間隙型増容量弛度抑制電線
【課題】 既存ＡＣＳＲとほぼ同等の弛度を有しながら、電流容量の増大を図った鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を提供する。
【解決手段】 この架空送電線１は、断面扇形を有する複数のアルミニウム素線４０を撚り合わせてなるアルミニウム素線層４Ａを鋼心部２のすぐ外周に隙間を設けて配置し、アルミニウム素線４０として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、アルミニウム素線層４Ａと鋼心部２との間に０．８〜２ｍｍの隙間３を設け、その隙間３に所定の粘性係数を有する充填材６を充填した鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線である。２１０℃以上の高温で使用してもアルミニウム素線の強度低下が発生しないので、電流容量を既設ＡＣＳＲと比べて２倍以上に増加させることができる。
【解決手段】 この架空送電線１は、断面扇形を有する複数のアルミニウム素線４０を撚り合わせてなるアルミニウム素線層４Ａを鋼心部２のすぐ外周に隙間を設けて配置し、アルミニウム素線４０として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、アルミニウム素線層４Ａと鋼心部２との間に０．８〜２ｍｍの隙間３を設け、その隙間３に所定の粘性係数を有する充填材６を充填した鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線である。２１０℃以上の高温で使用してもアルミニウム素線の強度低下が発生しないので、電流容量を既設ＡＣＳＲと比べて２倍以上に増加させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架空送電線に用いられる鋼心アルミニウム撚線（鋼心アルミ撚線；ＡＣＳＲ：Aluminum Conductor Steel Reinforced）に関し、特に電流容量の増加により電線温度が上昇しても電線全体の伸びを抑制できる間隙型増容量弛度抑制電線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の架空送電線として、鋼心部の外周にアルミニウム撚線からなるアルミニウム素線層を配置した鋼心アルミ撚線を用いたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載された鋼心アルミ撚線は、鋼心部の外周に隙間を設けて断面扇形の連続許容温度が１５０℃の複数のアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム素線層を配置したものである。
【０００４】
従来送電線に使用されてきたＡＣＳＲに適用される硬アルミニウム素線では、連続許容温度が９０℃である。連続許容温度と電流容量は、ほぼ比例する関係にあり、耐熱温度の高いアルミニウム材料を使うことによって、電線の電流容量を増加させることができる。一方、通常ＡＣＳＲに用いられる鋼心部とアルミニウム内層の間に隙間がない構造では、張力をアルミニウム素線層と鋼心部の両方で分担するため、電線全体の線膨張係数は１９〜２０×１０-6/℃と比較的大きく、この構造に耐熱アルミニウム素線を適用し高温で使用した場合、伸びが大きく、送電線の地上離隔高を確保しにくい。
【０００５】
このため、特許文献１では、鋼心部の外層に隙間を設けて電線張力を鋼心部にのみに分担させる構造にした。鋼心部の線膨張係数は、１１.５×１０-6/℃であるので、高温域で使用しても、電線が伸びにくい。これにより、電流容量を従来の送電線(４００ｍｍ２）の約８３５Ａよりも大きい約１３４０Ａを流しても、電線の伸びを抑制でき、既設ＡＣＳＲと同等の地上離隔高を確保することができる。
【０００６】
特許文献２に記載された鋼心アルミ撚線は、鋼心部に粘性を有するグリスを塗布し、その鋼心部の外周に隙間を設けてアルミニウム素線層を配置したものである。これにより、特許文献１と同様に電流容量を増大させることができるとともに、送電線の微風振動によりアルミニウム素線層と鋼心部が衝突してもグリスの減摩効果によりアルミニウム素線、鋼線ともに磨耗し難くなる。また、雨水により鋼線の腐食を防止することができる。
【特許文献１】実公昭５４−３２２０６号公報
【特許文献２】実公昭５４−２５６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線によると、アルミニウム素線に連続許容温度が１５０℃のものを用いているため、使用温度を１５０℃より上げることができず、既設ＡＣＳＲと比べて約１．６倍にまでしか電流容量を増加させることができない。もし、電流容量を約２倍に上げようとした場合、電線の使用温度を２１０℃まで上げる必要があるが、２１０℃まで上げると、高温使用によってアルミニウム素線がなまされて、機械的強度を保持できなくなり、アルミニウム素線の断面扇形の側面形状が崩れてしまう。この結果、扇形形状によるブリッジ効果が無くなり、アルミニウム素線と鋼心部との間の隙間が無くなるため、鋼心部が自由に動かなくなるという事象が起こる。
【０００８】
また、従来の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線では、アルミニウム素線層と鋼心部との間の隙間を適正値に管理していないため、アルミニウム素線層と鋼心部との間の隙間が大き過ぎた場合に、アルミニウム素線のブリッジを保つのが難しく、アルミニウム素線層が崩れ易くなる。逆に、隙間が小さ過ぎた場合に、アルミニウム素線の内側と鋼心部とが接触し易くなり、鋼心部のスムースな引抜きを阻害するとともに、鋼心部にのみ張力を分担させることが困難になる。
【０００９】
さらに、アルミニウム素線層の内径、アルミニウム素線層の素線数及びアルミニウム素線の厚さの各パラメータの関係を規定していないため、これらのパラメータの値が不適当であった場合に、アルミニウム素線内層のブリッジ効果が弱くなり、アルミニウム素線層が崩れて、鋼心部との隙間がなくなることがある。この結果、鋼心部とアルミニウム素線が接触してしまい、アルミニウム素線層にも分担張力が加わる結果となり、鋼心部のみへの張力負荷作用が困難になり、局部的に弛度抑制効果が失われてしまうことがある。また、アルミニウム素線層が崩れた場合に、隙間が小さくなる結果、隙間に充填材を入れても、その粘性抵抗も影響して鋼心部がスムースに引き抜けない事象も発生する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、既存ＡＣＳＲとほぼ同等の弛度を有しながら、電流容量の増大を図った鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、側面で面接触する断面形状を有する複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム素線層を鋼心部のすぐ外周に隙間を設けて配置した鋼心アルミニウム撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線において、前記アルミニウム素線として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、前記アルミニウム素線層と前記鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けたことを特徴とする間隙型増容量弛度抑制電線を提供する。
【００１２】
上記間隙型増容量弛度抑制電線によれば、アルミニウム素線に連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用いることにより、２１０℃以上の高温で使用してもアルミニウム素線の強度低下が発生しないので、アルミニウム素線の断面形状が崩れることなく、使用することが可能になる。この結果、間隙型増容量弛度抑制電線の電流容量を同一アルミニウム素線層断面積の既設ＡＣＳＲと比べて約２倍に増加させることができる。
【００１３】
