送電用鉄塔の電線張力荷重に及ぼす吹上風の影響に 関する研究

送電用鉄塔の電線張力荷重に及ぼす吹上風の影響に 関する研究

劉, 暢達

https://doi.org/10.15017/1456106

出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：Fulltext available.

送電用鉄塔の電線張力荷重に及ぼす 吹上風の影響に関する研究

劉 暢達

目 次

第 1章 序 論 1.1 本 研 究 の 背 景・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3 1.2 世 界 の 送 電 鉄 塔 耐 風 設 計 法 の 経 緯 と そ の 概 要・・・・・・・・・・・・・・ 7

1.2.1送 電 線 設 計 基 準 類 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7

1.2.2電 線 の 張 力 変 動 特 性 に 関 す る 既 往 の 研 究 ・・・ ・・ ・・ ・・・ ・・ ・ 9

1.2.3鉄 塔-電 線 連 成 系 の 風 応 答 予 測 手 法・・・・・・・・・・・・・・・・ 11

1.3 本 論 文 の 目 的 及 び 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 12 1.4 本 論 文 の 構 成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・ 13 1.5 用 語 の 定 義 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 14 第1 章 の 参 考 文 献 ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ 16 第 2章 鉄 塔 -電 線 連 成 系 の 応 答 性 状 に 及 ぼ す 吹 上 風 モ デ ル の 構 築 と そ の 影 響

－ 鉄 塔 変 位 の 挙 動 －

2.1 序 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・ 23 2.2 計 算 手 順 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ 24 2.3 鉄 塔-電 線 連 成 系 モ デ ル の 概 要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26 2.4 連 成 系 の 固 有 振 動 特 性 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 28 2.5 風 荷 重 の 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 30 2.5.1 変 動 風 速 場 の 生 成 方 法 ・・・ ・・・・ ・ ・・・・ ・・・・ ・・・ ・・ 30 2.5.2 吹 上 風 の 設 定 ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ 31 2.5.3 風 荷 重 の 作 用 点 と 作 用 方 向 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 31 2.6 時 刻 歴 応 答 解 析 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 32

2.6.2 鉄 塔 頂 部 の 応 答 変 位 ・・・・ ・・・ ・・ ・・・・ ・・ ・・・ ・・・ ・ 32 2.6.3 鉄 塔 頂 部 の 応 答 加 速 度 ・・・ ・・・・ ・ ・・・・ ・・・・ ・・・ ・・ 35 2.6.4 懸 垂 碍 子 と 腕 金 部 の 接 合 部 に 対 す る 電 線 接 合 部 の 相 対 変 位 の 特

徴 ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ 38 2.7 む す び ・・・・ ・・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・・・ ・・・ ・・・ ・・・ ・・ 41 第2 章 の 参 考 文 献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 42

第 3章 送 電 線 不 平 均 張 力 荷 重 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響

－ 径 間 長 差 を 有 す る 場 合 －

3.1 序 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 47

3.2 鉄 塔-電 線 連 成 系 モ デ ル の 概 要 ・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・ 48

3.2.1 解 析 モ デ ル 概 要 ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ 48 3.2.2 送 電 線 の 初 期 設 定 ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ 50 3.3 風 荷 重 の 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 51 3.3.1 平 均 風 速 場 の 設 定 ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・ ・・ 51 3.3.2 吹 上 風 の 設 定 ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ 53 3.3.3 変 動 風 速 場 の 設 定 ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ 53

3.3.4 風 荷 重 の 作 用 点 と 作 用 方 向 ・・・・・・ ・・・・・・・・ ・・・・ ・ 55

3.3.5 吹 上 風 の 分 布 条 件 ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ 55 3.4 静 的 風 荷 重 に 対 す る 検 証 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・ 56 3.4.1 各 風 速 で の 送 電 線 老 番 側 中 央 点 の 角 度 変 化 ・・・・・・・・・・・・ 56 3.4.2 吹 上 角 0°の 場 合 の 不 平 均 張 力 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 58 3.4.3 設 定 風 速 に 対 す る 吹 上 角 ご と の 不 平 均 張 力 ・・・・・・・・・・・・ 59 3.4.4 吹 上 角 に 対 す る 風 速 ご と の 不 平 均 張 力 ・・・・・・・・・・・・・・ 59 3.4.5 吹 上 風 の 径 間 分 布 状 況 の 不 平 均 張 力 へ の 影 響 ・・・・・・・・・・・ 62 3.5 風 速 変 動 を 考 慮 し た 風 荷 重 に 対 す る 検 証 ・・・・・・・・・・・・・・・ 66 3.5.1 計 算 手 順 ・・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ 66

3.5.2 不 平 均 張 力 に 及 ぼ す 変 動 吹 上 風 の 影 響 ・・・・・・・・・・・・・・ 66

3.6 む す び ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・ 68

第3 章 の 参 考 文 献 ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・69

第 4章 送 電 線 不 平 均 張 力 荷 重 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響

－ 支 持 点 高 低 差 を 有 す る 場 合 － 4.1 序 ・・・・ ・・ ・・ ・・・ ・・ ・・ ・・ ・・・ ・・ ・・・ ・・ ・・ ・・・ 73

4.2 解 析 モ デ ル の 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 73 4.3 静 的 風 荷 重 に 対 す る 挙 動 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 75 4.3.1 解 析 条 件 ・・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ 75 4.3.2 静 的 解 析 結 果 ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ 75 4.4動 的 風 荷 重 に 対 す る 挙 動 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 78 4.4.1 解 析 条 件 ・・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ 78 4.4.2 動 的 解 析 結 果 ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ 78 4.5 む す び ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・ 82 第4 章 の 参 考 文 献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 83

第 5章 吹 上 風 を 想 定 し た 実 機 鉄 塔 -電 線 連 成 系 モ デ ル の 動 的 風 応 答 解 析 5.1 序 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 87

5.2 鉄 塔-電 線 連 成 系 モ デ ル の 概 要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 89 5.3 解 析 鉄 塔 周 辺 の 風 速 場 設 定 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・91 5.3.1 台 風 9918号 接 近 時 の NeWMeK 風 観 測 記 録 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 91

5.3.2 気 流 解 析 条 件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・ 91

5.3.3 気 流 解 析 結 果・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 95

5.4 動 的 時 刻 歴 解 析 結 果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 104

5.4.1 計 算 手 順・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・ 104

5.4.2 不 平 均 張 力 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響（ 吹 上 あ り ）・・・・・・・・・・・ 105

5.4.4 鉄 塔 の 塔 頂 変 位 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・114 5.5 む す び ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・114 第5 章 の 参 考 文 献 ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・117

第 6章 結 論

6.1 研 究 成 果 の ま と め ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・ 121 6.2 本 論 文 の 結 論 ・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・ ・・・・ 124 6.3 今 後 の 課 題 ・・・・・・ ・・・・・ ・・ ・・・・・・・ ・・・ ・・ ・・ 124

付 録

Ⅰ 強 風 時 の 平 均 流 方 向 変 動 風 速 の ス ペ ク ト ル 構 造 ・・・・・・・・・・・・・ 127

Ⅱ 自 己 回 帰 法 に よ る 変 動 風 速 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ・・・・・・・・・・・・・・ 130

Ⅲ 風 応 答 計 算 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・ 142

謝 辞・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・145

第１章 序 論

章目次

1.1 本 研 究 の 背 景

1.2 世 界 の 送 電 鉄 塔 耐 風 設 計 法 の 経 緯 と そ の 概 要 1.2.1 送 電 線 設 計 基 準 類

1.2.2 電 線 の 張 力 変 動 特 性 に 関 す る 既 往 の 研 究 1.2.3 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 風 応 答 予 測 手 法 1.3 本 論 文 の 目 的 及 び 概 要

