JP2010062029A

JP2010062029A - 架空送電線

Info

Publication number: JP2010062029A
Application number: JP2008227347A
Authority: JP
Inventors: Masao Sanai; 正雄佐内
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】軽量で高強度であり、長期信頼性の高い架空送電線を提供する。
【解決手段】架空送電線1は、抗張力部2と、抗張力部2の外周に配置されるアルミニウム合金線30からなる通電部3とを具える。抗張力部2は、電線1の中心部に配置される中心コア部10と、中心コア部10の外周に配置される外側コア部20とを具える。中心コア部10は、中心素線11で構成され、外側コア部20は、複数の外側素線21で構成される。中心素線11と外側素線21とは、異種の材質で構成される。特に、中心素線11の線膨張係数は、外側素線21の線膨張係数よりも小さい。例えば、中心素線11には、カーボンファイバー線材、外側素線21には、インバー線材が利用できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、低弛度増容量型の架空送電線に関する。特に、軽量で高強度であり、長期信頼性の高い架空送電線に関するものである。

従来、架空送電線として、鋼線材を撚り合わせてなる抗張力部(コア芯)の外周に、アルミニウム線を撚り合わせてなるACSRと呼ばれるものが利用されている。ACSRは、夏期の無風状態において最大電力容量通電時、通電部であるアルミニウム線の温度上昇に伴い、鋼線材が高温度となって熱(線)膨張することで、電線の弛みが大きくなる。この弛みを抑制した低弛度増容量型の架空送電線として、例えば、XTACIRやZTACIRと呼ばれるものが利用されている。XTACIRは、アルミニウムを被覆したインバー線材を、ZTACIRは、亜鉛めっきインバー線材を複数本(例えば、7本)撚り合わせてなる抗張力部の外周にアルミニウム合金線を撚り合わせた構成である。従来の低弛度増容量型の架空送電線は、強風時や冬期着雪時に電線に加わる張力を考慮して強度を設定するため、抗張力部を構成するインバー線材は、比較的太く、重い。そこで、軽量化のために抗張力部にカーボンファイバー線材(特許文献1)を利用することが提案されている。

実開平5-83931号公報

鋼線材やインバー線材を抗張力部に用いた架空送電線は、使用実績が30年以上あり、長期信頼性が高い。しかし、鋼線材やインバー線材は、実質的に金属のみからなるため重い上に、更なる強度の向上が難しい。そのため、従来の架空送電線では、更なる電力容量の増加が難しい。

一方、カーボンファイバー線材(以下、CF線材と呼ぶ)は、高強度で線膨張係数も小さく軽量である。従って、この線材を用いた架空送電線は、更なる電力容量の増加にも耐え得ると期待される。しかし、CF線材は、長期に亘る使用実績がなく、長期信頼性を高めることが望まれる。特に、CFを樹脂で一体化しているCF線材は、ファイバーよりも先に樹脂が疲労することによる破断の恐れがある。

そこで、本発明の目的は、軽量で高強度であり、長期信頼性の高い低弛度増容量型の架空送電線を提供することにある。

本発明は、抗張力部を単一の材質で構成するのではなく、2種類の異なる材質で構成することで、上記目的を達成する。本発明架空送電線は、抗張力部と、抗張力部の外周に配置されるアルミニウム線又はアルミニウム合金線からなる通電部とを具える。上記抗張力部は、架空送電線の中心部に配置される中心コア部と、この中心コア部の外周に配置される外側コア部とを具える。中心コア部を構成する中心素線と、外側コア部を構成する外側素線とが異種の材質で構成される。特に、中心素線の熱膨張係数は、外側素線の熱膨張係数よりも小さい。

