WO2000075629A1 - Procede permettant de determiner la resistance thermique et ligne electrique - Google Patents

Procede permettant de determiner la resistance thermique et ligne electrique Download PDF

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Masanori Isozaki
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    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining thermal resistance of a transmission line.
  • the thermal tolerance of conventional overhead transmission lines that is, the maximum operating temperature, is determined based on the thermal degradation characteristics of the materials that make up the transmission lines. For example, in the case of hard-wired strands (HA1), do as follows.
  • the aluminum alloy that composes the transmission line is annealed at various temperatures for 1 hour, and the relationship between each temperature condition and tensile strength is examined and plotted (Fig. 5).
  • heating is performed under several temperature conditions.
  • the heat history is given to the aluminum alloy by changing the time, and the relationship between the heating time and the tensile strength is examined and graphed (Fig. 6).
  • the “residual strength” in each figure indicates the ratio of the unheated material to the tensile strength.
  • the temperature and the heating time at which the tensile strength of the aluminum alloy becomes 90% and the heating time are defined as the life, and the heating temperature and the heating time at which the material strength becomes 90% are obtained from the graphs of FIGS.
  • the Arrhenius relationship (ln (t) «: ln (l / T) t: heating time (hr), T: heating temperature (k))
  • an Arrhenius diagram is drawn from these two points. It becomes the graph of 7. From this figure, it is found that the allowable temperature of the electric wire for any use time is derived, and in this example, the heat resistance temperature is about 80 ° C for 36 years of use.
  • a main object of the present invention is to provide a method for determining a heat resistance of a transmission line, which can more accurately determine the heat resistance of the transmission line according to the state of each transmission line. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made to achieve the above-mentioned object, and the feature of the present invention is that a wire sample is taken from an operation line, and a heat history including a plurality of temperatures is given to the sample to provide a wire temperature, a heating time, and a residual strength.
  • the purpose of this study is to determine the correlation between the evaluation criteria and determine the working temperature of the operating line based on this correlation.
  • Evaluation criteria for residual strength include tensile load, vibration fatigue limit stress, and creep amount.
  • the evaluation criteria for the residual strength be at least the tensile load and the vibration fatigue limit stress, and that the lowest temperature among the operating temperatures determined based on each evaluation standard be the operating temperature of the operating electric wire.
  • the temperature of the thermal history is a continuous permit under the provisions of the overhead power transmission regulations (J EAC 6001-1993). It is desirable to have a plurality of temperatures with a temperature difference of 20% or more of this allowable temperature, centered on the value of 150% of the storage temperature. In particular, it is preferable to set the temperature condition to 3 or more, since the thermal proof stress can be determined more accurately.
  • the following may be performed.
  • a wire sample is taken from the operating line, and a thermal history consisting of multiple temperatures is given to this sample to determine the correlation between the wire temperature, heating time, and evaluation criteria for residual strength.
  • the target operating temperature is set, and the distribution of the wire temperature and the generation time of the temperature at the allowable current corresponding to the target temperature is obtained based on the weather conditions around the operating line.
  • the degree of deterioration of the evaluation standard of the residual strength at each temperature is derived from the distribution result and the correlation, and it is determined whether or not operation at the target use temperature is possible from the result of accumulating the degree of deterioration at all temperatures. I do.
  • Figure 1 is a graph showing the relationship between the heating time and the strength reduction rate in the thermal history of the removed electric wire as a sample.
  • Fig. 2 is a graph obtained from the graph of Fig. 1 so that the correlation between the wire temperature, heating time and tensile strength characteristics is linear.
  • Figure 3 is a graph showing the relationship between wire temperature and the time at which the temperature occurs.
  • Figure 4 is a graph showing the relationship between the constant transmission capacity and the residual strength factor.
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between annealing temperature and tensile strength.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the heating time and the tensile strength.
  • FIG. 7 is a graph of an Arrhenius diagram showing the relationship between temperature and annealing time.
  • the temperature conditions of the heat history were 100, 120, 140, 160 and 180, and the heating time at each temperature was 50, 100, 200, 400 and 800 hours.
  • This temperature condition is based on the value of 150% of the continuous allowable temperature in the overhead power transmission regulations UEAC 6001-1993), and more accurate strength characteristics can be obtained if there are multiple temperatures with a temperature difference of 20% or more of this allowable temperature. Can be requested.