これらの超耐熱アルミニウム合金系素線には、日本電線工業会規格 ＪＣＳ１４０５「亜鉛めっきインバ心超耐熱アルミ合金より線」に規定されている連続許容温度が２１０℃の超耐熱アルミ合金線や、同ＪＣＳ１４０４「アルミ覆インバ心特別耐熱アルミ合金より線」に規定されている連続許容温度が２３０℃の特別耐熱アルミ合金線を用いることができる。また、アルミニウム素線の側面で面接触する断面形状として、例えば、断面扇形や断面扇形の一方の側面に凹部や谷部を形成し、他方の側面に凹部や谷部に嵌合する凸部や山部を形成したものでもよい。
【００１４】
アルミニウム素線層と鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けることにより、電線を緊線する際に、鋼心部のみに張力を分担させるために、鋼心部を長手方向にスムースに引張ることができる。また、延線時に電線が金車上を越えていく際に、側圧によりアルミニウム素線層が潰れようとするが、アルミニウム素線の円状のブリッジが完全に崩れないので、残った隙間で鋼心部をスムースに引き抜くことができる。
【００１５】
更に、アルミニウム素線の厚さをｔ、アルミニウム素線層の内径をＤ０、アルミニウム素線の素線数をｎとしたとき、
【数２】
（但し、Ｐは鋼心アルミ撚線に加わる単位長さあたり設定圧潰荷重、Ｅａは超耐熱アルミニウム合金系素線の弾性係数を表す。）なる関係を有するのが好ましい。上記各パラメータを適正な関係となるようにすることにより、延線時に電線が金車の上を超えていく時の側圧が電線を圧潰させる大きな力となる。この場合、圧潰荷重により、アルミニウム素線がある程度潰れたとしても、鋼心部と接触するまで完全に潰れず、鋼心部を容易に引き抜くことができる。
【００１６】
また、間隙型増容量弛度抑制電線の最内層部に配置するアルミニウム素線の素線数は、６〜１３であることが好ましい。これにより、延線時に金車上を越えた際、アルミニウム素線によるブリッジがくずれるのを防ぐことができる。
【００１７】
鋼心部とアルミニウム素線層との間の隙間に所定の粘性係数を有する充填材を充填してもよい。これにより、鋼心部とアルミニウム素線層間との摩擦抵抗が小さくなり、鋼心部の引き抜きが容易となる。充填材としては、高温でも軟化しないグリス、等が用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線によれば、アルミニウム素線に連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用いることにより、電流容量の増大を図ることができる。また、アルミニウム素線層と鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けることにより、鋼心部のみに鋼心アルミ撚線の張力を分担させることができ、電線温度上昇時の電線全体の伸びを抑制して既存ＡＣＳＲとほぼ同等の弛度を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この架空送電線１は、中心部に位置する鋼心部２と、鋼心部２のすぐ外周に隙間３を設けて配置されたアルミニウム素線内層４Ａと、アルミニウム素線内層４Ａの外周に接するように配置されたアルミニウム素線外層５Ａと、隙間３に充填された所定の粘性係数を有するグリス等の充填材６とを備えた鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いたものである。
【００２０】
鋼心部２は、例えば、複数（ここでは７本）の特強亜鉛メッキ鋼線等の鋼素線２０を撚り合わせて形成され、張力を受け持つように構成されている。
【００２１】
本電線１の構造で重要なポイントの一つとして、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ａとの間の隙間３が適正間隙を有しており、本電線１を緊線する時に、鋼心部２を容易に引くことができる必要がある。延線時に電線１が金車上を超える時に、延線張力により、電線１が金車に押え付けられる現象が起き、電線１に圧潰力が働く。その際に、アルミニウム素線内層４Ａが潰れようとするが、円状をしたブリッジが完全に崩れてしまうことなく、また適正な間隙を有していて、鋼心部２を引き抜くことができることが重要である。このため、隙間３を０．８〜２ｍｍの範囲とする。その根拠は後述する。
【００２２】
アルミニウム素線内層４Ａは、側面で面接触する断面扇形の複数のアルミニウム素線４０を撚り合わせて形成され、アルミニウム素線層の最内層部として配置される。このアルミニウム素線内層４Ａのアルミニウム素線４０の素線数は、６〜１３本が好ましい。その根拠は後述する。アルミニウム素線４０は、超耐熱アルミニウム合金、あるいは特別耐熱アルミニウム合金からなり、日本電線工業会規格ＪＣＳ０３７４「裸線許容電流の計算基準」表７に記載されている通り、連続許容温度２１０℃、あるいは２３０℃を有する。
【００２３】
アルミニウム素線外層５Ａは、断面扇形の複数のアルミニウム素線５０を撚り合わせて形成されている。アルミニウム素線５０は、アルミニウム素線内層４Ａのアルミニウム素線４０と同様に超耐熱アルミニウム合金あるいは特別耐熱アルミニウム合金からなる。
【００２４】
表１は、ＪＣＳ０３７４に記載の計算基準に基づき、ＡＣＳＲ４００ｍｍ２およびそれと同等の本電線１に対する許容電流値等の計算結果の一例を示す。
【表１】
表１から明らかなように、２１０℃で使用しても、アルミニウム素線４０の機械的強度が弱まって筒状形状の保持に影響が出ることはない。このため、超耐熱アルミニウム合金系素線を用いた本電線１の場合、既存ＡＣＳＲと比べて、同等の機械的特性を有し、約２倍の電流容量を有することが分かる。
【００２５】
（１）アルミニウム素線内層４Ａの素線数の根拠
次に、アルミニウム素線内層４Ａを構成するアルミニウム素線４０の素線数を６〜１３とした根拠を以下に説明する。
【００２６】
表２は、本発明の試作サンプルの構成を示す。
【表２】
本電線１が、延線時に金車上で加わる最大想定圧潰荷重を想定し、その荷重が加わった際に、アルミニウム素線４０のブリッジが抗力を有するかどうかを見極める。
【００２７】
図２は、金車通過試験時の張力と抱き角の関係の一例を示す。同図に示すように、金車１０上で電線１がある範囲で曲げられ（本電線１が金車１０上に接している部分の金車中心角を「抱き角」という。）、ある張力が加えられた場合に、電線１に圧潰力が加わり、電線１を潰そうとする。本電線１を、外径Ｄ（ｍｍ）の金車１０上に、金車抱き角Φ（１ラジアン）、延線張力Ｔ（Ｎ）で引張った場合、電線１にかかる等価圧潰荷重Ｐ（Ｎ／ｍｍ）は、（１）式で表すことができる。
【数３】
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は、円筒形剛体に圧潰荷重が作用した場合の形状の変化を示す。次に、アルミニウム素線内層４Ａのブリッジ構造を、図３（ａ）に示すような連続する剛体円筒に置き換えて、円筒を鉛直に潰そうとする外力Ｐ（Ｎ）が加わった時の、潰れ量δｙ（ｍｍ）と広がり量δｘ（ｍｍ）を求める。材料力学の曲げ梁の詳しい理論によると円筒の層心半径をｒ（ｍｍ）とした場合、各々の量は下記の（２）式、（３）式で表すことができる（文献：最新機械工学シリーズ１４材料力学Ｉ：森北出版：渥美光、鈴木幸三、三ケ田堅次共著１９８４年改訂第１刷発行）。
【数４】
【数５】
ここでｔ（ｍｍ）は円筒の厚さ、Ｅａはアルミニウムの弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）、κは曲がり梁の断面係数を示し、断面係数は下式で表せる。
【数６】
今ｔ／２ｒ≪１の場合、（２）式、（３）式は、下記の（４）式、（５）式で表現できる。
【数７】
【数８】
また、δｘとδｙの比をとると、（６）式の通りとなる。
【数９】
【００２９】
（４）式は、円筒が連続する剛体であると考えた場合の撓みを求める式であるが、本発明の構造は、扇形のアルミニウム素線４０を組み合わせたブロックの集合が撚られている構造（撚り線構造）であることを考慮すると、変位量δｙ（ｍｍ）は、（４）式の右辺に示す圧潰因子に比例すると仮定して式（７）のように表わすことができる。
【数１０】
【００３０】