1.4 本 論 文 の 構 成 1.5 用 語 の 定 義 第 1 章 の 参 考 文 献

1.1 本研究の背景

イ ン フ ラ 投 資 な ど が 牽 引 役 と な り ，近 年 ，高 い 経 済 成 長 を 続 け て い る 中 国 で は ， 長 距 離・大 容 量 の 送 電 イ ン フ ラ の 増 強 が 求 め ら れ て い る ．富 士 通 総 研 の 調 査 報 告

1)に よ る と ，中 国 で は ，石 炭 や 水 力 な ど の 電 力 資 源 の 大 部 分 は 中 西 部 に 偏 在 し て い る が ， 中 国 内 の 電 力 需 要 の 70％ 以 上 が 東 部 の 沿 岸 部 や 中 部 地 域 に 集 中 し て い る ．そ の た め ，電 力 輸 送 の 基 幹 イ ン フ ラ と な る 高 圧 送 電 線 路 の 建 設 が 極 め て 重 要 で あ る ．中 国 で は ，2004 年 末 か ら 大 容 量 ， つ ま り 高 効 率 の 超 高 圧(UHV)(中 国 語 で は 「 特 高 圧 」 と い う)の 長 距 離 輸 送 に 関 す る ， 技 術 開 発 や 実 用 整 備 に 着 手 し て い る ．5 年 間 の 集 中 活 動 を 経 て 建 設 さ れ た ， 世 界 初 の 交 流 100 万 ボ ル ト ・UHV1 回 線 試 験 的 送 電 線（ 山 西 省 ・ 湖 北 省 間 を 走 る 亘 長(全 長)650km，運 営 会 社 ： 国 家 電 網 公 司 ）が 2009 年 1 月 に ，ま た 世 界 初 の ±800kvの UHV 直 流 送 電 網(雲 南 省・

広 東 省 間 の 亘 長 1,373km， 運 営 会 社 ： 南 方 電 網 公 司) が 2009 年 12 月 に ， 2010 年 7 月 に は 世 界 最 長(四 川 省 ・ 上 海 市 間 を の 亘 長 1,907km)の ±800kv の UHV 直 流 送 電 網 が そ れ ぞ れ 運 転 開 始 さ れ た ．さ ら に ，中 国 政 府 は 2010 年 5 月 に「12次 5 ヵ 年 計 画 」²⁾ (案)を 策 定 し ， 電 力 輸 送 設 備 の 建 設 強 化 を 進 め て い る ．

発 電 所 か ら 都 市 部 ま で 大 容 量 の 電 力 を 送 る 高 圧 架 空 送 電 線 路 は 電 力 エ ネ ル ギ ー の 大 動 脈 で あ る が ，こ の よ う な 基 幹 送 電 線 路 は 台 風 常 襲 地 帯 や 険 し い 山 岳 地 帯 あ る い は 長 径 間 の 海 峡 横 断 部 な ど 自 然 条 件 の 厳 し い 場 所 に 建 設 し な け れ ば な ら な い こ と が 多 い ．こ の た め ，台 風 や 地 震 な ど の 自 然 現 象 に 起 因 す る 電 力 供 給 事 故 の 発 生 は 珍 し い こ と で は な い ．

例 え ば ，2005 年 の 一 年 間 で ，台 風 や 竜 巻 な ど の 強 風 に よ っ て 57件 の 送 電 鉄 塔 の 倒 壊 事 故 が 中 国 内 で 発 生 し て い る ³⁾． 特 に 同 年 6 月 14 日 に は ， 中 国 の 南 北 と 東 西 の 送 電 網 の 連 系 線 を 担 う 江 蘇 省 の 泗 陽 500kV幹 線 で 10基 の 送 電 鉄 塔 が 強 風 に よ っ て 倒 壊 し ， 大 規 模 な 停 電 を 誘 発 し て い る ⁴⁾（ 写 真 1.1）． 一 方 で ， 鉄 塔 倒 壊 に は 至 っ て い な い が ， 1999~2003 年 の 5 年 間 で ， 中 国 国 内 を 管 理 し て い る 二 つ の 電 力 会 社 の 一 つ で あ る 国 家 電 網 管 内 の 500kV 送 電 線 路 で 31 件 の 風 に よ る 短 絡 事

ほ ど 高 く は な い が ， 他 の 事 故 原 因 （ 落 雷 や 操 作 ミ ス ） と 違 っ て ， 風 に よ る 短 絡 事 故 は 短 期 間 で の 修 復 ・ 復 旧 が 難 し い の で ， 一 旦 発 生 す る と 電 力 供 給 に 広 域 か つ 長 期 間 に わ た る 多 大 な 影 響 を も た ら す ．近 年 は ，こ の よ う な 事 故 発 生 率 が 上 昇 し つ つ あ り ， 事 故 原 因 の 解 明 や 対 策 研 究 が 喫 緊 の 課 題 と し て 重 要 視 さ れ て い る ．

日 本 国 内 で は ， 九 州 や 四 国 管 内 の 電 力 設 備 に 大 き な 被 害 を も た ら し た 1991 年 の 台 風 19号 に よ る 強 風 被 害 の 発 生 以 降 ， 送 電 鉄 塔 の 強 風 対 策 に 関 す る 研 究 が 大 き く 注 目 さ れ る こ と に な っ た ．電 気 事 業 連 合 会 で は「 流 通 設 備 風 害 対 策 特 別 委 員 会 」⁶⁾を 設 置 し ，電 力 輸 送 設 備 の 台 風 被 害 の 原 因 究 明 と 今 後 の 対 応 策 に つ い て 検 討 を 開 始 し た ．そ の 後 ，1993～2004 年 ま で 度 重 な る“風”台 風 の 襲 来 は ，日 本 全 国 の 電 力 設 備 に 続 け て 大 き な 被 害 を 与 え て い る ．

架 空 送 電 線 路 の 設 計 で は ，台 風 時 な ど の 強 風 に よ る 風 荷 重 が 支 配 的 に な る こ と が 多 い が ， 送 電 鉄 塔 の 設 計 思 想 は こ の 20 年 で 大 き く 変 わ り つ つ あ る ． す な わ ち 局 所 的 な 風 の 増 速 や 鉄 塔 の 振 動 を 増 大 さ せ る 風 の 乱 れ を 考 慮 す る こ と な ど 動 的 風 応 答 設 計 の 視 点 を 鉄 塔 の 設 計 荷 重 に 加 え る だ け で な く ，鉄 塔 部 材 の 長 寿 命 化 や よ り 一 層 の 設 計 合 理 化 な ど ， 総 合 的 な 長 期 対 策 の 具 体 化 が 求 め ら れ て い る ．

架 空 送 電 線 を 有 す る 送 電 設 備 は 送 電 鉄 塔 と 送 電 線 で 構 成 さ れ る 長 大 な 連 成 系 構 造 物 で あ る だ け で な く ，鉄 塔 部 と 送 電 線 部 の 剛 性 が 大 き な 差 を 持 つ 特 殊 な ケ ー ブ ル 構 造 物 で も あ る ．ま た ，高 さ 方 向 に 縦 長 い 特 性 を 有 す る 送 電 鉄 塔 は ，鉄 塔 の 直 角 な ，す な わ ち 水 平 方 向 の 風 力 が 支 配 的 で あ り ，高 さ 方 向 の 風 力 成 分 を 無 視 で 写 真 1. 1 江 蘇 省 の 泗 陽 県 中 国 に あ る 鉄 塔 倒 壊 （2005 年 6 月 14日 ） 文 献 4)

