JP2007312466A

JP2007312466A - 雷保護通信システム

Info

Publication number: JP2007312466A
Application number: JP2006137071A
Authority: JP
Inventors: Koreyuki Takeya; 是幸竹谷; Masami Hishinuma; 正美菱沼
Original assignee: IT SPACE KK; Itspace; KAMINARI HOGO TEKKU TAKETANI K; KAMINARI HOGO TEKKU TAKETANI KK
Current assignee: IT SPACE KK; Itspace; KAMINARI HOGO TEKKU TAKETANI K; KAMINARI HOGO TEKKU TAKETANI KK
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【解決課題】配電線に雷撃を受けても、分電盤及び中継器の絶縁破壊を防止し、基地局からの通信不能を回避できるようにする。
【解決手段】配電線１２に雷撃を受けると、雷電流によって、逓降変圧器２４の１次巻き線に接続されたＳＰＤ１に過電圧が印加され、１次巻き線と接地極２６とを短絡し、接地極２６に雷電流が流れ、接地抵抗により、ＳＰＤ２の一端が高電位となり、逓降変圧器２４の１次及び２次巻き線がＳＰＤ１、ＳＰＤ２を介して短絡されるため、絶縁破壊が防止される。また、雷電流が、中継器用電力線２２に流入し、ＳＰＤ３に過電圧が印加され、等電位ボンディング２８を介して中継器用電力線２２と通信線１８のシールドとを短絡し、また、ＳＰＤ４、ＳＰＤ５に過電圧が印加され、通信線１８のシールドとその心線とを短絡し、通信線１８のシールド及び心線に雷電流を流すため、中継器２０が破壊されることを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、雷保護通信システムに係り、特に、配電線が雷撃を受けた場合、配電線に接続された分電盤や分電盤から電力が供給される通信のための中継器へ雷害が及ばないように保護する雷保護通信システムに関する。

地方町村では、例えば役所と広域に分散する住宅等との間において緊急連絡（例えば台風、水害、津波等の自然災害の予告、避難勧告等）を行うために、架空同軸ケーブルによる通信手段を使用した広域情報通信システムが布設されている。

従来の広域情報通信システムでは、図５に示すように、通信基地局１１６から同軸ケーブルで構成される通信線１１８が架空布設され、各住宅に配線されている。この通信線１１８は配電線１１２と併設されており、また、通信線１１８の途中には中継器１２０が設けられている。この中継器１２０の中継器用電源は併設された配電線１１２の点Ｐ１から分岐した配電線から逓降変圧器１２４を経由して供給されており、この逓降変圧器１２４は分電盤１１４内に設けられている。

近年、この広域情報通信システムの雷害が増加傾向にあり、的確な雷保護手段が要請されている。

上述した従来の広域情報通信システムでは、配電線１１２の点Ｏに電撃を受けると、雷電流は電流Ｉ１とＩ２とに分かれ、更に点Ｐ１から雷電流の分流分Ｉ’１が、分岐した配電線に流入し、分電盤１１４の逓降変圧器１２４を破壊する。逓降変圧器１２４が破壊されると、雷電流Ｉ’１は、分電盤１１４のＤ種接地抵抗を経由して大地に流れる電流と、中継器用電力線１２２に流入する電流Ｉ３とに分流され、この電流Ｉ３は中継器用電力線１２２を経由して中継器１２０に到達し、中継器１２０を絶縁破壊するため、通信基地局１１６からの通信が不能となってしまう、という問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、配電線に雷撃を受けても、分電盤及び中継器の絶縁破壊を防止し、基地局からの通信が不能となってしまうことを回避できる雷保護通信システムを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る雷保護通信システムは、心線及び前記心線を覆うように設けられたシールドを備えた同軸ケーブルで構成され、基地局からのデータ信号を前記心線で通信する通信線と、前記データ信号の通信を中継するために、両端に前記通信線が接続された中継器と、電源を供給する配電線から供給された電力を所定電圧に変圧する変圧器を有し、前記変圧器で変圧された電力を前記中継器へ中継器用電力線を介して供給する分電盤と、一端が前記変圧器の入力端に接続された第１のサージ防護デバイスと、一端が前記変圧器の出力端に接続された第２のサージ防護デバイスと、前記第１のサージ防護デバイスの他端及び前記第２のサージ防護デバイスの他端に接続された接地極と、前記中継器の両端に接続された通信線のシールドの各々を接続する接続用導体と、前記接続用導体と前記中継器用電力線との間に接続された第３のサージ防護デバイスとを含んで構成されている。

