JP2008311810A - サージ雑音抑制装置及び該装置を備えた通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル電力線搬送装置等の通信装置に接続される同軸ケーブルに用いられるサージ雑音抑制装置及び当該装置を備えた通信装置に関する。
【解決手段】同軸ケーブル７に接続される不平衡・平衡変換トランス２の平衡側にフェライトコア１をターンさせたツイストペアケーブル３を接続する。前記ツイストペアケーブルの他端がデジタル電力線搬送装置６等の入出力部に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、サージ雑音抑制装置及び該装置を備えた通信装置に関し、特に発電所又は変電所（以下、電気所という）などに設置されるデジタル電力線搬送装置に好適であり、電気所における開閉機器の操作時に発生するサージに由来するノイズなどの流入を抑制するサージ雑音抑制装置及び該装置を備えた通信装置に関する。

一般に送電線路を伝送媒体とするデジタル電力線搬送装置は、図６に示すように電気所において高周波同軸ケーブル（ＣＯＡＸ）により高周波だけを通過させるカップリングキャパシタ（ＣＣ）とカップリングフィルタ（ＣＦ）を介して送電線に結合される。また、送電線には電源周波数だけを通過させ電力線搬送用の高周波を阻止するライントラップ（ＬＴ）を挿入している。

また、図７に示すように電気所には送電電圧を変圧する変圧器や、電気所電圧の力率を調整するためのスタティックコンデンサーなどの電気機器が設置されており、これらの機器が開閉器／遮断器の操作によって送電系統に投入され又は送電系統から開放される際に大きなラッシュ電流が流れたり、電圧変動が発生することがある。
このような大きなラッシュ電流が流れたり、電圧変動が発生することで周囲に電磁界を発生させ、これらが電気所構内に敷設されている高周波同軸ケーブルに対し電磁結合もしくは静電結合によりサージ雑音を発生させデジタル電力線搬送装置へ流入することになる。
このサージ雑音は、コモンモードノイズとなってデジタル電力線搬送装置へ流入してデジタル電力線搬送装置の誤動作や故障を引き起こす要因となり、伝送品質や信頼度をも低下させるなど問題となっている。

このような通信などに使われている同軸ケーブルの雑音に対しては、従来からＴＶなどの分野で同軸ケーブルにフェライトコアを装着して雑音を防止する対策がとられている（特許文献１，２）。また、同軸ケーブルはコモンモードノイズの影響を受けやすいために、不平衡・平衡変換トランスを装着してその影響を抑制するような対策もとられている（非特許文献１）。

しかしながら、送電線を伝送媒体とするデジタル電力線搬送装置は、実用化されて日が浅いために、これらのサージ雑音の対策についてはあまり検討がされておらず、関連の先行文献もこれまで見当たらない。特に、電気所に設置されているデジタル電力線搬送装置の場合には、電気所における開閉機器の操作時に発生する静電結合又は電磁結合に由来するサージ雑音の問題が発生することは前述のとおりであるが、このような特殊な使用環境におけるサージ雑音についても未だ何ら対策が取られていないのが実情である。
特開２００２−３０００９２号公報 特開昭４８−５８７１０号公報 伊藤健一著「アースとケーブル」日刊工業新聞社発行，２００１年４月２７日，７９頁乃至８１頁

本発明は、一般に通信分野などで用いられているフェライトコアや不平衡・平衡変換トランスを用いた簡単な構成によって、電気所構内に設置されているデジタル電力線搬送装置などの通信装置に流入するサージ雑音を抑制することを目的としている。

本発明の第１の技術手段は、不平衡・平衡変換トランスと、一端が前記不平衡・平衡変換トランスの平衡側に接続されたフェライトコアにターンしたツイストペアケーブルより成り、前記不平衡・平衡変換トランスの不平衡側に伝送媒体である同軸ケーブルが接続され、前記ツイストペアケーブルの開放端が通信装置に接続されるサージ雑音抑制装置を特徴とする。

第２の技術手段は、前記ターンが２乃至５回であることを特徴とする。

第３の技術手段は、前記サージ雑音抑制装置を備えた通信装置であることを特徴とする。

第４の技術手段は、前記通信装置がデジタル電力線搬送装置であることを特徴とする。

本発明は、サージ雑音抑制装置を備えているので、高電圧／大電流が印加、通電する設備機器の使用環境下でも有効にサージ雑音を抑制することができ、高電圧、大電流のサージが発生する電気所構内で当該サージに起因する雑音、いわゆるコモンモードノイズの流入を大幅に抑制することが可能となり、特に電気所構内でのデジタル電力線搬送機器の誤動作や故障発生を防止することが可能となるものである。

