JPH0371509A - 架空送電線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、とく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巾な増大を可能なら
しめ、同一通電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ツＪＩｒｆ１４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。

送電線の外径を大くすることなくあるいは鉄塔を高くす
ることなく、送電線の送電客足を増大させる手段として
、 （１）鋼心の比強度（引張強さ７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導電メンバーとなるアルミ素裸の占
める断面積を大きくする。

（２）鋼心として従来の亜鉛メツキ鋼線の代りに熱１１
１１３Ｍ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イン
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）上記亜鉛メツ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ＦＲ，Ｐ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。

といった種々な提案がなされている。

［発明が解決しようとする課題］ 第１０図は、上記した既提案のインバー線１０゜１０を
テンヨンメンバーとし、その外周にアルミｓ線２，２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。

インバーの線膨張係数はほぼ１．．０Ｘ１０４であるか
ら、亜鉛めっき鋼線がほぼ１２．０Ｘ１０′６程度て゛
あることと比較すると、その熱膨張係数は週かに小さく
、大容量の送電を行ない送電線がその通電電流によって
大１１】に温度」二昇しても、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
線路においてすでに採用され、実用化されている。しか
し、線膨張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
はむしろ大きくぜざるを得す、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。さらに、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
処理などによって当該脆性を緩和できるとはいえ、やは
り上記大きな架線張力下において不測の＠線にいたると
いった不安がないとはい見ない。

また、ＦＲＰ線を用いる場合、炭素繊維や炭化ケイ素を
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高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ている。このＰ
ＲＰは、繊維含有率が６０％程度でエポキシ樹脂をマト
リックスに用いた場合の比重が約１．５程度であって鋼
線の約１１５と非常に軽量である。また、線膨張係数も
２Ｘ１０”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
繊維の単独での画然性は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、線膨張係数を小さくできて
も、その効果はインバー線を用いたものには到底及ばな
い。

さらに、長時間の使用に対しても熟的劣化が予想され、
長期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ずぎる。

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ｆｉｌ繊維とマトリックス金属との反応性が
小さく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ＦＲＭｒＩｌ造上の必須条
件であり、−殻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、電線とく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９図に示すような
構成よりなる電線が提案されてはいる。

これは銅マトリツクス２１にカーボンｓＩｌ維２ｏを複
合させた銅カーボン繊維複合線２２．２２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、マトリックスおよ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別メツキし
たり銅を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
も問題が多い。

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Ｆ、ＲＭ線を入手できるであろうと
いった＠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
記胴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
との反応を起し易（、Ａ、Ｉ！４０３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著しい強度低
下を来す結果となるおそれのあることが、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威し、しか
も線膨張係数が従来の送電線に比べて非常に小さく、架
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
度低下をも大巾に抑制でき、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
規な架空送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と炭化ケイ素繊維とを
複合し、当該炭化ケイ素繊維の体積複合率を１５〜７５
％としてなるアルミ炭化ケイ素複合線を導体の１部ある
いは全部として構成しｆＳものであり、またかかる炭化
ケイ素繊維複合率よりなるアルミ炭化ケイ素複合線の外
周にアルミチーブあるいはアルミパイプを肉厚において
０，０５開以上被覆してなるアルミ被覆複合線を導体の
１部あるいは全部として構成したものであり、さらには
、ＩＩＪＢの外周に上記した炭化ケイ素Ａｌｌ維複合率
よりなるアルミ炭化ケイ素複合材を被覆してアルミ炭化
ケイ素複合材被覆！４線とし、導体の１８部あるいは全
部として４１１威したものである。

［作用］ アルミに炭化ケイ素繊維を複合させた場合、アルミとの
濡れ性が良い上、上述したアルミとの反応を起こす危険
性はほとんどない、従って、アルミ炭化ケイ素繊維複合
線は、鋼心アルミ撚線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
、炭化ケイ素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！！！造する上での曲げ半径を確保して製造ならびに
架線工事の容易化を維持する一方、電線として必要な導
電率を保有させるためには、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０．０５ｍ以
上のアルミを被覆することにより顕著に改稗され、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説明する。

第１図は、本発明に係るアルミ炭化ケイ素複合線１．１
を撚合せて本発明に係る架空送電線としてなる実施例の
断面図であり、第３図は第１図のアルミ炭化ケイ素複合
線１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３図よりわかるように、本発明に係るアルミ炭化ケイ
素複合線１は、アルミ又はアルミ合金をマトリックス１
ｂとし、これに炭化ケイ素の好ましくは長繊維１ａ、ｌ
ａを複合させ、一体化して複合線に構成したものである
。

