JP5660535B2 - 耐震型相間スペーサ - Google Patents

Description

本発明は耐震型相間スペーサに関するものである。

相間スペーサは、電線への積雪による電線の垂下がりや、強風による該積雪した電線の振動や、該積雪の落下に伴う電線の振動等によって、電線相互が異常に接近する雪害事故（電線垂下やギャロッピングやスリートジャンプに代表される）を防止するために、送配電線の相間に取り付けて使用されるものであり、図３に示すように、中央に長さ調節用の連結パイプ１を配し、その両端に長幹碍子２を連結させ、長幹碍子２の他端部には電線を把持するクランプ３を設けた構造となっている。

従来、長幹碍子２を構成する碍子は表面が汚損された場合にも相間短絡を防止するに十分な絶縁性能を持つことが必要であり、使用実績があり経年劣化が極めて少ない磁器碍子が用いられることが一般的であった。しかし、磁器碍子は、地震による横揺れや、前記の積雪に伴う電線の振動等（ギャロッピングやスリートジャンプ等）が要因となって、折損する恐れがある。

また、絶縁部の全体を磁器碍子により構成すると、相間スペーサの重量が大きくなりこれを取り付けた電線に多くの負担がかかることとなる。このため最近では磁器碍子をポリマー碍子（ノンセラ碍子）に置換し、必要な表面漏洩距離を確保しつつ重量を軽減する工夫がなされている。

ただし、このポリマー碍子は、長期間課電状態に置かれると劣化が進行し易いという弱点を持っているため、絶縁部をポリマー碍子により構成した相間スペーサでは、ポリマー碍子部分の絶縁性能が次第に低下し、相間スペーサ本来の機能を発揮できなくなるおそれがあった。この問題に対し、本願出願人は、図４に示すように、棒状の絶縁部の両端に電線を把持するクランプ３を設けた相間スペーサにおいて、絶縁部４を磁器碍子５とポリマー碍子６とにより構成するとともに、漏洩電流によってオフとなるバイパス回路７をポリマー碍子と並列に設ける相間スペーサの技術を開示し、ポリマー碍子６を採用することによって重量の軽減を図りつつ、ポリマー碍子６の劣化を有効に防止し、しかも台風時のような急速汚損時には必要な表面漏洩距離を確保することができるようにした相間スペーサを実現可能としている（特許文献１）。

特許文献１に記載の相間スペーサにおいては、通常状態では絶縁部のポリマー碍子６の両端がバイパス回路７により短絡されているため、ポリマー碍子６には電圧が作用せず、磁器碍子５を絶縁体として使用している。一方、台風等による急速汚損時に磁器碍子５の絶縁性能が低下して相間スペーサに漏洩電流が流れ始めると、該漏洩電流がバイパス回路７を構成する形状記憶合金に流れ、該形状記憶合金はジュール熱により次第に加熱されて形状変形を生じ、ポリマー碍子と並列に設けたバイパス回路７がオフになり、この結果、ポリマー碍子６の持つ表面漏洩距離が有効に働き、それまで流れていた漏洩電流を遮断するものである。

しかし、特許文献１に記載の相間スペーサにおいても、磁器碍子５の部分が、地震による横揺れや、前記の積雪に伴う電線の振動等（ギャロッピングやスリートジャンプ）が要因となって、折損する恐れの問題は解消されていない。

特開平６−２７５１６０号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、相間スペーサを構成する磁器碍子部分が、地震による横揺れや、前記の積雪に伴う電線の振動等（ギャロッピングやスリートジャンプ）が要因となって、磁器碍子が折損する問題を解消した耐震型相間スペーサを提供することである。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の耐震型相間スペーサは、２本の長幹碍子と長さ調節用の連結パイプとを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプを設けた相間スペーサであって、２本の長幹碍子が磁器碍子とポリマー碍子とからなり、ポリマー碍子の片側に磁器碍子を配置し、他側に連結パイプを配置したことを特徴とするものである。

請求項２記載の耐震型相間スペーサは、２本の長幹碍子と長さ調節用の連結パイプとを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプを設けた相間スペーサであって、２本の長幹碍子が磁器碍子とポリマー碍子とからなり、連結パイプの片側に磁器碍子を配置し、他側にポリマー碍子を配置したことを特徴とするものである。

請求項３記載の耐震型相間スペーサは、請求項１または請求項２記載の耐震型相間スペーサにおいて、ポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）と表面漏洩距離（Ｌｄ）とがＬｄ／Ｐ≦４．３であるポリマー碍子を使用することを特徴とするものである。

