(57)【要約】      （修正有）【課題】多導体電線用のスペーサの摩耗を予測する方法、そのシステム、スペーサを摩耗させる試験装置を提供する。【解決手段】スペーサは、その構成部材として、クランプ部、枠体、それらに介在して連結接続される連結用部材、を備え、スペーサの摩耗量は、その構成部材間の摩耗量であり、(１)スペーサに対して振動および／または荷重を与えてその構成部材間に磨耗を生じさせる試験装置を用いて、総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係を求めるステップ、(２)気流シミュレーションによって所定の支持物間の中央の風速ヒストグラムを求めて、それをサブスパン振動によるスペーサ荷重ヒストグラムに変換して、総スペーサ荷重頻度を求めるステップ、(３)(1)のステップで求めた総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係から、(２)の所定の鉄塔間のスペーサ摩耗量を求めるステップ、を備える。【選択図】図１
2010175402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多導体電線用のスペーサについて、その摩耗量を予測する方法であって、
スペーサは、その構成部材として、クランプ部、枠体、それらに介在して連結接続される連結用部材、を備え、
スペーサの摩耗量は、その構成部材間の摩耗量であり、
(１)スペーサに対して振動および／または荷重を与えてその構成部材間に磨耗を生じさせる試験装置を用いて、総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係を求めるステップ、
(２)気流シミュレーションによって所定の支持物間の中央の風速ヒストグラムを求めて、それをサブスパン振動によるスペーサ荷重ヒストグラムに変換して、総スペーサ荷重頻度を求めるステップ、
(３)(1)のステップで求めた総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係から、(２)の所定の鉄塔間のスペーサ摩耗量を求めるステップ、
を備えることを特徴とするスペーサ摩耗量予測方法。
【請求項２】
多導体電線用のスペーサにおいて、その摩耗量を予測するシステムであって、
スペーサは、その構成部材として、クランプ部、枠体、それらに介在して連結接続される連結用部材、を備え、
スペーサの摩耗量は、その構成部材間の摩耗量であり、
(１)スペーサに対して振動および／または荷重を与えてその構成部材間に磨耗を生じさせる試験装置を用いて、総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係を求める手段、
(２)気流シミュレーションによって所定の支持物間の中央の風速ヒストグラムを求めて、それをサブスパン振動によるスペーサ荷重ヒストグラムに変換して、総スペーサ荷重頻度を求める手段、
(３)(1)の手段で求めた総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係から、(２)の所定の鉄塔間のスペーサ摩耗量を求める手段、
を備えることを特徴とするスペーサ摩耗量予測システム。
【請求項３】
多導体電線用のスペーサを試験するための試験装置であって、
前記スペーサは、多導体電線の素導体に対応する数の把持用のクランプを備え、
前記クランプを固定して設置された前記スペーサに振動および／または荷重を与えて、前記スペーサの構成部材間に磨耗を生じさせる手段を備え、
・前記クランプに線路直角方向の微振動または振動を与える手段、
・前記クランプに線路直角方向の荷重を与える手段、
・前記クランプを線路方向に移動させる手段、
・前記クランプを線路直角方向に移動させる手段、
のうちの１以上の手段を備える、ことを特徴とするスペーサの試験装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスペーサの試験装置において、
前記スペーサは、線路直角縦方向に設置されて、その複数のクランプについては、上側クランプと下側クランプとに区別可能となし、
前記スペーサの上側クランプを線路直角横方向に一定の力で求心・反発振動を与えながら、下側クランプを線路方向に移動させるか、
前記スペーサの上側クランプに線路直角縦方向の微振動を発生させ、それと同時に前記スペーサのクランプに線路直角方向と線路方向の振動を与えるか、することにより、スペーサの摩耗進行をさせる、ことを特徴とするスペーサの試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄塔等の支持物間に吊架された多導体架空電線において、素導体の間隔保持のために取り付けられるスペーサに係り、より詳細には、スペーサの構成部材間の摩耗量を予測する方法、そのシステム、およびスペーサの試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
架空電線用のスペーサは、吊架された多導体電線の素導体間隔を保持するため装置であり、支持物間に架線された多導体の電線上に均等間隔または所定間隔を設けて、複数台または多数台が取り付けられる。
このスペーサは、単体としては、素導体(電線)を保持(把持)するクランプ部と、スペーサ枠体と、複数のクランプ部を枠体に連結接続するための複数の連結用部材と、を備えるものが一般的であり、正多角形状または円形状の枠体上に、把持する素導体数と同数の把持用クランプが均等間隔で配設され、一体的に構成されている。
