JP5255931B2 - 耐雷架空地線 - Google Patents

Description

本発明は、耐雷架空地線に関し、特に、耐雷性及び電線強度に優れるとともに標準の付属品の適用が可能な耐雷架空地線に関するものである。

従来、架空送電線への落雷を防止するものとして、架空送電線の本線の上方に架空地線を設けて落雷を架空地線に誘導し、架空送電線の本線への落雷を防ぐことが行われている。架空地線では、落雷によるエネルギーによって断線することのない耐雷性および信頼性と、雷撃電流を速やかに接地部に逃がす導電性が求められる。

このような架空地線として、鋼からなる芯材の周囲にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる被覆材を設けた素線を複数本撚り合わせて形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

架空地線は、鉄塔間に架線される送電線の上方に設けられることから雷撃を受け易く、そのアーク熱によって溶断すると、落雷に対する送電線の保護機能が失われるばかりでなく、架空地線を構成する素線がばらけて送電線と接触し、短絡するおそれがある。これを防ぐものとして耐雷性を高めた耐雷架空地線が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

特許文献２に記載された架空地線は、撚り合わされた最外層の各成形素線の周方向端面が架空地線の中心を通り、その半径方向に放射状に直線に伸びる軸線と一致しないように形成されており、周方向端面の少なくとも一部は、隣接する成形素線と相互に係合し、隣接するいずれか一方の成形素線により押さえられている。このことにより、雷撃によって断線が生じても、成形素線の撚りが戻ってばらけることが防止される。

また特許文献３に記載された耐雷電線は、素線の芯材よりも外側の部分に厚いアルミニウム層を有するように鋼からなる心材が偏心して設けられる扇形の素線であり、落雷時に発生する熱が芯材に伝達されにくい構造としている。
特開平７−５７５４４号公報 特開平７−１２２１１７号公報 特開平５−６２５２２号公報

しかし、特許文献１から３に記載された架空地線によると、芯材の偏心構造や、互いに係合可能な成形素線形状とすることで落雷時に発生する熱が素線に及ぶことを防ぐものであるため、安定した耐雷性を得るための製造設備及び製造管理が必要となり、製造コストを増大させるという問題がある。

従って、本発明の目的は、既存の製造設備及び製造管理で製造でき、かつ、耐雷性に対して安定した特性を得ることができ、電線強度に優れるとともに標準の付属品が適用できる耐雷架空地線を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の外径１６ｍｍと同一の外径を有し、内層を形成する複数の第１の素線と、前記第１の素線より外径が大で、前記内層の外側に外層を形成する複数の第２の素線とを撚り合わせて形成され、線膨張係数が前記標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の線膨張係数１５．５×１０ ^−６ ／℃と同等又は前記標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の線膨張係数１５．５×１０ ^−６ ／℃よりも小であることを特徴とする耐雷架空地線を提供する。

上記耐雷架空地線において、第１の素線は、外径が２．５３ｍｍから２．８０ｍｍで形成され、第２の素線は、外径が３．８ｍｍから４．２ｍｍで形成されることが好ましい。また、第１の素線は、導電率が第２の素線と同等、又は第２の素線よりも小であることが好ましい。

本発明によれば、既存の製造設備及び製造管理で製造でき、かつ、耐雷性に対して安定した特性を得ることができ、電線強度に優れるとともに標準の付属品が適用できる耐雷架空地線が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る耐雷架空地線の断面図である。

この耐雷架空地線１は、鋼からなる芯材１１、芯材１１の外周を被覆して設けられるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム被覆部１２を有する素線１０と、鋼からなる芯材２１、芯材２１の外周を被覆して設けられるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム被覆部２２を有し、素線１０よりも外径の大きい素線２０とを有し、７本の素線１０からなる内層１００と、内層１００の外側に９本の素線２０からなる外層２００とが撚り合わされた構成を有する。

素線１０は、芯材１１の外層に連続押し出しによって形成されたアルミニウム被覆部１２を有する。なお、素線２０についても素線１０と同様に形成される。

素線１０は、外径２．６６ｍｍ、導電率４０％で形成されており、素線２０は、外径４．０ｍｍ、導電率４０％で形成されている。素線２０の溶融エネルギーは５６３．４Ｊ／ｃｍである。この耐雷架空地線１は、素線１０よりも素線２０の外径が大きい構成としているが、耐雷架空地線１の外径は標準電線であるＡＣ１５０ｍｍ^２と同一の１６ｍｍとなるように構成されている。