上記構成によれば、異種の材質からなる素線により抗張力部が構成されるため、各素線の特性を併せ持つことができる。具体的には、本発明架空送電線は、抗張力部の中心部分が線膨張係数の小さい材質で構成されるため、金属材料が膨張し易い夏場(無風状態)の大容量通電時(夏期高温時)であっても、電線の弛度の増加を抑制することができる。ここで、架空送電線に加わる電線張力が電線全体から抗張力部に移行する温度(遷移点温度)以上の温度域(以下、高温域と呼ぶ)において、電線の熱膨張(伸び)は、実質的に抗張力部の伸びのみに依存する。このとき、中心コア部は、熱膨張係数が小さい素線により構成されるため、中心コア部の伸びは、外側コア部や通電部よりも小さくなる。即ち、本発明架空送電線では、高温域における電線の伸びが、中心コア部の伸びに依存し、この伸びが小さいことから、電線の伸びが鈍くなる。従って、本発明架空送電線は、従来の低弛度増容量型の架空送電線と同様に或いはそれ以上に、高温域で弛度を低く抑えられる。また、本発明架空送電線は、線膨張係数が上記特定の関係を満たす適切な線材、例えば、中心コア部にCF線材、外側コア部に長期信頼性の高いインバー線材や鋼線材を組み合わせた構成とすることで、長期信頼性を高められる上に、軽量化、高強度化を図ることができる。以下、本発明をより詳細に説明する。

抗張力部は、遷移点温度未満の温度域(以下、通常温度域と呼ぶ)において、電線張力を通電部と共に分担し、高温域において、電線張力を実質的に支持する部位である。この抗張力部は、複数の素線で構成されており、中心コア部と外側コア部とを有する。

中心コア部は、高温域において、架空送電線に加わる電線張力を最も負担する。従って、中心コア部は、外側コア部を構成する外側素線よりも線膨張係数が小さい、即ち、高温時に熱膨張し難い(伸び難い)素線(中心素線)から構成されるものとする。具体的な中心素線として、カーボンファイバー線材(CF線材)、又はインバー線材が好ましい。

CF線材は、複数の炭素繊維を樹脂(例えば、エポキシ樹脂)で一体に固めて線状に形成した複合材料(CFRP)からなる線材であり、線膨張係数が非常に小さい。また、CF線材は、引張強さが高い上に軽いため、CF線材を抗張力部に利用すると、電線の強度の向上及び軽量化を図ることができる。更に、CF線材は、金属線材と比較して耐食性にも優れる。加えて、CF線材の外周にアラミド繊維を含有した樹脂層(AFRP層、KFRP層)やガラス繊維を含有した樹脂層(GFRP層)を具えると、耐熱性に優れる。中心コア部がCF線材により構成される場合、XTACIRやZRACIRの抗張力部と比較して強度の向上及び軽量化ができる。

インバー線材は、ニッケル含有量が36〜38質量％のFe-Ni合金からなる線材であり、線膨張係数が小さい。インバー線材は、使用実績が十分にある。従って、中心コア部がインバー線材により構成される場合、長期信頼性を高められる。

中心コア部を構成する中心素線は、1本でも複数本(例えば、3本,7本)でもよい。複数本の中心素線により中心コア部が構成される場合、これらの素線は、互いに直線的に縦添えされた並列構造でも、互いに撚り合わされた撚り線構造でもよい。上記並列構造の場合、例えば、リールから所定数の中心素線を引き出して一端側を一点(ダイス)から巻き取りドラムに亘って直線状に張り、この張った状態でその外周に外側素線を撚り合わせたり、予め並列させた中心素線をテープや結束帯などで一体にしたものを用いるとよい。また、複数本の中心素線により中心コア部が構成される場合、中心コア部の機械的特性(特に強度)が均一的になるように、全ての中心素線が同一の材質からなり、同一断面形状であることが好ましい。中心素線の大きさ(直径)及び本数は、所要の強度(強風時又は冬期着雪時に電線に加わる最大張力の1/2倍以上)を有することができるように、材質に応じて適宜選択することができる。特に、中心コア部の強度は、安全性を考慮すると、高温域において、高温域における最大の電線張力の1.5倍程度以上にすることが好ましい。例えば、中心コア部が1本のCF線材で構成される場合、この線材の直径はφ3.0〜6.0mm、複数本のCF線材で構成される場合、各線材の直径は、φ2.0〜4.0mmが好ましい。例えば、中心コア部が1本のインバー線材で構成される場合、この線材の直径は、φ2.0〜6.0mm、複数本のインバー線材で構成される場合、各線材の直径は、φ2.0〜4.0mmが好ましい。