【０００３】
スペーサは、素導体相互の適正な間隔を保持することを目的とし、素導体を把持するクランプ部は、素導体の種々の方向への運動があっても、素導体に有害な応力や損傷を与えないものであることが原則である。
このため、スペーサは「クランプ部−連結用部材−枠体」の複数の構成部材が組み合わされて可動し、可撓性のある構造となっている。
このような電線上に取り付けられたスペーサに対して、気象、地形、風、電線振動などの影響によって外力が繰り返し働くと、スペーサの可動する構成部材同士が接触して、部材間で摩耗を生じる。これがスペーサの摩耗と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２５６７５０号公報
【特許文献２】実開昭６２−１６４７９号公報
【特許文献３】特開２００８−３５６７２号公報
【特許文献４】特許第３０５６０４２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松林義数「多導体送電線の耐サブスパン振動設計手法の研究」,1987年
【非特許文献２】石原孟「非線形風況予測モデルMASCOTの開発とその実用化」日本風流体力学会誌,第22巻 第2号,pp.387-396,2003
【非特許文献３】山口敦他「力学統計的局所化による新しい風況予測手法の提案と実測による検証」, 土木学会論文集A Vol.62/No.1, pp.110-125, 2006.1
【非特許文献４】白岩岳冶他「最上試験線付近の気流計算結果」AEW技報 35号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
架空電線用のスペーサの摩耗については、その挙動を理論的に解明したり、摩耗から寿命を評価したりすることは、架空送電線の設計や保守など面で大変に重要な技術的事項であるにもかかわらず、スペーサの摩耗に関する研究や統計形的な解析は、従来からあまり進展していない。
また、スペーサの摩耗予測は、スペーサの設計や保守管理の点から非常に有用であると考えられるが、その技術に関しては現在でも確立されていない。
【０００７】
これまでは、スペーサの摩耗量については、実際に鉄塔間の電線上に取り付けられていたスペーサを撤去して調査しなければ得られなかったものであったが、本発明では、電線上に取り付けられていなくても、正確にスペーサ摩耗量を推定できる方法、スペーサ摩耗量を計算できるシステム、および摩耗量を推定するためのスペーサの試験装置を提供し、スペーサの摩耗に関する研究や解析を進展させることをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）(スペーサ摩耗量予測方法)
多導体電線用のスペーサについて、その摩耗量を予測する方法であって、
スペーサは、その構成部材として、クランプ部、枠体、それらに介在して連結接続される連結用部材、を備え、
スペーサの摩耗量は、その構成部材間の摩耗量であり、
(１)スペーサに対して振動および／または荷重を与えてその構成部材間に磨耗を生じさせる試験装置を用いて、総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係を求めるステップ、(２)気流シミュレーションによって所定の支持物間の中央の風速ヒストグラムを求めて、それをサブスパン振動によるスペーサ荷重ヒストグラムに変換して、総スペーサ荷重頻度を求めるステップ、
(３)(1)のステップで求めた総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係から、(２)の所定の鉄塔間のスペーサ摩耗量を求めるステップ、を備えるスペーサ摩耗量予測方法とした。
【０００９】
（２）(スペーサ摩耗量予測システム)
多導体電線用のスペーサについて、その摩耗量を予測するシステムであって、
スペーサは、その構成部材として、クランプ部、枠体、それらに介在して連結接続される連結用部材、を備え、
スペーサの摩耗量は、その構成部材間の摩耗量であり、
(１)スペーサに対して振動および／または荷重を与えてその構成部材間に磨耗を生じさせる試験装置を用いて、総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係を求める手段、
(２)気流シミュレーションによって所定の支持物間の中央の風速ヒストグラムを求めて、それをサブスパン振動によるスペーサ荷重ヒストグラムに変換して、総スペーサ荷重頻度を求める手段、
(３)(1)の手段で求めた総スペーサ荷重頻度とスペーサの摩耗量の関係から、(２)の所定の鉄塔間のスペーサ摩耗量を求める手段、を備えるスペーサ摩耗量予測システムとした。
【００１０】
（３）(スペーサの試験装置)
多導体電線用のスペーサを試験するための試験装置であって、
前記スペーサは、多導体電線の素導体に対応する数の把持用のクランプを備え、
前記クランプを固定して設置された前記スペーサに振動および／または荷重を与えて、前記スペーサの構成部材間に磨耗を生じさせる手段を備え、
・前記クランプに線路直角方向の微振動または振動を与える手段、
・前記クランプに線路直角方向の荷重を与える手段、
・前記クランプを線路方向に移動させる手段、
・前記クランプを線路方向直角方向に移動させる手段、
のうちの１以上の手段を備えるスペーサの試験装置とした。
