JP5578561B2 - 抵抗上昇判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、送電線の電気的接続部分の劣化や施工不備の有無を、送電の停止を伴うことなく簡易な構成にて、電気的接続部分の抵抗値に基づいて判定する抵抗上昇判定装置に関する。

大電力を送電する架空送電線等において複数の電線を電気的に接続するに際し、圧縮接続スリーブや引き留めクランプ等の電線接続部材が用いられている。
例えば、圧縮接続スリーブを用いて２本の電線を接続する場合、筒状のスリーブの軸方向両端部から接続しようとする電線の各端部側を夫々挿入し、スリーブ内にて各電線端部を対向させて、外部からスリーブごと電線を圧縮して、電気的に接続する。
この接続部材部分は、雨水の浸入による腐食や酸化等により経年劣化して電気的抵抗値が上昇することが知られている。また、スリーブの軸心に対して電線の軸心が著しく偏った状態のまま接続する等の施工不備があった場合にも高い抵抗値を示すことが知られている。このように、何らかの理由で規定値よりも過大な抵抗値を示す場合、接続部材部分において異常な発熱等を生じ、熱による送電線の損傷又は切断といった大事故に繋がる虞がある。
このような事態を未然に防止するため、接続部材部分の抵抗を実際に測定し、その劣化状態を判定又は判断することが行われている。例えば、特許文献１には、接続部材部分の抵抗を正確かつ効率的に測定可能な抵抗測定装置の発明が記載されている。

特開２００８−１４５３４６公報

しかしながら、特許文献１の抵抗測定装置においては、接続部材部分の抵抗値を直接測定するので、抵抗測定装置の設置作業や除去作業が必要である。また、抵抗値の測定には送電を一時的に停止する必要があるので、停電に伴う経済的損失が大きい。さらに、抵抗値が上昇したか否かを判定するためには、時間をおいて再度抵抗値を測定しなければならないといった問題がある。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、停電を伴うことなく、電線接続部の抵抗値が規定値以上であることを判定可能な抵抗上昇判定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電線の端部を他の電線と電気的に接続する電線接続部材の電気的抵抗が規定値以上であるか否かを判定する抵抗上昇判定装置であって、抵抗部材と、所定値以上の電流が流れたときに溶断するヒューズ部材とを直列に接続した判定回路を備え、該判定回路を前記電線接続部材に並列に接続した抵抗上昇判定装置を特徴とする。
請求項１の発明では、電線を流れる電流の一部を判定回路に分流する。電線接続部材と判定回路とは並列接続されているので、判定回路を流れる電流の大きさは電線接続部材と判定回路の抵抗の比によって定まる。つまり、電線接続部材の抵抗が上昇すると、判定回路を流れる電流が大きくなって、所定値以上となったときにヒューズ部材が溶断する。

請求項２に記載の発明は、電線の端部間を電気的に接続する電線接続部材の電気的抵抗が規定値以上であるか否かを判定する抵抗上昇判定装置であって、第一の抵抗部材と第二の抵抗部材とを導線を介して直列に接続した直列抵抗体と、所定値以上の電流が流れたときに溶断するヒューズ部材と、前記電線接続部材から延びる一方の電線に直列に接続された第三の抵抗部材と、を備え、前記直列抵抗体を、前記電線接続部材及び前記第三の抵抗部材と並列接続し、前記ヒューズ部材を、前記第一の抵抗部材と前記第二の抵抗部材との間の前記導線部分と、前記電線接続部材と前記第三の抵抗部材との間の電線部位との間に接続してブリッジ回路を構成した抵抗上昇判定装置を特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記第三の抵抗部材が前記電線自体である請求項２に記載の抵抗上昇判定装置を特徴とする
請求項２又は３の発明では、ブリッジ回路を構成しているので、電線接続部材と第二の抵抗部材の有する各抵抗値の積と、第三の抵抗部材と第一の抵抗部材の有する各抵抗値の積とが同じであれば、ヒューズ部材に電流が流れない。しかし、電線接続部材の抵抗値が上昇して上記積に差異が生じれば、ヒューズ部材に電流が流れる。電線接続部材の抵抗値の上昇に伴ってヒューズ部材に流れる電流が大きくなり、所定値以上となったときにヒューズ部材が溶断する。

