JP3540720B2 - 架空線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空送電線又は架空地線などの架空線に関し、特に台風時のように強風と降雨が同時に存在する条件下で風圧荷重の少ない架空線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、架空送電線には、鋼撚線のアルミ線を撚り合わせた鋼心アルミ撚線（ＡＣＳＲ）が多用されている。この種の電線で風圧荷重の低減を図ったものとしては、次のような電線が公知である。
【０００３】
(1) 鋼撚線上にアルミ線を撚り合わせ、最外層に断面扇形のセグメント素線を撚り合わせ、セグメント素線の角部を外凸の円弧面に形成し、角部円弧面の曲率半径を特定値に設定して、低風圧化を図ったもの。
(2) 最外層の表面を波形にして、低風圧化を図ったもの。
(3) 最外層に断面扇形のセグメント素線を撚り合わせ、セグメント素線の隣接部の表面側に円弧状溝を設けて、風圧荷重を低減したもの。
(4) 断面形状を正多角形にして、各頂点に円弧状溝を設けることにより、風圧荷重を低減したもの。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれらの電線は、風洞内に降雨状態をシュミレートするため水滴を発生させるグリッドを設け、風速40ｍ／秒の風と、降水量16mm／10分の降雨を同時に再現した風洞実験を実施すると、降雨による水滴が電線表面に付着し、設計時に想定している電線表面形状と著しく異なる表面形状になることが判明した。すなわち、降雨により電線表面に付着した水滴は、風上側から風下側へ表面を移動して行き、最終的には空気の剥離点に到着するが、剥離点では風の流れが弱いため、水滴はこの位置に溜まって集合し、電線表面に水路のような水溜まりを形成する現象が確認された。
【０００５】
その結果、風洞内で強風＋降雨を再現した実験で得られる電線の抗力係数は、通常の風洞実験すなわち強風だけを再現した実験で得られる電線の抗力係数より大きくなることが明らかとなった。したがって従来の電線は、台風時のような強風＋降雨の条件下では、十分な抗力係数の低減効果が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、強風時だけでなく、強風＋降雨時においても風圧荷重を低減できる架空線を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の架空線は、断面形状が、直径ｄ＝22〜52mmの円に内接する正多角形で、各頂点に円弧状溝を設けた形になっていて、
正多角形の角数Ｎが16 〜 26 の範囲にあり、
正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨが直径ｄとの関係で次の条件を満足し、
0.00543ｄ≦Ｈ≦0.00773ｄ
頂点の円弧状溝の半径Ｒが深さＨとの関係で次の条件を満足する、
4.960Ｈ≦Ｒ≦8.802Ｈ
ことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の架空線における正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨは、直径ｄとの関係で、
0.00656ｄ≦Ｈ≦ 0.00773ｄ
なる条件を満足するものであることが好ましい。
また本発明の架空線における頂点の円弧状溝の半径Ｒは、深さＨとの関係で、
5.834Ｈ≦Ｒ≦ 7.082Ｈ
なる条件を満足するものであることが好ましい。
【０００９】
また本発明の架空線における正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨは、直径ｄとの関係で、
Ｈ＝ 0.00721ｄ
なる条件を満足するものであることがより好ましい。
また本発明の架空線における頂点の円弧状溝の半径Ｒは、深さＨとの関係で、
Ｒ＝6.716 Ｈ
なる条件を満足するものであることがより好ましい。
【００１０】
また本発明の架空線は、最外層が、断面台形で外側の両角部に円弧状溝を有するセグメント素線を撚り合わせることにより構成することが好ましい。
【００１１】
以上のような構成で強風＋降雨時の風圧荷重を低減できることは、以下に説明するように各種の断面形状の架空線について強風＋降雨時を再現した風洞実験を行った結果から明らかになったものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の一実施形態を示す。この架空送電線は、鋼撚線１のまわりに断面円形のアルミ線２を撚り合わせ、さらに最外層にアルミのセグメント素線３を撚り合わせたものである。各セグメント素線３は、断面が実質的に台形で、外側（電線表面側）の両角部に半径Ｒの円弧状溝４が形成されているものである。このようなセグメント素線３を最外層に撚り合わせると、電線の断面形状は、直径ｄの円に内接する正多角形で、各頂点に半径Ｒの円弧状溝４が設けられた形となる。
【００１３】
また図１の架空送電線は鋼心アルミ撚線の形態であるが、本発明はこれに限られるものではなく、例えばセグメント素線３としてアルミ被覆鋼線やアルミ合金線などを使用することも可能であり、またアルミ合金撚線、銅撚線、架空地線などにも同様に適用可能である。
【００１４】
図１のような断面形状の電線で、直径ｄ、正多角形の角数Ｎ、円弧状溝４の半径Ｒ及び深さＨを異ならせた各種の電線を製造し、これらの電線について風洞実験を行い、風速20〜40ｍ／秒、降雨条件16mm／10分の範囲で、強風降雨時の抗力係数の測定を実施した。本実験の最高風速を40ｍ／秒と定めたのは、通常、送電線設計時に用いられる最高風速が40ｍ／秒であるからである。また降雨条件は、過去に観察された台風の風速と降水量の記録から採用した値である。電線は、直径18〜52mmの鋼心アルミ撚線を使用した。比較のため通常の電線（最外層が断面円形の素線で構成されたＡＣＳＲ）についても実験を行った。
本実験のために試作した電線は表１のとおりである。なお正多角形の辺の凹み量Ｄとは頂点と頂点を結ぶ直線からの凹み量（図２参照）である。
【００１５】
【表１】