請求項４記載の耐震型相間スペーサは、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の耐震型相間スペーサにおいて、ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１は、Ｌ_１≧６３３ｍｍを満足する長さであり、磁器碍子の金具間の長さＬ_２は、Ｌ_２≧２９２ｍｍを満足する長さであって、Ｌ_１＋Ｌ_２≦４８００ｍｍであることを特徴とするものであり、本発明のポリマー碍子は汚損湿潤状態において単独で送電線の線間電圧に耐えうる耐電圧特性を有するものであり、磁器碍子は乾燥および降雨状態において単独で送電線の線間電圧に耐えうる耐電圧特性を有するものである。

請求項５記載の耐震型相間スペーサは、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の耐震型相間スペーサにおいて、ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１と、磁器碍子の金具間の長さＬ_２の和（Ｌ_１＋Ｌ_２）は、電線間隔をＬ_３として、１６９０ｍｍ≦Ｌ_１＋Ｌ_２≦Ｌ_３−７００ｍｍを満足する長さであることを特徴とするものであり、インパルス電圧に耐えうる耐電圧特性を有するものである。

請求項１の耐震型相間スペーサは、曲げモーメントが最大となる中央部に撓み易いポリマー碍子を配置したので、地震等により相間スペーサに過大な曲げ荷重が加わった場合にはポリマー碍子が変形することによって曲げ荷重を吸収する。このため磁器碍子の負担が軽減され、磁器碍子が破損することがない。なお、長さ調節用の連結パイプによって様々な電線間隔に対応することができる。

請求項２の耐震型相間スペーサは、中央部に剛性の大きい連結パイプを配置したので、通常時、電線の振動等により発生する曲げモーメントが、ポリマー碍子に加わることを防止できる。さらに、地震等により相間スペーサに過大な曲げ荷重が加わった場合にも、ポリマー碍子が変形することにより、過大な曲げ荷重を吸収する。このため磁器碍子の負担が軽減され、磁器碍子が破損することがない。

請求項３の耐震型相間スペーサは、ポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）と表面漏洩距離（Ｌｄ）とがＬｄ／Ｐ≦４．３という条件を満たすポリマー碍子であるので，汚損湿潤状態においても高い耐電圧を保つことができる。

請求項４の耐震型相間スペーサによれば、汚損湿潤状態において磁器碍子の耐電圧特性が低下した場合にも、ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１が、Ｌ_１≧６３３ｍｍの条件を満たすので、ポリマー碍子単独で送電線の線間電圧に耐えうることができ、相間短絡事故を防止できる。また長期間の使用によりポリマー碍子が劣化した場合にも、磁器碍子の金具間の長さＬ_２が、Ｌ_２≧２９２ｍｍの条件を満たすので、乾燥および降雨状態において、磁器碍子単独で送電線の線間電圧に耐えうることができ、相間短絡事故を防止できる。また、Ｌ_１＋Ｌ_２≦４８００ｍｍの条件を満たすので、６６ｋＶ送電線の線間に適用できる。

請求項５の耐震型相間スペーサによれば、ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１と、磁器碍子の金具間の長さＬ_２の和（Ｌ_１＋Ｌ_２）が、１６９０ｍｍ≦Ｌ_１＋Ｌ_２の条件を満たし、６６ｋＶ送電線の相間スペーサに発生すると想定される一般的な雷インパルス閃絡電圧に耐えることができるので、送電線や鉄塔に落雷したときにも相間短絡事故を防止できる。また、電線間隔がＬ_３のとき、Ｌ_１＋Ｌ_２≦Ｌ_３−７００ｍｍの条件を満たすため、６６ｋＶ送電線の線間に適用できる。

本発明における実施形態１の相間スペーサの全体構成説明図である。 図１の相間スペーサに曲げモーメントが働いた状態図である。 従来の相間スペーサの構造説明図である。 特許文献１に記載の相間スペーサの構造説明図である。 本発明における実施形態２の相間スペーサの全体構成説明図である。 ポリマー碍子の汚損耐電圧特性を示す説明図である。 ポリマー碍子の笠形状と汚損耐電圧特性を示す説明図である。 磁器碍子の商用周波注水耐電圧特性を示す説明図である。 磁器碍子とポリマー碍子の長さの許容範囲を示す説明図である。 雷インパルス耐電圧特性を示す説明図である。 ポリマー碍子と磁器碍子の長さの和と電線間隔の関係を示す説明図である。 相間スペーサの衝撃曲げ試験方法を示す説明図である。 相間スペーサの衝撃曲げ試験結果を示す説明図である。 ポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）と表面漏洩距離（Ｌｄ）を示す説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

