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JP5637397B2 - DC arc test simulation method, simulator and simulation software for overhead ground wire - Google Patents
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JP5637397B2 - DC arc test simulation method, simulator and simulation software for overhead ground wire - Google Patents

DC arc test simulation method, simulator and simulation software for overhead ground wire Download PDF

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Description

本発明は架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法、シミュレーターおよびシミュレーションソフトウェアーに関し、特に雷撃を模擬した直流アーク試験を模擬して架空地線の溶融特性を検証する場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a DC arc test simulation method, simulator, and simulation software for an overhead ground wire, and is particularly useful when applied to verify the melting characteristics of an overhead ground wire by simulating a direct current arc test that simulates lightning strikes. It is.

架空送電線への直撃雷の防止、落雷時における鉄塔から電線への逆フラッシオーバの防止などを目的として架空送電線の上方に架空地線(以下、GWと称す。)が設置されている。この種の架空地線は直撃雷を受けることを前提として設計されているが、直撃雷による電流値が大きく、またその継続時間が長い雷撃に対しては、架空地線の素線が溶断することが報告されている。また、機械的な強度を受け持つ鋼線とともに光ファイバーを内蔵させて各種監視システム情報などを伝送するために開発された光ファイバー複合架空地線(以下、OPGWと称す。ただし、単にGWというときはOPGWも含む。)が、最近送電系統に大量に導入されている。このOPGWも雷撃を受けた場合には素線が溶断することがある。   An overhead ground wire (hereinafter referred to as GW) is installed above the overhead power transmission line for the purpose of preventing direct lightning strikes on the overhead power transmission line and preventing reverse flashover from the steel tower to the electric wire during lightning strikes. This type of overhead ground wire is designed on the assumption that it will receive direct lightning strikes, but for lightning strikes that have a large current value due to direct lightning strikes and a long duration, the wires of the overhead ground wire will melt. It has been reported. In addition, an optical fiber composite aerial ground wire (hereinafter referred to as OPGW) that was developed to transmit various types of monitoring system information by incorporating an optical fiber together with a steel wire with mechanical strength. Have recently been introduced in large quantities into the transmission system. When this OPGW is also subjected to a lightning strike, the strands may melt.

このような背景のもと、送電線への直撃雷の防止に加えて、システム情報の伝送等の役割を持つOPGWについては、特にその溶断防止策を検討する必要があり、その前提として溶断特性を解明することが肝要である。   Against this background, in addition to preventing direct lightning strikes to power transmission lines, OPGW, which plays a role in system information transmission, etc., needs to examine its fusing prevention measures in particular. It is important to elucidate.

このため、架空地線への雷撃を模擬した直流アーク試験が行われている。これまでの雷の観測例によると、電流波高値は1〜100kA程度、継続時間は10〜200,000μs(200ms)程度、電気量は0.1〜1,000C程度であり、それぞれのパラメータの値の範囲が広い。また、夏季雷のほとんどが負極性であるのに対して、冬季雷では1〜3割程度が正極性である。一方、架空地線の素線のサイズや本数などのパラメータについても、架空地線の用途に応じて決められるため、多くの組み合わせがある。   For this reason, a DC arc test simulating a lightning strike on an overhead ground wire has been performed. According to the lightning observation examples so far, the current peak value is about 1 to 100 kA, the duration is about 10 to 200,000 μs (200 ms), and the amount of electricity is about 0.1 to 1,000 C. Wide range of values. In addition, most summer lightnings are negative, whereas winter lightnings are about 10-30% positive. On the other hand, there are many combinations of parameters such as the size and number of strands of the overhead ground wire because they are determined according to the usage of the overhead ground wire.

このため、多くの種類の架空地線に対して様々なパラメータ条件の直流アーク試験を行うには多額の費用が必要になり、また多大の時間を要するという問題がある。   For this reason, in order to perform the DC arc test of various parameter conditions with respect to many types of overhead ground wires, there is a problem that a large amount of money is required and a long time is required.

かかる問題は、上述の如き直流アーク試験のシミュレーション手法を確立することができれば解決し得ると考えられるが、かかるシミュレーション手法の確立には、アークから架空地線への伝熱量による影響を正確にシミュレートすることが肝要である。   Such a problem can be solved if the simulation method of the DC arc test as described above can be established. However, in order to establish such a simulation method, the effect of heat transfer from the arc to the overhead ground wire is accurately simulated. It is important to

一方、サージ性電流による架空地線の素線溶融に関する考察を開示する公知文献として非特許文献1が、また耐雷電線に関する技術を開示する公知文献として特許文献1〜特許文献3が存在する。   On the other hand, there are Non-Patent Document 1 as a publicly-known document disclosing a consideration regarding strand melting of an overhead ground wire due to a surge current, and Patent Documents 1 to 3 as publicly-known literatures disclosing techniques related to lightning-resistant electric wires.

特開平05−62552号公報JP 05-62552 A 特開平07−57544号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-57544 特開2008−251267号公報JP 2008-251267 A

鬼頭,水野:「サージ性電流による架空地線の素線溶融についての実験的考察」,電気学会論文誌B,108巻,12号,pp.577-584(1988)Kito, Mizuno: "Experimental study on wire melting of overhead ground wire by surge current", IEEJ Transactions B, 108, 12, pp.577-584 (1988)

非特許文献1では、アークからGWへの伝熱量として、電子輸送による伝熱量のみを想定している(第581頁の式(1)および(2)参照)。また、特許文献1〜特許文献3においては、架空地線への伝熱量に関しては言及されていない。ただ、何れにしても、電子輸送による伝熱量のみの想定では伝熱量を正確に反映することができないと考えられる。   In Non-Patent Document 1, only the heat transfer amount by electron transport is assumed as the heat transfer amount from the arc to the GW (see equations (1) and (2) on page 581). Moreover, in patent document 1-patent document 3, it is not mentioned regarding the amount of heat transfer to an overhead ground wire. However, in any case, it is considered that the amount of heat transfer cannot be accurately reflected by assuming only the amount of heat transfer by electron transport.

さらに、非特許文献1および特許文献1〜特許文献3おいて、架空地線の溶融量は通過電気量のみの関数として評価されているが、充分ではない。これまでの実験結果では、通過電気量が同じ場合でもアーク電流が異なると架空地線の溶融量が異なることがあるからである。   Furthermore, in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 to 3, the melting amount of the overhead ground wire is evaluated as a function of only the passing electricity amount, but it is not sufficient. This is because, in the experimental results so far, even when the passing electricity amount is the same, the melting amount of the overhead ground wire may be different if the arc current is different.

本発明は、上記従来技術に鑑み、GWに対する雷撃を模擬して行う直流アーク試験をシミュレートするための直流アーク試験のシミュレーション方法、シミュレーターおよびシミュレーションソフトウェアーを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a DC arc test simulation method, a simulator, and simulation software for simulating a DC arc test performed by simulating a lightning strike on a GW.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、
所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に、直流アークによるアーク電流を供給して雷撃を模擬した試験である直流アーク試験をシミュレートする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法であって、
前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を、前記架空地線に供給される直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の材質を含む架空地線条件とに基づく電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量との和により演算することを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法にある。
The first aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
DC arc test for an overhead ground wire that simulates a lightning strike by simulating a lightning strike by supplying an arc current from a DC arc to an overhead ground wire that is fixed at both ends with a predetermined tension applied The simulation method of
The total amount of heat transferred to the overhead ground wire by the direct current arc, the arc current of the direct current arc supplied to the overhead ground wire, the arc conditions including the supply time of the arc current, the size of the overhead ground wire and the strand This is a DC arc test simulation method for an overhead ground wire, which is calculated by the sum of the heat transfer amount by electron transport and the heat transfer amount by convective heat transfer based on the overhead ground wire condition including the material of the ground.

