着雪サンプラ
【課題】簡単な構成で送電線における着雪状況の正確な観測・計測を行うことができると共に計測及びメンテナンスの手間を軽減することができ、さらに、最適な態様で送電線における着雪形状を観測することができるようにする。
【解決手段】測定用短尺電線１と、該測定用短尺電線１の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１を軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有するようにした。
【解決手段】測定用短尺電線１と、該測定用短尺電線１の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１を軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着雪サンプラに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば架空送電線の着雪状況の把握や送電線の人工着雪試験などに用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
架空送電線については、雪害予防及び保守の観点から、また、送電線着雪現象等の解明による雪害防止のための試験や研究の観点から、送電線着雪状況の正確な観測を行うと共に正確な各種定量データの収集を行うことが非常に重要である。そして、通電中の実際の架空送電線における着雪状況の観測・計測は困難であるので、着雪状況の観測や各種定量データの計測においては短尺の実際の電線を測定用電線（以下、測定用短尺電線と呼ぶ）として備えた着雪サンプラが用いられる。
【０００３】
ここで、送電線への着雪に影響する因子としては、気温，湿度，降水量，風向・風速といった気象条件、及び、電線外周形状，電線直径，径間長，電線捻り剛性，電線温度といった電線の特性が挙げられる。なお、径間長とは、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の送電線の実長のことである。また、着雪影響因子としての電線温度とは、通電による送電線自体の温度上昇を考慮することであり、送電線に通電される電流値で代替することもできる。
【０００４】
そして、送電線への着雪が成長する過程では、着雪によって発生する偏心モーメントによって送電線が徐々に捻れていく現象が見られ、この捻りの程度を決定づける電線捻り剛性の違いによって着雪形状及び着雪量に大きな違いが生じることが知られている。したがって、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいて正確に再現するためには、測定用短尺電線の捻り剛性を、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の実際の架空送電線（以下、実径間と呼ぶ）の捻り剛性と等価になるように設計することが特に重要である。
【０００５】
その上で、雪害予防及び保守並びに着雪現象の解明を目的とする試験や研究のために、着雪サンプラによって、架空送電線における電線捻回角（即ち、送電線の軸心を中心とする軸回転の角度），着雪形状，着雪重量を正確に観測・計測可能であることが必要とされる。
【０００６】
従来の着雪サンプラとしては、例えば、図４に示すように、間隔をおいて配置された一組の支持板１０１，１０１間にボールベアリング機構１０２を介して回動自在に支持されたシャフト１０３と、これら支持板１０１，１０１間でシャフト１０３に同心円筒状に被嵌されたスペーサ１０４，１０４と、このスペーサ１０４を外抱し且つ一端がシャフト１０３に係止され他端が一組の支持板１０１，１０１のいずれか一方に係止された所定の捻り剛性を有するコイルスプリング１０５と、シャフト１０３とコイルスプリング１０５とを係止した支持板１０１との相対回転変位角を検出する回転検出器１０６と、支持板１０１，１０１間を耐湿保護する保護カバー１０７と、シャフト１０３及びコイルスプリング１０５を係止した支持板１０１，１０１のいずれか一方に直接又は他の部材を介して固着された測定用短尺電線の一端を同軸的に接続するコネクタ１０８と、他方に直接又は他の部材を介して固着された外部取付部材１０９とを備えるものがある（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】実公平２−４１５５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の着雪サンプラにおいては、ボールベアリング機構１０２と特殊なコイルスプリング１０５とを保護カバー１０７に内蔵する支持機構は非常に複雑であって製作に手間がかかる。また、両端支持部の軸心合わせに細心の注意が必要とされ調整に手間がかかる。このため、汎用的であるとは言い難い。さらに、軸心合わせが正確でない場合には計測に誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、着雪サンプラにおいては着雪による偏心モーメントに追従して測定用短尺電線が滑らかに捻回する必要があるが、特許文献１の着雪サンプラのようにボールベアリング機構１０２を介した支持機構ではベアリング部の摩擦等によって滑らかな捻回が阻害されるので、正確な観測・計測を行うことができないという問題がある。具体的には、或る一定以上の着雪によって偏心モーメントが大きくなるまでは測定用短尺電線が捻回せず、或る一定以上の着雪量で急激に捻回するという挙動を示すので正確な観測・計測を行うことができない。さらに、着雪重量によって測定用短尺電線にたわみが生じることによってもベアリング部の滑らかな動きが阻害されるので正確な観測・計測を行うことができない。
【００１０】
また、特許文献１の着雪サンプラでは、ベアリング部の作動性を確保するために潤滑油の注入等の整備を定期的に行う必要がありメンテナンスの手間がかかるという問題がある。
【００１１】
さらに、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいて正確に再現するために測定用短尺電線の捻り剛性を実径間の捻り剛性と等価にすることが重要であるところ、特許文献１の着雪サンプラでは、コイルスプリング１０５を交換しないと測定用短尺電線の捻り剛性を調整することができない。したがって、観測対象とする実径間の条件が変わるたびに複雑な支持機構を分解してコイルスプリングを交換すると共に再度組み立て、且つ両端支持部の軸心合わせをあらためて行わなければならないので計測の準備に手間がかかるという問題がある。
【００１２】
また、着雪形状を正確に観測するためには測定用短尺電線の軸方向正面から着雪を撮影することが望ましい。しかしながら、特許文献１の着雪サンプラでは、ボールベアリング機構１０２を含む支持機構が電線軸方向（即ちシャフト１０３の軸方向）の視野を妨げてしまうために当該方向正面から着雪を撮影することができず、最適な態様で着雪形状を観測することができないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、簡単な構成で送電線における着雪状況の正確な観測・計測を行うことができると共に計測及びメンテナンスの手間を軽減することができる着雪サンプラを提供することを目的とする。さらに、本発明は、最適な態様で送電線における着雪形状を観測することができる着雪サンプラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の着雪サンプラは、測定用短尺電線と、該測定用短尺電線の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材と、各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて吊り下げ部材を介して測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有するようにしている。
【００１５】
したがって、この着雪サンプラによると、測定用短尺電線を線状の吊り下げ部材によって単に吊り下げて支持するようにしているので、測定用短尺電線の支持機構の構成が非常に簡単であり、装置の製作及び調整の手間がかからない。
【００１６】
また、この着雪サンプラによると、測定用短尺電線を線状の吊り下げ部材によって単に吊り下げて支持するようにしているので、測定用短尺電線が捻回する際に支持機構との間で摩擦が生じることがなく、着雪当初から滑らかで連続的な捻回が実現され、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができる。また、測定用短尺電線を両端のそれぞれに結合された線状の吊り下げ部材によって支持するようにしているので、着雪によって測定用短尺電線にたわみが生じても滑らかな捻回が阻害されることがなく、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができる。
【００１７】
また、この着雪サンプラによると、線状の吊り下げ部材の直径及び長さを調整することによって測定用短尺電線の捻り剛性と実径間の捻り剛性とを一致させることができるので、着雪サンプラにおいて実径間の捻り剛性の再現をすることが容易にできる。そして、観測対象の実径間の条件が変わった場合には吊り下げ部材の交換のみによって測定用短尺電線の捻り剛性を実径間の捻り剛性に一致させることができるので、計測の準備を簡単に行うことができる。