【００１１】
（４）(３)のスペーサの試験装置において、
前記スペーサは、線路直角縦方向(上下方向)に設置されて、その複数のクランプについては、上側クランプと下側クランプとに区別可能となし、
前記スペーサの上側クランプを線路直角横方向に一定の力で求心・反発振動を与えながら、下側クランプを線路方向に移動させるか、
前記スペーサの上側クランプに線路直角縦方向の微振動を発生させ、それと同時に前記スペーサのクランプに線路直角方向と線路方向の振動を与えるか、することにより、スペーサの摩耗進行をさせるスペーサの試験装置とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、電線用スペーサの摩耗を予測できる方法、予測システム、および摩耗の予測に有用なスペーサの試験装置を提供することができる。
これらにより、架空電線用のスペーサ自体の製品の耐久性、劣化、寿命などの予測が容易になり、スペーサを用いる架空送電線の設計や保守管理などの分野で大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】スペーサの電線把持用のクランプ部の構造とその磨耗を示す説明図である。
【図２】スペーサの電線把持用のクランプ部の摩擦モデルを示す図である。
【図３】本発明によるスペーサの磨耗試験機の全景と、試験品(スペーサ)を磨耗試験機に取り付けている状況とを示す写真である。
【図４】本発明によるスペーサの磨耗試験機を用いて測定された「振動回数と磨耗量」の関係を示すデータである。
【図５】本発明によるスペーサの磨耗試験機の一実施形態を示す外観斜視図である。
【図６】本発明によるスペーサの磨耗試験機にスペーサを取り付けて試験するときの、スペーサのクランプ部にかかる振動または荷重を示す図である。
【図７】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムの一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムに用いる「エリアＡでの粗度と等高線」および「エリアＡの気流シミュレーション」を示す図である。
【図９】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムで用いる「エリアＡ付近の風況ヒストグラム」および「エリアＡ付近の風況データ」を示す図である。
【図１０】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムで得られる「所定地点付近の風況ヒストグラム」を示す図である。
【図１１】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムで用いる「地形係数」の例を示す図である。
【図１２】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムにおいて、サブスパン振動荷重の頻度分布が求めるときの観測径間の例を示す図である。
【図１３】本発明によるスペーサ摩耗量予測方法およびシステムにおいて、図１２の観測径間の条件で求められたサブスパンの予測振動荷重の頻度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図１３を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、多導体架空送電線用のスペーサのクランプ周辺部を示す図であり、クランプ１とそれに連結接続する部材の構造を示している。
図１のスペーサＳＰ１は、素導体(電線)を保持(把持)するクランプ１と、素導体の数と同数のクランプを円環状に配置して保持するスペーサ枠体２とを備え、スペーサ枠体２では２本の支持体(２ａ,２ｂ)の端部の間にチャンバ３が固定されている。また、チャンバ３内にばねによって弾性的に支持されて連結されたターミナル４を有して、ターミナル４の外側がクランプ１の側に突設され、クランプ１ではそのターミナル４を受け入れて、連結ボルト５を相互の部材を貫通させることによって、クランプ１とターミナル４とを連結している。
【００１５】
このスペーサＳＰ１において、クランプ１とターミナル４とを連結接続する構造について説明する。
ターミナル４は、図１の右下図のように、略楕円形または略円形を切り欠いたような形状の横断面と所定の厚さを有した板状部４ａと、その板状部４ａの平坦な側端面４ａ’から突出されたボルト状の軸部４ｂとからなり、板状部４ａの中央には連結ボルトを挿通する貫通穴４ｈが設けられている。
【００１６】
クランプ１は、ターミナル４を連結接続するための連結部１Ｌを有し、この連結部１Ｌは、略楕円形または略円形のごとき形状からなる横断面と「コ」の字形の縦断面と中央部の貫通穴１ｈとを有した凹形状の連結部であり、連結体１ａと連結体１ａ’との間にある凹部にターミナル４の板状部４ａを挿入して配置し、連結ボルト５を「連結体１ａ−板状部４ａ−連結体１ａ’」とを挿通して、ターミナル部４の板状部４ａをクランプ１の連結部１Ｌに接続する。
このクランプ１の連結部１Ｌと、ターミナル部４の板状部４ａの連結接続された状態では、板状部４ａの厚みの上下に隙間(ｓ１、ｓ２)が形成されるとともに、板状部４ａが連結ボルト５を軸として所定の角度だけ回動自在になるよう設定されている。
【００１７】
「スペーサの摩擦の部位」
