メッセンジャーワイヤーの選定 | 規格・張力・外径計算

サイトロゴ

電気設備の知識と技術 > 電気設備設計の基礎知識 > メッセンジャーワイヤーの選定

 Tweet  Blueskyのアイコン

メッセンジャーワイヤーとは

メッセンジャーワイヤーは、ケーブルを架空配線する場合に、ケーブルに張力が掛からないために敷設するワイヤである。電線の固定だけでなく、照明器具を吊り下げるために使用することもあり、架空配線用材料として広く普及している。ワイヤーに照明器具を吊り下げる方式は「カテナリー照明」と呼ばれ、商業施設などで賑やかさを演出するための手法として用いられる。

メッセンジャーワイヤーは、電柱間や電柱~建築物間など、屋外で使用する事例が数多く有る。メッセンジャーワイヤー及び吊架したケーブルには風圧力や積雪荷重が掛かるため、ワイヤのサイズを選定する場合、風・雪の荷重を考慮しなければならない。

電柱の支線として用いられているメッセンジャーワイヤーの写真

メッセンジャーワイヤーの材質と規格

メッセンジャーワイヤーは、亜鉛めっき鋼より線が一般的に使用されている。他にもアルミ鋼の製品もあるが、亜鉛めっきより鋼よりも普及率は低くなる。

メッセンジャーワイヤーの規格

メッセンジャーワイヤーは、保証する破断力によって撚り線の太さが定められている。通常、7本撚り線の太さによって破断力が違っており、太いサイズほど高い保証破断力を示すが、重量が大きくなるため、支柱や金物類への負担が大きくなる。

メッセンジャーワイヤーの規格は JIS G3537 に定められている。どのメーカーも、JISの基準以上の能力を持った無亜鉛めっき鋼より線を製作している。

メッセンジャーワイヤーの計算事例

メッセンジャーワイヤーを電柱間に敷設する計算を行う。計算を行う場合、敷設するケーブルの種類、許容する弛みの比率、敷設距離、風圧荷重の条件が必要である。その他、氷雪比重や氷雪厚、安全率の条件が必要であるが、これらは電気設備技術基準に規定されている一般値を採用する。計算条件は下記一覧とする。

合成荷重の計算(ケーブルのみ)

メッセンジャーワイヤーを含ケーブルが吊架されているものとして合成荷重の計算を行う。合成荷重は下記の計算式で算出できる。

合成荷重 W[kgf/m] = √( (Wc + Wi)^2 + Ww^2 )

合成荷重は、夏季と冬季に分けて計算しなければならない。夏季は風圧力が大きくなるが氷雪荷重は0である。冬季は風圧が小さくなるが氷雪荷重が大である。どちらの荷重が大きくなるかを確認する。氷雪のおそれがない地域の場合、 Wi = 0 として計算できる。ここでは、氷雪が付着するおそれがある地域を計算条件とした。

高温季の合成荷重計算

高温季は、氷雪荷重を0として計算できるため、Wi = 0 になるため、ケーブルに掛かるのは自重と風圧力だけである。ケーブル重量は Wc = 3.34[kgf/m]を使用する。

風圧荷重は Ww = Vs × d × 10^-3 [kgf/m] より

Ww = 100 × 40 × 10^-3 = 4.0[kgf/m]

合成荷重 W = √( (Wc + Wi)^2 + Ww^2 ) より

W = √( (3.34 + 0)^2 + 4.0^2 ) = √(11.1556 + 16) ≒ 5.21[kgf/m]

低温季の合成荷重計算

低温季は、ケーブルに付着した氷雪を荷重条件に加える必要がある。ケーブルに掛かるのは自重・風圧力・氷雪の3種類である。ケーブル重量は Wc = 3.34[kgf/m]を使用する。

氷雪荷重は Wi = ρ × π × h × (d + h) × 10^-3 より

Wi = 0.9 × 3.14 × 6 × (40 + 6) × 10^-3 ≒ 0.78[kgf/m]

風圧荷重は Ww = Vw × (d + 2h) × 10^-3 より

Ww = 50 × (40 + 12) × 10^-3 ≒ 2.6[kgf/m]

合成荷重 W = √( (Wc + Wi)^2 + Ww^2 ) より

W = √( (3.34 + 0.78)^2 + 2.6^2 ) = √(16.87 + 6.76) ≒ 4.86[kgf/m]

高温季と低温季の荷重判断

高温期の合成荷重は 5.21[kgf/m]、低温季の合成荷重は 4.86[kgf/m]と算出できた。比較すると、高温季の荷重条件がより厳しいということが判明したので、メッセンジャーワイヤーの選定は、高温季の合成荷重 5.21[kgf/m] が基準となる。

