JP2006270563A

JP2006270563A - 電力線搬送通信用信号結合装置

Info

Publication number: JP2006270563A
Application number: JP2005086247A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Murata; 雄一郎村田; Tetsuro Shimomura; 哲朗下村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】電力線を伝送させる信号の伝送特性を低減させることなく、放射電磁波を低減させる電力線搬送通信用信号結合装置を提供する
【解決手段】電力線である同軸ケーブルを伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置において、開口部に同軸ケーブルを通すように配置され、同軸ケーブルの中心導体に対し高周波信号を電磁的に注入・取出しする磁気コアと、同軸ケーブルのシールド導体の異なる点に接続され、磁気コアと同軸ケーブルとの間を通過して接地された少なくとも２本の接地線を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力線である同軸ケーブルを伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置に関するものである。

電力線搬送通信（以下PLCという。PLC=Power Line Communication）システムは、電力線に2MHz〜40MHzの伝送信号を重畳させてデータ通信などの高周波信号の通信を行うものであり、そのPLCシステムにおいて、電力線に伝送信号を注入・取出しする信号結合装置は、磁気コアを用いたインダクティブカプラで構成されている。使用される電力線には２種類あり、架空線と同軸地中ケーブルがある。架空線は、２本以上のワイヤが一定の間隔で設置されており、磁気コアを１本のワイヤに取り付けることにより、電力系統に信号を結合することができる。同軸ケーブルは、中心導体の周りに中性導体（シールド導体）が巻かれた構造になっているため、中性導体の周りに磁気コアを取り付けても、中性導体によって伝送信号がシールドされるため中心導体に伝送信号を結合させることができない。

同軸構造の電力ケーブルに伝送信号を結合させるための方法として、特許文献１に、中性導体からの接地線を磁気コアに通す方法が示されている。同特許文献１に示すように、測定器6からの巻線を流れる電流によって、磁気コア4に誘導される磁束は接地線に電流を誘導する。この電流はシールド導体を流れる電流となり、中心導体に電流が流れる。この中心導体を流れる電流によって、測定器6の信号を測定器6’に結合させることができる。同軸ケーブル2は、数ｋVの電圧であるが、シールド導体の外部は接地電位のため、容易に磁気コア4,5を設置することができる。

特開平８−７５８０４特表２００４−５１７５４５公報

上記のように同軸構造の電力ケーブルに伝送信号を結合させるための方法として、接地線を磁気コアに通す方法が示されている。しかしながら、この方法では、シールド導体125を流れる電流のほとんどは、シールド導体の外側を流れる電流となり、シールド導体の内側を流れる電流とはならない。シールド導体の外側を流れる電流は、大地に流出してしまうため、中心導体に流れる電流は、減衰してしまう。また、シールド導体の外側を電流が流れているため、放射電磁波が大きくなるという問題点があった。

更に、放射電磁波を低減するための方法として、特許文献２には、シールド導体が多数の中性導体で構成された地中線用ケーブルを用いて、中性導体に差動信号を注入する方法が示されている。この方法は、中性導体を用いて信号伝送を行うため、大地に信号が流出していまい伝送効率が良くない。また、中心導体に信号が結合していないため、端末側にて、伝送信号を中心導体から直接取り出せないという問題点がある。また、シールド導体の外側を伝送信号が流れるため、放射電磁波をあまり低減できないという問題点があった。また、シールド導体が1つの中性導体で構成された同軸構造の地中ケーブルにはこの方法は適用できないなどの問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力線である同軸ケーブルを伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置において、電力線の伝送特性を減衰させることなく、電力線からの放射電磁波を低減することができる電力線搬送通信用信号結合装置を提供することを目的とする。

この発明による信号結合装置は、電力線である同軸ケーブルを伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置において、開口部に同軸ケーブルを通すように配置され、同軸ケーブルの中心導体に対し高周波信号を電磁的に注入・取出しする環状の磁気コアと、同軸ケーブルのシールド導体の異なる点に接続され、磁気コアと同軸ケーブルとの間を通過して接地された少なくとも２本の接地線を備えたものである。