このような複合線１を製造するには、先の銅カーボン繊
維複金線におけるように前処理としてのメツキ処理や蒸
着処理は一切必要ではない、すなゎち、炭化ケイ素繊維
ヤーンを適当な間隔をもって拡げ、溶融アルミ洛中を通
過させ、そのｆ＆適当な絞りダイスで絞り、必要な線径
となるように仕上げればそれでよく、アルミと炭化ケイ
素は十分な濡れ性を有し、かつ両者の界面に有害な化合
物の生成するおそれもない。

上記のようにして製造したアルミ炭化ケイ素複合線１の
全部をもって第１図に示すような撚線を構成し、本発明
に係る架空送電線としてもよいが、第２図にその断面図
を示したように、例えば最外層のみをアルミ素線２，２
によりｉ或し、内層および６部をすべてアルミ炭化ケイ
素複合線１．１をもって構成し、内的のアルミ炭化ケイ
素複合線１．１には本発明が求める軽量化と強度確保な
らびに低熱膨張性を分担させ、最外層のアルミ素線２．
２に導電メンバーとしての役目を果させるようにしても
差支えはない。

また、アルミ炭化ケイ素複合線１はそのままの状態で第
１および２図に示すように撚線の素線としてＯ１！用す
ることが可能ではあるが、その場合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１０図は、マトリックスとして純アルミを使用し、外
径１５μｍの炭化ケイ素（以下ＳｉＣと表示する）をさ
まざまなＶｆを有するように複合させて外径１間の複合
線に′ｆＩ！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。

図よりわかるように、ＳｉＣのＶｆが大きくなるに従い
、引張強さは次第に向上し、７５％を越える辺りから直
線的な勾配をもって急上昇している。

第１０図から、Ｖｆが１５％以下ではアルミの引張強さ
を改善する効果はほとんどみられず、ＳＸＣは少くとも
１５％以」二複合させる必要のあることが、この図によ
ってわかる。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、前述したようにＶｆ７５％以上において急上昇
がみられる。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ためと考えられる。

第１１図は、第１０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１１図の導電率の変化の状態は、第１０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となってい
ることが両図の対比によってわかる。ここでもＶｆが７
５％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
性質が表面に現われてくる結果と考えることができる。

上記第１０図および第１１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、上記それぞれを総合すると、本発明に係るアル
ミ炭化ケイ素複合線のＳｉＣのＶｔ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１５〜７５％とすること
が適当ではあるが、炭化ケイ素の複合率によっては炭化
ケイ素が宿命的に有する脆さが電線として製造あるいは
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１２図はＳｉＣのＶｆを６０％とし外径１
ｇ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。

第１２図より明らかなように、曲げ半径はアルミ被覆を
行なうことで極めて顕著に改善され、その被覆厚さも０
．０５＋＋ｍ厚のアルミ被覆によって大きな効果を示す
ようになることがわかる６従って、ＳｉＣのＶｆを大き
くし、強度と軽量化および低熱膨張性をより増大させた
い場合には、アルミ炭化ケイ素複合線の外周に０、ｏ５
゜□以」−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、二とができる。

このようなアルミ被覆を行なう効果としては、アルミテ
ープ巻あるいはアルミチューブ被覆のいずれであっても
効果の上で差のないことも確かめられている。

第４および５図は、上記アルミ炭化ケイ素複合線１の外
周にアルミ被覆をする場合の２様の実施例を示すもので
あり、各図において（ａ）はその説明正面図を、（ｂ）
はその端面図をそれぞれ示したものである。

第４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を巻回してアルミパイプ被覆複合線４としたも
のであり、第５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とした場合をそれ
ぞれ示している。

第４図の場合はこのようにアルミテープを密着あるいは
ラッピング巻回した状態で、またアルミテープを縮添え
被覆した場合は接合部をシーム溶接し、然る後ダイスで
縮管ずればよい。また、第５図の場合は押出法によって
容易にアルミパイプを被覆することができる。

いずれの場合にも、従来より金属線材において行なわれ
ているような塑性加工による強度付与の必要はなく、内
部の繊維を長平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を全部用いて撚線
とし、架空送電線としてもよいし、例えば第６図に示す
ように従来の鋼心アルミ撚線の鋼心部分に内部にアルミ
炭化ケイ素複合線１を有するアルミパイプ被覆複合線４
を用いその外周にアルミ素線２，２を撚合せてアルミ炭
化ケイ素複合線心アルミ撚線に構成してもよい、とくに
後者の場合には、第８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すべて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１３図は、ＳｉＣのＶｆ４０％の本発明に係る複合線
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、ｉ、ｏｏｏ時間経過後においても引張
強度の低下がほとんど認められず、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ならびに低熱膨張特性さらには適当
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、建設費用の低減に直結するばかりでなく
、環境問題の改首にも寄与し得ることになる。

