JP4336130B2 - 電力線通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線通信システムに関し、さらに詳しくは、電力線から漏洩する電界を防止する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭内に引き込まれている所謂、商用電力線は、２本の電線の差電圧（日本では１００Ｖ）で電力を供給しており、ケーブルの形態からみると一種の平衡ケーブルと見なすことができる。近年この商用電力線を介して信号を送受信する電力線通信システムの研究が盛んに行われている。日本の配電システムでは高圧から低圧へ変圧する柱上トランスの低圧側で中性線（ニュートラル）を接地するＴＴシステムを採用している。そのためこの中性線の接地が原因で２本の電線間の平衡が崩れ大地に対する電位が発生し、電力線を通る高周波信号は空間に放出（漏洩）されてしまう。
図５は、このＴＴシステムの概念図である。柱上トランス４０の２次側は中点が接地線４１により大地に接地されている。従って、トランス４０の両端（電力線４２と４３の間）の電圧は２００Ｖであるが、中性線４４との間では夫々１００Ｖとなる。そして、その３線電力線は電力量計４９を介して家庭内の分電盤４５に入り、各ブレーカ４５ａ、４５ｂ、４５ｃを介して電気製品４６、４７、４８に供給される。
また、電力線を用いた通信システムでは、各種無線業務が使用している周波数と同じ周波数を用いるため、無線局に影響を与えることがないように、漏洩する電力を極力抑える必要がある。現在の電波法では、４５０ｋＨｚ以下の周波数を用いた電力通信システムのみ許可されているが、配電線からの漏洩電界強度に関する規定はない。一方、４５０ｋＨｚを超える周波数帯として、あらたに２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域を電力通信システム用として解放する予定で検討がすすめられている。
【０００３】
そこで、特開平７−２４５５７６号公報には、電力線搬送通信において、近接導体からの漏洩を低減し、且つコモンモードノイズによるノーマルモードノイズへの影響を抑圧し、各分岐電力線間の混信を防止できる電力線搬送通信システムについて開示されている。それによると、主幹電力線からそれぞれブロックフィルタを介して分岐した分岐電力線にターミナル等の電力線搬送通信機器を結合し、前記各分岐電力線を通信媒体として通信を行なう電力線搬送通信システムにおいて、前記各分岐電力線の２本の電線がそれぞれ接続される前記ブロックフィルタの各出力端からそれぞれ内側をみた２つのインピーダンスが平衡し、且つ前記電力線搬送通信機器による通信信号に対しては高インピーダンスとなるように構成されたブロックフィルタと、前記各ブロックフィルタに接続される主幹電力線の２本の電線のいずれか一方の電線とアース線との間に接続されたハイパスフィルタとを備えるとしている。
また、従来からＥＭＩフィルタや機器のＡＣラインに挿入するノイズフィルタにより、機器から発生する高調波ノイズの漏洩や伝導を阻止する技術が存在する。
【特許文献１】
特開平７−２４５５７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＴＴシステムによる配電システムでは、変圧器の２次側の中性線を接地する。この中性線の接地が原因で２本の電線間の平衡が崩れ大地に対する電位が発生し、電力線を通る高周波信号は空間に放出（漏洩）されてしまうといった問題がある。
また、前記特許文献１は、お互いのシステム間の干渉を防いだり、若しくは隣家への信号流出を防ぐための技術であり、信号が空間へ漏洩することを積極的に防ぐ目的の技術ではない。
また、ＥＭＩフィルタやノイズフィルタのような、機器から発生する高調波ノイズの漏洩や伝導を阻止する目的での技術は存在するが、電力線通信システムにおいて信号線に従来のフィルタを採用しても十分な効果が得られず、技術としては確立してはいなかった。
本発明は、かかる課題に鑑み、大地からの異なる電位分を減衰して配電線からの電界の漏洩を低減する電力線通信システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムであって、主幹電力線（高圧配電線）の電圧を降圧して商用電力に変換する変圧器の２次側の何れか一方の低圧配電線及び中性線に電力線通信用のモデムから供給された信号を重畳すると共に受信すべき信号を抽出し前記モデムへ供給する結合器と、前記モデムと前記結合器との間に配置され漏洩電界強度を低減するフィルタ部とを備えたものにおいて、前記結合器と前記モデムとの間を接続する２本の信号線はツイストペアー線であり、前記フィルタ部は、前記２本の信号線と前記低圧配電線の中性線から延びる接地線とが所定の間隔を空けた状態でフェライト等の強磁性体によって包囲されるように構成したものであることを特徴とする。