本発明に係る雷保護通信システムでは、分電盤の変圧器で変圧された電力を、中継器用電力線を介して中継器へ供給し、中継器によって、基地局からのデータ信号の通信を中継する。

ここで、配電線が雷撃を受けると、雷電流が配電線を介して分電盤の変圧器の入力端に流れ、変圧器の入力端に接続された第１のサージ防護デバイスが、変圧器の入力端と接地極とを短絡し、接地極に雷電流が流れる。

そして、接地極に雷電流が流れることにより、第２のサージ防護デバイスの他端が高電位となり、第２のサージ防護デバイスにより、変圧器の入力端と出力端とが短絡され、電位差がなくなり、絶縁破壊が防止される。

また、第２のサージ防護デバイスを介して、接地極に流れなかった雷電流の残りが、中継器用電力線に流入し、そして、第３のサージ防護デバイスが、中継器用電力線と接続用導体とを短絡して、雷電流が接続用導体に流入する。

また、接続用導体によって、中継器の両端の通信線のシールドの各々を短絡し、接続用導体に流入した雷電流の一部が、中継器の基地局側に接続された通信線のシールドに流れ、残りの雷電流が、中継器の基地局側と反対側に接続された通信線のシールドに流れる。これにより、中継器用電力線によって中継器に雷電流が流入して絶縁破壊が起きることを回避できる。

従って、本発明に係る雷保護通信システムによれば、第１のサージ防護デバイス及び第２のサージ防護デバイスによって、分電盤の変圧器の入力端及び出力端を接続すると共に、第３のサージ防護デバイス及び接続用導体によって、中継器用電力線及び通信線のシールドを接続することにより、配電線に雷撃を受けても、分電盤及び中継器の絶縁破壊を防止することができるため、基地局からの通信が不能となってしまうことを回避することができる。

また、本発明に係る雷保護通信システムは、一端が、中継器の基地局側に接続された通信線のシールドに接続され、他端が、この通信線の心線に接続された第４のサージ防護デバイスと、一端が、中継器の基地局側と反対側に接続された通信線のシールドに接続され、他端が、この通信線の心線に接続された第５のサージ防護デバイスとを更に含むことができる。これにより、雷撃を受けたときに流れる雷電流によって、通信線の心線とシールドとが短絡され、通信線の心線とシールドとの間の電位差が大きくなることを防止するため、雷撃による通信線の絶縁破壊を防止することができる。

以上説明したように、本発明の雷保護通信システムによれば、第１のサージ防護デバイス及び第２のサージ防護デバイスによって、分電盤の変圧器の入力端及び出力端を接続すると共に、第３のサージ防護デバイス及び接続用導体によって、中継器用電力線及び通信線のシールドを接続することにより、配電線に雷撃を受けても、分電盤及び中継器の絶縁破壊を防止することができるため、基地局からの通信が不能となってしまうことを回避することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る雷保護通信システム１０は、電源を供給するための電力会社の配電線１２と、配電線１２から供給される電源を分けて各種電気設備に供給するための分電盤１４と、各住宅向けに自然災害の予告や避難勧告などの情報を発信する通信基地局１６と、通信基地局１６からの情報を示すデータ信号を通信するための通信線１８と、通信線１８の途中に挿入するように両端に通信線１８が接続され、かつ、通信線１８によって送信されるデータ信号を増幅するための中継器２０とを備えている。