本態様によれば、架空地線への全伝熱量を、電子輸送による伝熱量のみならず対流熱伝達による伝熱量も考慮したものとすることができる。すなわち、従来は、主にアーク電流の時間積分(通過電気量)で評価していたが、本態様によればアーク電流に基づく溶融量で評価することになり、その分正確な評価を行うことができる。これは後述するように所定の直流アーク実験により確認された。   According to this aspect, the total heat transfer amount to the overhead ground wire can be considered not only the heat transfer amount by electron transport but also the heat transfer amount by convective heat transfer. That is, in the past, the evaluation was mainly based on the time integration of the arc current (the amount of electricity passed), but according to this aspect, the evaluation is based on the melting amount based on the arc current, and an accurate evaluation is made accordingly. Can do. This was confirmed by a predetermined DC arc experiment as will be described later.

本発明の第2の態様は、
第1の態様に記載する直流アーク試験のシミュレーション方法において、
前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を前記全伝熱量に基づき演算して前記時間と前記アーク電流との関係で表わされる架空地線の溶融特性を求めることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法にある。
The second aspect of the present invention is:
In the DC arc test simulation method described in the first aspect,
Calculating the relationship between the time until the aerial ground wire is melted by a predetermined amount and the arc current based on the total heat transfer amount to obtain the melting characteristics of the aerial ground wire represented by the relationship between the time and the arc current. It is in the simulation method of the DC arc test for the characteristic overhead ground wire.

本態様によれば、前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を正確にシミュレートすることができる。   According to this aspect, it is possible to accurately simulate the relationship between the arc current and the time until the predetermined amount of the overhead ground wire melts.

本発明の第3の実施の形態は、
第1または第2の態様に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法において、
前記対流熱伝達による伝熱量は、前記架空地線に対しギャップを介して相対向させた対向電極から前記架空地線に向けて噴出されるアークジェットに基づくもので、所定の熱伝達係数、前記架空地線の外周面において前記直流アークが接触している領域の面積である伝熱面積および前記直流アークと前記架空地線の表面との温度差の積により求めるとともに、
前記伝熱面積は前記直流アークのアーク電流、前記架空地線の材質により変化させるようにしたことを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法にある。
The third embodiment of the present invention
In the simulation method of the DC arc test for the overhead ground wire described in the first or second aspect,
The amount of heat transfer by the convective heat transfer is based on an arc jet ejected from the counter electrode opposed to the overhead ground wire through a gap toward the overhead ground wire, and has a predetermined heat transfer coefficient, While obtaining by the product of the heat transfer area which is the area of the area where the DC arc is in contact with the outer peripheral surface of the overhead ground wire and the temperature difference between the DC arc and the surface of the overhead ground wire,
In the simulation method of the DC arc test for the overhead ground wire, the heat transfer area is changed depending on the arc current of the DC arc and the material of the overhead ground wire.

本態様によれば、対流熱伝導による伝熱量を、熱伝達係数、伝熱面積および温度差により求めるとともに、伝熱面積を直流アークのアーク電流および架空地線の材質により変化させるようにしたので、アーク電流および架空地線の材質により変化するパラメータとしての正確な伝熱面積を使用してその分正確な溶融特性を求めることができる。   According to this aspect, the amount of heat transfer by convective heat conduction is obtained from the heat transfer coefficient, heat transfer area, and temperature difference, and the heat transfer area is changed depending on the arc current of the DC arc and the material of the overhead ground wire. By using the accurate heat transfer area as a parameter that varies depending on the arc current and the material of the overhead ground wire, it is possible to obtain an accurate melting characteristic accordingly.

本発明の第4の態様は、
所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に直流アークを接触させて雷撃を模擬した直流アーク試験をシミュレートするための架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターであって、
試料となる架空地線に供給される直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の材質を含む架空地線条件を設定するパラメータ設定部と、
前記パラメータ設定部に設定した各パラメータに基づき、電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを演算するとともに、両者を加算して前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を演算する演算部とを有することを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにある。
The fourth aspect of the present invention is:
A DC arc test simulator for an overhead ground wire for simulating a direct current arc test simulating a lightning strike by bringing a DC arc into contact with an overhead ground wire fixed at both ends with a predetermined tension applied. ,
Parameter setting to set the arc current including the arc current of the DC arc supplied to the sample ground wire, the arc current supply time, and the size of the overhead wire and the material of the wire And
Based on the parameters set in the parameter setting unit, the amount of heat transferred by electron transport and the amount of heat transferred by convective heat transfer are calculated, and both are added to calculate the total amount of heat transferred to the overhead ground wire by the DC arc. And a direct current arc test simulator for an overhead ground wire.

本態様によれば、架空地線への全伝熱量を、電子輸送による伝熱量のみならず対流熱伝達による伝熱量も考慮したものとすることができる。すなわち、従来は、主にアーク電流の時間積分(通過電気量)で評価していたが、本態様によればアーク電流に基づく溶融量で評価することになり、その分正確な溶融特性を求めることができる。   According to this aspect, the total heat transfer amount to the overhead ground wire can be considered not only the heat transfer amount by electron transport but also the heat transfer amount by convective heat transfer. That is, in the past, the evaluation was mainly based on the time integration of the arc current (the amount of electricity passed). However, according to this aspect, the evaluation is based on the melting amount based on the arc current, and an accurate melting characteristic is obtained accordingly. be able to.

本発明の第5の態様は、
第4の態様に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにおいて、
前記演算部は、前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を前記全伝熱量に基づき演算して前記時間と前記アーク電流との関係で表わされる架空地線の溶融特性を求めるものであることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにある。
According to a fifth aspect of the present invention,
In the simulator of the DC arc test for the overhead ground wire described in the fourth aspect,
The calculation unit calculates a relationship between the arc current and a time until the overhead ground wire is melted by a predetermined amount based on the total heat transfer amount, and melts the overhead ground wire represented by the relationship between the time and the arc current. It is a simulator for DC arc test on overhead ground wire, which is characterized by characteristics.

本態様によれば、前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を正確に再現できる。   According to this aspect, it is possible to accurately reproduce the relationship between the arc current and the time until the overhead ground wire melts by a predetermined amount.

本発明の第6の態様は、
第4または第5の態様に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにおいて、
前記演算部は、前記対流熱伝達による伝熱量を、前記対向電極から前記架空地線に向けて噴出されるアークジェットに基づくもので、所定の熱伝達係数、前記架空地線の外周面において前記直流アークが接触している領域の面積である伝熱面積および前記直流アークと前記架空地線の表面との温度差の積により演算するとともに、
前記伝熱面積は前記アーク電流、前記架空地線の材質の関数として演算するものであることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにある。
The sixth aspect of the present invention is:
In the simulator of the DC arc test for the overhead ground wire described in the fourth or fifth aspect,
The calculation unit is based on an arc jet ejected from the counter electrode toward the aerial ground wire, and the heat transfer amount due to the convective heat transfer is determined at a predetermined heat transfer coefficient, the outer peripheral surface of the aerial ground wire. While calculating by the product of the heat transfer area which is the area of the area where the DC arc is in contact and the temperature difference between the DC arc and the surface of the overhead ground wire,
The heat transfer area is calculated as a function of the arc current and the material of the overhead ground wire, and is in a DC arc test simulator for the overhead ground wire.

