JP5855303B1 - スペーサ及びスペーサの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送電線にサブスパン振動が生じた際に、クランプされている部分に作用する外力を軽減すること。【解決手段】スペーサ（１）は、複数の送電線（１０）を個別に把持する複数のクランプ（２）と、各クランプに把持される送電線の間隔をあけた状態で各クランプを支持する支持体（３）と、クランプと支持体とを連結し、支持体に対してクランプを可動とする連結体（４）とを備えており、連結体は、支持体に設けられた筐体（４１）と、筐体に回転自在に嵌合し、複数の凸部（４２ｂ）を有する軸体（４２）と、筐体と軸体との間に設けられた弾性体（４３）と、を備え、凸部は、軸体の軸線方向に直交する断面が当該軸線方向において略同一形状である。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の送電線を互いに接触しないように間隔をあけて把持するスペーサ及びスペーサの設計方法に関する。

多導体送電線においては、送電線同士の衝突による損傷を防止するために間隔体としてスペーサが用いられる。しかしながら、スペーサ間の送電線は、風によって低周波で比較的大振幅の自励振動であるサブスパン振動を発生する場合があり、送電線やスペーサの損傷の原因となる。
スペーサは、各送電線を個別に把持する複数のクランプと、各クランプを所定の間隔をあけた状態で支持する支持体と、クランプと支持体とを連結する連結体とを備えている。
連結体は、箱状接続部から構成され、箱状接続部はこの接続部の半部を両端に有する複数の棒状体を組み合わせてなり、凹部に弾性体が係合されている。送電線の振動のエネルギーは、弾性体の弾性変形により吸収することができる（例えば、特許文献１参照）。

実公昭５９−１３８２号公報

しかし、上記のような連結体では、送電線に外力が作用した際に、クランプが線路方向に可動出来ず電線の動きに追従出来ないため、その力を逃がすことができず、送電線のクランプされている部分に大きな力が作用してしまい、クランプが破損するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、送電線にサブスパン振動が生じた際に、クランプされている部分に作用する外力を軽減することができるスペーサ及びスペーサの設計方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の送電線を個別に把持する複数のクランプと、各クランプに把持される送電線の間隔をあけた状態で各クランプを支持する支持体と、前記クランプと前記支持体とを連結し、前記支持体に対して前記クランプを可動とする連結体とを備えるスペーサであって、前記連結体は、前記支持体に設けられた筐体と、前記筐体に回転自在に嵌合し、複数の凸部を有する軸体と、前記筐体と前記軸体との間に設けられた弾性体と、を備え、前記凸部は、前記軸体の軸線方向に直交する断面が当該軸線方向において略同一形状であることを特徴とする。

また、前記軸体は、軸線回りに沿って設けられた複数の凸部を有し、隣接する凸部間に前記ブッシュが設けられていることが好ましい。

また、前記筐体は、前記軸体を軸線回りに回転自在に収容する第１の収容部と、前記第１の収容部に連通されると共に前記第１の収容部の外側に形成され、前記弾性体の一部を収容する第２の収容部と、を有することが好ましい。

また、前記連結体の捻れ剛性値が１２７〜１８０Ｎ・ｍ／ｒａｄであることが好ましい。

また、前記弾性体は、ゴムで形成されていることが好ましい。

また、前記弾性体は、ＪＩＳａ型硬度が６２〜６６であることが好ましい。

本発明は、複数の送電線を個別に把持する複数のクランプと、各クランプに把持される送電線の間隔をあけた状態で各クランプを支持する支持体と、前記クランプと前記支持体とを連結し、前記支持体に対して前記クランプを可動とする連結体とを備え、前記連結体は、前記支持体に設けられた筐体と、前記筐体に回転自在に嵌合し、複数の凸部を有する軸体と、前記筐体と前記軸体との間に設けられた弾性体と、を備えるスペーサの設計方法であって、前記凸部を、前記軸体の軸線方向に直交する断面が当該軸線方向において略同一形状となるように設計し、前記連結体の捻れ剛性値を１２７〜１８０Ｎ・ｍ／ｒａｄとして設計することを特徴とする。