【００１８】
さらに、この着雪サンプラによると、実径間の捻り剛性を再現するための仕組みが非常に簡単であり、特別な整備を必要とすることなく実径間の捻り剛性を再現する仕組みの作動性が確保される。
【００１９】
また、請求項２記載の着雪サンプラは、複数の測定用短尺電線と、該複数の測定用短尺電線のうち両端に位置する各測定用短尺電線の一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材と、複数の測定用短尺電線同士を連結する一本若しくは複数の連結部材と、各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて吊り下げ部材を介して測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有するようにしている。
【００２０】
したがって、この着雪サンプラによると、請求項１記載の発明の作用に加え、測定用短尺電線を複数設けるようにしているので、実際の送電線の複数箇所の着雪状況を再現することができる。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の着雪サンプラにおいて、測定用短尺電線を軸方向正面から撮影する撮影装置を更に有するようにしている。この場合には、測定用短尺電線の両端には線状の吊り下げ部材が結合しているだけであるので、測定用短尺電線の軸方向正面から撮影することができ、測定用短尺電線の軸心位置において軸方向正面からの電線の捻回状況及び着雪状況の画像が得られる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の着雪サンプラにおいて、一対の支柱のそれぞれに支持されると共に各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が連結されるロードセルを更に有するようにしている。この場合には、測定用短尺電線の着雪重量が計測される。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線の支持機構の構成が非常に簡単であり、装置の製作及び調整の手間を軽減することができるので、装置の汎用性の向上が可能になる。
【００２４】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線が捻回する際に支持機構との間に摩擦が生じることがなく、着雪当初から滑らかで連続的な捻回が実現され、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができるので、実径間と同様の状況をつくり出して実径間における着雪状況を正確に再現することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。さらに、着雪によって測定用短尺電線にたわみが生じても滑らかな捻回が阻害されることがなく、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができるので、実径間と同様の状況をつくり出して実径間における着雪状況を正確に再現することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。
【００２５】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、着雪サンプラにおいて実径間の捻り剛性の再現をすることが容易にでき、さらに、計測の準備を簡単に行うことができるので、操作にかかる手間を軽減して操作性の向上が可能になる。
【００２６】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、特別な整備を必要とすることなく実径間の捻り剛性を再現する仕組みの作動性を確保することができるので、メンテナンスの手間を軽減して運用性の向上が可能になる。
【００２７】
また、請求項２記載の着雪サンプラによれば、実際の送電線の複数箇所の着雪状況を再現することができるので、実際の送電線における状況の再現性の向上が可能になる。
【００２８】
また、請求項３記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線の軸心位置において軸方向正面からの電線の捻回状況及び着雪状況の画像が得られるので、着雪に伴う電線捻回角を正確に計測することができると共に最適な態様で電線の着雪形状を正確に観測することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。
【００２９】
さらに、請求項４記載の着雪サンプラによれば、請求項１，２記載の発明においても把握可能な電線捻回角と着雪形状とに加えて測定用短尺電線の着雪重量を計測することができるので、着雪状況についてのより多様なデータの把握が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１に、本発明の着雪サンプラの第一の実施形態を示す。この着雪サンプラは、測定用短尺電線１と、該測定用短尺電線１の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１を軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有する。
【００３２】
測定用短尺電線１は、着雪状況の観測対象の送電線として実際に用いられているものと同じ電線を短尺に切断したものである。測定用短尺電線１の長さは特定の長さに限定されるものではなく、例えば現場において観測を行うために着雪サンプラを設置する場所の広さや実験施設の規模などに合わせて数ｍ程度の長さに切断したものを用いるようにする。
【００３３】
一対の線状の吊り下げ部材２，２は、測定用短尺電線１の軸方向正面の両端にそれぞれ取り付けられる。吊り下げ部材２としては、自身への着雪の影響をできるだけ低減するために細い線状の部材であって可撓性のある材質のものが用いられる。具体的には例えばステンレスワイヤが用いられる。
【００３４】
吊り下げ部材２と測定用短尺電線１とは、一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合される。すなわち、測定用短尺電線１は軸心を中心とする回転（即ち捻回）について自由ではなく、測定用短尺電線１が捻回する際には吊り下げ部材２に固定的に結合している影響を受ける。
【００３５】
そして、第一の実施形態では、吊り下げ部材２が、測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現する役割を果たす。このため、測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性が再現されるように吊り下げ部材２の直径及び長さが設定される。
【００３６】
測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２の直径及び長さの決定方法は特定の方法に限定されるものではなく、例えば材料力学の釣り合いの関係から求めるようにしても良いしシミュレーションを用いて求めるようにしても良い。測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２の直径及び長さは、具体的には例えば以下の手順によって求められる。
【００３７】
本実施形態で観測対象とする実径間が図３の通りであるとする。具体的には、径間長（即ち電線実長）が２Ｌ〔ｍ〕であり、径間中央部分の長さ２Ｌaの区間（以下、着雪区間と呼ぶ）に着雪が生じている状態を想定する。なお、着雪は始まった初期の状態であって電線の捻回角は小さいと共に着雪区間に亘って着雪形状が等しく着雪によって生じる捻回モーメントが等しいと仮定する。
【００３８】
着雪区間の電線単位長さあたりに作用する着雪によるモーメントをＭu〔Ｎ ｍ／ｍ〕とおく。着雪区間のうち径間端部からの位置ｘの単位長さへの着雪が発生させるモーメントによる位置ｘの電線捻回角は数式１で表される。
【００３９】
【数１】
【００４０】
ここで、ｋxは数式２の通りである。
【００４１】
【数２】
ここに、θxx：位置ｘの電線捻回角，Ｍu：モーメント〔Ｎ ｍ／ｍ〕，ｋx：位置ｘの捻りバネのバネ定数〔Ｎ ｍ／rad〕，ＧＪ：電線の捻り剛性〔Ｎ ｍ２〕（なお、Ｇ：横弾性係数，Ｊ：断面二次極モーメント），２Ｌ：径間長（即ち電線実長）〔ｍ〕，ｘ：径間端部からの位置〔ｍ〕をそれぞれ表す。
【００４２】
このとき、位置ｘの単位長さあたりの着雪に起因する径間中央（即ちｘ＝Ｌ）における電線捻回角θLxは数式３の通りになる。
【００４３】
【数３】
【００４４】
したがって、径間中央部分の着雪区間（長さ２Ｌa）への着雪によって生じる径間中央（即ちｘ＝Ｌ）における電線捻回角θLは数式４のようになる。
【００４５】
【数４】
【００４６】
一方、着雪サンプラの測定用短尺電線１の長さを２Ｌsとする。そして、測定用短尺電線１に上述の実径間と等しい単位長さあたりの着雪によるモーメントＭuが生じるとする。また、測定用短尺電線１を支持する吊り下げ部材２の捻りバネのバネ定数をｋsとする。このとき、測定用短尺電線１の着雪による電線捻回角θsは数式５のようになる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