本態様によれば、対流熱伝導による伝熱量を、熱伝達係数、伝熱面積および温度差により求めるとともに、伝熱面積を直流アークのアーク電流および架空地線の材質により変化させるようにしたので、アーク電流および架空地線の材質により変化するパラメータとしての正確な伝熱面積を使用してその分正確な溶融特性を求めることができる。   According to this aspect, the amount of heat transfer by convective heat conduction is obtained from the heat transfer coefficient, heat transfer area, and temperature difference, and the heat transfer area is changed depending on the arc current of the DC arc and the material of the overhead ground wire. By using the accurate heat transfer area as a parameter that varies depending on the arc current and the material of the overhead ground wire, it is possible to obtain an accurate melting characteristic accordingly.

本発明の第7の態様は、
所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に、直流アークによるアーク電流を供給して雷撃を模擬した試験である直流アーク試験をシミュレートする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーションソフトウェアーであって、
設定された直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の種類を含む架空地線条件とに基づき電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを演算するステップと、
電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを加算して前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を演算するステップとをコンピューターに演算させることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーションソフトウェアーにある。
The seventh aspect of the present invention is
DC arc test for an overhead ground wire that simulates a lightning strike by simulating a lightning strike by supplying an arc current from a DC arc to an overhead ground wire that is fixed at both ends with a predetermined tension applied Simulation software,
Heat transfer amount and convective heat transfer by electron transport based on the arc conditions including the set direct current arc current, the arc current supply time, and the overhead ground wire conditions including the size of the overhead ground wire and the type of wire. A step of calculating the amount of heat transfer due to,
A step of calculating a total amount of heat transfer to the overhead ground wire by the DC arc by adding the amount of heat transfer by electron transport and the heat transfer amount by convective heat transfer; Located in arc test simulation software.

本態様によれば、設定されたアーク条件と、架空地線条件とに基づき、架空地線への全伝熱量を、電子輸送による伝熱量のみならず対流熱伝達による伝熱量も考慮した演算を行うソフトウェアーとなる。すなわち、従来は、主にアーク電流の時間積分(通過電気量)で評価していたが、本態様によればアーク電流に基づく溶融量で評価することになり、その分正確な評価を可能とする演算を行うことができる。   According to this aspect, based on the set arc conditions and overhead ground wire conditions, the total heat transfer amount to the overhead ground wire is calculated in consideration of not only the heat transfer amount by electron transport but also the heat transfer amount by convective heat transfer. It becomes software to do. That is, in the past, the evaluation was mainly based on the time integral of the arc current (the amount of electricity passed). However, according to this aspect, the evaluation is based on the melting amount based on the arc current, and an accurate evaluation can be made accordingly. Can be performed.

本発明によれば、対流熱伝達による伝熱量を考慮することにより、架空地線の溶融量が通過電気量だけではなくアーク電流にも依存するという実験結果を再現できるばかりでなく、種々のアーク条件や架空地線条件を考慮したシミュレーションを行うことができるので、直流アーク試験の合理的な遂行、架空地線の設計の適正化や開発コストの低減、実線路への適用検討時の支援などに大いに貢献させることができる。ちなみに、架空地線への雷撃時の溶融特性を把握するためには,多くの種類の架空地線に対して、様々な条件の直流アーク試験を行う必要があり、それには多額の費用が必要となる。   According to the present invention, by considering the amount of heat transfer by convective heat transfer, it is possible not only to reproduce the experimental result that the melting amount of the overhead ground wire depends not only on the passing electricity amount but also on the arc current, as well as various arcs. Since simulations can be performed in consideration of conditions and overhead ground wire conditions, rational execution of DC arc tests, optimization of overhead ground wire design and reduction of development costs, support when considering application to actual lines, etc. Can greatly contribute to. By the way, in order to grasp the melting characteristics during lightning strikes on overhead ground wires, it is necessary to perform DC arc tests on various types of overhead ground wires, which requires a large amount of cost. It becomes.

雷撃を模擬した直流アーク試験を行うための試験装置を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the test apparatus for performing the direct-current arc test which simulated the lightning strike. 本実施の形態に係るシミュレーション方法の概略の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the general | schematic procedure of the simulation method which concerns on this Embodiment. 本発明の実施の形態に係るシミュレーターを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the simulator which concerns on embodiment of this invention. 実際のOPGWの一例を示す断面図(a)と、これを模擬したOPGWの断面図(b)である。It is sectional drawing (a) which shows an example of actual OPGW, and sectional drawing (b) of OPGW which simulated this. 実際のOPGWの他の例を示す断面図(a)と、これを模擬したOPGWの断面図(b)である。It is sectional drawing (a) which shows the other example of actual OPGW, and sectional drawing (b) of OPGW which simulated this. OPGWに接触するアークの種々の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the various aspects of the arc which contacts OPGW. 本発明の実施の形態に係るシミュレーターでの演算結果によるアーク電流−時間特性の一例を実験結果とともに示すグラフである。It is a graph which shows an example of the arc current-time characteristic by the calculation result in the simulator which concerns on embodiment of this invention with an experimental result. 本発明の実施の形態に係るシミュレーターでの演算結果によるアーク電流−時間特性の他の例を実験結果とともに示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the arc current-time characteristic by the calculation result in the simulator which concerns on embodiment of this invention with an experimental result.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本形態では試料をOPGWとした場合に関して説明するが、勿論これに限定するものではない。OPGWではない通常のGWでも構わない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the sample is OPGW will be described, but the present invention is not limited to this. A normal GW that is not an OPGW may be used.

図1は雷撃を模擬した直流アーク試験を行うための試験装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該試験装置は、試料であるOPGW1と課電側である電源に接続されている鉄製丸棒の対向電極2との間に細銅線を張り、そこに試験電流を通電することにより溶断発弧させる。ここで、OPGW1と対向電極2との間のギャップ長Lgapは50〜1500mm程度である。また、OPGW1は、その両端部を碍子3,4を介して実線路とほぼ同じ張力でコンクリートブロック5,6の間に架線されている。このときの張力は張力計7で計測するようになっている。 FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a test apparatus for performing a DC arc test simulating lightning strike. As shown in the figure, the test apparatus stretches a thin copper wire between the sample OPGW1 and the counter electrode 2 of the iron round bar connected to the power source on the power application side, and supplies the test current there. Fusing and igniting by energizing. Here, the gap length L gap between the OPGW 1 and the counter electrode 2 is about 50 to 1500 mm. Further, the OPGW 1 is bridged between the concrete blocks 5 and 6 at both ends with insulators 3 and 4 with substantially the same tension as the actual line. The tension at this time is measured by a tensiometer 7.

OPGW1の表面の一部はビニルテープ9,10で覆われている。これは、対向電極2とOPGW1との間に形成されるOPGW1の近傍のアーク11がOPGW1に接触して新たにアークスポットを形成し、OPGW1の軸方向に移動する現象を抑制するためである。すなわち、OPGW1には、ビニルテープ9,10を巻回して絶縁することによりOPGW1の表面を露出させた領域である露出部分12がビニルテープ9,10の間に形成されている。ここで、露出部分12の軸方向における長さである露出長Lexは、例えば20〜40mm程度が好適である。また、電磁力によりアーク11がOPGW1の軸方向に容易に移動しないように、接地側の電流をほぼ均等に分流させている。電源としては短絡発電機および整流器などを用いており、交流電流を三相全波整流して直流電流を発生させている。なお、図中の矢印DCAは直流電源の課電側に、またDCCは直流電源の接地側にそれぞれ接続されることを示している。 A part of the surface of the OPGW 1 is covered with vinyl tapes 9 and 10. This is to suppress the phenomenon that the arc 11 in the vicinity of OPGW 1 formed between the counter electrode 2 and OPGW 1 comes into contact with OPGW 1 to newly form an arc spot and moves in the axial direction of OPGW 1. That is, the exposed portion 12, which is a region where the surface of the OPGW 1 is exposed by winding and insulating the vinyl tapes 9 and 10, is formed between the vinyl tapes 9 and 10. Here, the exposed length L ex is the length in the axial direction of the exposed portion 12, for example, about 20~40mm are preferred. Further, the current on the ground side is divided almost evenly so that the arc 11 does not easily move in the axial direction of the OPGW 1 due to electromagnetic force. As a power source, a short-circuit generator and a rectifier are used, and a direct current is generated by three-phase full-wave rectification of an alternating current. Note that an arrow DC A in the figure indicates that the DC power source is connected to the charging side, and DC C is connected to the ground side of the DC power source.