き る が ，送 電 線 は 風 力 の 水 平 成 分 だ け で な く ，鉛 直 方 向 成 分 に も 影 響 を 受 け て 変 形 す る な ど ， 異 種 な 可 撓 性 を 持 つ 部 材 構 成 を 有 す る ．

こ の よ う な 鉄 塔 部 と 送 電 線 部 の 振 動 が 相 互 干 渉 す る 送 電 線 路 で の 電 線 部 の 振 動 は ，外 力 の 種 類 に よ ら ず ，一 般 に 以 下 の 三 つ の 振 動 形 態 に 分 け る こ と が で き る ． (1)横 振 動 ： 電 線 部 軸 線 に 直 角 な 水 平 方 向 あ る い は 鉛 直 方 向 の 部 分 的 な 振 動 ． (2)釣 り 鐘 振 動 ： 電 線 を 支 持 す る 鉄 塔 腕 金 先 端 部 を 中 心 に 「 送 電 線 全 体 」 が 釣 り

鐘 （ ブ ラ ン コ ） の よ う に 揺 れ る ． 鉄 塔 骨 組 み 自 体 の 釣 り 鐘 振 動 と は 異 な る ． (3)電 線 の 軸 を 中 心 に 捻 じ 曲 が る 振 動 ． 主 に 多 導 体 電 線 に 見 ら れ る ．

送 電 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 風 応 答 時 見 ら れ る 振 動 で は ， 以 下 の ５ つ が 知 ら れ て い る ．

(i)カ ル マ ン 振 動：主 に 乱 れ の 少 な い 低 風 速 時 に 見 ら れ る カ ル マ ン 渦 に よ っ て 生 ず る 架 渉 線 の 風 方 向 直 角 振 動 ．

(ii)ギ ャ ロ ッ ピ ン グ ： 電 線 の 撚 線 構 成 や 着 氷 雪 に よ り ， 水 平 方 向 の 風 速 成 分 に よ っ て 揚 力 が 生 じ て し ま う こ と に よ る 自 励 振 動 ．

(iii)バ フ ェ テ ィ ン グ：自 然 風 の 中 の 時 間 と と も に 変 動 す る 風 の 乱 れ 成 分 が 風 速 変 動 と な り ，鉄 塔 と 電 線 に そ れ ぞ れ 風 方 向 に 強 制 振 動 を 引 き 起 こ す ．こ の 振 動 に よ り 電 線 ， 金 具 及 び 碍 子 の 損 害 が 起 こ し や す い ．

(iv)突 風 に よ る 非 定 常 振 動 ： 山 岳 地 や 谷 の 間 な ど に ， 旋 風 や ダ ウ ン バ ー ス ト の よ う な 瞬 間 的 に 激 し い 風 に よ る 短 時 間 の 振 動 ．

(v)山 稜 の 風 下 側 で ， 時 と し て み ら れ る 周 期 性 を 有 す る 変 動 風 に 鉄 塔 － 架 渉 線 の 連 成 系 が 共 振 し て 起 き る 風 方 向 振 動 ． 低 風 速 で の 誘 発 す る こ と が あ る ．

鉄 塔-電 線 連 成 系 の 動 的 応 答 特 性 に つ い て は ， こ れ ま で に 多 く の 研 究 が 行 わ れ て ， 設 計 指 針 等 に 反 映 し て い る ． し か し な が ら ， 送 電 鉄 塔 や 送 電 線 の 風 応 答 に 関 す る 研 究 報 告 や 設 計 指 針 の 多 く は ，風 が 水 平 面 に 平 行 に 吹 く 状 況 を も と に 検 討 さ れ て い る ． 送 電 線 が 山 岳 地 の 傾 斜 地 や 尾 根 な ど に 建 設 さ れ る 場 合 ， 図 1.1 に 示 す よ う に ， 風 は 水 平 面 に 対 し て 吹 上 角 を 持 つ ， い わ ゆ る 「 吹 上 風 」 に な る ． こ の 吹 上 風 は 電 線 に 対

間 の 短 絡 事 故 の 誘 発 や 鉄 塔 に 作 用 す る 不 平 均 張 力 荷 重 の バ ラ ン ス を 壊 し て 連 成 系 そ の も の の 動 的 特 性 に 影 響 を 及 ぼ す だ け で な く ， 鉄 塔 倒 壊 の 一 因 に な り 得 る と 考 え ら れ る ．ま た ，山 の 斜 面 を 風 が 吹 き 降 り る 場 合 は ，「 吹 き 下 げ 風 」と な り ，同 様 の 影 響 が 考 え ら れ る ．

石 川⁷⁾の 論 文 及 び 電 力 中 央 研 究 所 の 研 究 報 告 ⁸⁾は ，風 速 の 鉛 直 方 向 成 分 を 含 め て ， 送 電 線 に 作 用 す る 風 荷 重 の 評 価 手 法 を 提 案 し て い る ． 架 渉 線 荷 重 に 吹 上 風 が 影 響 し て ， 吹 上 角 に 応 じ て 電 線 が 持 ち 上 げ ら れ る こ と を 考 慮 し た ， 架 渉 線 に よ る 鉛 直 荷 重 の 減 少 値 の 算 定 式(下 記 の 式 1.1)を 用 い て ，鉄 塔 が 負 担 す る 架 渉 線 風 圧 荷 重 を 評 価 し て い る ．

C C C c RC

C q C A n

P   (1.1) こ こ に ，

qRC： 架 渉 線 の 設 計 用 速 度 圧[N/m²]

Cc： 架 渉 線 の 風 力 係 数

AC： 架 渉 線 の 受 風 面 積

nC： 架 渉 線 風 圧 荷 重 の 応 力 分 担 率

C： 架 渉 線 に 対 す る 吹 上 風 の 効 果 を 考 慮 す る 係 数 を 表 し ， 次 式 で 与 え る

 

c o s

 1

C こ こ に ，は 風 の 吹 上 角(0)

上 記 の 式 で は 架 渉 線 の 風 圧 荷 重 を 算 定 す る 時 に 吹 上 風 を 考 慮 し て い る も の の ， 吹 上 角 の 変 化 に 伴 う 電 線 の 張 力 荷 重 や 鉄 塔 腕 金 部 へ の 不 平 均 張 力 荷 重 の 影 響 は 検 討 さ

平 坦 地 風

吹 上 風

地 表 面 傾 斜 地 や 尾 根

図 1.1 吹 上 風 の 形 成

れ て い な い ．

本 研 究 は ，中 国 あ る は 日 本 国 内 で の 強 風 に よ る 電 線 の 短 絡 事 故 や 鉄 塔 の 倒 壊 事 故 の 状 況 の 中 で ，こ れ ま で 十 分 に は 検 討 さ れ て い な い 強 風 下 で の「 吹 上 風 」あ る い は 「 吹 下 風 」 に 着 目 し て ， 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 風 応 答 特 性 に 及 ぼ す 影 響 に 論 点 を 置 い て そ の 基 本 特 性 の 解 明 を 目 的 に し て い る ．

1.2 内外の送電鉄塔耐風設計法の経緯とその概要

本 節 で は ，送 電 鉄 塔 の 耐 風 設 計 法 の 経 緯 と 風 荷 重 評 価 法 ，風 応 答 観 測 例 ，風 応 答 特 性 ，動 的 応 答 解 析 法 な ど に 関 す る こ れ ま で の 研 究 報 告 の 概 要 を 紹 介 し ，本 研 究 の 課 題 と 位 置 づ け を 示 す ．

