JP2008227885A

JP2008227885A - 電力線搬送通信の伝送線路構造および電力線開閉器

Info

Publication number: JP2008227885A
Application number: JP2007062862A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yamazaki; 詳平山崎
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-09-25
Also published as: CN101267229A; US20080224536A1

Abstract

【課題】スイッチや分岐を有する配線形態の電力線であっても電力線搬送通信を円滑に行うことができる電力線搬送通信の伝送線路構造を提供する。
【解決手段】ブレーカ１１は、スイッチ１２と電力線フィルタ１３が直列に接続され、この直列に接続されたスイッチ１２，電力線フィルタ１３に並列にバイパス回路１４が接続された構成になっている。電力線フィルタ１３は、電源電流を通過させ、ＰＬＣ信号を遮断する。バイパス回路１４は、信号選別部１４Ｂとバイパスフィルタ１４Ａからなる。バイパスフィルタは、電源電流を遮断してＰＬＣ信号を通過させるとともに、電源電圧から信号選別部１４Ｂを絶縁する。信号選別部１４Ｂは、入力されたＰＬＣ信号（パケット）の内容に基づいてその信号を通過するか遮断するかを判定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、分電盤やブレーカを経由した電力線搬送通信（ＰＬＣ:Power Line Communication)を円滑に行うための伝送線路構造、および、この電力線搬送通信の伝送線路構造に用いられる電力線開閉器に関する。

今日、全国に張りめぐらされた電力配線を利用してデジタル通信を行う電力線搬送通信が実用化されようとしている。この電力線搬送通信は、主として、高圧送電線を用いた遠距離通信よりも、屋内や構内の配線、または、ラスト１マイルの末端配線を用いた近距離のネットワークに適用される（非特許文献１）。

"報告書"、［online］、平成１７年１２月、高速電力線搬送通信に関する研究会、［平成１９年２月２３日検索］、インターネット＜URL：http://www.soumu.go.jp/s-news/2005/pdf/051226_6_bt2.pdf＞

しかし、屋内や構内の配線は、高圧送電線と異なり、途中にブレーカ等のスイッチが存在していたり、配線の分岐があったり、配線構造が通信に向いていないものである。

すなわち、ブレーカー等のスイッチが途中にあると、そのスイッチがオンしているときは電力線搬送通信の信号（ＰＬＣ信号）も、伝送されるが、スイッチがオフになると電力線が切断されるため、電源が遮断されるとともにＰＬＣ信号も遮断されてしまう。また、電力線の分岐があると、分岐点で高周波インピーダンスが極端に変化し、ＰＬＣ信号の伝送が劣化してしまう問題点がある。また、全ての分岐にＰＬＣ信号が流れてセキュリティーに問題があるとともに、全ての分岐に同じ信号が流れてしまうため、伝送可能な通信の容量が少なくなり、輻輳が起きやすくなるという問題点があった。

この発明は、スイッチや分岐を有する配線形態の電力線であっても電力線搬送通信を円滑に行うことができる電力線搬送通信の伝送線路構造、および、この電力線搬送通信の伝送線路構造に用いられる電力線開閉器を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、電力線に挿入され、この電力線を開閉するスイッチ部と、このスイッチ部に並列に接続され、電源電流を遮断し、電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えたバイパス回路と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、直列に接続されて前記電力線に挿入されたスイッチ部および電力線フィルタと、前記直列に接続されたスイッチ部および電力線フィルタに並列に接続されたバイパス回路と、を有し、前記スイッチ部は、電力線を開閉し、前記電力線フィルタは、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断し、前記バイパス回路は、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記バイパス回路は、入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて通過させるか遮断するかを選択する信号選択部をさらに備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、１つの電源側配線と、この電源側配線から分岐する複数の負荷側配線と、を有する電力線と、前記複数の負荷側配線に各々挿入され、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断する電力線フィルタと、前記複数の電力線フィルタと並行に、前記電源側配線と前記複数の負荷側配線の各々に接続され、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えた分岐バイパス回路と、を備えたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記複数の負荷側配線の各々に、前記電力線フィルタと直列、且つ、前記分岐バイパス回路と並列になるように挿入され、各負荷側配線を開閉するスイッチ部を、さらに備えたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４，５の発明において、前記分岐バイパス回路は、前記電源側配線または複数の負荷側配線のいずれかから入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて、１または複数の配線に再送信する信号選択部をさらに備えたことを特徴とする。