本発明によれば、送電線にサブスパン振動が生じた際に、クランプされている部分に作用する外力を軽減することができる。

スペーサの正面図である。 送電線を把持するスペーサの平面図である。 連結体の構成を示す正面図である。 連結体の斜視図である。 軸体の平面図である。 連結体を断面視したスペーサの一部の側面図である。 送電線を把持するスペーサの間隔、及び送電線の振幅を説明する図である。 クランプの振れ角を説明する図である。 スペーサの取り付け間隔とスペーサにかかる荷重との関係を示すグラフである。 クランプの振れ角と連結体の捻れ剛性値との関係を示すグラフである。 筐体の収容部の全容積から軸体とブッシュとの体積を除いた隙間の容積のイメージを示した図である。 筐体の収容部の全容積に対する隙間の容積の占める割合と連結部の捻れ剛性値との関係を示すグラフである。 従来の軸体の平面図である。

この発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の実施形態をとり得る。

＜スペーサの構成＞
図１は、スペーサの正面図である。図２は、送電線を把持するスペーサの平面図である。図３は、連結体の構成を示す正面図である。スペーサ１は、複数の送電線１０を互いに接触しないようにそれぞれ個別に把持するものである。
スペーサ１は、クランプ２と、支持体３と、連結体４とを備えている。

（クランプ）
図１、図２に示すように、クランプ２は、送電線１０を把持するものであり、例えば、支持体３に対して４つ設けられている。これにより、１つのスペーサ１で４本の送電線１０を把持することができる。なお、クランプ２は、４つに限らず、把持すべき送電線１０の本数に応じて自由に変更可能である。クランプ２は、例えば、鉄、アルミニウム等の金属から形成されている。

各クランプ２は、支持体３に連結される第１の腕部２１と、この第１の腕部２１に連結される第２の腕部２２とを備えている。第１の腕部２１及び第２の腕部２２の先端側には、断面が円形状の送電線１０を収容する半円形状の凹部２１ａ，２２ａが形成されている。クランプ２が閉じた際、すなわち、第２の腕部２２が第１の腕部２１に接近した際には、それぞれの凹部２１ａ，２２ａ同士が向かい合い、送電線１０を挟み込むことができる。第１の腕部２１及び第２の腕部２２には、ボルトＢを挿通する孔２１ｂ，２２ｂ（図３参照）が形成されており、送電線１０を両腕部２１，２２で挟み込んだ状態で、両腕部２１，２２にボルトＢを挿通し、ナットＮで締結することにより、送電線１０を把持した状態を維持することができる。第１の腕部２１と第２の腕部２２とは、ボルトＢ及びナットＮにより連結されるので、送電線１０の太さに応じてボルトＢに対するナットＮの締結位置を変えることが可能となっている。

（支持体）
図１、図２に示すように、支持体３は、クランプ２を支持するものであり、例えば、４つのクランプ２を支持するために、正面視十字形状に形成されている。すなわち、支持体３は、一つの中心部３１と、この中心部３１に対して４方向に放射状に延出する延出部３２とを有しており、互いに隣接する延出部３２は、その延出方向が直交している。これは、各送電線１０間に最大距離を保つための構成である。支持体３は、例えば、鉄、アルミニウム等の金属から形成されている。

（連結体）
図４は、連結体の斜視図である。図５は、軸体の平面図である。図６は、連結体を断面視したスペーサの一部の側面図である。
図３〜図５に示すように、連結体４は、各支持体３の延出部３２の先端に設けられている。連結体４は、捻れ剛性値が１２７〜１８０Ｎ・ｍ／ｒａｄとなるように設計されている。連結体４は、支持体４に設けられた筐体４１と、筐体４１に回転自在に嵌合された軸体４２と、筐体４１と軸体４２との間に設けられたブッシュ４３とを備えている。