また、通信線１８は、心線及び心線を覆うように設けられたシールドを備えた同軸ケーブルで構成されている。

また、分電盤１４と中継器２０とを接続し、分電盤１４からの電力を中継器２０に供給するための中継器用電力線２２が設けられている。

また、分電盤１４には、逓降変圧器２４が設けられており、配電線１２の分岐点Ｐ１で分岐された配電線１２Ａが、逓降変圧器２４の入力端としての１次巻き線に接続され、逓降変圧器２４の出力端としての２次巻き線が中継器用電力線２２に接続されている。これにより、配電線１２Ａから供給される電源を中継器２０に適した電圧に変圧して、中継器用電力線２２に供給するようになっている。

また、逓降変圧器２４の１次巻き線には、通常時は絶縁状態であり、過電圧が加えられると低インピーダンスになるサージ防護デバイス（サリスタ）ＳＰＤ１の一端が接続されており、２次巻き線にはサージ防護デバイスＳＰＤ２の一端が接続されている。また、サージ防護デバイスＳＰＤ１の他端が接地極２６に接続されて接地され、また、サージ防護デバイスＳＰＤ２の他端がＰＥ線を介して接地極２６に接続されて接地されている。なお、サージ防護デバイスＳＰＤ１及びＳＰＤ２の各々の他端は、ＰＥ線によって接続されており、また、接地極２６は、接地抵抗値ＲＥ１を有している。

また、中継器２０の両端に接続された通信線１８のシールドの各々を接続する等電位ボンディング２８が設けられており、また、中継器用電力線２２にサージ防護デバイスＳＰＤ３の一端が接続されており、その他端は、等電位ボンディング２８に接続されているため、等電位ボンディング２８を介して通信線１８のシールドに接続されている。

また、中継器２０の通信基地局１６側と反対側に接続された通信線１８のシールドに、サージ防護デバイスＳＰＤ４の一端が接続され、その他端は、この通信線１８の心線に接続されている。また、同様に、中継器２０の通信基地局１６に接続された通信線１８のシールドに、サージ防護デバイスＳＰＤ５の一端が接続され、その他端は、この通信線１８の心線に接続されている。

サージ防護デバイスＳＰＤ４、ＳＰＤ５に過電圧が印加されて動作すると、通信線１８のシールド及び心線が短絡され、電位差がなくなるようになっている。

また、通信基地局１６には、通信基地局１６内の電気設備に電力を供給するための分電盤３０が設けられており、配電線１２の分岐点Ｐ２から分岐した配電線１２Ｂによって供給された電力を通信基地局１６内の電気設備に供給するようになっている。また、通信基地局１６には、通信装置、監視装置、及びサーバからなる通信システム３２が設けられており、分電盤３０から電力が供給され、また、出力端に接続された通信線１８にデータ信号を送出するようになっている。

分電盤３０内において、一端が分岐された配電線１２Ｂに接続されるようにサージ防護デバイスＳＰＤ７が設けられており、また、サージ防護デバイスＳＰＤ７の他端は、接地極３４に接続され接地されている。また、通信システム３２も接地極３４に接続されて接地されており、接地極３４は、接地抵抗値ＲＥ２を有している。

また、通信システム３２の出力端には、通信線１８のシールド及び心線を接続するようにサージ防護デバイスＳＰＤ６が設けられており、サージ防護デバイスＳＰＤ６の動作によって、通信線１８のシールドと心線とを短絡して、通信線１８のシールドと心線との電位差をなくすようになっている。また、サージ防護デバイスＳＰＤ６は、通信線１８と接地極３４とを接続するように設けられており、サージ防護デバイスＳＰＤ６の動作によって、通信線１８と接地極３４とを短絡するようになっている。

また、通信基地局１６には、避雷針３６が設けられており、避雷針３６は、引き下げ導体（図示省略）を介して接地極３４に接続されて接地されている。

また、図２に示すように、配電線１２から電源が供給されている住宅４０では、住宅用の分電盤４２内に直撃雷対応のクラスＩ（波形１０／３５０)のギャップ形のサージ防護デバイスＳＰＤ８が取り付けられている。