したがって、想定した実径間中央における電線捻回角θLと測定用短尺電線１の電線捻回角θsとを一致させるためのバネ定数ｋsは、数式４と数式５とが等しいとしてｋsについて解くことにより、数式６のようになる。
【００４９】
【数６】
【００５０】
ここで、径間全体に一様に着雪する場合はＬa=Ｌであり、数式６は数式７のようになる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
すなわち、実径間において径間全体に着雪する状況を再現するための捻りバネのバネ定数ｋsは、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線の捻り剛性ＧＪ及び径間長Ｌ並びに測定用短尺電線１の長さＬsの値に依存する。
【００５３】
一方、着雪サンプラの吊り下げ部材２の長さをＬw、捻り剛性をＧwＪwとすると、測定用短尺電線１は、数式８で表されるバネ定数ｋswを有する捻りバネに支持されていることになる。
【００５４】
【数８】
【００５５】
したがって、実径間において径間全体に着雪する状況を着雪サンプラによって再現するためには、数式７のバネ定数ｋsと数式８のバネ定数ｋswとが一致するように吊り下げ部材２の長さ及び捻り剛性を設定すれば良い。
【００５６】
具体的には、数式７については、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線を選択すれば捻り剛性ＧＪと径間長２Ｌとが決定されるので、測定用短尺電線１の長さ２Ｌsを設定すればバネ定数ｋsが算出される。そして、数式８について、算出されたバネ定数ｋsの値をバネ定数ｋswに代入すると共に、吊り下げ部材２の材質と直径とを設定することによって決定される捻り剛性ＧwＪwの値を代入すると、吊り下げ部材２の長さＬwが決定される。
【００５７】
ロードセル３は、測定用短尺電線１の着雪重量を計測するためのものである。具体的には、測定用短尺電線１の軸方向両端のそれぞれに吊り下げ部材２，２が結合されると共に、当該各吊り下げ部材２，２の測定用短尺電線１が結合されている側と反対側の端部がそれぞれロードセル３，３と連結されることによって測定用短尺電線１の着雪重量が計測される。
【００５８】
両ロードセル３，３はそれぞれ支柱６，６によって支持される。本実施形態では、支柱６は、垂直部材６ａと、対の相手側支柱６に向かってせり出して垂直部材６ａの頂部に取り付けられた水平部材６ｂとからなり、水平部材６ｂにロードセル３が取り付けられている。なお、両支柱６，６間の距離は、両吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１が架空されるように調整され、両吊り下げ部材２，２の各ロードセル３，３と連結する端部間の距離Ｄが測定用短尺電線１の長さ２Ｌsよりも少なくとも長くなるように調整される。
【００５９】
一方の支柱６には、測定用短尺電線１を当該電線の軸方向正面から撮影するための撮影装置４が取り付けられる。撮影装置４としては例えばデジタルカメラが用いられる。また、本実施形態では、撮影装置４が、支柱６の垂直部材６ａに取り付けられた固定部材６ｃによって測定用短尺電線１の軸心位置の軸方向正面に合わせて取り付けられている。
【００６０】
撮影装置４を用いて測定用短尺電線１の軸方向正面から、即ち最適な態様で当該電線を撮影することで、測定用短尺電線１の着雪形状を正確に観測することができると共に、測定用短尺電線１の電線捻回角を計測することができる。なお、電線捻回角は、例えば、測定用短尺電線１の撮影装置４側の端面に当該電線の半径に該当する線を予め付けておいて当該線の傾きによって計測することができる。
【００６１】
次に、図２を用いて、本発明の着雪サンプラの第二の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二の実施形態において上述の第一の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
この第二の実施形態の着雪サンプラは、三本の測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃと、該測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃのうち両端に位置する各測定用短尺電線１ｂ，１ｃの一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１ａ及び１ｂ並びに１ａ及び１ｃを連結する二本の連結部材５，５と、測定用短尺電線１ａを軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有する。
【００６３】
すなわち、第一の実施形態と第二の実施形態とを対比すると、第一の実施形態においては測定用短尺電線１が一本であるのに対し、第二の実施形態においては測定用短尺電線１が複数本である点で両者は大きく異なる。そして、第二の実施形態では、測定用短尺電線１同士を連結するための連結部材５を有する。なお、第二の実施形態においては、各吊り下げ部材２，２と測定用短尺電線１ｂ，１ｃとは一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合され、さらに、各連結部材５，５と各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃとは一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合される。すなわち、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃは捻回について自由ではなく、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃが捻回する際には吊り下げ部材２や連結部材５に固定的に結合している影響を受ける。
【００６４】
ここで、実径間においては、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の中央部において送電線の電線捻回角が最も大きく、鉄塔の近傍ほど電線捻回角が小さい。すなわち、実径間内の位置によって送電線の電線捻回角の大きさが異なる。したがって、第二の実施形態のように測定用短尺電線を複数設けるようにすることにより、実径間内の位置毎の電線捻回角や着雪状況を再現することが可能になり、実際の送電線における状況の再現性をより向上させることができる。
【００６５】
そして、第二の実施形態においては、吊り下げ部材２及び連結部材５が、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現する役割を果たす。このため、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性が再現されるように吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さが設定される。
【００６６】
各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さの決定方法は特定の方法に限定されるものではなく、例えば材料力学の釣り合いの関係から求めるようにしても良いしシミュレーションを用いて求めるようにしても良い。各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さは、具体的には例えば以下の手順によって求められる。
【００６７】
まず、第二の実施形態の着雪サンプラが模擬対象とするのは、長さ２Ｌ〔ｍ〕の径間長の実径間全長に亘って着雪する状況である。このときの径間中央の捻回角θLは数式９のようになる。なお、数式９は、数式４のＬaにＬを代入することによって得られるものであり、各記号の意味も数式４に関連して説明した通りである。なお、第二の実施形態においても、着雪が始まった初期の状態であって径間全体に亘って着雪形状が等しく着雪によって生じる捻回モーメントが等しいと仮定している。
【００６８】
【数９】
【００６９】
一方、着雪サンプラの各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの長さを全て２Ｌsとする。そして、電線単位長さあたりにＭu〔Ｎ ｍ／ｍ〕のモーメントが作用しているとする。
【００７０】
また、吊り下げ部材２及び連結部材５の長さをＬw、捻り剛性をＧwＪwとする。このとき、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbについて数式１０が成り立つ。なお、吊り下げ部材２及び連結部材５の直径は測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃよりも小さく、吊り下げ部材２及び連結部材５の捻回に比べて測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの捻れは無視できるとする（即ち、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃは剛体として扱う）。また、数式１０及び数式１１は、数式１及び数式２と同様の考え方に基づくものである。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
よって、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbは数式１１のようになる。
【００７３】
