JP5954811B2 - ちょう架給電線保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力の架空送電線などをちょう架するちょう架給電線保護方法に係り、特にちょう架給電線の支持部において、過大な曲げ応力による損傷・断線を防止するためのちょう架給電線保護方法に関するものである。なお、ここで、ちょう架給電線とは給電のために支持部材によって吊り下げられた状態にある給電線をいい、メッセンジャワイヤとしてのちょう架線を意味するものではない。

従来、ちょう架給電線は支持部材に１点で支持するようにしていた（下記特許文献１，２参照）。

特許第３３３２８１５号公報 特開２００９−１２４８８２号公報

しかしながら、従来のちょう架給電線保護方法では、地震時や強風時にちょう架給電線が振動することにより、ちょう架給電線の支持部において曲げ応力が過大になり、ちょう架給電線が損傷・断線するなどの問題があった。

また、地震時や強風時、列車通過時の振動によって、ちょう架給電線の支持部において振動疲労が蓄積し、ちょう架給電線の損傷・断線などによりちょう架給電線の寿命が短くなるといった問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、ちょう架給電線の支持部における曲げ応力を低減させることができるちょう架給電線保護方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ちょう架給電線の支持点から所定距離の範囲のみに前記ちょう架給電線の外層として剛性の高いラインガードを巻き付けて、前記支持点から所定距離の範囲の曲げ剛性を増加させることにより、前記ちょう架給電線自体に生じる曲げ応力を低減するちょう架給電線保護方法であって、前記ちょう架給電線は硬アルミニウムより線であり、前記ラインガードはアルミニウム覆鋼線であり、前記支持点からの前記アルミニウム覆鋼線の所定距離を支持点から前後１ｍ計２ｍに設定することにより、前記ラインガードを巻き付けた時、前記ちょう架給電線自体の曲げ剛性が硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ３．５ｍｍの１５本構成の場合７．６倍、硬アルミニウムより線３００ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ４．５ｍｍの１６本構成の場合７．１倍となるように構成することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のちょう架給電線保護方法において、前記アルミニウム覆鋼線の線径と同じであるラインガードの厚さが３．５ｍｍまたは４．５ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、地震時や強風時におけるちょう架給電線の曲げ応力を低減して、ちょう架給電線の損傷・断線などを防止することにより、停電を回避し、電気鉄道の安全性・安定性の向上を図ることができる。

また、地震時や強風時、列車通過時の振動によるちょう架給電線の振動疲労を軽減し、設備の長寿命化を図ることにより、保全の効率化、設備の信頼性の向上を図ることができる。

本発明に係るラインガードを取り付けたちょう架給電線を示す模式図である。 ちょう架給電線の外層にラインガードとして鋼を付加した断面モデルを示す図である。 ラインガードの厚さと全体曲げ剛性との関係を示す図である。 ラインガードの厚さと全体曲げ剛性の増加倍率との関係を示す図である。 本発明に係るラインガードを取り付けたちょう架給電線の解析モデルを示す図である。 支持点付近のみの曲げ剛性を増加させた場合のちょう架給電線（硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² ）曲げ変形を示す図である。 支持点付近のみの曲げ剛性を増加させた場合のちょう架給電線（硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² ）曲げモーメント分布を示す図である。 支持点付近のみの曲げ剛性を増加させた場合のちょう架給電線（硬アルミニウムより線３００ｍｍ² ）曲げモーメント分布を示す図である。 本発明の実施例を示す適用電線（硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² ）およびラインガード（アルミニウム覆鋼線）の構成図である。 本発明の実施例を示す適用電線（硬アルミニウムより線３００ｍｍ² ）およびラインガード（アルミニウム覆鋼線）の構成図である。

本発明のちょう架給電線保護方法は、ちょう架給電線の支持点から所定距離の範囲のみに前記ちょう架給電線の外層として剛性の高いラインガードを巻き付けて、前記支持点から所定距離の範囲の曲げ剛性を増加させることにより、前記ちょう架給電線自体に生じる曲げ応力を低減するちょう架給電線保護方法であって、前記ちょう架給電線は硬アルミニウムより線であり、前記ラインガードはアルミニウム覆鋼線であり、前記支持点からの前記アルミニウム覆鋼線の所定距離を支持点から前後１ｍ計２ｍに設定することにより、前記ラインガードを巻き付けた時、前記ちょう架給電線自体の曲げ剛性が硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ３．５ｍｍの１５本構成の場合７．６倍、硬アルミニウムより線３００ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ４．５ｍｍの１６本構成の場合７．１倍となるように構成する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

従来、ちょう架給電線が単に支持部材により１点で支持されていたのに対して、本発明においては、支持点を中心として所定距離を有するラインガードをちょう架給電線の外層とすることにより、ちょう架給電線の支持部において曲げ応力を低減させることができる。