図３（ａ）に示す模式図は、円筒形の連続する剛体と仮定しているが、本電線１の構造では、扇形のアルミニウム素線４０を組み合わせたブロックの集合体であるため、上部から圧潰荷重を加えた場合に、円筒が広がるように潰れが生じ、連続する円筒形状の剛体構造の撓みと比べて撓み易くなる。
【００３１】
これを確認するため、表２に示す試作サンプルＡ〜Ｃを用いて、実際に金車抱き角（Φ）に１／３ラジアンを与え、一定張力Ｔ（Ｎ）で引張り、最終的にアルミニウム素線内層４Ａの潰れ量を測定する金車通過試験を行った。張力Ｔ（Ｎ）には、一般的に延線、緊線時に加わる引張推定最大荷重、つまり電線の引張強さ（ＵＴＳ）の１５〜２０％の張力を加えた。
【００３２】
本電線１を金車１０上で往復させ、全部で２０回往復通過させた後、電線１を解体して試験前後でのアルミニウム素線４０の潰れ量を測定した。この場合の潰れは、主にブロック間に隙間が生じる変形であり、一種の塑性変形の潰れである（隙間が生じた箇所は弾性的に元に戻らない）。しかし、塑性変形は、弾性変形の延長上にあると考えることができるため、（７）式は今回の例でも成り立つと考えることは妥当である。
【００３３】
表３は、（７）式による圧潰因子の計算結果、実際の金車通過試検結果、および両者の比率、すなわち圧潰係数を示す。
【表３】
但し、短軸方向（ｙ軸）の潰れ量と長軸方向（ｘ軸）の潰れ量を平均化処理した理由は、（６）式から測定誤差を考慮し、潰れ量と広がり量は、ほぼ等しいと考えたからである。
【００３４】
表３に示す３サンプルの試験結果から求められた圧潰係数として、平均値をとって２．５０とする。試験結果から得られた圧潰量δｅと（１２Ｐ／Ｅａ）・（ｒ／ｔ）３の関係式から、計算で求められる計算圧潰量δは、（８）式の通りとなる。
【数１１】
【００３５】
次に、構造パラメータから決まる限界圧潰量を策定する式を考える。ここでいう限界圧潰量とは、ここまで潰すと、アルミニウム素線内層４Ａのブロックが崩れてしまう限界値を示す。まず、このブロックの漬れ方を考えるために、剛体円筒に鉛直方向に圧潰荷重が加わった場合の曲げモーメントの分布がどうなるか考えてみる。前述の材料力学の曲げ梁の理論によると、曲げモーメントＭは（９）式の通りであることが分かっている。
【数１２】
ここで、Ｍ：曲げモーメント
Ｐ：圧潰荷重
ｒ：円筒の層心半径
φ：断面上の中心角（図４参照）
【００３６】
図４は、円筒形剛体に圧漬荷重が作用した場合のＢ・Ｍ・Ｄ図を示す。対称性から１／４円弧で考慮した。Ｍ＝０となる場合の中心角をφｏとすると、ここを境として表４に示すように円筒の内外面に対し、圧縮と引張が逆転することが分かる。
【表４】
この内容を踏まえ、実際のアルミニウム素線内層４Ａのブロックの崩れ方を考えてみる。図５は、その崩れ方を示す。内層４Ａのブロックの頂点に圧潰荷重Ｐが作用すると、前述の議論から点Ａは、圧縮方向に力がかかり、またその隣の扇形のアルミニウム素線４０の点Ｂにも圧縮方向に力がかかると仮定する。この場合、点Ｂには圧縮方向に力がかかるためには、点Ｂの中心角φが０≦φ≦φｏにあることが必要である。
即ち、
【数１３】
これより、内層４Ａの素線数（分割数）ｎは、（１１）式を満たすことが分かる。
【数１４】
ここで、κ≪１であるので、（１１）式は、（１２）式に帰着する。
【数１５】
通常アルミニウム素線内層４Ａの素線数は、１０前後であることから、（１２）式を満たすことが分かり、点Ｂは圧縮方向に力がかかると考えるのは妥当である。つまり、素線数（ｎ）は、６〜１３の範囲であることが望ましいことが分かる。
【００３７】
（２）構造パラメータの関係
次に、内層４Ａの内径Ｄｏ、厚さｔ、素線数ｎの構造パラメータの関係について説明する。点Ａと点Ｂ共に圧縮方向に力がかかることから、点Ａと点Ｂを支点として図５（ｂ）に示すように潰れると考えることができる。この時、限界圧潰量δｍａｘ（ｍｍ）は、ＡＣ間が垂直になり、∠ＣＡＤがπ／ｎになる場合、すなわち頂部ブロックを支えている隣接ブロックのブリッジ効果がなくなった時として定義することができる。実際扇形のアルミニウム素線４０は、撚られているため、電線１の長手方向に一様にブリッジ効果がなくなることはないが、長手方向のポイント、ポイントで局所的にブリッジ効果がなくなる部分が発生していると考えられ、このポイント（弱い部分）が一番先に大きく潰れると考えることができる。
【００３８】
図５から点ＡＢ間の距離Ｌと∠ＢＡＣ（＝ξ）が変形前後で変わらないとすればぱ、限界圧潰量δｍａｘ（ｍｍ）は（１３）式で示される。但し、π／ｎ≪ξであるとした。
【数１６】
近似による（１３）式から分かることは、限界圧潰量δｍａｘは、素線数ｎとアルミニウム素線内層４Ａの内径Ｄ０に依存し、厚さｔにはよらないということである。
【００３９】
次に、（８）式から求められる計算圧潰量と、（１３）式から求められる限界圧潰量の計算結果を表５に示す。また、一般的に工事に用いられる金車径６００ｍｍΦの金車を用いて、金車通過をさせた際に、ある張力をかけた時の計算圧潰量が、限界圧潰量と等しくなるところの張力（Ｔ’）が電線１の引張強さの何％の値［何％ＵＴＳ］になるかを求めてみた。この結果も表５に示す。
【表５】
表５より内層４Ａと鋼心部２との間の隙間３は、少なくとも限界圧潰量よりも小さくする必要がある。また、サンプル各点で３５．５％ＵＴＳ、３５．８％ＵＴＳ、６５．８％ＵＴＳ以上の張力を加えた場合、限界圧潰量を超えて、アルミニウム素線４０のブリッジが崩れてしまうが、実際に使用される領域は２０％ＵＴＳ以内であるので、内層４Ａのブリッジが崩れることは無いことが分かる。
【００４０】
試験に用いた電線１の内層４Ａと鋼心部２との間の隙間は、表２に示すようにサンプル各々で１．３０ｍｍ、１．４５ｍｍ、１．３１ｍｍである。この隙間は、限界圧潰量よりも小さい。つまり、この隙間を設けた本電線１は、想定される張力が加わっても、扇形のアルミニウム素線４０のブロックが潰れることなく、円筒形状を形成し続けるといえる。
ここで、「計算圧潰量≦限界圧潰量」となることが必要であるので、構造パラメータ、すなわち内層径Ｄ０、厚さｔ及び素線数ｎに制限を設けることができる。すなわち（１４）式の関係式があることが分かる。
【数１７】
【００４１】
（３）内層４Ａと鋼心部２との間の適正隙間３
次に、内層４Ａと鋼心部２との間の適正隙間３を決定したい。本電線１の弛度特性を十分発揮するためには、施工時にアルミニウム素線内層４Ａの分担張力を０にし、鋼心部２のみに張力を与える必要がある。具体的施工手順は、下記内容による。
（１）電線１の片端Ａは通常通りクランプを取り付ける。
（２）電線１のもう一方の片端Ｂは、アルミカムアロングで、通常の電線と同じようにアルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａと鋼心部２を一緒にある張力（１４％ＵＴＳ程度）まで引張り、電線１を切断する。
（３）アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａを剥ぎ、鋼心力ムアロングで鋼心部２を指定弛度（２０％ＵＴＳ程度）となるまで引張り上げ、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａの分担張力が０のままで約半日（約１２時間）放置し、電線１全長に渡り鋼心部２のみで張力分担を終えるのを待つ。
（４）その後、鋼クランプを取り付け、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａを戻しアルミクランプを取り付け完了する。
【００４２】
上記（２）と（３）の手順で、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａの分担張力が０になる際、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５は縮む方向に弾性力が働くが内層４Ａと鋼心部２との間の隙間３には、充填材６が充填されており、この粘性抵抗が縮む方向と逆向きの方向に働くと考えられる。この内層４Ａおよび外層５Ａの移動に対する運動方程式は（１５）式で表すことができる。（但し、この移動に対し片端Ａは鋼心部２と内層４Ａおよび外層５Ａは一緒に固定されていることから、内層４Ａおよび外層５Ａの伸び量ｘに対し、内層４Ａおよび外層５Ａの重心の移動量は、ｘ／２であることに注意する。）
