JP3390390B2 - 海底観測システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海底観測システム
に関し、特に、海底光ケーブルを分岐させる海底分岐装
置を備えた海底観測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】海底観測システムは、遠洋の海底に設置
される海底局と、陸上に設置される陸揚げ局と、これら
の間を接続する海底光ケーブルとを有している。海底局
は、その目的に応じて、プレートの移動、海流の状態、
海水の成分等を観測する海底観測機器を備えている。ま
た、陸揚げ局は、海底観測機器を制御し、観測結果を収
集分析する制御装置及び海底観測機器に電力を供給する
給電装置を備えている。海底光ケーブルは、光通信シス
テムにおいて使用される海底光ケーブルと同様のもので
あって、少なくとも、一対の光ファイバ及び一つの給電
線を有している。光ファイバは、海底観測機器と制御装
置との間の制御信号及び観測結果信号のやりとりに使用
され、給電線は、陸揚げ局に設けられた給電装置から海
底観測機器へ電力を供給するために使用される。

【０００３】さて、海底観測システムの設置場所、特に
陸揚げ局から深海底へと伸びる海底光ケーブルの設置場
所は、漁業権（底引き網漁の漁場）などとの関係から、
その確保は容易でない。このため、一つの陸揚げ局に複
数の海底局を接続したシステムを構築することが望まれ
る。

【０００４】従来の海底観測システムは、海底光ケーブ
ルを用いる通信システムを参考にして構成されており、
複数の海底局を一つの陸揚げ局に接続する場合、これら
複数の海底局は、海底光ケーブルを用いて直列に接続さ
れる。そして、各海底局への給電は、光通信システムに
おいて複数の海底中継装置に給電するのと同様に行なわ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】複数の海底局を直列に
接続すると、海底光ケーブルの延べ長さが長くなり、シ
ステムの信頼性が低下するとともに、給電電圧を高くし
なければならなくなるため、海底観測機器を含む全ての
機器及び給電線の耐圧を向上させなければならず、コス
トの上昇を招くという問題点がある。

【０００６】本発明は、海底光ケーブルを分岐すること
により、単一の陸揚げ局に複数の海底局を並列接続する
ことを可能にし、もってシステムの信頼性向上とコスト
の低減を実現することを目的とする。

【０００７】なお、海底光ケーブルを用いる通信システ
ムの分野では、３つの海底光ケーブルに接続され、海底
ケーブル内の光ファイバを対地別に分岐する海底分岐装
置なるものが既に実現されている。しかしながら、この
海底分岐装置は、例えばＡ局とＢ局とを接続する海底光
ケーブルと、Ａ局とＣ局とを接続する海底光ケーブルの
うち、Ａ局に接続された部分を一本のケーブルにするた
めのものであって、基本的には、２本のケーブルを１本
にまとめるためのものに過ぎない。つまり、１つの給電
装置から２つの給電線に給電を行うものではない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、給電回
路を備えた陸揚げ局と、前記給電回路からの給電を受け
る海底局とを含み、前記給電回路から前記海底局への給
電を給電線を通して行う海底観測システムにおいて、前
記給電線を分岐する海底分岐装置を設け、複数の前記海
底局に対して実質上独立して給電するようにしたことを
特徴とする海底観測システムが得られる。

【０００９】具体的には、前記給電回路が、その出力電
流を第１の電流値にするために必要な出力電圧が所定の
電圧値以上に上昇したとき、前記出力電流を第１の電流
値よりも小さい第２の電流値に変更し、前記出力電流が
前記第２の電流値よりも所定値以上低下したとき出力を
停止する直流定電流給電装置であり、前記海底分岐装置
が、入力を２分岐する分岐線路と、該分岐線路の２つの
出力側にそれぞれ接続された電流安定化回路とを備えて
いる。

【００１０】あるいは、前記給電回路が、定電流特性を
持つ交流を発生させるとともに、出力電圧が所定値の範
囲から外れたとき出力を停止する交流給電装置であり、
前記海底分岐装置が、入力を２分岐する分岐線路と、該
分岐線路の２つの出力側にそれぞれ接続された整流器及
び平滑回路とを備えている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１６】図１に、本発明の第１の実施の形態の原理
を説明するための給電回路を示す。図１の給電回路は、
直流給電装置１１、直流給電装置に接続された給電線１
２、給電線１２に接続された海底分岐装置１３、及び海
底分岐装置１３に接続された２つの給電線１４及び１５
を有している。また、海底分岐装置１３は、給電線１２
と１４との間、及び給電線１２と１５との間にそれぞれ
接続された電流制御回路１６及び１７を有している。な
お、給電を受ける海底観測機器（図２参照）は、給電線
１４及び１５にそれぞれ接続される。

