(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係を求め、この相関関係に基づいて運用電線の使用温度を決定することを特徴とする送電線の熱耐力決定方法。
【請求項２】
前記相関関係を求める際、複数の温度と残存強度の評価基準との関係を求め、この結果から「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求めることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
ここで、Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）を示す。
【請求項３】
残存強度の評価基準が引張り荷重であることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
【請求項４】
残存強度の評価基準が振動疲労限応力であることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
【請求項５】
残存強度の評価基準を少なくとも引張り荷重および振動疲労限応力とし、各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、最も低い温度を運用電線の使用温度とすることを特徴とする請求項１記載の送電線の熱耐力決定方法。
【請求項６】
熱履歴の温度が、架空送電規定における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度からなることを特徴とする請求項1記載の熱耐力決定方法。
【請求項７】
運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係を求め、
目標使用温度を設定し、同温度に対応した許容電流における電線の温度とその温度の発生時間の分布を運用線路の周囲の気象条件をもとに求め、
この分布結果と前記相関関係から各温度における残存強度の評価基準の劣化程度を導き、全ての温度についての劣化程度を累算した結果から目標使用温度での運用が可能かどうかを判断することを特徴とする熱耐力決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線の熱耐力決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の架空送電線の熱耐力、すなわち最高使用温度の決定は、送電線を構成する材料の熱劣化特性に基づいて行っている。例えば、硬アルミより線（HAl）の場合、次のように行う。
【０００３】
まず、送電線を構成するアルミニウム合金を種々の温度で1時間焼鈍し、各温度条件と引張り強度の関係を調べてグラフにする（図５）。次に、いくつかの温度条件において、加熱時間を変えてアルミニウム合金に熱履歴を与え、加熱時間と引張り強度との関係を調べてグラフにする（図６）。各図における「残存強度」とは加熱していない材料の引張り強度に対する比率を示している。
【０００４】
ここで、アルミニウム合金の引張り強度が90％になる温度と加熱時間を寿命とし、図５および図６のグラフより材料強度が90％となる加熱温度と加熱時間を求める。これにアレニウスの関係（ln(t)∝ln(1/T)  t：加熱時間(hr)、T：加熱温度(k)）を用いて、この2点よりアレニウス線図を描くと図７のグラフとなる。この図より、任意の使用時間に対する電線の許容温度が導かれ、この例では36年の使用に対して約80℃の耐熱温度となることがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような決定手法では、新品の送電線試料をもとに熱耐力を判断しているのと同じで、個々の送電線路の送電状況や気象条件を考慮して熱耐力を決定しているわけではない。そのため、かなり安全度を大きく見た決定手法となっており、周囲の環境も一律に最悪条件である気温40℃、風速0.5m/sec、日射量0.1w/cm2を想定して判断している。その結果、実際はまだ十分使える送電線を熱耐力寿命が尽きたと判断して撤去・交換することがあった。また、上記の従来手法で判断した熱耐力よりも実際の送電線の熱耐力がより大きかった場合、送電容量を増加してより効率的に送電を行うことが可能となる。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、各送電線路の状況に応じて送電線の熱耐力をより正確に判断できる熱耐力決定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、その特徴は、運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係を求め、この相関関係に基づいて運用電線の使用温度を決定することにある。
【０００８】
ここで、前記相関関係を求めるには、複数の温度と残存強度の評価基準との関係を求め、この結果から「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝」と残存強度の評価基準との関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求めることが好ましい。ここで、Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）を示す。
【０００９】
また、残存強度の評価基準には、引張り荷重、振動疲労限応力およびクリープ量などが挙げられる。特に、残存強度の評価基準を少なくとも引張り荷重および振動疲労限応力とし、各評価基準に基づいて決定された使用温度のうち、最も低い温度を運用電線の使用温度とすることが好ましい。
【００１０】
熱履歴の温度は、架空送電規定(JEAC  6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度からなることが望ましい。特に、温度条件を３つ以上とすることで、より正確な熱耐力の決定が行えて好ましい。
【００１１】
そして、運用線路の周囲の環境を考慮して使用温度を決定するには、次のようにすれば良い。まず、運用線路から電線の試料を採取し、この試料に複数の温度からなる熱履歴を与えて電線温度、加熱時間および残存強度の評価基準の相関関係を求める。次に、目標使用温度を設定し、同温度に対応した許容電流における電線の温度とその温度の発生時間の分布を運用線路の周囲の気象条件をもとに求める。そして、この分布結果と前記相関関係から各温度における残存強度の評価基準の劣化程度を導き、全ての温度についての劣化程度を累算した結果から目標使用温度での運用が可能かどうかを判断する。このような判断方法を用いれば、各運用線路の環境条件に応じた最適使用温度を求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本例では、３４年間使用した実線路の撤去線（ACSR）を試料とし、この線路において送電容量を従来の119％に増加した場合でも安全に運用可能かどうかを判断すると共に、最も効率の良い送電容量（最高使用温度）を求める。ここで言う100％の送電容量とは、前記従来の技術で説明した方法により求めた最高使用温度に対応する送電容量のことである。なお、この熱耐力決定において、残存強度の評価基準は引張り強度を選択した。