請求項４に記載の発明は、前記ヒューズ部材は、並列に配置された定格電流の異なる複数のヒューズ素子を備え、各前記ヒューズ素子が前記電線接続部材の抵抗値の上昇に応じて段階的に溶断するように構成した請求項１乃至３の何れか一項に記載の抵抗上昇判定装置を特徴とする。
請求項４の発明では、電線接続部材の抵抗値の上昇に応じてヒューズ部材が段階的に溶断するようにしたので、電線接続部材の経時における劣化の程度を判断することができる。

本発明によれば、電線接続部材の抵抗値の上昇に応じてヒューズ部材に流れる電流が大きくなるような回路を形成し、抵抗値が既定値以上となったときにヒューズが溶断するように構成したので、電線接続部材の抵抗値が上昇したことを判定するのに、送電を停止する必要がなく、抵抗値の判定に伴う経済的損失を最小限に止めることができる。

本発明の第一の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の使用状態を示した模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。 本発明の第一の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の変形使用例を示した模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の使用状態を示した模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。 本発明の第三の実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。

〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の使用状態を示した模式図である。図２は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。本実施形態に係る抵抗上昇判定装置は、電線接続部材の抵抗が上昇したことを、これと並列に接続された判定回路内のヒューズが溶断するか否かに基づいて判定する点に特徴がある。なお、以下の説明において「接続」とは、電気的に接続されていることを意味する。
抵抗上昇判定装置１は、複数の電線を接続する電線接続部材の抵抗が規定値以上となったか否かを判定する装置である。
図１に示す送電線路１０は、例えば架空送電線等の大電力を送電する線路であり、圧縮接続スリーブ１２（電線接続部材、以下単に「スリーブ」という。）にて２本の電線１４（第一の電線１６、第二の電線１８）を接続した電気的接続部分を有している。スリーブ１２は、第一の電線１６と第二の電線１８の端部間を接続する部材である。直線的な筒状のスリーブ１２の両端部から第一の電線１６と第二の電線１８の端部側を夫々挿入し、スリーブ１２の中間部にて各端部を対向させ、圧縮工具にてスリーブ１２ごと第一の電線１６と第二の電線１８を圧縮して接続している。

抵抗上昇判定装置１は、抵抗部材３２と定格電流（所定値）以上の電流が流れたときに溶断するヒューズ３４（ヒューズ部材）とが直列に接続された判定回路３０と、判定回路３０の両端部を送電線路１０と接続するクランプ３６とを備えている。なお、抵抗部材３２とヒューズ３４とクランプ３６とは、夫々導線３８にて接続されている。
２つのクランプ３６ａ、３６ｂは、スリーブ１２の軸方向端部近傍に夫々接続されている。

抵抗上昇判定装置１の動作原理を図２に基づいて説明する。
スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ、抵抗部材３２の抵抗値Ｒｈ、送電線路１０を流れる電流ｉ、スリーブ１２を流れる電流ｉｓ、判定回路３０を流れる電流ｉｈ、ヒューズ３４の定格電流ｆｔであるとする。なお、説明の便宜上、抵抗値Ｒｈ、電流ｉ、定格電流ｆｔは一定であるとし、ヒューズ３４の抵抗は考えないものとする。
送電線路１０と判定回路３０とは並列接続されているので、ｉ＝ｉｓ＋ｉｈを具備する。また、電流ｉｈは、以下の式で与えられる。
ｉｈ＝｛Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｒｈ）｝×ｉ
スリーブ１２の当初抵抗値をＲｓ０とすると、電流ｉは送電線路１０と判定回路３０との間で分流され、スリーブ１２側に電流ｉｓ０、判定回路３０側に電流ｉｈ０が流れる。スリーブ１２が正常な状態においては、ヒューズ３４には定格電流ｆｔを超えない電流が流れる。
スリーブ１２の抵抗が上昇して、規定値以上となる抵抗値Ｒｓ１になったとすると、電流ｉの分流割合が変化し、スリーブ１２側には電流ｉｓ１（＜ｉｓ０）、判定回路３０側には電流ｉｈ１（＞ｉｈ０）が流れる。その結果、電流ｉｈ１が定格電流ｆｔ以上となった場合には、ヒューズ３４が溶断する。ヒューズ３４が溶断したか否かを確認することにより、スリーブ１２の抵抗値がある既定値よりも上昇したか否かを判定することができる。尚、電流ｉｈ１の値は、抵抗値Ｒｓ１が定まれば、一義的に決定される。