図2は本実施の形態に係るシミュレーション方法の概略の手順を示すフロー図である。同図に示すように、本形態に係るシミュレーション方法では、アーク条件(アーク電流,アークが持続する時間,極性,ギャップ長など)とOPGW条件(OPGW1のサイズ(線径),素線の種類・本数など)を設定することにより、アーク条件およびOPGW条件を用いてアーク11からOPGW1への伝熱量および伝熱面積を予測し、OPGW1の溶融量を計算する。ここで、伝熱量とはアーク11からOPGW1に注入されるアーク11の熱量であり、伝熱面積とはOPGW1の表面においてアーク11が接触する部分の面積であり、アーク11の熱量が注入される領域の面積である。   FIG. 2 is a flowchart showing a schematic procedure of the simulation method according to the present embodiment. As shown in the figure, in the simulation method according to the present embodiment, arc conditions (arc current, arc duration, polarity, gap length, etc.) and OPGW conditions (OPGW1 size (wire diameter), strand type, By setting the arc number and the OPGW condition, the heat transfer amount and the heat transfer area from the arc 11 to the OPGW 1 are predicted, and the melting amount of the OPGW 1 is calculated. Here, the heat transfer amount is the heat amount of the arc 11 injected from the arc 11 to the OPGW 1, and the heat transfer area is the area of the portion where the arc 11 contacts on the surface of the OPGW 1, and the heat amount of the arc 11 is injected. The area of the region.

図3は、図2に示すシミュレーション方法を具体的に実現するシミュレーターを示すブロック図である。同図に示すように、当該シミュレーターは、パラメータ設定部21、演算処理部22および表示部23を有している。パラメータ設定部21は、アーク条件設定部21AおよびOGW条件設定部21Bからなる。アーク条件設定部21Aには、アーク電流IDC,アーク電流IDCが供給されている時間,アークの極性(これは雷の極性を模擬したものである),ギャップ長Lgapなどのアーク条件が、OPGW条件設定部21BにはOPGW1のサイズ(線径),OPGW1の素線の種類(材質)・本数などのOPGW条件に関連するパラメータが設定される。 FIG. 3 is a block diagram showing a simulator that specifically realizes the simulation method shown in FIG. As shown in the figure, the simulator has a parameter setting unit 21, an arithmetic processing unit 22, and a display unit 23. The parameter setting unit 21 includes an arc condition setting unit 21A and an OGW condition setting unit 21B. The arc condition setting unit 21A has arc conditions such as the arc current I DC , the time during which the arc current I DC is supplied, the arc polarity (which simulates the polarity of lightning), and the gap length L gap. In the OPGW condition setting unit 21B, parameters related to OPGW conditions such as the size (wire diameter) of OPGW1, the type (material) and the number of strands of OPGW1 are set.

演算処理部22は、伝熱量演算部22A、伝熱面積演算部22Bおよび溶融量演算部22Cを有している。   The calculation processing unit 22 includes a heat transfer amount calculation unit 22A, a heat transfer area calculation unit 22B, and a melt amount calculation unit 22C.

伝熱量演算部22Aはパラメータ設定部21に設定された各パラメータに基づきアーク11からOPGW1への全伝熱量Ptotalを演算する。全伝熱量Ptotalは、本形態では、電子輸送による伝熱量Peleと、対流熱伝達による伝熱量Pcondとの和として処理している。すなわち、全伝熱量Ptotalは次式(1)で表される。 The heat transfer amount calculation unit 22A calculates the total heat transfer amount P total from the arc 11 to the OPGW 1 based on each parameter set in the parameter setting unit 21. In this embodiment, the total heat transfer amount P total is processed as the sum of the heat transfer amount P ele due to electron transport and the heat transfer amount P cond due to convective heat transfer. That is, the total heat transfer amount P total is expressed by the following formula (1).

上式(1)における伝熱量Peleの中には、電極降下電圧(陰極降下電圧,陽極降下電圧)、仕事関数に起因する熱量、電子のエンタルピー輸送に起因する熱量が含まれており、OPGW1の極性により異なり次式(2)、(3)のように表される。 The heat transfer amount P ele in the above formula (1) includes the electrode drop voltage (cathode drop voltage, anode drop voltage), the heat amount due to the work function, and the heat amount due to the enthalpy transport of electrons. Depending on the polarity, the following expressions (2) and (3) are used.

ここで、PcおよびPaは、それぞれ陰極降下電圧Vcおよび陽極降下電圧Vaに起因する熱量、Pwは仕事関数Vwに起因する熱量、Ptは電子のエンタルピー輸送に起因する熱量である。Pc,PaおよびPwは,それぞれ,Vc,VaおよびVwにアーク電流IDCを乗じた値である。また,Ptは次式(4)のVtとアーク電流IDCとの積で表される。 Here, P c and P a are the amount of heat caused by the cathode drop voltage V c and the anode drop voltage V a , respectively, P w is the amount of heat caused by the work function V w , and P t is the amount of heat caused by the enthalpy transport of electrons. It is. P c , P a and P w are values obtained by multiplying V c , V a and V w by the arc current I DC , respectively. P t is expressed by the product of V t and arc current I DC in the following equation (4).

ここで、TarcはOPGW1び近傍のアークの温度[K]である。 Here, T arc is the temperature [K] of the arc near OPGW1.

これらの各種電圧値Vc,Va,VwおよびVtは電極材質や雰囲気ガスにより異なる。一方、アーク11に触れるOPGW1の最外層は、通常アルミ覆鋼線であるため、上記各種電圧値Vc,Va,VwおよびVtとしては、表1に示すような、電極材質がアルミニウムまたは鉄、雰囲気ガスが空気の場合の文献値を用いることができる。
These various voltage values V c , V a , V w and V t differ depending on the electrode material and the atmospheric gas. On the other hand, since the outermost layer of OPGW 1 that touches the arc 11 is usually an aluminum-clad steel wire, the various voltage values V c , V a , V w, and V t are such that the electrode material is aluminum as shown in Table 1. Alternatively, literature values in the case where iron and the atmospheric gas are air can be used.

なお、上記Vtについては、例えば、文献1(岩田,田中,池田,合田:「50kA級長ギャップ交流大電流アークにおけるアークジェット部の温度特性(その2)−鉄電極から噴出するアークジェットの温度とエネルギー密度−」,電力中央研究所報告 研究報告No.W00026(2001))で報告されている温度の電流や電極材質などへの依存性を考慮して式(4)を用いて求めた。 It should be noted that the above V t, for example, Document 1 (Iwata, Tanaka, Ikeda, Goda: "50kA head of class temperature characteristics of the arc jet unit in the gap alternating high current arc (Part 2) - the temperature of the arc jet ejected from the iron electrode And energy density-", calculated by the formula (4) in consideration of the dependence of temperature on the current and electrode material reported in the Research Report No. W00026 (2001)).

