JPH10321047A

JPH10321047A - 高張力線材、それを用いた軽量低弛度架空電線

Info

Publication number: JPH10321047A
Application number: JP12737997A
Authority: JP
Inventors: Takeo Munakata; 武男宗像; Hideo Tomose; 秀夫伴瀬; Atsushi Higashiura; 厚東浦; Jiro Hiroishi; 治郎廣石
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で、強度特性が優れ、高温下でも弛度増
加が抑制される高張力線材と、それを用いた軽量低弛度
架空電線を提供する。【解決手段】本発明の高張力線材Ａは、ＰＢＯ繊維１
を強化材とし、それを埋設する樹脂２をマトリックスと
する繊維強化プラスチック複合体の線材の表面が金属導
体層３で被覆され、また軽量低弛度架空電線は前記高張
力線材の外側に複数本の導体を配置して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高張力線材とそれを
用いた軽量低弛度架空電線に関し、更に詳しくは、軽量
であり、高温下に曝されても熱膨張して伸長する度合が
少なく、更には耐候性にも優れている高張力線材と、そ
れをテンションメンバとして用いることにより、高温下
における優れた弛度抑制効果を発揮する軽量低弛度架空
電線に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から多用されている架空送電線は、
複数本の鋼線を撚り合わせた鋼心をテンションメンバと
し、その外側に例えばＡｌやＡｌ合金から成る送電線を
撚り合わせて配置した構造になっている。そして全体を
鉄塔間に高張力で張り渡して送電線路が形成される。と
ころで、架空送電線の場合、負荷電流を増大させること
により送電容量は増加する。したがって、送電容量を増
加させるためには、架空送電線に大電流を送電すること
が必要になってくる。

【０００３】しかしながら、上記した鋼心Ａｌ撚線の場
合、鋼心の線膨張係数は正の値であるので、負荷電流の
増加に伴う電線温度の上昇や、気候や気象条件の変動に
基づく温度上昇などにより、鋼心は熱膨張して線長が長
くなり、架空送電線の垂れ下がりが引き起こされる。し
かも、鋼心の単位長さ当りの重量は大きいので、鋼心Ａ
ｌ撚線それ自体が垂れ下がりやすいものになっている。

【０００４】このようなことから、鋼心Ａｌ撚線の場
合、架線時に、温度上昇に伴う弛度増加分を予め見込ん
で架線作業を行うか、または充分に高い鉄塔を建設する
などの処置を施すことが必要になり、そのため、その架
線・建設コストが上昇するという問題が起こってくる。
上記した鋼心に代えて、例えば、炭素繊維を強化材と
し、各種の樹脂をマトリックスとして成る繊維強化プラ
スチック複合体の線材をテンションメンバに使用した電
線が知られている。

【０００５】一般に上記したような線材は、比重の小さ
い材料で構成されているので軽量であり、線膨張係数は
さほど大きくなく、また高張力特性を備えた素材であ
る。しかしながら、このような線材をテンションメンバ
にしても、得られた架空送電線全体の線膨張係数は１８
×１０^-6／℃程度の値を示し、電線温度が上昇するにつ
れて弛度は大きくなってくる。

【０００６】また、分担張力がテンションメンバに１０
０％移行する遷移点温度以上に温度上昇したときであっ
ても、ＦＲＰ線材（テンションメンバ）の伸びが生ずる
ので、温度上昇に伴って架空送電線の弛度は大きくなっ
てくる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のテンシ
ョンメンバにおける上記した問題を解決し、高張力特性
を備え、軽量であり、また高温環境下においても熱膨張
に基づく伸長は起こらず、かつ変質もしない高張力線材
と、それを用いた軽量低弛度架空電線の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、ポリパラフェニレンベンゾ
ビスオキサゾール繊維を強化材とし、前記ポリパラフェ
ニレンベンゾビスオキサゾール繊維を埋設する樹脂をマ
トリックスとする繊維強化プラスチック複合体の線材の
表面が金属導体層で被覆されていることを特徴とする高
張力線材が提供され、また、前記高張力線材の外側に、
少なくとも１本の導体を配置して成る軽量低弛度架空電
線が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、高張力線材について説明す
る。この高張力線材Ａは、図１で示したように、ポリパ
ラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（poly(p-phe
nylene-2,6-benzobisoxazol)fiber 、以下、ＰＢＯ繊維
という）１を強化材とし、それを埋設する樹脂２をマト
リックスとして成る繊維強化プラスチック複合体と、そ
の外側を被覆する金属導体層３で構成されている。