【００１７】この給電回路では、直流給電装置１１から
海底観測機器への給電は、給電線１２、海底分岐装置１
３の電流制御回路１６、及び給電線１４を通して、また
は、給電線１２、海底分岐装置１３の電流制御回路１
７、及び給電線１５を通して行なわれる。なお、給電帰
路は大地である。

【００１８】この給電回路では、電流制御回路の内部抵
抗を非常に高くしてある（一般に、電流制御回路の内部
抵抗は非常に高い）ので、給電線１４及び１５のうちの
いずれか一方に、断線や地絡等の障害が発生しても、他
方への給電にはほとんど影響がない。即ち、この給電回
路は、給電線１４及び１５に対して実質的に独立して給
電を行うことができる。

【００１９】次に、図２を参照して、本発明の第１の実
施の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、給
電に関する部分のみを示し、信号伝送を担う光ファイバ
ーや、制御装置等については図示を省略する。

【００２０】図２の海底観測システムは、陸上に設置さ
れる陸揚げ局２１と、複数の海底局２２，２３、及び２
４と、海底分岐装置２５と、これらを互いに接続する海
底光ケーブルとを有している。

【００２１】各海底光ケーブルは、複数の光ファイバー
（図示せず）と一つの給電線とを備えている。陸揚げ局
２１と海底局２２とを接続する海底光ケーブルの給電線
と、海底局２２と海底分岐装置２５とを接続する海底光
ケーブルの給電線とが、図１の給電線１２に相当し、海
底分岐装置２５と海底局２３とを接続する海底光ケーブ
ルの給電線が図１の給電線１４に相当する。また、海底
分岐装置２５と海底局２３とを接続する海底光ケーブル
の給電線が図１の給電線１５に相当する。

【００２２】また、海底分岐装置２５は、海底局２２に
接続された海底光ケーブルの給電線を２分岐するための
分岐線路と、分岐線路の分岐側にそれぞれ接続された電
流制御回路（定電流回路）としての電流安定化回路２
６，２７と、これらを収容する対水圧筐体２８と、対水
圧筐体２８からの放熱（即ち、電流安定化回路２６，２
７の放熱）を促すために、その外面に固定された放熱用
アダプタ（放熱用フィン）２９とを有している。

【００２３】図２の電流安定化回路２６，２７は、最も
簡単な構成例であって、それぞれ、１個のトランジス
タ、２個の抵抗、及び１個のツェナーダイオードで構成
されている。この電流安定化回路２６，２７は、印加さ
れる給電電圧及び自己の負荷抵抗の値に関わらず、それ
ぞれ電流値Ｋの出力電流を出力するように調整されてい
る。ここで、電流値Ｋは、海底局２３，２４の海底観測
機器３０，３１が、それぞれ、その動作に必要とする電
流値に相当する。詳述すると、海底観測機器３０，３１
は、それぞれ、図３に示すように給電線に接続されてお
り、Ｋ以上の電流の供給を受けて動作するが、Ｋを越え
る過剰な電流はバイパスするように構成されている。海
底局２２の海底観測機器３２についても同様であって、
この海底観測システムでは、全ての海底局を同一構成と
することができる。なお、ここでいう海底観測機器に
は、実際に観測を行う機器のみならず、陸揚げ局２１の
制御装置と交信するための伝送装置など、海底局に備え
られた全ての電気、電子機器が含まれる。

【００２４】陸揚げ局２１には、海底局に電力を供給す
るための直流定電流給電装置３２が設けられている。こ
の直流定電流給電装置３２は、電流値２Ｋ（即ちＫの２
倍）の定電流を出力するが、その出力電圧が所定の電圧
以上に上昇した場合には、出力電流値をＫに低下させ
る。また、出力電流がＫよりも所定値以上低下したとき
には、その出力を停止する。

【００２５】次に、この海底観測システムの給電動作に
ついて説明する。

【００２６】まず、このシステム全体が正常に動作して
いる場合について説明する。この場合、直流定電流給電
装置３２は、電流値２Ｋの出力電流を給電線１２へ供給
する。この電流は、海底局２２の海底観測機器を動作さ
せ、海底分岐装置２５へと送られる。海底分岐装置２５
は、電流安定化装置２６，２７の働きにより、入力され
た２Ｋの電流をＫずつの電流に分岐して、給電線１４及
び１５へそれぞれ供給する。給電線１４及び１５に供給
されたＫの電流は、それぞれ海底局２３及び２４の海底
観測機器３０及び３１を動作させる。