1.2.1 送電線設計基準類

日 本 の 送 電 線 路 の 構 造 設 計 は 法 的 規 制 で あ る 電 気 設 備 に 関 す る 技 術 基 準(2001 年)お よ び そ の 解 釈(2003年)⁹⁾に 基 づ い て お り ，必 要 に 応 じ て 送 電 用 支 持 物 設 計 標 準(JEC127-1979) ¹⁰⁾及 び 電 力 各 社 の 基 準 に よ っ て 実 施 さ れ て い る ． 以 下 に こ れ ら 設 計 手 法 の 概 要 と そ れ ぞ れ の 不 平 均 張 力 に 関 す る 考 え 方 を 述 べ る ．

（ １ ） 日 本 国 内

a. 電 気 設 備 に 関 す る 技 術 基 準(2001年)及 び そ の 解 釈(2003 年) ⁹⁾ (以 下 「 電 技 設 計 」)

「 電 技 設 計 」 は 電 気 事 業 法 に 基 づ き ， 電 気 工 作 物 の 保 安 確 保 の た め に 必 要 な 最 小 限 度 の 規 制 を 目 的 と す る 維 持 基 準 で あ る ． こ れ は ， 日 本 全 国 一 律 に 設 定 し た 最 大 想 定 荷 重(10 分 間 平 均 風 速 40m/s)と 安 全 率 （ 鋼 材 で あ れ ば ， 降 伏 点 に 対 し1.5以 上 ）を 有 す る 許 容 応 力 度 に 対 応 さ せ る 設 計 手 法 で あ り ， 不 平 均 張 力 は 設 計 荷 重 と し て 考 慮 せ ず ， そ の 増 分 は 部 材 の 安 全 率 に て 補 っ て い る ．

b. 送 電 用 支 持 物 設 計 標 準(JEC127-1979) ¹⁰⁾ (以 下 「JEC 設 計 」)

「JEC 設 計 」 は 電 気 学 会 内 に 設 置 さ れ た 電 気 規 格 調 査 会 が 定 め る 標 準 規 格

間 風 速 に 対 応)に よ る 部 材 応 力 度 を ，降 伏 点 応 力 度 の 規 格 値 に 対 応 さ せ る も の で ， 一 部 電 線 と 地 線 に つ い て は 径 間 長 に よ り ， 風 圧 荷 重 の 低 減 を 考 慮 し て い る ．ま た ， 左 右 径 間 長 の 相 違 や 振 動 モ ー ド お よ び 風 速 変 動 の 位 相 差 な ど に よ っ て 左 右 径 間 の 電 線 と 地 線 に 張 力 差 が 生 じ る た め ， こ れ を 「 不 平 均 張 力 荷 重 」 と し て ， 経 験 的 な 数 値 と し て 耐 張 鉄 塔 で 設 計 風 速 時 で の 電 線 と 地 線 張 力 の 10%， 懸 垂 鉄 塔 で 3%が 線 路 方 向 荷 重 に 加 算 す る ． し か し な が ら こ れ ら は 静 的 な 風 荷 重 評 価 に 留 ま っ て い る た め ， 動 的 な 応 答 特 性 を 充 分 な 精 度 で 実 態 に 応 じ て 評 価 す る こ と は 難 し い ． す な わ ち ， 乱 れ の 強 さ や 乱 れ の ス ケ ー ル な ど 変 動 風 速 の 空 間 構 造 特 性 や ，鉄 塔 の 振 動 特 性 に 応 じ た 風 荷 重 の 見 積 も り に は 至 っ て い な い ． 本 標 準 で は 不 平 均 張 力 の 計 算 手 法 に は 両 側 径 間 の 径 間 差 ， 鉄 塔 の 水 平 角 度 及 び 風 荷 重 に よ っ て 算 出 す る 計 算 手 法 で あ り ， 支 持 点 高 低 差 は 考 慮 さ れ て い な い ．

（ ２ ） 中 国 内

中 国 の 送 電 線 路 の 構 造 設 計 は 以 下 の 設 計 基 準 に 基 づ い て 設 計 し て い る ． a. 1000kV 架 空 送 電 線 路 設 計 基 準 ¹¹⁾ (GB 50665-2011)．

b. 110kV~750kV 架 空 送 電 線 路 設 計 基 準 ^{1 2)} (GB 50545-2010)．

c. 66kV 及 び そ の 以 下 の 架 空 送 電 線 路 設 計 基 準 ¹³⁾ (GB 50061-2010)．

上 記 の 基 準 名 の 通 り ，中 国 の 設 計 基 準 は 電 圧 レ ベ ル に よ り ，基 準 を 決 め て い る ． ま た ，2008 年 初 め の 中 国 南 方 地 区 に お け る 大 雪 災 害 に よ る 電 力 網 の 氷 結 被 害 を 分 析 ，総 括 し た 上 で ，防 災 基 準 の 引 き 上 げ や ，送 電 線 の 氷 結 防 止 措 置 の 完 備 並 び に 補 完 ，脆 弱 な プ ロ セ ス の 補 強 等 に つ き ，旧 設 計 基 準 か ら 現 在 の 基 準 に 改 訂 さ れ た ．

新 基 準 で は 送 電 線 路 が 山 岳 地 を 走 る 場 合 ，両 側 径 間 の 径 間 差 ，鉄 塔 の 水 平 角 度 の 他 に ， 支 持 点 高 低 差 も 考 慮 さ れ て い る ．

（ ３ ） 国 際 規 格

国 際 的 な 送 電 線 設 計 基 準 類 と し て は ，IEC 60826¹⁴⁾や ANSI/IEEE C2-2002¹⁵⁾な ど が あ る ． 国 際 規 格 の IEC60826 Third Edition 2003-10 (Design criteria of overhead

transmission lines)は IEC(国 際 電 気 標 準 会 議)が 2003 年 10 月 に 国 際 規 格 (International Standard) と し て 新 た に 制 定 し た も の で あ る ． 日 本 を 含 む IEC メ ン バ 一 国 は 国 内 規 格 を 可 能 な 限 り IEC 規 格 に 整 合 す る こ と が 求 め ら れ て い る ． ま た ， 米 国 で は IEEE(米 国 電 気 電 子 技 術 者 協 会)が 任 意 規 格 と し て 定 め て い る ． ANSI/IEEE C2-2002 Nationa1 Electrical Safety Code (NESC) が あ る が ，ANSI (米 国 規 格 協 会)が こ れ を 国 家 規 格 と し て 承 認 し て い る ．

以 上 の 各 国 の 設 計 基 準 に は い ず れ も 吹 上 風 の 影 響 や 電 線 と 地 線 の 張 力 変 動 ，懸 架 方 式(懸 垂 型 ， 耐 張 型)の 影 響 に つ い て ， 詳 細 な 評 価 は 示 さ れ て い な い ．

1.2.2 電線の張力変動特性に関する既往の研究

電 線 の 張 力 変 動 特 性 に 関 し て は ，数 多 く の 研 究 論 文 が 報 告 さ れ て い る が 本 節 で は ， そ の 主 な 研 究 報 告 を 概 説 す る ．

