JPH08509854A - シールド式高電圧架空送電線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は支柱構造上で支持され空中に引かれた相導体を有し、特に１００ｋＶを超える電圧用の高電圧架空送電線に関する。本発明に基づけば、導体は絶縁され支柱の支持点（４）に於けるこれらの間の間隙が、導体同士の接触を避けるために必要な最少間隙よりも小さく、少なくとも二つの導体が垂直方向で異なる高さに配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 シールド式高電圧架空送電線 本発明は４０ｋＶを超え、特に１００ｋＶを超える電圧用で、支柱構造の上に 支えられた空中に引かれた複数の相用導体を有する、高電圧架空送電線に関わる 。 シールド式高電圧架空送電線、すなわちＰＡＳ送電線は従来の裸の導体の代わ りにプラスティック被覆導体を採用している。絶縁物は通常架橋結合ポリエチレ ン、ＸＬＰＥ（ＰＥＸ）である。薄い絶縁は導体同士が互いにぶつかり合う結果 生じる電圧ストレスに耐え、中間電圧まで耐え、そしてまた木々または同等物と の接触にも耐えるように寸法決めがなされている。 ２０ｋＶ電圧用ＰＡＳ送電線はフィンランドでは１９８０年代の初めから建設 されてきている。しばしばＰＡＳ送電線はよりコストの掛かる地中埋設送電線で の解決策の代わりを提供している。更に、２０ｋＶ電圧用ＰＡＳ送電線は使用に 際して従来の架空送電線より更に信頼性が高いが、それは導体同士がぶつかって も通常は導体の崩壊または損傷の原因とはならないからである。 フィンランド電気検査官（ＳＥＴＩ）の告示Ｎｏ．Ｔ ６８−９１では、２０ ｋＶの電圧を意図した金属保護被覆無しプラスティック被覆架空送電線に対する 要求が規定されている。この告示に基づけば、裸架空送電線と同一の間隙要求が ＰＡＳ送電線の導体にも一般的に適用されており、これは導体被覆が接触に対す るシールドの要求を満たしていないためである。いくつかの点に於いては前記規 制はＰＡＳ導体が使用されている場合には違っている。これらの例外の中でもっ とも重要なことは、導体の固定点の間の最小間隙であり、これは現在の規制で規 定されている間隙の三分の一である。更に、木々からの距離は従来の送電線の５ ０％より少し大きい程度までに短く、これは導体の絶縁が倒木のもたれ掛かりに 対して数カ月間耐えるからである。これは導体経路として必要な幅を減じ、従っ て土地獲得のコストを縮小する。１１０ｋＶ以上の高電圧送電線に対する対応す る規制は存在せず、これは１１０ｋＶ以上（例えば２２０ｋＶ，４００ｋＶ）用 の絶縁架空送電線が使用されていないためである。現在使用されている支柱構造 、 絶縁物および絶縁並びに導体取り付けは主として裸導体用に設計されている。１ １０ｋＶＰＡＳ送電線は木のもたれ掛かりに対して数時間は耐えるが、導体に対 して木が接触することは高い漏れ電流及び無線混信障害の観点から許されない。 落雷に起因する閃絡または局部放電現象効果は、これらの電圧定格及び導体に関 しては今まで全く研究されていなかった、これはこの様な高電圧送電線の絶縁が 、導体が互いに接近されたり周囲の木々に近づいた際に発生する短絡の問題以外 を解決することを考慮されていなかったためである。 過去十年間の間に徐々に、電力送電線で発生される電磁場に対して関心が払わ れるようになってきている。電力送電線の磁場並びに電場に対する制限は、既に 米国のいくつかの州およびイタリアで規定されている。架空送電線で生成される 電磁場は導体の相対位置によって低減できる。導体を互いに出来る限り近づけて 配置することにより、例えば正三角形の頂点、最少の場が得られる。電気送電線 では裸導体が互いにぶつかり合うと短絡が生じる。