JP2847787B2

JP2847787B2 - 架空送電線

Info

Publication number: JP2847787B2
Application number: JP1206379A
Authority: JP
Inventors: 清志下嶋; 興洋大島
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH0371509A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、架空送電線に関し、特に送電線自体の軽量
化を達成すると共に架線弛度の低下を抑制可能に構成
し、同一弛度においては通電容量の大幅な増大を可能な
らしめ、同一通伝容量の場合には鉄塔の高さをより低く
することができ、その分送電線路の建設コストを低減す
ることができる新規な架空送電線に関するものである。

［従来の技術］鉄塔間に架線し電源地より電力を送電する架空送電線
は、従来より鋼心アルミ撚線が使用されてきた。すなわ
ち、テンションメンバーとなる亜鉛メッキ鋼線を撚合せ
て鋼心とし、その外周に導電メンバーとしてのアルミ素
線を撚合せて撚線に構成してなるものである。

近年、電力需要の増大は著しく、同じ送電線を用いて
できる限り送電容量を増加できるようにしたり、あるい
は鉄塔の高さを可能な限り低く建設し、総体的な経費の
節減を図ろうとする気運が次第に高まりつつある。

送電線の外径を太くすることなくあるいは鉄塔を高く
することなく、送電線の送電容量を増大させる手段と
し、次のような提案がなされている。

（１）鋼心の比強度（引張強さ／重量）を大きくし、
細い鋼線によって十分な張力維持を可能ならしめ、当該
鋼心を細くした分だけメンバーとなるアルミ素線の占め
る断面積を大きくする。

（２）鋼心として従来の亜鉛メッキ鋼線の代りに熱膨
張係数の小さな例えばインバー線を用い、送電線の通電
容量を増大させて通電による発熱が生じ、送電線全体が
熱膨張する場合に前記熱膨張係数の小さいメンバー線に
テンションメンバーとしての役割を果させ、架線弛度の
低下を防止する。

（３）上記亜鉛メッキ鋼線やインバー線の代りに重量
の極めて軽いアラミド繊維、炭素繊維などをポリエステ
ル系樹脂あるいはエポキシ系樹脂のような強度の大きい
樹脂により結束して線状としたFRP線を用い、テンショ
ンメンバーとしての強度を確保しつつ電線そのものの重
量を小さくし、結果的に電線の自重による弛度の低下を
小さくする。

［発明が解決しようとする課題］第５図は、上記した諸提案のうちインバー線10をテン
ションメンバーとし、その外周にアルミ素線２を撚合せ
てなるインバー心アルミ撚線の具体例を示す断面図であ
る。

インバーの線膨脹係数はほぼ1.0×10^-6であるから、
亜鉛メッ鋼線がほぼ12.0×10^-6程度であることと比較す
ると、その熱膨張係数は遥かに小さく、大容量の送電を
行い送電線がその通電電流によって大巾に温度上昇して
も、その弛度の低下を十分に抑制することができること
になる。このため、一部の実線路において既に採用さ
れ、実用化されている。しかし、線膨脹係数を下げるこ
とはできてもインバー線そのものの強度は鋼線に比べる
と小さく、鋼心部分の断面積はむしろ大きくせざるを得
ず、架線張力はむしろ従来の鋼心アルミ撚線より大きく
なる傾向がある。更に、インバーにはある種の脆性が存
在しており、添加元素や熱処理なとによって当該脆性を
緩和できるとはいえ、やはり大きな架線張力下において
不測の断線に至るといった不安がないとはいえない。

また、FEP線を用いる場合、炭素繊維や炭化ケイ素繊
維をエポキシ系樹脂で結束されたものが実用化されてい
て、これによって重量の軽い光強度撚線を送電線のテン
ションメンバーとして適用できるようになった。このFR
Pは、繊維含有率が60％程度でエポキシ系樹脂をマトリ
ックスを用いた場合の比重が約1,5程度であって鋼線の
約1/5と非常に軽量である。また、線膨脹係数も２×10
^-6と前記インバー線とほぼ同等の値を有している。しか
し、炭素繊維、炭化ケイ素繊維を用いたFRPの欠点は繊
維結束をしているマトリックスがプラスチックであると
いうことである。すなわち、エポキシ系樹脂を用いてい
るため耐熱性に劣るという問題は避けられない。上記繊
維の単独での耐熱性は1200〜2500℃と極めて高いにもか
かわらず、FRPに構成した場合の使用上の温度は高々150
℃であり、その効果はインバー線を用いたものには到底
及ばない。

