JP4228375B2 - 送電線の熱耐力決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線の熱耐力決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の架空送電線の熱耐力、すなわち最高使用温度の決定は、送電線を構成する材料の熱劣化特性に基づいて行っている。例えば、硬アルミより線（HAl）の場合、次のように行う。
【０００３】
まず、送電線を構成するアルミニウム合金を種々の温度で1時間焼鈍し、各温度条件と引張り強度の関係を調べてグラフにする（図４）。次に、いくつかの温度条件において、加熱時間を変えてアルミニウム合金に熱履歴を与え、加熱時間と引張り強度との関係を調べてグラフにする（図５）。各図における「残存強度」とは加熱していない材料の引張り強度に対する比率を示している。
【０００４】
ここで、アルミニウム合金の引張り強度が90％になる温度と加熱時間を寿命とし、図４および図５のグラフより材料強度が90％となる加熱温度と加熱時間を求める。これにアレニウスの関係（ln(t)∝ln(1/T) t：加熱時間(hr)、T：加熱温度(k)）を用いて、この2点よりアレニウス線図を描くと図６のグラフとなる。この図より、任意の使用時間に対する電線の許容温度が導かれ、この例では36年の使用に対して約80℃の耐熱温度となることがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような決定手法では、新品の送電線試料をもとに熱耐力を判断しているのと同じで、個々の送電線路の送電状況や気象条件を考慮して熱耐力を決定しているわけではない。そのため、かなり安全度を大きく見た決定手法となっており、周囲の環境も一律に最悪条件である気温40℃、風速0.5m/sec、日射量0.1w/cm2を想定して判断している。その結果、実際はまだ十分使える送電線を熱耐力寿命が尽きたと判断して撤去・交換することがあった。また、上記の従来手法で判断した熱耐力よりも実際の送電線の熱耐力がより大きかった場合、送電容量を増加してより効率的に送電を行うことが可能となる。一方、各運用線路ごとに適合した熱耐力の決定方法を考えた場合、運用線路ごとにデータの収集・整理を行うのではかなり作業が煩雑になる。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、特定の運用線路の熱耐力判断結果をもとに、別の送電線路における熱耐力をより正確に判断できる熱耐力決定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、その特徴は次の手順により熱耐力を決定することにある。
▲１▼運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Xを求める。
▲２▼熱履歴のない電線の試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Yを求める。
▲３▼両相関関係X、Yを比較することで、別の運用線路における電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Zを予測する。
▲４▼この予測結果に基づいて別の運用電線の使用温度を決定する。
【０００８】
ここで、前記相関関係X、Yを求めるには、複数の温度と残存強度の評価基準との関係を求め、この結果から「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求めることが好ましい。なお、Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）を示す。そして、相関関数Xは、運用年数の異なる複数の電線試料に対する熱履歴結果から求めることが好ましい。相関関数Zを求めるには、相関関係XおよびYより求めた各Bの値からBを使用年数に対する関数で表わし、この関数から相関関数ZにおけるBを決定することが便利である。その場合、AやCは金属材料により決定される数値と考えれば、相関関数ZにおけるAやCは、相関関係XまたはYで求められた値と同一のものを用いればよい。
【０００９】
また、残存強度の評価基準には、引張り荷重、振動疲労限応力およびクリープ量などが挙げられる。特に、残存強度の評価基準を少なくとも引張り荷重および振動疲労限応力とし、各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、最も低い温度を運用電線の使用温度とすることが好ましい。
【００１０】
熱履歴の温度は、架空送電規定(JEAC 6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度からなることが望ましい。特に、温度条件を３つ以上とすることで、より正確な熱耐力の決定が行えて好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本例では、使用期間が26年と31年の実線路の撤去線（ACSR 410mm）と、熱履歴のない新品電線を試料とし、各試料に熱履歴を与えて熱耐力決定のためのグラフを作成して、このグラフをもとに使用年数がわかっている別の線路における熱耐力を決定する。なお、この熱耐力決定において、残存強度の評価基準は引張り強度を選択した。
【００１２】
（試料の強度特性）
まず、各電線の試料を用意し、試料におけるアルミ線と鋼線のうちアルミ線を取り出し、3.8mmφのアルミ素線に熱履歴を与え、その際の引張り強度を測定して強度特性の変化を調べる。
【００１３】
熱履歴の温度条件は、100、120、140、160、180℃の５つとし、各温度での加熱時間を50、100、200、400、800時間とした。この温度条件は、架空送電規定(JEAC 6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度とすればより正確な強度特性を求めることができる。なお、本例のACSRの前記連続許容温度は90℃である。加熱時間については、長時間とすることが望ましいが、加熱炉の温度管理などを考えると1000時間程度以下が現実的である。
【００１４】
（電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係グラフの作成）