図１のように、架空電線用のスペーサＳＰ１は、クランプ１を枠体２に取り付けるにあたり、素導体の種々の方向への運動に対して有害な応力及び損傷を与えないような、可撓性のある構造としているので、外力が繰り返し働くと、可動する構成部材が接触して、部材間で摩耗を生じる場合がある。
スペーサで摩耗が生じる部位は、枠体２とクランプ１の連結部分である（図１の楕円で示した部位）。この部分は、振動や負荷応力等により素導体が線路方向に移動した際には、連結ボルト、及びターミナルを中心に回転し、クランプが動いて可撓性のある構造となっている。
【００１８】
「スペーサの摩擦の特徴」
図１のスペーサＳＰ１の摩耗は、クランプ１のターミナル４との接触部で、連結ボルト５を回転軸として、扇形の摩擦部分(Ｍ１,Ｍ２)が生じる。また、連結ボルト５とターミナル４の摺動部や、ターミナル４とチャンバ２の摺動部も摩耗する。
そして、部材間の摩耗が大きくなると、クランプ１は線路直角方向に傾くようになる。
【００１９】
「摩耗が大きくなる環境」
スペーサの摩耗は，風が径間に対して直角に当たる尾根沿いや平地などで大きくなることが経験的に分かっている。したがって、摩耗は、風向風速や地形といった自然環境の影響を強く受けると言える。
ところで、電線振動は、微風振動、乱流振動、サブスパン振動、ギャロッピングに大別される。そのうち、微風振動、及び乱流振動は、振動振幅が多導体では小さく、加えて乱流振動は発生する条件が限定されるため、いずれもスペーサの摩耗に与える影響は比較的小さいと考えられる。
【００２０】
また、ギャロッピングは、大振幅の電線振動で、スペーサに大きな影響を与えるが、殆どの場合、電線への着氷雪と強風が必要条件であり、そのような環境以外でも摩耗が生じていることを考えると、特別なケースとして検討する必要がある。
これに対して、サブスパン振動は、多導体特有の電線振動であり、振動回数も多く、発生する環境も摩耗の大きい環境と重なるため、スペーサ摩耗の主な原因であると考えて良いと思われる。
【００２１】
「摩耗のメカニズム」
(１)磨耗の原因
摩耗は、二つの固体が接触して相対運動する時、それらの固体表面から次々と材料が除去されていく現象である。摩耗には、一般に、凝着摩耗（接触部における凝着結合の破壊により生じる摩耗）、アブレシブ摩耗（硬い突起や粒子の切削作用により生じる摩耗）、腐食摩耗（腐食が接触部の破壊に大きな影響を与えて生じる摩耗）、疲れ摩耗（転がり接触の場合の繰り返し応力で表面が疲れ破壊を起こすことにより生じる摩耗）があり、これらが複合的に作用する場合もある。
【００２２】
(２)スペーサ摩耗のメカニズム
摩耗する部位の構造、及び摩耗の状況から、クランプには、線路方向、及び線路直角方向の交番荷重が働くと考えられる。
また、摩耗の種類としては凝着摩耗が主であると考えられる。
【００２３】
(３)摩耗量の解析モデル
後に述べる摩耗試験について、簡単な解析モデルを検討したので、以下に示す。
図２の「摩擦モデル」を参照。
一般に、凝着摩耗による摩耗量M（m3）は、接触荷重W（N）と滑り距離L（m）とに比例し、
Ｍ ＝ ｗＷＬ                                    （2.1）
と表すことが出来る。
ここで、ｗ（m3/N・m）は材料の摩耗性の程度で、比摩耗量という。
いま、求心方向にj回振動した時の摩耗量をＶj 、ｊ+1 回目の微少摩耗増加量をdＶj+1、その時の滑り距離をＬj+1 とすると、次式が成り立つと考える。
Ｖj+1 ＝ Ｖj ＋dＶj+1  （j=0,1,2...）                （2.2）
ここで、
dＶj+1 ＝ ｗＷj+1 Ｌj+1
Ｖ0 ＝ 0
接触荷重Ｗj+1は、線路直角方向に回転するモーメントの釣り合いから、Ｐ、Ｑ及びθj等で表すことができ、また、Ｌj+1 は、φ、θj 等で表すことが出来る（図２）。
ここで、
Ｐ：サブスパン振動荷重（N）    θj：線路直角方向のクランプ傾き角（rad）
Ｑ：垂直方向荷重（N）          φ：線路方向のクランプ回転角（rad）
一方、摩耗部分の体積Ｖj は、回転体の体積から、θj、及びφの関数で表すことが出来る。
すると、式（2.2）から、Ｖj を漸次求めることが出来る。さらに、反発方向も同様に計算することで、振動回数Nに対する摩耗量Mを計算することが出来る。
なお、ｗの値は実験で求める必要がある。
【００２４】
「摩耗試験機」について
(１)摩耗試験機が何故必要なのか
前章の式（2.1）を、サブスパン振動荷重、１回の振動当たりの滑り距離、及びサブスパン振動頻度を考慮し、次式のように展開する。
Ｍ ＝ｋ ｗ ΔＬ Σ(２Ｐsi Ｎi)
＝ｋ ｗ ΔＬ ２ＰＮ
＝ｋ ΔL ２ＰＮ  （ｋｗ＝Ｋ とおく）                （3.1）
ここで、
Ｍ：摩耗量                       Ｐsi：サブスパン振動荷重
ｋ,Ｋ：係数                       Ｎi：サブスパン振動頻度
ｗ：比摩耗量                       Ｐ：試験時のサブスパン振動荷重
ΔL：１回の振動当たりの滑り距離    Ｎ：試験時のサブスパン振動回数
【００２５】
実径間の電線振動とスペーサの摩耗量を長期間観測することは、事実上困難であると思われる。しかし、式（3.1）が成り立つと仮定すると、後述する気流シミュレーションとサブスパン振動理論からスペーサに作用する累積サブスパン振動荷重Σ2ＰsiＮiを計算し、摩耗量Ｍを推定できると考えられる。そのためには、２ＰＮ及びΔＬを適宜定義して摩耗試験を実施し、式（3.1）のＫを求める必要があり、また、実験値は、実径間で摩耗したスペーサの摩耗量と比較しながら、校正する必要がある。
