JP3949625B2 - 架空被覆電線 - Google Patents

Description

本発明は、架空被覆電線、すなわち架空に布設される絶縁電線、ケーブルに係り、架空に布設される絶縁電線、ケーブルの架空被覆長尺物に係り、特に台風時のような強風と降水が同時に存在する条件下で風圧荷重を低減させることができる架空被覆電線に関するものである。

例えば、架空絶縁電線のように、銅又はアルミニウム導体の外周に、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、架橋ポリエチレン等の絶縁材料を押出成形して形成される被覆体（シースを含む。以下同様）を設けてなるものである。

この架空被覆電線を構成する被覆体の外表面の形状は一般に平滑な円形状であり、風圧を低減させる対策はとられていなかった。もし、このような架空被覆電線の風圧荷重を低減させることができれば、電柱等の支持物を小型化又は線路建設コストの低減化を図ることができる。

そこで、このような架空被覆電線の風圧荷重を低減させる手段の一つとして、例えば、架空絶縁電線における被覆体の外表面に周方向に所定の間隔で多数の弧状の凸部と凹部を交互に設けたものが提案されている（特許文献１参照）。また、架空線の最外層の断面形状が外径ｄｍｍの円に内接する正多角形で、各頂点に円弧状溝を設けたものが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００１−１１８４３４号公報（特許請求の範囲及び図１） 特開２００１−３５７７２３号公報（特許請求の範囲及び図１、２）

前記特許文献１に記載された架空絶縁電線の被覆体の外表面に多数の滑らかな凹凸部が形成された低風圧絶縁電線を試作して強風に降水を伴う風洞実験を実施すると、強風と降水（特に豪雨）が同時に作用する条件下における抗力係数と従来の風洞実験方法、即ち、無降水状態での気流（強風）による実験方法により得られた抗力係数との間に差が生じることが分かった。

更に詳細に検討するため、台風時の条件、即ち、強風と豪雨が同時に存在する状況下で、該絶縁電線の空気抵抗、即ち、抗力係数を測定することが必要となり、風洞内に降水状態を再現するための装置を設けて、風速４０ｍ／ｓの強風と降水量５、１０、１５ｍｍ／１０分間の降水を同時に発生させ、風洞実験を実施した。その結果、前記絶縁電線では降水が伴う条件下で降水による水滴が電線表面に付着して、設計時に想定している電線表面形状と著しく異なる形状になり、これが抗力係数の変化（増加）をもたらす原因であることが判明した。

強風＋降水の風洞実験から前記絶縁電線の外表面に付着した水滴は、該電線の風上表面では後流側に向かって移動し、最終的にははく離点に到着する。一方、はく離点位置では後流からの渦流による戻り方向の流れがあるため、水滴はこのはく離点位置に向かって移動してくる。その結果、はく離点位置には水滴が集合し、電線表面に水路のような水道を形成する事が実験により分かった。従って、前記低風圧絶縁電線では、はく離点位置近傍の谷部（凹部）ははく離点で集合した水により塞がってしまい谷部の効果が失われてしまうものと推測される。

また、架空送電線は電線表面が素線の集合体で構成されるため最外層がねじれているが、前記低風圧絶縁電線の場合、外表面の山部が一般に長手方向に沿って軸線の周りにねじれておらず軸線と略平行（電線製造、架設時に自然に緩くねじれる場合を含む）なので、このことも被覆体の外表面に停留する水滴の量に違いが生じる。ねじれを持つ架空送電線では水路が分断されるが、山部がねじれていない絶縁電線では水路が分断されにくく、はく離点近傍でも主流が表面に近づかないので、水路を小さくする事が容易でない。

このため、通常の風洞実験、即ち、空気の流れだけを再現する実験で得られた抗力係数と、風洞内で強風＋降水を再現した条件で計測された抗力係数は設計時の電線形状を保てないため、著しく異なる係数となる。即ち、抗力係数がかなり大きくなる結果を示す。従って、例えば、架空絶縁電線の設計条件が台風時による強風＋降水状態の場合、抗力係数の見積りを誤ることになる。その結果、安全性を考慮して電柱等の支持物の強度を大きくする必要があり建設費用が嵩む問題がある。