【数１８】
Ｗａ：単位長さあたりのアルミニウム層の質量（ｋｇ／ｍ）
Ｌ：電線１の長さ（ｍ）
Ｅａ：アルミニウムの弾性係数（６１８００Ｎ／ｍｍ２）
Ａａ：アルミニウム素線内層４Ａの総断面頼（ｍｍ２）
Ｆ：速度に比例する充填材の粘性抵抗（Ｎ）
この粘性抵抗は（１６）式で表すことができる。
【数１９】
ここで
μ：粘性率（＝４９０Ｐａ．ｓ）
ｕ：アルミニウム素線内層４Ａの速度[=d/dt(x/2)]
Ｌ：電線１の長さ（ｍ）（標準最大長さ＝１５００ｍ（＝３００ｍ×５径間）
Ｄｓ：鋼心部２の外径（ｍｍ）
△：金車通週後（変形後）の隙間（トータル径）ｍｍ
【００４３】
（１５）式の解は、（１７）式の通りとなる。
【数２０】
ここで、ω／γ≪１として近似した。各パラメータは下記の通りとなる。
【数２１】
通常アルミニウム素線内層４Ａの分担張力を０にするため、約半日（１２時間）放置することから、半日後にどの程度の伸びが残存しているかを（１７）式で確認することができる。但し、アルミニウム素線内層４Ａと鋼心部２の隙間３は、金車通過後扇形素線層が潰れた後の隙間を用いるものとする。
【００４４】
表６は、各サンプルの初期状態からの伸びの残存率を示す。
【表６】
表６から、１２時間も放置しておけばアルミニウム素線内層４Ａの伸びの残量は、十分０となり、アルミニウム素線内層４Ａの分担張力を十分開放することができることが分かる。
【００４５】
図６は、サンプルＡの伸びの残存率と経過時間の関係を示す。サンプルＡで間隙型（ギャップ）電線の弛度特性を十分発揮している事実から、ｔ＝２γ／ω２が５０５５秒以内となるような隙間△に制限を設けることができる。
【００４６】
これを最小隙間△ｍｉｎとして表７に記載する。
【表７】
最終的に変形後に△ｍｉｎ確保する必要があることにより、隙間の適正値は０．８〜２．０ｍｍの範囲にあれば良いことが分かる。
【００４７】
（第１の実施の形態の効果）
表１に示すＡＣＳＲ４００ｍｍ２と、それと同等サイズの本電線１の架線状態を比較するために、弛度計算を行った。その結果を、最大連続許容電流の計算結果と共に表８に示す。
【表８】
弛度計算を実施するにあたり、次に示す計算条件を用いた。
最大使用張力：４９．４３ｋＮ（気温１０℃）
最大使用張力時の風圧：２．７ｋＮ／ｍ２
径間長：３５０ｍ
この計算結果から、本電線１を使用することにより、弛度を既設ＡＣＳＲと同等に保ちながら、許容電流を約２倍に上げることが可能になることが分かる。
【００４８】
[第２の実施の形態]
図７は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第２の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第２の実施の形態に係る架空送電線１は、第１の実施の形態において、最外層のアルミニウム素線外層５Ｂを断面円形の複数のアルミニウム素線５１を撚り合わせて形成したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができる。
【００４９】
[第３の実施の形態]
図８は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第３の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第３の実施の形態に係る架空送電線１は、第２の実施の形態において、アルミニウム素線内層４Ｂを断面扇形の一方の側面に凹部４１ａを有し、他方の側面に凹部４１ａに嵌合する凸部４１ｂを有するアルミニウム素線４１を用いたものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができるとともに、アルミニウム素線４１の側面の凹部４１ａと凸部４１ｂによる嵌合構造によりブロック効果が高まり、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ｂの隙間保持効果をより一層発揮することができる。
【００５０】
[第４の実施の形態]
図９は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第４の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第４の実施の形態に係る架空送電線１は、第２の実施の形態において、アルミニウム素線内層４Ｃを断面扇形の一方の側面に谷部４２ａを有し、他方の側面に谷部４２ａに嵌合する山部４２ｂを有するアルミニウム素線４２を用いたものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができるとともに、アルミニウム素線４２の側面の谷部４２ａと山部４２ｂによる嵌合構造によりブロック効果が高まり、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ｃの隙間保持効果をより一層発揮することができる。
【００５１】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第１の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図２】金車通過試験時の張力と抱角の関係の一例を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は円筒形剛体に圧潰荷重が作用した場合の形状の変化を示す図である。
【図４】円筒形剛体に圧漬荷重が作用した場合のＢ・Ｍ・Ｄ図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は電線が圧潰荷重により潰された場合の扇形内層素線の動きの一例を示す図である。
【図６】サンプルＡの伸びの残存比率と経過時間の関係を示す図である。
【図７】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第２の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図８】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第３の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図９】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第４の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 架空送電線
２ 鋼心部
３ 隙間
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ アルミニウム素線内層
５Ａ，５Ｂ アルミニウム素線外層
６ 充填材
１０ 金車
２０ 鋼素線
４０，４１，４２ アルミニウム素線
４１ａ 凹部
４１ｂ 凸部
４２ａ 谷部
４２ｂ 山部
５０，５１ アルミニウム素線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架空送電線に用いられる鋼心アルミニウム撚線（鋼心アルミ撚線；ＡＣＳＲ：Aluminum Conductor Steel Reinforced）に関し、特に電流容量の増加により電線温度が上昇しても電線全体の伸びを抑制できる間隙型増容量弛度抑制電線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の架空送電線として、鋼心部の外周にアルミニウム撚線からなるアルミニウム素線層を配置した鋼心アルミ撚線を用いたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載された鋼心アルミ撚線は、鋼心部の外周に隙間を設けて断面扇形の連続許容温度が１５０℃の複数のアルミニウム素線を撚り合わせたアルミニウム素線層を配置したものである。
【０００４】