図２は、耐雷架空地線における素線の溶融エネルギーと最大耐電荷量（素線が溶断しない最大電荷量）の関係を示す図である。本実施の形態の耐雷架空地線１の外層の素線２０の溶融エネルギーは５６３．４Ｊ／ｃｍであるので、夏季雷の耐電荷重の目標値である２００Ｃ（素線の溶融エネルギー：約３８０Ｊ／ｃｍ）、冬季雷の耐電荷重の目標値である３００Ｃ（素線の溶融エネルギー：約５５０Ｊ／ｃｍ）を上回る優れた耐雷性能を有している。なお、素線の溶融エネルギーは、数１に示す式により求められる。

［第１の実施の形態の効果］
上記した実施の形態によると、外層２００の素線２０が内層１００の素線１０よりも大きい外径を有することにより、雷撃を受けても溶断又は断線することなく優れた耐雷特性を有し、標準ＡＣ１５０ｍｍ^２と同一の外径で形成されているので、標準ＡＣ１５０ｍｍ^２に用いる圧縮クランプ、直線スリーブ、ダンパー等の付属品を使用することができる。また、既存の電線製造設備を用いた製造が可能であり、製造、布設に要するコストの増加を生じることがない。

また、本実施の形態の耐雷架空地線１は、外径が同一の標準ＡＣ１５０ｍｍ^２の重量７１８．８ｋｇ／ｋｍに対して７１６．３ｋｇ／ｋｍと軽量であり、鉄塔等の設備の補強や改修も不要である。

なお、本発明者らは、外層２００の素線２０について、４．０ｍｍ付近の外径について鋭意検討を行った結果、４０ＡＣを用いる場合で外径３．８ｍｍから４．２ｍｍの範囲で耐雷特性が改善されることを確認した。素線２０を外径３．８ｍｍで形成したときの溶融エネルギーは５０９Ｊ／ｃｍであり、素線２０を外径４．２ｍｍで形成したときの溶融エネルギーは６２０．５Ｊ／ｃｍで、夏季雷及び冬季雷の最大耐電荷量に対して十分な耐雷性を発揮する。

次に、本発明の実施例について説明する。以下の実施例において、図１で説明した耐雷架空地線１の内層１００を構成する素線１０を外径２．６６ｍｍとし、導電率の異なるものとして、内層２０ＡＣタイプ（実施例１）、内層２３ＡＣタイプ（実施例２）、内層２７ＡＣタイプ（実施例３）、内層３０ＡＣタイプ（実施例４）を作製した。

また、耐雷架空地線１の外層２００を構成する素線２０を外径４．２ｍｍ、４０ＡＣタイプとし、内層１００を構成する素線１０を外径２．５３ｍｍ、２０ＡＣタイプとしたもの（実施例５）、外層２００を構成する素線２０を外径３．８ｍｍ、４０ＡＣタイプとし、内層１００を構成する素線１０を外径２．８０ｍｍ、２３ＡＣタイプとしたもの（実施例６）を作製した。

更に、外層２００を構成する素線２０を外径４．０ｍｍ、４０ＡＣタイプとし、内層１００を構成する素線１０を外径２．６６ｍｍ、４０ＡＣタイプとしたものを実施例７として、図１に示す耐雷架空地線１を示すとともに、内層及び外層の素線が共に外径３．２ｍｍで１９本の４０ＡＣからなる標準ＡＣ１５０ｍｍ^２を従来例として作製した。表１に各実施例及び従来例について示す。なお、各タイプの数値は導電率を示している。

図３は、耐雷架空地線の弛度及び張力について示し、（ａ）は弛度特性を示す図、（ｂ）は張力特性を示す図である。なお、弛度及び張力については２０℃の温度条件下での特性について示している。

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、従来例の標準ＡＣ１５０ｍｍ^２と図１に示す実施例７の耐雷架空地線（４０ＡＣ）１は、弛度及び張力ともに同等の特性を有する。そのため、架空地線の張り替えに際しても既存の布設工法での施工が可能で、標準の付属品の使用も可能である。

図４は、耐雷架空地線に対するアーク試験時の電荷量とより線破断荷重について示し、（ａ）は実施例１、４、及び７の耐雷架空地線について示す図、（ｂ）は標準ＡＣ１５０ｍｍ^２について示す図である。なお、電荷量については基準張力を３０．４ｋＮとしたときの安全率２．５（＝７６ｋＮ）を確保できる値を示している。

電荷量については、図４（ａ）に示すように、実施例１で５０５Ｃ、実施例４で４２８Ｃ、実施例７で３０１Ｃを示している。一方、図４（ｂ）に示す従来例の標準ＡＣ１５０ｍｍ^２は１９５Ｃであることから、実施例１、４、及び７の耐雷架空地線では夏季雷、冬季雷の落雷に対しても素線断線を生じにくい構造が得られていることがわかる。

