低弛度増容量型の架空送電線を提供することにある。

本発明は、抗張力部の少なくとも一部を特定の材料からなる被覆線材で構成することで、上記目的を達成する。本発明架空送電線は、抗張力部と、抗張力部の外周に配置されるアルミニウム線又はアルミニウム合金線からなる通電部とを具える。上記抗張力部は、1本以上の素線から構成され、この素線のうち少なくとも一つは、基材の外周に被覆層を具える被覆線材である。被覆層は、アルミナ繊維をアルミニウムにより一体化した複合材料により構成され、基材は、この複合材料の線膨張係数よりも小さい金属により構成されている。

上記構成によれば、インバー線材よりも高強度な被覆線材、具体的にはアルミナ繊維を含有する複合材料からなる被覆層を具える被覆線材を抗張力部の構成要素とすることで、抗張力部の強度を向上することができる。特に、被覆線材の基材が複合材料よりも線膨張係数が小さい金属材料により構成されることで、この金属材料が熱膨張し易い夏場(無風状態)の大容量通電時(夏期高温時)であっても、電線の弛度の増加を抑制することができる。ここで、架空送電線に加わる電線張力が電線全体から抗張力部に移行する温度(遷移点温度)以上の温度域(以下、高温域と呼ぶ)において、電線の熱膨張(伸び)は、実質的に抗張力部の伸びのみに依存する。このとき、被覆線材の基材は、被覆層よりも熱膨張係数が小さい材料により構成されるため、基材の伸びが被覆層の伸びよりも小さくなる。即ち、高温域における電線の伸びは、基材の伸びに依存する傾向となる。高温域においてこの基材の伸びが小さいことから、電線の伸びが鈍くなる。従って、本発明架空送電線は、従来の低弛度増容量型の架空送電線と同様に、高温域で弛度が小さい。また、本発明架空送電線は、線膨張係数が上記特定の関係を満たす適切な金属材料からなる基材を具える線材、例えば、基材として長期信頼性の高いインバー線材を利用することで、長期信頼性を高められる上に、軽量化、高強度化を図ることができる。以下、本発明をより詳細に説明する。

抗張力部は、遷移点温度未満の温度域(以下、通常温度域と呼ぶ)において、電線張力を通電部と共に分担し、高温域において、電線張力を実質的に支持する部位である。この抗張力部は、1本以上の素線で構成される。

1本の素線により抗張力部が構成される場合、この素線は、後述する基材と被覆層とを具える被覆線材とする。所要の強度(強風時又は冬期着雪時:電線に加わる最大張力の1/2倍以上)を有するように基材の材質及び被覆層の組成に応じて、基材の直径や被覆層の厚さを適宜設計する。特に、抗張力部の強度は、安全性を考慮すると、高温域において、高温域における最大の電線張力の1.5倍程度以上にすることが好ましい。1本の被覆線材でこのような強度を満たすには、例えば、基材がインバー線材からなり、被覆層を構成する複合材料がアルミナ繊維をアルミニウムにより一体化されたものである場合、基材の直径φ:3.5〜4.5mm、被覆層の厚さ:0.5〜1.0mmが好ましい。

複数本(例えば、3本,7本)の素線を組み合わせて抗張力部が構成される場合、1本の場合よりも各素線を細径にできるため、曲げなどを行い易く、ハンドリング性に優れる。また、この場合、複数本の素線は、互いに撚り合わされた撚り線構造とする。

抗張力部を構成する素線のうち、少なくとも一つは、被覆線材とする。この被覆線材は、基材と、基材の外周に形成される被覆層とを具える。特に、被覆層は、アルミナ繊維をアルミニウムにより一体化した複合材料により構成されたものとする。複合材料は、多数のアルミナ(酸化アルミニウム)繊維をアルミニウム、又はアルミニウム合金で一体に固めたものである。この複合材料は、抗張力部に従来汎用されている鋼よりも軽く、引張強さが高く、かつ線膨張係数が小さい。また、この複合材料は、耐食性に優れるため、この複合材料からなる被覆層は、耐食層としても機能する。従って、この被覆線材を抗張力部に用いる場合、線材表面に耐食層を設けなくてもよい。