ここで、PeleをIDCで除した値をVeleとすると、Veleは式(2)および式(3)に基づき次式(5)、(6)のように表される。 Here, assuming that a value obtained by dividing P ele by I DC is V ele , V ele is expressed by the following equations (5) and (6) based on equations (2) and (3).

これらの式を用いて算出したVeleは、表1に示すように、OPGWの材質および極性により異なる。 As shown in Table 1, V ele calculated using these equations varies depending on the material and polarity of OPGW.

一方、式(1)における対流熱伝達による伝熱量Pcondは、対向電極(図1参照)から噴射する高温・高圧のアークジェットに起因するものであり、熱伝達係数h、伝熱面積Sおよびアーク11とOPGW1の表面との温度差の積として次式(7)により求めることができる。 On the other hand, the heat transfer amount P cond by convective heat transfer in the equation (1) is caused by a high-temperature / high-pressure arc jet injected from the counter electrode (see FIG. 1), and has a heat transfer coefficient h, a heat transfer area Sh. And the product of the temperature difference between the arc 11 and the surface of the OPGW 1 can be obtained by the following equation (7).

ここで、hは熱伝達係数[W/m/K]である。具体的には、次式(8)のように表される。 Here, h is a heat transfer coefficient [W / m 2 / K]. Specifically, it is expressed as the following formula (8).

ここで、κはアークの熱伝導率[W/m/K]である。DはOPGW1の代表寸法[m]であり、ここではOPGW1の直径とした。また、Nuはヌセルト数であり、熱伝達の様相により異なる値を示し、各種実験式が提案されている。ここでは、対向電極2から噴出するアークジェットが円柱状のOPGW1に衝突することから、「衝突噴流による熱伝達」を想定した。この場合のNuは,ギャップ長Lgap,対向電極2の直径dなどの条件により異なり、プラントル数Prおよびレイノルズ数Reを用いて次式(9),(12)のように表される。 Here, κ is the thermal conductivity [W / m / K] of the arc. D is the representative dimension [m] of OPGW1, and here is the diameter of OPGW1. Nu is the Nusselt number and shows a different value depending on the aspect of heat transfer, and various empirical formulas have been proposed. Here, since the arc jet ejected from the counter electrode 2 collides with the cylindrical OPGW 1, “heat transfer by the collision jet” was assumed. In this case, Nu varies depending on conditions such as the gap length L gap and the diameter d of the counter electrode 2, and is expressed by the following equations (9) and (12) using the Prandtl number Pr and the Reynolds number Re.

ここで、Cは次式(10),(11)の通りである。   Here, C is represented by the following equations (10) and (11).

なお、PrおよびReは次式のように表される。   Note that Pr and Re are expressed as follows.

ここで、cp,μ,ρおよびvは、それぞれ、アークの定圧比熱[J/kg/K]、粘性[kg/m/s]、質量密度[kg/m]および流速[m/s]である。これらの値およびκについては、前記文献1を参考にしてそれぞれ計算することができる。 Here, c p , μ, ρ and v are constant pressure specific heat [J / kg / K], viscosity [kg / m / s], mass density [kg / m 3 ] and flow velocity [m / s], respectively. ]. About these values and (kappa), it can each calculate with reference to the said literature 1.

また、上式(7)中、Sは伝熱面積[m]で、アーク電流IDCの密度JAl、JFeが材質(アルミニウム(Al)および鉄(Fe))ごとに一定であるため、アーク電流IDCの関数として次式(15)で表される。 In the above formula (7), the S h in the heat transfer area [m 2], the density J Al arc current I DC, J Fe is constant for each material (aluminum (Al) and iron (Fe)) Therefore, as represented by the following formula (15) as a function of arc current I DC.

すなわち、本形態において、伝熱面積Sは、文献2(合田,岩田,池田,田中:「50kA級長ギャップ大電流アークジェットの様相―アークジェットの直径および電圧特性―」,電力中央研究所報告 研究報告No.W00034(2001))の電極端面におけるアーク直径を用いて電流密度一定(アルミニウムおよび鉄の電極端面の電流密度はそれぞれ60.0A/mmおよび33.8A/mmであり、これらの極性効果はない)として算出し、OPGW1の露出部分12(図1参照)の面積以下とした。すなわち、OPGW1の外周面に対する前記アークの接触面積と露出部分12の面積のうち小さい方を選択して使用している。 That is, in this embodiment, the heat transfer area S h in the literature 2 (Goda, Iwata, Ikeda, Tanaka: "50kA head of class gap large current arc jet aspects - arc jet diameter and voltage characteristics -", Central Research Institute of Electric Power Report The current density is constant using the arc diameter at the electrode end face of Research Report No. W00034 (2001) (the current densities of the aluminum and iron electrode end faces are 60.0 A / mm 2 and 33.8 A / mm 2 , respectively) And the area of the exposed portion 12 (see FIG. 1) of OPGW1 is equal to or less. That is, the smaller of the contact area of the arc with the outer peripheral surface of the OPGW 1 and the area of the exposed portion 12 is selected and used.

さらに、上式(7)中、TOPGWはOPGW1の表面の温度である。これは、アーク発生前は室温(300K)でアーク発生中は融点付近とも考えられるが、ここでは、Pcondの最大値を把握するために300Kとした。なお、TOPGWを融点とした場合のPcondは、300Kの場合よりも1〜2割程度少ない。上式(15)に基づく伝熱面積Sの演算は、本形態の場合、伝熱面積演算部22Bで実行する。 Further, in the above formula (7), T OPGW is the temperature of the surface of OPGW1. This is considered to be near the melting point during the arc generation at room temperature (300 K) before the arc is generated, but here it is set to 300 K in order to grasp the maximum value of P cond . Note that P cond when TOPGW is the melting point is about 10 to 20% less than that of 300K. Calculation of heat transfer area S h based on the above equation (15) in the case of the present embodiment is performed in the heat transfer area calculation unit 22B.

伝熱量演算部22Aは、上記式(2)〜(6)に基づいて電子輸送による伝熱量Peleを演算するとともに、上記式(7)〜(14)に基づいて対流熱伝達による伝熱量Pcondを演算し、両者の和として式(1)に基づき全伝熱量Ptotalを演算する。これは、アーク11からOPGW1に注入される全熱量である。 The heat transfer amount calculation unit 22A calculates the heat transfer amount P ele by electron transport based on the above formulas (2) to (6), and the heat transfer amount P by convective heat transfer based on the above formulas (7) to (14). cond is calculated, and the total heat transfer amount Ptotal is calculated based on Expression (1) as the sum of the two. This is the total amount of heat injected from the arc 11 into the OPGW 1.

溶融量演算部22Cは、パラメータ設定部21に設定されている所定のパラメータを参照し、全伝熱量Ptotalと伝熱面積Sの情報からOPGW31の溶融量を演算して所定の溶融特性を求める。さらに詳言すると、OPGW31の素線が溶融するために必要なエネルギーは、室温から融点まで上昇するためのエネルギーと、融点到達後に完全溶融に至るまでのエネルギーとの和である。ここで、室温は300Kとしている。前者については、素線の材質(アルミニウム,鉄)の比熱および質量密度を用いて演算可能である。この場合の比熱は温度により変化するが、本形態では計算の簡略化のため、室温時と融点時の平均値とする。また、後者については,素線の材質の質量密度および溶融潜熱を用いて演算可能である。 Melting amount calculation unit 22C refers to the predetermined parameters set in the parameter setting unit 21, a predetermined melting characteristics by calculating the amount of melting of OPGW31 from information Zenden heat P total and the heat transfer area S h Ask. More specifically, the energy required for melting the strand of OPGW31 is the sum of the energy required to rise from room temperature to the melting point and the energy required until full melting after reaching the melting point. Here, the room temperature is 300K. The former can be calculated using the specific heat and mass density of the material of the wire (aluminum, iron). Although the specific heat in this case varies depending on the temperature, in this embodiment, the average value at room temperature and at the melting point is used to simplify the calculation. The latter can be calculated using the mass density of the material of the wire and the latent heat of fusion.