外側コア部は、複数の外側素線から構成される。ここで、高温域において架空送電線に加わる電線張力の全ては、熱膨張係数の関係から、中心コア部に移行する。外側コア部は、この移行までの間の荷重を負担する。従って、外側コア部は、中心コア部を構成する中心素線よりも線膨張係数が大きく、かつ通電部を構成するアルミニウム線やアルミニウム合金線よりも線膨張係数が小さい素線から構成されるものとする。また、全ての外側素線は、中心素線よりも線膨張係数の大きい同一の材質からなり、かつ同一断面形状とする。全ての外側素線が同質の材料で、均一的な大きさからなることで、外側コア部の熱膨張状態及び機械的特性(特に強度)が均一的になり、不均一な伸びが生じず、破断の起点となるような弱い箇所が存在しない。

具体的な外側素線として、鋼線材、ニッケル合金線材、及びアルミナファイバー線材(以下、AF線材と呼ぶ)から選択される1種が挙げられる。鋼線材は、インバー線材と同様に使用実績が十分にあることから、外側素線に用いることで、電線の長期信頼性を高められる。また、鋼線材は、比較的安価であるため、抗張力部のコストを低減することができる。更に、鋼線材は、インバー線材よりも軽量で高強度であるため、鋼線材を外側素線に用いることで、従来の架空送電線(例えば、XTACIRやZRACIR)の抗張力部よりも強度の向上、及び軽量化を図ることができる。鋼線材として、特強鋼線(引張強さ:180〜200kg/mm²)を利用すると、抗張力部の強度を更に高められる。或いは、従来の架空送電線の抗張力部と同程度の強度を維持する場合、特強鋼線を外側素線に用いることで、抗張力部の直径を小さくでき、引いては電線の直径を小さくできる。

ニッケル合金線材は、上述したニッケルの含有量が36〜38質量％のFe-Ni合金からなるインバー線材、ニッケル含有量が36質量％未満のFe-Ni合金からなる線材、例えば、ニッケルを7〜10質量％程度含むオーステナイト系ステンレス鋼、より具体的にはSUS304(ニッケル:8質量％)が挙げられる。

AF線材は、多数のアルミナ(酸化アルミニウム)繊維をアルミニウム又はアルミニウム合金で一体に固めて線状にした複合材料からなる線材であり、鋼線材よりも軽く、引張強さが高く、かつ線膨張係数が小さい。

各外側素線の大きさ(直径)及び本数は、材質に応じて適宜選択することができる。好ましい大きさは、φ2.0〜4.0mmである。また、外側素線は、中心コア部の外周に撚り合わせた配置とする。

上述したインバー線材を含むニッケル合金線材、鋼線材は、その外周に被覆層を具えると、耐食性を高められる。被覆層の構成材料は、例えば、亜鉛やアルミニウムが挙げられる。被覆層の形成方法は、めっきや複合押出などが挙げられる。

通電部を構成するアルミニウム線又はアルミニウム合金線は、公知のものを適宜利用することができる。例えば、アルミニウム合金線は、ジルコニア(Zr)を添加して耐熱性を高めたJIS規格TAl,XTAlなどが挙げられる。また、通電部は、単層でも多層構造でもよい。

中心コア部、外側コア部、及び通電部はいずれも、圧縮成型して断面が円形状となるようにしてもよい。圧縮成型を行うことで、引いては電線の直径を小さくできる。

本発明架空送電線は、長期信頼性が高く、軽量で高強度である。

抗張力部を構成する素線の材質が異なる複数の架空送電線を作製し、重量及び強度を調べる。

具体的には、表1に示す特性を有する線材(材質No.A〜E)を用意し、表2に示す仕様の抗張力部を作製する。各抗張力部は、以下のように設計する。導体断面積:400mm²のZTACIRに採用される最大張力([温度:-15℃,着雪時]、又は、[温度:15℃,強風時])を5000kgと設定し、径間長を400mとするとき、遷移点温度以上の温度域(高温域)における電線張力Tcは、Tc≦2500kgである(上記最大張力(ここでは5000kg)の1/2以下)。つまり、高温域における最大の電線張力Tc_maxは2500kgである。そこで、各中心コア部の強度Kは、最大の電線張力Tc_maxに対して安全率1.5を考慮して、K≧Tc_max×1.5＝3750kgに設計する。かつ、各試料の通電部の外径(直径、mm)、及び通電部の面積(mm²)が比較例(ZTACIR)と等しくなるように、抗張力部を構成する素線の直径φ(mm)及び本数を選択する。なお、表1に示す線材は、公知のものを利用することができる。