図３、図４に示すように、筐体４１は、例えば、鉄、アルミニウム等の金属から形成されており、支持体３の延出部３２の先端において、支持体３と一体に形成されている。もちろん、筐体４１を支持体３と一体に形成する必要はなく、支持体３と筐体４１を別個に形成し、締結具より連結してもよい。筐体４１には、軸体４２を軸線回りに回転自在に収容する第１の収容部４１ａが形成されている。具体的には、第１の収容部４１ａは、筐体４１に形成された開口面が円形状の貫通孔であり、支持体３の延出部３２の延出方向に直交する方向に沿って貫通するように形成されている。筐体４１における第１の収容部４１ａの外側には、ブッシュ４３の一部を収容する第２の収容部４１ｂが形成されている。第２の収容部４１ｂは、第１の収容部４１ａに連通されており、円弧状に外側に張り出している。第２の収容部４１ｂは、その幅方向の中心を通る直線が、第１の収容部４１ａの中心軸線上において直交するように、第１の収容部４１ａの中心軸線から見て９０°おきに形成されている。

図３〜図５に示すように、軸体４２は、例えば、鉄、アルミニウム等の金属から形成されており、正面視略十字形状に形成されている。軸体４２は、筐体４１に形成された第１の収容部４１ａに回転自在に収容される。軸体４２は、回転軸となる円柱状の芯材４２ａと、この芯材４２ａの周方向に沿って等間隔に設けられた凸部４２ｂとを有している。
芯材４２ａの中心（回転軸心）には、ボルトＢ２を挿通する孔が形成されており、この孔にボルトＢ２を通してクランプ２とナットＮ２にて締結される。
凸部４２ｂは、芯材４２ａの径方向に沿って外側に延出しており、基端から先端に向かうにつれて幅が徐々に狭くなるように形成されている。凸部４２ｂは、その幅方向の中心を通る直線が、芯材４２ａの中心軸線と直交するように、芯材４２ａの中心軸線から見て９０°おきに形成されている。凸部４２ｂは、軸体４２の軸線方向一端から他端にわたって同じ幅となるように形成されている。すなわち、凸部４２ｂは、軸体４２の軸線方向に直交する横断面が、軸体４２の軸線方向のどの位置でも同じ形状となるように形成されている。凸部４２ｂにおける軸線方向両端部には、クランプ２の連結時に位置決めをするピン４２ｃが設けられている。ピン４２ｃは、凸部４２ｂに一体に形成されていてもよいし、別個に形成されていてもよい。従って、図６に示すように、軸体４２は、その軸線方向両端部をクランプ２によって挟み込まれており、このとき、ピン４２ｃは、クランプ２に挿通されている。そして、一方のクランプ２からボルトＢ２を挿入し、軸体４２及び他方のクランプ２に挿通した後、他方のクランプ２側からナットＮ２にてボルトＢ２と締結する。これによって、クランプ２と支持体３とを連結することができる。

図３、図４、図６、図８のような構造・動きに示すように、ブッシュ４３は、連結部４に弾性効果・減衰効果（ダンパー効果）を持たせるものである。ブッシュ４３は、例えば、ゴム等の弾性変形自在な材料（弾性体）から形成されており、円柱状に形成されている。ブッシュ４３は、例えば、２０℃の環境下において、ＪＩＳ規格のａ型硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１−１９７５）が６２〜６６の範囲内にあるゴム材料、特に、同規格の硬度が６４であることが好ましい。ブッシュ４３は、筐体４１の第１の収容部４１ａに収容されている軸体４２における隣接する凸部４２ｂの間に設けられている。従って、ブッシュ４３は、凸部４２ｂと同じ数だけ設けられている。ブッシュ４３は、第１の収容部４１ａだけでなく、その一部が第２の収容部４１ｂに収容されている。すなわち、ブッシュ４３は、第２の収容部４１ｂに収容されているので、軸体４２が自由に回転することを抑えている。