Manuzio and Paris(1964)^{1 6)}は ，電 線 の 風 荷 重 評 価 に A.G.Davenport の 最 大 値 予 測

手 法 ^{17) -2 0)}を 応 用 し て い る ． そ こ で は ， 変 動 風 速 の パ ワ ー ス ベ ク ト ル 密 度 お よ び

コ ヒ ー レ ン ス に A.G.Davenprot の 提 案 式 を 使 用 し て ，弦 と 見 な し た 電 線 直 交 方 向 の 変 位 や 支 持 点 反 力 の 評 価 方 法 を 示 し た ．

Castanheta(1971)²¹⁾は ， 電 線 の 径 間 長 と 乱 れ の 強 さ が 電 線 の 動 的 挙 動 に 大 き く 影 響 す る こ と に 注 目 し て ， 電 線 風 圧 荷 重 を 評 価 し た ．

山 岸 ら(1982)^{2 2) ,2 3)}は 風 洞 実 験 や 風 応 答 解 析 法 を 実 施 し て ，UHV 送 電 鉄 塔 の 風 に よ る 動 的 応 答 時 の 安 全 性 を 検 討 し た ．「JEC 設 計 」 で 見 積 も っ た 荷 重 に よ る 静 的 解 析 と 風 応 答 解 析 結 果 を 比 較 し ，「JEC 設 計 」に よ る 算 定 値 が ，「JEC 設 計 」で 想 定 し て い る 風 に 対 し て は 安 全 側 の 評 価 を 与 え る こ と を 示 し た ．

小 坪 ら(1983-1986)^{2 4) - 27)}は 送 電 線 架 設 前 後 で の 懸 垂 型 送 電 鉄 塔 の 塔 体 の 常 時 微 動 観 測 お よ び 起 振 機 を 用 い た 振 動 試 験 の 分 析 を 行 っ た ．ま た 送 電 線 を 鉄 塔 に 対 し て 質 量 を 有 す る バ ネ と 仮 定 し て ，支 持 鉄 塔 及 び こ の よ う な バ ネ を 連 成 系 と し て 解 析 を 行 っ て い る ．

小 園 ら(1985-1988)^{28) ,2 9)}は 鉄 塔 と 送 電 線 を 両 者 一 体 の 連 成 系 と 考 え ， そ の 基 本

用 い て 電 線 部 の 幾 何 学 的 非 線 形 を 考 慮 し た ，鉄 塔 － 電 線 連 成 系 の 等 価 剛 性 モ デ ル を 形 成 し ，固 有 値 解 析 及 び 周 波 数 応 答 解 析 を 行 っ て ，連 成 系 の 面 内 振 動 に つ い て 電 線 主 体 の 振 動 モ ー ド と 鉄 塔 主 体 の 振 動 モ ー ド の 関 係 を 明 ら か に し た ．

藤 本 ら(1989)^{3 0) - 32)}は ，耐 張 型 鉄 塔 で 構 成 さ れ た 連 成 系 で の 電 線 と 地 線 の 幾 何 学 的 非 線 形 性 を 考 慮 し た 時 刻 歴 応 答 解 折 を 行 っ た ．電 線 張 力 は ，隣 接 鉄 塔 が 耐 張 型 の 方 が 懸 垂 型 の 場 合 に 比 べ 大 き く な る こ と な ど を 明 ら か に し た ．

大 熊 ら(1990)^{3 3)}は ，鉄 搭-電 線 の 連 成 挙 動 を 明 ら か に す る た め に ，数 値 実 験 を 行 い ，実 線 路 で の 応 答 観 測 結 果 と 比 較 し ，応 答 の ス ペ ク ト ル 形 状 な ど の 定 性 的 傾 向 は 概 ね 一 致 す る も の の ， 定 量 的 に は 必 ず し も 十 分 で は な い こ と を 報 告 し て い る ． な お ， こ こ で 用 い た 時 刻 歴 応 答 解 析 法 は ， 安 井 ら ³⁴⁾に よ っ て さ ら に 検 討 が 深 め ら れ た ．

岡 田 ら(1999)^{3 5)}は ，同 様 の ガ ス ト 応 答 解 析 に よ り 電 線 張 力 間 の 相 関 に つ い て 検 討 し ，腕 金 左 右 ，上 下 方 向 の 張 力 の 相 関 は ，風 の 空 間 相 関 で ほ ぼ 近 似 で き る と 報 告 し て い る ． ま た ， 鈴 木 ら ^{3 6) ,3 7)}は 鉄 塔 部 材 の 発 生 応 力 と 電 線 の 張 力 変 動 の 関 係 を 実 規 模 の 観 測 結 果 か ら 検 討 し て い る ．

石 田 ら(2000)^{3 8)}，本 田 ら(2000)^{3 9)}は 1 基 2 径 間 の 鉄 塔-送 電 線 達 成 モ デ ル が 平 均 風 速 を 対 象 と し た 静 的 荷 重 を 受 け る 場 合 ，特 に 不 平 均 張 力 に 及 ぼ す 電 線 の 懸 架 方 式 と 径 間 比 の 影 響 に 着 目 し た 風 洞 実 験 を 行 い ，不 平 均 張 力 を 懸 垂 が い し が 緩 和 す る な ど の 結 果 を 示 し た ． さ ら に 鉄 塔-電 線 達 成 系 モ デ ル に お い て 風 洞 実 験 と 混 合 法 に よ る 解 析 結 果 と の 比 較 を 行 い 径 間 長 の 影 響 ，水 平 角 の 影 響 ，懸 垂 が い し の 影 響 を 混 合 法 に よ り 調 べ て い る ．

首 藤 ら(2012)⁴⁰⁾は 支 持 点 高 低 差 が 変 化 す る こ と に よ る 送 電 用 鉄 塔 に 生 じ る 不 平 均 張 力 の 発 生 様 相 を 検 討 し た ．

以 上 ， こ れ ま で の 報 告 や 研 究 に は ， 吹 上 風 に 着 目 し た 論 点 は 見 ら れ な い ．

1.2.3 鉄塔-電線連成系の風応答予測手法

鉄 塔-電 線 連 成 系 の 風 応 答 予 測 手 法 に は ， 周 波 数 応 答 解 析 法 ， 時 刻 歴 解 析 法 ， 空 力 弾 性 模 型 法 ， 数 値 風 洞 法 な ど が あ る ．

(1) 周 波 数 応 答 解 析 法

周 波 数 応 答 解 析 は 単 純 な 正 弦 波 の 入 力 に 対 す る 定 常 的 な 応 答 を 求 め る 解 析 手 法 で あ る が ， 一 つ の 周 波 数 だ け で な く ， あ る 周 波 数 範 囲 に 対 し ， あ る 周 波 数 刻 み で 解 析 し ，全 体 的 な 応 答 の 特 性 を 把 握 す る の に 用 い ら れ る ． 周 波 数 応 答 解 析 は 通 常 線 形 モ デ ル を 前 提 と し て い る た め ， 鉄 塔-電 線 連 成 系 の よ う な 非 線 形 モ デ ル に 適 用 す る 場 合 に は ， 等 価 線 形 化 モ デ ル な ど の 再 構 築 が 必 要 で あ る ．

(2) 時 刻 歴 解 析 法 運 動 方 程 式 の 数 値 積 分 に よ る 非 線 形 解 析 法 で ， 線 形 加 速

度 法 ，ニ ュ ー マ ー ク β 法 ，ウ イ ル ソ ン θ 法 ，ル ン ゲ ク ッ タ 法 な ど ，各 種 数 値 計 算 す る 手 法 が 広 く 知 ら れ て い る ． 変 動 風 速 に よ る 応 答 を 非 線 形 解 析 で 解 く こ と が で き ， 送 電 線 部 の 大 変 形 を 考 慮 で き る ． 統 計 的 性 質 を 明 ら か に す る た め に は 多 く の 解 析 ケ ー ス が 必 要 と な る ． 鉄 塔-送 電 線 連 成 系 の 応 答 解 析 に 多 く 扱 わ れ て い る ．