【００２６】
「摩耗試験機」について
(２)本発明による摩耗試験機の概要
前項にて、摩耗試験機の必要性を述べたが、式（3.1）は常に一定の荷重Ｐがスペーサにかかるとしている。
従来の摩耗試験機は、短い径間に電線を架線して、スペーサに荷重を与える方法を取っている。しかしながら、電線を使用するので、気温変化でスペーサ荷重を一定に保つための調整が非常に大変であった。
本発明によるスペーサの摩耗試験機では、スペーサ荷重を一定に保つための工夫を凝らしている。
電線クランプ本体とターミナルの空隙が広くなって摩耗が進行しない現象を防ぐために、クランプを横方向より引張・圧縮を行うロットの中央部にエアシリンダーを設け、空気圧で制御して引張・圧縮の荷重を一定にしながらクランプの移動量の変化に対応できるようにしている。
図３は、「スペーサ摩耗試験機の全景」および「試験品をスペーサ摩耗試験機に取り付けて試験している状況」を示す写真である。
【００２７】
「摩耗試験による摩耗と解析値の比較」
図４に摩耗試験の結果を示す。
また、前章で述べた摩耗量の解析モデルを用いて、この場合の比摩耗量を求めると、1.50×10−14（m3/N・m）となった。
【００２８】
図５は、スペーサ摩耗試験機１００に４導体用のスペーサＳＰ２を取り付けて、試験を行っている状況を示す図である。
このスペーサＳＰ２は、電線把持用の４つのクランプ部(CL1,CL2,CL3,CL4)が、四角形の枠体Ｗ１のコーナーに連結部材(図示せず)を介して均等配置された構造を有している。
スペーサ摩耗試験機１００は、４本の電線もしくは電線を摸擬した４本の電線状物体(D1,D2,D3,D4)を有するが、図５では、電線を想定した棒状支持体(D1,D2,D3,D4)を用いている。
これらの棒状支持体(D1,D2,D3,D4)のうち、棒状支持体(D1,D2)は上側電線に相当し、棒状支持体(D3,D4)は下側電線に相当する。
【００２９】
スペーサ摩耗試験機１００において、棒状支持体D2を把持するクランプ部CL２への振動動作または荷重付加動作の伝達は、次のとおりに行われる。
「駆動用モーターＭ１(求心反発装置駆動用)」−「ベルト式伝達装置Ｂ１」−(回動固定軸g10)−「回動用部材Ｃ１１」−(回動移動軸g11)−「伝達部材Ｃ１２」−(回動移動軸g12)−「Ｌ型回動用部材Ｃ１３−(回動固定軸g12)−(回動移動軸g13)」−「伝達部材Ｃ１４」−「伝達調節部材Ｃ１5(求心反発方向ストローク制御装置)」−「モーターＭ２を含む垂直方向振動発生装置(Ｍ12)」―「棒状支持体Ｄ２」―「クランプ部ＣＬ２」
【００３０】
この伝達経路において、駆動用モーターＭ１から発生された回転力(ｄ２方向)は、ベルト式伝達装置Ｂ１を介して、回動用部材Ｃ１１に伝わり、回動固定軸g10を中心にｄ１方向に回転する。回動移動軸g11も回動固定軸g10を中心にｄ１方向に回転するので、上下方向に配置された伝達部材Ｃ１２は、方向がＤＲ３の上下繰り返し移動運動をする。Ｌ型回動用部材Ｃ１３は回動固定軸g10を中心に方向がｄ３の回動繰り返し移動運動をするので、それに連結された伝達部材Ｃ１４も方向がＤＲ２の横方向の繰り返し移動運動をする。伝達部材Ｃ１４からは、伝達調節部材Ｃ１５、モーターＭ２を含む垂直方向振動発生装置(Ｍ12)、棒状支持体Ｄ２を介して、クランプ部ＣＬ２に運動が伝達され、クランプ部ＣＬ２は方向ＤＲ２の線路直角横方向の繰り返し移動運動をする。
このようにして、クランプ部ＣＬ２には、求心反発方向の繰り返し振動、微振動、繰り返し移動、繰り返し荷重負荷などの動作が与えられる。
【００３１】
また、「モーターＭ２を含む垂直方向振動発生装置(Ｍ12)」―「棒状支持体Ｄ２」―「クランプ部ＣＬ２」の伝達経路によれば、例えばモーターＭ２を偏心させて駆動することにより、上下(垂直、線路直角)方向にＤＲ１の振動または微振動を発生させることができるので、クランプ部ＣＬ２に対して線路直角縦方向の(微)振動や繰り返し移動動作を与えることができる。
さらに、連結棒Ｃ２０を用いて上記と同様の機構と連結することにより、クランプ部ＣＬ１に対しても、「電線直角横方向の求心反発方向の繰り返し振動、移動、荷重負荷(方向ＤＲ２)」と「電線直角上下(垂直)方向の繰り返し振動、移動、荷重負荷(方向ＤＲ１)」とを与えることができる。
【００３２】
そして、スペーサ摩耗試験機１００において、「棒状支持体Ｄ３を把持するクランプ部ＣＬ３」と「棒状支持体Ｄ４を把持するクランプ部ＣＬ４」とへの振動、移動、または荷重負荷の動作の伝達は、次のとおりに行われる。
「駆動用モーターＭ１」−「伝達部材Ｃ１」−(回動移動軸g1)−「線路方向伝達部材Ｃ２」−(回動移動軸g2)−「縦方向伝達部材Ｃ３」−「横方向伝達部材Ｃ４」−「線路直角横方向伝達部材Ｃ５」−「棒状支持体(Ｄ３−Ｄ４)」−「クランプ部(ＣＬ３−ＣＬ４)」
【００３３】
この伝達経路において、駆動用モーターＭ１から発生された回転力は回動用部材Ｃ１に伝わり、この回動用部材Ｃ１は回動固定軸g1を中心にｄ２方向に回転する。回動移動軸g1もモーターの軸を中心にしてｄ２方向に回転するので、線路方向に配置された伝達部材Ｃ２は方向がＤＲ５の繰り返し移動運動をする。縦方向伝達部材Ｃ３は回動固定軸g2で連結されていて、線路直角縦方向の繰り返し移動運動をする。この縦方向伝達部材Ｃ３に連結された線路方向の伝達部材Ｃ４と線路直角横方向の伝達部材Ｃ５とは、同じく方向がＤＲ５の線路方向の繰り返し移動運動をする。