【数１１】
【００７４】
また、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの捻回に起因する測定用短尺電線１ａの電線捻回角θab及び測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θcbは、測定用短尺電線１ｃ側の吊り下げ部材２のロードセル３との連結点２ａからの吊り下げ部材２および連結部材５の長さの合計に比例するので、それぞれ数式１２，数式１３のようになる。
【００７５】
【数１２】
【数１３】
【００７６】
次に、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの電線捻回角θaaについて数式１４が成り立つ。
【００７７】
【数１４】
【００７８】
よって、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの電線捻回角θaaは数式１５のようになる。
【００７９】
【数１５】
【００８０】
また、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの捻回に起因する測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θba及び測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θcaは数式１６のようになる。
【００８１】
【数１６】
【００８２】
さらに、測定用短尺電線１ｃへの着雪による測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θccについは、系の対称性を考慮すれば、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbと同様に表される。すなわち、数式１７のようになる。
【００８３】
【数１７】
【００８４】
また、測定用短尺電線１ｃへの着雪による測定用短尺電線１ｃの捻回に起因する測定用短尺電線１ａの電線捻回角θac及び測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbcはそれぞれ数式１８，数式１９のようになる。
【００８５】
【数１８】
【数１９】
【００８６】
以上より、測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの各電線捻回角θa，θb，θcはそれぞれ数式２０のようになる。
【００８７】
【数２０】
【００８８】
したがって、実径間において径間全体に着雪する状況を着雪サンプラによって再現するためには、数式９のθLと数式２０のθaとが一致するように吊り下げ部材２及び連結部材５の長さ及び捻り剛性を設定すれば良い。すなわち、数式２１を満たすようにすれば良い。
【００８９】
【数２１】
【００９０】
そして、数式２１に基づき、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線を選択すれば捻り剛性ＧＪと径間長２Ｌとが決定され、測定用短尺電線１の長さ２Ｌsを設定すると共に、吊り下げ部材２及び連結部材５の材質と直径とを設定することによって決定される捻り剛性ＧwＪwの値を数式２２に代入することにより、吊り下げ部材２及び連結部材５の長さＬwが決定される。
【００９１】
【数２２】
【００９２】
なお、数式２０に示されるように、図２に示される第二の実施形態では、両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃの捻回角θb，θcは、中央の測定用短尺電線１ａの捻回角θaの３／４になる。すなわち、電線への着雪の発達に伴って捻回角が大きくなると捻回角の違いによって着雪形状に違いが現れる。第二の実施形態によれば、測定用短尺電線１ａと測定用短尺電線１ｂ，１ｃとに捻回角の違いが生じて径間位置による着雪形状の違いを再現することができる。
【００９３】
また、第二の実施形態のように複数の測定用短尺電線を備えるようにする場合には、特に両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃが極端に傾いていないようにすることが好ましい。このため、各測定用短尺電線の長さ２Ｌs並びに吊り下げ部材２及び連結部材５の長さＬwの合計に基づいて、両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃが極端に傾かないように、両吊り下げ部材２，２の各ロードセル３，３と連結する端部間の距離Ｄ（即ち一対の支柱６，６の間隔）が調整されることが好ましい。そして、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいてより正確に再現するため、各測定用短尺電線の傾きが実径間における架空送電線の各部分の傾きに近くなるように一対の支柱６，６の間隔が調整されることが更に好ましい。
【００９４】
以上のように構成された着雪サンプラによれば、簡単な構成で送電線における着雪状況の正確な観測・計測を行うことができると共に計測及びメンテナンスの手間を軽減することができる。さらに、本発明の着雪サンプラによれば、最適な態様で送電線における着雪形状を撮影することができる。
【００９５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、第一の実施形態及び第二の実施形態では、着雪重量を計測するためにロードセル３を備えるようにしているが、これに限られず、着雪重量を計測する必要がない場合、すなわち、着雪形状及び電線捻回角を計測することを目的とする場合にはロードセル３を備えずに吊り下げ部材２を支柱６に直接結合するようにしても良い。
【００９６】
また、第二の実施形態では、測定用短尺電線を三本備えるようにしているが、これに限られず、実径間内の位置毎の電線捻回角や着雪状況の再現性を高めるということであれば測定用短尺電線を二本以上備えるようにすれば良い。なお、第二の実施形態においては測定用短尺電線の数を奇数にすることにより、電線捻回角が最も大きくなる鉄塔と鉄塔との間の中央部を再現して当該中央部の電線捻回角を計測することができる。
【実施例１】
【００９７】
本発明の着雪サンプラにおける測定用短尺電線１及び吊り下げ部材２の直径及び長さの設定の実施例を説明する。なお、本実施例では、上述の第一の実施形態の着雪サンプラ（図１参照）を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００９８】
本実施例では、２４０ｍｍ２単導体，径間長２Ｌ＝３００〔ｍ〕の実径間を模擬する場合を想定した。
【００９９】
吊り下げ部材２として直径１．５〔ｍｍ〕のステンレスワイヤを用いた。また、測定用短尺電線１の長さ２Ｌs＝２〔ｍ〕とした。
【０１００】
ステンレスワイヤは送電線と同じような線構造であり、横弾性係数ＧwはアルミのＡＣＳＲ２４０ｍｍ２に対して約３倍とみなした。また、ＡＣＳＲ２４０ｍｍ２の直径２２．４〔ｍｍ〕に対してステンレスワイヤの直径は１．５〔ｍｍ〕であるので、断面二次極モーメントＪwはＡＣＳＲ２４０ｍｍ２のＪに対して(１．５／２２．４)４倍とした。これに基づいてＧwＪw＝ＧＪ×３×(１．５／２２．４)４とみなした。
【０１０１】
このとき、数式７で表される実径間を模擬するための捻りバネ定数ｋsと数式８で表される測定用短尺電線１の支持に係る捻りバネ定数ｋswとが等しいとして数式９が得られた。
【０１０２】
【数２３】
【０１０３】
数式９に、ＧwＪw＝ＧＪ×３×(１．５／２２．４)４，Ｌ＝１５０，２Ｌs＝２を代入し、Ｌw＝０．６７〔ｍ〕が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の着雪サンプラの第一の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の着雪サンプラの第二の実施形態を示す図である。
【図３】本発明における捻りバネのバネ定数の説明において想定する実径間を説明する図である。
【図４】従来の着雪サンプラの支持構造の構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 測定用短尺電線
２ 吊り下げ部材
３ ロードセル
４ 撮影装置
６ 支柱
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着雪サンプラに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば架空送電線の着雪状況の把握や送電線の人工着雪試験などに用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
架空送電線については、雪害予防及び保守の観点から、また、送電線着雪現象等の解明による雪害防止のための試験や研究の観点から、送電線着雪状況の正確な観測を行うと共に正確な各種定量データの収集を行うことが非常に重要である。そして、通電中の実際の架空送電線における着雪状況の観測・計測は困難であるので、着雪状況の観測や各種定量データの計測においては短尺の実際の電線を測定用電線（以下、測定用短尺電線と呼ぶ）として備えた着雪サンプラが用いられる。
【０００３】