更に、前記絶縁電線のような被覆体の外表面に凹部を形成するものでは、被覆体の有効厚さが薄くなるため、その所定の有効厚さを確保するために、被覆体の外径を大きくする必要があり、該電線の風圧荷重及び構成材料の重量が増加してコスト高を招く恐れもある。

一方、特許文献２記載の架空線は前記したように、最外層の断面形状を正多角形にして、各頂点に円弧状溝を設けたもので、無降水状態に比較して強風＋降水状態における抗力係数の増加を低く抑えることができるが、各頂点に設けられた円弧状溝内に、前述のように、水滴が停留し易いため、十分な抗力係数の低減効果が得られず、風圧荷重を低減させるのには限界がある。
また、構造が複雑で製造に手数を要し、製造能率が低下してコストが高くなるという問題が生じる。

本発明は上記に鑑み生まれたもので、強風＋降水状態においても抗力係数の増加を低く抑えて抗力係数の見積り誤りをなくすと共に、十分な抗力係数の低減効果が得られて風圧荷重を低減させ、また、被覆体の外径、重量増加を抑え、更に、構造が簡単で製造に手間がかからず、コストを大幅に引き下げることができる架空被覆電線を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載された架空被覆電線は、押出成形して形成される被覆体を有する架空被覆電線であって、前記被覆体の外表面の形状が、辺数Ｎの等辺を周方向に連接させることにより、周方向に等間隔に、且つ長手方向に沿って軸線に略平行に延びる三角状山部を有する角型形状になっていて、外径ｄの円に内接し、前記辺数Ｎが１２≦Ｎ≦２５であり、外径ｄがｍｍ単位で１０≦ｄ≦４０であり、さらに、前記Ｎがｄとの関係で、６．７８５＋０．５７５ｄ−０．００６７３２ｄ^２≦Ｎ≦６．９４９＋０．８３８０ｄ−０．００９６９４ｄ^２の式の範囲内にあるように選定されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載された架空被覆電線は、請求項１記載のものにおいて、前記Ｎがｄとの関係で、５．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２≦Ｎ≦７．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２の式の範囲内にあるように選定されることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に記載された架空被覆電線によると、被覆体の外表面の形状が外径dｍｍに対して上記式を満足するような範囲内に選定された辺数Ｎを有する角型形状になり、被覆体の外表面に凹部（円弧状溝）に代えて周方向に等間隔に三角状山部が形成されるから、強風＋降水の条件下において、降水による水滴がはく離点位置において付着、停留せず、該位置における水路が扁平、且つ小さくなる。その結果、被覆体の外表面の形状が強風＋降水状態においても、設計時に想定している被覆体の外表面の形状と著しく異なる形状にならず、抗力係数の増加が低く抑えられる。従って、強風＋降水状態において架空被覆電線の抗力係数の見積りを誤ることがなく、電柱の強度を必要以上に大きくしなくて済むので建設費用を安くすることができる。

また、円弧状溝に代えて三角状山部が形成されるので、被覆体の外表面に水滴が付着しにくいため、強風＋降水状態においても十分な抗力係数の低減効果が得られて風圧荷重を低減させることができる。

更に、被覆体の外表面に従来のような凹部（円弧状溝）が形成されないので、被覆体の外径を大きくしなくても所定の有効厚さを確保することができ、従って、架空被覆電線の大径化による風圧荷重及び材料の重量の増加を防止することができると共に、被覆体の外表面の形状が三角状山部を有する角型形状になるので簡単になり、被覆体の押出成形が容易で製造に手数がかからず、製造コストを安くすることができる。