基材は、上記複合材料よりも線膨張係数が小さい材料、特に金属材料からなるものとする。基材は、インバー線材から構成されていることが好ましい。インバー線材は、ニッケル含有量が36〜38質量％のFe-Ni合金からなる線材であり、線膨張係数が小さい。インバー線材は、使用実績が十分にあり、高温時の弛度抑制効果が高い。

抗張力部を構成する全ての素線が上記被覆線材であると、従来のXTACIRやZTACIRと比較して、強度の向上及び軽量化を図ることができる。被覆線材は、上述した所要の強度(高温域における最大の電線張力の1.5倍程度以上)を有するように、各被覆線材の基材の材質及び被覆層の組成に応じて、基材の直径や被覆層の厚さを適宜設計する。例えば、基材がインバー線材からなり、被覆層がアルミナ繊維をアルミニウムで一体にしてなる被覆線材を7本撚り合わせて抗張力部を構成する場合、各被覆線材は、基材の直径:2.5〜4.5mm、被覆層の厚さ:0.5〜1.0mmが好ましい。

抗張力部が複数本の素線で構成される場合、一部が上記被覆線材であり、他部が被覆線材以外の線材、例えば、インバー線材を含むニッケル合金線材、鋼線材、カーボンファイバー線材(複数の炭素繊維を樹脂(例えば、エポキシ樹脂)で一体に固めて線状に形成した複合材料(CFRP)からなる線材、引張強さ:260kg/mm²、密度:1.8g/m³、線膨張係数:0.6×10^-6/℃)、アルミナファイバー線材といった線膨張係数が小さく、高強度な線材から構成されていてもよい。つまり、抗張力部は、異なる材質の線材を組み合わせた構成とすることができる。特に、抗張力部は、電線の中心部に配置される中心コア部と、この中心コア部の外周に配置される外側コア部とを具え、中心コア部がインバー線材からなり、外側コア部を構成する複数の素線の全てが、被覆線材であることが好ましい。

中心コア部は、上述のように高温域において架空送電線に加わる電線張力を主として負担することから、外側コア部を構成する素線よりも線膨張係数が小さい、即ち、高温時に伸び難い線材から構成されることが好ましい。特に、中心コア部を構成する素線は、外側コア部を構成する被覆線材の被覆層よりも線膨張係数が小さいインバー線材が好適である。

上記中心コア部を構成する素線(インバー線材)は、1本でも複数本(例えば、3本,7本)でもよい。複数本の素線により中心コア部が構成される場合、これらの素線は、互いに直線状に縦添えされた並列構造でも、互いに撚り合わされた撚り線構造でもよい。上記並列構造の場合、例えば、リールから所定数の素線を引き出して一端側を一点(ダイス)から巻き取りドラムに亘って直線状に張り、この張った状態でその外周に被覆素線を撚り合わせたり、予め並列させた素線をテープや結束帯などで一体にしたものを用いるとよい。また、複数本の素線により中心コア部が構成される場合、中心コア部の機械的特性(特に強度)が均一的になるように、全ての素線が同一断面形状であることが好ましい。中心コア部を構成する素線の大きさ(直径)及び本数は、上述した所要の強度(高温域における最大の電線張力の1.5倍程度以上)を有することができるように適宜選択する。

外側コア部を構成する複数の素線の全てが被覆線材である場合、外側コア部は、中心コア部を構成する素線(インバー線材)よりも線膨張係数が大きく、かつ通電部を構成するアルミニウム線やアルミニウム合金線よりも線膨張係数が小さい材質からなる部分(被覆線材の被覆層)が存在する。この構成により、高温域において架空送電線に加わる電線張力の全ては、熱膨張係数の関係から、中心コア部及び外側コア部の基材に移行し、外側コア部を構成する被覆線材の被覆層は、この移行までの間の荷重を負担する。また、外側コア部を構成する全ての素線が同質の材料で、均一的な大きさ(同一断面形状)からなると、外側コア部の熱膨張状態及び機械的特性(特に強度)が均一的になり、不均一な伸びが生じず、破断の起点となるような弱い箇所が存在しない。

