電験3種「電力」のポイント その18 架空送電線路の構成とたるみの計算

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電験3種「電力」のお勉強18回目のテーマは「架空送電線路の構成とたるみの計算」です。

 

架空送電線路とは

架空送電線路は、「支持物」「電線」「がいし(碍子)」「架空地線」などで構成されます。

支持物は「鉄塔」「鉄柱」「鉄筋コンクリート柱」「木柱」などがあり、主に鉄塔が用いられます。

 

架空送電線の主な電線

架空送電線に使用される主な電線に、「硬銅より線」「鋼心アルミより線」があります。

硬銅より線は、パーセント導電率が約97%と高く、引張強度も大きいです。また耐久性にも優れています。鋼心アルミより線は、硬銅より線と比較すると導電率は低いですが、機械的強度が高くて軽いことが特徴です。同一抵抗では、硬銅より線と比較すると外径が大きくなります。

 

がいしとは

がいしは電線を支持し、電線と電柱の間を絶縁するための器具です。

送電路用のがいしには、「懸垂がいし」「長幹がいし」「ラインポストがいし」などがあります。

 

架空地線の接地

架空地線は雷害対策のもので、接地されています

架空地線は雷害対策のため、鉄塔の頂部に架設される電線で、接地されています。光ファイバーと一体化したものもあります。

 

架空送電線のたるみ

架空送電線のたるみは「径間の2乗に比例」します。

架空電線を支持物と支持物の間でまっすぐ張れば、電線の長さは最も少なく済みますが、電線や支持物にかかる張力が大きくなりすぎて電線の耐久性が低くなり、断線しやすくなったり、支持物の振動に対する強度が低下します。

そのため、電線にある程度のたるみを持たせることによって安全性を高めています。

このたるみも大きすぎると、大地との絶縁を保つために支持物を高くする必要があり、建設費自体も高くなり、風や氷雪による
事故も生じやすくなります。

また電線は温度が上昇すると膨張して長さが伸びるので、たるみも大きくなります。

よって温度が変化した場合のたるみの変化も考慮する必要があります。

電線の両側の指示店の高さが同じであれば、たるみは径間の中央で最大となります。
電線1mあたりの荷重をW [N/m]、径間の長さをS [m]、電線の最低点の水平張力をT [N]とすると、たるみD [m]は以下の式で求めることができます。

$$D=\frac{W・S^2}{8T} [m]・・・①$$

この時の電線の長さをL [m]とすると、径間の長さS [m]、たるみD [m]より以下のように表されます。

$$L=S+\frac{8D^2}{3S}[m]$$

そして電線の温度がt[℃]上昇したとき、電線の長さがL1[m]からL2[m]に変化したとすると、線膨張係数をαとすることで、以下の関係が成り立ちます。

L2=L1(1+αt)

上記①式を変形すると、電線の長さL[m]と径間の長さS[m]より、たるみD[m]の値を求めることもできます。

$$L=S+\frac{8D^2}{3S}[m]$$

より

$$L-S=\frac{8D^2}{3S}[m]$$

$$3S(L-S)=\frac{8D^2}{3S}[m]$$

$$D=\sqrt{\frac{3S(L-S)}{8}}[m]$$

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