請求項７の発明は、電力線に挿入される電力線開閉器であって、この電力線を開閉するスイッチ部と、このスイッチ部に並列に接続され、電源電流を遮断し、電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えたバイパス回路と、を備えたことを特徴とする。

請求項８の発明は、電力線に挿入される電力線開閉器であって、直列に接続されて前記電力線に挿入されたスイッチ部および電力線フィルタと、前記直列に接続されたスイッチ部および電力線フィルタに並列に接続されたバイパス回路と、を有し、前記スイッチ部は、電力線を開閉し、前記電力線フィルタは、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断し、前記バイパス回路は、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えていることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記バイパス回路は、入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて通過させるか遮断するかを選択する信号選択部をさらに備えたことを特徴とする。

この発明によれば、電力線を開閉するスイッチ部にバイパス回路を設けたことにより、このスイッチ部を開いて電力線を遮断した場合でも、バイパス回路を介して電力線搬送通信の信号（ＰＬＣ信号）を通過させることができ、電源オフ時であっても電力線搬送通信が可能になる。

この発明によれば、さらに、スイッチ部に直列に電力線フィルタを設けたことにより、ＰＬＣ信号を常にバイパス回路を通過させることができ、スイッチ部のオン／オフに無関係に常に同じ条件でＰＬＣ信号を伝送させることができる。

また、この発明によれば、バイパス回路および分岐バイパス回路に、さらに、信号選別部を設けたことにより、ＰＬＣ信号をその内容に応じて選別または振り分けることができ、無用な伝送を防止してセキュリティを維持することができるとともに、通信の輻輳を軽減することができる。

図面を参照して、この発明の実施形態であるブレーカについて説明する。このブレーカは、接点の接続／開放にかかわらず、ＰＬＣ（電力線搬送通信）の信号を一次側から二次側に、または、二次側から一次側に通過させる構成である。

図１は、この発明の第１の実施形態であるブレーカの構成を示す図である。同図（Ａ）は、各部の機能を示すブロック図である。このブレーカ１は、電力線の一次側（電源側）に接続される一次側端子１０１、二次側（負荷側）に接続される二次側端子１０２を有している。そして、この一次側端子１０１と二次側端子１０２との間にスイッチ２およびバイパス回路３が並列に接続された構成になっている。スイッチ２は、通常は一次側端子１０１と二次側端子１０２を電気的に接続した状態になっており、二次側の電流が定格電流（たとえば２０Ａ）以上になったとき、その接続を遮断（切断）する。

ここで、ＰＬＣ（電力線搬送通信）の信号は、例えば２〜３０ＭＨｚの周波数を有する信号であり、電源周波数は、例えば日本国内では５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。バイパス回路３は、この電源周波数の電流を遮断し、ＰＬＣの信号を通過させるようなフィルタを含む構成とする。

スイッチ２の接点が閉じているときは、電源電流とともに、ＰＬＣの信号もスイッチ２を通過する。スイッチ２の接点が開放したとき、電源電流は遮断されるが、ＰＬＣの信号は、スイッチ２に並列に設けられているバイパス回路３を通って一次側から二次側または二次側から一次側に通過する。

同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示したブレーカの具体的回路の例を示す図である。同図では、スイッチ２の接点が開放しているように、すなわち電力線の一次側と二次側を切断しているように図示されているが、ブレーカの場合、通常は、スイッチ２の接点は閉じており、電力線の一次側と二次側が接続した状態になっている。そして、二次側の電流が定格電流以上になったときスイッチ２は、接点を開放して電力線の一次側と二次側を切断する。この切断は、図示しない電磁ソレノイド等によって行われる。

同図（Ｂ）では、バイパス回路３は、コンデンサ３０で構成される。コンデンサ３０は、上述のように、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数の電流を遮断し、２〜３０ＭＨｚのＰＬＣの信号を通過させる静電容量とする。

同図（Ｂ）の回路図では、スイッチ２を双極スイッチとしているが、単極スイッチとし、電力線の一方（ＣＯＬＤ側）を接続したままにしてもよい。

図１の実施形態では、電力線開閉器として、一般の過電流ブレーカを例にあげて説明したが、電力線開閉器は、これに限定されず、漏電ブレーカ、手動のスイッチ（たとえばカバードスイッチ等）など種々のものを適用することができる。また、この発明は、スイッチ、バイパス回路が、一体に構成されたものに限定されない。スイッチ、バイパス回路が、それぞれが別の部品として構成され、各部品を電気的に接続して図１、図２に示す形態に構成してもよい。