また、サージ防護デバイスＳＰＤ８及びＳＰＤ９の接地側並びに端末器５０のＤ種接地線５２並びに住宅４０の接地極５４は、等電位ボンディング５６によって接続されている。

次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。なお、本実施形態では、配電線１２が雷撃を受けた場合について説明する。

まず、従来の通信システムにおける雷害について説明する。図３に示すように、電力会社との配電線や電柱に雷撃を受けると、配電線から分電盤や住宅に雷サージが流入し、分電盤に流入した雷サージが、通信線に設けられた中継器を絶縁破壊してしまうと共に、住宅に流入した雷サージが端末を絶縁破壊してしまう。

一方、本実施の形態に係る雷保護通信システム１０では、図１に示すように、配電線１２のＯ点に雷撃を受けた場合、雷電流は点Ｐ１方向に流れるＩ１と点Ｐ２方向に流れるＩ２とに分流され、雷電流Ｉ１は、分岐点Ｐ１において、分電盤１４方向に流れるＩ'１と、点Ｐ１を超えて更に遠方へ配電線１２に流れるＩ"１とに分流される。

また、雷電流分流分Ｉ'１によって、分岐点Ｐ１で分岐された配電線１２Ａに接続され、かつ、分電盤１４に設けられているサージ防護デバイスＳＰＤ１に過電圧が印加されるため、サージ防護デバイスＳＰＤ１が動作して、サージ防護デバイスＳＰＤ１が絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、配電線１２Ａと接地極２６とが短絡され、サージ防護デバイスＳＰＤ１を介して、分岐点Ｓから雷電流分流分Ｉ'１が大地へと拡散して行く。

このとき、サージ防護デバイスＳＰＤ１が接続されている点Ｓの電位は、大地電位（零電位）に対し、ＲＥ１×Ｉ'１の電圧降下分だけ押し上げられ、非常に高い電位となり、例えば、ＲＥ１＝１０Ωとし、Ｉ'１＝４０ｋＡとすると、点Ｓの電位は４００ｋＶとなる。

ここで、中継器２０への電力が、３０Ｖの電圧で給電されるとすると、分電盤１４には１００Ｖ／３０Ｖ又は２００Ｖ／３０Ｖの逓降変圧器２４が設けられており、１次２次巻き線間の電位差による逓降変圧器２４の絶縁破壊を防止するために、点Ｓの電位が押し上げられることにより、逓降変圧器２４の３０Ｖ側（２次巻き線側）に設けられたサージ防護デバイスＳＰＤ２に過電圧が印加され、サージ防護デバイスＳＰＤ２が動作して、サージ防護デバイスＳＰＤ２が絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、接地極２６と逓降変圧器２４の２次巻き線側とを短絡し、逓降変圧器２４の１次２次巻き線間の電位差が無くなるため、絶縁破壊が防止される。また、中継器２０への給電点Ｒの電位も、点Ｓと同様に４００ｋＶとなる。

また、サージ防護デバイスＳＰＤ２が動作すれば、雷電流分流分Ｉ'１は、分岐点ＳにおいてＩ_ＳＰＤ１と中継器用電力線２２に流入するＩ３とに分流され、給電点Ｒの電位が非常に高くなる。このとき、中継器２０に接続される通信線１８のシールドは、通信基地局１６において接地され零電位となっており、中継器用電力線２２が通信線１８に対して絶縁破壊することを防止するために、過電圧が印加されたサージ防護デバイスＳＰＤ３が動作して、絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、中継器用電力線２２と等電位ボンディング２８とを短絡する。その結果、Ｉ３はＩ４とＩ５とに分かれてシールドに分流して行く。そして、等電位ボンディング２８の電位が非常に高くなるため、過電圧が印加されたサージ防護デバイスＳＰＤ４及びＳＰＤ５が動作して絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、通信線１８のシールドとその心線とを短絡し、通信線１８のシールドの電位が、その心線とほぼ同電位となる。その結果、雷電流に対して通信線１８の心線とシールドとは並列接続の状態となり、心線にも雷電流が分流することになるが、シールドのインピーダンスに比較して心線のインピーダンスが大きいため、比較的小さな雷電流分流分Ｉ’４、Ｉ’５が通信線１８の心線を流れる。