以上を踏まえて、抵抗上昇判定装置１について詳細に説明する。
電線接続部材には、図１に示す直線的なスリーブ１２のみならず、送電線路１０から電線を分岐させるＬ型スリーブ（図３参照）や、引き留めクランプ等を挙げることができる。いずれも、施工不備や経年劣化により抵抗値が上昇するので、これらの電線接続部材に対して本実施形態に係る抵抗上昇判定装置１を適用することにより、電線接続部材の抵抗の上昇を判定することができる。
図３は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の変形使用例を示した模式図である。Ｌ型スリーブにて分岐された送電線路部分に抵抗上昇判定装置を設置した例を示している。図示するように、抵抗上昇判定装置２においては、クランプ３６ａをＬ型スリーブ２０の一端部近傍の第一の電線１６上に接続し、クランプ３６ｂをＬ型スリーブ２０の他端部近傍の第二の電線１８上に接続することにより、Ｌ型スリーブ２０の抵抗を判定することができる。

また、クランプ３６をスリーブ２０上に接続しても構わない。少なくとも、抵抗の上昇を判定したい箇所に対して判定回路３０を並列に接続する。なお、送電線路１０と判定回路３０とを電気的に接続することが可能であれば、クランプ３６以外の部材を用いてもよい。
抵抗部材３２には、固定抵抗器や可変抵抗器、あるいは抵抗線等を用いることができる。また、抵抗とヒューズが一体となった抵抗付ヒューズを用いてもよい。抵抗線を用いた場合は、導線３８と抵抗部材３２とを一体化することができるので、設置、及び抵抗値Ｒｈの計算が容易である。

ヒューズ３４の定格電流は、スリーブ１２が劣化したときに許容できる抵抗値（既定値）、及びそのときに判定回路３０に流れる電流ｉｈの大きさに基づいて決定する。電流ｉｈは、抵抗値Ｒｈを大きくすれば小さくなり、抵抗値Ｒｈを小さくすれば大きくなる。従って、抵抗部材３２の抵抗値を十分に大きく設定することにより、ヒューズ３４の定格電流を小さくすることができ、低価格な市販のヒューズを使用することができる。なお、電流ｉは実際には様々な要因により変動するので、平常時における電流の最大値を考慮してヒューズの定格電流を決定する。また、上記原理説明においては、ヒューズ３４の抵抗を無視して説明したが、実際にはヒューズ３４の抵抗を含む判定回路３０全体の抵抗値を考慮して決定する。
また、溶断したときに目視可能な構成を有するヒューズを用いることにより、スリーブ１２の抵抗の上昇判定が容易となる。さらに、溶断したときに表面に斜線等の所定の模様が出現するものや、ＬＥＤが発光するもの等、遠方から視認容易な構成とすれば、ヘリコプターによる巡視や双眼鏡等を用いた監視によりスリーブ１２抵抗の上昇を確認することができる。また、ヒューズ３４が溶断した場合には、ヒューズ３４のみを交換することにより、判定回路３０を再利用することができる。