本発明の請求項２記載の架空被覆電線によると、強風＋降水状態における抗力係数の低減効果がさらに大きくなり、風圧荷重をより効果的に低減させることができるので好ましい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面により説明する。図１は本発明の一実施形態である架空絶縁電線を示す断面図である。この架空絶縁電線１は、例えば、鋼心アルミニウム撚線からなる導体２と、その外周に絶縁材料であるポリエチレン樹脂を押出成形して被覆形成された絶縁層である被覆体３とから構成される。そして、被覆体３はその押出成形の際、外表面の形状が、外径ｄｍｍ（１０≦ｄ≦４０）であり、辺数Ｎ（１２≦Ｎ≦２５）の等辺を周方向に連接させることにより、周方向に等間隔に、且つ電線１の長手方向に沿って軸線に略平行（電線製造、架設時に自然に緩くねじれる場合を含む）に延びる辺数Ｎと同数の三角状山部３ａを有する角型形状になっていて、前記Ｎが前記ｄとの関係で、６．７８５＋０．５７５ｄ−０．００６７３２ｄ^２≦Ｎ≦６．９４９＋０．８３８０ｄ−０．００９６９４ｄ^２の式の範囲内（辺数Ｎは整数で小数点一位の端数は四捨五入される。以下同様）にあるように選定される。

図１に示すような被覆体３（ポリエチレン樹脂の押出成形体）の外表面の形状が角型形状で、外径ｄを１０、１２、１４、１８、２６、４０（単位ｍｍ）、辺数Ｎを１０〜２７の範囲で種々異ならせた各種の架空絶縁電線１を３０本試作し、各電線１について風洞実験を行い、架空線路設備設計時に用いられる最高風速４０ｍ／ｓ、降水条件５、１０、１５ｍｍ／１０分（ｍｉｎ）間の降水量の範囲で強風＋降水状態における抗力係数の測定を行った。なお、降水条件は過去に観察された台風で強風と降水量の記録から採用した値である。

本実験のために試作された架空絶縁電線１の外径ｄ及び辺数Ｎ、並びに各電線１に対する強風＋降水状態における抗力係数の測定値は表１に示す通りである。表１中の評価で、「効果大」は抗力係数が０．８０未満、「効果中」は抗力係数が０．８０〜１．０未満、「効果小」は抗力係数が１．０以上である。

表１の結果より次のようなことが分かる。即ち、被覆体３の外径ｄが１０（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが１２、１４の場合の抗力係数が０．８９〜０．９３７で効果が中と、また、辺数Ｎが１０、１６の場合は抗力係数が１以上で効果が小と判断できる。

被覆体３の外径ｄが１２（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが１３、１４、１６の場合の抗力係数が０．７８５〜０．９６８で降水量によっては０．７台のものも含まれるが効果が中と、また、辺数Ｎが１０、２０の場合は抗力係数が１以上で効果が小と判断できる。

被覆体３の外径ｄが１４（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが１７の場合の抗力係数が０．７８５〜０．７９３で効果が大と、また、辺数Ｎが１４の場合の抗力係数が０．７９９〜０．８１６で効果が中と、更に、辺数Ｎが１０、２０の場合の抗力係数が１以上で効果が小と判断できる。

被覆体３の外径ｄが１８（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが１７の場合の抗力係数が０．６９７〜０．７８５で効果が大と、また、辺数Ｎが１５、１９の場合の抗力係数が０．８７４〜０．９０３で効果が中と、更に、辺数Ｎが１３、２２、２５の場合の抗力係数が降水量によっては０．８〜０．９台のものも含まれるが、１以上のものもあるので効果が小と判断できる。

被覆体３の外径ｄが２６（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが２０の場合の抗力係数が０．７２３〜０．７８４で効果が大と、また、辺数Ｎが１７、２２の場合の抗力係数が０．７６４〜０．８７９で降水量によっては０．７台のものも含まれるが中と、更に、辺数Ｎが１４、２５の場合の抗力係数が降水量によっては０．９台のものも含まれるが、１以上のものもあるので効果が小と判断できる。

被覆体３の外径ｄが４０（単位ｍｍ）のサイズでは、辺数Ｎが２２、２４の場合の抗力係数が０．６２５〜０．７８４で効果が大と、また、辺数Ｎが１９、２５の場合の抗力係数が０．７２８〜０．９５４で降水量によっては０．７台のものも含まれるが中と、更に、辺数Ｎが１６、２７の場合の抗力係数が降水量によっては０．９台のものも含まれるが、１以上のものもあるので効果が小と判断できる。