ここで、送電線への着雪に影響する因子としては、気温，湿度，降水量，風向・風速といった気象条件、及び、電線外周形状，電線直径，径間長，電線捻り剛性，電線温度といった電線の特性が挙げられる。なお、径間長とは、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の送電線の実長のことである。また、着雪影響因子としての電線温度とは、通電による送電線自体の温度上昇を考慮することであり、送電線に通電される電流値で代替することもできる。
【０００４】
そして、送電線への着雪が成長する過程では、着雪によって発生する偏心モーメントによって送電線が徐々に捻れていく現象が見られ、この捻りの程度を決定づける電線捻り剛性の違いによって着雪形状及び着雪量に大きな違いが生じることが知られている。したがって、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいて正確に再現するためには、測定用短尺電線の捻り剛性を、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の実際の架空送電線（以下、実径間と呼ぶ）の捻り剛性と等価になるように設計することが特に重要である。
【０００５】
その上で、雪害予防及び保守並びに着雪現象の解明を目的とする試験や研究のために、着雪サンプラによって、架空送電線における電線捻回角（即ち、送電線の軸心を中心とする軸回転の角度），着雪形状，着雪重量を正確に観測・計測可能であることが必要とされる。
【０００６】
従来の着雪サンプラとしては、例えば、図４に示すように、間隔をおいて配置された一組の支持板１０１，１０１間にボールベアリング機構１０２を介して回動自在に支持されたシャフト１０３と、これら支持板１０１，１０１間でシャフト１０３に同心円筒状に被嵌されたスペーサ１０４，１０４と、このスペーサ１０４を外抱し且つ一端がシャフト１０３に係止され他端が一組の支持板１０１，１０１のいずれか一方に係止された所定の捻り剛性を有するコイルスプリング１０５と、シャフト１０３とコイルスプリング１０５とを係止した支持板１０１との相対回転変位角を検出する回転検出器１０６と、支持板１０１，１０１間を耐湿保護する保護カバー１０７と、シャフト１０３及びコイルスプリング１０５を係止した支持板１０１，１０１のいずれか一方に直接又は他の部材を介して固着された測定用短尺電線の一端を同軸的に接続するコネクタ１０８と、他方に直接又は他の部材を介して固着された外部取付部材１０９とを備えるものがある（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】実公平２−４１５５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の着雪サンプラにおいては、ボールベアリング機構１０２と特殊なコイルスプリング１０５とを保護カバー１０７に内蔵する支持機構は非常に複雑であって製作に手間がかかる。また、両端支持部の軸心合わせに細心の注意が必要とされ調整に手間がかかる。このため、汎用的であるとは言い難い。さらに、軸心合わせが正確でない場合には計測に誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、着雪サンプラにおいては着雪による偏心モーメントに追従して測定用短尺電線が滑らかに捻回する必要があるが、特許文献１の着雪サンプラのようにボールベアリング機構１０２を介した支持機構ではベアリング部の摩擦等によって滑らかな捻回が阻害されるので、正確な観測・計測を行うことができないという問題がある。具体的には、或る一定以上の着雪によって偏心モーメントが大きくなるまでは測定用短尺電線が捻回せず、或る一定以上の着雪量で急激に捻回するという挙動を示すので正確な観測・計測を行うことができない。さらに、着雪重量によって測定用短尺電線にたわみが生じることによってもベアリング部の滑らかな動きが阻害されるので正確な観測・計測を行うことができない。
【００１０】
また、特許文献１の着雪サンプラでは、ベアリング部の作動性を確保するために潤滑油の注入等の整備を定期的に行う必要がありメンテナンスの手間がかかるという問題がある。
【００１１】
さらに、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいて正確に再現するために測定用短尺電線の捻り剛性を実径間の捻り剛性と等価にすることが重要であるところ、特許文献１の着雪サンプラでは、コイルスプリング１０５を交換しないと測定用短尺電線の捻り剛性を調整することができない。したがって、観測対象とする実径間の条件が変わるたびに複雑な支持機構を分解してコイルスプリングを交換すると共に再度組み立て、且つ両端支持部の軸心合わせをあらためて行わなければならないので計測の準備に手間がかかるという問題がある。
【００１２】
また、着雪形状を正確に観測するためには測定用短尺電線の軸方向正面から着雪を撮影することが望ましい。しかしながら、特許文献１の着雪サンプラでは、ボールベアリング機構１０２を含む支持機構が電線軸方向（即ちシャフト１０３の軸方向）の視野を妨げてしまうために当該方向正面から着雪を撮影することができず、最適な態様で着雪形状を観測することができないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、簡単な構成で送電線における着雪状況の正確な観測・計測を行うことができると共に計測及びメンテナンスの手間を軽減することができる着雪サンプラを提供することを目的とする。さらに、本発明は、最適な態様で送電線における着雪形状を観測することができる着雪サンプラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の着雪サンプラは、測定用短尺電線と、該測定用短尺電線の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材と、各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて吊り下げ部材を介して測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有するようにしている。
【００１５】
したがって、この着雪サンプラによると、測定用短尺電線を線状の吊り下げ部材によって単に吊り下げて支持するようにしているので、測定用短尺電線の支持機構の構成が非常に簡単であり、装置の製作及び調整の手間がかからない。
【００１６】
また、この着雪サンプラによると、測定用短尺電線を線状の吊り下げ部材によって単に吊り下げて支持するようにしているので、測定用短尺電線が捻回する際に支持機構との間で摩擦が生じることがなく、着雪当初から滑らかで連続的な捻回が実現され、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができる。また、測定用短尺電線を両端のそれぞれに結合された線状の吊り下げ部材によって支持するようにしているので、着雪によって測定用短尺電線にたわみが生じても滑らかな捻回が阻害されることがなく、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができる。
【００１７】
また、この着雪サンプラによると、線状の吊り下げ部材の直径及び長さを調整することによって測定用短尺電線の捻り剛性と実径間の捻り剛性とを一致させることができるので、着雪サンプラにおいて実径間の捻り剛性の再現をすることが容易にできる。そして、観測対象の実径間の条件が変わった場合には吊り下げ部材の交換のみによって測定用短尺電線の捻り剛性を実径間の捻り剛性に一致させることができるので、計測の準備を簡単に行うことができる。
【００１８】
さらに、この着雪サンプラによると、実径間の捻り剛性を再現するための仕組みが非常に簡単であり、特別な整備を必要とすることなく実径間の捻り剛性を再現する仕組みの作動性が確保される。
【００１９】
また、請求項２記載の着雪サンプラは、複数の測定用短尺電線と、該複数の測定用短尺電線のうち両端に位置する各測定用短尺電線の一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材と、複数の測定用短尺電線同士を連結する一本若しくは複数の連結部材と、各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて吊り下げ部材を介して測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有するようにしている。
【００２０】
したがって、この着雪サンプラによると、請求項１記載の発明の作用に加え、測定用短尺電線を複数設けるようにしているので、実際の送電線の複数箇所の着雪状況を再現することができる。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の着雪サンプラにおいて、測定用短尺電線を軸方向正面から撮影する撮影装置を更に有するようにしている。この場合には、測定用短尺電線の両端には線状の吊り下げ部材が結合しているだけであるので、測定用短尺電線の軸方向正面から撮影することができ、測定用短尺電線の軸心位置において軸方向正面からの電線の捻回状況及び着雪状況の画像が得られる。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の着雪サンプラにおいて、一対の支柱のそれぞれに支持されると共に各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が連結されるロードセルを更に有するようにしている。この場合には、測定用短尺電線の着雪重量が計測される。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線の支持機構の構成が非常に簡単であり、装置の製作及び調整の手間を軽減することができるので、装置の汎用性の向上が可能になる。