互いのぶつかり合いおよび局 部放電現象効果を防止するのに必要な最低限の間隙また同様に好適で耐久力のあ る絶縁が欠落しているために、実際上導体を配置する従来の方法以外を採用する ことが妨げられていた。フィンランドで最も一般的に採用されている設置方法は 、塔上での水平設置であって、支柱構造の高さを減らすことが可能である。導体 間の最少間隙は１１０ｋＶでは３．５ｍ程度であり、従って送電線空隙の幅は２ ００ｍのスパンが適用されている場合には最少１６ｍとなる。しかしながら実際 は従来導体での相間間隙はおよそ４．５ｍであり、必要な送電線空隙は２６ｍで ある。 従って上記の要因は次の状況に導く、すなわち少なくとも中および高電圧架空 送電線に於いて導体を互いに近づけることは経済的な理由（例えば導体経路を狭 くできる）同様に環境的な理由（電磁場の影響範囲を狭める）から非常に好適で かつ都合が良いが、これを現在の技術で実現するには高電圧送電線の建設原理と 矛盾が生じる。 本発明のひとつの目的は、相導体の間で必要な間隙を基本的に削減する高電圧 架空送電線を提供することであり、従ってより狭い導体経路に適し、現在の架空 送電線に比較して電磁場の発生がより少ない架空送電線を提供することである。 この目的を実現するために本発明に基づく高電圧架空送電線は、導体が絶縁され 、支柱の支持点に於けるそれらの間の間隙が導体間の接触を避けるために必要な 最少間隙よりも小さく、少なくとも二つの導体が垂直方向で異なる高さに配置さ れていることを特徴とする。 本発明に基づく架空送電線の相導体を好適に選択しかつ配置し、好適な導体型 式を見つけるための異なる試験のためにかなりの労力を投資することにより、本 発明の高電圧架空送電線が実現された。この送電線は従来構造の電力送電線に関 連するいくつかの問題を解決している。例えば１１０ｋＶ塔送電線の場合、導体 経路は現在の最少幅１６ｍから１０ｍに削減できる（デルタ設置）。一方導体の 垂直方向の配列では、支柱の高さをかなり削減している。また電磁場の強さは、 後で判るように現在の送電線の場強度からかなり低減されている。 本発明のその他の提出された実施例は、添付の請求項の中に記載されている。 以下に本発明を例として添付図を参照しながら更に詳細に説明する。 第１図は、本発明で採用しているシールド式導体を示す、 第２図は、異なる導体の表面場強度の比を相間隙の関数として局部放電開始場 強度と比較したグラフを示す、 第３図は、異なる導体構造での地上に於ける電場の強度を示す、 第４図は、異なる導体構造での地上に於ける磁束密度を示す、 第５−８図は、異なる架空送電線の支柱構造の例を示す。 第１図は本発明のシールド式高電圧架空送電線で採用できるＮｏｋｉａ ＳＡ Ｘ−３５５導体を示す。導体の電流搬送部はアルミニウム合金の環状導体であっ て、撚り線３で満たされている。導体シース１は半導電性プラスティックであっ て、電場を中和し金属導体表面上に放電箇所が生成されることを防止する。絶縁 層２は特に高電圧送電線で使用される架橋結合ＸＬＰＥプラスティック（ＰＥＸ プラスティック）であり、最も外側のおよそ１．５ｍｍの厚さを有する層は、耐 気候性を得るためにカーボンブラックで浸潤塗布されている。その他の導体デー タ：耐気候並びに耐ＵＶ放射性構造、外形３９ｍｍ、重量１７３０ｋｇ／ｋｍ、 破壊荷重１０８ＫＮそして定格負荷６６０Ａである。１１０ｋＶ ＳＡＸ導体は 従来ケーブル構造よりもかなり薄い絶縁プラスティック層でシールドされている 。 絶縁はそのスパンの間で相導体が互いにぶつかり合うのに耐えるように寸法決め されている。二つの導体間に１２０ｋＶの電圧を加えた試験中に、これらの導体 はスパークすることなく互いに５４０，０００回ぶつけ合わされた。更に１７日 間に渡るもたれ掛かり試験が同一の導体に対して実施された；この試験中に導体 はスパークすることなく互いにもたれ合わされた。 本発明に基づく絶縁導体の最少間隙で、それらの導体は例えば短絡による力ま たは風によって互いにぶつかり合うことが認められている。