本発明の電力線通信システムは、低圧配電線に信号を重畳して送信したり、配電線に重畳された信号を受信するための結合器があり、この結合器の２次側は１次側と絶縁されてモデムに接続されている。本発明の最も特徴的なところは、結合器の２次側の信号線と中性線を接地する接地線とをまとめてフィルタ部により包囲する構成としているところである。
かかる発明によれば、フィルタ部が信号線と中性線の接地線とをまとめて包囲するように構成されているので、中性線との間に発生する電位分を減衰することができ、配電線からの漏洩電界を減衰することができる。
請求項２は、前記フィルタ部は、所定の長さを有する複数の強磁性体によって前記接地線と信号線とを包囲し、前記複数の強磁性体どうしの接合部分を絶縁材によって互いに絶縁すると共に、前記接地線と信号線との間隔を確保するように緩衝材が充填されていることを特徴とする。
従って、結合器の２次側の信号線と中性線の接地線とをまとめてフェライト等の強磁性体により包囲することにより、接地線との間に発生した電位分を減衰させる。また、信号線と接地線は強磁性体が飽和しないように所定の間隔を保つ必要があるので、緩衝材により被覆して固定する。また、分割した強磁性体の接合部を絶縁材により絶縁する。
かかる発明によれば、フィルタ部をフェライト等の強磁性体により構成するので、接地線との間に発生した電位分を減衰させることができ、配電線からの漏洩電界を有効に減衰し、しかも、分割した強磁性体を使用することにより、作業性を高めることができる。
【０００６】
請求項３は、前記結合器は、前記中性線と接地線との接続部分の近傍に設置されることを特徴とする。
結合器の１次側は配電線である。もし、結合器を配電線より離して配置した場合、当然、１次側の配線が長くなりそこから漏洩電界が発生する電力が大きくなる。そこで、結合器を中性線と接地線との接続部分の近くに配置するのが好ましい。
かかる発明によれば、結合器を中性線と接地線との接続部分の近くに配置するので、漏洩電界を抑えることができる。
請求項４は、前記フィルタ部は、前記中性線と接地線との接続部分の近傍に設置されることを特徴とする。
フィルタの１次側は結合器の２次側と接続されている。従って、フィルタと結合器との距離が長くなると２次側の配線が長くなり、信号線と接地線との間に発生する電位によって漏洩電界が増加する。そこで、フィルタ部を中性線と接地線との接続部分の近傍に配置して、フィルタの１次側の線路が剥き出しになる距離を短くする。
かかる発明によれば、フィルタ部を中性線と接地線との接続部分の近くに配置するので、フィルタの１次側の線路が剥き出しになる距離が短くなり、漏洩電界を減衰させる効率を高めることができる。
請求項５は、前記フェライト等の強磁性体は、当該電力線通信システムで使用する周波数帯域を減衰可能な特性を有することを特徴とする。
フェライト等の強磁性体は材料の種類、及び混合剤の配合比率により周波数特性が異なる。従って、当該電力線通信システムで使用する周波数帯域で減衰特性が大きくなるものを選ぶ必要がある。また減衰量は、信号線と接地線を挟み込む長さによっても決まる。そのため、フェライトの個数を増やすとその分に応じた減衰量を得ることができる。
かかる発明によれば、強磁性体の周波数特性を当該電力線通信システムで使用する周波数に合わせるので、効率良く所要周波数を減衰することができる。
【０００７】
請求項６は、前記緩衝材は、スポンジ、ゴム、若しくは発泡スチロールであることを特徴とする。
信号線と接地線はフェライト等の強磁性体が飽和しないように所定の間隔を保つ必要がある。同時にフェライト等は衝撃に弱いためその緩衝材としての役目も果す必要がある。このような両方の役目を果す材料としてスポンジ、ゴム、若しくは発泡スチロールが適している。
かかる発明によれば、緩衝材としてスポンジ、ゴム、若しくは発泡スチロールを使用するので、強磁性体を飽和させることなく、且つ、強磁性体への衝撃を和らげてその破損を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係る電力線通信システムの構成図である。同図に示すように、電柱１の上部には高圧配電線（６６００Ｖ）３が架設されており、高圧配電線（６６００Ｖ）３の電圧を商用電圧（１００Ｖ）に降圧する柱上トランス２が電柱１の高所に設置されている。この柱上トランス２の２次側からは、低圧配電線４と中性線５とが引き出されて図示しない電力量計を介して需要家の分電盤（図示しない）へと配電されている。本電力線通信システムは前記低圧配電線４の何れか一方と中性線５との間に発生する信号をモデム６に結合する結合器７と、結合器７とモデム６とを結ぶ信号線８及び接地線１０に装着したフィルタ９とを備えて構成されている。