【００２４】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線が捻回する際に支持機構との間に摩擦が生じることがなく、着雪当初から滑らかで連続的な捻回が実現され、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができるので、実径間と同様の状況をつくり出して実径間における着雪状況を正確に再現することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。さらに、着雪によって測定用短尺電線にたわみが生じても滑らかな捻回が阻害されることがなく、着雪に伴う電線捻回角を正確に再現することができるので、実径間と同様の状況をつくり出して実径間における着雪状況を正確に再現することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。
【００２５】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、着雪サンプラにおいて実径間の捻り剛性の再現をすることが容易にでき、さらに、計測の準備を簡単に行うことができるので、操作にかかる手間を軽減して操作性の向上が可能になる。
【００２６】
また、請求項１記載の着雪サンプラによれば、特別な整備を必要とすることなく実径間の捻り剛性を再現する仕組みの作動性を確保することができるので、メンテナンスの手間を軽減して運用性の向上が可能になる。
【００２７】
また、請求項２記載の着雪サンプラによれば、実際の送電線の複数箇所の着雪状況を再現することができるので、実際の送電線における状況の再現性の向上が可能になる。
【００２８】
また、請求項３記載の着雪サンプラによれば、測定用短尺電線の軸心位置において軸方向正面からの電線の捻回状況及び着雪状況の画像が得られるので、着雪に伴う電線捻回角を正確に計測することができると共に最適な態様で電線の着雪形状を正確に観測することができ、装置の信頼性・有用性の向上が可能になる。
【００２９】
さらに、請求項４記載の着雪サンプラによれば、請求項１，２記載の発明においても把握可能な電線捻回角と着雪形状とに加えて測定用短尺電線の着雪重量を計測することができるので、着雪状況についてのより多様なデータの把握が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１に、本発明の着雪サンプラの第一の実施形態を示す。この着雪サンプラは、測定用短尺電線１と、該測定用短尺電線１の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１を軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有する。
【００３２】
測定用短尺電線１は、着雪状況の観測対象の送電線として実際に用いられているものと同じ電線を短尺に切断したものである。測定用短尺電線１の長さは特定の長さに限定されるものではなく、例えば現場において観測を行うために着雪サンプラを設置する場所の広さや実験施設の規模などに合わせて数ｍ程度の長さに切断したものを用いるようにする。
【００３３】
一対の線状の吊り下げ部材２，２は、測定用短尺電線１の軸方向正面の両端にそれぞれ取り付けられる。吊り下げ部材２としては、自身への着雪の影響をできるだけ低減するために細い線状の部材であって可撓性のある材質のものが用いられる。具体的には例えばステンレスワイヤが用いられる。
【００３４】
吊り下げ部材２と測定用短尺電線１とは、一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合される。すなわち、測定用短尺電線１は軸心を中心とする回転（即ち捻回）について自由ではなく、測定用短尺電線１が捻回する際には吊り下げ部材２に固定的に結合している影響を受ける。
【００３５】
そして、第一の実施形態では、吊り下げ部材２が、測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現する役割を果たす。このため、測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性が再現されるように吊り下げ部材２の直径及び長さが設定される。
【００３６】
測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２の直径及び長さの決定方法は特定の方法に限定されるものではなく、例えば材料力学の釣り合いの関係から求めるようにしても良いしシミュレーションを用いて求めるようにしても良い。測定用短尺電線１において実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２の直径及び長さは、具体的には例えば以下の手順によって求められる。
【００３７】
本実施形態で観測対象とする実径間が図３の通りであるとする。具体的には、径間長（即ち電線実長）が２Ｌ〔ｍ〕であり、径間中央部分の長さ２Ｌaの区間（以下、着雪区間と呼ぶ）に着雪が生じている状態を想定する。なお、着雪は始まった初期の状態であって電線の捻回角は小さいと共に着雪区間に亘って着雪形状が等しく着雪によって生じる捻回モーメントが等しいと仮定する。
【００３８】
着雪区間の電線単位長さあたりに作用する着雪によるモーメントをＭu〔Ｎ ｍ／ｍ〕とおく。着雪区間のうち径間端部からの位置ｘの単位長さへの着雪が発生させるモーメントによる位置ｘの電線捻回角は数式１で表される。
【００３９】
【数１】
【００４０】
ここで、ｋxは数式２の通りである。
【００４１】
【数２】
ここに、θxx：位置ｘの電線捻回角，Ｍu：モーメント〔Ｎ ｍ／ｍ〕，ｋx：位置ｘの捻りバネのバネ定数〔Ｎ ｍ／rad〕，ＧＪ：電線の捻り剛性〔Ｎ ｍ２〕（なお、Ｇ：横弾性係数，Ｊ：断面二次極モーメント），２Ｌ：径間長（即ち電線実長）〔ｍ〕，ｘ：径間端部からの位置〔ｍ〕をそれぞれ表す。
【００４２】
このとき、位置ｘの単位長さあたりの着雪に起因する径間中央（即ちｘ＝Ｌ）における電線捻回角θLxは数式３の通りになる。
【００４３】
【数３】
【００４４】
したがって、径間中央部分の着雪区間（長さ２Ｌa）への着雪によって生じる径間中央（即ちｘ＝Ｌ）における電線捻回角θLは数式４のようになる。
【００４５】
【数４】
【００４６】
一方、着雪サンプラの測定用短尺電線１の長さを２Ｌsとする。そして、測定用短尺電線１に上述の実径間と等しい単位長さあたりの着雪によるモーメントＭuが生じるとする。また、測定用短尺電線１を支持する吊り下げ部材２の捻りバネのバネ定数をｋsとする。このとき、測定用短尺電線１の着雪による電線捻回角θsは数式５のようになる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
したがって、想定した実径間中央における電線捻回角θLと測定用短尺電線１の電線捻回角θsとを一致させるためのバネ定数ｋsは、数式４と数式５とが等しいとしてｋsについて解くことにより、数式６のようになる。
【００４９】
【数６】
【００５０】
ここで、径間全体に一様に着雪する場合はＬa=Ｌであり、数式６は数式７のようになる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
すなわち、実径間において径間全体に着雪する状況を再現するための捻りバネのバネ定数ｋsは、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線の捻り剛性ＧＪ及び径間長Ｌ並びに測定用短尺電線１の長さＬsの値に依存する。
【００５３】
一方、着雪サンプラの吊り下げ部材２の長さをＬw、捻り剛性をＧwＪwとすると、測定用短尺電線１は、数式８で表されるバネ定数ｋswを有する捻りバネに支持されていることになる。
【００５４】
【数８】
【００５５】
したがって、実径間において径間全体に着雪する状況を着雪サンプラによって再現するためには、数式７のバネ定数ｋsと数式８のバネ定数ｋswとが一致するように吊り下げ部材２の長さ及び捻り剛性を設定すれば良い。
【００５６】
具体的には、数式７については、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線を選択すれば捻り剛性ＧＪと径間長２Ｌとが決定されるので、測定用短尺電線１の長さ２Ｌsを設定すればバネ定数ｋsが算出される。そして、数式８について、算出されたバネ定数ｋsの値をバネ定数ｋswに代入すると共に、吊り下げ部材２の材質と直径とを設定することによって決定される捻り剛性ＧwＪwの値を代入すると、吊り下げ部材２の長さＬwが決定される。
【００５７】
ロードセル３は、測定用短尺電線１の着雪重量を計測するためのものである。具体的には、測定用短尺電線１の軸方向両端のそれぞれに吊り下げ部材２，２が結合されると共に、当該各吊り下げ部材２，２の測定用短尺電線１が結合されている側と反対側の端部がそれぞれロードセル３，３と連結されることによって測定用短尺電線１の着雪重量が計測される。
【００５８】