また、耐熱試験として、各実施例及び従来例の耐雷架空地線について、電線長を約３ｍとし、１３．５％ＵＴＳ（ｕｌｔｉｍａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）でＥＤＳ（Ｅｖｅｒｙ Ｄａｙ Ｓｔｒｅｓｓ）の条件で定張力装置に架線した。そして瞬時許容電流４００℃まで電線温度を上昇させた後、通電を停止して室温まで冷却して熱履歴を確認した。

耐熱試験後、内層４０ＡＣタイプ、内層３０ＡＣタイプとも、耐雷架空地線の外観に笑い等の異常は確認されなかった。実施例７の内層４０ＡＣタイプは外層の素線４０ＡＣと同一の線種であり、線膨張係数も１５．５×１０^−６／℃で同一であること、また、内層３０ＡＣタイプの線膨張係数も１５．０×１０^−６／℃で４０ＡＣとほぼ同等の値であることから、熱応力による影響は小さいものと考えられる。

また、振動疲労試験として、各実施例及び従来例の耐雷架空地線について、ＥＤＳの厳しい側の条件である２０％ＵＴＳで架線して振動疲労試験を行った。振動疲労試験は電線表面にひずみゲージを貼り付け、発生ひずみ量を±１００μｓｔ（１００×１０^−６）に設定し、加振周波数２０Ｈｚで１０^７回加振することにより行った。振動疲労試験後、各実施例の耐雷架空地線では、素線のアルミニウム被覆部に割れ等の異常は認められず、健全な状態であることを確認した。

また、金車通過試験として、内層４０ＡＣタイプ、内層３０ＡＣタイプの耐雷架空地線について実規模延線を想定した金車通過試験（金車径φ３００ｍｍ、水平角３０°、抱角６０°、往復２０回）を実施した。金車試験時に、各実施例の耐雷架空地線とも各部で笑いは発生しなかった。また、金車通過時のピッチ、電線外径を測定した結果、２０回通過後も電線外径、ピッチに変化は認められなかった。試験後、耐雷架空地線を解体してニッキング率を調査した結果、最大ニッキング率は規格値の１０％以下であり、実用上問題ないことを確認した。

また、付属品試験として、標準ＡＣ１５０ｍｍ^２用の標準品である圧縮クランプ、直線スリーブを使用して各実施例の耐雷架空地線について線状掌握力試験を実施した。その結果、内層４０ＡＣタイプ、内層３０ＡＣタイプの耐雷架空地線で規格値である９５％ＵＴＳ以上の値を示し、標準付属品の適用が可能であることを確認した。上記試験などの結果から、本実施例の耐雷架空地線は優れた電線強度を有するものである。

図１は、本発明の実施の形態に係る耐雷架空地線の断面図である。 図２は、耐雷架空地線における素線の溶融エネルギーと最大耐電荷量（素線が溶断しない最大電荷量）の関係を示す図である。 図３は、耐雷架空地線の弛度及び張力について示し、（ａ）は弛度特性を示す図、（ｂ）は張力特性を示す図である。 図４は、耐雷架空地線に対するアーク試験時の電荷量とより線破断荷重について示し、（ａ）は実施例１、４、及び７の耐雷架空地線について示す図、（ｂ）は標準ＡＣ１５０ｍｍ^２について示す図である。

符号の説明

１…耐雷架空地線、１０、２０…素線、１１、２１…芯材、１２、２２…アルミニウム被覆材、１００…内層、２００…外層

Claims (3)

1. 標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の外径１６ｍｍと同一の外径を有し、内層を形成する複数の第１の素線と、前記第１の素線より外径が大で、前記内層の外側に外層を形成する複数の第２の素線とを撚り合わせて形成され、線膨張係数が前記標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の線膨張係数１５．５×１０ ^−６ ／℃と同等又は前記標準架空地線（ＡＣ）１５０ｍｍ^２ の線膨張係数１５．５×１０ ^−６ ／℃よりも小であることを特徴とする耐雷架空地線。
2. 前記第１の素線は、外径が２．５３ｍｍから２．８０ｍｍで形成され、
   前記第２の素線は、外径が３．８ｍｍから４．２ｍｍで形成されることを特徴とする請求項１に記載の耐雷架空地線。
3. 前記第１の素線は、導電率が前記第２の素線と同等又は前記第２の素線よりも小であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐雷架空地線。

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