JP5872313B2

JP5872313B2 - 免震構造

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Publication number: JP5872313B2
Application number: JP2012027840A
Authority: JP
Inventors: 永田　寿一; 寿一永田; 諒大西; 中野　修; 修中野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP2013163926A

Description

本発明の実施形態は、地震等による振動を吸収する免震構造に関する。

近年、電力用の変電機器に対して地震等による被害を低減するために、地盤に形成した基礎と変電機器との間に免震装置を備えたものが増加している。

図６に、従来の免震装置を備えた免震構造の一例を示す。この免震構造５０では、地面５６に埋め込まれて設置された基礎５３上に、免震装置５７を介して、支持架台５２上に設けられた変電機器本体５１が支持されている。免震装置５７は、基礎５３上に複数個固定され、上面が水平でかつ平坦で滑らかな滑り板６０と、滑り板６０の上に設けられた摩擦部材５９と、当該摩擦部材５９上に配置された支柱５８を備えている。また、変電機器本体５１の上部には、ブッシング５４を介して電力線（リード線）５５が周辺機器と接続されている。

図７に、免震装置５７の詳細構造を示す。
免震装置５７において、滑り板６０は、ほぼ円形又はほぼ正方形の板で、基礎５３上に接着あるいはボルトなどにより固定される。滑り板６０の材質は、ステンレス鋼板、クロムなどの硬質メッキを施した鋼板、フッ素樹脂材を塗布した鋼板などが適している。滑り板６０の表面は水平であり、支柱５８下面の摩擦部材５９を所定の摩擦力にて滑らかに滑らせるため、表面を研磨して平坦かつ滑らかな滑り面が形成される。

滑り板６０の上面には摩擦部材５９が配置されており、滑り板６０と接して滑動する。摩擦部材５９の材料は、滑り板６０の材質より柔らかい材料が使用される。樹脂系材料の場合は、フッ素樹脂材（例えば（登録商標）テフロン）、油分やカーボンを含む樹脂材、その他樹脂を基材とする固体潤滑材などが用いられる。また、金属系材料としては、黄銅、アルミニウムなどが用いられる。摩擦部材５９の滑り摩擦係数は、摩擦部材５９の材質、滑り板６０の材質とその表面粗さから決定されるので、これらを適切に組み合わせることにより、免震設計に必要な摩擦係数を設定することが可能である。設置場所の想定地震力に応じて適切な免震装置５７の摩擦力を設定することにより、最良の免震効果を得ることができる。

支柱５８は、各滑り板６０上方のほぼ中央部に１体ずつ、滑動可能に設置される。支柱５８は、上部支柱６１及び下部支柱６２の２つからなり、これらはねじ部６３でボルト結合されている。ねじ部６３では、ボルトの締め込みにより支柱５８全体の高さを調整できるようにされている。

このような構成により、摩擦部材５９は、通常、摩擦力以下である暴風や中小地震による変電機器本体５１に作用する水平荷重に対しては、滑動せずに固定装置として働く。一方、大地震により変電機器に所定の摩擦力以上の水平地震荷重が作用すると、滑らかに滑動し、摩擦力以上の地震力を伝達させないような免震作用が働き、変電機器の大地震による損傷を未然に防ぐことができる。

また、ねじ部６３における高さ調整機能により、支柱架台５２を支持しているすべての支柱５８の高さを適切に調整することで、各支柱５８に作用する支持荷重をほぼ均一にすることが可能になる。その結果、荷重分布のばらつきがなくなるため、一部の支柱５８に過大な支持荷重が作用し破損することを防ぐことができる。また、変電機器全体の重心の偏心を抑制することができるので、大地震の際の滑動時における変電機器本体５１の回転挙動などの異常挙動を防ぐことができる。

ところで、このような免震構造５０は、基礎５３と建造物である変電機器本体５１との間の水平方向の大変位を可能とするものであるため、建造物と建造物との間に渡るように水平方向に配置された配管は、免震構造による変位に対応できる構成とする必要がある。特に、送変電機器の場合、発電機建屋などの他の設備とは基礎部分を個別に設定されることが多い。この場合、大地震の際に発生する地盤のずれや沈下等により、基礎間で想定よりも大きな相対変位が生じることになる。