以上は、アルミ炭化ケイ素複合線を単独あるいはアルミ
被覆して素線として使用する例について説明したが、場
合により第７図のように構成することもできる。

この実施例は、Ｍ線５ａの外周に本発明に係るＶｆ範囲
のアルミ炭化ケイ素複合材被覆１゛を被覆してアルミ炭
化ケイ素複合材被覆鋼線５としたものであり、この複合
材被覆鋼線５を撚合せて送電線としてもよいが、むしろ
架空地線として使用することでその特性を発揮し得るも
のである。この場合の強度は鋼線５ａが分担することと
なるから、Ｓ１０はこれまでの長尺繊維ではなく短尺繊
維を用いても差支見ない。

これを製造するにはアルミ溶湯中に １５≦Ｖｆ≦７５（％〉となるようにＳｉＣを混入させ
、鋼線上にどぶ付はメツキすればよい。

第７図に示す複合線材を架空地線に使用すれば、ＳｉＣ
＠ｌｄｌにより耐熱性が増大し、従来例においてみられ
たアルミのみが溶損してしまう現象を大巾に緩和するこ
とが可能になる。

［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少限にできるばかりでなく、
小さな熱膨張係数と極めて潰れた耐熱特性とにより通電
容麓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また小型化できること
で市街地およびその近傍での用地難にも対応ができるば
かりでなく、を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および２図は本発明に係る電線の２様の実施例を示
す断面図、第３図は本発明に係る複合材素線の構成状況
を示す拡大断面図、第４および５図は複合材素線の外周
にアルミ被覆をした様子を示すものであり、各国（ａ）
はその説明正面図、各図（ｂ）はその端面図、第６図は
鋼心アルミ撚線の鋼心の代りに本発明に係るアルミ被覆
複合材素線を用いた例を示す断面図、第７図は本発明に
係る複合材被覆鋼線の実施例を示す断面図、第８図は従
来のインバー心アルミ撚線の断面図、第９図は銅カーボ
ン繊維複合線を用いた電線の具体的を示す断面図、第１
０図はＳ１ＣのＶｆと引張強さの関係を示す線図、第１
１図は同じ＜ＳｉＣのＶｆと導を率のｒＪｊ係を示す線
図、第１２図は本発明に係る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１３
図は高温耐久性試験結果を示す線図である。 １ニアルミ炭化ケイ素複合線、 １−ニアルミ炭化ケイ素複合材被覆、 １ａ：炭化ケイ素繊維、 １ｂニアルミ又はアルミ合金マトリックス、２ニアルミ
素線、 ３ニアルミテ一プ被覆複合線、 ３ａ：アルミチーブ、 ４ニアルミバイブ被覆複合線、 ４ａニアルミパイプ、 ５ニアルミ炭化ケイ素複合材被覆鋼線、５ａ：鋼線。 第１図 第２１！１ 第６図 Ｉニアルミ炭化ケイを複合線 第３図 ４＆：アルζパイプ ０ 第４図 １：アル夫炭化ケイ素複合綿 １′：アルｌ炭化ケイ素複合材被覆 ｌＯ：インバー線 第８図 第５図 ｗｃＳ図 ２３ 第１０図 ２０　　　　４０　　　　６０ ３ＩＣ体積比Ｖｆ　（％） ０ ＋００ 第１１図 ｉＧ 体積積 比 ｆ （％） アル主被覆厚さ （鱈）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）アルミ又はアルミ合金と炭化ケイ素繊維とを複合
   し、当該炭化ケイ素繊維の体積複合率を１５〜７５％と
   してなるアルミ炭化ケイ素複合線を導体の１部あるいは
   全部として構成してなる架空送電線。 （２）請求項１の炭化ケイ素繊維複合率よりなるアルミ
   炭化ケイ素複合線の外周にアルミテープあるいはアルミ
   パイプを肉厚において ０．０５ｍｍ以上被覆してなるアルミ被覆複合線を導体
   の１部あるいは全部として構成してなる架空送電線。 （３）鋼線の外周に請求項１の炭化ケイ素繊維複合率よ
   りなるアルミ炭化ケイ素複合材を被覆してアルミ炭化ケ
   イ素複合材被覆鋼線とし、それを導体の１部あるいは全
   部として構成してなる架空送電線。