従って必要な最少間 隙は短絡の場合の基準ではなく、状況に適用可能な別の基準に基づいて計算され るべきである。導体（空気絶縁）の最少間隙を解析するためのひとつの開始点は 、電気安全規制、フィンランド電気検査官告示Ｎｏ．Ａ４−８６、ヘルシンキ１ ９８６年、の中に提示されており裸の１１０ｋＶ導体に対しては固定構造で１． １５ｍの最少要求が規定されている。 絶縁された相導体を含む、本発明に基づく架空送電線の絶縁協調解析はふたつ の仮定から開始される： ・支柱の最上部構造は全スパンを保護する；そして ・相から大地へのスパークは1０％の確率で許容レベル内の電圧サージで発生 し、電圧強度差は３％である。 目的は相間の空隙を、相と大地間の間隙でのスパークが、相同士の間隙の間で のスパークより十分に可能性があるように減少させることである。上記の仮定に 基づく計算では、相間の空隙が相と大地間の空隙よりもたった３％大きいだけで 、相と大地の間のスパークの可能性が相間でのスパークの可能性に比較して１０ 倍大きくなることを示している。もしも１００倍の可能性を希望する場合は、相 間の空隙は相対的に６％大きくなければならない。 本明細書で採用されている１１０ｋＶ絶縁糸のアーク距離は８７ｃｍであり、 この電圧に於ける自由空隙は９０ｃｍであるので、設計の開始点としては活性部 品の相間の最少間隙は１００ｃｍ、すなわち相−大地間の空隙の１０％またはそ れ以上が妥当である。この削減が実行されると、雷によって生じた過電圧は非常 に高い確率で二つの相の間の短絡よりも単一相と大地の間の漏電を生じる。 絶縁相導体を含む本発明の架空送電線では通常よりも小さな相間間隙が許容さ れるので、１１０ｋＶ電圧に於ける導体コロナ放電で生じる可能性のある問題も また処理されなければならない。従って導体表面場強度のコロナ開始場強度の相 間隙の関数としての比が、１２３ｋＶの電圧に於いて計算されている。その結果 が第２図に示されている。本明細書で採用されている寸法基準によれば、この比 は強化領域内では最大値０．７２を有し、その他の領域では最大値０．７７を有 する。 計算結果は使用された導体に依存する。ふたつの導体、ＡＣＳＲ ３０５／３ ９ Ｄｕｃｋ及びＡＣＳＲ １５２／２５ Ｏｓｔｒｉｃｈ、の試験に際してＤ ｕｃｋ導体を使用すればコロナ放電の問題を生じずに相間隙を６０ｃｍまで削減 できることが判った。大まかには同様のことがＮｏｋｉａ ＳＡＸ ３５５導体 にも適用できる。Ｏｓｔｒｉｃｈ導体では、表面場を同一程度とするために相間 隙を１３０ｃｍまで広げなければならない。またグラフから判るように導体が垂 直に（Don）配置されている場合には、コロナ発生の観点から見て水平設置（Por t）よりも更に相間隙の値は有利になる。 従って、結論として絶縁相導体間の最少距離は、少なくとも１１０ｋＶ架空送 電線の場合、固定構造で採用されている最少距離と同じ程度にすることが可能で ある。 従って本発明に基づけば、シールド式導体は相間隙をかなり削減し、導体経路 も減らし、またこれに代わって支柱構造の高さを削減することが明らかになった 。ＰＡＳ送電線の大きな利点はまた、相間隙がより小さくなるために生成される 電磁場が従来の送電線と比較して小さいことである。第３図は種々の導体型式に 対する高電圧架空送電線の地上での電場強度を図示するカーブを示す。第４図は それに対応する磁束密度を示す。比較は表１に基づき、従来式非絶縁送電線の標 準の３−３．５ｍ相間隙での水平、三角形および垂直構造と、ＰＡＳ送電線の１ ．１５ｍ相間隙での水平、垂直、三角形およびデルタ構造とを含む。構造の例が 第５図−第８図に示されている。第５図に於いて、この構造は垂直設置を有する 、第６図および第７図はデルタ設置（導体は正三角形の頂点に配置されている） 、そして第８図は従来式の水平設置である。各構成中の相導体の支持点は全ての 図で参照番号４で示されている。