【００１０】強化材であるＰＢＯ繊維は、次式：

【００１１】

【化１】

【００１２】を繰り返し単位とするポリパラフェニレン
ベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維である。こ
のＰＢＯ繊維は、引張強度（Ｔｓ）が5.５０ＧＰａ、弾
性率（Ｅ）が２８0.０ＧＰａ、融点が６００〜６５０
℃、酸素指数が５０〜５５、密度（ρ）が1.５６ｇ／ｃ
ｍ³、線膨張係数（α）が−６×１０^-6／℃程度であっ
て、高強度、高弾性であり、耐熱性と難燃性が優れ、し
かも軽量である。そして、線膨張係数は負の値であるた
め、温度上昇に伴い熱収縮するという性質を備えてい
る。

【００１３】このＰＢＯ繊維１を埋設するマトリックス
樹脂２としては、その樹脂を硬化したときの硬化物が適
正な強度特性を有し、また、本発明の高張力線材をテン
ションメンバとして用いて製造した架空送電線の実働時
に起こる温度上昇を受けても熱融解や熱分解しないよう
な耐熱性を備え、更にはＰＢＯ繊維との濡れ性も良好で
あるものを使用することが好ましい。具体的には、例え
ばポリイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、エポ
キシ樹脂、ビスマレイド樹脂などを好適例としてあげる
ことができる。とくに、ポリイミド樹脂が好適である。

【００１４】ところで、強化材であるＰＢＯ繊維は、紫
外線照射を受けると、強度特性、とりわけ引張強度が経
時的に低下して抗張力性が損なわれる。ＰＢＯ繊維のこ
の弱点を克服するため、本発明の高張力線材はＰＢＯ繊
維とマトリックス樹脂とから成る繊維強化プラスチック
複合体の表面が金属導体層３で被覆されることにより、
当該導体層で光を遮断してＰＢＯ繊維の光劣化を防止し
ている。また、この金属導体層３を設けることにより、
例えば、何らかの外力を受けた場合でも、その外力によ
ってＰＢＯ繊維やマトリックス樹脂が機械的な損傷を受
けることを防止している。

【００１５】このような保護層として機能する金属導体
層３は、比重が小さく軽量であり、耐候性も適切であ
り、また比較的軟質で展延性が良好な材料が使用され
る。具体的には、Ａｌ単体やＡｌ合金；Ｃｕ単位やＣｕ
合金；Ｚｎ単体やＺｎ合金などを好適例としてあげるこ
とができる。とくに、ＡｌまたはＡｌ合金が好適であ
る。

【００１６】そして、ＰＢＯ繊維１とマトリックス樹脂
２の接触界面、およびマトリックス樹脂２と金属導体槽
３の内壁３ａとの接触界面は、いずれも、焼付け一体化
していて、互いに遊動することがない状態で密着してい
る。ところで、この高張力線材Ａにおいては、ＰＢＯ繊
維１は温度上昇に伴って繊維長方向に熱収縮する。しか
しながら、マトリックス樹脂２や金属導体層３の材料は
いずれも線膨張係数が正の値であるため温度上昇に伴っ
て熱膨張する。