  • the continuous allowable temperature of the ACSR in this example is 90. It is desirable that the heating time be long, but considering the temperature control of the heating furnace, etc., it is practical to be about 1,000 hours or less.
  • Fig. 1 shows a graph of this strength characteristic.
  • the “decrease rate” on the vertical axis represents 100 X (strength before heating-strength after heating) strength before heating.
  • a graph of the correlation between wire temperature, heating time, and tensile strength characteristics is created based on the graph in Fig. 1 (see Fig. 2).
  • the vertical axis is The “residual strength rate” is shown, and the horizontal axis is “thermal history exp ⁇ A ⁇ T—B + C ⁇ ln (h) ⁇ : T is the wire temperature (° C), h is the heating time (hrs). Find the constants A, B, and C so that the relationship is linear.
  • “Residual strength ratio” is the percentage of post-heating strength to pre-heating strength, in other words, “100 percent reduction”.
  • the residual strength rate in the graph of FIG. 2 is not the residual strength rate of the aluminum strand itself, but a residual strength rate converted to a stranded wire strength. This conversion is performed by multiplying the residual strength ratio of the aluminum wire by X / (X + Y), where X is the strength of the aluminum wire constituting the ACSR without thermal history and Y is the same strength of the steel wire. .
  • the correlation between the wire temperature, the heating time and the tensile strength characteristics can be obtained, so if an arbitrary temperature and time are substituted in the equation “exp ⁇ 0.047 ⁇ T – 6.1 + 0.35 ⁇ ln (h) ⁇ ”, From the graph in Fig. 2, the residual strength ratio under that condition can be obtained. For example, if the residual strength ratio is 90% and the service life is 36 years (315,360 hours), the maximum operating temperature under these conditions can be obtained.
  • the operating temperature is determined in consideration of the thermal degradation of the specific line that has received the thermal history.
  • the wire temperature does not always reach the maximum operating temperature during the entire operation. Therefore, the heat resistance is determined by taking the following environmental conditions into account more accurately.
  • the target operating temperature here, 105 ° C
  • the allowable current capacity here, 119% of the conventional value
  • the distribution of the wire temperature and the time at which the current occurs when this current is applied is calculated. Predict.
  • weather data temperature, wind speed, solar radiation
  • Figure 3 shows the distribution draft of the wire temperature. As shown in this graph, it can be seen that the time when the wire temperature is about 40 ° C is the longest, and the time when the wire temperature is below 10 ° C or above 80 ° C is very short.
  • each temperature for example, in increments of 1 ° C
  • its generation time can be expressed by the expression “exp ⁇ 0.047 ⁇ T—6.1 + 0.35 ⁇ ln (h) ⁇ ] ”and calculate the residual strength ratio at each temperature.
  • the residual strength ratio is calculated for all temperatures, and the final residual strength ratio is obtained by accumulating the residual strength ratio for each temperature. If the final residual strength factor does not fall below the safety factor of 2.5 in the “Ministerial Ordinance on Technical Standards for Electrical Equipment”, it can be understood that operation at the target operating temperature is possible. Conversely, if a temperature as close as possible to the safety factor of 2.5 is determined by the same procedure as above, that temperature will be the operating temperature of the overhead transmission line with the highest availability.
  • the method for determining thermal resistance according to the present invention is useful for determining the thermal resistance according to a line of an operating line that has undergone thermal history, using the wire as a sample.
  • it is suitable for predicting the distribution of the wire temperature and the time of occurrence of the temperature in consideration of the surrounding environment of the operation line, and determining the thermal resistance together with the prediction results.