図１は本発明に係るラインガードを取り付けたちょう架給電線を示す模式図、図２はそのちょう架給電線の外層にラインガードとして鋼を付加した断面モデルを示す図である。

これらの図において、１はちょう架給電線（例えば、硬アルミニウムより線からなるＡＴ保護線、き電線）である適用電線、２は支持点３を中心として所定距離だけ適用電線１に巻付けられるラインガード（例えば、鋼）である。なお、図２において、ｒは適用電線１の半径、ｔはラインガード２の厚さを示している。

ここでは、より線の合計断面積が等しい単線を仮定する（断面積等価モデル）。この場合の曲げ剛性は次式で表される。

内心の断面二次モーメント：Ｉ₁ ＝πｒ⁴ ／４
外層の断面二次モーメント：Ｉ₂ ＝π〔（ｒ＋ｔ）⁴ −ｒ⁴ 〕／４
合計の曲げ剛性：ＥＩ＝Ｅ₁ ×Ｉ₁ ＋Ｅ₂ ×Ｉ₂
次に、上記したように、ＡＴ保護線やき電線などの適用電線１としてのちょう架給電線が過大な曲げ応力により支持点３で断線することを防止するため、適用電線１の支持点３の箇所にラインガード２を取り付けた場合の曲げ応力緩和効果について説明する。ラインガード２は、適用電線１の外層に鋼を付加する構造とする。

そこで、曲げ剛性の計算例について説明する。

図３にラインガードの厚さと全体曲げ剛性との関係を、図４にそのラインガードの厚さと全体曲げ剛性の増加倍率との関係を示す。ただし、以下の定数を用いて計算した。

ＨＡＬ（硬アルミニウムより線）１５０ｍｍ² の場合：断面積１．５２８×１０^-4ｍ² ，単線と仮定したときの等価半径ｒ＝０．６９７×１０^-2ｍ
ＨＡＬ３００ｍｍ² の場合：断面積２．９７６×１０^-4ｍ² ，単線と仮定したときの等価半径ｒ＝０．９７３×１０^-2ｍ
アルミニウムの縦弾性係数：０．６２×１０¹¹Ｎ／ｍ²
ラインガードに用いる鋼の縦弾性係数：１．９６×１０¹¹Ｎ／ｍ²
このように、適用電線１の支持部３付近のみにおいて、適用電線１の外層として剛性の高い鋼線からなるラインガード２を巻き付けて、当該部分の曲げ剛性を増加させることにより、適用電線１自体の最大曲げ応力を低減する。この時、ラインガード２の曲げ剛性が適用電線１の曲げ剛性と張力に応じて算出される適切な曲げ剛性となるように、ラインガード２としての鋼線の素線の径や構成本数を設定する。

以下、ラインガードを有するちょう架給電線に張力が作用した梁モデルによる解析について説明する。

図５に示すように、ｘ＝−Ｓ，Ｓで単純支持した張力の作用する梁モデルを考える。適用電線１としてのちょう架給電線のｘ＝−Ｌ〜Ｌの区間において、ラインガード２を付加することによって曲げ剛性を増加させるようにしている。ここで、ｘ＝０において支持点３でちょう架されて支持される場合の上向きにＦの力を加えたときの曲げ変形を求める。

ちょう架給電線を、張力の作用する梁と仮定し、境界条件を用いれば各部の変位・曲げモーメントを求めることができる。

次に、曲げモーメントの計算例について説明する。

Ｓ＝５０ｍ，Ｌ＝１ｍの条件で、支持点３付近の曲げ剛性を増加させたときの計算結果を以下に示す。ただし、作用力Ｆは単位力（１Ｎ）である。適用電線の種類と諸元は、次の通りである。
（１）ＡＴ保護線：ＨＡＬ１５０ｍｍ² ，張力：１．６７×１０³ Ｎ，曲げ剛性：１．０×１０² Ｎｍ²
（２）き電線：ＨＡＬ３００ｍｍ² ，張力：３．９２×１０³ Ｎ，曲げ剛性：２．６×１０² Ｎｍ²
図６に支持点付近のみの曲げ剛性を増加させた場合のＨＡＬ１５０ｍｍ² の曲げ変位を示す。また、図７，８に、それぞれ、支持点付近のみの曲げ剛性を増加させた場合のＨＡＬ１５０ｍｍ² およびＨＡＬ３００ｍｍ² の曲げモーメント分布を示す。

支持点３付近の曲げ剛性増加倍率が小さい場合は、支持点３での曲げモーメントが最も高く、支持点３付近の曲げ剛性増加倍率を十分大きくすると、ラインガード２の端部（支持点３からの距離１．０ｍ）の曲げモーメントが最も高くなることが分かる。この場合、これらの曲げモーメントはラインガード２を取り付けない場合と同じ値となる。したがって、曲げモーメントを効果的に低減するためには最適値が存在し、これらの場合おおよそ７倍強程度である。また、図４を参照すると、ラインガード２としての鋼の厚さは２ｍｍ程度となり、その場合の最大曲げモーメントは、ラインガード２を設けない場合の１／２になることがわかる。

したがって、ラインガード２による曲げ剛性増加倍率を７倍強程度にすることにより、適用電線１の曲げモーメントを、ラインガード２を取り付けない場合の約１／２に軽減できることが期待される。