【００１７】例えば、マトリックス樹脂２が前記したポ
イリイミド樹脂である場合には、その線膨張係数は、概
ね、１５×１０^-6／℃程度の値であり、また金属導体層
３がＡｌ合金から成る場合、Ａｌ合金の線膨張係数は２
３×１０^-6／℃程度の値である。したがって、この高張
力線材Ａの熱伸縮問題を考えた場合、温度上昇が起こる
と、ＰＢＯ繊維１では熱収縮挙動が進行し、逆にマトリ
ックス樹脂２との金属導体層３では熱膨張挙動が進行す
ることになる。そのため、高張力線材Ａは、全体とし
て、各構成要素の存在割合で規定されるある値の線膨張
係数（等価膨張係数）を示すことになり、その値に対応
した量の熱伸縮が起こる。

【００１８】この高張力線材を送電線のテンションメン
バとして使用する場合、送電線への負荷電流が増加して
電線温度が上昇したときであっても、上記した等価線膨
張係数が小さければ、弛度増加は抑制されることにな
る。一方、テンションメンバとしては、適正な強度特
性、とりわけ適正な引張強度を備えることが必要であ
る。

【００１９】その場合、線材の強度特性は、ＰＢＯ繊維
とマトリックス樹脂とから成る繊維強化プラスチック複
合体とその外側に位置する金属導体層のそれぞれの強度
特性によって規定される。しかし、線材を実際に製造す
る場合には、金属導体層の厚みを大幅に変動させること
はできないので、線材全体の強度特性の変動は、事実
上、前記繊維強化マトリックス複合体の強度特性の変動
によって律せられることになる。そして、繊維強化マト
リックス複合体の強度特性は、それを構成するＰＢＯ繊
維とマトリックス樹脂の相互密着性の程度も影響する
が、基本的には、ＰＢＯ繊維の存在割合によって規定さ
れる。

【００２０】高温下における弛度抑制効果と上記した強
度特性とのバランスを考慮すると、この高張力線材にお
いては、ＰＢＯ繊維１の体積占有率を１５〜７０％に設
定することが好ましい。したがって、金属導体層３の厚
みは、その体積占有率が２０〜７５％になるような厚み
であることが好ましいことになる。ＰＢＯ繊維の体積占
有率が１５％より小さくなると、前記した繊維強化プラ
スチック複合体、ひいては線材全体の強度特性、とりわ
け引張強度が低下して、テンションメンバとして実使用
したときに不安が生じてくるとともに、ＰＢＯ繊維の量
が少ないため、線材全体の等価線膨張係数を低減化する
という効果が充分に発揮されないようになる。また、Ｐ
ＢＯ繊維の体積占有率が７０％より大きくなると、架空
電線製造時におけるコストアップを招くのであまり好ま
しくない。

【００２１】とくに、ＰＢＯ繊維の体積占有率を３０〜
５０％にした線材は、強度特性、高温下における弛度抑
制効果のいずれもが良好で、バランスのとれたテンショ
ンメンバとして有用である。この高張力線材Ａは例えば
次のようにして製造することができる。まず、アンコイ
ラからＰＢＯ繊維を送り出し、これら繊維を撚り合わせ
て所定太さの繊維集束体にする。ついで、この繊維集束
体を、液状のマトリックス樹脂の中に通して当該マトリ
ックス樹脂を繊維集束体に含浸させる。このとき、ＰＢ
Ｏ繊維の集束本数とマトリックス樹脂の含浸量を調整す
ることにより、得られる繊維強化プラスチック複合体に
おけるそれぞれの体積占有率が調整されることになる。

【００２２】樹脂含浸後、所定口径のダイスに通して余
着樹脂を除去すると同時に、線径を決める。ついで、こ
の線材をコンフォームに導入して当該線材の外側を所定
の内径と、肉厚を有する例えばＡｌ合金管で被覆して、
所定の外径、断面形状に成形する。そして、最後に、成
形された金属被覆線材を加熱装置に導入し、そこでマト
リックス樹脂で熱硬化し、最後に巻き取り装置で巻き取
る。