本発明者は、まず、フェライトコアや不平衡・平衡変換トランスを用いたノイズ低減装置の構成について鋭意試験を行った。図２〜図５にその試験の態様と結果を示す。
実験は、図２〜５に示すように同軸ケーブル７の絶縁外被の周囲を金属板で長さ１メートル絶縁外被に接触するように囲って静電結合器８とし、当該金属板に対地を基準にサージ電圧印加装置９により電力線搬送で用いられる搬送波の周波数帯域に属する３２５ＫＨｚの高周波電圧を１ｍＳ印加し静電誘導に起因するサージ雑音の発生を模擬した。
なお、電磁誘導により生じるサージ雑音も上記の模擬により生じるサージ雑音と実質的に等価である。
図３の態様では、デジタル搬送装置６に接続される同軸ケーブルの終端にフェライトコア１を１個設けて静電結合サージ雑音印加試験を行ったが、対策なしの場合には印加電圧５００Ｖでデジタル搬送装置に誤動作が発生したのに対し、フェライトコアを１個取付けた態様では７００Ｖで誤動作が発生した。
この対策を講じても２００Ｖ程度の印加電圧の向上しか期待できないことが明らかになった。またフェライトコアを２個設けた場合でも、印加電圧の向上に格別の違いはなかった。

次に、図４の態様では、前記同軸ケーブルの終端に不平衡・平衡変換トランス２を介在させ、同様の静電結合サージ雑音印加試験を行ったが、この態様でも６００Ｖで誤動作が発生したので、この対策を講じても１００Ｖ程度の印加電圧の向上しか期待できないことが確認された。

また、図５の態様では、不平衡・平衡変換トランス２を設けるとともに、フェライトコア１個又は２個を高周波同軸ケーブルに設けて同様の静電結合サージ雑音印加試験を行ったが、この態様でも、図３の場合の印加電圧７００Ｖとほとんど変わらず、印加電圧の向上が得られても１００Ｖ程度高い８００Ｖまでしか期待できず、高周波同軸ケーブルにフェライトコアを複数個設け、また、単に不平衡・平衡変換トランスを設けても印加電圧の顕著な向上が得られないことが確認された。

一方、電気所において、例えば、スタティックコンデンサー用開閉器などが投入された場合に電気所構内の同軸ケーブル周囲の空間に２０００Ｖ〜３０００Ｖの印加電圧(電界)が発生し、これらの構成では実用上不十分であることも確認された。

本発明者は、フェライトコアや不平衡・平衡変換トランスを用いてさらに鋭意試験を行ったところ、図３に示すように、フェライトコアを従来のような不平衡ケーブルに設けた場合には印加電圧を７００Ｖまでしか向上させることができなかったが、このフェライトコア１を不平衡・平衡変換トランス２を介して平衡側に接続したツイストペアケーブル３に設けた場合には、予想外にも印加電圧を大幅に向上させることができるという結果が得られた。またこのツイストペアケーブル３をフェライトコア１に巻きつけてフェライトコア１をターンする（通過する）回数を増やすことでさらに印加電圧を大幅に向上させることができるという結果が得られ、本発明に至ったものである。
本発明は、デジタル電力線搬送装置などの通信装置に設ける、不平衡・平衡変換トランス２とその二次側に接続されたツイストペアケーブル３とこのツイストペアケーブルがターンするフェライトコア１とで構成される簡単で安価なサージ雑音抑制装置及び、当該サージ雑音抑制装置を備えた通信装置を提供するものである。

以下、デジタル電力線搬送装置に適用した一実施形態について図１のサージ雑音抑制装置を参照しながら説明する。
送電線側カップリングフィルタ（ＣＦ）と接続する高周波同軸ケーブル７は、サージ雑音抑制回路の入・出力端子に接続されると共に、その中心導体は不平衡・平衡変換トランス２の１次側Ｌ１に、その外部導体はグランドラインにそれぞれ接続される。
不平衡・平衡変換トランスは、具体的には入・出力インピーダンスが７５Ωであるので１次側，２次側とも同一の巻線比で構成し、２次側を平衡回路に変換している。二次側巻線に過電圧吸収のためのバリスタ１０を設けているが必須ではない。
そして、２次側Ｌ２にツイストペアケーブル３を設けフェライトコア１にターンさせてデジタル電力線搬送装置の入・出力端子５へ接続されている。