図９は本発明の実施例を示す適用電線（硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² ）およびラインガード（アルミニウム覆鋼線）の構成図であり、図９（ａ）はアルミニウム覆鋼線の素線を数本接着したラインガードの構成部材を示す図、図９（ｂ）は適用電線にラインガードを巻き付けた状態を示す正面図、図９（ｃ）はラインガードとして線径φ３．５０ｍｍのアルミニウム覆鋼線を用いた場合における図９（ｂ）のＡ−Ａ′線拡大断面図、図９（ｄ）はラインガードとして線径φ４．５０ｍｍのアルミニウム覆鋼線を用いた場合における図９（ｂ）のＡ−Ａ′線拡大断面図、図９（ｅ）はラインガードとして線径φ５．００ｍｍのアルミニウム覆鋼線を用いた場合における図９（ｂ）のＡ−Ａ′線拡大断面図である。これらのラインガードの仕様は表１に示す通りである。

これらの図において、１０は適用電線、１１はアルミニウム覆鋼線の素線を数本接着したラインガードの構成部材、１２はラインガード、１３は端末ゴムコーティング、１４は中央色マークである。

ここでは、適用電線が硬アルミニウムより線であることから、ラインガードの素線はアルミニウム覆鋼線を用いることにしている。

図９（ａ）に示したラインガードとしてのアルミニウム覆鋼の素線１１の端末には端末ゴムコーティング１３が、中央には中央色マーク１４が設けられている。したがって、中央色マーク１４を適用電線の支持部に位置決めして適用電線１０に巻き付けて、端末ゴムコーティング１３でアルミニウム覆鋼の素線１１の端末部分が適用電線１０に傷を付けることを防止できる。なお、複数本の素線１１を撚ってラインガード１２とする際、素線１１に形成される螺旋内面には研削材（摩擦増加材）を塗布するようにしている。

図１０は本発明の実施例を示す適用電線（硬アルミニウムより線３００ｍｍ² ）およびラインガード（アルミニウム覆鋼線）の構成図であり、適用電線の線径が異なる点以外は図９と同様の構成となっている。また、これらのラインガードの仕様は表２に示す通りである。

表３に適用電線であるＨＡＬの断面積１５０ｍｍ² と３００ｍｍ² の曲げ剛性の算出表が示されている。

表４に適用電線であるＨＡＬの断面積１５０ｍｍ² と３００ｍｍ² へラインガードが設けられた場合のラインガードの曲げ剛性の算出表が示されている。ラインガードを構成するアルミニウム覆鋼の素線のアルミニウム部分を除外した鋼心部のみの計算値である。

表３および表４において、断面２次モーメントの値はＣＡＤ作成図形を構造解析ソフトで算出したものである。表５に適用電線であるＨＡＬの断面積１５０ｍｍ² と３００ｍｍ² ＋ラインガードの曲げ剛性の算出表が示されている。

これらから、曲げ剛性増加率を７倍強程度にするためには、ＨＡＬ１５０ｍｍ² ではアルミニウム覆鋼線φ３．５ｍｍの１５本構成（７．６倍）、ＨＡＬ３００ｍｍ² ではφ４．５ｍｍの１６本構成（７．１倍）が適当と考えられる。

なお、上記実施例では、硬アルミニウムより線にアルミニウム被覆鋼線を巻き付ける例について述べたが、これに限定されるものではなく、硬銅より線に銅被覆鋼線を巻き付けるようにように構成してもよい。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のちょう架給電線保護方法は、ちょう架給電線の支持部において曲げ応力を低減させることができるちょう架給電線保護方法として利用可能である。

１，１０ 適用電線（ちょう架給電線）
２，１２ ラインガード
３ 支持点
１１ アルミニウム覆鋼線の素線を数本接着したラインガードの構成部材
１３ 端末ゴムコーティング
１４ 中央色マーク

Claims (2)

1. ちょう架給電線の支持点から所定距離の範囲のみに前記ちょう架給電線の外層として剛性の高いラインガードを巻き付けて、前記支持点から所定距離の範囲の曲げ剛性を増加させることにより、前記ちょう架給電線自体に生じる曲げ応力を低減するちょう架給電線保護方法であって、前記ちょう架給電線は硬アルミニウムより線であり、前記ラインガードはアルミニウム覆鋼線であり、前記支持点からの前記アルミニウム覆鋼線の所定距離を支持点から前後１ｍ計２ｍに設定することにより、前記ラインガードを巻き付けた時、前記ちょう架給電線自体の曲げ剛性が硬アルミニウムより線１５０ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ３．５ｍｍの１５本構成の場合７．６倍、硬アルミニウムより線３００ｍｍ² では、アルミニウム覆鋼線φ４．５ｍｍの１６本構成の場合７．１倍となるように構成することを特徴とするちょう架給電線保護方法。
2. 請求項１記載のちょう架給電線保護方法において、前記アルミニウム覆鋼線の線径と同じであるラインガードの厚さが３．５ｍｍまたは４．５ｍｍであることを特徴とするちょう架給電線保護方法。

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