(3) 空 力 弾 性 模 型 法 仮 条 件 に よ る 空 力 弾 性 模 型 を 簡 略 化 し ， 構 造 物 の 振 動

及 び 振 動 に 伴 う 付 加 的 な 空 気 力 を 用 い て 応 答 と 空 気 力 の 相 互 作 用 を 評 価 す る も の で あ る ． 鉄 塔-送 電 線 連 成 系 の 風 応 答 解 析 を 行 う た め に は ， 空 力 減 衰 と 付 加 質 量 の 設 定 が 必 要 で あ る が ， 未 だ 適 用 例 は ほ と ん ど 見 ら れ な い ．

(4) 数 値 流 体 計 算 実 測 や 風 洞 実 験 に 替 わ っ て ， 流 体 （ 空 気 に 限 定 し な い ）

の 流 動 現 象 を 計 算 機 上 で シ ミ ュ レ ー ト し ， 検 証 す る ． 山 岳 地 を 走 る 送 電 線 路 周 辺 の 流 れ 場 の 再 現 に よ く 利 用 さ れ ， 風 速 の 増 速 域 の 予 測 や 吹 上 風 ・ 吹 下 流 の 予 測 も 可 能 ．

1.3 本論文の目的及び概要

本 論 文 で は ， 山 岳 地 な ど 傾 斜 地 で の 吹 上 風 に 着 目 し て ， 鉄 塔 -電 線 連 成 系 の 吹 上 風 に 対 す る 風 応 答 特 性 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る こ と を 目 的 に ， 以 下 の 3 点 を 実 施 す る ．

(1) い く つ か の 基 本 仕 様 で 構 成 さ れ た ，懸 垂 鉄 塔 お よ び 耐 張 鉄 塔 で 支 持 さ れ た 送

電 線 連 成 系 の 吹 上 風 に 対 す る 動 的 応 答 解 析 を 実 施 し て ，碍 子 と 電 線 と の 接 合 部 の 変 位 や 鉄 塔 -送 電 線 連 成 系 の 動 特 性 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る ． (2) 1 基 2 径 間 の 送 電 線 連 成 系 モ デ ル を 基 本 モ デ ル と し て ， 両 径 間 長 が 等 し く な

い 場 合 ，ま た ，電 線 支 持 点 の 高 低 差 が あ る 場 合 な ど の 応 用 モ デ ル に 吹 上 風 が 作 用 す る 場 合 を 設 定 し て ，こ の よ う な 状 況 下 で の 鉄 塔 に 作 用 す る 送 電 線 不 平 均 張 力 や 鉄 塔 の 変 形 挙 動 に 及 ぼ す 影 響 を 明 ら か に す る ．

(3) 台 風 通 過 時 の 強 風 観 測 記 録 を も と に ，実 機 鉄 塔 － 送 電 線 系 の 周 辺 地 形 で の 吹 上 風 分 布 作 成 の 数 値 流 体 計 算 を 実 施 し て ，4 基 5 径 間 の 鉄 塔 － 送 電 線 系 モ デ ル の 応 答 計 算 を 実 施 し て ，鉄 塔 の 変 形 挙 動 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響 を 総 括 的 に 比 較 検 証 す る こ と に よ っ て ， 吹 上 風 の 耐 風 設 計 上 の 論 点 を 整 理 す る ．

1.4 本論文の構成

本 論 文 は 総 括 を 含 め て 全 6 章 に ま と め た ．以 下 ，本 論 文 の 構 成 と 各 章 の 内 容 を 列 記 す る ．

第 1 章「 序 論 」で は ，研 究 の 背 景 と 目 的 を 述 べ る と と も に ，本 研 究 の 課 題 ，位 置 づ け を 明 ら か に す る た め ，送 電 鉄 塔 に 関 す る 国 内 外 の 現 行 の 耐 風 設 計 及 び 既 往 の 研 究 例 を 紹 介 し ， 併 せ て 研 究 の 概 要 と 本 論 文 の 構 成 を 示 す ．

第 2 章 「 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 応 答 性 状 に 及 ぼ す 吹 上 風 モ デ ル の 構 築 と そ の 影 響

－ 鉄 塔 変 位 の 挙 動 － 」 で は ， 懸 垂 鉄 塔 お よ び 耐 張 鉄 塔 で 支 持 さ れ た 送 電 線 連 成 系 連 成 系（ 立 体 モ デ ル ）の 吹 上 風 に 対 す る 動 的 応 答 に 着 目 し て ，0º～30 ºま で の 吹 上 角 を 持 つ 吹 上 風 が 碍 子 と 電 線 と の 接 合 部 変 位 や 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 動 特 性 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る ．

第 3 章「 送 電 線 不 平 均 張 力 荷 重 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響 － 径 間 長 差 を 有 す る 場 合

－ 」 で は ， 鉄 塔 -電 線 連 成 系 の 単 純 モ デ ル を 想 定 し て ， 両 径 間 長 が 異 な る 場 合 の 送 電 線 に 作 用 す る 吹 上 風 に 着 目 し ，こ の よ う な 状 況 下 で の 鉄 塔 に 作 用 す る 電 線 不 平 均 張 力 が 鉄 塔 の 変 形 挙 動 に 及 ぼ す 影 響 を 明 ら か に す る ．

第 4 章 「 送 電 線 不 平 均 張 力 荷 重 に 及 ぼ す 吹 上 風 の 影 響 － 支 持 点 高 低 差 を 有 す る 場 合 － 」 で は ， 鉄 塔 -電 線 連 成 系 の 単 純 モ デ ル を 想 定 し て ， 支 持 点 高 低 差 を 有 す る 場 合 の 送 電 線 に 作 用 す る 吹 上 風 に 着 目 し ，こ の よ う な 状 況 下 で の 鉄 塔 に 作 用 す る 電 線 不 平 均 張 力 が 鉄 塔 の 変 形 挙 動 に 及 ぼ す 影 響 を 明 ら か に す る ．

第 5 章 「 吹 上 風 を 想 定 し た 実 機 鉄 塔 -電 線 連 成 系 モ デ ル の 動 的 風 応 答 解 析 」 で は ，台 風 9918 号 の 気 流 解 析 に よ る 実 地 形 に お け る 鉄 塔-電 線 連 成 系 の 動 的 解 析 を 実 施 し ，風 速 分 布 条 件 ，特 に 吹 上 風 に 着 目 し ，鉄 塔 に 作 用 す る 送 電 線 不 平 均 張 力 が 鉄 塔 の 動 的 応 答 に 及 ぼ す 影 響 を 検 証 す る ．

最 後 に ， 第 6 章 で は ， 本 論 文 と 今 後 の 展 望 を 述 べ る ．

1.5 用語の定義

鉄 塔 ：鉄 塔 と は ，鉄 製 の 骨 組 み 構 造 か ら 構 成 さ れ る 細 長 い 建 造 物 で あ る ． 送 電 線 の 支 持 に 用 い ら れ る ．鉄 塔 に は ，ア ン グ ル 材 で 構 成 さ れ る も の と 鋼 管 で 構 成 さ れ る も の が あ り ，主 に 山 形 鋼 鉄 塔 と 鋼 管 鉄 塔 が あ る ．