したがって、線路直角横方向の伝達部材Ｃ５に連結された「棒状支持体(Ｄ３−Ｄ４)」と「クランプ部(ＣＬ３−ＣＬ４)」も、線路方向へ方向ＤＲ４の振動または移動の動作を行う。
【００３４】
このように、図５のスペーサ摩耗試験機１００においては、動力の発生はモーター(Ｍ１,Ｍ２, Ｍ３)を用いて行い、装置駆動用モーターＭ１は、上側クランプ(ＣＬ２,ＣＬ１)に対して線路直角横方向ＤＲ２への振動と繰り返し移動の動作を与えるとともに、下側クランプ(ＣＬ３,ＣＬ４)に対しては線路方向ＤＲ４の振動と繰り返し移動の動作を与える。また、装置駆動用モーターＭ２とＭ３は、上側クランプ(ＣＬ２,ＣＬ１)に対して線路直角縦方向ＤＲ１の振動または微振動を発生させる。
ここでの矢印⇔は、繰り返し移動または振動の方向を表すものであり、ＤＲ１とＤＲ３は線路直角縦方向の(微)振動を、ＤＲ２は線路直角横方向の求心反発(微)振動を、ＤＲ４とＤＲ５は線路方向の(微)振動を、ＤＲ３は線路直角縦方向の(微)振動を表すことができる。なお、Ｃ１５とＣ２５は、求心反発方向の(微)振動を制御する装置である。
【００３５】
次の図６は、スペーサ摩耗試験機１００に４導体スペーサを取り付けて駆動したとき、クランプ把持部(CL1,CL2,CL3,CL4)に与えられる振動や荷重について示す図である。
４つのクランプ把持部(CL1,CL2,CL3,CL4)のうち、上部のクランプ把持部(CL1,CL2)には「スペーサ求心・反発振動(ａ,ｂ)」と「垂直方向(微)振動(ｃ,ｄ)」とが与えられる。
下部のクランプ把持部(CL3,CL4)には「垂直方向(微)振動(ｇ,ｈ)」が与えられ、また、クランプ把持部(CL3,CL4)または支持体(Ｄ３,Ｄ４)に重り(重錘)をつけることにより、「垂直下方向への(静)荷重(ｇ,ｈ)」を与えることができる。
なお、４導体スペーサの４つのクランプ把持部(CL1,CL2,CL3,CL4)のうち、上部のクランプ把持部(CL1,CL2)については、自由な捻回(ｉ,ｊ)が可能となるように設計することができる。
【００３６】
図５、図６に示すように、本発明のスペーサの試験装置である「摩耗試験機」は、４導体スペーサの上側クランプを線路直角方向に一定の力で求心反発振動を与えながら、下側クランプを線路方向に移動させることが出来る。
また、上側クランプ把持部には垂直方向に微振動を発生させる装置があり、線路直角方向と線路方向への振動と同時に微振動を４導体スペーサに与え、４導体スペーサの摩耗進行をさせることが出来る。なお、振動の振幅・周波数は任意に変更可能である。
【００３７】
本発明のスペーサの試験装置の特徴は、次のとおりである。
(1)上側二つの電線把持クランプをスペーサ求心・反発側に一定の力で周期的に振動が出来る。その際、摩耗が進行しクランプの移動が大きくなった場合は、大きくなった移動距離に追従できる装置を設けた。（図６中のa.b）
(2) 周期的に下側二つのクランプを線路方向に振動させることが出来る。また移動距離を調整できる機構を設けている。（図６中のe.f）
(3) 上側二つのクランプ把持部より、垂直方向に微振動を発生させることが出来る。（図６中のc.d）
(4) (1)と(2)は同期動作させる。(3)の振動は(1)、(2)と同時に動作させることが可能である。また、(3)だけを停止することも可能。
(5)同期動作している(1)と(2)、それと(3)の振動周波数は任意に変更できる。
(6)下側二つのクランプに、おもりを取り付けることができる。（図６中のg.h）
(7)上側二つのクランプの装置把持部は自由に捻回する。（図６中のi.j）
(8)電線の線種としては、ACSR410、ACSR610、ACSR810などの各種の電線に対しての物が試験可能である。
【００３８】
スペーサ摩耗試験機の効果は、つぎのとおりである。
１．撤去されたスペーサがどの様な振動形式の振動を、どの位履歴を受けたか試験をするために用いる。さらに「スペーサの摩耗量」と「電線振動による荷重と頻度」の関係を確認するために用いる。
２．これまで摩耗量と振動様相および、振動回数を比較することは難しかった。
この試験機では、撤去されたスペーサの摩耗を発生させたと思われる振動様相を一定条件で再現することが可能となり、どの程度の振動回数で撤去されたスペーサと同じ摩耗量になるか、以前より正確に調査することが可能となった。
３．従来の摩耗試験機は20m程の電線を使用して構成されていた。この試験機では、電線を強制的に振動させて、スペーサ荷重を発生させる。しかし、温度変化に伴って張力も変化するので、スペーサ荷重を一定に保つことが困難であった。
新しく製作された試験機は、電線を使用しない構造とすれば、スペーサ荷重を常に一定に保つことが出来る。
４．従来の摩耗試験機は、機構的にスペーサ荷重を制御することが出来ないので、スペーサの摩耗が進行すると、直ぐにスペーサ荷重が小さくなり、正しいスペーサ荷重頻度を得ることが出来なかった。
新しく製作された摩耗試験機は、荷重制御で荷重を発生させるので、スペーサの摩耗が進行しても、スペーサ荷重を一定に保つことが出来る。
【００３９】
さて、本発明によるスペーサの磨耗量予測方法およびシステムの概要は、次のとおりである。
対象地点付近の地形、統計データから、風の流れを予測し、それによって発生するサブスパン振動を予測する。
風は、コンピュータでのシミュレーションによって、風速・風向のヒストグラムが予測できる。