図８に示すように、免震配管構造を構成する免震継手として、可撓管を略Ｖ字状に配置して地震時の変位を吸収する配管構造が提案されている。

この免震配管構造８０は、基礎７１側に略水平方向に配置された基礎側可撓管８１と、建物７４側に略水平方向に配置された建物側可撓管８２と、両可撓管が略Ｖ字形状なるように、これらの可撓管の一部端を連通連結する中継配管８３とを備えている。免震配管構造８０は、基礎側可撓管８１の他端部と建物側可撓管８２の他端部が上下方向に離れて配置されるので、水平方向の変位によって、基礎側可撓管８１の他端部と建物側可撓管８２の他端部が衝突することがない。そのため、中継配管８３は、基礎側可撓管８１と建物側可撓管８２の一端部を連通連結する必要最小限の長さでよく、免震継手の高さ方向の幅を必要最小限に抑えることができ、この免震継手を配置するために必要な空間をできるだけ小さくすることができる。また、免震継手を構成する２つの可撓管と中継配管８３は、特殊な形状である必要がないので、既存の配管部材を組み合わせるだけで形成することができる。

図９に、配管部の変位吸収の目的で用いられる伸縮管継手の一般的な構成を示す。伸縮管継手９０は、一対のフランジ９４の対向面に配置された円筒状の可撓管９１と、可撓管９１の外部でフランジ９４の対向面をつなぐように配され、かつ可撓管９１を拘束するロッド９２と、このロッド９２を固定する固定部９３とを備えている。

可撓管９１は、蛇腹状とすることで、曲げ方向のみならず、軸方向の伸縮に対しても柔軟性を有することができる。このため、比較的短い配管長で、可撓部の変形量や曲げ角度を大きくすることが可能となる。

特開２００３−１８４９４９号公報特開２００６−１０５３７３号公報

しかしながら、特に、高電圧大電力用の機器における他の構成物との接続部においては、単なるタンク状の配管ではなく、配管内部に絶縁冷却用の油やガスが満たされ、その中に電気を流すための銅やアルミで構成された導体が配置されていることが多い。この場合、単に配管のタンク部分に可撓性を持たせるだけでは不十分であり、内部に配置されている導体とタンク間の距離を一定に保つ必要があるなど、電気的な性能を考慮した構成とする必要がある。この際、このような電気的な接続を、柔軟なリード線を用いて気中で行うことも一般的に行われている。

機器間リード線の必要な余長は、ＪＥＡＧ５００３−２０１０「変電所等における電気設備の耐震設計指針」によれば、
（１）機器に共振正弦３波３ｍ／ｓ^２を突印したときの頂部変位量で２つの機器のうち大きい方（理論最大相対変位量：γ）の１．５倍、
（２）径間長の５％、
（３）７０ｍｍ、ただし段差ありの場合はさらに、（１０／３）×ｔａｎ^−１(段差／径間長)ｍｍを加算し、それに（圧縮端子先端間直線距離／径間長)を乗じた値、
である。

その一方で、リード線自身の横振れ量や風圧、短絡電磁力による端子曲げ荷重、端子に加わる曲げモーメント、電線加工性など様々な制約もあり、リード線の余長自身を極端に大きくすることはできない。

さらに、高電圧大電力機器の場合には、電気的な絶縁のためリード線の接続部に、図６に示すように大型の碍子（ブッシング５４）を用いる必要がある。ブッシング５４はセラミック製であり、機械強度が小さいことから、耐震強度上最も弱い部分である。特に、構造物間の変位が大きい場合には、機器間リード線５５の余長が不足し、ブッシング５４が引っ張られて破損することが考えられる。

本発明の実施形態は、上記の課題を解決するためになされたものであり、基礎を異にする他の機器と接続する場合に、リード線を用いることなく、機器間の接続部が曲げや伸縮方向の変形に対応でき、さらに大地震による大変形による損傷を未然に防ぐことができる免震構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の実施形態は、地盤上に設けられる基礎に第１の機器が支持される一方、前記基礎とは異なる基礎に第２の機器が支持され、前記第１の機器と前記第２の機器とが水平方向に配置された免震配管によって接続された免震構造において、前記免震配管は、前記第１の機器側から水平方向に延在しかつ凹凸部を有する第１のロック部材と、前記第２の機器側から水平方向に延在しかつ凹凸部を有する第２のロック部材とからなるロック機構を有し、当該ロック機構は、前記第１のロック部材の凹凸部と前記第２のロック部材の凹凸部が水平方向に沿って互いに嵌合することにより、前記第１のロック部材と前記第２のロック部材が前記免震配管の軸方向に拘束されると共に、前記軸方向と直交する方向については摺動可能に構成したことを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る免震構造の構成図。図１の免震構造の免震配管構造の拡大図。図２の免震配管構造におけるロック機構を示す構成図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はフランジ側ロック部材、（ｃ）はロッド側ロック部材を示す。本発明の第２の実施形態に係る免震構造の免震配管構造の拡大図。本発明の他の実施形態に係るロック機構を示す概略図であり、（ａ）は台形状、（ｂ）は四角形状、（ｃ）は三角形状、（ｄ）は逆台形状の凹凸部。従来の変電機器の免震構造の構成図。図６の免震装置の拡大図。従来の免震配管構造の構成図。従来の伸縮管継手の構成図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

