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電柱に張られた送電線がたるんでいることに気づいたことがあるかもしれません。なぜ電柱に送電線をきつく固定しないのか、と疑問に思った方もいるでしょう。
では、電柱上で送電線がたるんでいる理由、および配電線・送電線においてたわみ（サグ）が必要とされる理由について見ていきましょう。ただし、その前に、理解を深めるために役立ついくつかの重要なポイントを確認しておきましょう。
動力伝達
電力 仕事率とは、単位時間あたりにされる仕事の量です。電気エネルギーが距離を移動する際に仕事がなされます。このことから、電力とは単位時間あたりに供給されるエネルギーの量であると結論づけられます。電気は送電線を介して長距離にわたって輸送され、送電線はその輸送媒体として機能します。
有効電力は通常ワット（W）で測定されます。電力を送電する際には、エネルギー損失を抑えるため、高電圧送電が好まれます。電流は熱を発生させますが、これは送電線の劣化や故障を引き起こすため、望ましくありません。送電される電力を節約するためには、発熱および送電線の劣化を招く電流をできるだけ小さくし、一方で電圧を大きくして送電することが重要です。このような方式は高電圧送電と呼ばれます。
伝導と結合
電力の送電中、送電線は絶縁されていないため、一部の電力が周囲環境に損失します。オームの法則によると、抵抗（R）は導体の長さ（L）に比例して変化し、つまり導体の長さが増加すると、その抵抗も増加します。空気は良好な導体ではないため、電線によって発生した熱を効率よく放散することができません。
そのため、電線は電流の流れに対する抵抗を低減するために、より大きな直径を持つよう設計されています。抵抗（R）は導体の断面積に反比例するため、導体の直径が大きくなればなるほど抵抗は低下し、逆に直径が小さくなれば抵抗は増大します。
電線およびケーブル
電線およびケーブルは導体であり、主に銅線で構成されており、電気を伝導します。しかし、これらの電線は純粋な銅のみから構成されているわけではありません。機械的特性を付与するために、導体は他の元素と合金化されています。この他の元素の添加は導体の導電性に影響を与えません。代わりに、この他の元素は銅の機械的特性を向上させつつ、その導電性には影響を及ぼさないのです。
ジュールの電気加熱の法則
純金属というものは存在しません。いかなる金属もその純度が100％になることはなく、そのため内部抵抗を有しています。導体を電流が流れる際に消費されるエネルギー、あるいは発生する熱は、ジュールの電気加熱の法則を用いて以下のように計算されます。
- P = VI・t
- P = I 2Rt。
ジュールの法則の他の表現形式
- P = I²Rt
- P = VI・t …（R = V／I）
- P = W・t …（P = W = VI）
- P = V²t／R …（I = V／R）オームの法則を用いた式
上記の式からわかるように、移動する電子によって発生する熱（P）は、抵抗（R）、時間（t）、および電流の二乗（I²）に比例します。電流が導体を流れる際、ドリフト電子の進行を妨げる障壁として作用する抵抗を克服する過程で、電流エネルギーが周囲環境へ熱の形で散逸します。
気象条件および温度が送電線に及ぼす影響
導体の抵抗は温度の上昇とともに増加します。これは、導体の温度が上昇すると、その内部の電子がより大きなエネルギーを得て不規則に運動し、他の原子と衝突することにより、最終的に熱が生成されるためです。
導体から過剰な熱が発生すると、溶断を引き起こす可能性があります。高温の天候では、導体が膨張するため電線が弛みやすくなり、逆に低温の天候では電線が収縮します。
送電線の張力
張力とは、弦が互いに反対方向に作用する2つの力を受けているときに生じる力です。したがって、電柱に吊り下げられた電線は張力を受けており、電線をより強く引き締めるとさらに張力が増し、わずかな収縮または膨張によって電線が容易に切断される可能性があります。
配電線および送電線にたわみ（サグ）が必要な理由は何ですか？
送電線におけるたわみ（サグ）とは、重力の影響により支持構造物（電柱または鉄塔）間に懸垂したケーブルが下方に垂れ下がる、あるいは湾曲する現象を指します。これは導体の自重と張力という自然な要因によって生じます。
長距離の電力送電および配電において、電線から熱が放散されます。導体で発生する熱は、高電圧送電によって最小限に抑えられます。また、気象条件や導体内部の温度変化に対応するため、電線をある程度緩く張っておく必要があります。
送電線が引き締められ、気温が低下すると、送電線が収縮して張力がさらに増し、損傷を引き起こす可能性があります。このため、意図的に送電線を緩く設置することで、収縮が生じても過度な張力が発生せず、電線およびケーブルの損傷を防いでいます。
送電線の導体には、過熱を防止し張力を低減するために、たるみ（サグ）を設けることが必須です。これにより、電力送電システムの安全性、信頼性、および長寿命化が確保されます。また、システムの適切な機能維持や事故・損傷の防止において、極めて重要な役割を果たします。