Loading article…
アルミニウム導体鋼線補強ケーブル（ACSR）は、高容量・高強度の撚り線導体の一種で、一般的に架空送電線に使用されます。外側の撚り線は高純度アルミニウムで、優れた導電性、軽量性、低コスト、耐腐食性、適度な機械的応力耐性から選ばれています。中心の撚り線は鋼で、導体の重量を支えるための強度を高めています。鋼はアルミニウムよりも強度が高いため、導体に加えることができる機械的張力が大きくなります。また、鋼は機械的負荷（風や氷など）による弾性変形や非弾性変形（永久伸び）が小さく、電流負荷時の熱膨張係数も小さくなります。これらの特性により、ACSRは全アルミニウム導体よりもたるみが大幅に少なくなります。国際電気標準会議（IEC）およびCSAグループ（旧カナダ規格協会またはCSA）の命名規則に従って、ACSRはA1/S1Aと指定されます。[ 1 ]
米国およびカナダで使用される外側撚線用のアルミニウム合金と調質は、通常1350-H19であり、その他の地域では1370-H19で、いずれもアルミニウム含有量は99.5%以上です。アルミニウムの調質は、アルミニウムバージョンの接尾辞で定義され、H19の場合は超硬質を意味します。導体コアに使用される鋼撚線の耐用年数を延ばすため、通常は亜鉛メッキ、つまり腐食防止のために亜鉛でコーティングされます。アルミニウム撚線と鋼撚線の両方に使用される撚線の直径は、ACSR導体の種類によって異なります。
ACSRケーブルは依然としてアルミニウムの引張強度に依存しており、鋼鉄によってのみ補強されています。そのため、連続動作温度は75 ℃（167 °F）に制限されます。これは、アルミニウムが時間の経過とともに焼きなましと軟化を開始する温度です。[ 2 ]より 高い動作温度が要求される場合は、アルミニウム導体鋼支持型（ACSS）を使用できます。
ACSRに使用される標準的な鋼芯材は亜鉛めっき鋼板ですが、亜鉛、5%または10%のアルミニウム合金、微量のミッシュメタルをコーティングした鋼板（BezinalまたはGalfanという商標名で呼ばれることもあります）、およびアルミニウム被覆鋼板（Alumoweldという商標名で呼ばれることもあります）も利用可能です。より高強度の鋼材を使用することもできます。
In the United States the most commonly used steel is designated GA2 for galvanized steel (G) with class A zinc coating thickness (A) and regular strength (2). Class C zinc coatings are thicker than class A and provide increased corrosion protection at the expense of reduced tensile strength. A regular strength galvanized steel core with Class C coating thickness would be designated GC2. Higher strength grades of steel are designated high-strength (3), extra-high-strength (4), and ultra-high-strength (5). An ultra-high-strength galvanized steel core with class A coating thickness would be designated GA5. The use of higher strength steel cores increases the tensile strength of the conductor allowing for higher tensions which results in lower sag.
Zinc-5% aluminium mischmetal coatings are designated with an "M". These coatings provide increased corrosion protection and heat resistance compared to zinc alone. Regular strength Class "A" mischmetal thickness weight coated regular strength steel would be designated MA2.
Aluminium-clad steel is designated as "AW". Aluminium-clad steel offers increased corrosion protection and conductivity at the expense of reduced tensile strength. Aluminium-clad steel is commonly specified for coastal applications.
IEC and CSA use a different naming convention. The most commonly used steel is S1A for S1 regular strength steel with a class A coating. S1 steel has slightly lower tensile strength than the regular strength steel used in the United States. Per the Canadian CSA standards the S2A strength grade is classified as High Strength steel. The equivalent material per the ASTM standards is the GA2 strength grade and called Regular Strength steel. The CSA S3A strength grade is classified as Extra High Strength steel. The equivalent material per the ASTM standards is the GA3 strength grade called High Strength. The present day CSA standards for overhead electrical conductor do not yet officially recognize the ASTM equivalent GA4 or GA5 grades. The present day CSA standards do not yet officially recognize the ASTM "M" family of zinc alloy coating material. Canadian utilities are using conductors built with the higher strength steels with the "M" zinc alloy coating.