次に、前記強度特性のデータをもとにして、各試料ごとに電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係のグラフを作成する（図１〜３参照）。図１は新品電線についての相関関係グラフ、図２は26年使用の電線についての相関関係グラフ、図３は31年使用の電線についての相関関係グラフである。ここでは、縦軸を「強度低下率」とし、横軸を「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝：Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）」として、両者の関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求める。「強度低下率」とは100×（加熱前強度−加熱後強度）／加熱前強度を表わしている。各グラフにおいて、強度低下率の限界を設定すれば、その送電線の熱耐力である使用温度と使用可能時間の関係が求められる。
【００１５】
なお、図1〜３のグラフにおける強度低下率は、アルミ素線そのものの強度低下率ではなく、より線強度に換算した強度低下率である。この換算は、ACSRを構成するアルミ線の熱履歴なしの強度をF1、鋼線の同強度をF2としたとき、アルミ素線の強度低下率にF1／（F1＋F2）を乗じることで行う。
【００１６】
（別な線路における熱耐力の予測）
さらに別の線路における熱耐力も予測できるように次の検討を行う。請求項１における「相関関係X」とは図２および図３のグラフのことで、「相関関係Y」とは図1のグラフである。ここで、図１のグラフにおける式「exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」の定数A、BおよびCをまとめると、A＝0.0361、B＝3.82、C＝0.265であった。そして、図2のグラフではB＝4.625であり、図3のグラフではB＝4.864となる。図２や図3のグラフにおいても、AおよびCは金属材料により決定される数値と考えて図１のグラフにおける数値と同一とした。
【００１７】
以上の結果をまとめると、使用年数α年の線路では、Bの値は次の式により求められる。
B＝3.820+0.032α
【００１８】
従って、別の線路であっても、使用年数が判明していれば、上記の式よりBを求め、前述のAとCを用いることで、図２や３に相当する熱耐力の決定グラフ（相関関係Z）を作成することができる。この相関関係Zのグラフが作製できれば、そのグラフにおいて強度低下率の限界を設定し、その送電線の熱耐力である使用温度と使用可能時間の関係が求められる。すなわち、特定の使用時間に対する使用温度が求められる。
【００１９】
以上の説明では、Bな使用年数のみに関係する数値と想定したが、運用（負荷）条件によっても影響を受けると考えられる。その場合には、運用条件の異なる電線を試料として、図２や3に相当するグラフを多数作成し、Bの値を使用年数および運用条件との関係式とすれば、任意の使用年数、運用条件の線路に対して熱耐力の決定ができる。
【００２０】
さらに、導電材料の材質が異なる場合には、AおよびBの数値も異なることになり、この場合も材質の異なる電線を試料として、図２や3に相当するグラフを多数作成し、AまたはCの値を使用年数および運用条件との関係式とすれば、材質の異なり、かつ任意の使用年数、運用条件の線路に対しても熱耐力の決定ができる。
【００２１】
本例では残存強度の評価基準として引張り荷重を選択したが、この他に振動疲労限応力やクリープ量を選択した場合でも、上記と同様の手法により別な線路の熱耐力を決定することができると推測される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、熱履歴を受けた電線と受けない電線の両方を試料として熱履歴を与え、両者の熱履歴に対する残存強度基準の関係をもとにすることで、別の線路における熱耐力を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】新品電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図２】 26年使用の電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図３】 31年使用の電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図４】焼鈍温度と引張り強度の関係を示すグラフである。
【図５】加熱時間と引張り強度との関係を示すグラフである。
【図６】温度と焼きなまし時間の関係を示すアレニウス線図のグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線の熱耐力決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の架空送電線の熱耐力、すなわち最高使用温度の決定は、送電線を構成する材料の熱劣化特性に基づいて行っている。例えば、硬アルミより線（HAl）の場合、次のように行う。
【０００３】
まず、送電線を構成するアルミニウム合金を種々の温度で1時間焼鈍し、各温度条件と引張り強度の関係を調べてグラフにする（図４）。次に、いくつかの温度条件において、加熱時間を変えてアルミニウム合金に熱履歴を与え、加熱時間と引張り強度との関係を調べてグラフにする（図５）。各図における「残存強度」とは加熱していない材料の引張り強度に対する比率を示している。
【０００４】
ここで、アルミニウム合金の引張り強度が90％になる温度と加熱時間を寿命とし、図４および図５のグラフより材料強度が90％となる加熱温度と加熱時間を求める。これにアレニウスの関係（ln(t)∝ln(1/T) t：加熱時間(hr)、T：加熱温度(k)）を用いて、この2点よりアレニウス線図を描くと図６のグラフとなる。この図より、任意の使用時間に対する電線の許容温度が導かれ、この例では36年の使用に対して約80℃の耐熱温度となることがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような決定手法では、新品の送電線試料をもとに熱耐力を判断しているのと同じで、個々の送電線路の送電状況や気象条件を考慮して熱耐力を決定しているわけではない。そのため、かなり安全度を大きく見た決定手法となっており、周囲の環境も一律に最悪条件である気温40℃、風速0.5m/sec、日射量0.1w/cm2を想定して判断している。その結果、実際はまだ十分使える送電線を熱耐力寿命が尽きたと判断して撤去・交換することがあった。また、上記の従来手法で判断した熱耐力よりも実際の送電線の熱耐力がより大きかった場合、送電容量を増加してより効率的に送電を行うことが可能となる。一方、各運用線路ごとに適合した熱耐力の決定方法を考えた場合、運用線路ごとにデータの収集・整理を行うのではかなり作業が煩雑になる。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、特定の運用線路の熱耐力判断結果をもとに、別の送電線路における熱耐力をより正確に判断できる熱耐力決定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、その特徴は次の手順により熱耐力を決定することにある。