以上の実験結果を総合すると、被覆体３の外径ｄｍｍと角型形状の辺数Ｎとの間に大きな相関関係のあることが分かる。即ち、被覆体３の外表面における角型形状の辺数Ｎが、被覆体３の外径ｄとの関係で、６．７８５＋０．５７５ｄ−０．００６７３２ｄ^２≦Ｎ≦６．９４９＋０．８３８０ｄ−０．００９６９４ｄ^２の式の範囲内にあるように選定されると、強風＋降水状態における抗力係数が前記したように１未満となり、表１における効果が大又は中となる。このような所望の抗力係数が得られる被覆体３の外径ｄｍｍに対する辺数Ｎの好ましい範囲をグラフにすると図２に示すとおりになる。

以上のように、架空絶縁電線１において、被覆体３の外表面の形状が外径ｄに対して上記式を満足するような範囲内に選定された辺数Ｎを有する角型形状になり、被覆体３の外表面に凹部（円弧状溝）に代えて周方向に等間隔に三角状山部３ａが形成されるから、強風＋降水の条件下において、降水による水滴がはく離点位置において付着、停留せず、該位置における水路が扁平、且つ小さくなる。その結果、被覆体３の外表面の形状が強風＋降水状態においても、設計時に想定している被覆体３の外表面の形状と著しく異なる形状にならず、抗力係数の増加が低く抑えられる。従って、強風＋降水状態において架空絶縁電線１の抗力係数の見積りを誤ることがなく、電柱等の支持物の強度を必要以上に大きくしなくて済むので建設費用を安くすることができる。

また、円弧状溝に代えて三角状山部３ａが形成されるので、被覆体３の外表面に水滴が付着しにくいため、強風＋降水状態においても十分な抗力係数の低減効果が得られて風圧荷重を低減させることができる。

更に、被覆体３の外表面に従来のような凹部（円弧状溝）が形成されないので、被覆体の外径を大きくしなくても所定の有効厚さを確保することができ、従って、架空絶縁電線１の大径化による風圧荷重及び材料の重量の増加を防止することができると共に、被覆体３の外表面の形状が三角状山部３ａを有する角型形状になるので簡単になり、被覆体３の押出成形が容易で製造に手数がかからず、製造コストを安くすることができる。

なお、前記被覆体３の外表面における角型形状の辺数Ｎが、被覆体３の外径ｄｍｍとの関係で、５．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２≦Ｎ≦７．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２の式の範囲内（辺数Ｎは整数で小数点一位の端数は四捨五入される）にあるように選定されるようにすると、強風＋降水状態における抗力係数が前記表１の効果大又はこれに近い評価になる。従って、強風＋降水状態における抗力係数の低減効果がさらに大きくなり、架空絶縁電線１の風圧荷重をより効果的に低減させることができるので好ましい。

本発明の一実施形態である架空絶縁電線を示す断面図である。 図１の架空絶縁電線が強風＋降水状態において、所望の抗力係数を得るために必要な被覆体の外径ｄに対する辺数Ｎの範囲を示すグラフである。

符号の説明

１ 架空絶縁電線
２ 導体
３ 被覆体
３ａ 三角状山部

Claims (2)

1. 押出成形して形成される被覆体を有する架空被覆電線であって、前記被覆体の外表面の形状が、辺数Ｎの等辺を周方向に連接させることにより、周方向に等間隔に、且つ長手方向に沿って軸線に略平行に延びる三角状山部を有する角型形状になっていて、外径ｄの円に内接し、前記辺数Ｎが１２≦Ｎ≦２５であり、外径ｄがｍｍ単位で１０≦ｄ≦４０であり、さらに、前記Ｎがｄとの関係で、６．７８５＋０．５７５ｄ−０．００６７３２ｄ^２≦Ｎ≦６．９４９＋０．８３８０ｄ−０．００９６９４ｄ^２の式の範囲内にあるように選定されることを特徴とする架空被覆電線。
2. 前記Ｎが前記ｄとの関係で、５．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２≦Ｎ≦７．２２２＋０．７８９４ｄ−０．００９８８９ｄ^２の式の範囲内にあるように選定されることを特徴とする請求項１記載の架空被覆電線。

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