【００２７】なお、電流安定化装置２６及び２７の出力
側の電圧は互いに等しくなくてもよい。即ち、電流安定
化装置２６及び２７は、それぞれ独立に入力電圧と出力
電圧との差と電流Ｋとの積に等しい電力を熱として放出
しており、その出力側の抵抗値に係らず、電流Ｋを出力
する。

【００２８】次に、給電線１４，１５にいずれか一方が
断線した場合について説明する。給電線１４または１５
が断線すると、そこに流れていた電流Ｋに相当する分だ
け、給電線１２に流れる電流が減少する。即ち、給電線
１２に流れる電流が２ＫからＫへと減少しようとする。
このとき、直流定電流給電装置３２は、給電線１２に電
流２Ｋを流しつづけようとして、その出力電圧を上昇さ
せる。そして、ある程度出力電圧を上昇させても、出力
電流を２Ｋにすることができない場合、直流定電流給電
装置３２は、給電線１４又は１５に断線が生じたと判断
して、その出力電流の値をＫに変更する。即ち、直流定
電流給電装置３２は、出力電圧が予め定めた所定の電圧
値以上になると、出力電流の値をＫにする。その結果、
電流安定化装置２６及び２７には、正常時と同一か、実
質上等しい電圧が印可され、正常な給電線１５又は１４
には、正常時と変わりない給電が行なわれる。

【００２９】次に、給電線１４，１５のいずれか一方が
地絡した場合について説明する。給電線１４又は１５が
地絡した場合、地絡した給電線に接続された電流安定化
装置２６又は２７の出力電圧は、その地絡点に応じて低
下する。しかしながら、その電流安定化装置の出力電流
は一定である。つまり、給電線１４又は１５が地絡する
と、地絡下給電線に接続された電流安定化装置での消費
電力が増加するが、それ以外は、正常時と変わりがな
い。つまり、給電線１４，１５の一方に地絡が生じて
も、他方の給電には全く影響がない。

【００３０】給電線１４，１５が共に地絡した場合は、
いずれか一方が地絡した場合と同様、電流安定化装置２
６，２７での消費電力が増加する以外は、正常時と変わ
りないため、海底局２２への給電は続けられる。

【００３１】また、給電線１４，１５が共に断線した場
合または給電線１２が断線した場合は、直流定電流給電
装置３２の出力電流値がＫを下回る。直流定電流給電装
置３２は、出力電流値をＫにしようと出力電流を上昇さ
せるが、出力電流は零に向かう。そこで、直流電流給電
装置３２は、出力電圧を所定量上昇させても出力電流値
Ｋを得ることができないとき、あるいは、出力電流値が
零になったときに、給電（出力）を停止する。

【００３２】また、給電線１２が地絡した場合は、その
地絡地点が海底局２２よりも海底分岐装置２５側であれ
ば、直流電流給電装置３２の出力電圧の低下があるもの
の、海底局２２への給電は継続することができる。

【００３３】以上が本実施の形態による海底観測システ
ムの給電動作であるが、障害中は、あるいは正常時にお
いても給電線１４，１５の直流抵抗のバランスが極端に
悪い場合は、海底分岐装置２５の中で大きい電力を消費
させなければならない場合がある。このため、海底分岐
装置２５には、電力消費に伴い発生した熱を海中に放出
するための放熱用アダプタ２９を取り付けてある。な
お、海底分岐装置２５の対海水接触面積を大きくして放
熱効果を高める手段としては、放熱用アダプタ２９を設
ける以外に、筐体自身の表面に襞や皺を形成するように
してもよい。

【００３４】なお、上記の様な給電線１４，１５の直流
抵抗のアンバランスを改善するために、抵抗が小さい方
の給電線に抵抗を追加してバランスをとるという方法が
考えられるが、追加抵抗は、給電線、海底測定機器、あ
るいは海底測定機器を接地するための海底接地電極（シ
ーアース）のいずれにも接続することが可能である。

【００３５】以上述べたように、本実施に形態による海
底観測システムでは、海底分岐装置を用いることによ
り、１本の給電線からの給電電流を２本の給電線に独立
に分岐給電することができる。