図２は、この発明の第２の実施形態であるブレーカの構成を示す図である。同図（Ａ）は、各部の機能を示すブロック図、同図（Ｂ）は、このブレーカの回路の一例を示す図である。

このブレーカ１１は、電力線の一次側（電源側）に接続される一次側端子１０１、二次側（負荷側）に接続される二次側端子１０２を有している。そして、この一次側端子１０１と二次側端子１０２との間にスイッチ１２と電力線フィルタ１３が直列に接続され、この直列に接続されたスイッチ１２，電力線フィルタ１３に並列にバイパス回路１４が接続された構成になっている。

スイッチ１２は、通常は一次側端子１０１と二次側端子１０２を電気的に接続した状態になっており、二次側の電流が定格電流（たとえば２０Ａ）以上になったとき、その接続を遮断（切断）する。

電力線フィルタ１３は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数の電流を通過させ、例えば２〜３０ＭＨｚのＰＬＣの信号を遮断するためのものであり、電力線のホット側に直列に挿入された２つの高周波チョークコイルＬＨ１，ＬＨ２、電力線のコールド側に直列に挿入された２つの高周波チョークコイルＬＣ１，ＬＣ２、および、ホット側の２つの高周波チョークコイルＬＨ１，ＬＨ２の接続点とコールド側の２つの高周波チョークコイルＬＣ１，ＬＣ２の接続点との間に接続されたバイパスコンデンサＣ１を有している。以上の構成で、この電力線フィルタ１３は、ローパスフィルタＬＰＦを構成している。この電力線フィルタ１３のカットオフ特性は、例えば２ＭＨｚ以上の信号を遮断し、それ以下の周波数の信号を通過させる特性に設定される。

バイパス回路１４は、信号選別部１４Ｂとこの信号選別部１４Ｂの一次側端部および二次側端部の両方に設けられたバイパスフィルタ１４Ａからなっている。バイパスフィルタ１４Ａは、電力線のホット側に接続されたコンデンサＣ３、電力線のコールド側に接続されたコンデンサＣ４および高周波トランスＴ１を有している。コンデンサＣ３，Ｃ４の電力線側と反対側の端子は、それぞれ高周波トランスＴ１の一次側の両端子に接続されている。また、高周波トランスＴ１の二次側は、信号選別部１４Ｂに接続されている。

コンデンサＣ３，Ｃ４は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数の電流を遮断し、例えば２〜３０ＭＨｚのＰＬＣの信号を通過させる静電容量とする。これにより、電力線に重畳されたＰＬＣ信号または信号選別部１４Ｂから出力されたＰＬＣ信号は通過するが、電力線によって供給される電源電流が高周波トランスＴ１に殆ど流れることはない。

高周波トランスＴ１は、信号選別部１４ＢによるＰＬＣ信号の入出力を仲介するとともに、電源電圧（電位）から信号選別部１４Ｂを絶縁するためのものである。すなわち、高周波トランスＴ１の一次側は、電力線とのコンデンサＣ３，Ｃ４による静電結合により、（電流は殆ど流れないが）電位が上下するが、この電位変化は二次側へは伝わらない。そして、高周波トランスＴ１は、電磁結合により、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのＰＬＣ信号を一次側から二次側に伝送するとともに、二次側から一次側に伝送する。

信号選別部１４Ｂは、電力線の一次側（端子１０１側）から到来したＰＬＣ信号（パケット）が、電力線の二次側（端子１０２側）に接続されている機器宛のものであるかを判断し、二次側に接続されている機器宛の信号であると判断した場合には、その信号を二次側に出力し、そうでない場合には、その信号を遮断または破棄する。すなわち、シーケンシャルな高周波信号レベルで処理する場合にはその信号を遮断し、パケット等のデジタルデータレベルで処理する場合にはその信号（パケット）を破棄する。また、電力線の二次側から到来したＰＬＣ信号が、電力線の一次側に接続されている機器宛のものであるかを判断し、一次側に接続されている機器宛の信号であると判断した場合には、その信号を一次側に出力し、そうでない場合には、その信号を破棄する。