＜連結体の捻れ剛性値の算出方法（スペーサの設計方法）＞
次に、上記のスペーサ１における連結体４の捻れ剛性値の算出方法について説明する。なお、以下において、変位、荷重の測定値は、IEC61854 7.5.5Characterisation of the elastic and damping properties A)stiffness-damping methodで規定されている剛性減衰試験に基づくものである。
連結体４に求められる捻れ剛性値は、送電線１０の振動により発生する力に基づいて算出される。
例えば、図７に示すように、送電線１０を把持するスペーサ１の取り付け間隔を７０ｍとし、図８に示すように、クランプ２の振れ角（可動角）を自然状態（支持体３の延出部３２の延出方向に沿った状態）を基準として±９．６°として捻れ剛性値の下限値を算出する。
スペーサ１間において送電線が振動した場合において、隣接する送電線が接触しない最大の片側の振幅を１００ｍｍとすると、スペーサ１にかかる荷重Ｆは、以下の式（１）で算出することができる。
Ｆ＝√２×（Ａ／１０００）・π・Ｔ・ｇ／Ｌ１ ・・・（１）
ここで、
Ｆ：スペーサにかかる荷重（Ｎ）
Ａ：片振幅（１００ｍｍ）
Ｌ１：隣接するスペーサとの間隔（ｍ）
π：円周率
Ｔ：張力(２５２５ｋｇｆ)
ｇ：重力加速度(ｍ／ｓｅｃ^２）
である。
図９は、上記の式（１）から算出したスペーサ１の取り付け間隔Ｌ１とスペーサ１にかかる荷重Ｆとの関係を示すグラフであり、スペーサ１の取り付け間隔Ｌ１が７０ｍの場合のスペーサ１にかかる荷重は、１５７Ｎとなる。

スペーサ１にかかる荷重が上記の１５７Ｎとなる場合の捻れ剛性値Ｇは、モーメントを与えたときの回転角より求めることができるため、隣接するクランプ２の送電線１０の把持部間の距離を４５０ｍｍとすると、以下の式（２）で算出することができる。
Ｇ＝Ｆ×Ｌ２／θ ・・・（２）
ここで、
Ｇ：連結体の捻れ剛性値（Ｎ・ｍ／ｒａｄ）
Ｆ：スペーサにかかる荷重（１５７Ｎ）
Ｌ２：クランプされる送電線の中心から軸体の回転軸心までの距離（０．１３５ｍ）
θ：クランプの振れ角（ｒａｄ）
である。
図１０は、クランプ２の振れ角と連結体４の捻れ剛性値との関係を示した図である。
クランプ２の振れ角±９．６°における捻れ剛性値は１２７Ｎ・ｍ／ｒａｄとなる。ＩＥＣの規格では捻れ剛性値のバラツキが±２０％まで許容されており、クランプ２の振れ角±９．６°の場合の捻れ剛性値に＋２０％した捻れ剛性値として１６０Ｎ・ｍ／ｒａｄを設計値とすることが好ましい。

設計値の捻れ剛性値１６０Ｎ・ｍ／ｒａｄを満たすスペーサ１とするため、連結体４には、上述したように、ゴム製のブッシュ４３を使用してクランプ２に減衰効果を持たせている。
図１１は、筐体４１に形成された第１の収容部４１ａ及び第２の収容部４１ｂの容積から軸体４２とブッシュ４３との体積を除いた隙間の容積のイメージを示した図である。
図１１に示すような隙間の容積を変化させることにより、連結体４の捻れ剛性値を変化させることができる。
図１２は、筐体４１の両収容部４１ａ，４１ｂ全体の容積に対する隙間の容積の割合と捻れ剛性値との関係について示した図であり、実験により得られた値に基づいて、近似線を描いたグラフである。
図１２に示すように、捻れ剛性値１００の場合の隙間容積を１００％とし、算出した捻れ剛性値１６０Ｎ・ｍ／ｒａｄに達する隙間の容積の割合は７０．４％となる。