電 線 と 地 線 ： 電 線 や 架 空 地 線 な ど の 総 称 ， 本 論 で は 送 電 線 と も 呼 称 す る ． 支 持 物 ： 架 空 送 電 線 路 に お い て 架 渉 線 を 支 持 す る こ と を 主 目 的 と す る 工 作

物 で ， 鉄 塔 ， 鉄 柱 ， 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 柱 お よ び 木 柱 の 総 称 ． 耐 張 型 鉄 塔 ： 耐 張 が い し 装 置 を 用 い た 鉄 塔 （ 写 真 1.2 ） で ， 送 電 線 路 の 水 平 角

が 3 °の 場 合 や 引 き 上 げ 荷 重 が 加 わ る 場 合 お よ び 両 側 の 鉄 塔 の 高 低 差 が 大 き い 場 合 な ど に 用 い ら れ る ． 力 学 的 に は ， 電 線 に 作 用 す る 風 圧 力 お よ び そ の 風 圧 力 に よ っ て 生 じ る 張 力 が 耐 張 が い し 装 置 を 通 じ て 直 接 鉄 塔 へ の 荷 重 と し て 作 用 す る ．

懸 垂 型 鉄 塔 ： 懸 垂 が い し 装 置 を 用 い た 鉄 塔 （ 写 真 1.3） で ， 主 と し て 送 電 線 路 の 水 平 角 が 3 °以 内 の 場 合 に 使 用 さ れ る ．力 学 的 に は ，電 線 に 作 用 す る 風 圧 力 お よ び そ れ に よ っ て 生 じ る 張 力 が ， 懸 垂 が い し 装 置 を 通 じ て 鉄 塔 に 作 用 す る が ， 懸 垂 が い し 装 置 自 身 が 線 路 方 向 に 自 由 に 移 動 で き る た め ， 張 力 に よ る 鉄 塔 へ の 荷 重 が 緩 和 さ れ る ． 鉄 塔 風 圧 荷 重 ： 風 が 鉄 塔 （ 塔 体 ， 腕 金 ） に 作 用 し た と き に 線 路 直 交 方 向 ， 線 路 方 向 に 生 じ る 風 荷 重 架 渉 線 風 圧 荷 重 ： 風 が 架 渉 線 に 作 用 し た と き に 架 渉 線 に 直 交 す る 方 向 に 生 じ る 風 荷 重 ．

架 渉 線 風 圧 荷 重：風 が 架 渉 線 に 作 用 し た と き に 架 渉 線 に 直 交 す る 方 向 に 生 じ る 風 荷 重 ．

架 渉 線 張 力 荷 重：風 が 架 渉 線 に 作 用 し た と き に 架 渉 線 に 平 行 な 方 向 に 生 じ る 風 荷 重

そ の 他 の 用 語 ： 鉄 塔 設 計 で 一 般 的 に 用 い ら れ る 「 線 路 直 交 方 向 」，「 線 路 方 向 」，

「 水 平 角 度 」，「 垂 直 角 度 」な ど の 用 語 は ，図 1.2 に 示 す 通 り で あ る ．

写 真 1. 2 耐 張 型 鉄 塔 写 真 1. 3 懸 垂 型 鉄 塔

図 1. 2 そ の 他 の 用 語 の 定 義

懸 垂 碍 子 耐 張 碍 子

第 1 章の参考文献

1) 金 堅 敏 ： 超 高 圧 (UHV) 送 電 で 世 界 を リ ー ド す る 中 国 [EB/OL] ． http://jp.fujitsu.com/group/fri/report/china -research/topics/2011/no-145.html ， 2011

年1月14日 ．

2) 中 華 人 民 共 和 国 ： 国 民 経 済 ・ 社 会 発 展 第12 次5カ 年 計 画 要 綱 ，2010年3月 ． 3) ZHANG Yong：Status Quo of Wind Hazard Prevention for Transmission Lines and

Countermeasures，East China Electric Power，34，pp.28-31，2006．

4) XIE Qiang，LI Jie：Current situation of natural disaster in electric power system and counter measures，Journal of Natural Disasters，15，pp.126-131，2006．

5) Zhang Yufang： The Wind Yaw Flashover Analysis of Chinese 500kv Transmission Line，Power System Technology，29，pp.65-67，2005．

6) 電 気 事 業 連 合 会 ： 流 通 設 備 風 害 対 策 特 別 委 員 会 報 告 書 ，1992．

7) 石 川 智 巳 ： 送 電 鉄 塔 の 動 的 効 果 を 考 慮 し た 風 荷 重 評 価 手 法 に 関 す る 研 究 ， 土 木 学 会 論 文 集No.738，pp.139-158，2003年7月 ．

8) 電 力 中 央 研 究 所 ： 送 電 用 鉄 塔 の 耐 風 設 計 実 用 化 に 関 す る 研 究 （ 付 録 ： 送 電 用 鉄 塔 の 風 荷 重 指 針 ・ 同 解 説 ．2005．

9) 経 済 産 業 省 原 子 力 安 全 ・ 保 安 院 ： 解 説 電 気 設 備 の 技 術 基 準 ， 第13版 ，2008年3 月 ．

10) 電 気 学 会 ：電 気 規 格 調 査 会 標 準 規 格「 送 電 用 支 持 物 設 計 標 準(JEC-127-1979)，1979 年11月 ．

11) 中 国 電 気 学 会 ：1000kV架 空 送 電 線 路 設 計 基 準(GB 50665-2011)，2011年4月 ． 12) 中 国 電 気 学 会 ：110kV~750kV架 空 送 電 線 路 設 計 基 準(GB 50545-2010) ，2010年3

月 ．

13) 中 国 電 気 学 会 ：66kV及 び そ の 以 下 の 架 空 送 電 線 路 設 計 基 準(GB 50061-2010) ， 2010年6月 ．

14) IEC 60826 Third Edition 2003-10，Design criteria of overhead transmission lines 15) ANSI/IEEE C2-2002，National Electrical Safety Code (NEST)．

16) MUNUZIO，C．，andParis，L．：Statistical Determination of Wind Loading Effects on Over Head Line Conductors，CIGRE Report 231，Paris，France，1961．

17) Daverport，A．G．：The Application of Statistical Concepts to the Wind Loading of Structure，Proc．Of Inst．Of Inst．Of Civil Engineers，London Vol．19，1961．

18) Daverport，A．G．：Buffeting of a Suspension Bridge by Storm Winds，Journal of Structural Division，ASCE，Vol．88，No.3，pp.233-268，1962．

19) Daverport，A．G．：Note on the distribution of the largeast value of random function with application to gust loading，Proc．of Inst．Civil Engineers，London Vol．28， pp.187-196，1964．

20) Daverport，A．G．：Gust Loading Factors，Journal of Structural Division，ASCE， Vol．93，No.3，pp.11-24，1967．

21) Castanheta，M．：Dynamic Behaviour of Overhead Power Lines Subject to the Action of Wind，CIGRE Report 22-08，Paris，France，1971．

22) 山 岸 啓 利 ， 前 川 一 夫 ， 松 本 竹 二 ， 渡 部 洋 八 郎 ：UHV送 電 用 鉄 塔 の 動 的 耐 風 性 に 関 す る 一 考 察（ 風 洞 実 験 に よ る 動 的 空 力 特 性 調 査 ），風 工 学 シ ン ボ ジ ウ ム 論 文 集 Vol．7，pp.155-162，1982．