このように、本発明のサージ雑音抑制装置は、不平衡・平衡変換トランスでその二次側に平衡ケーブルとしての伝送路のツイストペアケーブルが接続され、このツイストペアケーブルがフェライトコアをターンするように設けた極めて簡単な構成である。ツイストペアケーブルをフェライトコアに巻きつけてフェライトコアとのターン回数（通過回数）を増加させることも可能であり、このターン回数を増加させるとさらに印加電圧を大幅に増大させることができる効果が得られる。

フェライトコアのターン回数と印加電圧との試験結果を図２に示す。図２に示すように、ツイストペアケーブルによるフェライトコアのターン回数２回の場合には、対策なしの場合と比べて約４倍以上の２２００Ｖの印加電圧の向上効果が得られる。またこのターン回数を２回から３回に一回増やしただけでも１６００Ｖ程度(印加電圧３８００Ｖ)の印加電圧の向上効果が得られる。したがって、印加電圧の増大を図るためには、ターンの回数を増やす方が有効であるが、ケーブルの太さやフェライトコア径などの物理的な制約から５ターンまでが限界であり、また、ターンの回数をそれ以上増やすと動作周波数が低くなりデジタル搬送に用いる周波数帯の信号に影響が出るので、実用的には１ターン〜５ターンの範囲が好ましい。

本発明のサージ雑音抑制装置は、そのフェライトコアのターン回数を選択するのみで加わるサージ雑音に対する限界値を変更することが可能であるから、例えば、デジタル電力線搬送装置が設置される現場の使用環境に応じて簡単に仕様変更ができるというメリットがある。
本発明のサージ雑音抑制装置は、不平衡・平衡変換トランス、フェライトコアおよびツイストペアケーブルより簡単に構成できるので、通信装置に容易に内蔵させることができる。

また、本発明のサージ雑音抑制装置は、不平衡・平衡変換トランス、フェライトコアおよびツイストペアケーブルを一体化して１つの装置ユニットとして構成することができる。
ユニット化する場合は、図１の同軸ケーブルが接続される入出力端子部４に不平衡・平衡変換トランスの一次側と接続して同軸コネクタを設け、通信装置の入出力端子部５に接続されるツイストペアケーブルの端部に同軸プラグを設ければ良い。一体的に構成することで、この装置ユニットは持ち運びが容易であることから、現場でデジタル電力線搬送装置等の通信装置に取付けて簡単に使用することができる。
デジタル電力線搬送装置を例に説明したが、本発明は広く通信装置に接続される伝送媒体の同軸ケーブルに適用できることは明らかである。

本発明の実施形態におけるサージ雑音抑制装置の構成図である。 本発明のサージ雑音抑制装置のサージ試験と試験結果である。 従来の態様でフェライトコアを設けた場合のサージ試験と試験結果である。 従来の態様で不平衡・平衡変換トランスを設けた場合のサージ試験と試験結果である。 従来の態様でフェライトコアと不平衡・平衡変換トランスを共に設けた場合のサージ試験と試験結果である。 送電線用デジタル電力線搬送装置の高周波回路構成である。 電気所における静電結合および電磁結合の状態を示す図である。

符号の説明

１…フェライトコア、２…不平衡・平衡変換トランス、３…ツイストペアケーブル、４，５…入出力端子、６…デジタル電力線搬送装置、７…同軸ケーブル、８…静電結合器、９…サージ電圧印加装置。

Claims (4)

1. 不平衡・平衡変換トランスと、一端が前記不平衡・平衡変換トランスの平衡側に接続されたフェライトコアにターンしたツイストペアケーブルより成り、前記不平衡・平衡変換トランスの不平衡側に伝送媒体である同軸ケーブルが接続され、前記ツイストペアケーブルの開放端が通信装置に接続されることを特徴とするサージ雑音抑制装置。
2. 前記ターンが２乃至５回であることを特徴とする請求項１に記載のサージ雑音抑制装置。
3. 請求項１又は２に記載の何れかに記載のサージ雑音抑制装置を備えたことを特徴とする通信装置。
4. 前記通信装置がデジタル電力線搬送装置であることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。

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