仮張力の計算

メッセンジャーワイヤーに掛かる張力を計算し、サイズの選定を行う。ここではケーブルの自重のみを使用した計算になるため、メッセンジャーワイヤー自身の重さは考慮されていない。仮張力計算となる。

弛度の計算式 Dm = W × S^2 / 8 × T を変形し、 張力 T[kgf] = W × S^2 / 8 × D で計算を行う。

張力 T = W × S^2 / 8 × D[kgf] = 5.21 × 30^2 / (8 × 0.3) = 1953.75[kgf]

メッセンジャーワイヤーに必要な張力は、1953.75[kgf] 以上と判明した。しかし、電気設備技術基準により安全率を2.5に以上しなければならないため、1935.75 × 2.5 = 4884.375[kgf] が最低必要な張力となる。

メッセンジャーワイヤーの仮選定

4884.375[kgf]以上の張力を負担できるメッセンジャーワイヤーは、亜鉛めっき鋼より線の場合 45[sq] である。負担できる張力は 5322[kgf] である。ここで、本計算はケーブル自重のみを計算しているため、メッセンジャーワイヤーの自重や、メッセンジャーワイヤーに掛かる風圧力・氷雪荷重が考慮されていない。メッセンジャーワイヤーを含んだ計算をさらに行なっている。

合成荷重の計算(ケーブル + メッセンジャーワイヤー)

メッセンジャーワイヤーを含んだ合成荷重の計算を行う。メッセンジャーワイヤーを含む合成荷重 W[kgf/m] = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) で計算する。

メッセンジャーワイヤーの荷重は、45[sq]の場合 366[kgf/km] である。メートル換算すると、0.366[kgf/m] である。

高温季の合成荷重計算

風圧荷重は Ww = Vs × d' × 10^-3 [kgf/m] で計算する。d' はケーブル外径とメッセンジャーワイヤー外径を加味しなければならないため、平均外径を計算する。

平均外径 d' = ((40 + 8.7) + 40) / 2 = 44.35mm とする。

風圧荷重は Ww = Vs × d' × 10^-3 [kgf/m] より

Ww = 100 × 44.35 × 10^-3 = 4.435[kgf/m]

合成荷重 W = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) より

W = √( (3.34 + 0 + 0.366)^2 + 4.435^2 ) = √(13.73 + 19.67) ≒ 5.78[kgf/m]

低温季の合成荷重計算

氷雪荷重は Wi = ρ × π × h × (d' + h) × 10^-3 より

Wi = 0.9 × 3.14 × 6 × (44.35 + 6) × 10^-3 ≒ 0.85[kgf/m]

風圧荷重は Ww = Vw × (d' + 2h) × 10^-3 より

Ww = 50 × (44.35 + 12) × 10^-3 ≒ 2.82[kgf/m]

合成荷重 W' = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) より

W' = √( (3.34 + 0.85 + 0.366)^2 + 2.82^2 ) = √(20.76 + 7.95) ≒ 5.36[kgf/m]

高温季と低温季の荷重判断

高温期の合成荷重は 5.78[kgf/m]、低温季の合成荷重は 5.36[kgf/m]になったので、高温季の荷重条件がより厳しいため、合成荷重は 5.78[kgf/m] を基準とする。

張力の計算

張力 T' = W × S^2 / 8 × D で計算を行う。

張力 T' = W × S^2 / 8 × D = 5.78 × 30^2 / (8 × 0.3) = 2167.5[kgf]

メッセンジャーワイヤーの自重を含め、必要な張力は2167.5[kgf] 以上になった。安全率を2.5としており、2167.5 × 2.5 = 5418.75[kgf] が最低必要な張力となる。45[sq]のメッセンジャーワイヤーが負担できる張力は 5322[kgf] であり、このメッセンジャーワイヤーでは荷重条件を満足できない。上位のメッセンジャーワイヤーを選定しなければならない。

ワンサイズアップし、55[sq]のメッセンジャーワイヤーで計算を行う。

合成荷重の計算(ケーブル + メッセンジャーワイヤー)再計算

再選定したメッセンジャーワイヤーを含んだ合成荷重の計算を行う。メッセンジャーワイヤーを含む合成荷重 W'[kgf/m] = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) で計算する。

メッセンジャーワイヤーの荷重は、55[sq]の場合 446[kgf/km] である。メートル換算すると、0.446[kgf/m] である。

高温季の合成荷重計算

風圧荷重は Ww = Vs × d' × 10^-3 [kgf/m] で計算するが、まず平均外径を計算する。

平均外径 d' = ((40 + 9.6) + 40) / 2 = 44.8mm とする。

風圧荷重は Ww = Vs × d' × 10^-3 [kgf/m] より

Ww = 100 × 44.8 × 10^-3 = 4.48[kgf/m]