＜作用、効果＞
以上のようなスペーサ１によれば、軸体４２の凸部４２ｂは、軸体４２の軸線方向に直交する断面が軸線方向のどの位置でも同じ形状である、すなわち、凸部４２ｂの先端部は、軸体４２の軸線方向に沿って一定の幅を有している。これにより、図１３に示す現用の軸体１００の平面形状のような凸部１０１とは異なり、軸体４２の軸線方向両端部において、ブッシュ４３が強く圧縮されることがなく、送電線１０に外力が作用した際に、その力を逃がすことができないといった問題を解消することができる。また、軸体４２の両端部におけるブッシュ４３による押圧力が小さくなるので、クランプ２が図６における矢印Ａの方向に動きやすくなり、クランプ２が送電線１０の振動に追随しやすくなり、送電線１０に無理な負荷をかけることがなくなる。また、凸部４２ｂの形状がシンプルになるので、凸部４２ｂの形成も従来に比べて容易となり、スペーサ１の製造コストを低減することもできる。
送電線１０が振動した場合、振動による外力が送電線１０を把持するスペーサ１にも作用するが、連結体４の軸体４２の凸部４２ｂの間にゴム製のブッシュ４３を設けることにより、連結体４に伝わってきた振動をブッシュ４３で減衰することができる。
第２の収容部４１ｂには、ブッシュ４３の一部だけが収容されるので、送電線１０から伝わる振動による外力は、第２の収容部４１ｂの内壁にブッシュ４３が接触して変形することにより吸収される。これにより、送電線１０を把持しているクランプ２にかかる外力を軽減することができる。
図９、図１０、図１２のグラフ及び式（１）、式（２）を用いることにより、送電線１０の振動から発生する力に基づいて連結体４に必要な捻れ剛性値を算出することができるので、従来のように試行錯誤による設計を行う必要がなくなり、設計効率を向上することができる。
スペーサ１の設計において、連結体４の捻れ剛性値を１２７〜１８０Ｎｍ／ｒａｄとすることで、比較的大きいクランプ２の振れ角である９．６°においても剛性を保持することができる。
ブッシュ４３を形成するゴムのＪＩＳａ型硬度を６２〜６６とすることで、送電線１０の振動エネルギーを吸収し、かつクランプ２の破損を低減することができる。

１ スペーサ
２ クランプ
３ 支持体
４ 連結体
１０ 送電線
４１ 筐体
４１ａ 第１の収容部
４１ｂ 第２の収容部
４２ 軸体
４２ａ 芯材
４２ｂ 凸部
４３ ブッシュ（弾性体）

Claims (7)

1. 複数の送電線を個別に把持する複数のクランプと、各クランプに把持される送電線の間隔をあけた状態で各クランプを支持する支持体と、前記クランプと前記支持体とを連結し、前記支持体に対して前記クランプを可動とする連結体とを備えるスペーサであって、
   前記連結体は、前記支持体に設けられた筐体と、前記筐体に回転自在に嵌合し、複数の凸部を有する軸体と、前記筐体と前記軸体との間に設けられた弾性体と、を備え、
   前記凸部は、前記軸体の軸線方向に直交する断面が当該軸線方向において略同一形状であり、
   前記クランプを前記軸体の定位置に連結するピンを備えることを特徴とするスペーサ。
2. 前記軸体は、軸線回りに沿って設けられた複数の凸部を有し、
   隣接する凸部間にブッシュが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。
3. 前記筐体は、前記軸体を軸線回りに回転自在に収容する第１の収容部と、前記第１の収容部に連通されると共に前記第１の収容部の外側に形成され、前記弾性体の一部を収容する第２の収容部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスペーサ。
4. 前記連結体の捻れ剛性値が１２７〜１８０Ｎ・ｍ／ｒａｄであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のスペーサ。
5. 前記弾性体は、ゴムで形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のスペーサ。
6. 前記弾性体は、ＪＩＳａ型硬度が６２〜６６であることを特徴とする請求項５に記載のスペーサ。
7. 複数の送電線を個別に把持する複数のクランプと、各クランプに把持される送電線の間隔をあけた状態で各クランプを支持する支持体と、前記クランプと前記支持体とを連結し、前記支持体に対して前記クランプを可動とする連結体とを備え、前記連結体は、前記支持体に設けられた筐体と、前記筐体に回転自在に嵌合し、複数の凸部を有する軸体と、前記筐体と前記軸体との間に設けられた弾性体と、を備えるスペーサの設計方法であって、
   前記凸部を、前記軸体の軸線方向に直交する断面が当該軸線方向において略同一形状とし、前記クランプをピンによって前記軸体の定位置に連結し、
   前記連結体の捻れ剛性値を１２７〜１８０Ｎ・ｍ／ｒａｄとして設計することを特徴とするスペーサの設計方法。

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