この発明の電力線搬送通信用信号結合装置によれば、電力線である同軸ケーブルのシールド導体の外側には信号電流がほとんど流れないため、同軸ケーブルの中心導体を流れる信号の減衰が少なく、放射電磁波がほとんどないという効果を奏する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力線搬送通信用信号結合装置を示す図である。
図１において、電力線である同軸ケーブル125の端部において、環状の磁気コア105がその開口部に同軸ケーブル125を通すように配置され、同軸ケーブル125のシールド導体140の対向する点に、磁気コア105と同軸ケーブル125との間を通過してそれぞれ接地線145，155が接続されている。
そして磁気コア105には、データ信号等の高周波信号を供給する通信モデム120からの２次巻線115を流れる電流によって磁束が誘導され、この磁気コア105に誘導された磁束によって接地線145に電流I3が誘導される。電流I3は同軸ケーブル125を流れる電流I2となり、同軸ケーブル125の中心導体130に電流I1が流れる。この中心導体130を流れる電流I1によって、通信モデム120の信号が同軸ケーブル125に結合される。

同軸ケーブル125のシールド導体に接続された２本の接地線145，155はシールド導体140と接続される点P1とP2の高周波伝送信号に対する電位をほぼ同じ電位にする。このため、接地線145，155を流れてきた電流は、シールド導体140の内側を流れる。接地線が１本ではP1とP2の電位は等しくならないが、接地線を２本設けることにより、点P1とP2の高周波伝送信号に対する電位はほぼ等しくなる。このため、シールド導体140を流れる電流I2のほとんどは、シールド導体140の内側を流れる電流I2bとなり、シールド導体140の外側を流れる電流I2aは極めて少なくなる。

また、同軸ケーブル125の中心導体130と各接地線145，155で構成されるループの面積S1，S2をほぼ等しくすることにより、点P1とP２の電位は等しくなり、高周波伝送信号はシールド導体140の内側のみを流れる。これにより、高周波伝送信号が減衰することなく、放射電磁波を一層低減することができる。

実施の形態２．
図１では、接地線が２本の場合について述べたが、接地線の本数を３本以上にすることにより、同軸ケーブル125のシールド導体140の内側を流れる電流I2bを増加させることができる。このため、同軸ケーブル125の中心導体130を流れる信号の減衰が少なく、放射電磁波の発生を更に低減することができる。また、中心導体と各接地線で構成されるループの面積が多少異なっても、シールド導体を流れる電流I2のほとんどはシールド導体140の内側を流れる電流I2bとなるため、高周波伝送信号が減衰することなく放射電磁波を低減することができる。

実施の形態３．
図２は、パッドマウントトランスと呼ばれる、中圧配電系統末端の各家庭入り口に設けられるトランス（地上設置用配電変圧器または変圧器塔）のケーブル出口付近における構造を示す図である。パッドマウントトランスの筐体200と同軸地中ケーブル125は、接地線201によって通常1点にて接続され、同軸地中ケーブル125のシールド導体140がパッドマウントトランスの筐体200を通じて直流的（電力線の60/50Hzに対して）に接地される構造となっている。図３はこのようなパッドマウントトランスに信号結合装置を取り付ける例を示したものである。図３に示すように、２本の接地線202,202を追加することにより、同軸地中ケーブル125のシールド導体140を流れる電流I2のほとんどはシールド導体140の内側を流れる電流I2bとすることができる。

実施の形態４．
図４は、実施の形態３に示したパッドマウントトランス信号結合装置において、パッドマウントトランスの筐体200に取り付ける同軸地中ケーブル125の位置を示したものである。同軸地中ケーブル125をパッドマウントトランスのケーブル出口に対称の位置に取り付け、ケーブルの長さを同じにすることにより、実施の形態１で述べた２つのループの面積が等しくなるため、同軸地中ケーブル125のシールド導体を流れる電流I2は全てシールド導体140の内側を流れる電流I2bとなる。このため、伝送特性に優れ、放射電磁波の少ない伝送系を構築することができる。

実施の形態５．
図５は、実施の形態３に示したパッドマウントトランス信号結合装置において、接地線202の本数を３本以上にした場合における接地線の取り付け方法を示す図である。接地線202が３本の場合は、同軸地中ケーブル125のシールド導体とパッドマウントトランスの筐体200との間に１２０度おきに、接地線202が4本のときは９０度おきに取り付ける。接地線の本数を３本以上にすることにより、伝送特性に優れ、放射電磁波の少ない伝送系を構築することができるのは、実施の形態２に述べたとおりである。