従来送電線に使用されてきたＡＣＳＲに適用される硬アルミニウム素線では、連続許容温度が９０℃である。連続許容温度と電流容量は、ほぼ比例する関係にあり、耐熱温度の高いアルミニウム材料を使うことによって、電線の電流容量を増加させることができる。一方、通常ＡＣＳＲに用いられる鋼心部とアルミニウム内層の間に隙間がない構造では、張力をアルミニウム素線層と鋼心部の両方で分担するため、電線全体の線膨張係数は１９〜２０×１０-6/℃と比較的大きく、この構造に耐熱アルミニウム素線を適用し高温で使用した場合、伸びが大きく、送電線の地上離隔高を確保しにくい。
【０００５】
このため、特許文献１では、鋼心部の外層に隙間を設けて電線張力を鋼心部にのみに分担させる構造にした。鋼心部の線膨張係数は、１１.５×１０-6/℃であるので、高温域で使用しても、電線が伸びにくい。これにより、電流容量を従来の送電線(４００ｍｍ２）の約８３５Ａよりも大きい約１３４０Ａを流しても、電線の伸びを抑制でき、既設ＡＣＳＲと同等の地上離隔高を確保することができる。
【０００６】
特許文献２に記載された鋼心アルミ撚線は、鋼心部に粘性を有するグリスを塗布し、その鋼心部の外周に隙間を設けてアルミニウム素線層を配置したものである。これにより、特許文献１と同様に電流容量を増大させることができるとともに、送電線の微風振動によりアルミニウム素線層と鋼心部が衝突してもグリスの減摩効果によりアルミニウム素線、鋼線ともに磨耗し難くなる。また、雨水により鋼線の腐食を防止することができる。
【特許文献１】実公昭５４−３２２０６号公報
【特許文献２】実公昭５４−２５６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線によると、アルミニウム素線に連続許容温度が１５０℃のものを用いているため、使用温度を１５０℃より上げることができず、既設ＡＣＳＲと比べて約１．６倍にまでしか電流容量を増加させることができない。もし、電流容量を約２倍に上げようとした場合、電線の使用温度を２１０℃まで上げる必要があるが、２１０℃まで上げると、高温使用によってアルミニウム素線がなまされて、機械的強度を保持できなくなり、アルミニウム素線の断面扇形の側面形状が崩れてしまう。この結果、扇形形状によるブリッジ効果が無くなり、アルミニウム素線と鋼心部との間の隙間が無くなるため、鋼心部が自由に動かなくなるという事象が起こる。
【０００８】
また、従来の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線では、アルミニウム素線層と鋼心部との間の隙間を適正値に管理していないため、アルミニウム素線層と鋼心部との間の隙間が大き過ぎた場合に、アルミニウム素線のブリッジを保つのが難しく、アルミニウム素線層が崩れ易くなる。逆に、隙間が小さ過ぎた場合に、アルミニウム素線の内側と鋼心部とが接触し易くなり、鋼心部のスムースな引抜きを阻害するとともに、鋼心部にのみ張力を分担させることが困難になる。
【０００９】
さらに、アルミニウム素線層の内径、アルミニウム素線層の素線数及びアルミニウム素線の厚さの各パラメータの関係を規定していないため、これらのパラメータの値が不適当であった場合に、アルミニウム素線内層のブリッジ効果が弱くなり、アルミニウム素線層が崩れて、鋼心部との隙間がなくなることがある。この結果、鋼心部とアルミニウム素線が接触してしまい、アルミニウム素線層にも分担張力が加わる結果となり、鋼心部のみへの張力負荷作用が困難になり、局部的に弛度抑制効果が失われてしまうことがある。また、アルミニウム素線層が崩れた場合に、隙間が小さくなる結果、隙間に充填材を入れても、その粘性抵抗も影響して鋼心部がスムースに引き抜けない事象も発生する。
【００１０】
従って、本発明の目的は、既存ＡＣＳＲとほぼ同等の弛度を有しながら、電流容量の増大を図った鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、側面で面接触する断面形状を有する複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム素線層を鋼心部のすぐ外周に隙間を設けて配置した鋼心アルミニウム撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線において、前記アルミニウム素線として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、前記アルミニウム素線層と前記鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けたことを特徴とする間隙型増容量弛度抑制電線を提供する。
【００１２】
上記間隙型増容量弛度抑制電線によれば、アルミニウム素線に連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用いることにより、２１０℃以上の高温で使用してもアルミニウム素線の強度低下が発生しないので、アルミニウム素線の断面形状が崩れることなく、使用することが可能になる。この結果、間隙型増容量弛度抑制電線の電流容量を同一アルミニウム素線層断面積の既設ＡＣＳＲと比べて約２倍に増加させることができる。
【００１３】
これらの超耐熱アルミニウム合金系素線には、日本電線工業会規格 ＪＣＳ１４０５「亜鉛めっきインバ心超耐熱アルミ合金より線」に規定されている連続許容温度が２１０℃の超耐熱アルミ合金線や、同ＪＣＳ１４０４「アルミ覆インバ心特別耐熱アルミ合金より線」に規定されている連続許容温度が２３０℃の特別耐熱アルミ合金線を用いることができる。また、アルミニウム素線の側面で面接触する断面形状として、例えば、断面扇形や断面扇形の一方の側面に凹部や谷部を形成し、他方の側面に凹部や谷部に嵌合する凸部や山部を形成したものでもよい。
【００１４】
アルミニウム素線層と鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けることにより、電線を緊線する際に、鋼心部のみに張力を分担させるために、鋼心部を長手方向にスムースに引張ることができる。また、延線時に電線が金車上を越えていく際に、側圧によりアルミニウム素線層が潰れようとするが、アルミニウム素線の円状のブリッジが完全に崩れないので、残った隙間で鋼心部をスムースに引き抜くことができる。
【００１５】
更に、アルミニウム素線の厚さをｔ、アルミニウム素線層の内径をＤ０、アルミニウム素線の素線数をｎとしたとき、
【数２】
（但し、Ｐは鋼心アルミ撚線に加わる単位長さあたり設定圧潰荷重、Ｅａは超耐熱アルミニウム合金系素線の弾性係数を表す。）なる関係を有するのが好ましい。上記各パラメータを適正な関係となるようにすることにより、延線時に電線が金車の上を超えていく時の側圧が電線を圧潰させる大きな力となる。この場合、圧潰荷重により、アルミニウム素線がある程度潰れたとしても、鋼心部と接触するまで完全に潰れず、鋼心部を容易に引き抜くことができる。
【００１６】
また、間隙型増容量弛度抑制電線の最内層部に配置するアルミニウム素線の素線数は、６〜１３であることが好ましい。これにより、延線時に金車上を越えた際、アルミニウム素線によるブリッジがくずれるのを防ぐことができる。
【００１７】
鋼心部とアルミニウム素線層との間の隙間に所定の粘性係数を有する充填材を充填してもよい。これにより、鋼心部とアルミニウム素線層間との摩擦抵抗が小さくなり、鋼心部の引き抜きが容易となる。充填材としては、高温でも軟化しないグリス、等が用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線によれば、アルミニウム素線に連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用いることにより、電流容量の増大を図ることができる。また、アルミニウム素線層と鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けることにより、鋼心部のみに鋼心アルミ撚線の張力を分担させることができ、電線温度上昇時の電線全体の伸びを抑制して既存ＡＣＳＲとほぼ同等の弛度を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この架空送電線１は、中心部に位置する鋼心部２と、鋼心部２のすぐ外周に隙間３を設けて配置されたアルミニウム素線内層４Ａと、アルミニウム素線内層４Ａの外周に接するように配置されたアルミニウム素線外層５Ａと、隙間３に充填された所定の粘性係数を有するグリス等の充填材６とを備えた鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いたものである。