［第１の実施形態］
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る免震構造の構成図である。第１の実施形態の免震構造１０では、変圧器や開閉装置などの変電機器本体１１が架構１３上に設置され、これらが免震装置１４を介して地面１７上に固定された基礎１２上に設置されている。他方、発電機のような変電機器以外の他の機器１５が基礎１２とは異なる基礎１６上に設置されている。そして、変電機器本体１１と他の機器１５とは、免震配管構造２０により接続されている。

（免震装置）
免震装置１４には、例えば、積層ゴムなどの弾性体とダンパーなどの減衰機構による振動低減機構を用いることができる。また、従来例にあるように、積層ゴムを用いずに、弾性パッドと摩擦部材、滑り板を組み合わせた振動低減機構などを用いても良い。この免震装置１４の弾性と、変電機器本体１１および架構１３の質量により、免震装置１４より上の構造物の固有振動数ｆｓが決定される。この固有振動数ｆｓは、地震の振動数ｆｅよりも小さくなるように設定される。このような振動数の組合せとすると、基礎１２から構造物への振動伝達率を低く抑えることができるので、地震波の振動に対して、変電機器本体１１の振動を低く抑えることが可能となる。

一方で、構造物の振動数が低くなるということは、基礎１２と架構１３の相対変位量が大きくなるということを意味している。したがって、機器間、即ち変電機器本体１１と他の機器１５との接続部の免震配管構造２０については、この相対変位量を吸収できる構成とする必要がある。

（免震配管構造）
図２は、免震配管構造２０を示したものである。
免震配管構造２０は、母線タンク２６の変電機器本体側に設けられたスペーサ２３に隣接して形成された一対のフランジ２４と、この一対のフランジ２４の対向面に配置された円筒状の可撓管２１と、この可撓管２１内部に設けられたフレキシブル導体２２及び一般導体２５と、可撓管２１の外部でフランジ２４の対向面をつなぐように配され、かつ可撓管２１を拘束するロッド２７と、このロッド２７を固定するロック機構２８ａ，２８ｂとを備えている。

可撓管２１は、蛇腹状とすることで、曲げ方向のみならず、軸方向の伸縮に対しても柔軟性を有することができる。また、フレキシブル導体２２についても図示したように、適度なたわみを持たせることで、曲げ方向だけではなく軸方向の伸縮に対しても柔軟性を有することができる。このため、比較的短い配管長で、可撓部の変形量や曲げ角度を大きくすることが可能となる。

さらに、免震配管構造２０は、通常の使用状態において、この免震配管構造が大変形することがないように、ロッド２７およびロック機構２８ａ，２８ｂにより拘束されている。

（ロック機構）
ロック機構２８ａ，２８ｂは、左右対称であって構造は同じであるため、以下、ロック機構２８ａのみ説明する。ロック機構２８ａは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、逆コの字状に形成されたフランジ側（変電機器本体側）ロック部材３１と、コの字状に形成されたロッド側（他の機器側）ロック部材３３とからなる。フランジ側ロック部材３１は、下部側が凹凸部３５としてノコギリ歯状に形成されている一方、ロッド側ロック部材３３は、上部側が凹凸部３７としてノコギリ歯状の形状に形成される。これらの凹凸部３５及び凹凸部３７が嵌合することでフランジ側ロック部材３１とロッド側ロック部材３３が拘束される。この拘束はロッド軸方向（即ち、免震配管の軸方向）には強力に作用するが、ロッド軸の直交方向（図の手前方向）については、ノコギリ歯状形状面の摩擦力のみで拘束されている。

このため、大地震時にロッド軸の直交方向に大きな加速度が作用した場合、通常は固定されている免震配管構造２０は、曲げ方向および軸直交方向への大変形が可能となる。これにより、大地震時に発生する大きな相対変位に対して、配管部が破損することなく、十分な通電性能を有する配管構造とすることが可能となる。