【００３６】次に、図４乃至図６を参照して本発明の第
２の実施の形態について説明する。なお、図中、図１乃
至図３示すものと同一ものには同一の番号を付与してあ
る。

【００３７】図４は、本発明の第２の実施の形態の原理
を説明するための給電回路を示す図である。この給電回
路は、図１に示す給電回路とほぼ同一の構成であるが、
海底分岐回路１３が、切替スイッチ４１を備えている点
で図１のものと異なっている。この給電回路では、切替
スイッチ４１を周期的に切り換えることで、給電線１
４，１５にそれぞれ独立して（時分割で）給電を行うこ
とができる。この給電回路では、各給電線１４，１５に
供給される給電電流がパルス状となってしまうが、平滑
処理を行うことにより直流電流に変換することができ
る。

【００３８】次に、図５を参照して本発明の第２の実施
の形態について詳細に説明する。

【００３９】実際に海底観測システムを構築する際に、
図４に示すような切替スイッチ４１を用いる給電回路を
採用すると、信頼性や雑音の問題が生じ易い。そこで、
図５の海底観測システムでは、陸揚げ局２１において交
流給電装置５１を用いるようにしている。

【００４０】交流給電装置５１は、交流を定電流特性を
もって発生させる。即ち、交流給電装置５１は、その実
効電流値が一定となるように給電を行う。また、交流給
電装置５１は、出力電圧（ここでは、実効電圧値を指
す）が所定の電圧範囲から外れた場合に給電を停止す
る。

【００４１】海底分岐装置２５には、陸揚げ局２１に交
流給電装置５１を設けたことに対応して、切替スイッチ
に相当する整流装置５２が設けられている。この整流装
置５２は、一対の半波整流器（整流ダイオード）５３，
５４を備えている。また、海底分岐装置２５は、整流装
置５２と給電線１４，１５の各々との間に接続された、
平滑回路５５，５６を有している。

【００４２】この海底観測システムでは、海底局２２の
海底観測機器３２に交流が供給されることになる。ま
た、海底局２４の海底観測機器３１には、図２の場合と
は逆方向の直流電流が流れる。そこで、海底観測機器３
２への給電は、例えば、図６に示すように整流回路（ブ
リッジ型整流器）と平滑回路との組み合わせを介して行
なわれる。ここで、図６の整流回路と平滑回路との組み
合わせを、電源回路として海底観測機器に組み込むよう
にすれば、全ての海底局２２，２３、及び２４で、同一
構成の海底観測機器を用いることができる。即ち、この
ような電源回路を備えた海底観測機器は、所定値以上の
交流電流、あるいは任意の向きの所定値以上の直流電流
で動作する海底観測機器となる。

【００４３】次に、図５の海底観測システムにおける給
電動作について説明する。

【００４４】まず、正常時は、交流給電装置５１から給
電線１２を通して給電線１４，１５へ給電が行なわれ
る。このとき、給電線１２には交流電流が、給電線１
４，１５には、整流装置５２及び平滑回路５５，５６の
働きによりそれぞれ直流電流が給電される。

【００４５】次に、給電線１４、１５のいずれか一方が
断線した場合について説明する。この場合、交流給電装
置５１が交流電流を給電線１２に給電しようとしても、
正または負の電流を流すことができない。即ち、給電線
１２には、半波整流された直流が流れる。しかし、この
ことは給電線１４，１５の他方への給電には、全く影響
しない。また、海底局２２の海底観測機器３２への給電
も、海底観測機器３２の給電線１２への接続が図６のよ
うに行なわれているため、影響を受けない。

【００４６】次に、給電線１４，１５のいずれか一方が
地絡した場合について説明する。この場合、交流給電装
置２１が定電流特性をもっていることから、給電線１２
上には正常に交流電流が流れる。ただし、交流給電装置
の出力電圧は、正側または負側の電圧が正常値より低電
圧となり、出力電圧に直流成分が乗ることになる。しか
し、海底局２２の海底観測機器３２及び正常な給電線１
４または１５に接続された海底局２３または２４の海底
観測機器には、正常に交流電流または半波整流された電
流が給電される。

【００４７】以上のように、本実施の形態による海底観
測システムでは、１つの交流給電装置５１から２つの給
電線１４，１５に実質上独立に給電することが可能で、
給電線１４または１５に断線または地絡が生じても、正
常な給電線１５または１４には、その後の正常な給電を
行うことができる。

【００４８】給電線１２が断線、あるいは給電線１４，
１５が共に断線した場合は、交流給電装置５１の出力電
圧が所定値以上となるので、交流給電装置５１は、その
給電を停止する。

【００４９】また、給電線１２が地絡、あるいは給電線
１４及び１５が同時に地絡した場合は、交流給電装置５
１は、正常時と同じ出力電流を給電線１２へ供給する。
従って、その障害発生位置により、電流の供給を受ける
ことができる海底観測機器は正常に動作する。但し、交
流給電装置５１は、その出力電圧が所定値以下となった
場合には、その給電を停止する。