予測したヒストグラムから、送電線の調査したい径間に直角に当たる風速のヒストグラムを求め、松林理論などによる計算式を基にして発生するサブスパン振動の振幅・荷重を計算し、サブスパン振動荷重ヒストグラムに変換し、その積分により総サブスパン振動荷重を求める。
別途、スペーサ磨耗試験機(図５参照)を使用して、総サブスパン振動荷重とスペーサの摩耗量の関係を求めておくと、上記の送電線の調査したい径間の総サブスパン振動荷重（予測量）からその径間のスペーサの摩耗量が予測できる。
このように、気流シミュレーションによってスペーサの劣化予測が可能となる。
【００４０】
次に、図７のスペーサの磨耗量予測のフローチャートを参照して、詳しく説明する。
I．気流シミュレーション
目的とする送電線が経過する地域の気流シミュレーションを実施し、その地域への吹き始めの風向（以後、吹き込み風向と呼ぶ）毎に、（その地域内の）各地点の風向・風速を求める（風速は、吹き込み風向の風速を１とした時の大きさ）。
気流シミュレーションとは、地形と地表面の荒さ（粗度）をもとに風向・風速の変化をシミュレーションするものである。
【００４１】
II．実際の風向・風速・発生時間の予測
実際の風況データ（例えば１年間の風向・風速ごとの頻度）を、気流シミュレーションの結果を用いて校正すると、各地点の実際の風向・風速・発生時間が予測できる。
即ち、実際の風向・風速を吹き込みの風向・風速とすると、気流シミュレーション結果によって、各地点の風向・風速が求まり、また頻度よりその発生時間がわかる。
【００４２】
III．送電線の調査したい径間の風速ヒストグラムの予測
調査したい径間地点の風向の径間直角方向の風速成分を風速とし、風向・風速・発生時間のデータを風速ヒストグラム（風速vs発生時間）に校正する。
IV．サブスパン振動による総サブスパン振動荷重の予測
風速ヒストグラムより、松林理論等の計算式をもとにサブスパン振動荷重頻度を求め、総サブスパン振動荷重を求める。
Ｖ．送電線の調査したい径間のスペーサ摩耗量の予測
【００４３】
「I．気流シミュレーション」について詳しく説明する。
送電線の調査したい径間周辺の風況はNEDOのサイト等から5km毎に配置された風況データが入手できるが、風は地形に影響を受け変化するため、より径間付近の風の流れを知るために気流シミュレーションを行い、風向、風速の発生頻度を予測する。
風は地形や土地利用の影響を受け変化するため、地形と地表面粗さ(以後粗度という)を考える必要がある。これらは国土地理院の数値地図などから得る事ができる。
例として、シミュレーションを行なったある地域エリアAの解析領域の粗度と等高線の地図を図８(１)に示す。次の図８(２)に示すP1、P2、P3は地形条件の異なる観測地点であり、P1は山の頂上付近に、P2は谷に、P3は平坦な地形にそれぞれ位置している。地図上の色は地表の粗度を表わしている。
【００４４】
気流シミュレーションでは、エリアＡにある風向から風を吹かせた場合に、観測地点までにどのように風のベクトルが変化するかを計算できる。また、気流シミュレーションでは、吹き始めの風向（吹き込み風向）毎に、独立して計算される。
図８(２)は、エリアＡへの吹き込み風向はＷ(270°)で、10m/sの風を吹かせた場合の結果である。矢印は、速度比と風向を、また、色は速度の分布を表わしており、矢印が長いほど速度は大、色は赤に近いほど高い風速の分布となる。P2付近では、吹き始めに比べ風向が大きく変化している。
このようなシミュレーションによって、地形が風に与える影響をより細かく捉えることができる。
【００４５】
「II．実際の風向・風速・発生時間の予測」について
II-1．実際の風況データ
気流シミュレーションでは、シミュレーション領域に対して、ある風を吹かせた場合、観測地点に到達するまで風のベクトルがどのように変化するかを計算する。だが、実際の風は地域の気候などから発生頻度に特徴があるため、これらを考慮する必要がある。そのため、NEDOや気象庁からの実風況のデータを校正に利用する。
図９の表１は、付近の実測から得られたエリアＡ付近の１年間の風況データであり、風向風速ごとに頻度を示してある。
図９の上図は、左図を風向の出現頻度、右図を風速出現頻度としてグラフ化した発生頻度のヒストグラム(エリアＡ付近)である。
【００４６】
II-2．観測地点のヒストグラムについて
実際の風況データ（１年間の風向・風速ごとの頻度）を、気流シミュレーションの結果を用いて校正すると、各地点の実際の風向・風速・発生時間が予測できる。
即ち、実際の風向・風速を吹き込みの風向・風速とすると、気流シミュレーション結果によって、各地点の風向・風速が求まり、また頻度よりその発生時間がわかる。
図１０は、地点P1、P2、P3でのヒストグラムであり、図９のヒストグラムに比べて風況が変化していのがわかる。特に、地点P2での風はNWからESに向かって形成された谷の影響を大きく受け、ほぼ谷の方向に沿うような風の頻度が高くなったものである。
【００４７】
II-3．ヒストグラムと発生時間について
発生頻度のヒストグラムから発生時間を求める。
例えば 風向Ｅ(90°)で、風速ｕ(5 m/s ≦ ｕ ＜ 6 m/s)の風の年間の発生頻度ｑが、1.5％だった場合、
風の発生時間 ＝ 24(時間)×365(日)×発生頻度ｑ    ………［１］
=  8,760×1.5／100 
=  131.4
となり、風向E、風速ｕの風の発生時間は、およそ131.4時間と求められる。