両ロードセル３，３はそれぞれ支柱６，６によって支持される。本実施形態では、支柱６は、垂直部材６ａと、対の相手側支柱６に向かってせり出して垂直部材６ａの頂部に取り付けられた水平部材６ｂとからなり、水平部材６ｂにロードセル３が取り付けられている。なお、両支柱６，６間の距離は、両吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１が架空されるように調整され、両吊り下げ部材２，２の各ロードセル３，３と連結する端部間の距離Ｄが測定用短尺電線１の長さ２Ｌsよりも少なくとも長くなるように調整される。
【００５９】
一方の支柱６には、測定用短尺電線１を当該電線の軸方向正面から撮影するための撮影装置４が取り付けられる。撮影装置４としては例えばデジタルカメラが用いられる。また、本実施形態では、撮影装置４が、支柱６の垂直部材６ａに取り付けられた固定部材６ｃによって測定用短尺電線１の軸心位置の軸方向正面に合わせて取り付けられている。
【００６０】
撮影装置４を用いて測定用短尺電線１の軸方向正面から、即ち最適な態様で当該電線を撮影することで、測定用短尺電線１の着雪形状を正確に観測することができると共に、測定用短尺電線１の電線捻回角を計測することができる。なお、電線捻回角は、例えば、測定用短尺電線１の撮影装置４側の端面に当該電線の半径に該当する線を予め付けておいて当該線の傾きによって計測することができる。
【００６１】
次に、図２を用いて、本発明の着雪サンプラの第二の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二の実施形態において上述の第一の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
この第二の実施形態の着雪サンプラは、三本の測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃと、該測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃのうち両端に位置する各測定用短尺電線１ｂ，１ｃの一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材２，２と、該吊り下げ部材２，２のそれぞれが連結される一対のロードセル３，３と、測定用短尺電線１ａ及び１ｂ並びに１ａ及び１ｃを連結する二本の連結部材５，５と、測定用短尺電線１ａを軸方向正面から撮影する撮影装置４と、ロードセル３，３のそれぞれを支持し吊り下げ部材２，２を介して測定用短尺電線１を架空させて支持する一対の支柱６，６とを有する。
【００６３】
すなわち、第一の実施形態と第二の実施形態とを対比すると、第一の実施形態においては測定用短尺電線１が一本であるのに対し、第二の実施形態においては測定用短尺電線１が複数本である点で両者は大きく異なる。そして、第二の実施形態では、測定用短尺電線１同士を連結するための連結部材５を有する。なお、第二の実施形態においては、各吊り下げ部材２，２と測定用短尺電線１ｂ，１ｃとは一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合され、さらに、各連結部材５，５と各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃとは一方が他方に対して相対的に軸回転することがないように相互に固定的に結合される。すなわち、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃは捻回について自由ではなく、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃが捻回する際には吊り下げ部材２や連結部材５に固定的に結合している影響を受ける。
【００６４】
ここで、実径間においては、送電線を支持する鉄塔と鉄塔との間の中央部において送電線の電線捻回角が最も大きく、鉄塔の近傍ほど電線捻回角が小さい。すなわち、実径間内の位置によって送電線の電線捻回角の大きさが異なる。したがって、第二の実施形態のように測定用短尺電線を複数設けるようにすることにより、実径間内の位置毎の電線捻回角や着雪状況を再現することが可能になり、実際の送電線における状況の再現性をより向上させることができる。
【００６５】
そして、第二の実施形態においては、吊り下げ部材２及び連結部材５が、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現する役割を果たす。このため、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性が再現されるように吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さが設定される。
【００６６】
各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さの決定方法は特定の方法に限定されるものではなく、例えば材料力学の釣り合いの関係から求めるようにしても良いしシミュレーションを用いて求めるようにしても良い。各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃにおいて実径間の捻り剛性を再現するための吊り下げ部材２及び連結部材５の直径及び長さは、具体的には例えば以下の手順によって求められる。
【００６７】
まず、第二の実施形態の着雪サンプラが模擬対象とするのは、長さ２Ｌ〔ｍ〕の径間長の実径間全長に亘って着雪する状況である。このときの径間中央の捻回角θLは数式９のようになる。なお、数式９は、数式４のＬaにＬを代入することによって得られるものであり、各記号の意味も数式４に関連して説明した通りである。なお、第二の実施形態においても、着雪が始まった初期の状態であって径間全体に亘って着雪形状が等しく着雪によって生じる捻回モーメントが等しいと仮定している。
【００６８】
【数９】
【００６９】
一方、着雪サンプラの各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの長さを全て２Ｌsとする。そして、電線単位長さあたりにＭu〔Ｎ ｍ／ｍ〕のモーメントが作用しているとする。
【００７０】
また、吊り下げ部材２及び連結部材５の長さをＬw、捻り剛性をＧwＪwとする。このとき、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbについて数式１０が成り立つ。なお、吊り下げ部材２及び連結部材５の直径は測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃよりも小さく、吊り下げ部材２及び連結部材５の捻回に比べて測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの捻れは無視できるとする（即ち、各測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃは剛体として扱う）。また、数式１０及び数式１１は、数式１及び数式２と同様の考え方に基づくものである。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
よって、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbは数式１１のようになる。
【００７３】
【数１１】
【００７４】
また、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの捻回に起因する測定用短尺電線１ａの電線捻回角θab及び測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θcbは、測定用短尺電線１ｃ側の吊り下げ部材２のロードセル３との連結点２ａからの吊り下げ部材２および連結部材５の長さの合計に比例するので、それぞれ数式１２，数式１３のようになる。
【００７５】
【数１２】
【数１３】
【００７６】
次に、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの電線捻回角θaaについて数式１４が成り立つ。
【００７７】
【数１４】
【００７８】
よって、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの電線捻回角θaaは数式１５のようになる。
【００７９】
【数１５】
【００８０】
また、測定用短尺電線１ａへの着雪による測定用短尺電線１ａの捻回に起因する測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θba及び測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θcaは数式１６のようになる。
【００８１】
【数１６】
【００８２】
さらに、測定用短尺電線１ｃへの着雪による測定用短尺電線１ｃの電線捻回角θccについは、系の対称性を考慮すれば、測定用短尺電線１ｂへの着雪による測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbbと同様に表される。すなわち、数式１７のようになる。
【００８３】
【数１７】
【００８４】
また、測定用短尺電線１ｃへの着雪による測定用短尺電線１ｃの捻回に起因する測定用短尺電線１ａの電線捻回角θac及び測定用短尺電線１ｂの電線捻回角θbcはそれぞれ数式１８，数式１９のようになる。