ＰＬＣ信号のプロトコルに制限はないが、上述した信号の選別は、例えばＯＳＩ参照モデルの第２層（データリンク層）または第３層（ネットワーク層）のヘッダ情報に基づいて行えばよい。すなわち、信号選別部１４Ｂは、ブリッジまたはルータ等の機器が有するパケット選別機能を持つ。

これにより、電力線を伝送されてきたＰＬＣ信号（パケット）は、ブレーカ１１において、スイッチ１２を通らずにバイパス回路１４の信号選別部１４Ｂに入力される。信号選別部１４Ｂは、そのパケットの宛先等に基づいて、そのパケットを通過させるか否かを判断する。これにより、電力線上におけるＰＬＣ信号の輻輳を軽減することができるとともに、パケットが無条件に伝送されて他者に盗み見られる危険性が少なくなる。

図２の実施形態において、信号選別部１４Ｂは必須ではない。すなわち、バイパス回路１４を、電源電流を遮断しＰＬＣ信号のみ通過させるバイパスフィルタのみで構成してもよい。この構成であっても、スイッチ１２の開閉にかかわらず、同じ条件でＰＬＣ信号を通過させることができるため、図１の実施形態に比して通信状態を安定させることが可能になる。

また、図２の実施形態では、電力線開閉器として、一般の過電流ブレーカを例にあげて説明したが、電力線開閉器は、これに限定されず、漏電ブレーカ、手動のスイッチ（たとえばカバードスイッチ等）など種々のものを適用することができる。さらに、この発明は、スイッチ、フィルタ、バイパス回路が、一体に構成されたものに限定されない。スイッチ、フィルタ、バイパス回路を、それぞれ別の部品として構成し、各部品を電気的に接続して図２に示す形態に構成してもよい。

図３は、この発明の第３の実施形態である電力線搬送通信の伝送経路構造を示す図である。同図は、分電盤２０の回路構成を示している。この分電盤２０は、電源を４系統の電力線に分岐し、分岐されたそれぞれの電力線にブレーカ２１−１〜４を挿入した構成になっている。

分電盤２０の一次側（電源側）端子１０１に接続された電力線配線２６は４系統に分岐して、それぞれブレーカ２１−１〜４を介して二次側（負荷側）端子１０２−１〜４にそれぞれ接続されている。

各ブレーカ２１は、スイッチ２２および電力線フィルタ２３を有している。この構成は、図２に示した実施形態のスイッチ１２、電力線フィルタ１３の構成と同様であるため、詳細説明は省略する。これにより、この分電盤２０においては、ＰＬＣ信号は、ブレーカ２１を通過しない。

一方、分電盤２０の一次側端子１０１と４つの系統の二次側端子１０２−１〜４との間に、前記電力線配線２６とは別の信号線配線２７が設けられている。信号線配線２７は、一次側端子１０１に分岐バイパス回路２４を接続するとともに、この分岐バイパス回路２４を４系統の二次側端子１０２−１〜４に接続する。

図４は、分岐バイパス回路２４の詳細構成を示す図である。分岐バイパス回路２４は、一次端子１０１側の電源周波数の電流を遮断するとともにＰＬＣ信号を通過させるバイパスフィルタ２４１、二次側端子１０２−１〜４側の電源周波数の電流を遮断するとともにＰＬＣ信号を通過させるバイパスフィルタ２４２−１〜４、および、これら５つのバイパスフィルタ２４１，２４２−１〜４から入力されたＰＬＣ信号（パケット）を交換して目的の端子（バイパスフィルタ）へ向けて出力する信号選択部２４０を有している。

各バイパスフィルタ２４１、２４２−１〜４は、図２に示した実施形態のフィルタ１４Ａと同一構成であるため、詳細説明は省略する。

信号選択部２４０は、例えばＯＳＩ参照モデルの第２層（データリンク層）または第３層（ネットワーク層）のヘッダ情報に基づいてパケットを交換する。すなわち、信号選別部２４０は、スイッチングハブ、レイヤー２スイッチ、または、マルチポートルータ等の機器が有するパケット選別機能を持つ。

以上の構成により、この分電盤２０においては、電源が４系統に分岐されるとともに、電源側１系統と負荷側４系統のＰＬＣ信号（パケット）が交換され、そのパケットの宛先の機器に向けて再送信される。このように、入力されたパケットが目的の電力線のみに再送信されるため、各電力線上におけるＰＬＣ信号の輻輳を軽減することができるとともに、パケットが無条件に伝送されて他者に盗み見られる危険性が少なくなる。