導体の撚りは、伸ばした4本の指で決定されます。撚りの「右」または「左」の方向は、それぞれ右手または左手の指の方向と一致するかどうかによって決定されます。米国の架空アルミニウム導体（AAC、AAAC、ACAR）およびACSR導体は、常に外側導体層が右撚りで製造されています。中心に向かって、各層は交互に撚りが組まれています。一部の導体タイプ（銅架空導体、OPGW、鋼製EHSなど）は異なり、外側導体が左撚りになっています。南米の一部の国では、ACSRの外側導体層に左撚りを指定しているため、米国で使用されているものとは異なる巻き方になっています。
ACSR導体は、単一または複数の中心鋼線と、一般的に多量のアルミニウム撚線を備えた、多数の特定のサイズで入手可能です。まれに使用されますが、アルミニウム撚線よりも鋼撚線が多い導体もあります。ACSR導体は、その撚り線によって部分的に指定できます。たとえば、7本の鋼撚線を芯線とする72本のアルミニウム撚線を持つACSR導体は、72/7 ACSR導体と呼ばれます。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]ケーブルは一般的に、#6 AWG（「6/1」 - 6本の外側アルミニウム導体と1本の鋼補強導体）から2167 kcmil（「72/7」 - 72本の外側アルミニウム導体と7本の鋼補強導体）まであります。
鋼線とアルミニウム線の撚り合わせの組み合わせが多数あるため混乱を避けるため、特定の導体バージョンを指定するためにコードワードが使用されます。北米では鳥の名前がコードワードとして使用されますが、他の地域では動物の名前が使用されます。たとえば、北米では Grosbeak は322.3 mm 2 (636 kcmil) ACSR導体、26/7アルミニウム/スチール撚り線、一方Egretは同じ総アルミニウムサイズ(322.3 mm 2、636 kcmil 導体）ですが、30/ 19 アルミニウム/鋼撚り線です。Grosbeak と Egret ではアルミニウム撚線の数は異なりますが、撚り線の数の変化を相殺するために異なるサイズのアルミニウム撚線が使用され、アルミニウムの総量は同じになります。鋼撚線の数の違いにより、鋼部分の重量が異なり、導体全体の直径も異なります。ほとんどの電力会社は、異なるサイズのハードウェア (スプライスなど) に関連する問題を回避するために、同じ量のアルミニウムのさまざまなバージョンがある場合、特定の導体バージョンに標準化します。利用可能なさまざまなサイズがあるため、電力会社は在庫を減らすために、いくつかのサイズをスキップすることがよくあります。さまざまな撚り線バージョンにより、さまざまな電気的および機械的特性が得られます。
ACSRの製造元は通常、一定の前提条件に基づいた許容電流値表を提供します。個々の電力会社は、異なる前提条件を用いるため、通常、異なる定格値を適用します（その結果、製造元が提供する定格値よりも高い、または低い電流値となる場合があります）。重要な変数には、導体に対する風速と風向、日射強度、放射率、周囲温度、および導体の最高温度が含まれます。
三相配電では、配電時の電力損失を最小限に抑えるため、導体は電気インピーダンスが低いように設計する必要があります。インピーダンスは、抵抗とリアクタンスという2つの量の組み合わせです。ASCR導体の抵抗は、特定の動作温度を想定して、DC周波数とAC周波数におけるさまざまな導体設計についてメーカーによって表にまとめられています。抵抗が周波数によって変化する主な理由は、表皮効果、近接効果、およびヒステリシス損失によるものです。導体名によって区別される導体の形状に応じて、これらの現象は、DC周波数とAC周波数における導体全体の抵抗に異なる程度で影響を与えます。