合成荷重 W = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) より

W = √( (3.34 + 0 + 0.446)^2 + 4.48^2 ) = √(14.33 + 20.07) ≒ 5.87[kgf/m]

低温季の合成荷重計算

氷雪荷重は Wi = ρ × π × h × (d' + h) × 10^-3 より

Wi = 0.9 × 3.14 × 6 × (44.8 + 6) × 10^-3 ≒ 0.93[kgf/m]

風圧荷重は Ww = Vw × (d' + 2h) × 10^-3 より

Ww = 50 × (44.8 + 12) × 10^-3 ≒ 2.84[kgf/m]

合成荷重 W = √( (Wc + Wi + Wm)^2 + Ww^2 ) より

W = √( (3.34 + 0.93 + 0.446)^2 + 2.84^2 ) = √(22.24 + 8.07 ) ≒ 5.51[kgf/m]

高温季と低温季の荷重判断

高温期の合成荷重は 5.87[kgf/m]、低温季の合成荷重は 5.51[kgf/m]になったので、高温季の荷重条件がより厳しいため、合成荷重は 5.87[kgf/m] を基準とする。

張力の計算

張力 T[kgf] = W × S^2 / 8 × D で計算を行う。

張力 T = W × S^2 / 8 × D[kgf] = 5.87 × 30^2 / (8 × 0.3) = 2201.25[kgf]

メッセンジャーワイヤーの再選定により、必要な張力は2201.25[kgf] 以上になった。安全率を2.5としており、2201.25 × 2.5 = 5503.125[kgf] が最低必要な張力となる。55[sq]のメッセンジャーワイヤーが負担できる張力は 6495[kgf] であり、このメッセンジャーワイヤーで荷重条件を満足する。

メッセンジャーワイヤーの計算は、手計算で行うと上記のように煩雑なため、表計算ソフトを活用し自動計算させるのが良い。計算ミスを避けるためにも、勧められる方法である。

新着情報

2024.02.25 光ダクト

2024.02.25 片端接地

2024.02.23 スコット変圧器

2024.02.20 配線ダクト

2024.02.19 感震ブレーカー

2024.02.17 マルチメディアコンセント

2024.02.15 アンチパスバック

2024.02.15 DINレール

2024.02.15 オープン変電所

2024.02.13 スマート照明

2024.02.13 USB PD

2024.02.13 テレビコンセント

2024.02.12 アンダーカーペット配線

2024.02.10 パイプベンダー

2024.02.10 フロアダクト

2024.02.08 セルラダクト

2024.02.06 住宅用引込柱

2024.02.03 CTD(コンデンサ引外し装置)

 
エアコン室外機の写真
電気の仕組み、発電所から家庭に送られる電気の流れ、直流と交流の違いなどを紹介。
風力発電の写真
新エネルギーとして代表的な太陽光発電、風力発電、燃料電池や、排熱再利用など。
ライティングレールに取り付けられたスポットライトの写真
照明設計の基礎知識、実務における応用、電球の特徴と選定方法などの照明設計。
分電盤の測定写真
電気計算の基礎となる幹線設計やケーブルの選定方法、配線器具の計画、電線管の種類と使い分け。
設備時計の写真
電話、LAN、テレビ共聴、構内通信、電気時計など、弱電設備の設計や計画について。
ボックスに収容されたケーブルの写真
電力ケーブル、通信ケーブル、光ファイバーなど数多く存在するケーブルの特徴を解説。
辞書を見る人の写真
電気設備で使用される機器、材料、技術、指標や単位を解説したオンライン電気設備用語辞典。
柱上に取り付けられた変圧器と電線の写真
受変電設備の設計、各種保護装置の選定方法、受変電設備を構成する保護リレーの種類と整定方法など。
誘導標識の写真
非常用照明、誘導灯、自火報、非常用発電機、防災用蓄電池など、災害発生時に使用する防災設備を学ぶ。
机の上に置かれた辞書の写真
電気設備の関連業務を行うにあたり、必要と考えられる各種資格について学ぶ。
自然をイメージした植栽の写真
カーボンニュートラルを達成し、二酸化炭素の排出を削減と吸収の技術について解説。

Copyright © 2009-2024 電気設備の知識と技術 All rights reserved.

JPRSにより、証明書に記載のドメイン名( https://electric-facilities.jp )の利用権を有することが証明されています。