以下、抵抗上昇判定装置１について、具体的な数値例を示す。
電線１４として、アルミ覆鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ／ＡＣ１２０［ｍｍ＾２］）、電気抵抗０．２１６［Ω／ｋｍ］を用い、抵抗部材３２として、アルミ覆鋼線（ＡＣ）径３．８ｍｍ、電気抵抗６．６１［Ω／ｋｍ］、を用いると仮定する。仮に、スリーブ１２の当初電気抵抗が電線の５０％であるとすると、スリーブ１２の当初電気抵抗は０．１０８［Ω／ｋｍ］である。
ここで、スリーブ１２の長さを０．５［ｍ］、抵抗部材３２の長さを０．７［ｍ］とすると、
スリーブ１２の当初抵抗値 Ｒｓ０＝５．４×１０＾（−５）［Ω］
抵抗部材３２の抵抗値 Ｒｈ＝４．６３×１０＾（−３）［Ω］
電線１４に流れる電流の最大値がｉ＝５００［Ａ］であるとき、
ｉｈ０＝｛Ｒｓ０／（Ｒｓ０＋Ｒｈ）｝×ｉ＝５．８［Ａ］
スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ１が当初抵抗値Ｒｓ０の２倍になったとき（Ｒｓ１＝２Ｒｓ０）、判定回路３０に流れる電流ｉｈ１は、
ｉｈ１＝｛２Ｒｓ０／（２Ｒｓ０＋Ｒｈ）｝×ｉ＝１１．４［Ａ］
従って、この具体例において、スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ１が当初抵抗値Ｒｓ０の２倍になったことを判定したいのであれば、定格電流１０［Ａ］程度のヒューズ３４を用いれば足りる。

以上のように、本実施形態によれば、スリーブの抵抗値の上昇に応じて判定回路に流れる電流が大きくなり、所定値以上となったときに最終的にヒューズを溶断するので、送電を停止することなく簡易な構成にてスリーブ抵抗の上昇を判定することができる。また、スリーブ抵抗に対して十分大きな抵抗値を有する抵抗部材を使用することにより、大電流の流れる送電線路に抵抗上昇判定装置を設置する場合であっても、定格電流の低いヒューズを用いることができ、経済的である。また、ヒューズが溶断しても送電が停止しないので、抵抗値の判定に伴う経済的損失を最小限に止めることができる。

〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について図４及び図５に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の使用状態を示した模式図である。図５は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。本実施形態に係る抵抗上昇判定装置は、送電線路と判定回路との間にブリッジ回路を構成した点に特徴がある。以下、第一の実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

抵抗上昇判定装置３は、第一の抵抗部材５２と第二の抵抗部材５４とを直列に接続した直列抵抗体５５と、所定値以上の電流（定格電流以上の電流）が流れたときに溶断するヒューズ５６（ヒューズ部材）と、スリーブ１２から延びる第二の電線１８（一方の電線）に直列に接続された第三の抵抗部材５８と、を備えている。そして、直列抵抗体５５を、スリーブ１２及び第三の抵抗部材５８と並列接続し、ヒューズ５６を、第一の抵抗部材５２と第二の抵抗部材５４との間の導線３８部分と、スリーブ１２と第三の抵抗部材５８との間の電線部位（電線２２）との間に接続してブリッジ回路を構成している。
判定回路５０は、第一の抵抗部材５２と第二の抵抗部材５４とが直列に接続された直列抵抗体５５と、第一の抵抗部材５２と第二の抵抗部材５４との間の導線３８部分に第一の端部を接続されたヒューズ５６とを備えたＴ形の回路である。送電線路１０と接続される判定回路５０の各部分には、夫々判定回路５０と送電線路１０とを接続するクランプ３６を有している。また、クランプ３６、第一の抵抗部材５２、第二の抵抗部材５４、ヒューズ５６は、夫々導線３８にて接続されている。
３つのクランプ３６のうち２つのクランプ３６ａ、３６ｂは、スリーブ１２の軸方向端部近傍における電線１４の部位に夫々接続されている。またクランプ３６ｃはクランプ３６ｂとの間で第三の抵抗５８を挟むように接続されている。