すなわち、単位体積当たりの溶融エネルギーである溶融エネルギー密度Eは次式(16)で表される。 That is, the melting energy density E m is the melting energy per unit volume is represented by the following formula (16).

ここで、E(Tm−300K)はOPGW1の素線が室温から融点まで上昇するために必要なエネルギー密度、Emlは溶融潜熱密度である。 Here, E (Tm-300K) is the energy density required for the strand of OPGW1 to rise from room temperature to the melting point, and E ml is the latent heat density.

したがって、アークにより溶融されるOPGW1の素線の溶融体積をV(m)とすると、この溶融体積Vは次式(17)で表される。 Therefore, if the melting volume of the strand of OPGW1 melted by the arc is V m (m 3 ), the melting volume V is expressed by the following equation (17).

ここで、Δtはアークの継続時間であるアーク時間である。       Here, Δt is an arc time which is a duration of the arc.

したがって、パラメータ設定部21に設定されたアーク時間Δtを、式(1)で求めたPtotalおよび式(16)で求めた溶融エネルギー密度Eとともに、上式(17)に代入することによりOPGW1の素線の溶融体積Vを演算することができ、この結果を利用することによりアーク電流IDCに対するOPGWの溶融特性を演算することができる。 Thus, the set arc time Δt to the parameter setting unit 21, together with the melting energy density E m obtained in the expression (1) P total and the formula (16) was obtained by substituting the above equation (17) OPGW1 can be calculated the melt volume V m of the strand, it is possible to calculate the melting characteristics of the OPGW for arc current I DC by using this result.

ここで、上述の如くOPGW1の溶融量を演算する際に留意すべき溶融体積Vについて説明しておく。 Description will now be made molten volume V m should be noted when calculating the amount of melting of as described above OPGW1.

溶融量演算部22Cにおける溶融量の演算においては、簡単のためOPGW1の実際の構造をこれと等価な構造に置換して模式化し、この模式化した構造で溶融体積Vを考える。具体的には、まず図4(a)および図5(a)に示すような実際のOPGW1の構造を、両図の(b)にそれぞれ示すように、扇形のセグメントを6個または円筒形状のセグメントを12個集合させて円形としたアルミニウム層31A,41Aとアルミニウム層31A,41Aの内周面に外周面が接するように組み合わせたOPGW31,41として構造を簡略化した。かかるOPGW31,41においては、アーク11からの伝熱量が、まずアルミニウム層31A,41A部分に注入されてOPGW31,41の周方向の部分が溶融され、除去された後に、下層の鉄層31B,41B部分にアーク11からの伝熱量が注入される。ここで、OPGW31,41の外径D1,D2はOPGD1の外径D1,D2と同等とし、またアルミニウム層31A,41A部分および鉄層31B,41B部分の断面積についても、それぞれ図4(a)および図5(a)のそれらと同等の値とした。ちなみに、図4(a)および図5(a)に示す例の場合、D1=11.5mm,D2=16mm、d1=3mm、d2=1.85mmである。 In the calculation of the melt amount in the melt amount calculation unit 22C, for the sake of simplicity, the actual structure of OPGW1 is replaced with a structure equivalent to this, and the melt volume V m is considered with this schematic structure. Specifically, first, the actual OPGW1 structure as shown in FIGS. 4A and 5A is constructed, and as shown in FIGS. The structure is simplified as OPGW 31 and 41 in which 12 segments are assembled to form a circular aluminum layer 31A and 41A and the outer peripheral surface in contact with the inner peripheral surface of the aluminum layers 31A and 41A. In such OPGWs 31 and 41, the heat transfer amount from the arc 11 is first injected into the aluminum layers 31A and 41A, and the circumferential portions of the OPGWs 31 and 41 are melted and removed, and then the lower iron layers 31B and 41B. The amount of heat transferred from the arc 11 is injected into the part. Here, the outer diameters D1 and D2 of the OPGWs 31 and 41 are equal to the outer diameters D1 and D2 of the OPGD1, and the cross-sectional areas of the aluminum layers 31A and 41A and the iron layers 31B and 41B are also shown in FIG. And it was set as the value equivalent to those of Fig.5 (a). Incidentally, in the example shown in FIGS. 4A and 5A, D1 = 11.5 mm, D2 = 16 mm, d1 = 3 mm, and d2 = 1.85 mm.

かかるOPGW31、41において溶融体積Vを考える。具体的には、OPGW31,41のアルミニウム層31A,41Aまたは鉄層31B,41Bの部分の厚みにアーク11の接触面積を乗じた体積を持つ部分が溶融した後は、別のエリアにアーク11が移動しそのエリア部分を溶融させるものと考えられる。アーク電流IDCやアーク時間が大きくアーク11からOPGW31への伝熱量が十分に大きい場合は、OPGW31の周方向のすべての素線が溶融することとなるが、本形態では、アーク11に触れやすい上半分(例えば、図4の場合は6本のうち3本、図5の場合は12本のうち6本)の素線の溶融量Rを計算した。ここで、OPGW31の最外層の半数の素線においてOPGWの軸方向のいずれかの場所が全量溶融する場合の溶融量Rを100%と定義した。 The melt volume V m is considered in the OPGWs 31 and 41. Specifically, after a portion having a volume obtained by multiplying the thickness of the aluminum layer 31A or 41A or the iron layer 31B or 41B of the OPGW 31 or 41 by the contact area of the arc 11 is melted, the arc 11 is formed in another area. It is thought to move and melt the area. If the arc current I DC and the arc heat transfer is sufficiently large from the time a large arc 11 to OPGW31 is the fact that all the wires in the circumferential direction of the OPGW31 melts, in this embodiment, easily touches the arc 11 The melting amount R m of the upper half (for example, 3 out of 6 wires in the case of FIG. 4 and 6 out of 12 wires in the case of FIG. 5) was calculated. Here, somewhere in wires of the outermost layer of half the axial OPGW of OPGW31 was defined as 100% melt volume R m in the case of the total amount the melt.

例えば、図6(a)に示すように、アーク電流IDCが小さい場合や、OPGW31、41の外径D1,D2が太い場合、アーク11の直径Φ1はOPGW31,41の半円周長よりも短くなることがある。このような場合には、図6(a)に示すような形状の部分が溶融し、それが溶融した後は、OPGW31、41の周方向にアーク11が移動して、また同様に同図のような形状の部分が溶融する。かくして、溶融部分のOPGW31,41の周方向の長さがOPGW31,41の半円周長Φ2(図6(b)参照)に達した場合の溶融量Rが100%となる。 For example, as shown in FIG. 6 (a), or when the arc current I DC is small, when the outer diameter D1, D2 of OPGW31,41 is thick, the diameter Φ1 of the arc 11 than half the circumferential length of OPGW31,41 May be shorter. In such a case, a portion having a shape as shown in FIG. 6A is melted, and after it has melted, the arc 11 moves in the circumferential direction of the OPGWs 31 and 41. Such a shape melts. Thus, the molten amount R m when the length in the circumferential direction of the OPGW31,41 molten part reaches a half circumferential length .phi.2 (see FIG. 6 (b)) of OPGW31,41 is 100%.