ACSR導体には、他の電流を流す導体間の間隔と導体の半径に大きく依存する導体の電気リアクタンスが表に記載されていないことがよくあります。導体のリアクタンスは、送電線を流れる必要のある全体の電流に大きく影響し、したがって送電線の抵抗損失にも影響します。送電線のインダクタンスと静電容量の詳細については、「電力送電と架空送電線」を参照してください。
表皮効果は、交流周波数が増加するにつれて、導体を流れる電流の断面積を減少させます。交流電流の場合、電流の大部分（63%）は、表面と表皮深さδの間を流れます。表皮深さδは、電流の周波数と導体の電気的（導電率）および磁気的特性に依存します。この断面積の減少により、抵抗と導体の断面積の間には反比例の関係があるため、抵抗が増加します。表皮効果は、電流が導体の外側の低抵抗アルミニウムに集中するため、設計上有利です。表皮効果の影響を示すために、米国材料試験協会（ASTM）規格では、導体の直流および交流抵抗を計算する際に鋼芯の導電率を含めていますが、IECおよびCSAグループ規格では含めていません。
交流電流が流れる導体（ACSRなど）において、近くに1本以上の導体が存在する場合、各導体内の電流分布はより狭い領域に集中します。この電流集中現象を近接効果と呼びます。近接効果により回路の実効交流抵抗が増加し、60ヘルツでは50ヘルツよりもその影響が大きくなります。近接効果の大きさは、形状、導電率、周波数によって決まります。
近接効果とは、電磁誘導によって変化する磁場が、電気導体内を流れる電流の分布に影響を与える現象である。交流電流（AC）が孤立した導体を流れると、その周囲に交流磁場が発生する。この交流磁場は隣接する導体に渦電流を誘導し、それらを流れる電流の全体的な分布を変化させる。
その結果、電流は、同じ方向に電流が流れる近くの導体から最も遠い導体の領域に集中する。
ACSR導体におけるヒステリシスは、導体内の60Hzまたは50Hzの交流電流による誘導によって、鋼芯内の原子双極子の方向が変化することによって生じます。ACSRにおけるヒステリシス損失は望ましくなく、導体内のアルミニウム層の数を偶数にすることで最小限に抑えることができます。2層のアルミニウム層では、対向する（右巻きと左巻き）導体からの磁場が相殺されるため、磁場が相殺されない1層または3層のアルミニウム層の場合よりも、鋼芯におけるヒステリシス損失が大幅に少なくなります。
偶数層のアルミニウム層を持つACSR導体ではヒステリシス効果は無視できるため、これらの場合は考慮されません。しかし、奇数層のアルミニウム層を持つACSR導体では、交流抵抗を正確に計算するために磁化係数が使用されます。単層ACSRの補正方法は、三層導体で使用される方法とは異なります。磁化係数を適用するため、奇数層の導体は、偶数層の同等の導体よりも交流抵抗がわずかに高くなります。
鋼材におけるヒステリシス損失が大きく、それに伴いコアが発熱するため、奇数層設計は同等の偶数層設計に比べて許容電流値が低くなります（最大10%の低下）。
パートリッジより小さいすべての標準 ACSR 導体 (135.2 mm 2 {266.8 kcmil} 26/7 アルミニウム/スチール) は直径が小さいため 1 層しかなく、ヒステリシス損失は避けられません。
ACSRは、その効率的かつ経済的な設計により広く使用されています。標準的な（従来型または従来型と呼ばれることもある）ACSRの派生型は、特別な特性を備えているため、追加費用に見合うだけのメリットが得られる場合があり、使用されることがあります。特殊な導体は、より経済的であったり、信頼性が向上したり、あるいは、そうでなければ困難または不可能な設計上の問題に対する独自の解決策を提供したりする場合があります。