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Description

明 細 書
送電線の熱耐カ決定方法 技術分野
本発明は、 送電線の熱耐カ決定方法に関するものである。 背景技術
従来の架空送電線の熱耐力、 すなわち最高使用温度の決定は、 送電 線を構成する材料の熱劣化特性に基づいて行っている。 例えば、 硬ァ リレミより線 （HA1) の場合、 次のように行う。
まず、 送電線を構成するアルミニウム合金を種々の温度で 1 時間焼 鈍し、 各温度条件と引張り強度の関係を調べてグラフにする （図 5 ) , 次に、 いくつかの温度条件において、 加熱時間を変えてアルミニウム 合金に熱履歴を与え、 加熱時間と引張り強度との関係を調べてグラフ にする （図 6 ) 。 各図における 「残存強度」 とは加熱していない材料 の引張り強度に対する比率を示している。
ここで、 アルミニウム合金の引張り強度が 90%になる温度と加熱 時間を寿命とし、 図 5および図 6のグラフより材料強度が 90%とな る加熱温度と加熱時間を求める。 これにァレニウスの関係 （ln(t)«: ln(l/T) t : 加熱時間（hr)、 T : 加熱温度（k)) を用いて、 この 2点よ りァレニウス線図を描く と図 7 のグラフとなる。 この図より、 任意の 使用時間に対する電線の許容温度が導かれ、 この例では 36年の使用 に対して約 80°Cの耐熱温度となることがわかる。
しかし、 このような決定手法では、 新品の送電線試料をもとに熱耐 力を判断しているのと同じで、 個々の送電線路の送電状況や気象条件 を考慮して熱耐カを決定しているわけではない。 そのため、 かなり安 全度を大きく見た決定手法となっており、 周囲の環境も一律に最悪条 件である気温 40°C、 風速 0. 5m/s ec、 日射量 0. l w/cm2を想定して判断 している。 その結果、 実際はまだ十分使える送電線を熱耐カ寿命が尽 きたと判断して撤去 · 交換することがあった。 また、 上記の従来手法 で判断した熱耐力より も実際の送電線の熱耐力がより大きかった場合 送電容量を増加してより効率的に送電を行う ことが可能となる。
従って、 本発明の主目的は、 各送電線路の状況に応じて送電線の熱 耐カをより正確に判断できる熱耐カ決定方法を提供することにある。 発明の開示
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、 その特徴は 運用線路から電線の試料を採取し、 この試料に複数の温度からなる熱 履歴を与えて電線温度、 加熱時間および残存強度の評価基準の相関関 係を求め、 この相関関係に基づいて運用電線の使用温度を決定するこ とにある。
ここで、 前記相関関係を求めるには、 複数の温度と残存強度の評価 基準との関係を求め、 この結果から 「熱履歴 exp { A · T— B + C · I n ( h ) } 」 と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数 A、 Bおよび Cを求めることが好ましい。 ここで、 Tは電線温度
( °C ) 、 hは加熱時間 （h r s ) を示す。
また、 残存強度の評価基準には、 引張り荷重、 振動疲労限応力およ びクリープ量などが挙げられる。 特に、 残存強度の評価基準を少なく とも引張り荷重および振動疲労限応力とし、 各評価基準に基づいて決 定された使用温度のうち、 最も低い温度を運用電線の使用温度とする ことが好ましい。
熱履歴の温度は、 架空送電規定（J EAC 6001 - 1 993)における連続許 容温度の 1 5 0 %の値を中心として、 この許容温度の 20 %以上の温度差 をもつ複数の温度からなることが望ましい。 特に、 温度条件を 3っ以 上とすることで、 より正確な熱耐力の決定が行えて好ましい。
そして、 運用線路の周囲の環境を考慮して使用温度を決定するには、 次のようにすれば良い。 まず、 運用線路から電線の試料を採取し、 こ の試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、 加熱時間およ び残存強度の評価基準の相関関係を求める。 次に、 目標使用温度を設 定し、 同温度に対応した許容電流における電線の温度とその温度の発 生時間の分布を運用線路の周囲の気象条件をもとに求める。 そして、 この分布結果と前記相関関係から各温度における残存強度の評価基準 の劣化程度を導き、 全ての温度についての劣化程度を累算した結果か ら目標使用温度での運用が可能かどうかを判断する。 