更に、長時間の使用に対しても熱的劣化が予想され、
長時間信頼性を必要とする架空送電線用テンションメン
バーとしてはむしろ欠点が多すぎる。

そこで、マトリックスとしてプラスチックを使用して
いるFRPに代えて、マトリックスに金属を用いたFRMを使
用しようとする試みも提案されている。しかし、無機繊
維とマトリックス金属との反応性が小さい反面、濡れ性
が良好でなければならないという相反する性質を有して
いることがFRM製造上の必須条件であり、一般構造用材
料としての開発は近年顕著に進められてはいるものの、
電線特に架空送電線として適用する上で適当なFRMは未
だ見出されていない。

FRMを用いた公知の電線として、第６図に示すような
構成の電線が提案されている。これは銅マトリックス21
にカーボン繊維20を複合させた銅カーボン繊維複合線22
を撚合せ、その外周に銅外被23を施したものである。し
かし、マトリックス及び外被が銅であっては、架空送電
線としては不適切であり使用できない。しかも、カーボ
ン繊維と銅の濡れ性が悪く、直接複合することができな
いため、カーボン繊維に予め銅をメッキしたり蒸着した
りする前処理を行なった後複合線に構成する必要がある
ため、工業的生産性の意味からいっても問題か多い。

上記複合線をアルミマトリックスを用いて製造すれ
ば、架空送電線に適したFRM線を入手できるであろうと
いった着想は当業者の容易に想到するところであろう。
しかし、カーボン繊維とアルミとの濡れ性が悪いのは上
記銅の場合と同じであり、しかもかかるアルミカーボン
繊維複合線を製造したとしても、カーボン繊維はアルミ
と反応を起し易く、Al₄C₃等の炭化物が形成され、これ
が空気中の水分によって分解して著しい強度低下を来す
結果となる恐れのあることが最近の研究によって次第に
明らかになってきている。

本発明の目的は、上記したような従来技術の有する問
題点を解消し、送電線自体の格段の軽量化を達成し、し
かも線膨脹係数が従来の送電線に比べて非常に小さく、
架空線張力の低減と同時に通電による電線温度上昇の際
の弛度低下をも大幅に抑制でき、それによって送電容量
の増大あるいは鉄塔高さの縮小化を実現可能ならしめ得
る新規な架空線電線を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、アルミ又はアルミ合金をマトリックスと
し、このマトリックス中に長尺の炭化ケイ素繊維をその
体積複合率を15〜75％として複合一体化したアルミ炭化
ケイ素複合線の外周にアルミ又はアルミ合金を肉厚で0.
5mm以上被覆してなるアルミ被覆複合線の複数を撚合せ
て心部を構成し、その心部の外周にアルミ素線を撚合せ
てなるものである。

［作用］アルミに炭素化ケイ素子繊維を複合させた場合、アル
ミとの濡れ性がよい上、上述したアルミとの反応を起す
危険性は殆どない。従って、アルミ炭化ケイ素繊維複合
材は、これを鋼心アルミ撚線の鋼心に代えて送電線とし
て十分に使用できる。しかし、架空送電線としての高強
度の確保と本発明が求めるより軽量化への要請という観
点からすれば、炭素化ケイ素子繊維の体積複合率を15％
以上とする必要があり、炭化ケイ素繊維の有する脆さを
許容し電線として製造する上での曲げ半径を確保して製
造並びに架空線工事の容易化を維持する一方、電線とし
て必要な導電率を確保するためには、その複合率は75％
以下とする必要がある。そして、上記脆さに起因する曲
げ半径の増大や導電率の低下は、複合線の外周に0.05mm
以上の厚さのアルミを被覆することにより顕著に改善さ
れ、電線としての有用性を格段に向上させ得る。

［実施例］以下に、本発明について実施例を参照して説明する。

第１図は、アルミ炭化ケイ素複合線１にアルミパイプ
4aを被覆てなるアルミパイプ被覆複合線４の複数を撚合
せて心部を構成し、その外周にアルミ素線２を撚合せて
本発明に係る架空送電線としてなるものの断面図であ
り、第２図は第１図における複合線４の構成を説明する
ために、その１本を拡大して示した拡大断面図である。