特殊導体の主な種類には、「台形線導体」（TW）（円形ではなく台形形状のアルミニウム素線を持つ導体）と「自己減衰」（SD）、または「自己減衰導体」（SDC）と呼ばれるものがあります。焼きなましアルミニウムから作られた、これと似た高温用の「鋼支持アルミニウム導体」（ACSS）も利用可能です。[ 6 ]
台形形状のワイヤー（TW）は、丸線の代わりに使用することで「隙間を埋める」ことができ、同じ断面積であれば全体の直径を10～15%小さくしたり、同じ全体の直径であれば断面積を20～25%大きくしたりすることができる。
オンタリオ・ハイドロ（ハイドロ・ワン）は、1980年代に既存の丸線ACSR導体設計（同社はこれをコンパクト導体と呼んでいましたが、これらの導体タイプは現在ACSR/TWと呼ばれています）に代わる台形線ACSR導体設計を導入しました。オンタリオ・ハイドロの台形線（TW）設計では、同じ鋼芯を使用していますが、導体のアルミニウム含有量を増やして、以前の丸線設計の全体直径に合わせました（これにより、丸線とTW導体の両方に同じハードウェアフィッティングを使用できました）。ハイドロ・ワンの台形ACSR/TW導体の設計では、偶数個のアルミニウム層（2層または4層）のみを使用しています。奇数個の層（3層）を持つ設計は、鋼芯でヒステリシス損失が大きくなるため使用していません。また、1980年代には、ボンネビル電力公社（BPA）が、同じアルミニウム/鋼比を維持するために鋼芯のサイズを大きくしたTW設計を導入しました。
自己減衰導体（ACSR/SD）は、ほぼ廃れた導体技術であり、新規設置ではほとんど使用されていません。これは、架空送電線における風による（風力による）振動を内部減衰によって制御するように設計された、同心撚りの自己減衰導体です。自己減衰導体は、1本または複数本の円形鋼線からなる中心芯を、2層の台形アルミニウム線で囲んだ構造になっています。必要に応じて、1層または複数層の円形アルミニウム線を追加することもできます。
SD導体は、従来のACSRとは異なり、最初の2層のアルミニウム線が台形形状で、各アルミニウム層が撚り線状のチューブを形成するようにサイズ調整されています。このチューブは、張力がかかった際に下の層に潰れることなく、層間に小さな環状の隙間を維持します。台形線層は、層間の動きを可能にする2つの小さな環状の隙間によって、互いに、そして鋼芯から分離されています。円形のアルミニウム線層は、互いに、そして下層の台形線層と密着しています。
振動が発生すると、鋼芯とアルミニウム層は異なる周波数で振動し、衝撃減衰効果が生じます。この衝撃減衰効果により、風による振動を低レベルに抑えることができます。また、台形ストランドを使用することで、一定の交流抵抗値（1マイルあたり）に対して導体径を小さくすることができます。
ACSR/SDの主な利点は以下のとおりです。
ACSR/SDの主な欠点は以下のとおりです。
アルミニウム導体鋼支持型（ACSS）導体は、見た目は標準的なACSR導体と似ていますが、アルミニウム素線が完全に焼きなましされています。アルミニウム素線を焼きなましすると複合導体の強度は低下しますが、設置後にアルミニウム素線が永久的に伸びることで、標準的なACSR導体よりも導体張力のより大きな割合が鋼芯で支えられるようになります。これにより、複合導体の熱膨張が抑制され、自己減衰性が向上します。
ACSSの主な利点は以下のとおりです。
ACSSの主な欠点は以下のとおりです。
ツイストペア（TP）導体（商標名ではT-2またはVRと呼ばれることもある）は、2本のサブ導体が互いに（通常は左撚りで）撚り合わされており、撚り長さは一般的に約3メートル（9フィート）である。[ 7 ] [ 6 ]
TPの導体断面は回転する「8の字」形状です。サブ導体は標準的なACSR導体であればどのような種類でも構いませんが、機械的なバランスを保つために導体同士の特性を一致させる必要があります。