外側コア部の一部を鋼線材で構成すると、鋼線材は、インバー線材と同様に使用実績が十分にあることから電線の長期信頼性を高められる上に、比較的安価であるため、抗張力部のコストを低減できる。また、鋼線材は、インバー線材よりも高強度であるため、鋼線材を外側コア部の構成要素とすると、従来の架空送電線(例えば、XTACIRやZRACIR)の抗張力部よりも強度の向上、及び軽量化を図ることができる。鋼線材として、特強鋼線(引張強さ:180〜200kg/mm²)を利用すると、抗張力部の強度を更に高められる。或いは、従来の架空送電線の抗張力部と同程度の強度を維持する場合、特強鋼線を外側コア部の構成要素とすると、抗張力部の直径を小さくでき、引いては電線の直径を小さくできる。

上記ニッケル合金線材は、上述したニッケルの含有量が36〜38質量％のFe-Ni合金からなるインバー線材、ニッケル含有量が36質量％未満のFe-Ni合金からなる線材、例えば、ニッケルを7〜10質量％程度含むオーステナイト系ステンレス鋼、より具体的にはSUS304(ニッケル:8質量％)が挙げられる。

上記インバー線材を含むニッケル合金線材、鋼線材は、その外周に被覆層を具えると、耐食性を高められる。被覆層の構成材料は、例えば、亜鉛やアルミニウムが挙げられる。被覆層の形成方法は、めっきや複合押出などが挙げられる。

通電部を構成するアルミニウム線又はアルミニウム合金線は、公知のものを適宜利用することができる。例えば、アルミニウム合金線は、ジルコニア(Zr)を添加して耐熱性を高めたJIS規格TAl,XTAlなどが挙げられる。大容量の送電に利用する場合、通電部は、アルミニウム合金線により構成されることが好ましい。また、通電部は、単層でも多層構造でもよい。更に、通電部は、圧縮成型して断面が円形状となるようにしてもよい。圧縮成型を行うことで、引いては電線の直径を小さくできる。

本発明架空送電線は、長期信頼性が高く、軽量で高強度である。

被覆線材により構成される抗張力部を有する架空送電線を作製し、重量及び強度を調べる。

被覆線材は、以下のように作製する。表1に示す特性を有するインバー線材を用意し、この線材の外周に厚さ0.625mmの被覆層を形成する。被覆層は、アルミナ繊維をアルミニウム(99.9質量％以上Al)により固着して形成する。この被覆層は、引張強さ:135kg/mm²、密度:3.38g/m³、線膨張係数:6.3×10^-6/℃である。このような被覆線材(重量:72.0kg/km、強度:1751kgf(17171N))を7本用意する。

用意した7本の被覆線材を撚り合わせて、表2に示す仕様の抗張力部を作製する。抗張力部は、以下のように設計する。導体断面積:400mm²のZTACIRに採用される最大張力([温度:-15℃,着雪時]、又は、[温度:15℃,強風時])を5000kgと設定し、径間長を400mとするとき、遷移点温度以上の温度域(高温域)における電線張力Tcは、Tc≦2500kgである(上記最大張力(ここでは5000kg)の1/2以下)。つまり、高温域における最大の電線張力Tc_maxは2500kgである。そこで、抗張力部の強度Kは、最大の電線張力Tc_maxに対して安全率1.5を考慮して、K≧Tcmax×1.5＝3750kgに設計する。かつ、通電部の外径(直径、mm)、及び通電部の面積(mm²)が比較例(ZTACIR)と等しくなるように、実施例の抗張力部を構成する素線の直径φ(mm)、被覆層の厚さ、本数を選択する。なお、表1に示すインバー線材は、公知のものを利用することができる。

表2において、「構成」の欄の「x/y」とは、直径φ y mmの線材がx本配置されていることを示す。「構成」の欄の「通電部」において「4.68^※」とは、等価線径が4.685mmである成型線(図1(A)参照)が配置されていることを示す。各径は、所定の撚り込み率(電線の軸方向に対して、線材を角度θの傾きで撚り合わせるとき、撚り込み率Kは、K+1＝1/cosθが成立する値)を考慮して算出している。