【００１６】
これらの電線について、風速40ｍ／秒＋無降雨の条件下での抗力係数と、風速40ｍ／秒＋降雨強度16mm／10分の条件下での抗力係数を測定した結果を表２に示す。また表２には降雨時に抗力係数の低減効果が認められた電線のＨ／ｄ、Ｈ／Ｒの値を併せて示した。
【００１７】
なお降雨時の抗力係数の表示方法であるが、抗力係数を求めるときに使う定数は、無降雨時の値と式を使った。したがって、降雨時の抗力測定装置で降雨を停止して抗力を測定すると、通常の風速40ｍ／秒時の抗力係数が求まる。言い換えれば、降雨時の抗力係数は、降雨の効果で電線に加わる荷重の変化を直接的に表している。表２中の降雨時の評価で、「効果大」は抗力係数が0.75未満、「効果中」は抗力係数が0.75以上0.80未満、「効果小」は抗力係数が0.80以上0.85未満、「効果なし」は抗力係数が0.85以上である。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２の結果より次のようなことが分かる。
＊直径18mmサイズについて(1-1〜1-3)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。ただしその効果は小と判断できる。
＊直径22mmサイズについて(2-1〜2-4)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。このサイズでは、正多角形の辺の部分の凹み量Ｄと抗力係数の関係を調べたが、凹みがあってもなくても抗力係数に顕著な差はなく、むしろＤが小さい方が抗力係数が低くなる傾向が見られる。降雨時の抗力係数が最小の電線は、0.8 を下まわる結果が得られていることより、この電線断面形状の有効性が確認できる。ただしその効果は中と判断できる。
＊直径28mmサイズについて(3-1〜3-4)：このサイズでは角数Ｎを異ならせた。降雨時の抗力係数に低下が生じている。ただしその効果は中と判断できる。
＊直径33mmサイズについて(4-1〜4-5)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。ただしその効果は中と判断できる。
＊直径36.6mmサイズについて(5-1〜5-5)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。最も効果が大きかったものは抗力係数＝0.739 となり、同じサイズの通常電線の抗力係数＝1.037 と比較すると、28.7％の抗力係数低減が確認できた。
＊直径46mmサイズについて(6-1〜6-5)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。最も効果が大きかったものは抗力係数＝0.740 となり、同じサイズの通常電線の抗力係数＝1 と比較すると、25.1％の抗力係数低減が確認できた。
＊直径52mmサイズについて(7-1〜7-5)：降雨時の抗力係数に低下が生じている。ただしその効果は小と判断できる。
【００２０】
以上の実験結果より各サイズにおいて最も抗力係数低減効果が得られたものを表３にまとめ、角数Ｎ、Ｈ／ｄ、Ｈ／Ｒとの関係を整理した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
表３の電線直径ｄと角数Ｎを見ると強い相関が認められる。すなわち直径ｄから角数Ｎを求める式は、次の関数式で表現できる。
Ｎ＝13.0＋ 0.092ｄ＋0.0031ｄ²
【００２３】
また直径ｄに対する各頂点の円弧状溝の深さＨの関係は、表３のＨ／ｄの値をみるとほぼ一定値をとるものと考えられる。したがって表３におけるＨ／ｄの最小値から最大値までが効果的な範囲、平均値が好ましい値とすることができる。すなわち、円弧状溝の深さＨの、
最小値は、Ｈ／ｄ＝0.00656 より、Ｈ＝ 0.00656ｄ
最大値は、Ｈ／ｄ＝0.00773 より、Ｈ＝ 0.00773ｄ
平均値は、Ｈ／ｄ＝0.00721 より、Ｈ＝ 0.00721ｄ
となる。以上がＨの効果的な範囲といえる。
【００２４】
効果中以上、すなわち通常電線に比べ 20 ％以上の抗力係数低減を達成できる円弧状溝の深さＨの範囲を表２の値から求めると次のようになる。
最小値 Ｈ＝0.00543ｄ
最大値 Ｈ＝0.00773ｄ
【００２５】
次に各頂点の円弧状溝の深さＨと半径Ｒの関係は、表３のＨ／Ｒの値をみるとほぼ一定値をとるものと考えられる。したがって表３におけるＨ／Ｒの最小値から最大値までが効果的な範囲、平均値が好ましい値とすることができる。すなわち、円弧状溝の半径Ｒの、
最小値は、Ｈ／Ｒ＝0.1714より、Ｒ＝5.834 Ｈ
最大値は、Ｈ／Ｒ＝0.1412より、Ｒ＝7.082 Ｈ
平均値は、Ｈ／Ｒ＝0.1489より、Ｒ＝6.716 Ｈ
となる。以上がＲの効果的な範囲といえる。
【００２６】
円弧状溝の深さＨが上記の範囲内で、効果中以上、すなわち通常電線に比べ 20％以上の抗力係数低減を達成できる円弧状溝の半径Ｒの範囲を表２の値から求めると次のようになる。
最小値 Ｒ＝4.960Ｈ
最大値 Ｒ＝8.802Ｈ