【００２０】
鋼心部２は、例えば、複数（ここでは７本）の特強亜鉛メッキ鋼線等の鋼素線２０を撚り合わせて形成され、張力を受け持つように構成されている。
【００２１】
本電線１の構造で重要なポイントの一つとして、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ａとの間の隙間３が適正間隙を有しており、本電線１を緊線する時に、鋼心部２を容易に引くことができる必要がある。延線時に電線１が金車上を超える時に、延線張力により、電線１が金車に押え付けられる現象が起き、電線１に圧潰力が働く。その際に、アルミニウム素線内層４Ａが潰れようとするが、円状をしたブリッジが完全に崩れてしまうことなく、また適正な間隙を有していて、鋼心部２を引き抜くことができることが重要である。このため、隙間３を０．８〜２ｍｍの範囲とする。その根拠は後述する。
【００２２】
アルミニウム素線内層４Ａは、側面で面接触する断面扇形の複数のアルミニウム素線４０を撚り合わせて形成され、アルミニウム素線層の最内層部として配置される。このアルミニウム素線内層４Ａのアルミニウム素線４０の素線数は、６〜１３本が好ましい。その根拠は後述する。アルミニウム素線４０は、超耐熱アルミニウム合金、あるいは特別耐熱アルミニウム合金からなり、日本電線工業会規格ＪＣＳ０３７４「裸線許容電流の計算基準」表７に記載されている通り、連続許容温度２１０℃、あるいは２３０℃を有する。
【００２３】
アルミニウム素線外層５Ａは、断面扇形の複数のアルミニウム素線５０を撚り合わせて形成されている。アルミニウム素線５０は、アルミニウム素線内層４Ａのアルミニウム素線４０と同様に超耐熱アルミニウム合金あるいは特別耐熱アルミニウム合金からなる。
【００２４】
表１は、ＪＣＳ０３７４に記載の計算基準に基づき、ＡＣＳＲ４００ｍｍ２およびそれと同等の本電線１に対する許容電流値等の計算結果の一例を示す。
【表１】
表１から明らかなように、２１０℃で使用しても、アルミニウム素線４０の機械的強度が弱まって筒状形状の保持に影響が出ることはない。このため、超耐熱アルミニウム合金系素線を用いた本電線１の場合、既存ＡＣＳＲと比べて、同等の機械的特性を有し、約２倍の電流容量を有することが分かる。
【００２５】
（１）アルミニウム素線内層４Ａの素線数の根拠
次に、アルミニウム素線内層４Ａを構成するアルミニウム素線４０の素線数を６〜１３とした根拠を以下に説明する。
【００２６】
表２は、本発明の試作サンプルの構成を示す。
【表２】
本電線１が、延線時に金車上で加わる最大想定圧潰荷重を想定し、その荷重が加わった際に、アルミニウム素線４０のブリッジが抗力を有するかどうかを見極める。
【００２７】
図２は、金車通過試験時の張力と抱き角の関係の一例を示す。同図に示すように、金車１０上で電線１がある範囲で曲げられ（本電線１が金車１０上に接している部分の金車中心角を「抱き角」という。）、ある張力が加えられた場合に、電線１に圧潰力が加わり、電線１を潰そうとする。本電線１を、外径Ｄ（ｍｍ）の金車１０上に、金車抱き角Φ（１ラジアン）、延線張力Ｔ（Ｎ）で引張った場合、電線１にかかる等価圧潰荷重Ｐ（Ｎ／ｍｍ）は、（１）式で表すことができる。
【数３】
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は、円筒形剛体に圧潰荷重が作用した場合の形状の変化を示す。次に、アルミニウム素線内層４Ａのブリッジ構造を、図３（ａ）に示すような連続する剛体円筒に置き換えて、円筒を鉛直に潰そうとする外力Ｐ（Ｎ）が加わった時の、潰れ量δｙ（ｍｍ）と広がり量δｘ（ｍｍ）を求める。材料力学の曲げ梁の詳しい理論によると円筒の層心半径をｒ（ｍｍ）とした場合、各々の量は下記の（２）式、（３）式で表すことができる（文献：最新機械工学シリーズ１４材料力学Ｉ：森北出版：渥美光、鈴木幸三、三ケ田堅次共著１９８４年改訂第１刷発行）。
【数４】
【数５】
ここでｔ（ｍｍ）は円筒の厚さ、Ｅａはアルミニウムの弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）、κは曲がり梁の断面係数を示し、断面係数は下式で表せる。
【数６】
今ｔ／２ｒ≪１の場合、（２）式、（３）式は、下記の（４）式、（５）式で表現できる。
【数７】
【数８】
また、δｘとδｙの比をとると、（６）式の通りとなる。
【数９】
【００２９】
（４）式は、円筒が連続する剛体であると考えた場合の撓みを求める式であるが、本発明の構造は、扇形のアルミニウム素線４０を組み合わせたブロックの集合が撚られている構造（撚り線構造）であることを考慮すると、変位量δｙ（ｍｍ）は、（４）式の右辺に示す圧潰因子に比例すると仮定して式（７）のように表わすことができる。
【数１０】
【００３０】
図３（ａ）に示す模式図は、円筒形の連続する剛体と仮定しているが、本電線１の構造では、扇形のアルミニウム素線４０を組み合わせたブロックの集合体であるため、上部から圧潰荷重を加えた場合に、円筒が広がるように潰れが生じ、連続する円筒形状の剛体構造の撓みと比べて撓み易くなる。
【００３１】
これを確認するため、表２に示す試作サンプルＡ〜Ｃを用いて、実際に金車抱き角（Φ）に１／３ラジアンを与え、一定張力Ｔ（Ｎ）で引張り、最終的にアルミニウム素線内層４Ａの潰れ量を測定する金車通過試験を行った。張力Ｔ（Ｎ）には、一般的に延線、緊線時に加わる引張推定最大荷重、つまり電線の引張強さ（ＵＴＳ）の１５〜２０％の張力を加えた。
【００３２】
本電線１を金車１０上で往復させ、全部で２０回往復通過させた後、電線１を解体して試験前後でのアルミニウム素線４０の潰れ量を測定した。この場合の潰れは、主にブロック間に隙間が生じる変形であり、一種の塑性変形の潰れである（隙間が生じた箇所は弾性的に元に戻らない）。しかし、塑性変形は、弾性変形の延長上にあると考えることができるため、（７）式は今回の例でも成り立つと考えることは妥当である。
【００３３】
表３は、（７）式による圧潰因子の計算結果、実際の金車通過試検結果、および両者の比率、すなわち圧潰係数を示す。
【表３】
但し、短軸方向（ｙ軸）の潰れ量と長軸方向（ｘ軸）の潰れ量を平均化処理した理由は、（６）式から測定誤差を考慮し、潰れ量と広がり量は、ほぼ等しいと考えたからである。
【００３４】
表３に示す３サンプルの試験結果から求められた圧潰係数として、平均値をとって２．５０とする。試験結果から得られた圧潰量δｅと（１２Ｐ／Ｅａ）・（ｒ／ｔ）３の関係式から、計算で求められる計算圧潰量δは、（８）式の通りとなる。
【数１１】
【００３５】
次に、構造パラメータから決まる限界圧潰量を策定する式を考える。ここでいう限界圧潰量とは、ここまで潰すと、アルミニウム素線内層４Ａのブロックが崩れてしまう限界値を示す。まず、このブロックの漬れ方を考えるために、剛体円筒に鉛直方向に圧潰荷重が加わった場合の曲げモーメントの分布がどうなるか考えてみる。前述の材料力学の曲げ梁の理論によると、曲げモーメントＭは（９）式の通りであることが分かっている。
【数１２】
ここで、Ｍ：曲げモーメント
Ｐ：圧潰荷重
ｒ：円筒の層心半径
φ：断面上の中心角（図４参照）
【００３６】
図４は、円筒形剛体に圧漬荷重が作用した場合のＢ・Ｍ・Ｄ図を示す。対称性から１／４円弧で考慮した。Ｍ＝０となる場合の中心角をφｏとすると、ここを境として表４に示すように円筒の内外面に対し、圧縮と引張が逆転することが分かる。
【表４】
この内容を踏まえ、実際のアルミニウム素線内層４Ａのブロックの崩れ方を考えてみる。図５は、その崩れ方を示す。内層４Ａのブロックの頂点に圧潰荷重Ｐが作用すると、前述の議論から点Ａは、圧縮方向に力がかかり、またその隣の扇形のアルミニウム素線４０の点Ｂにも圧縮方向に力がかかると仮定する。この場合、点Ｂには圧縮方向に力がかかるためには、点Ｂの中心角φが０≦φ≦φｏにあることが必要である。