第２図からわかるように、アルミパイプ被覆複合線４
はアルミ又はアルミ合金をマトリックス1bとし、これに
炭化ケイ素の長繊維1aを複合させ、一体化して複合線１
に構成し、その外周にアルミパイプ4aによる被覆を施し
たものである。

このような複合線４のベースになるアルミ炭化ケイ素
複合線１を製造するには、前述の銅カーボン繊維複合線
のように前処理としてのメッキ処理や蒸着処理は一切必
要ではない。すなわち、炭化ケイ素繊維ヤーンを適当な
間隔をもって拡げ、溶融アルミ浴中を通過させ、その後
適当に絞りダイスで絞り、導体として必要な線径となる
ように仕上げればそれでよく、かつ両者の界面に有害な
化合物の生成する恐れもない。

上記のようにして製造したアルミ炭化ケイ素複合線１
にアルミ被覆を施したものを用いて第１図に示すような
撚線を構成してもよいが、その場合、複合線１の炭化ケ
イ素の体積複合率（以下これをVfという）が如何なる範
囲であることが送電線として適当であるかということが
問題となる。

第７図は、マトリックスとして純アルミを使用し、外
径1mmの複合線１に製造し、常温におけるVfと引張強さ
の関係をプロットした線図である。

この第７図から、Vfが15％以下ではアルミの引張強さ
を改善する効果は殆ど見られず、SiCは少なくとも15％
以上複合させる必要のあることがわかる。その後Vfを大
きくするに従い、引張強さは次第に上昇する。そして、
Vf75％以上において急上昇が見られる。これは複合線中
のSiC本来の引張強さが直接影響するようになると考え
られる。

第８図は、第７図の場合と同じ供試材を用いSiCのVf
と導電率の関係をプロットした線図である。第８図の導
電率の変化の状態は、第７図に示す引張強さの変化の状
態を丁度逆にしたような関係になっていることが両図の
対比によってわかる。ここでもVfが75％を越えると導電
率が急激に低下するようになることが示されている。こ
れは導電メンバーとなっているアルミの体積が縮小する
ことでSiCそのものの絶縁体的な性質が現れてくる結果
と考えることができる。

上記第７図及び第８図の両方の挙動を総合すれば、送
電線として使用することのできるSiCのVfの上限は75％
近傍にあるということができる。従って、上記夫々を総
合すると、本発明に係るアルミ炭化ケイ素複合線のSiC
のVfは15〜75％とすることが適当であるということがで
きる。

しかして、SiCのVfを上記の15〜75％とすることが適
当ではあるが、炭化ケイ素繊維の複合率によっては炭化
ケイ素繊維が宿命的に有する脆さが電線として製造或い
は架線する際の曲げへの影響として問題となることが考
えられる。

このような脆さに起因する曲げの問題については、ア
ルミ炭化ケイ素複合線の外周にアルミ又はアルミ合金を
被覆することで解決できることを発明者らは見出した。
すなわち、第９図はSiCのVfを60％とし外径1mmとしてな
るアルミ炭化ケイ素複合線の外周に様々な厚さにアルミ
を被覆し、そのアルミ被覆の厚さと許容曲げ半径の関係
を測定した結果を示す線図であるが、この図から明らか
なように、曲げ半径はアルミ被覆を行うことで極めて顕
著に改善され、その被覆厚さも0.05mm以上で大きな効果
を示すようになることがわかる。

従って、SiCのVfを大きくし、強度と軽量化及び低熱
膨張性より増大させるためには、アルミ炭化ケイ素複合
線１の外周に厚さ0.05mm以上のアルミ又はアルミ合金を
被覆することが適当であり、それによってSiCのVf増大
に由来する問題点は十分に解消させることができる。

第３図及び第４図は、上記アルミ炭化ケイ素複合線１
の外周にアルミ被覆を施す場合の２様の例を示すもので
あり、各図において、（ａ）はその説明正面図を、
（ｂ）はその端面図を夫々示し、第３図はアルミ炭化ケ
イ素複合線１の外周にアルミテープ3aを巻回してアルミ
テープ被覆複合線３としたものであり、第４図は同じく
複合線１にアルミパイプ4aを被覆してアルミパイプ被覆
複合線４とした場合を夫々示している。