図１には、本発明における実施形態１の相間スペーサの全体構成説明図を示している。本発明の相間スペーサは、２本の長幹碍子２と長さ調節用の連結パイプ１とを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプ３を設けた相間スペーサであり、図１に示すように、該２本の長幹碍子２を、磁器碍子５とポリマー碍子６とから構成し、ポリマー碍子６の片側に磁器碍子５を配置し、他側に連結パイプ１を配置している。

本発明の相間スペーサでは、図１に示すように、ポリマー碍子６の配置位置を、相間スペーサの中央位置付近としている。相間スペーサの中央位置では、例えば積雪時のスリートジャンプやギャロッピングにより生じる電線の振動時や、地震による横振れ時に発生する曲げモーメントが最大となる。本発明では、電線の振動時や、地震による横振れ時に発生する曲げモーメントが最大となる中央部に撓み易いポリマー碍子を配置し、図２に示すように、該ポリマー碍子の変形によって曲げ荷重を吸収させることにより、磁器碍子の負担を軽減し、磁器碍子の折損およびそれに伴う公衆災害（磁器碍子の破片や連結パイプが落下し、線路下の家屋や人に衝突する等の事故）を有効に回避可能としている。

図５には、本発明における実施形態２の相間スペーサの全体構成説明図を示している。本発明の相間スペーサは、２本の長幹碍子２と長さ調節用の連結パイプ１とを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプ３を設けた相間スペーサであり、図５に示すように、該２本の長幹碍子２を、磁器碍子５とポリマー碍子６とから構成し、連結パイプ１の片側に磁器碍子５を配置し、他側にポリマー碍子６を配置している。

相間スペーサを送電線路に適用した場合、強風等による電線の振動により、絶えず相間スペーサの中央位置付近に曲げモーメントが加わっている。本発明の相間スペーサでは、図５に示すように、連結パイプ１の配置位置を、相間スペーサの中央位置付近としている。中央位置付近に剛性の大きい連結パイプを配置したので、電線の振動等により発生する曲げモーメントが、ポリマー碍子に加わることを防止できる。

また、連結パイプ１と電線を把持するクランプ３との間に、ポリマー碍子６を配置したので、ポリマー碍子が変形することにより、地震による横揺れや積雪に伴う電線の振動等（ギャロッピングやスリートジャンプ）により発生する異常な曲げ荷重を吸収する。このため磁器碍子の負担が軽減され、磁器碍子が折損することがない。

（耐震性の検討）
本発明の耐震型相間スペーサの効果を検証するために、衝撃曲げ試験を実施した。試験装置を図１２に示す。鉄塔間（約９４ｍ）に約３６７０ｍｍの間隔で２本の電線を取付け、中央部に相間スペーサを設置した。供試試料は、実施形態1および実施形態２の耐震型スペーサ、ならびに比較のため図３に示す従来の相間スペーサの3種類とした。磁器碍子の全長および胴径はそれぞれ１１６８ｍｍおよび６０ｍｍ、ポリマー碍子の全長および胴径は１１６８ｍｍおよび２４ｍｍ、連結パイプの全長および胴径は１１６０ｍｍおよび６０ｍｍとした。試験手順は振子式衝撃曲げ試験装置の錘を持ち上げ、落下させることにより試料に衝撃曲げ荷重を加えることとした。なお、試料に衝撃曲げ荷重が加わった際の磁器碍子に発生する歪を、歪ゲージで測定する。

図１３に各相間スペーサの磁器碍子に発生した歪を示す。実施形態1および実施形態２の耐震型相間スペーサの磁器碍子に発生する歪は、同一エネルギーにおける従来の相間スペーサの磁器碍子よりも小さく、エネルギーの増加に対する発生歪の増加の割合も、従来の相間スペーサに比べて小さいことを確認した。また、従来の相間スペーサでは点Ａで、磁器碍子が折損に至ったのに対し、実施形態1および実施形態２の耐震型スペーサでは、磁器碍子に折損は生じなかった。以上より本発明の耐震型スペーサにより磁器碍子に発生する歪を抑制し、磁器碍子の折損を防止できることを確認した。