即ち、
【数１３】
これより、内層４Ａの素線数（分割数）ｎは、（１１）式を満たすことが分かる。
【数１４】
ここで、κ≪１であるので、（１１）式は、（１２）式に帰着する。
【数１５】
通常アルミニウム素線内層４Ａの素線数は、１０前後であることから、（１２）式を満たすことが分かり、点Ｂは圧縮方向に力がかかると考えるのは妥当である。つまり、素線数（ｎ）は、６〜１３の範囲であることが望ましいことが分かる。
【００３７】
（２）構造パラメータの関係
次に、内層４Ａの内径Ｄｏ、厚さｔ、素線数ｎの構造パラメータの関係について説明する。点Ａと点Ｂ共に圧縮方向に力がかかることから、点Ａと点Ｂを支点として図５（ｂ）に示すように潰れると考えることができる。この時、限界圧潰量δｍａｘ（ｍｍ）は、ＡＣ間が垂直になり、∠ＣＡＤがπ／ｎになる場合、すなわち頂部ブロックを支えている隣接ブロックのブリッジ効果がなくなった時として定義することができる。実際扇形のアルミニウム素線４０は、撚られているため、電線１の長手方向に一様にブリッジ効果がなくなることはないが、長手方向のポイント、ポイントで局所的にブリッジ効果がなくなる部分が発生していると考えられ、このポイント（弱い部分）が一番先に大きく潰れると考えることができる。
【００３８】
図５から点ＡＢ間の距離Ｌと∠ＢＡＣ（＝ξ）が変形前後で変わらないとすればぱ、限界圧潰量δｍａｘ（ｍｍ）は（１３）式で示される。但し、π／ｎ≪ξであるとした。
【数１６】
近似による（１３）式から分かることは、限界圧潰量δｍａｘは、素線数ｎとアルミニウム素線内層４Ａの内径Ｄ０に依存し、厚さｔにはよらないということである。
【００３９】
次に、（８）式から求められる計算圧潰量と、（１３）式から求められる限界圧潰量の計算結果を表５に示す。また、一般的に工事に用いられる金車径６００ｍｍΦの金車を用いて、金車通過をさせた際に、ある張力をかけた時の計算圧潰量が、限界圧潰量と等しくなるところの張力（Ｔ’）が電線１の引張強さの何％の値［何％ＵＴＳ］になるかを求めてみた。この結果も表５に示す。
【表５】
表５より内層４Ａと鋼心部２との間の隙間３は、少なくとも限界圧潰量よりも小さくする必要がある。また、サンプル各点で３５．５％ＵＴＳ、３５．８％ＵＴＳ、６５．８％ＵＴＳ以上の張力を加えた場合、限界圧潰量を超えて、アルミニウム素線４０のブリッジが崩れてしまうが、実際に使用される領域は２０％ＵＴＳ以内であるので、内層４Ａのブリッジが崩れることは無いことが分かる。
【００４０】
試験に用いた電線１の内層４Ａと鋼心部２との間の隙間は、表２に示すようにサンプル各々で１．３０ｍｍ、１．４５ｍｍ、１．３１ｍｍである。この隙間は、限界圧潰量よりも小さい。つまり、この隙間を設けた本電線１は、想定される張力が加わっても、扇形のアルミニウム素線４０のブロックが潰れることなく、円筒形状を形成し続けるといえる。
ここで、「計算圧潰量≦限界圧潰量」となることが必要であるので、構造パラメータ、すなわち内層径Ｄ０、厚さｔ及び素線数ｎに制限を設けることができる。すなわち（１４）式の関係式があることが分かる。
【数１７】
【００４１】
（３）内層４Ａと鋼心部２との間の適正隙間３
次に、内層４Ａと鋼心部２との間の適正隙間３を決定したい。本電線１の弛度特性を十分発揮するためには、施工時にアルミニウム素線内層４Ａの分担張力を０にし、鋼心部２のみに張力を与える必要がある。具体的施工手順は、下記内容による。
（１）電線１の片端Ａは通常通りクランプを取り付ける。
（２）電線１のもう一方の片端Ｂは、アルミカムアロングで、通常の電線と同じようにアルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａと鋼心部２を一緒にある張力（１４％ＵＴＳ程度）まで引張り、電線１を切断する。
（３）アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａを剥ぎ、鋼心力ムアロングで鋼心部２を指定弛度（２０％ＵＴＳ程度）となるまで引張り上げ、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａの分担張力が０のままで約半日（約１２時間）放置し、電線１全長に渡り鋼心部２のみで張力分担を終えるのを待つ。
（４）その後、鋼クランプを取り付け、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａを戻しアルミクランプを取り付け完了する。
【００４２】
上記（２）と（３）の手順で、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５Ａの分担張力が０になる際、アルミニウム素線内層４Ａおよび外層５は縮む方向に弾性力が働くが内層４Ａと鋼心部２との間の隙間３には、充填材６が充填されており、この粘性抵抗が縮む方向と逆向きの方向に働くと考えられる。この内層４Ａおよび外層５Ａの移動に対する運動方程式は（１５）式で表すことができる。（但し、この移動に対し片端Ａは鋼心部２と内層４Ａおよび外層５Ａは一緒に固定されていることから、内層４Ａおよび外層５Ａの伸び量ｘに対し、内層４Ａおよび外層５Ａの重心の移動量は、ｘ／２であることに注意する。）
【数１８】
Ｗａ：単位長さあたりのアルミニウム層の質量（ｋｇ／ｍ）
Ｌ：電線１の長さ（ｍ）
Ｅａ：アルミニウムの弾性係数（６１８００Ｎ／ｍｍ２）
Ａａ：アルミニウム素線内層４Ａの総断面頼（ｍｍ２）
Ｆ：速度に比例する充填材の粘性抵抗（Ｎ）
この粘性抵抗は（１６）式で表すことができる。
【数１９】
ここで
μ：粘性率（＝４９０Ｐａ．ｓ）
ｕ：アルミニウム素線内層４Ａの速度[=d/dt(x/2)]
Ｌ：電線１の長さ（ｍ）（標準最大長さ＝１５００ｍ（＝３００ｍ×５径間）
Ｄｓ：鋼心部２の外径（ｍｍ）
△：金車通週後（変形後）の隙間（トータル径）ｍｍ
【００４３】
（１５）式の解は、（１７）式の通りとなる。
【数２０】
ここで、ω／γ≪１として近似した。各パラメータは下記の通りとなる。
【数２１】
通常アルミニウム素線内層４Ａの分担張力を０にするため、約半日（１２時間）放置することから、半日後にどの程度の伸びが残存しているかを（１７）式で確認することができる。但し、アルミニウム素線内層４Ａと鋼心部２の隙間３は、金車通過後扇形素線層が潰れた後の隙間を用いるものとする。
【００４４】
表６は、各サンプルの初期状態からの伸びの残存率を示す。
【表６】
表６から、１２時間も放置しておけばアルミニウム素線内層４Ａの伸びの残量は、十分０となり、アルミニウム素線内層４Ａの分担張力を十分開放することができることが分かる。
【００４５】
図６は、サンプルＡの伸びの残存率と経過時間の関係を示す。サンプルＡで間隙型（ギャップ）電線の弛度特性を十分発揮している事実から、ｔ＝２γ／ω２が５０５５秒以内となるような隙間△に制限を設けることができる。
【００４６】
これを最小隙間△ｍｉｎとして表７に記載する。
【表７】
最終的に変形後に△ｍｉｎ確保する必要があることにより、隙間の適正値は０．８〜２．０ｍｍの範囲にあれば良いことが分かる。
【００４７】
（第１の実施の形態の効果）
表１に示すＡＣＳＲ４００ｍｍ２と、それと同等サイズの本電線１の架線状態を比較するために、弛度計算を行った。その結果を、最大連続許容電流の計算結果と共に表８に示す。
【表８】
弛度計算を実施するにあたり、次に示す計算条件を用いた。
最大使用張力：４９．４３ｋＮ（気温１０℃）
最大使用張力時の風圧：２．７ｋＮ／ｍ２
径間長：３５０ｍ
この計算結果から、本電線１を使用することにより、弛度を既設ＡＣＳＲと同等に保ちながら、許容電流を約２倍に上げることが可能になることが分かる。
【００４８】
[第２の実施の形態]
図７は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第２の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第２の実施の形態に係る架空送電線１は、第１の実施の形態において、最外層のアルミニウム素線外層５Ｂを断面円形の複数のアルミニウム素線５１を撚り合わせて形成したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができる。