【００８５】
【数１８】
【数１９】
【００８６】
以上より、測定用短尺電線１ａ，１ｂ，１ｃの各電線捻回角θa，θb，θcはそれぞれ数式２０のようになる。
【００８７】
【数２０】
【００８８】
したがって、実径間において径間全体に着雪する状況を着雪サンプラによって再現するためには、数式９のθLと数式２０のθaとが一致するように吊り下げ部材２及び連結部材５の長さ及び捻り剛性を設定すれば良い。すなわち、数式２１を満たすようにすれば良い。
【００８９】
【数２１】
【００９０】
そして、数式２１に基づき、着雪状況の観測対象であって模擬すべき実際の送電線を選択すれば捻り剛性ＧＪと径間長２Ｌとが決定され、測定用短尺電線１の長さ２Ｌsを設定すると共に、吊り下げ部材２及び連結部材５の材質と直径とを設定することによって決定される捻り剛性ＧwＪwの値を数式２２に代入することにより、吊り下げ部材２及び連結部材５の長さＬwが決定される。
【００９１】
【数２２】
【００９２】
なお、数式２０に示されるように、図２に示される第二の実施形態では、両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃの捻回角θb，θcは、中央の測定用短尺電線１ａの捻回角θaの３／４になる。すなわち、電線への着雪の発達に伴って捻回角が大きくなると捻回角の違いによって着雪形状に違いが現れる。第二の実施形態によれば、測定用短尺電線１ａと測定用短尺電線１ｂ，１ｃとに捻回角の違いが生じて径間位置による着雪形状の違いを再現することができる。
【００９３】
また、第二の実施形態のように複数の測定用短尺電線を備えるようにする場合には、特に両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃが極端に傾いていないようにすることが好ましい。このため、各測定用短尺電線の長さ２Ｌs並びに吊り下げ部材２及び連結部材５の長さＬwの合計に基づいて、両端の測定用短尺電線１ｂ，１ｃが極端に傾かないように、両吊り下げ部材２，２の各ロードセル３，３と連結する端部間の距離Ｄ（即ち一対の支柱６，６の間隔）が調整されることが好ましい。そして、実際の送電線における着雪の状況を着雪サンプラにおいてより正確に再現するため、各測定用短尺電線の傾きが実径間における架空送電線の各部分の傾きに近くなるように一対の支柱６，６の間隔が調整されることが更に好ましい。
【００９４】
以上のように構成された着雪サンプラによれば、簡単な構成で送電線における着雪状況の正確な観測・計測を行うことができると共に計測及びメンテナンスの手間を軽減することができる。さらに、本発明の着雪サンプラによれば、最適な態様で送電線における着雪形状を撮影することができる。
【００９５】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、第一の実施形態及び第二の実施形態では、着雪重量を計測するためにロードセル３を備えるようにしているが、これに限られず、着雪重量を計測する必要がない場合、すなわち、着雪形状及び電線捻回角を計測することを目的とする場合にはロードセル３を備えずに吊り下げ部材２を支柱６に直接結合するようにしても良い。
【００９６】
また、第二の実施形態では、測定用短尺電線を三本備えるようにしているが、これに限られず、実径間内の位置毎の電線捻回角や着雪状況の再現性を高めるということであれば測定用短尺電線を二本以上備えるようにすれば良い。なお、第二の実施形態においては測定用短尺電線の数を奇数にすることにより、電線捻回角が最も大きくなる鉄塔と鉄塔との間の中央部を再現して当該中央部の電線捻回角を計測することができる。
【実施例１】
【００９７】
本発明の着雪サンプラにおける測定用短尺電線１及び吊り下げ部材２の直径及び長さの設定の実施例を説明する。なお、本実施例では、上述の第一の実施形態の着雪サンプラ（図１参照）を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００９８】
本実施例では、２４０ｍｍ２単導体，径間長２Ｌ＝３００〔ｍ〕の実径間を模擬する場合を想定した。
【００９９】
吊り下げ部材２として直径１．５〔ｍｍ〕のステンレスワイヤを用いた。また、測定用短尺電線１の長さ２Ｌs＝２〔ｍ〕とした。
【０１００】
ステンレスワイヤは送電線と同じような線構造であり、横弾性係数ＧwはアルミのＡＣＳＲ２４０ｍｍ２に対して約３倍とみなした。また、ＡＣＳＲ２４０ｍｍ２の直径２２．４〔ｍｍ〕に対してステンレスワイヤの直径は１．５〔ｍｍ〕であるので、断面二次極モーメントＪwはＡＣＳＲ２４０ｍｍ２のＪに対して(１．５／２２．４)４倍とした。これに基づいてＧwＪw＝ＧＪ×３×(１．５／２２．４)４とみなした。
【０１０１】
このとき、数式７で表される実径間を模擬するための捻りバネ定数ｋsと数式８で表される測定用短尺電線１の支持に係る捻りバネ定数ｋswとが等しいとして数式９が得られた。
【０１０２】
【数２３】
【０１０３】
数式９に、ＧwＪw＝ＧＪ×３×(１．５／２２．４)４，Ｌ＝１５０，２Ｌs＝２を代入し、Ｌw＝０．６７〔ｍ〕が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の着雪サンプラの第一の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の着雪サンプラの第二の実施形態を示す図である。
【図３】本発明における捻りバネのバネ定数の説明において想定する実径間を説明する図である。
【図４】従来の着雪サンプラの支持構造の構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 測定用短尺電線
２ 吊り下げ部材
３ ロードセル
４ 撮影装置
６ 支柱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用短尺電線と、該測定用短尺電線の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材と、各前記吊り下げ部材の前記測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて前記吊り下げ部材を介して前記測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有することを特徴とする着雪サンプラ。
【請求項２】
複数の測定用短尺電線と、該複数の測定用短尺電線のうち両端に位置する各測定用短尺電線の一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材と、前記複数の測定用短尺電線同士を連結する一本若しくは複数の連結部材と、各前記吊り下げ部材の前記測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて前記吊り下げ部材を介して前記測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有することを特徴とする着雪サンプラ。
【請求項３】
前記測定用短尺電線を軸方向正面から撮影する撮影装置を更に有することを特徴とする請求項１または２記載の着雪サンプラ。
【請求項４】
前記一対の支柱のそれぞれに支持されると共に前記各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が連結されるロードセルを更に有することを特徴とする請求項１または２記載の着雪サンプラ。
【請求項１】
測定用短尺電線と、該測定用短尺電線の両端のそれぞれに結合された一対の線状の吊り下げ部材と、各前記吊り下げ部材の前記測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて前記吊り下げ部材を介して前記測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有することを特徴とする着雪サンプラ。
【請求項２】
複数の測定用短尺電線と、該複数の測定用短尺電線のうち両端に位置する各測定用短尺電線の一端に結合された一対の線状の吊り下げ部材と、前記複数の測定用短尺電線同士を連結する一本若しくは複数の連結部材と、各前記吊り下げ部材の前記測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が結合されて前記吊り下げ部材を介して前記測定用短尺電線を架空させて支持する一対の支柱とを有することを特徴とする着雪サンプラ。
【請求項３】
前記測定用短尺電線を軸方向正面から撮影する撮影装置を更に有することを特徴とする請求項１または２記載の着雪サンプラ。
【請求項４】
前記一対の支柱のそれぞれに支持されると共に前記各吊り下げ部材の測定用短尺電線が結合された側と反対側の端部が連結されるロードセルを更に有することを特徴とする請求項１または２記載の着雪サンプラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１７３０９（Ｐ２０１０−１１７３０９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９２２２３（Ｐ２００８−２９２２２３）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
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