▲１▼運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Xを求める。
▲２▼熱履歴のない電線の試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Yを求める。
▲３▼両相関関係X、Yを比較することで、別の運用線路における電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Zを予測する。
▲４▼この予測結果に基づいて別の運用電線の使用温度を決定する。
【０００８】
ここで、前記相関関係X、Yを求めるには、複数の温度と残存強度の評価基準との関係を求め、この結果から「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求めることが好ましい。なお、Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）を示す。そして、相関関数Xは、運用年数の異なる複数の電線試料に対する熱履歴結果から求めることが好ましい。相関関数Zを求めるには、相関関係XおよびYより求めた各Bの値からBを使用年数に対する関数で表わし、この関数から相関関数ZにおけるBを決定することが便利である。その場合、AやCは金属材料により決定される数値と考えれば、相関関数ZにおけるAやCは、相関関係XまたはYで求められた値と同一のものを用いればよい。
【０００９】
また、残存強度の評価基準には、引張り荷重、振動疲労限応力およびクリープ量などが挙げられる。特に、残存強度の評価基準を少なくとも引張り荷重および振動疲労限応力とし、各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、最も低い温度を運用電線の使用温度とすることが好ましい。
【００１０】
熱履歴の温度は、架空送電規定(JEAC 6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度からなることが望ましい。特に、温度条件を３つ以上とすることで、より正確な熱耐力の決定が行えて好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本例では、使用期間が26年と31年の実線路の撤去線（ACSR 410mm）と、熱履歴のない新品電線を試料とし、各試料に熱履歴を与えて熱耐力決定のためのグラフを作成して、このグラフをもとに使用年数がわかっている別の線路における熱耐力を決定する。なお、この熱耐力決定において、残存強度の評価基準は引張り強度を選択した。
【００１２】
（試料の強度特性）
まず、各電線の試料を用意し、試料におけるアルミ線と鋼線のうちアルミ線を取り出し、3.8mmφのアルミ素線に熱履歴を与え、その際の引張り強度を測定して強度特性の変化を調べる。
【００１３】
熱履歴の温度条件は、100、120、140、160、180℃の５つとし、各温度での加熱時間を50、100、200、400、800時間とした。この温度条件は、架空送電規定(JEAC 6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度とすればより正確な強度特性を求めることができる。なお、本例のACSRの前記連続許容温度は90℃である。加熱時間については、長時間とすることが望ましいが、加熱炉の温度管理などを考えると1000時間程度以下が現実的である。
【００１４】
（電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係グラフの作成）
次に、前記強度特性のデータをもとにして、各試料ごとに電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係のグラフを作成する（図１〜３参照）。図１は新品電線についての相関関係グラフ、図２は26年使用の電線についての相関関係グラフ、図３は31年使用の電線についての相関関係グラフである。ここでは、縦軸を「強度低下率」とし、横軸を「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝：Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）」として、両者の関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求める。「強度低下率」とは100×（加熱前強度−加熱後強度）／加熱前強度を表わしている。各グラフにおいて、強度低下率の限界を設定すれば、その送電線の熱耐力である使用温度と使用可能時間の関係が求められる。
【００１５】
なお、図1〜３のグラフにおける強度低下率は、アルミ素線そのものの強度低下率ではなく、より線強度に換算した強度低下率である。この換算は、ACSRを構成するアルミ線の熱履歴なしの強度をF1、鋼線の同強度をF2としたとき、アルミ素線の強度低下率にF1／（F1＋F2）を乗じることで行う。
【００１６】
（別な線路における熱耐力の予測）
さらに別の線路における熱耐力も予測できるように次の検討を行う。請求項１における「相関関係X」とは図２および図３のグラフのことで、「相関関係Y」とは図1のグラフである。ここで、図１のグラフにおける式「exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」の定数A、BおよびCをまとめると、A＝0.0361、B＝3.82、C＝0.265であった。そして、図2のグラフではB＝4.625であり、図3のグラフではB＝4.864となる。図２や図3のグラフにおいても、AおよびCは金属材料により決定される数値と考えて図１のグラフにおける数値と同一とした。
【００１７】
以上の結果をまとめると、使用年数α年の線路では、Bの値は次の式により求められる。