【００２３】ダイスによる余着樹脂の除去から加熱装置
への導入までの間、繊維集束体に含浸されたマトリック
ス樹脂はＢステージ状態、すなわち、半乾燥状態の軟ら
かい状態に維持される。液状のまま（Ｃステージ状態）
では成形装置を通過するときに樹脂の逆流現象が起こ
り、また、硬く硬化した状態（Ａステージ状態）では、
成形装置で所定の断面形状にすることが困難となり、成
形圧を高めたときに、硬化しているマトリックス樹脂の
破損現象などが起こるからである。

【００２４】この過程でマトリックス樹脂をＢステージ
状態に維持することにより、成形時には、金属被覆線材
を容易に所定の断面形状に成形することができると同時
に、繊維集束体とマトリックス樹脂と金属管との相互密
着状態を高めることができる。そして、この相互密着状
態を維持したまま加熱装置でマトリックス樹脂の熱硬化
が進行するので、ＰＢＯ繊維と硬化マトリックス樹脂と
の間、硬化マトリックス樹脂と金属管の内壁との間はそ
れぞれ強固に焼き付いて一体化する。

【００２５】次に、本発明の軽量低弛度架空電線につい
て説明する。図２に、本発明の軽量低弛度架空電線の１
例を示す。この電線は、図１で示した高張力線材の複数
本（図では７本）を撚り合わせてテンションメンバＢと
し、このテンションメンバＢの外側に複数本（図では２
６本）の導体４を送電線として配置し撚り合わせたもの
である。

【００２６】導体としては、従来から架空送電線の導体
として用いられているものであれば何であってもよく、
例えばアルミニウム導体やアルミニウム合金の導体など
を好適なものとしてあげることができる。この電線の場
合、テンションメンバＢは前記したように軽量でかつ高
温環境下における弛度増加を起こしづらい高張力線材Ａ
で構成されているので、従来の鋼心Ａｌ撚線に比べて著
しく軽量であり、かつ大きな負荷電流を流して電線温度
が上昇した場合であっても、大きな弛度増加を招かな
い。

【００２７】

【実施例】

実施例１東洋紡（株）製のＰＢＯ繊維（線膨張係数：−６×１０
^-6／℃）を集束し、この繊維集束体を、粘度２０poise
の未硬化ポリイミド樹脂の中に連続走行させたのち、口
径2.０ｍｍのダイスに通して余着樹脂を除去し、内径2.
０ｍｍ、肉厚0.５ｍｍのＡｌチューブに導入して成形
し、更に温度３５０℃の加熱炉に導入してポリイミド樹
脂の熱硬化を行い、図１で示した高張力線材Ａを製造し
た。線材の線径は3.０ｍｍであり、Ａｌ層の厚みは0.５
ｍｍであった。

【００２８】このとき、ＰＢＯ繊維の集束本数を変化さ
せて、線材におけるＰＢＯ繊維の体積占有率が表１で示
した値になる各種の線材にした。得られた各高張力線材
Ａにつき、引張強度（Ｔｓ）、密度（ρ）、弾性係数
（Ｅ）、導電率（εｃ）、単位長さ当りの重量（ｋｇ／
ｍ）、および等価線膨張係数（α）を測定した。その結
果を表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から明らかなように、各試料の等価線
膨張係数（α）はいずれも小さい値になっている。この
値は、従来テンションメンバとして使用されていた鋼心
のαの値が約１1.５×１０^-6／℃であることを考えると
極めて小さい値である。したがって、各試料の線材は、
高温下における線膨張は少なく、弛度増加の抑制効果に
優れている。また、単位長さ当りの重量（ｋｇ／ｍ）も
小さく、鋼心のそれが約0.００５５１ｋｇ／ｍであるこ
とを考えると、著しく軽量になっていることがわかる。

【００３１】しかし、Ｖｆ値が小さすぎると、単位長当
りの重量が増加するとともに、とりわけ引張強度の低下
が認められ、テンションメンバとして使用したときに不
安が残る。表１からすると、Ｖｆ値が１５〜７０％のと
きに、強度特性と等価線膨張係数とのバランスがとれて
いて、テンションメンバとして有用であることがわか
る。

