報告書番号

SS24008

タイトル（和文）

配電線断線地点の風観測と広域的疲労評価のための風速推定手法の提案

タイトル（英文）

Wind observation at failure sites of distribution line conductor and wind speed estimation method for regional fatigue evaluation

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
配電線は，風による繰返し荷重を受けて疲労破断に至る場合がある．広域に敷設された多数の設備に対して効率的に断線対策を行うため，各地の風環境に基づく疲労寿命推定を行い，対策エリアの優先順位を付けることが望ましい．しかし，断線地点の風環境は把握されておらず，広域的に疲労評価を行うための風速推定手法も確立していない．

目　　的
観測によって断線発生地点の風環境を把握するとともに，疲労評価に必要な風速頻度分布と乱れの強さの広域的な推定手法を提案し，その推定精度を検証する．

主な成果
1. 断線発生地点での風環境の把握
海岸沿い，山間部，平野部，河川沿いに位置する14箇所の断線発生電柱において約1年間の風観測を実施した．この結果，多くの断線地点では，近隣の気象庁観測点に比べて平均風速が大きいことを確認した．また，周辺環境の違いによって乱れの強さのばらつきや風速依存性が変化し，これを疲労評価において考慮する必要性が示された．
2. 風速頻度分布と乱れの強さの広域的な推定手法の提案
高解像度・長期気象・気候データベースCRIEPI-RCM-Era2による5kmメッシュの風向・風速データに対し，国土数値情報の土地利用データを用いた補正を行うことで，直近の周辺環境に基づく広域的な風速頻度分布の推定を可能とした．また，疲労評価において乱れの強さのばらつきや風速依存性を考慮するため，疲労評価用の乱れの強さとして，累積疲労損傷比の期待値を与える乱れの強さを新たに定義し，これを観測記録と電線の風応答解析から算定する手法を構築した．さらに，土地利用データを用いて，疲労評価用の乱れの強さを広域的に推定する手法を提案した．
3. 累積疲労損傷比に基づく提案手法の推定精度検証
観測対象とした電線の風応答解析を行い，観測記録と推定風速の各々から累積疲労損傷比を求め，提案手法の精度を検証した．この結果，推定風速から得られる累積疲労損傷比は，多くの地点で観測記録に対して10~100倍ほど過大となったが，地点間の相対的な評価の場合，その誤差は1桁程度であった．ただし，すべての観測点で風速を過大に推定し，これによる累積疲労損傷比の誤差が大きいことが明らかとなった．

今後の展開
当所で開発中の改良版気象データベースの反映や，地形の影響を加味した乱れの強さの評価などを行い，疲労評価精度の改善を図る．

概要 （英文）

Fatigue failure of distribution line conductors occurs due to cyclic wind loads. In this study, a method for estimating the wind speed histogram and turbulence intensity over a broad area was developed to evaluate the fatigue life of distribution line conductors. The accuracy of the proposed method was verified by observing the wind speed at 14 fatigue failure sites. A long-term weather reproduction database with a 5-km grid was utilized to estimate the wind speed histogram at each site. The equivalent turbulence intensity was defined as the constant turbulence intensity that provides the expected value of the cumulative fatigue damage ratio, and its estimation method based on land use data was proposed. This method was validated by comparing the estimated cumulative fatigue damage ratios with the observed value. Consequently, the variation in the cumulative fatigue damage ratio due to estimation errors in the equivalent turbulence intensity ranged from 0.1 to 10 times. However, when both wind speed histogram and equivalent turbulence intensity were estimated, the cumulative fatigue damage ratio was approximately 10-100 times greater than that obtained from the wind observation records. Thus, the proposed method tends to overestimate the cumulative fatigue damage ratio. However, the evaluation of the rank of the cumulative fatigue damage ratios among various sites is possible with an error margin of approximately one order of magnitude.

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