【００５０】上記の様な障害発生時には、給電回路全体
に直流が流れることがある。従って、交流給電装置５１
は、その様な状況に対処できるよう設計しておく必要が
ある。

【００５１】以上述べたように本実施の形態による海底
観測システムでも、複数の給電線に独立に給電が可能で
ある。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、複数の給電線に実質上
独立した給電を可能にする海底分岐装置を提供すること
により、単一の陸揚げ局に複数の海底局を並列接続する
ことを可能にし、もってシステムの信頼性向上とコスト
の低減を実現することができる。

【００５３】詳述すると、本発明によれば、給電線を複
数有する高価な新しい海底ケーブルを開発する必要もな
く、また全海底機器を直列接続することによる海底観測
システムの信頼性低下、給電電圧上昇を招くこともな
く、単一の陸揚げ局に接続される海底観測機器を増やす
ことができ、経済的に海底観測システムを展開すること
が可能となり、地震予知を初めとする地球物理学、海洋
環境学等の発展に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に採用される給電回
路の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による海底観測シス
テムを示すブロック図である。

【図３】図２の海底観測システムにおける、給電線への
海底観測機器の接続方法を説明するための図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に採用される給電回
路の原理を説明するための図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による海底観測シス
テムを示すブロック図である。

【図６】図５の海底観測システムにおける、給電線への
海底観測機器の接続方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ 直流給電装置 １２ 給電線 １３ 海底分岐装置 １４，１５ 給電線 １６，１７ 電流制御回路 ２１ 陸揚げ局 ２２，２３，２４ 海底局 ２５ 海底分岐装置 ２６，２７ 電流安定化回路 ２８ 対水圧筐体 ２９ 放熱用アダプタ ３０，３１，３２ 海底観測機器 ４１ 切替スイッチ ５１ 交流給電装置 ５２ 整流装置 ５３，５４ 半波整流器 ５５，５６ 平滑回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青柳 勝 神奈川県横須賀市夏島町２番地15 海洋 科学技術センター内 (72)発明者 川口 勝義 神奈川県横須賀市夏島町２番地15 海洋 科学技術センター内 (56)参考文献 特開 昭57−28278（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−121086（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−226090（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−118830（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−60436（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−118831（ＪＰ，Ｕ) 特許2878040（ＪＰ，Ｂ２) 特許2988517（ＪＰ，Ｂ２) 特許2636161（ＪＰ，Ｂ２) 実用新案登録2546336（ＪＰ，Ｙ２) 国際公開99／23465（ＷＯ，Ａ２) 松本剛、岩瀬良一、川口勝義、満澤巨 彦、門馬大和、木村政昭、山本聡、小賀 百樹、中村衛、鹿谷法一，“マルチセン サ深海底環境変動観測システムの構築に 関する研究”，海底ケーブルを用いた地 震等多目的地球環モニターネットワーク の開発に関する研究 成果報告書，日 本，科学技術庁研究開発局，1999年 ２ 月，第１期 平成７〜９年度，ｐ．44− 61 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01W 1/00 - 1/18 G01V 1/00 - 15/00 H02G 15/14 H04B 3/44 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電回路を備えた陸揚げ局と、前記給電
   回路からの給電を受ける海底局とを含み、前記給電回路
   から前記海底局への給電を給電線を通して行う海底観測
   システムにおいて、 前記給電線を分岐する海底分岐装置を設け、複数の前記
   海底局に対して実質上独立して給電するようにしたこと
   を特徴とする海底観測システム。
2. 【請求項２】 前記給電回路が、その出力電流を第１の
   電流値にするために必要な出力電圧が所定の電圧値以上
   に上昇したとき、前記出力電流を第１の電流値よりも小
   さい第２の電流値に変更し、前記出力電流が前記第２の
   電流値より所定値以上低下したとき出力を停止する直流
   定電流給電装置であり、前記海底分岐装置が、入力を２
   分岐する分岐線路と、該分岐線路の２つの出力側にそれ
   ぞれ接続された電流安定化回路とを備えていることを特
   徴とする請求項１の海底観測システム。
3. 【請求項３】 前記給電回路が、定電流特性を持つ交流
   を発生させるとともに、出力電圧が所定の範囲から外れ
   たとき出力を停止する交流給電装置であり、前記海底分
   岐装置が、入力を２分岐する分岐線路と、該分岐線路の
   ２つの出力側にそれぞれ接続された整流器及び平滑回路
   とを備えていることを特徴とする請求項１の海底観測シ
   ステム。