23) 山 岸 啓 利 ， 前 川 一 夫 ， 山 下 正 弘 ， 高 橋 勝 明 ：UHV送 電 用 鉄 塔 の 動 的 耐 風 性 に 関 す る 一 考 察（ そ の2．応 答 解 析 ），風 工 学 シ ン ボ ジ ウ ム 論 文 集 ，Vol．7，pp.311-318， 1982．

24) 小 坪 清 真 ， 高 西 照 彦 ， 鳥 野 清 ， 園 田 敏 夫 ： 超 高 送 電 鉄 塔 の 動 的 試 験 と そ の 耐 震 性 に 関 す る 検 討 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， 第333号 ，pp.59-69，1983．

25) 小 坪 清 真 ， 高 西 照 彦 ， 井 嶋 克 志 ， 園 田 敏 夫 ： 送 電 線 の ば ね 定 数 の 振 動 数 特 性 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， 第344号 ，1984．

26) 小 坪 清 真 ，高 西 照 彦 ，井 嶋 克 志 ，鳥 野 清：鉄 塔 の 耐 震 性 に 及 ぼ す 送 電 線 の 影 響 ， 土 木 学 会 論 文 集 ， 第344号 ，1984．

27) 小 坪 清 真 ， 高 西 照 彦 ， 井 嶋 克 志 ， 鳥 野 清 ： 鉄 塔 － 送 電 線 系 の 地 震 応 答 解 析 法 ，

28) 小 園 茂 平 ，前 田 潤 滋 ，牧 野 稔 ：多 ス パ ン 鉄 塔-送 電 線 連 成 系 の 動 的 応 答 特 性 に 関 す る 研 究 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ， 第 353 号 ，pp.48-61，1985．

29) 小 園 茂 平 ，前 田 潤 滋 ，牧 野 稔 ： 多 ス パ ン 鉄 塔-送 電 線 連 成 系 の 動 的 応 答 特 性 に 関 す る 検 討-特 に 低 周 波 数 域 に お け る 面 内 挙 動 ，日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ，第 386 号 ， 1988．

30) 藤 本 盛 久 ， 大 熊 武 司 ， 丸 川 比 佐 夫 ， 山 岸 啓 利 ， 玉 松 健 一 郎 ， 安 井 八 紀 ， 百 村 幸 男 ： 送 電 用 鉄 塔 の 時 系 列 応 答 解 析 （ そ の 1． 解 析 方 法 な ら び に 固 有 値 解 析 ）， 日 本 風 工 学 誌 ， 第 41 号 ，pp.69-70，1989．

31) 藤 本 盛 久 ，大 熊 武 司 ，丸 川 比 佐 夫 ，山 岸 啓 利 ，廣 木 光 雄 ，安 井 八 紀 ，百 村 幸 男 ： 送 電 用 鉄 塔 の 時 系 列 応 答 解 析 （ そ の 2． 鉄 塔 に 風 力 が 作 用 す る 場 合 と 架 渉 線 単 体 の 解 析 ）， 日 本 風 工 学 会 誌 ， 第 41 号 ，pp.71-72，1989．

32) 藤 本 盛 久 ，大 熊 武 司 ，丸 川 比 佐 夫 ，山 岸 啓 利 ，佐 藤 亘 宏 ，安 井 八 紀 ，百 村 幸 男 ： 送 電 用 鉄 塔 の 時 系 列 応 答 解 析 （ そ の 3． 鉄 塔 ・ 架 渉 線 連 成 系 の 解 析 ）， 日 本 風 工 学 会 誌 ， 第 41号 ， pp.73-74，1989．

33) 大 熊 武 司 ， 丸 川 比 佐 夫 ，百 村 幸 男 ，安 井 八 紀 ，佐 藤 亘 宏 ： 鉄 塔-架 渉 線 連 成 系 の 風 応 答 に 関 す る 研 究 ，風 工 学 シ ン ポ ジ ウ ム 論 文 集 Vol．11，pp.347-352，1990． 34) 安 井 八 紀 ，丸 川 比 佐 夫 ，大 熊 武 司：送 電 用 鉄 塔 の 風 応 答 解 析 ，日 本 風 工 学 会 誌 ，

第 76 号 ，pp.3-14，1998．

35) 岡 田 創 ， 大 熊 武 司 ， 本 郷 榮 次 郎 ， 丸 川 比 佐 夫 ， 岡 村 俊 良 ： 送 電 用 鉄 塔 の 風 応 答 に 関 す る 研 究 そ の 2 電 線 張 力 間 の 相 関 の 検 討 ，日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集(中 国 ），pp.237-238，1999．

36) 鈴 木 慎 一 ， 池 谷 義 人 ， 佐 野 清 志 ， 泉 義 弘 ： 送 電 用 鉄 塔 に 加 わ る 架 渉 線 の 張 力 変 動 と 部 材 応 力 の 動 的 挙 動 に 関 す る 考 察 ， 風 工 学 シ ン ポ ジ ウ ム 論 文 集 Vol．15，

pp.569-574，1998．

37) 鈴 木 慎 一 ， 池 谷 義 人 ： 現 地 観 測 結 果 に よ り 作 用 荷 重 を 与 え た 送 電 用 鉄 塔 単 独 モ デ ル の 動 的 挙 動 に 関 す る 研 究 ， 日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 （ 中 国 ），

pp.235-236，1999．

38) 石 田 伸 幸 ， 森 本 康 幸 ， 鶴 則 生 ， 本 田 誠 ， 岡 延 夫 ， 前 田 潤 滋 ： 静 的 風 荷 重 に お け る 送 電 線 不 平 均 張 力 の 基 本 特 性 に 関 す る 研 究 そ の1 不 平 均 張 力 測 定 実 験-，

日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 （ 関 東 ），pp.221-222，2001．

39) 本 田 誠 ， 森 本 康 幸 ， 鶴 則 生 ， 石 田 伸 幸 ， 岡 延 夫 ， 前 田 潤 滋 ： 静 的 風 荷 重 に お け る 送 電 線 不 平 均 張 力 の 基 本 特 性 に 関 す る 研 究 そ の 2 混 合 法 に よ る 不 平 均 張 力 解 析-， 日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 （ 関 東 ），pp.223-224，2001．

40) 首 藤 康 之 ， 前 田 潤 滋 ， 劉 暢 達 ： 支 持 点 高 低 差 を 有 す る 送 電 用 鉄 塔 に 作 用 す る 電 線 不 平 均 張 力 に 関 す る 考 察，九 州 大 学 大 学 院 人 間 環 境 学 研 究 院 紀 要，第 20 号， pp.33-40，2011．

第２章 鉄塔-電線連成系の応答性状に 及ぼす吹上風の影響

－鉄塔頂部変位の挙動－

章目次

2.1 序

2.2 計 算 手 順

2.3 鉄 塔-電 線 連 成 系 モ デ ル の 概 要 2.4 連 成 系 の 固 有 振 動 特 性

2.5 風 荷 重 の 概 要

2.4.1 変 動 風 速 場 の 生 成 方 法 2.4.2 吹 上 風 の 設 定

2.4.3 風 荷 重 の 作 用 点 と 作 用 方 向 2.6 時 刻 歴 応 答 解 析

2.6.1 計 算 手 順

2.6.2 鉄 塔 頂 部 の 応 答 変 位 2.6.3 鉄 塔 頂 部 の 応 答 加 速 度

2.6.4 懸 垂 碍 子 と 腕 金 部 の 接 合 部 に 対 す る 電 線 接 合 部 の 相 対 変 位 の 特 徴 2.7 む す び

第 2 章 の 参 考 文 献