このような判断 方法を用いれば、 各運用線路の環境条件に応じた最適使用温度を求め ることができる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 撤去電線を試料とした熱履歴における加熱時間と強度低下 率の関係を示すグラフである。 図 2は、 図 1 のグラフをもとに電線温 度、 加熱時間および引張り強度特性の相関関係が直線状となるように 求めたグラフである。 図 3は、 電線温度とその温度の発生時間との関 係を示すグラフである。 図 4は、 常時送電容量と残存強度率との関係 を示すグラフである。 図 5は、 焼鈍温度と引張り強度の関係を示すグ ラフである。 図 6は、 加熱時間と引張り強度との関係を示すグラフで ある。 図 7は、 温度と焼きなまし時間の関係を示すァレニウス線図の グラフである。 発明を実施するための最良の形態
本例では、 3 4年間使用した実線路の撤去線 （ACSR) を試料とし、 この線路において送電容量を従来の 119%に増加した場合でも安全に 運用可能かどうかを判断すると共に、 最も効率の良い送電容量 （最高 使用温度） を求める。 ここで言う 100%の送電容量とは、 前記従来の 技術で説明した方法により求めた最高使用温度に対応する送電容量の ことである。 なお、 この熱耐カ決定において、 残存強度の評価基準は 引張り強度を選択した。
(試料の強度特性）
まず、 撤去電線の試料を用意し、 試料におけるアルミ線と鋼線のう ちアルミ線を取り出し、 3.8πιιηφのアルミ素線に熱履歴を与え、 その 際の引張り強度を測定して強度特性の変化を調べる。
熱履歴の温度条件は、 100、 120、 140、 160、 180 の 5つとし、 各 温度での加熱時間を 50、 100、 200、 400、 800時間とした。 この温度 条件は、 架空送電規定 UEAC 6001 - 1993)における連続許容温度の 15 0%の値を中心として、 この許容温度の 20%以上の温度差をもつ複数 の温度とすればより正確な強度特性を求めることができる。 なお、 本 例の ACSRの前記連続許容温度は 90でである。 加熱時間については、 長時間とすることが望ましいが、 加熱炉の温度管理などを考えると 1 000時間程度以下が現実的である。
この強度特性のグラフを図 1 に示す。 縦軸の 「低下率」 とは、 100 X (加熱前強度一加熱後強度） 加熱前強度を表わしている。
(電線温度、 加熱時間および引張り強度特性の相関関係グラフの作 成）
次に、 図 1のグラフをもとに電線温度、 加熱時間および引張り強度 特性の相関関係のグラフを作成する （図 2参照） 。 ここでは、 縦軸を 「残存強度率」 とし、 横軸を 「熱履歴 exp {A · T— B+C · ln(h ) } ： Tは電線温度 （°C) 、 hは加熱時間 （hrs) 」 として、 両者の関係が 直線状となるように各定数 A、 Bおよび Cを求める。 「残存強度率」 とは加熱後強度の加熱前強度に対する百分率で、 言い換えれば 「100 一低下率」 のことをいう。
本例の場合、 A= 0.047、 B=6.1、 C=0.35であった。 なお、 図 2の グラフにおける残存強度率は、 アルミ素線そのものの残存強度率では なく、 より線強度に換算した残存強度率である。 この換算は、 ACSR を構成するアルミ線の熱履歴なしの強度を X、 鋼線の同強度を Yとし たとき、 アルミ素線の残存強度率に X/ (X + Y) を乗じることで行う。 以上により、 電線温度、 加熱時間および引張り強度特性の相関関係 が求められるため、 式 「exp { 0.047 · T— 6.1 + 0.35 · ln(h ) } 」 の中 に任意の温度と時間を代入すれば、 図 2のグラフよりその条件におけ る残存強度率が求められる。 また、 例えば残存強度率 90%をしきい 値とし、 耐用年数を 36年 （ 315360時間） とすれば、 この条件におけ る最高使用温度を求めることができる。
(運用電線の周囲環境を考慮した電線温度とその温度の発生時間の 分布予測）
上記の手法でも熱履歴を受けた特定線路の熱劣化状況を考慮して使 用温度を決定しているが、 運用中の全期間において電線温度が最高使 用温度になるわけではない。 そのため、 次のようにすることで、 周囲 の環境条件をより正確に考慮して熱耐力の決定を行う。