B＝3.820+0.032α
【００１８】
従って、別の線路であっても、使用年数が判明していれば、上記の式よりBを求め、前述のAとCを用いることで、図２や３に相当する熱耐力の決定グラフ（相関関係Z）を作成することができる。この相関関係Zのグラフが作製できれば、そのグラフにおいて強度低下率の限界を設定し、その送電線の熱耐力である使用温度と使用可能時間の関係が求められる。すなわち、特定の使用時間に対する使用温度が求められる。
【００１９】
以上の説明では、Bな使用年数のみに関係する数値と想定したが、運用（負荷）条件によっても影響を受けると考えられる。その場合には、運用条件の異なる電線を試料として、図２や3に相当するグラフを多数作成し、Bの値を使用年数および運用条件との関係式とすれば、任意の使用年数、運用条件の線路に対して熱耐力の決定ができる。
【００２０】
さらに、導電材料の材質が異なる場合には、AおよびBの数値も異なることになり、この場合も材質の異なる電線を試料として、図２や3に相当するグラフを多数作成し、AまたはCの値を使用年数および運用条件との関係式とすれば、材質の異なり、かつ任意の使用年数、運用条件の線路に対しても熱耐力の決定ができる。
【００２１】
本例では残存強度の評価基準として引張り荷重を選択したが、この他に振動疲労限応力やクリープ量を選択した場合でも、上記と同様の手法により別な線路の熱耐力を決定することができると推測される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、熱履歴を受けた電線と受けない電線の両方を試料として熱履歴を与え、両者の熱履歴に対する残存強度基準の関係をもとにすることで、別の線路における熱耐力を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】新品電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図２】 26年使用の電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図３】 31年使用の電線に関する電線温度、加熱時間および強度低下率の相関関係グラフである。
【図４】焼鈍温度と引張り強度の関係を示すグラフである。
【図５】加熱時間と引張り強度との関係を示すグラフである。
【図６】温度と焼きなまし時間の関係を示すアレニウス線図のグラフである。
Claims (7)
- 運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Xを求め、
熱履歴のない電線の試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Yを求め、
両相関関係X、Yに基づいて、別の運用線路における電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係Zを予測し、
この予測結果に基づいて別の運用電線の使用温度を決定することを特徴とする送電線の熱耐力決定方法。 - 前記相関関係X、Yを求める際、複数の温度と残存強度の評価基準との関係を求め、この結果から「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求めることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
ここで、Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）を示す。 - 相関関係XおよびYより求めた各Bの値からBを使用年数に対する関数で表わし、この関数から別な線路における相関関数Zを求めることを特徴とする請求項2記載の送電線の熱耐力決定方法。
- 残存強度の評価基準が引張り荷重であることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
- 残存強度の評価基準が振動疲労限応力であることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
- 残存強度の評価基準を少なくとも引張り荷重および振動疲労限応力とし、各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、最も低い温度を運用電線の使用温度とすることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
- 熱履歴の温度が、架空送電規定における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度からなることを特徴とする請求項1記載の熱耐力決定方法。
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| CN107907567A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-04-13 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种电缆线路土壤介质的热阻系数计算方法及系统 |
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1999
- 1999-06-02 JP JP15570399A patent/JP4228375B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907567A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-04-13 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种电缆线路土壤介质的热阻系数计算方法及系统 |
| CN107907567B (zh) * | 2017-12-19 | 2020-04-03 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种电缆线路土壤介质的热阻系数计算方法及系统 |
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|---|---|
| JP2000346789A (ja) | 2000-12-15 |
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