なお、図３の実施形態は、分電盤を例にあげて説明したが、分電盤以外であっても電力線を分岐する場合には、上記分岐バイパス回路２４を用いてパケット交換することができる。この場合、各分岐した系統にはフィルタ２３は必要であるが、スイッチ２２は必ずしも必要ではない。

なお、図３の実施形態の分岐バイパス回路２４は、信号選別部２４０を用いて入力されたパケットを交換して目的の電力線のみに出力するようにしているが、信号選別部２４０を設けず、波形整形回路およびアンプを設けて、ある系統から入力されたパケットを他の全ての系統に出力するようにしてもよい。すなわち、レピータハブの機能を持たせてもよい。

なお、図３の実施形態では、分岐する系統数を４系統としたが、系統数はこれに限定されない。また、複数の系統間のパケット交換を１つの分岐バイパス回路２４で行っているが、系統数が多い場合等には、複数の分岐バイパス回路で分担してこれを行ってもよい。

この発明の第１の実施形態であるブレーカの構成を示す図この発明の第２の実施形態であるブレーカの構成を示す図この発明の第３の実施形態である分電盤の構成を示す図この発明の第３の実施形態の分岐バイパス回路の構成を示す図

符号の説明

１，１１，２１ブレーカ（電力線開閉器）
２，１２，２２スイッチ（スイッチ部）
３，１４バイパス回路
２４分岐バイパス回路
１３，２３電力線フィルタ
１４Ａ，２４１，２４２バイパスフィルタ
１４Ｂ，２４０信号選別部

Claims

電力線に挿入され、この電力線を開閉するスイッチ部と、
このスイッチ部に並列に接続され、電源電流を遮断し、電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えたバイパス回路と、
を備えたことを特徴とする電力線搬送通信の伝送線路構造。
直列に接続されて前記電力線に挿入されたスイッチ部および電力線フィルタと、前記直列に接続されたスイッチ部および電力線フィルタに並列に接続されたバイパス回路と、を有し、
前記スイッチ部は、電力線を開閉し、
前記電力線フィルタは、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断し、
前記バイパス回路は、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えている
電力線搬送通信の伝送線路構造。
前記バイパス回路は、入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて通過させるか遮断するかを選択する信号選択部をさらに備えた請求項２に記載の電力線搬送通信の伝送線路構造。
１つの電源側配線と、この電源側配線から分岐する複数の負荷側配線と、を有する電力線と、
前記複数の負荷側配線に各々挿入され、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断する電力線フィルタと、
前記複数の電力線フィルタと並行に、前記電源側配線と前記複数の負荷側配線の各々に接続され、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えた分岐バイパス回路と、
を備えた電力線搬送通信の伝送線路構造。
前記複数の負荷側配線の各々に、前記電力線フィルタと直列、且つ、前記分岐バイパス回路と並列になるように挿入され、各負荷側配線を開閉するスイッチ部を、さらに備えた請求項４に記載の電力線搬送通信の伝送線路構造。
前記分岐バイパス回路は、前記電源側配線または複数の負荷側配線のいずれかから入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて、１または複数の配線に再送信する信号選択部をさらに備えた請求項４または請求項５に記載の電力線搬送通信の伝送線路構造。
電力線に挿入される電力線開閉器であって、
この電力線を開閉するスイッチ部と、
このスイッチ部に並列に接続され、電源電流を遮断し、電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えたバイパス回路と、
を備えた電力線開閉器。
電力線に挿入される電力線開閉器であって、
直列に接続されて前記電力線に挿入されたスイッチ部および電力線フィルタと、前記直列に接続されたスイッチ部および電力線フィルタに並列に接続されたバイパス回路と、を有し、
前記スイッチ部は、電力線を開閉し、
前記電力線フィルタは、電源電流を通過させ、電力線搬送通信の信号を遮断し、
前記バイパス回路は、前記電源電流を遮断し、前記電力線搬送通信の信号を通過させるバイパスフィルタを備えている
電力線開閉器。
前記バイパス回路は、入力された電力線搬送通信の信号を、その信号の内容に応じて通過させるか遮断するかを選択する信号選択部をさらに備えた請求項８に記載の電力線開閉器。