【００３２】実施例２実施例１における試料No.４の線材を７本撚り合わせて
テンションメンバＢとし、その周囲に線径4.０ｍｍのア
ルミニウム導体を２６本配置してそれらを撚り合わせる
ことにより、図２で示した架空電線を製造した。全体の
外径と断面積は、それぞれ、２5.０ｍｍ、３３8.８ｍｍ
²である。

【００３３】得られた架空電線全体の線膨張係数、引張
強度、単位長さ当りの重量を測定し、その結果を表２に
示した。また、この架空電線について、下記の架線設計
条件下において、経間距離を３００ｍと仮定し、電線温
度が表２で示したときの温度になったときの弛度を計算
した。

【００３４】架線設計条件：最大使用張力２5.５ｋＮ、
高温季温度１５℃、高温季風圧９８１ＭＰａ、低温季温
度−１５℃、低温季風圧４９０ＭＰａ、被氷厚み６ｍ
ｍ、比重0.９。

【００３５】

【表２】表２から明らかなように、実施例電線は、従来から知ら
れている比較例電線に比べると引張強度は大きく、重量
や線膨張係数は小さい。

【００３６】そして、電線温度が上昇したときに、弛度
増加は非常に小さくなっている。すなわち、比較例電線
の場合は、常温（１５℃）から２００℃に温度上昇する
と、弛度の増加率は３3.６％程度になるが、実施例電線
の場合は１0.１％程度に抑制されている。したがって、
本発明の軽量低弛度架空電線は、従来の電線と比べて、
高温環境下における弛度増加も小さいので、鉄塔への負
担は少なくなる。逆にいえば、負荷電流を従来よりも多
く送電できる架空送電線として使用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
高張力線材は、線膨張係数が負の値を示すＰＢＯ繊維を
強化材としているので、高温環境下における弛度抑制効
果が良好であり、架空送電線のテンションメンバとして
有用である。そして、このＰＢＯ繊維の表面は金属導体
の層で被覆されているので、光劣化や機械的損傷からも
守られている。

【００３８】したがって、この抗張力線材をテンション
メンバとした架空電線は、軽量であり、かつ負荷電流の
増加による電線温度の上昇が起こっても弛度増加は少な
い。そのため、その架空送電線は鉄塔への負担を軽減す
ることができ、しかも鉄塔を低く建設することもでき
る。すなわち、逆にいえば、既設の鉄塔に本発明の軽量
低弛度電線を架線しても、当該電線に従来よりも大きな
負荷電流を流して送電容量を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高張力線材Ａを示す断面図である。

【図２】本発明の軽量低弛度架空電線を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ＰＢＯ繊維２マトリックス樹脂３金属導体層４アルミニウム導体

フロントページの続き (72)発明者廣石治郎東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾ
ール繊維を強化材とし、前記ポリパラフェニレンベンゾ
ビスオキサゾール繊維を埋設する樹脂をマトリックスと
する繊維強化プラスチック複合体の線材の表面が金属導
体層で被覆されていることを特徴とする高張力線材。
【請求項２】前記樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリベン
ゾイミダゾール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイド樹脂
の群から選ばれるいずれか１種である請求項１の高張力
線材。
【請求項３】前記金属導体層が、アルミニウム系、銅
系、亜鉛系の群から選ばれる少なくとも１種の材料から
成る請求項１の高張力線材。
【請求項４】前記ポリパラフェニレンベンゾビスオキ
サゾール繊維の体積占有率が１５〜７０％である請求項
１の高張力線材。
【請求項５】請求項１の高張力線材の外側に、複数本
の導体を撚合配置して成ることを特徴とする軽量低弛度
架空電線。
【請求項６】前記導体が、アルミニウム、アルミニウ
ム合金から成る請求項５の軽量低弛度架空電線。