第３図の場合は、このようにアルミテープ3aを密着或
いはラッピング巻回した状態で、又アルミテープを縦添
え被覆した場合は接合部をシーム溶接し、然る後ダイス
で縮管すればよい。第４図の場合は押出法によって容易
にアルミパイプ4aを被覆することができる。

いずれの場合にも、従来から金属線材において行われ
ているような塑性加工による強度付与の必要はなく、内
部の長尺繊維を長手方向に切断したりしないように配慮
することがむしろ必要である。

このようなアルミ被覆複合線３又は４の複数を撚合せ
て心部を構成し、その外周にアルミ素線２を撚合せてア
ルミ炭化ケイ素複合線心アルミ撚線にする。この場合、
第５図に示したインバー心アルミ撚線の有する前述した
欠点を解決した架空送電線を提供できることになり、有
用性の上からみても高く評価することができる。

第10図は、SiCのVf40％のアルミ炭化ケイ素複合線材
と同径の純アルミ線との350℃における高温耐久性を測
定した結果を示す線図である。純アルミ線は極めて短時
間に軟化してしまっているが、本発明複合線は1,000時
間経過後においても引張強さの低下が殆ど認められず、
非常に優れた高温特性を有することを端的に実証してい
るということができる。

このような高温特性並びに低熱膨張特性更には適当な
導電性を有する本発明に係る架空送電線を用いれば、同
一弛度においてはより大きな通電容量での送電が可能と
なるし、同一送電容量に対しては弛度の低下を格段に小
さく維持し得る結果、鉄塔高さをかなり低くすることが
可能となり、環境問題の改善にも寄与し得ることにな
る。

［発明の効果］以上の通り、本発明に係る架空送電線によれば、電線
に十分な強度を保持させつつ大巾な軽量化が可能とな
り、自重による弛度の低下を最小限にできるばかりでな
く、小さな熱膨張係数と極めて優れた耐熱特性とにより
通電容量を増大させ、それによって送電線にかなりの発
熱が生じても強度の低下や熱膨張による弛度の低下がな
く、長期間にわたり安定した性能を維持できるから、既
存の鉄塔を用いて送電容量の格段の増大が可能となり、
新設鉄塔においてはその高さを低くでき、又小型化でき
ることで市街地及その近傍での用地難にも対応できるば
かりでなく、電線への風圧振動の影響が小さくなり、軽
微な対策で済ませることができるようになるなど、その
工業上に及ぼす意義には測り知れないものがあるという
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電線の実施例を示す断面図、第２
図は複合線の構成状況を示す拡大断面図、第３図及び第
４図はアルミ炭化ケイ素複合線の外周にアルミ被覆を施
した様子を示すもので、各図（ａ）はその説明正面図、
各図（ｂ）はその端面図、第５図は従来のインバー心ア
ルミ撚線の断面図、第６図は銅カーボン繊維複合線を用
いた電線の具体例を示す断面図、第７図はSiCのVfと引
張強さの関係を示す線図、第８図は同じくSiCのVfと導
電率の関係を示す線図、第９図はアルミ被覆複合材素線
のアルミ被覆厚さと許容曲げ半径の関係を示す線図、第
10図は高温耐久性試験の結果を示す線図である。 1:アルミ炭化ケイ素複合線、 1a:炭化ケイ素繊維、 1b:アルミ又はアルミ合金マトリックス、 2:アルミ素線、 3:アルミテープ被覆複合線、 3a:アルミテープ、 4:アルミパイプ被覆複合線、 4a:アルミパイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−37606（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−86606（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−99205（ＪＰ，Ａ) 特開平２−223105（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−7811（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−34167（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−170502（ＪＰ，Ａ) 特開平１−252741（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−149831（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−93845（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−26766（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミ又はアルミ合金をマトリックスと
し、このマトリックス中に長尺の炭化ケイイ素繊維をそ
の体積複合率を15〜75％として複合一体化してなるアル
ミ炭化ケイ素複合線の外周にアルミ又はアルミ合金を肉
厚で0.05mm以上被覆してなるアルミ被覆複合線の複数を
撚合せて心部を構成し、その心部の外周にアルミ素線を
撚合せてなる架空送電線。