（効果）
本実施形態の免震構造１０によれば、蛇腹状とした可撓管２１及び適度なたわみを持たせたフレキシブル導体２２を用いることにより、曲げ方向のみならず、軸方向の伸縮に対しても柔軟性を有することができる。このため、比較的短い配管長で、可撓部の変形量や曲げ角度を大きくすることが可能となる。

また、大地震時によりロッド軸の直交方向に大きな加速度が作用した場合にはロック機構２８ａ，２８ｂにより、曲げ方向および軸直交方向への大変形が可能となり、配管部が破損することがなく、十分な通電性能を有する配管構造とすることができる。

以上により、リード線を用いずに、基礎１２とは異なる基礎１６上に設けられた他の機器１５と接続することができ、また、機器間の接続部が曲げや伸縮方向の変形に対応できるとともに、大地震時の際には曲げ方向および軸直交方向への大変形により変電機器本体１１を地震による振動から保護できる。このため、より耐震性能の優れた免震構造１０を提供することが可能になる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る免震構造の免震配管構造を示すものである。本実施形態の免震配管構造４０は、ロッド２７の一端をピン結合部４９とした以外は、第１の実施形態の免震配管構造２０と同様に形成されている。すなわち、ロッド２７の一端はロック機構２８ａによりフランジ２４と固定され、他端はピン結合部４９でフランジ２４と固定されている。

このような構成とすることにより、ロック機構２８による締付箇所がロッド２７の１本あたり１箇所となるので、作業が容易になり、より作業性に優れた効率的な変電機器の免震構造を実現することができる。

[その他の実施形態]
（１）第１の実施形態では、図２に示すように変電機器本体１１側のフランジ２４のみにスペーサ２３を設けたが、他の機器１５側のフランジ２４にもスペーサ２３を設けて両方のフランジ２４をスペーサ２３で支持する構成としても良い。

（２）第１の実施形態では、図２に示すように、フレキシブル導体２２と一般導体２４とを組み合わせて用いたが、フレキシブル導体２２のみで形成しても良い。

（３）第１の実施形態では、図３に示すように、凹凸部３５及び凹凸部３７として、ノコギリ歯状の形状の例を示したが、図５に示すように、台形状（ａ）、四角形状（ｂ）、三角形状（ｃ）、逆台形状（ｄ）の形状としたり、これらの形状を組み合わせて形成したりすることもできる。

（４）架構１３に設置される変電機器は、変圧器や開閉装置、避雷器などの送変電に必要な機器すべてとしてもよいし、変圧器単体、ＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）のような開閉装置単体など、機器単体や幾つかの機器の組合せとしたものを対象としても構わない。

（５）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…免震構造
１１…変電機器本体（第１の機器）
１２…基礎
１３…架構
１４…免震装置
１５…他の機器（第２の機器）
１６…基礎
１７…地面
２０…免震配管構造
２１…可撓管
２２…フレキシブル導体
２３…スペーサ
２４…フランジ
２５…一般導体
２６…母線タンク
２７…ロッド
２８ａ，２８ｂ…ロック機構
３１…フランジ側ロック部材（第１のロック部材）
３３…ロッド側ロック部材（第２のロック部材）
３５…凹凸部
３７…凹凸部
４０…免震配管構造
４９…ピン結合部

Claims

地盤上に設けられる基礎に第１の機器が支持される一方、前記基礎とは異なる基礎に第２の機器が支持され、前記第１の機器と前記第２の機器とが水平方向に配置された免震配管によって接続された免震構造において、
前記免震配管は、前記第１の機器側から水平方向に延在しかつ凹凸部を有する第１のロック部材と、前記第２の機器側から水平方向に延在しかつ凹凸部を有する第２のロック部材とからなるロック機構を有し、当該ロック機構は、前記第１のロック部材の凹凸部と前記第２のロック部材の凹凸部が水平方向に沿って互いに嵌合することにより、前記第１のロック部材と前記第２のロック部材が前記免震配管の軸方向に拘束されると共に、前記軸方向と直交する方向については摺動可能に構成したことを特徴とする免震構造。
前記凹凸部がノコギリ歯状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の免震構造。
前記免震配管は、一対のフランジの対向面に配置された円筒状の可撓管と、前記可撓管の内部に設けられたフレキシブル導体と、前記可撓管の外部で前記フランジの対向面をつなぐように配され、かつ前記可撓管を拘束するロッドと、当該ロッドを前記フランジに固定する前記ロック機構とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の免震構造。
前記ロッドの一端を前記ロック機構とし、他端をピン結合としたことを特徴とする請求項３記載の免震構造。