次に、本発明の実施形態３について説明する。図１４にポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）と表面漏洩距離（Ｌｄ）の説明図を示す。矢印で示した拡大断面図において，笠と笠の間の長手方向の距離がＰで，笠形状の沿った長さがＬｄである。図７はポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）あたりの表面漏洩距離（Ｌｄ）と、汚損耐電圧との関係を示したものである。なお、Ｌｄ／Ｐ＝４．３の汚損耐電圧を１００とした。Ｌｄ／Ｐが大きくなると、汚損耐電圧は増加していくが、Ｌｄ／Ｐが４．３以上になると、笠の出っ張りが大きくなりすぎるため、逆に低下してしまう。よって、Ｌｄ／Ｐ≦４．３のポリマー碍子が適切である。

本発明では、２本の長幹碍子２を、磁器碍子５とポリマー碍子６とから構成しているため、汚損湿潤状態においてポリマー碍子６に分担電圧が集中した場合にも、ポリマー碍子によって送電線の線間電圧に耐えうることができる。なお、本発明では、通常時、ポリマー碍子６は課電されているため、ポリマー碍子が劣化するリスクもあるが、ポリマー碍子６が劣化した場合には、磁器碍子５により送電線の線間電圧に耐えることができる構成となっている。

次に、本発明の相間スペーサを６６ｋＶ送電線に適用した実施形態４について説明する。
図６はポリマー碍子６の汚損耐電圧（ポリマー碍子が、塩分付着密度０．５ｍｇ／ｃｍ^２の汚損湿潤時に耐えうる電圧）特性を示したものである。ポリマー碍子６の金具間の長さ（以下、ポリマー碍子の長さと記述）Ｌ_１と、ポリマー碍子の汚損湿潤時の耐電圧Ｖ_１とは、図６に示すとおり比例関係（直線ＯＡ）にある。６６ｋＶ送電線の最高電圧は６９ｋＶと規定されているので、ポリマー碍子６の長さＬ_１を、Ｖ_１≧６９ｋＶを満足する長さとした(図６において許容範囲６として示される)ので、この実施形態４のポリマー碍子６は、汚損湿潤状態において単独で送電線の線間電圧に耐えうることができる。

塩分付着密度が０．５ｍｇ／ｃｍ^２、送電線の最高電圧が６９ｋＶの場合、「電気協同研究 第３５巻第３号」により、ポリマー碍子６に必要な表面漏洩距離（ポリマー碍子の笠形状に沿った長さ）は２７２０ｍｍと決められる。Ｌｄ／Ｐ≦４．３のポリマー碍子を使用することとした場合、ポリマー碍子６の長さＬ_１の最小値は下式より６３３ｍｍとなる。
ポリマー碍子６の長さＬ_１の最小値＝２７２０ｍｍ／４．３＝６３３ｍｍ

図８は磁器碍子５の商用周波注水耐電圧（磁器碍子が降雨時に耐えうる電圧）特性を示したものである。磁器碍子５の金具間の長さ（以下、磁器碍子の長さと記述）Ｌ_２と、磁器碍子の商用周波注水耐電圧Ｖ_２とは、図８に示すとおり比例関係（直線ＯＢ）にある。６６ｋＶ送電線に要求される商用周波注水耐電圧は最高電圧６９ｋＶと規定されるので、磁器碍子５の長さＬ_２を、Ｖ_２≧６９ｋＶを満足する長さとした(図８において許容範囲８として示される)ので、この実施形態３の磁器碍子５は、単独で送電線の線間電圧に耐えうることができる。なお、商用周波注水耐電圧が６９ｋＶの場合、「架空送電線路の絶縁設計要綱」によれば、磁器碍子５の長さＬ_２の最小値は２９２ｍｍと決められる。

６６ｋＶ送電線の場合、電線間隔Ｌ_３は２５００〜５５００ｍｍである。ポリマー碍子６の金具の長さ、磁器碍子５の金具の長さ、およびクランプの長さの和は５００ｍｍであり、連結パイプの最小長さは２００ｍｍなので、ポリマー碍子の長さＬ_１および磁器碍子の長さＬ_２の最大値は４８００ｍｍ（＝５５００ｍｍ−５００ｍｍ−２００ｍｍ）となる。図９にポリマー碍子６の長さＬ_１と磁器碍子５の長さＬ_２との関係を示す。