実施の形態６．
図６は、同軸ケーブル125の信号伝送方向に、開口部に同軸ケーブル125を通すように配置された環状の金属コイル300を付設したものである。金属コイル300を流れる渦電流によって、同軸ケーブル125のシールド導体140の外側を流れる電流I2bはさえぎられるため、金属コイル300より信号伝送方向に流れるシールド導体140の外側を流れる電流I2aaを減少させることができる。また、電流I2aaが減少した分シールド導体140の内側を流れる電流I2bが増加するため、伝送特性に優れより放射電磁波の少ない伝送系を構成することができる。

実施の形態７．
図７は、同軸ケーブル125の信号伝送方向に、ショートコイル401を有する第２の磁気コア400を設けたものである。ショートコイル401の巻き数は、１ターン以上であれば何ターンでもよい。ショートコイル401に誘導される電流により、同軸ケーブル125のシールド導体140の外側を流れる電流I2bはさえぎられるため、磁気コア400より信号伝送方向に流れるシールド導体140の外側を流れる電流I2aaを減少させることができる。また、I2aaが減少した分シールド導体140の内側を流れる電流I2bが増加するため、伝送特性に優れより放射電磁波の少ない伝送系を構成することができる。

実施の形態８．
実施の形態６，７は同軸ケーブル125のシールド導体140の外側を流れる電流の低減方法についての原理を述べたが、実施の形態３，４，５に述べたパッドマウントトランス用信号結合装置に対して用いてもよい。この場合、信号結合装置用磁気コア105に対し、信号伝送方向に金属コイル300もしくはショートコイル401を設けた第２の磁気コア400を設置する。

なお、実施の形態６，７は、シールド導体への接地線が２本以上の場合について述べたが、シールド導体への接地線が１本の場合に適用しても、同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１による信号結合装置を示す概略構成図である。パッドマウントトランスの要部構成図である。この発明の実施の形態３による信号結合装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態４による接地線の接続方法を示す説明図である。この発明の実施の形態５による接地線の接続方法を示す説明図である。この発明の実施の形態６による信号結合装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態７による信号結合装置を示す概略構成図である。

符号の説明

105 磁気コア
115 ２次巻線
120 通信モデム
125 同軸ケーブル
130 中心導体
140 シールド導体
145 接地線
155 接地線
200 接地線
202 接地線
300 金属コイル
400 第２の磁気コア
401 ショートコイル

Claims

電力線である同軸ケーブルを伝送線路として高周波信号の通信を行う電力線搬送通信に用いる信号結合装置において、開口部に上記同軸ケーブルを通すように配置され、上記同軸ケーブルの中心導体に対し高周波信号を電磁的に注入・取出しする環状の磁気コアと、上記同軸ケーブルのシールド導体の異なる点に接続され、上記磁気コアと上記同軸ケーブルとの間を通過して接地された少なくとも２本の接地線を備えたことを特徴とする電力線搬送通信用信号結合装置。
上記接地線が上記同軸ケーブルのシールド導体の対向する点に接続され、上記同軸ケーブルの中心導体と上記接地線によって構成される２つのループの面積がほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記接地線が上記同軸ケーブルのシールド導体の異なる点に３本以上接続され、上記同軸ケーブルの中心導体と上記各接地線によって構成されるループの面積がほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記同軸ケーブルはパッドマウントトランスの地中ケーブルであり、上記少なくとも２本の接地線は上記パッドマウントトランスの筐体を通じて接地されていることを特徴とする請求項１または２記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記同軸ケーブルを上記パッドマウントトランスの地中ケーブル出口に対称に配置し、上記同軸ケーブルの中心導体と上記接地線によって構成される２つのループの面積がほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記接地線が上記同軸ケーブルのシールド導体と上記パッドマウントトランスの筐体との間に１２０度おきに３本、または９０度おきに４本設けられたことを特徴とする請求項４記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記同軸ケーブルの信号伝送方向に、開口部に上記同軸ケーブルを通すように配置された環状の金属コイルを備えたことを特徴とする請求項１乃至６記載の電力線搬送通信用信号結合装置。
上記同軸ケーブルの信号伝送方向に、開口部に上記同軸ケーブルを通すように配置され、ショートコイルを設けた第２の環状の磁気コアを備えた請求項１乃至６記載の電力線搬送通信用信号結合装置。