【００４９】
[第３の実施の形態]
図８は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第３の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第３の実施の形態に係る架空送電線１は、第２の実施の形態において、アルミニウム素線内層４Ｂを断面扇形の一方の側面に凹部４１ａを有し、他方の側面に凹部４１ａに嵌合する凸部４１ｂを有するアルミニウム素線４１を用いたものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができるとともに、アルミニウム素線４１の側面の凹部４１ａと凸部４１ｂによる嵌合構造によりブロック効果が高まり、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ｂの隙間保持効果をより一層発揮することができる。
【００５０】
[第４の実施の形態]
図９は、本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第４の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。この第４の実施の形態に係る架空送電線１は、第２の実施の形態において、アルミニウム素線内層４Ｃを断面扇形の一方の側面に谷部４２ａを有し、他方の側面に谷部４２ａに嵌合する山部４２ｂを有するアルミニウム素線４２を用いたものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に電流容量を増大させることができるとともに、アルミニウム素線４２の側面の谷部４２ａと山部４２ｂによる嵌合構造によりブロック効果が高まり、鋼心部２とアルミニウム素線内層４Ｃの隙間保持効果をより一層発揮することができる。
【００５１】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第１の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図２】金車通過試験時の張力と抱角の関係の一例を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は円筒形剛体に圧潰荷重が作用した場合の形状の変化を示す図である。
【図４】円筒形剛体に圧漬荷重が作用した場合のＢ・Ｍ・Ｄ図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は電線が圧潰荷重により潰された場合の扇形内層素線の動きの一例を示す図である。
【図６】サンプルＡの伸びの残存比率と経過時間の関係を示す図である。
【図７】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第２の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図８】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第３の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【図９】本発明の鋼心アルミ撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線を用いた第４の実施の形態に係る架空送電線の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 架空送電線
２ 鋼心部
３ 隙間
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ アルミニウム素線内層
５Ａ，５Ｂ アルミニウム素線外層
６ 充填材
１０ 金車
２０ 鋼素線
４０，４１，４２ アルミニウム素線
４１ａ 凹部
４１ｂ 凸部
４２ａ 谷部
４２ｂ 山部
５０，５１ アルミニウム素線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面で面接触する断面形状を有する複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム素線層を鋼心部のすぐ外周に隙間を設けて配置した鋼心アルミニウム撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線において、
前記アルミニウム素線として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、
前記アルミニウム素線層と前記鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けたことを特徴とする間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項２】
前記アルミニウム素線の厚さをｔ、前記アルミニウム素線層の内径をＤ０、前記アルミニウム素線の素線数をｎとしたとき、
【数１】
（但し、Ｐは鋼心アルミニウム撚線に加わる単位長さあたり設定圧潰荷重、Ｅａは超耐熱アルミニウム合金系素線の弾性係数を表す。）なる関係を有することを特徴とする請求項１に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項３】
前記電線の最内層部に配置するアルミニウム素線の素線数は、６〜１３であることを特徴とする請求項２に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項４】
前記隙間に所定の粘性係数を有する充填材を充填したことを特徴とする請求項１に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項１】
側面で面接触する断面形状を有する複数のアルミニウム素線を撚り合わせてなるアルミニウム素線層を鋼心部のすぐ外周に隙間を設けて配置した鋼心アルミニウム撚線からなる間隙型増容量弛度抑制電線において、
前記アルミニウム素線として連続許容温度が２１０℃以上の超耐熱アルミニウム合金系素線を用い、
前記アルミニウム素線層と前記鋼心部との間に０．８〜２ｍｍの隙間を設けたことを特徴とする間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項２】
前記アルミニウム素線の厚さをｔ、前記アルミニウム素線層の内径をＤ０、前記アルミニウム素線の素線数をｎとしたとき、
【数１】
（但し、Ｐは鋼心アルミニウム撚線に加わる単位長さあたり設定圧潰荷重、Ｅａは超耐熱アルミニウム合金系素線の弾性係数を表す。）なる関係を有することを特徴とする請求項１に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項３】
前記電線の最内層部に配置するアルミニウム素線の素線数は、６〜１３であることを特徴とする請求項２に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【請求項４】
前記隙間に所定の粘性係数を有する充填材を充填したことを特徴とする請求項１に記載の間隙型増容量弛度抑制電線。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３１８８６９（Ｐ２００６−３１８８６９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４３１０５（Ｐ２００５−１４３１０５）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（５０１３０４８０３）株式会社ジェイ・パワーシステムズ (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（５０１３０４８０３）株式会社ジェイ・パワーシステムズ (89)
【Ｆターム（参考）】
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