表2において、「構成」の欄の「x/y」とは、直径φ y mmの線材がx本配置されていることを示す。「構成」の欄の「通電部」において「4.68^※」とは、等価線径が4.685mmである成型線(図1(A)参照)が配置されていることを示す。各径や面積は、所定の撚り込み率(電線の軸方向に対して、線材を角度θの傾きで撚り合わせるとき、撚り込み率Kは、K+1＝1/cosθが成立する値)を考慮して算出している。

図1(A)に示すように、用意した所定数の線材(中心素線11)を撚り合わせて中心コア部10を構成し、中心コア部10の外周に所定数の線材(外側素線21)を撚り合わせて外側コア部20を構成する。外側コア部20の外周に二層構造の通電部3が形成されるように、所定数の線材(ここでは、アルミニウム合金線30)を多段に撚り合わせた後、断面円形状となるように圧縮成型する。この工程により、異種の材質で構成された抗張力部2を有する架空送電線1が製造される。特に、抗張力部2において電線1の中心部に配置されて中心コア部10を構成する中心素線11の線膨張係数が、中心コア部10の外周に配置されて外側コア部20を構成する外側素線21よりも小さい。なお、図1(A)は、試料No.1〜4の形状を示す。

比較として、図1(B)に示すように亜鉛めっきインバー線材111のみにより抗張力部110を構成した従来の架空送電線100(導体断面積400mm²のZTACIRに相当)を用意する。

上記架空送電線について、中心コア部の重量(kg/km)、外側コア部の重量(kg/km)、通電部の重量(kg/km)、架空送電線全体の重量(kg/km)、中心コア部の強度K(kgf(N))、電線強度Kc(kgf(N))を測定し、その結果を表3に示す。中心コア部の強度Kは、コア部のみの引張試験により、電線強度Kcは、電線の引張試験により測定する。

表3に示すように、中心コア部及び外側コア部の双方が金属からなる試料No.5,7を除く全ての試料は、従来の架空送電線(ZTACIR)よりも軽く、かつ電線強度Kcが約1.3〜1.4倍と高強度である。従って、これらの試料は、径間長の長い箇所への適用が可能であると期待される。或いは、これらの試料は、径間長を従来と同様とする場合、電線が高強度であるため、電力容量(送電容量)の増化を図ることが可能であると期待される。或いは、これらの試料は、電線の強度を従来と同様とする場合、抗張力部を細くすることができるため、更なる軽量化が期待できる。

特に、使用実績が30〜40年であるインバー線材や鋼線材を使用した試料No.1,2,5は、高強度であるだけでなく、長期信頼性が高いと期待される。一方、カーボンファイバー線材とアルミナファイバー線材とを組み合わせた試料No.3は、最軽量である上に最強であり、径間長の長い箇所への適用や送電容量の増化が望まれる場合の適用できると期待される。

上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、素線の径、素線の本数を適宜変更することができる。

本発明架空送電線は、電力の供給路、特に、径間長の延長や送電容量の増化が望まれる供給路に好適に利用することができる。

(A)は本発明架空送電線の断面模式図、(B)はZTACIRの断面模式図である。

符号の説明

1,100 架空送電線 2,110 抗張力部 3 通電部 10 中心コア部
11 中心素線 20 外側コア部 21 外側素線 30 アルミニウム合金線
111 亜鉛めっきインバー線材

Claims

抗張力部と、抗張力部の外周に配置されるアルミニウム線又はアルミニウム合金線からなる通電部とを具える架空送電線であって、
前記抗張力部は、電線の中心部に配置され、中心素線で構成される中心コア部と、この中心コア部の外周に配置され、外側素線で構成される外側コア部とを具え、
前記中心素線と、前記外側素線とは、異種の材質で構成され、
前記中心素線の線膨張係数は、前記外側素線の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする架空送電線。
前記中心素線は、カーボンファイバー線材又はインバー線材から構成され、
前記外側素線は、鋼線材、ニッケル合金線材、及びアルミナファイバー線材から選択される1種から構成されることを特徴とする請求項1に記載の架空送電線。