TP導体の主な利点は以下のとおりです。
TP導体の主な欠点は以下のとおりです。
多くの電気回路は、1つのリールに巻ける導体の長さよりも長くなります。そのため、必要な長さを確保するために、導体を接続するための接合（スプライス）が必要になることがよくあります。接合部が弱点にならないようにすることが重要です。接合部（接続部）は、高い電流定格に加えて、高い物理的強度を備えている必要があります。リールから導体を引き出す際に使用する機器の制約内で、必要以上に接合部を増やさないように、リールに収まる十分な長さの導体を購入するのが一般的です。
スプライスは導体よりも低温で動作するように設計されています。スプライスの断面積は導体よりも大きく、電気抵抗が小さいため、スプライスの温度は低く保たれます。また、スプライスの直径が大きいため、スプライスで発生した熱はより速く放散されます。
接続部の故障は懸念事項であり、たった1つの接続部の故障でも、大量の電力負荷に影響を与える停電を引き起こす可能性がある。
ほとんどの接続方法は、圧着式接続（クリンプ）です。これらの接続方法は安価で、強度と導電性に優れています。
自動式と呼ばれる一部の接合部は、ジョー型設計を採用しており、設置が迅速（重機による圧縮装置が不要）で、設置速度が接合部の長期的な性能よりも重要な嵐による被害からの復旧作業などでよく使用されます。
スプライスの故障原因は数多くあります。主な故障モードのいくつかは、設置上の問題に関連しており、例えば、導体の洗浄（ワイヤーブラシによる清掃）が不十分で、酸化アルミニウム層（抵抗が高く、電気伝導性が低い）が除去されていない、導電性グリースが不適切に塗布されている、圧縮力が不適切、圧縮位置や圧縮回数が不適切である、などが挙げられます。
スプライス部の故障は、風による振動損傷によっても発生する可能性があります。導体の微細な振動が時間の経過とともに、スプライス部の端部付近のアルミニウム撚線に損傷（断線）を引き起こすためです。
SD型導体では、台形アルミニウム層と鋼芯の間に隙間があるため、鋼芯への接続部の圧縮力が不十分となり、特殊な接続部（2ピース接続）が必要となります。2ピース設計では、鋼芯用の接続部と、より長く直径の大きいアルミニウム部分用の接続部があります。外側の接続部を先にねじ込み、導体に沿ってスライドさせ、鋼芯の接続部を先に圧縮してから、外側の接続部を小さい方の接続部の上にスライドさせて圧縮する必要があります。この複雑なプロセスにより、接続不良が発生しやすくなります。[ 8 ]
スプライスは、使用開始からしばらく経つと、抵抗値が予想よりも高くなるなど、部分的に故障することもあります。このような故障は、サーマルカメラ、サーマルプローブ、直接抵抗測定などを用いて、送電線が通電状態でも検出できます。このようなスプライスは通常、交換が必要となります。交換方法は、送電線を遮断して一時的にバイパス接続を行うか、既存のスプライスの上に大きなスプライスを追加して接続を解除しないかのいずれかです。
ACSRが新品のときは、アルミニウムは光沢のある表面を持ち、熱放射率が低く、太陽光の吸収率も低い。導体が経年劣化すると、アルミニウム線の酸化反応により色がくすんだ灰色になる。汚染度の高い環境では、長年風雨や化学物質にさらされると、色がほぼ黒色になることがある。経年劣化した導体では、熱放射率と太陽光の吸収率が高くなる。熱放射率が高く、太陽光の吸収率が低い導体コーティングが利用可能である。これらのコーティングは、製造時に新しい導体に施される。これらのタイプのコーティングは、ACSR導体の電流定格を潜在的に高めることができる。同じアンペア数の場合、放射率の高いコーティングの放熱性が向上するため、同じ導体の温度は低くなる。[ 9 ]
{{cite web}}: CS1 maint: タイトルとしてアーカイブされたコピー (リンク)