この実施形態４の相間スペーサは、図６および図８の許容範囲を同時に満足するものである。これらの特性を同時に満足するポリマー碍子６の長さＬ_１および磁器碍子の長さＬ_２は、図９に示す許容範囲９として規定される。許容範囲９はＬ_１≧６３３ｍｍ，Ｌ_２≧２９２ｍｍ，Ｌ_１＋Ｌ_２≦４８００ｍｍとあらわされる。

次に、相間スペーサの実施形態５について説明する。図１０はポリマー碍子６の長さＬ_１と、磁器碍子５の長さＬ_２の和と、雷インパルス閃絡電圧特性を示したものであり、図１０に示すとおり比例関係（直線ＯＣ）にある。

６６ｋＶ送電線用相間スペーサに要求される雷インパルス閃絡電圧は、「架空送電線路の絶縁設計要綱」および日本碍子社著「送電線用相間スペーサ」によれば、
０．５５×碍子のホーン間隔＋８０＋１．８８×径間長
で示される。６６ｋＶ送電線の場合、一般に碍子のホーン間隔は６６１ｍｍ、径間長は３００ｍなので、雷インパルス閃絡電圧は１００８ｋＶとなる。

「架空送電線路の絶縁設計要綱」によれば、相間スペーサの雷インパルス閃絡電圧は、ポリマー碍子６の長さと磁器碍子５の長さの和を（Ｌ_１＋Ｌ_２）として、
０．５５×（Ｌ_１＋Ｌ_２）＋８０
と示される。実施形態４の相間スペーサは、ポリマー碍子６の長さと磁器碍子５の長さの和（Ｌ_１＋Ｌ_２）に関し、
０．５５×（Ｌ_１＋Ｌ_２）＋８０≧１００８
（図１０において許容範囲１０として示される）。上式よりＬ_１＋Ｌ_２≧１６９０ｍｍとなる。

図１１はポリマー碍子６の長さと、磁器碍子５の長さの和（Ｌ_１＋Ｌ_２）と、電線間隔Ｌ_３との関係を示したものである。ポリマー碍子６の金具の長さ、磁器碍子５の金具の長さ、およびクランプの長さの和は５００ｍｍであり、連結パイプの最小の長さは２００ｍｍなので、相間スペーサが電線間に取付けられるためには、
Ｌ_１＋Ｌ_２＋５００＋２００＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋７００≦Ｌ_３
の関係が成立する必要がある。該関係が成立するのは図１１において許容範囲１１として示される部分である。
したがって、Ｌ_１、Ｌ_２とＬ_３との関係は、
１６９０ｍｍ≦Ｌ_１＋Ｌ_２≦Ｌ_３−７００ｍｍ
である。

１ 連結パイプ
２ 長幹碍子
３ クランプ
４ 絶縁部
５ 磁器碍子
６ ポリマー碍子
７ バイパス回路

Claims (5)

1. ２本の長幹碍子と長さ調節用の連結パイプとを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプを設けた相間スペーサであって、
   ２本の長幹碍子が磁器碍子とポリマー碍子とからなり、
   ポリマー碍子の片側に磁器碍子を配置し、他側に連結パイプを配置したことを特徴とする耐震型相間スペーサ。
2. ２本の長幹碍子と長さ調節用の連結パイプとを直列に接続し、その両端に電線を把持するクランプを設けた相間スペーサであって、
   ２本の長幹碍子が磁器碍子とポリマー碍子とからなり、
   連結パイプの片側に磁器碍子を配置し、他側にポリマー碍子を配置したことを特徴とする耐震型相間スペーサ。
3. ポリマー碍子の笠間隔（Ｐ）と表面漏洩距離（Ｌｄ）とがＬｄ／Ｐ≦４．３であるポリマー碍子を使用することを特徴とする請求項１または請求項２記載の耐震型相間スペーサ。
4. ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１は、Ｌ_１≧６３３ｍｍを満足する長さであり、
   磁器碍子の金具間の長さＬ_２は、Ｌ_２≧２９２ｍｍを満足する長さであって、
   Ｌ_１＋Ｌ_２≦４８００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の耐震型相間スペーサ。
5. ポリマー碍子の金具間の長さＬ_１と、磁器碍子の金具間の長さＬ_２の和（Ｌ_１＋Ｌ_２）は、電線間隔をＬ_３として、
   １６９０ｍｍ≦Ｌ_１＋Ｌ_２≦Ｌ_３−７００ｍｍ
   を満足する長さであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の耐震型相間スペーサ。