なお、通信線１８を構成する同軸ケーブルの耐電圧としてはＡＣ１０００Ｖ／１分間が標準仕様とされているので、１．５ｋＶのインパルス電圧には充分耐えると考えられ、サージ防護デバイスＳＰＤ３として、制限電圧が１．５ｋＶ以下のＳＰＤを選定すればよい。

シールドに流入した雷電流分流分Ｉ５は、通信基地局１６に到達し、シールドの接地点から大地へ流入する。また、通信基地局１６に設置されているサージ防護デバイスＳＰＤ６に過電圧が印加され、サージ防護デバイスＳＰＤ６が動作して絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、通信線１８と通信基地局１６の接地極３４とを短絡し、雷電流分流分Ｉ’５が、通信基地局１６の接地極３４を介して大地に拡散され、通信装置、監視装置及びサーバからなる通信システム３２に流入することが防止される。

また、図２に示すように、配電線１２から電源が供給されている住宅４０では、配電線１２から雷電流が流入し、過電圧が印加されたサージ防護デバイスＳＰＤ８が動作して絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、雷電流が接地極５４を介して大地に拡散される。また、通信線１８から雷電流が流入し、過電圧が印加されたサージ防護デバイスＳＰＤ９が動作して絶縁状態から低インピーダンス状態に変わり、住宅４０内に引き込まれた通信線１８と接地極５４とを短絡し、接地極５４を介して雷電流を大地に拡散させる。これにより、住宅４０内の端末器５０が、雷撃によって破壊されることを防止する。

次に、通信基地局１６近傍の配電線１２に落雷した場合の雷保護通信システム１０の作用について説明する。本実施の形態に係る雷保護通信システム１０では、図４の実線の矢印が示すように、配電線１２の雷撃点Ｏから、雷電流がＰ１方向とＰ２方向とに分流され、分岐点Ｐ２から通信基地局１６へ分岐した配電線１２Ｂに雷電流分流分Ｉ'２が流入する。

そして、雷電流分流分Ｉ'２によって、分岐点Ｔを介してサージ防護デバイスＳＰＤ７に過電圧を印加して、サージ防護デバイスＳＰＤ７を動作させて、分岐点Ｕを経由して接地極３４（接地抵抗値ＲＥ２）から雷電流を大地へ拡散する。この場合、通信基地局１６の電位は、接地抵抗により零電位からＲＥ２×Ｉ'２の電位降下分だけ押し上げられ、分岐点ＵからＩ'２の一部Ｉ５は、サージ防護デバイスＳＰＤ６に接続された接地線を経由して、通信線１８のシールドへ、並びに通信線１８の心線へ流入する。

ここで、通信線１８のシールド及び心線に流入するＩ５の方向は、上記の図１の場合とは逆になるが、この場合も図１の場合と同様な雷保護により対応することができる。

また、通信基地局１６の避雷針３６に落雷した場合、図４の点線の矢印で示すように、雷電流は、避雷針３６から引き下げ導体（図示省略）を通り、通信基地局１６の接地極３４から大地へ拡散して行くと共に、雷電流は分岐点Ｕから配電線１２Ｂ及び通信線１８にも分流する。なお、この場合のＩ'２の方向は、上記の通信基地局１６近傍に落雷した場合と逆になる。

このとき、本実施の形態に係る雷保護通信システム１０の構成によって、雷害から通信基地局１６の通信システム３２、中継器２０、及び分電盤１４を保護することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る雷保護通信システムによれば、分電盤の逓降変圧器の入力端及び出力端の各々にサージ防護デバイスを接続して、配電線に雷撃を受けても、分電盤の逓降変圧器の入力端及び出力端の電位をなくすようにすると共に、中継器用電力線及び中継器の両側に接続された通信線のシールドを、サージ防護デバイス及び接続用導体によって接続して、配電線に雷撃を受けても、中継器に雷電流が流入しないようにすることにより、分電盤及び中継器の絶縁破壊を防止することができるため、通信基地局からの通信が不能となってしまうことを回避することができる。