まず、 目標使用温度 （ここでは 105°C) を設定し、 その際の許容電 流容量 （ここでは従来の 119% ) を求め、 この電流通電時の電線温度 とその温度の発生時間の分布を予測する。 その際、 線路立地個所の周 囲における気象データ （気温、 風速、 日射量） を考慮する。 このよう な電線温度分布の予測方法はいくつか提案されており、 例えば 1 997 年 1 2月 5 日発行の 「電気学会技術報告 第 660号 5〜48ページ」 に記載されている。 本例では、 線路立地個所の過去 30年の気象デー 夕をもとにして電線の 34年間における温度分布を求めた。 このよう な気象データは気象台の観測値より入手できる。 電線温度の分布ダラ フを図 3に示す。 このグラフに示すように、 電線温度は 40°C程度に なる時間が最も長く、 1 0°C以下や 80°C以上になっている時間は非常 に短いことが分かる。
(最適稼働率となる送電容量の算出）
図 3のグラフから電線の温度とその発生時間が分かるので、 各温度 (例えば 1 °Cきざみごと） とその発生時間を式 「exp { 0. 047 · T— 6. 1 + 0. 35 · l n ( h ) } 」 の中に代入し、 各温度における残存強度率を計算 する。 さらに、 残存強度率の計算を全ての温度について行い、 各温度 ごとの残存強度率を累算すると最終的な残存強度率が求められる。 そ して、 この最終的な残存強度率が 「電気設備に関する技術基準を定め る省令」 における安全率 2. 5を下回らなければ、 その目標使用温度で の運用が可能であることがわかる。 逆に、 安全率 2. 5に極力近い温度 を上記と同様の手順により求めれば、 その温度が最も稼働率の良い架 空送電線の運用温度であることになる。
さらに本例では、 目標使用温度を複数設定し、 上述の手順により、 その際の各許容電流における電線温度とその温度の発生時間の分布を 予測して、 許容電流容量と残存強度率の関係を求めた （図 4 ) 。 この グラフから明らかなように、 安全率 2. 5 (残存強度率 88. 6 % ) に対応 する許容電流容量は 1 46 %となっており、 この電流容量による送電が 最適稼働率であることがわかる。 もちろん、 許容電流容量を従来の 1 1 9 %としても安全率 2. 5 を大きく下回っており、 運用上問題ないこと が確認できた。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の熱耐カ決定方法は、 熱履歴を受けた 運用線路の電線を試料として、 その線路に応じた熱耐カを決定するこ とに有用である。 特に、 運用線路の周囲環境を考慮した電線温度とそ の温度の発生時間の分布を予測し、 その予測結果も併せて熱耐カを決 定することに適している。

Claims

請求の範囲
1. 運用線路から電線の試料を採取し、 この試料に複数の温度から なる熱履歴を与えて電線温度、 加熱時間および残存強度の評価基準の 相関関係を求め、 この相関関係に基づいて運用電線の使用温度を決定 することを特徴とする送電線の熱耐カ決定方法。
2. 前記相関関係を求める際、 複数の温度と残存強度の評価基準と の関係を求め、 この結果から 「熱履歴 exp U ' T— B+C ' ln(h)} 」 と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数 A、 Bお よび Cを求めることを特徴とする請求項 1記載の送電線の熱耐カ決定 方法。
ここで、 Tは電線温度 （ :) 、 hは加熱時間 （hrs) を示す。
3. 残存強度の評価基準が引張り荷重であることを特徴とする請求 項 1記載の送電線の熱耐カ決定方法。
4. 残存強度の評価基準が振動疲労限応力であることを特徴とする 請求項 1記載の送電線の熱耐カ決定方法。
5. 残存強度の評価基準を少なく とも引張り荷重および振動疲労限 応力とし、 各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、 最も低 い温度を運用電線の使用温度とすることを特徴とする請求項 1記載の 送電線の熱耐カ決定方法。
6 . 熱履歴の温度が、 架空送電規定における連続許容温度の 150% の値を中心として、 この許容温度の 20%以上の温度差をもつ複数の 温度からなることを特徴とする請求項 1 記載の熱耐カ決定方法。
7. 運用線路から電線の試料を採取し、 この試料に複数の温度から なる熱履歴を与えて電線温度、 加熱時間および残存強度の評価基準の 相関関係を求め、
目標使用温度を設定し、 同温度に対応した許容電流における電線の 温度とその温度の発生時間の分布を運用線路の周囲の気象条件をもと に求め、
この分布結果と前記相関関係から各温度における残存強度の評価基 準の劣化程度を導き、 全ての温度についての劣化程度を累算した結果 から目標使用温度での運用が可能かどうかを判断することを特徴とす る熱耐カ決定方法。
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