一方、アーク電流IDCが大きい場合や、OPGW31,41の外径が細い場合は、アーク直径がOPGW31,41の半円周長Φ2よりも長くなることがある。このとき、図6(b)に示すように、アーク面積がOPGW31,41の露出部分12の面積よりも小さい場合には、図6(b)に示すような形状の部分が溶融する。 On the other hand, or when the arc current I DC is large, when the outside diameter of the OPGW31,41 is thin, the arc diameter may become longer than the half circumference Φ2 of OPGW31,41. At this time, as shown in FIG. 6B, when the arc area is smaller than the area of the exposed portion 12 of the OPGWs 31 and 41, the portion having the shape as shown in FIG. 6B is melted.

さらに、図6(c)に示すように、アーク面積がOPGW31,41の露出部分12の面積よりも大きい場合には、図6(c)のような形状の部分が溶融する。   Furthermore, as shown in FIG. 6C, when the arc area is larger than the area of the exposed portion 12 of the OPGWs 31 and 41, the portion having the shape as shown in FIG. 6C is melted.

図6(b)または図6(c)のような形状の部分が全量溶融した場合に溶融量Rが100%となる。 Melting amount R m of 100% when shaped portion, such as shown in FIG. 6 (b) or FIG. 6 (c) is the total amount the melt.

本形態における溶融量演算部22Cは、上述の如き演算を行うことにより所定の溶融量R(例えば、40%、70%、100%)となるまでのアーク電流IDCに対する時間の関係を求める。 Melt quantity calculating unit 22C in this embodiment, the predetermined melt volume R m by performing such the above operations (e.g., 40%, 70%, 100%) determining the time relationship to the arc current I DC to the .

ここで、本形態では、これまでの雷の観測例を参考にしてアーク電流IDCを1〜100kA、これまでのOPGW1の直流アーク試験条件を参考にしてギャップ長Lgapを50mm〜1500mmと変化させた。具体的には、パラメータ設定部21に設定したギャップ長Lgapに関するパラメータを変化させた。 Here, in this embodiment, the arc current I DC is changed from 1 to 100 kA with reference to the lightning observation examples so far, and the gap length L gap is changed from 50 mm to 1500 mm with reference to the conventional DC arc test conditions of OPGW1. I let you. Specifically, the parameter relating to the gap length L gap set in the parameter setting unit 21 was changed.

表示部23は演算処理部22で所定の演算処理の結果得る溶融特性などを表示するものである。溶融特性は、例えば横軸にアーク電流IDCを採り、縦軸に所定の溶融量に至るまでの時間を採って両者の関係を表す特性図として表示される。 The display unit 23 displays melting characteristics and the like obtained as a result of predetermined calculation processing by the calculation processing unit 22. Melt properties, for example take the arc current I DC to the horizontal axis, the vertical axis represents the time until a predetermined melt volume is displayed as a plot illustrating the relationship between them.

本形態に係るシミュレーターによる計算結果に基づくアーク電流IDC−時間t特性(表示部23での表示例)を図7および図8に示す。図7はOPGW31が80mm(図4(a)に示す場合)のときの特性図、図8はOPGW31が140mm2(図5(a)に示す場合)のときの特性図である。これらは、OPGW31,41の溶融量Rが40%,70%および100%の場合の溶融時間tのアーク電流IDCへの依存性を示す計算結果である。比較のため、図7および図8には、通過電気量Qが100C,500Cおよび1000Cの場合の電流と時間の関係を破線で示した。 FIG. 7 and FIG. 8 show the arc current IDC -time t characteristics (display example on the display unit 23) based on the calculation result by the simulator according to the present embodiment. FIG. 7 is a characteristic diagram when OPGW31 is 80 mm 2 (in the case shown in FIG. 4A), and FIG. 8 is a characteristic diagram when OPGW31 is 140 mm 2 (in the case shown in FIG. 5A). These are the calculation results indicating the dependency of the melting amount of OPGW31,41 R m 40%, the arc current I DC of the melting time t in the case of 70% and 100%. For comparison, in FIG. 7 and FIG. 8, the relationship between current and time when the passing electric quantity Q is 100 C, 500 C, and 1000 C is indicated by a broken line.

図7および図8において、(a)はOPGW31が陰極、(b)は陽極の場合の結果である。   7 and 8, (a) shows the results when OPGW 31 is the cathode and (b) is the anode.

また、図7および図8におけるプロットは、図1に示す試験装置で直流アーク試験を行い、OPGW1が80mm2の場合の6本中3本、140mm2の場合の12本中6本が断線した場合の試験データである。なお、これらの試験では、OPGW1上の長手方向のアークの移動を抑制するために、OPGW1の表面にビニルテープ9,10を巻回し、アーク発生箇所付近のみを露出させている。すなわち、露出部分12を形成させている。 The plots in FIG. 7 and FIG. 8 are obtained by performing a DC arc test with the test apparatus shown in FIG. 1 and disconnecting 3 wires out of 6 when OPGW1 is 80 mm 2 and 6 wires out of 12 when 140 mm 2 . Test data. In these tests, in order to suppress the movement of the arc in the longitudinal direction on the OPGW 1, the vinyl tapes 9 and 10 are wound around the surface of the OPGW 1 to expose only the vicinity of the arc occurrence location. That is, the exposed portion 12 is formed.

本計算におけるこの露出部分の長さLexは各試験におけるそれと同等とした(図7:40mm、図8:20mm)。 The length L ex of the exposed portion in the present calculation was equivalent to that in each test (Figure 7: 40 mm, Figure 8: 20 mm).

図7および図8を参照すれば、次のことが分かる。まず、従来においては、溶融特性がGWまたはOPGWPの通過電気量で評価されていたが、この考えに基づけば、例えば図7(a)のプロットは、通過電気量一定の破線と平行に並ぶはずである。しかしながら、そのようになっておらず、むしろ実線の本計算結果の傾向と良く一致している。また、図7および図8のいずれの場合においても、OPGWが陽極時に比べて陰極時の方が、溶融に必要な時間が短い。これは、例えば全伝熱量Ptotalの極性効果に起因するためである。 Referring to FIGS. 7 and 8, the following can be understood. First, in the past, the melting characteristics were evaluated by the passing electricity quantity of GW or OPGWP. However, based on this idea, for example, the plot of FIG. 7A should be aligned in parallel with the broken electricity amount constant passage line. It is. However, it is not so, rather, it is in good agreement with the trend of this solid calculation result. Further, in either case of FIG. 7 or FIG. 8, the time required for melting is shorter when OPGW is the cathode than when OPGW is the anode. This is due to, for example, the polarity effect of the total heat transfer amount Ptotal.

さらに、シミュレーターによる計算結果とプロットから求められる試験データの溶融量Rに着目すると、いずれの場合でも、OPGW1が陰極時に比べて陽極時の場合の方が低めの値を示している。つまり、OPGWが陰極時に比べて陽極時の場合の方が、低めの溶融量Rで断線している。これは、材質がアルミニウムまたは鉄いずれの場合でも、陰極時に比べて陽極時の方がアークが移動しにくいため、低めの溶融量で断線したものと考えられる。以上の試験結果との比較により、本形態に係るシミュレーターによる計算結果の妥当性を確認できた。 Further, paying attention to the melting amount R m of test data obtained from the calculation results and plotted by simulator, in any case, it is more in the case of during anodic than that in the OPGW1 a cathode shows a lower value. In other words, towards the case at the anode OPGW is compared during cathode, it is disconnected at a lower melt volume R m. This is considered to be because the arc is less likely to move at the anode than at the cathode, regardless of whether the material is aluminum or iron. Comparison with the above test results confirmed the validity of the calculation results by the simulator according to this embodiment.