抵抗上昇判定装置３の動作原理を図５に基づいて説明する。
スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ、第一の抵抗部材５２の抵抗値Ｒ１、第二の抵抗部材５４の抵抗値Ｒ２、第三の抵抗部材５８の抵抗値Ｒ３、送電線路１０を流れる電流ｉ、スリーブ１２を流れる電流ｉｓ、第一の抵抗部材５２を流れる電流ｉｈ、ヒューズ５６を流れる電流ｉｆ、ヒューズ５６の定格電流ｆｔであるとする。なお、説明の便宜上、抵抗値Ｒ１、抵抗値Ｒ２、抵抗値Ｒ３、電流ｉ、定格電流ｆｔは一定であると仮定する。
当初、抵抗上昇判定装置３においては、ブリッジ回路の平衡条件を具備するように、送電線路１０側と判定回路５０側とがヒューズ５６にてブリッジ接続されている。従って、スリーブ１２の当初抵抗値Ｒｓ０に対して、
Ｒｓ０×Ｒ２＝Ｒ３×Ｒ１
を満たし、電流ｉｆ＝０である。
スリーブ１２の抵抗値が上昇してＲｓ１になった場合には、
Ｒｓ１×Ｒ２≠Ｒ３×Ｒ１
となって平衡条件を満たさなくなり、電流ｉｆ≠０となる。スリーブ１２の抵抗値の上昇とともに電流ｉｆは増大し、スリーブ１２の抵抗値が規定値以上となり、ｉｆ≧ｆｔとなったときに、ヒューズ５６が溶断する。

抵抗上昇判定装置３においては、第三の抵抗部材５８を第二の電線１８に配置しているが、電線自体が有する電気抵抗を利用してもよい。すなわち、第三の抵抗部材５８を配置せず、第二の電線１８の一部分（図中、クランプ３６ａとクランプ３６ｃに挟まれた電線部分）の電気抵抗を利用してもよい。
ヒューズ３４の定格電流は、電流ｉの平常送電状態における最大値、スリーブ１２が劣化したときに許容できる抵抗値（既定値）、及びスリーブ１２が劣化したときにヒューズ内を流れる電流ｉｆを考慮して決定する。

以上のように本実施形態によれば、スリーブの抵抗が上昇したときにヒューズ内を流れる電流が増大してヒューズを溶断するので、送電を停止することなく簡易な構成にてスリーブ抵抗の上昇を判定することができる。本実施形態においても、定格電流の低いヒューズを用いることができ、経済的である。また、ブリッジの平衡条件を満たしている限りヒューズ内には電流が流れないので、電流ｉの異常な変動によってヒューズが溶断することを防止できる。また、ヒューズが溶断しても送電が停止しないので、判定の際には送電停止に伴う経済的損失を生じない。

〔第三の実施形態〕
本発明の第三の実施形態について図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態に係る抵抗上昇判定装置の電気的等価回路図である。本実施形態に係る抵抗上昇判定装置は、ヒューズ部材に複数のヒューズ素子を備え、電線接続部材の抵抗値の上昇に応じて段階的に各ヒューズ素子が溶断するようにした点に特徴がある。以下、第一の実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
抵抗上昇判定装置４は、第一の実施形態における判定回路３０のヒューズ部分を変形した実施形態である。判定回路６０においては、抵抗部材３２と、並列に接続された定格電流の異なる２つのヒューズ素子（第一のヒューズ６２と第二のヒューズ６４）が直列に接続されて、ヒューズ部材６５を構成している。