また、通信線の心線とシールドとを接続するように間にサージ防護デバイスを設けることにより、雷撃を受けたときに流れる雷電流によって、通信線の心線とシールドとを短絡し、通信線の心線とシールドとの間の電位差が大きくなることを防止するため、雷撃による通信線の絶縁破壊を防止することができる。

また、通信線の同軸ケーブルの途中に設けられている中継器自身の雷害による破壊を防止することにより、中継器へ接続されている中継器用電力線から破壊された中継器へ流入し、更にその両側に接続された通信線を経由して通信基地局に達し、通信基地局における通信装置、監視装置、及びサーバ等を破壊するのを防止することができる。

なお、上記の実施の形態では、逓降変圧器が分電盤の中に設けられている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、逓降変圧器が中継器側に設けられていてもよい。この場合には、分電盤に分岐された配電線に接続されたサージ防護デバイスの接地極側のＰＥ線を中継器用電力線に沿って中継器のところまで延長するようにすればよい。

また、低圧電力を通信線の同軸ケーブルに伝送信号と重畳して送電する場合には、等電位ボンディングと中継器用電力線との間に接続されるサージ防護デバイスを省略してもよい。

また、通信線の途中に中継器が一つだけ設けられている場合を例に説明したが、中継器が複数接続されていてもよく、この場合には、中継器の両側に設けられたサージ防護デバイスによって、通信線のシールドに雷電流が流れるため、通信線である同軸ケーブルを経由して次の中継器へ雷電流が流入し、中継器を絶縁破壊することを防止することができる。

本発明の実施の形態に係る雷保護通信システムの構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る過電圧保護システムの住宅の構成を示す概略図である。従来例における通信システムの配電線に雷撃を受けた場合の雷害の様子を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る雷保護通信システムの通信基地局近傍に雷撃を受けた場合の雷電流の様子を示す概略図である。従来例における通信システムの配電線に雷撃を受けた場合の雷害の様子を示す概略図である。

符号の説明

１０雷保護通信システム
１２、１２Ａ、１２Ｂ配電線
１４、３０分電盤
１６通信基地局
１８通信線
２０中継器
２２中継器用電力線
２４逓降変圧器
２６、３４接地極
２８等電位ボンディング
３２通信システム
３６避雷針
４０住宅
ＳＰＤサージ防護デバイス

Claims

心線及び前記心線を覆うように設けられたシールドを備えた同軸ケーブルで構成され、基地局からのデータ信号を前記心線で通信する通信線と、
前記データ信号の通信を中継するために、両端に前記通信線が接続された中継器と、
電源を供給する配電線から供給された電力を所定電圧に変圧する変圧器を有し、前記変圧器で変圧された電力を前記中継器へ中継器用電力線を介して供給する分電盤と、
一端が前記変圧器の入力端に接続された第１のサージ防護デバイスと、
一端が前記変圧器の出力端に接続された第２のサージ防護デバイスと、
前記第１のサージ防護デバイスの他端及び前記第２のサージ防護デバイスの他端に接続された接地極と、
前記中継器の両端に接続された通信線のシールドの各々を接続する接続用導体と、
前記接続用導体と前記中継器用電力線との間に接続された第３のサージ防護デバイスと、
を含む雷保護通信システム。
一端が、前記中継器の前記基地局側に接続された前記通信線のシールドに接続され、他端が、該通信線の心線に接続された第４のサージ防護デバイスと、
一端が、前記中継器の前記基地局側と反対側に接続された前記通信線のシールドに接続され、他端が、該通信線の心線に接続された第５のサージ防護デバイスと、
を更に含む請求項１記載の雷保護通信システム。