図1(A)に示すように、用意した7本の被覆線材20を撚り合わせて抗張力部2を構成する。抗張力部2の外周に二層構造の通電部3(重量:1145kg/km)が形成されるように、所定数の線材(ここでは、アルミニウム合金線30)を多段に撚り合わせた後、断面円形状となるように圧縮成型する。この工程により、複数の被覆線材20で構成された抗張力部2を有する架空送電線1が製造される。特に、抗張力部2を構成する各被覆線材20は、被覆層がアルミナ繊維を含有する複合材料から構成され、基材が上記複合材料よりも線膨張係数が小さいインバー線材から構成されている。

比較として、図1(B)に示すように亜鉛めっきインバー線材111のみにより抗張力部110を構成した従来の架空送電線100(導体断面積400mm²のZTACIRに相当)を用意する。

上記架空送電線について、抗張力部の重量(kg/km)、架空送電線全体の重量(kg/km)、抗張力部の強度K(kgf(N))、電線強度Kc(kgf(N))を測定し、その結果を表3に示す。抗張力部の強度Kは、抗張力部のみの引張試験により、電線強度Kcは、電線の引張試験により測定する。

表3に示すように、特定の材質からなる被覆電線により構成した抗張力部を具える実施例の架空送電線は、従来の架空送電線(ZTACIR)よりも軽く、かつ電線強度Kcが1.3倍以上と高強度である。従って、実施例の架空送電線は、径間長の長い箇所への適用が可能であると期待される。或いは、径間長を従来と同様とする場合、実施例は、電線が高強度であるため、通電部の断面積を上げることにより、電力容量(送電容量)の増化を図ることが可能であると期待される。或いは、電線の強度を従来と同様とする場合、実施例は、抗張力部を細くすることができるため、更なる軽量化が期待できる。

特に、実施例では、使用実績が30〜40年であるインバー線材を使用しているため、長期信頼性が高いと期待される。また、実施例の架空送電線は、抗張力部に占めるインバー線材の重量が少なく(抗張力部におけるインバー線材のみの合計重量:334.1kg/km)、比較例の抗張力部の約60％である。そのため、実施例の架空送電線は、軽量化を図れる。更に、実施例の架空送電線は、抗張力部におけるインバー線材の占める割合が少なくても(抗張力部におけるインバー線材のみの強度:4862kgf(47680N))、被覆層を具えることで、高強度である。

上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、被覆線材の直径、被覆線材の本数、被覆層の厚さを適宜変更したり、中心部にインバー線材を配置し、その外周に被覆線材を撚り合わせて構成した抗張力部としたり、1本の被覆線材により抗張力部を構成したりすることができる。

本発明架空送電線は、電力の供給路、特に、径間長の延長や送電容量の増化が望まれる供給路に好適に利用することができる。

架空送電線の模式断面図であり、(A)は実施例、(B)はZTACIRである。

符号の説明

1,100 架空送電線 2,110 抗張力部 3 通電部 20 被覆線材
30 アルミニウム合金線 111 亜鉛めっきインバー線材

Claims

抗張力部と、抗張力部の外周に配置されるアルミニウム線又はアルミニウム合金線からなる通電部とを具える架空送電線であって、
前記抗張力部は、1本以上の素線から構成されており、
前記抗張力部を構成する素線のうち少なくとも一つは、基材の外周に被覆層を具える被覆線材であり、
前記被覆層は、アルミナ繊維をアルミニウムにより一体化した複合材料により構成されており、
前記基材は、前記複合材料の線膨張係数よりも小さい金属により構成されていることを特徴とする架空送電線。
前記基材は、インバー線材により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の架空送電線。
前記抗張力部を構成する全ての素線が前記被覆線材であることを特徴とする請求項1又は2に記載の架空送電線。
前記抗張力部は、電線の中心部に配置される中心コア部と、この中心コア部の外周に配置される外側コア部とを具え、
前記中心コア部は、インバー線材から構成されており、
前記外側コア部は、前記被覆線材から構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の架空送電線。