相導体の支柱または塔構造への固定は弾力的で あ り、導体の振動の問題を取り除いている。相導体の絶縁体は狭い相間隙に適した 通常の絶縁体である。 第３図および第４図に示された測定結果の基本データは下記の通りである： ・Ｕ＝１２３ｋＶ ・負荷電流１００Ａ，Ｐ＝１８ＭＷ ・ＰＡＳ導体：ＳＡＸ３５５，σ_o =４０Ｎ／ｍｍ² ・裸導体：ＡＣＳＲ３０５／３９， σ_o =４０Ｎ／ｍｍ² ・避雷導体：ＡＡＣＳＲ１０６／２５， σ_o =６０Ｎ／ｍｍ² ・電流導体温度 ＋１５℃ ・避雷導体温度 ＋５℃ ・＋７０℃に於ける最下部電流導体と大地との空隙 ５．９ｍ（許容最低高さ） ・スパンａ_e =ａ＝２００ｍ 磁場に関して第３図および第４図並びに表１に基づいて以下の観測がなされる ： ・ＰＡＳ送電線を具備した導体を水平設置（第８図）すると、磁束密度は非絶 縁送電線に比べて三分の一まで減少する。送電線の中央から１６ｍ（ＰＡＳ）お よび３３ｍ（通常）離れると、磁束密度は自然放射レベル（＝０．１μＴ）まで 減少する（曲線１および６）。 ・導体を垂直に設置すると、ＰＡＳ送電線の磁束密度の最大値（第５図）は通 常の送電線に比べて半分まで減少する。送電線の中央から１８ｍ（ＰＡＳ）およ び３３ｍ（通常）離れると、磁束密度は自然放射レベルまで減少する（曲線２お よび７）。 ・導体を三角形に設置することによって、送電線の磁束密度の最大値は通常の 送電線の値から目立って違うことはない（曲線３および４）。しかしながら、Ｐ ＡＳ導体では磁束密度は送電線中央から２１ｍ離れると自然放射のレベルまで減 少するのに対して、対応する非絶縁送電線ではその密度は２５ｍである。この比 較的小さな違いは、導体の間隙以外の要素、例えば自由空隙、導体の位置の決定 のためである。従って構造は両導体に対してほぼ同じである。しかしながら、Ｐ ＡＳ送電線は電場強度のピーク値を半分に減少させる（第３図）。 ・ＰＡＳ送電線のデルタ設置（第６図および第７図）が明らかに場生成の観点 から見て最良の解決策である。通常の非絶縁塔送電線と比較すると、磁束密度の 最大値はおよそ五分の一に過ぎず、磁束密度は送電線から１３ｍの距離で自然放 射レベルまで減少する（曲線８）。 当業者には明らかなように、本発明の別の実施例が提示されている例によって 制限されるものではなく、添付の請求の範囲内で自由に変更可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 オヤラ，イルヨ フィンランド国 エフアイエヌ ― 02660 エスポー，ルイスラーカーンティ エ 11 (72)発明者 マティカイネン，ケイジョ フィンランド国 エフアイエヌ ― 02720 エスポー，タミハーンティエ ２ ビー (72)発明者 ヒンクリ，アンテロ フィンランド国 エフアイエヌ ― 01280 バンター，ケイハースティエ 17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支柱上で支持され空中に引かれた相導体を有し、特に１００ｋＶを超える 電圧用の高電圧架空送電線であって、導体が絶縁され、支柱の支持点（４）での これらの間の間隙が導体間の接触を避けるために必要な最少間隙よりも小さく、 少なくともふたつの導体が垂直方向で異なる高さに配置されていることを特徴と する、前記送電線。 ２．請求項第１項記載の高電圧架空送電線であって、支柱の支持点（４）に於 ける導体間の間隙が１１０ｋＶの電圧でおよそ１．１５ｍであることを特徴とす る前記送電線。 ３．請求項第１項または第２項記載の高電圧架空送電線であって、導体が架空 送電線を横切る平面内で重層関係で配置されていることを特徴とする前記送電線 。 ４．請求項第１項または第２項記載の高電圧架空送電線であって、導体が架空 送電線を横切る平面内で三角形の頂点に配置されていることを特徴とする前記送 電線。