【００２７】
次に正多角形の電線断面の辺の部分の凹み量Ｄについては、表２によれば、降雨条件下ではＤの存在による抗力係数低減の効果は認められない。むしろＤ＝０の方が抗力係数低減の効果が出ているので、凹み量はＤ＝０とすることが好ましい。したがって最外層用のセグメント素線を製造する際には、撚線で外側になる面は、撚線時の三次元曲げによる変形を考慮しても、平面にすることが好ましい。
【００２８】
以上の実施形態は、鋼心アルミ撚線（ＡＣＳＲ）についての検討結果であるが、本発明は、電線の表面形状に関するものであるので、電線の材質には関係なく、例えば銅架空線、鋼撚線からなる架空地線、配電線などに適用しても同様な効果が得られる。また電線の主たる抗張力体である鋼心部に、温度伸び特性にすぐれたインバー線、炭化ケイ素繊維、炭素繊維、アルミナ繊維又は高強度有機繊維（アラミド繊維等）からなる細線の表面にアルミ、亜鉛、クローム、銅等の金属メッキ又は被覆を施した複合線を用いても同様な効果が得られる。また最外層素線を効果的に位置決めするため、隣接する最外層素線が噛み合うような構造をもつセグメント素線を用いた電線にも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、強風時だけでなく強風＋降雨時にも風圧荷重の小さい架空線を得ることができる。したがって架空線の支持物に要求される強度を低くでき、架空線路のコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る架空線の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に係る架空線の要部を拡大して示す説明図。
【符号の説明】
１：鋼撚線
２：アルミ線
３：セグメント素線
４：円弧状溝
ｄ：直径
Ｒ：円弧状溝４の半径
Ｈ：円弧状溝４の深さ
Ｄ：正多角形の辺の凹み量

Claims (6)

1. 断面形状が、直径ｄ＝22〜52mmの円に内接する正多角形で、各頂点に円弧状溝を設けた形になっていて、
   正多角形の角数Ｎが16 〜 26 の範囲にあり、
   正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨが直径ｄとの関係で次の条件を満足し、
   0.00543ｄ≦Ｈ≦0.00773ｄ
   頂点の円弧状溝の半径Ｒが深さＨとの関係で次の条件を満足する、
   4.960Ｈ≦Ｒ≦8.802Ｈ
   ことを特徴とする架空線。
2. 正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨが直径ｄとの関係で、
   0.00656ｄ≦Ｈ≦ 0.00773ｄ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の架空線。
3. 頂点の円弧状溝の半径Ｒが深さＨとの関係で、
   5.834Ｈ≦Ｒ≦ 7.082Ｈ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の架空線。
4. 正多角形の頂点の円弧状溝の深さＨが直径ｄとの関係で、
   Ｈ＝ 0.00721ｄ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は３に記載の架空線。
5. 頂点の円弧状溝の半径Ｒが深さＨとの関係で、
   Ｒ＝6.716 Ｈ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２又は４に記載の架空線。
6. 最外層が、断面台形で外側の両角部に円弧状溝を有するセグメント素線を撚り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の架空線。

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