以下、抵抗上昇判定装置４の動作原理を説明する。第一のヒューズ６２の定格電流をｆｔ１、第二のヒューズ６４の定格電流をｆｔ２としたとき、ｆｔ１＜ｆｔ２であるとする。また、説明の便宜上、第一のヒューズ６２と第二のヒューズ６４の抵抗値は夫々０であるとするが、実際にはヒューズの抵抗も考慮する必要がある。
（１）スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ＝Ｒｓ０（当初抵抗）のとき
判定回路６０には電流ｉｈ０が流れ、第一のヒューズ６２と第二のヒューズ６４には、夫々電流ｉｈ０／２が流れる。
このとき、ｉｈ０／２＜ｆｔ１＜ｆｔ２を満たし、第一のヒューズ６２と第二のヒューズ６４は溶断しない。
（２）スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ＝Ｒｓ１（＞Ｒｓ０）のとき
抵抗値Ｒｓ１が第一の規定値以上であるが、第二の規定値を超えない場合である。
判定回路６０には電流ｉｈ１が流れ、第一のヒューズ６２と第二のヒューズ６４には、夫々電流ｉｈ１／２が流れる。
このとき、ｆｔ１≦ｉｈ１／２を満たし、第一のヒューズ６２が溶断する。また、第一のヒューズ６２が溶断したことにより、第二のヒューズ６４に電流ｉｈ１が流れることとなるが、ｉｈ１＜ｆｔ２を満たし、第二のヒューズ６４は溶断しない。
（３）スリーブ１２の抵抗値Ｒｓ＝Ｒｓ２（＞Ｒｓ１）のとき
抵抗値Ｒｓ２が第二の規定値以上となった場合である。
判定回路６０には電流ｉｈ２が流れ、第二のヒューズ６４に電流ｉｈ２が流れる。
ｆｔ２≦ｉｈ２を満たし、第二のヒューズ６４が溶断する。

以上のように、本実施形態によれば、ヒューズ部材として定格電流の異なる複数のヒューズを並列に配置するとともに、電線接続部材の抵抗の上昇に応じて各ヒューズが段階的に溶断するようにしたので、電線接続部材の抵抗の上昇を段階的に把握することができる。
なお、本実施形態を第二の実施形態に適用して実施することも可能である。

１、２、３、４…抵抗上昇判定装置、１０…送電線路、１２…スリーブ（圧縮接続スリーブ）、１４…電線、１６…第一の電線、１８…第二の電線、２０…Ｌ型スリーブ、２２…電線、２４…３０…判定回路、３２…抵抗部材、３４…ヒューズ、３６、３６ａ、３６ｂ、６ｃ…クランプ、３８…導線、５０…判定回路、５２…第一の抵抗部材、５４…第二の抵抗部材、５５…直列抵抗体、５６…ヒューズ、５８…第三の抵抗部材、６０…判定回路、６２…第一のヒューズ、６４…第二のヒューズ、６５…ヒューズ部材

Claims (4)

1. 電線の端部を他の電線と電気的に接続する電線接続部材の電気的抵抗が規定値以上であるか否かを判定する抵抗上昇判定装置であって、
   抵抗部材と、所定値以上の電流が流れたときに溶断するヒューズ部材とを直列に接続した判定回路を備え、該判定回路を前記電線接続部材に並列に接続したことを特徴とする抵抗上昇判定装置。
2. 電線の端部間を電気的に接続する電線接続部材の電気的抵抗が規定値以上であるか否かを判定する抵抗上昇判定装置であって、
   第一の抵抗部材と第二の抵抗部材とを導線を介して直列に接続した直列抵抗体と、所定値以上の電流が流れたときに溶断するヒューズ部材と、前記電線接続部材から延びる一方の電線に直列に接続された第三の抵抗部材と、を備え、
   前記直列抵抗体を、前記電線接続部材及び前記第三の抵抗部材と並列接続し、前記ヒューズ部材を、前記第一の抵抗部材と前記第二の抵抗部材との間の前記導線部分と、前記電線接続部材と前記第三の抵抗部材との間の電線部位との間に接続してブリッジ回路を構成したことを特徴とする抵抗上昇判定装置。
3. 前記第三の抵抗部材が前記電線自体であることを特徴とする請求項２に記載の抵抗上昇判定装置。
4. 前記ヒューズ部材は、並列に配置された定格電流の異なる複数のヒューズ素子を備え、各前記ヒューズ素子が前記電線接続部材の抵抗値の上昇に応じて段階的に溶断するように構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の抵抗上昇判定装置。

Images