【００４８】
III．送電線の調査したい径間の風速ヒストグラムの予測
例えば、径間が南北に横断し、径間の角度を0°とした場合、
NNE,NE,Eの風が速度u = 5.0m/s で径間に吹いた場合、
風向の径間に対する角度θはそれぞれ、
NNE =22.5°
NE =45°
E= 90°となり、
径間に直角な方向成分u・sinθは
NNE：1.91 m/s
NE：3.54 m/s
E：5.0m/s となる。
直角のときにu・sinθは最大になるため卓越風向が、径間に直角に近いほど径間にかかる風の力は大きくなるため、径間に直角な風のヒストグラムを求める。
風の発生時間はヒストグラムの頻度から求められ、例えば、風向E(90°)で、風速ｕ(5 m/s ≦ ｕ ＜ 6 m/s)の風の年間の頻度ｑが1.5％だった場合、
風の発生時間 ＝ 24(時間)×365(日)×頻度ｑ    ………［１］
＝ 8,760×1.5／100
＝ 131.4
となり、風向E、風速ｕの風の発生時間は、およそ131.4時間と求められる。
【００４９】
IV．サブスパン振動による総サブスパン振動荷重の予測
(１)振動の回数は、周波数と、発生時間で求められる。[1]式からサブスパン内の固有振動数ｆnを求め、経過年数を考慮すると、振動の回数Niが予測できる。
(２)振動荷重は松林理論で得られた[3]〜[10]で求める。
風を受けた導体の運動は風速によって変化するが、サブスパン振動は（発生の）限界風速Ｖｃ以上のときに発生するため[3]式によって限界風速が求められ、振動の限界振幅2Asは式[6]で求められる。
その解から式[5]よって変動荷重2Psiも求めるが、風による入力は地形条件、風の特性によって減少するため、この低減係数を地形係数η(図１１の表２)として考慮する。
(３)[1]〜[10]式で求められたサブスパン振動荷重と回数を、気流シミュレーションで得られた径間に対する風速のヒストグラムに当てはめ、式[11]により荷重値の総和Σ2PsiNiを求める。
【００５０】
【数１】
2010175402.tif 000003
【００５１】
前節で求められた径間の風速ヒストグラム（風速vs発生時間）について、[1]〜[10]式でサブスパン振動荷重と振動回数を求めると、サブスパン振動荷重の頻度分布が求まる。
図１２の観測径間の条件で、地点P1,P2,P3 にそれぞれ同じく架線されていると考えた時のサブスパンの予測振動荷重の頻度分布は図１３のような結果となった。
【００５２】
図１３の分布から、2PsiNiの分布は、高速度域の風速出現頻度が高いほど大きくなことがわかる。
限界風速は径間の架線条件によって変化し、風の頻度は、地形と風の特徴によって変化するため、径間の特徴を反映した予測が可能である。図１３のラインを積分すると総サブスパン振動荷重が求まる。
【００５３】
Ｖ．送電線の調査したい径間のスペーサ摩耗量の予測
このようにして、別途、スペーサ磨耗試験機で求めた総サブスパン振動荷重とスペーサの摩耗量の関係のデータと、図１３で求まる総サブスパン振動荷重よりスペーサの摩耗量が予測できる。
【００５４】
従来の測定方法では、スペーサの摩耗量については、そのスペーサを撤去して調査しなければ、分からなかったが、本発明のスペーサの摩耗量予測方法およびシステムによる技術では、鉄塔間中央の緯度経度を気流シミュレーションに入力するだけで、その地の風速ヒストグラムを得ることが出来て、スペーサの摩耗量を推定することができる。
したがって、スペーサの摩耗量を予測するというスペーサメーカとして自負できる技術を顧客に提供することができ、その信用も勝ち取ることができ、さらには、ここで行ってきた気流解析が、ダンパなどの他の製品の劣化予測にも展開できるものである。
【符号の説明】
【００５５】
ＳＰ１    架空電線用のスペーサ
１      クランプ
１Ｌ    連結部
２      スペーサ枠体
２ａ,２ｂ    支持体
３      チャンバ
４      ターミナル
４ａ    板状部
５      連結ボルト
ｓ１、ｓ２    隙間
Ｍ１,Ｍ２    摩擦部分
１００    スペーサ磨耗試験機
ＳＰ２    磨耗試験機に設置されたスペーサ
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ４  スペーサのクランプ
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３  モーター
ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４、ＤＲ５    振動または移動の方向
【図１】
2010175402.tif 000004
【図２】
2010175402.tif 000005
【図３】
2010175402.tif 000006
【図４】
2010175402.tif 000007
【図５】
2010175402.tif 000008
【図６】
2010175402.tif 000009
【図７】
2010175402.tif 000010
【図８】
2010175402.tif 000011
【図９】
2010175402.tif 000012
【図１０】
2010175402.tif 000013
【図１１】
2010175402.tif 000014
【図１２】
2010175402.tif 000015
【図１３】
2010175402.tif 000016