【００１３】
（試料の強度特性）
まず、撤去電線の試料を用意し、試料におけるアルミ線と鋼線のうちアルミ線を取り出し、3.8mmφのアルミ素線に熱履歴を与え、その際の引張り強度を測定して強度特性の変化を調べる。
【００１４】
熱履歴の温度条件は、100、120、140、160、180℃の５つとし、各温度での加熱時間を50、100、200、400、800時間とした。この温度条件は、架空送電規定(JEAC  6001-1993)における連続許容温度の150％の値を中心として、この許容温度の20％以上の温度差をもつ複数の温度とすればより正確な強度特性を求めることができる。なお、本例のACSRの前記連続許容温度は90℃である。加熱時間については、長時間とすることが望ましいが、加熱炉の温度管理などを考えると1000時間程度以下が現実的である。
【００１５】
この強度特性のグラフを図1に示す。縦軸の「低下率」とは、100×（加熱前強度−加熱後強度）／加熱前強度を表わしている。
【００１６】
（電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係グラフの作成）
次に、図１のグラフをもとに電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係のグラフを作成する（図２参照）。ここでは、縦軸を「残存強度率」とし、横軸を「熱履歴exp｛A・T−B＋C・ln(ｈ)｝：Ｔは電線温度（℃）、ｈは加熱時間（hrs）」として、両者の関係が直線状となるように各定数A、ＢおよびＣを求める。「残存強度率」とは加熱後強度の加熱前強度に対する百分率で、言い換えれば「100−低下率」のことをいう。
【００１７】
本例の場合、A＝0.047、B＝6.1、C＝0.35であった。なお、図2のグラフにおける残存強度率は、アルミ素線そのものの残存強度率ではなく、より線強度に換算した残存強度率である。この換算は、ACSRを構成するアルミ線の熱履歴なしの強度をX、鋼線の同強度をＹとしたとき、アルミ素線の残存強度率にX／（X＋Y）を乗じることで行う。
【００１８】
以上により、電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係が求められるため、式「exp｛0.047・T−6.1＋0.35・ln(ｈ)｝」の中に任意の温度と時間を代入すれば、図2のグラフよりその条件における残存強度率が求められる。また、例えば残存強度率90％をしきい値とし、耐用年数を36年（315360時間）とすれば、この条件における最高使用温度を求めることができる。
【００１９】
（運用電線の周囲環境を考慮した電線温度とその温度の発生時間の分布予測）上記の手法でも熱履歴を受けた特定線路の熱劣化状況を考慮して使用温度を決定しているが、運用中の全期間において電線温度が最高使用温度になるわけではない。そのため、次のようにすることで、周囲の環境条件をより正確に考慮して熱耐力の決定を行う。
【００２０】
まず、目標使用温度（ここでは105℃）を設定し、その際の許容電流容量（ここでは従来の119％）を求め、この電流通電時の電線温度とその温度の発生時間の分布を予測する。その際、線路立地個所の周囲における気象データ（気温、風速、日射量）を考慮する。このような電線温度分布の予測方法はいくつか提案されており、例えば1997年12月5日発行の「電気学会技術報告  第660号  5〜48ページ」に記載されている。本例では、線路立地個所の過去30年の気象データをもとにして電線の34年間における温度分布を求めた。このような気象データは気象台の観測値より入手できる。電線温度の分布グラフを図3に示す。このグラフに示すように、電線温度は40℃程度になる時間が最も長く、10℃以下や80℃以上になっている時間は非常に短いことが分かる。
【００２１】
（最適稼働率となる送電容量の算出）
図3のグラフから電線の温度とその発生時間が分かるので、各温度（例えば1℃きざみごと）とその発生時間を式「exp｛0.047・T−6.1＋0.35・ln(ｈ)｝」の中に代入し、各温度における残存強度率を計算する。さらに、残存強度率の計算を全ての温度について行い、各温度ごとの残存強度率を累算すると最終的な残存強度率が求められる。そして、この最終的な残存強度率が「電気設備に関する技術基準を定める省令」における安全率2.5を下回らなければ、その目標使用温度での運用が可能であることがわかる。逆に、安全率2.5に極力近い温度を上記と同様の手順により求めれば、その温度が最も稼働率の良い架空送電線の運用温度であることになる。
【００２２】
さらに本例では、目標使用温度を複数設定し、上述の手順により、その際の各許容電流における電線温度とその温度の発生時間の分布を予測して、許容電流容量と残存強度率の関係を求めた（図４）。このグラフから明らかなように、安全率2.5（残存強度率88.6％）に対応する許容電流容量は146％となっており、この電流容量による送電が最適稼働率であることがわかる。もちろん、許容電流容量を従来の119％としても安全率2.5を大きく下回っており、運用上問題ないことが確認できた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、熱履歴を受けた運用線路の電線を試料とすることで、その線路に応じた熱耐力を決定することができる。特に、運用電線の周囲環境を考慮した電線温度とその温度の発生時間の分布を予測し、その予測結果も併せて熱耐力を決定することで、一層正確な熱耐力の決定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撤去電線を試料とした熱履歴における加熱時間と強度低下率の関係を示すグラフである。
【図２】図１のグラフをもとに電線温度、加熱時間および引張り強度特性の相関関係が直線状となるように求めたグラフである。
【図３】電線温度とその温度の発生時間との関係を示すグラフである。
【図４】常時送電容量と残存強度率との関係を示すグラフである。
【図５】焼鈍温度と引張り強度の関係を示すグラフである。
【図６】加熱時間と引張り強度との関係を示すグラフである。
【図７】温度と焼きなまし時間の関係を示すアレニウス線図のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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