本発明は落雷により溶断する可能性がある架空地線を取り扱う産業分野において有効に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used in an industrial field that handles overhead ground wires that may be blown by lightning.

1 OPGW
2 対向電極
11 アーク
12 露出部分
21 パラメータ設定部
21A アーク条件設定部
21B OPGW条件設定部
22 演算処理部
22A 伝熱量演算部
22B 伝熱面積演算部
22C 溶融量演算部
1 OPGW
2 Counter electrode 11 Arc 12 Exposed portion 21 Parameter setting unit 21A Arc condition setting unit 21B OPGW condition setting unit 22 Arithmetic processing unit 22A Heat transfer amount calculation unit 22B Heat transfer area calculation unit 22C Melting amount calculation unit

Claims (7)

所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に、直流アークによるアーク電流を供給して雷撃を模擬した試験である直流アーク試験をシミュレートする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法であって、
前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を、前記架空地線に供給される直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の材質を含む架空地線条件とに基づく電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量との和により演算することを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法。
DC arc test for an overhead ground wire that simulates a lightning strike by simulating a lightning strike by supplying an arc current from a DC arc to an overhead ground wire that is fixed at both ends with a predetermined tension applied The simulation method of
The total amount of heat transferred to the overhead ground wire by the direct current arc, the arc current of the direct current arc supplied to the overhead ground wire, the arc conditions including the supply time of the arc current, the size of the overhead ground wire and the strand A simulation method of a DC arc test for an overhead ground wire, which is calculated by the sum of the heat transfer amount by electron transport and the heat transfer amount by convective heat transfer based on the overhead ground wire condition including the material of the ground.
請求項1に記載する直流アーク試験のシミュレーション方法において、
前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を前記全伝熱量に基づき演算して前記時間と前記アーク電流との関係で表わされる架空地線の溶融特性を求めることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法。
In the simulation method of the direct-current arc test according to claim 1,
Calculating the relationship between the time until the aerial ground wire is melted by a predetermined amount and the arc current based on the total heat transfer amount to obtain the melting characteristics of the aerial ground wire represented by the relationship between the time and the arc current. DC arc test simulation method for characteristic overhead ground wire.
請求項1または請求項2に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法において、
前記対流熱伝達による伝熱量は、前記架空地線に対しギャップを介して相対向させた対向電極から前記架空地線に向けて噴出されるアークジェットに基づくもので、所定の熱伝達係数、前記架空地線の外周面において前記直流アークが接触している領域の面積である伝熱面積および前記直流アークと前記架空地線の表面との温度差の積により求めるとともに、
前記伝熱面積は前記直流アークのアーク電流、前記架空地線の材質により変化させるようにしたことを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーション方法。
In the simulation method of the direct-current arc test with respect to the overhead ground wire of Claim 1 or Claim 2,
The amount of heat transfer by the convective heat transfer is based on an arc jet ejected from the counter electrode opposed to the overhead ground wire through a gap toward the overhead ground wire, and has a predetermined heat transfer coefficient, While obtaining by the product of the heat transfer area which is the area of the area where the DC arc is in contact with the outer peripheral surface of the overhead ground wire and the temperature difference between the DC arc and the surface of the overhead ground wire,
The method of simulating a DC arc test for an overhead ground wire, wherein the heat transfer area is changed according to an arc current of the DC arc and a material of the overhead ground wire.
所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に直流アークを接触させて雷撃を模擬した直流アーク試験をシミュレートするための架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターであって、
試料となる架空地線に供給される直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の材質を含む架空地線条件を設定するパラメータ設定部と、
前記パラメータ設定部に設定した各パラメータに基づき、電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを演算するとともに、両者を加算して前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を演算する演算部とを有することを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーター。
A DC arc test simulator for an overhead ground wire for simulating a direct current arc test simulating a lightning strike by bringing a DC arc into contact with an overhead ground wire fixed at both ends with a predetermined tension applied. ,
Parameter setting to set the arc current including the arc current of the DC arc supplied to the sample ground wire, the arc current supply time, and the size of the overhead wire and the material of the wire And
Based on the parameters set in the parameter setting unit, the amount of heat transferred by electron transport and the amount of heat transferred by convective heat transfer are calculated, and both are added to calculate the total amount of heat transferred to the overhead ground wire by the DC arc. And a DC arc test simulator for an overhead ground wire.
請求項4に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにおいて、
前記演算部は、前記架空地線が所定量溶融するまでの時間とアーク電流との関係を前記全伝熱量に基づき演算して前記時間と前記アーク電流との関係で表わされる架空地線の溶融特性を求めるものであることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーター。
In the simulator of the direct-current arc test for the overhead ground wire according to claim 4,
The calculation unit calculates a relationship between the arc current and a time until the overhead ground wire is melted by a predetermined amount based on the total heat transfer amount, and melts the overhead ground wire represented by the relationship between the time and the arc current. DC arc test simulator for aerial ground wire, characterized in that it requires characteristics.
請求項4または請求項5に記載する架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーターにおいて、
前記演算部は、前記対流熱伝達による伝熱量を、前記対向電極から前記架空地線に向けて噴出されるアークジェットに基づくもので、所定の熱伝達係数、前記架空地線の外周面において前記直流アークが接触している領域の面積である伝熱面積および前記直流アークと前記架空地線の表面との温度差の積により演算するとともに、
前記伝熱面積は前記アーク電流、前記架空地線の材質の関数として演算するものであることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーター。
In the simulator of the direct-current arc test for the overhead ground wire according to claim 4 or claim 5,
The calculation unit is based on an arc jet ejected from the counter electrode toward the aerial ground wire, and the heat transfer amount due to the convective heat transfer is determined at a predetermined heat transfer coefficient, the outer peripheral surface of the aerial ground wire. While calculating by the product of the heat transfer area which is the area of the area where the DC arc is in contact and the temperature difference between the DC arc and the surface of the overhead ground wire,
The simulator of a direct current arc test for an overhead ground wire, wherein the heat transfer area is calculated as a function of the arc current and the material of the overhead ground wire.
所定の張力が付与された状態で両端が固定されている架空地線に、直流アークによるアーク電流を供給して雷撃を模擬した試験である直流アーク試験をシミュレートする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーションソフトウェアーであって、
設定された直流アークのアーク電流、該アーク電流の供給時間を含むアーク条件と、前記架空地線のサイズおよび素線の種類を含む架空地線条件とに基づき電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを演算するステップと、
電子輸送による伝熱量と対流熱伝達による伝熱量とを加算して前記直流アークによる前記架空地線への全伝熱量を演算するステップとをコンピューターに演算させることを特徴とする架空地線に対する直流アーク試験のシミュレーションソフトウェアー。
DC arc test for an overhead ground wire that simulates a lightning strike by simulating a lightning strike by supplying an arc current from a DC arc to an overhead ground wire that is fixed at both ends with a predetermined tension applied Simulation software,
Heat transfer amount and convective heat transfer by electron transport based on the arc conditions including the set direct current arc current, the arc current supply time, and the overhead ground wire conditions including the size of the overhead ground wire and the type of wire. A step of calculating the amount of heat transfer due to,
A step of calculating a total amount of heat transfer to the overhead ground wire by the DC arc by adding the amount of heat transfer by electron transport and the heat transfer amount by convective heat transfer; Arc test simulation software.
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