図１（ｂ）は結合器７の内部構成を表す図であり、結合トランス７ａと、電力線側の両端子に直列に接続されたコンデンサ７ｂとから構成される。
本発明の特徴的な構成は、結合器７とモデム６とを接続する信号線８だけでなく中性線５を接地するための接地線１０を一緒にフィルタ９に装着したところにある。
【０００９】
図１（ｃ）はフィルタ９の断面図であり、図１（ｄ）はフィルタ９の構造図である。今回使用したフェライトは、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３４ｍｍのフェライト（ＲＦＣ−１３（北川工業株式会社製）相当）である。尚、この大きさや型名は、あくまで一例である。中性線５を接地するための接地線１０と信号線８とを所定の間隔で配置し、その周囲を２分割したフェライト１１で包囲し、フェライト１１の内壁と接地線１０と信号線８とのすき間にはスポンジ等の緩衝材１２を充填する。更にフェライト１１の接合部を絶縁テープ１３により絶縁する。尚、緩衝材としてスポンジ以外に、ゴム、発泡スチロール等の他の絶縁材料を使用しても構わない。また、信号線８はツイストペアケーブルを使用するのが好ましい。実際には信号線８と接地線１０とが所定の間隔を保つように緩衝材１２を信号線８と接地線１０との周囲に配置した後に、その周囲をフェライトにて包囲し、フェライト１１の接合部を絶縁テープ１３（両面テープ）で接合して固定するという手順で組み立てるのが一般的であろう。尚、絶縁テープ１３の厚みを変えることで、フェライトで包囲された内部の磁界強度が変化し、これに応じてフィルタの減衰量も変化するので、絶縁テープ１３を最適な厚みにするのが望ましい。
【００１０】
図２は、図１（ａ）の電力線通信システムの構成を模式的に表した図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。高圧配電線３の２線から電力を引き込み、柱上トランス２の１次側と接続し、その２次側の中点は接地線１０により接地される。２次側の２線は結合器７に入力され、結合器７を構成するコンデンサ７ｂを介して結合トランス７ａに接続される。コンデンサ７ｂは商用周波数（５０／６０Ｈｚ）に対して高いインピーダンスを示し、高周波に対して低いインピーダンスを示す容量に設定する。これにより、結合トランス７ａには高周波の信号のみ通過して、商用周波数は阻止されるためトランスの容量を小さくすることができる。従って、結合トランス７ａの２次側には高周波の信号が発生し、ツイストペアケーブル８によりモデム６に入力する。
本発明では、前記フィルタ９を結合トランス７ａの２次側の信号線８と中性線５を接地する接地線１０とを一緒に装着することにより、信号線８と接地線１０とが高周波領域で結合して平衡回路を形成することにより、当該周波数で大地からの異なる電位分は、このフィルタ９により減衰されるので配電線からの高周波の漏洩電界を低減することができる。この構成により、モデム６が親機となり光ファイバー等で構成されたＷＡＮからのデータを、フィルタ９、結合器７、低圧配電線４を介してユーザ宅Ａに供給することができ、これをモデム（子機）１４で復調してＰＣ１５によりデータを受信することができる。また、ＰＣ１５からのデータはモデム（子機）１４で変調され、低圧配電線４、結合器７、フィルタ９、モデム６を介してＷＡＮに送信される。また、低圧配電線４には複数のユーザ宅Ｂ等が接続される。
【００１１】
図３（ａ）は、擬似配電線を用いて本発明のフィルタの効果を電波暗室にて測定した実測データの図である。縦軸は漏洩電界強度（ｄＢμＶ／ｍ）を示し、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示す。グラフの細線１６がフィルタ９がない場合の特性であり、グラフの太線１７がフィルタ９がある場合の特性である。この図から明らかなように、殆どの周波数帯でフィルタの効果により漏洩電界強度が低下しており、特に、７ＭＨｚ、及び２３ＭＨｚで約１０ｄＢ以上の大きな効果が出ているのが解る。また、フェライトの個数を変えた時の効果比較を、オープンサイトにて測定した結果を図３（ｂ）に示す。フェライトの個数を増やすことで、より大きな減衰量となること、電波暗室より実際の配電線に近いオープンサイトでも同様の効果が得られることがわかる。
【００１２】
図４は図３（ａ）の実測データを測定する測定ブロックの模式図である。一般的な配電線の形態を模擬しており、２３と２４が擬似電柱を、２０が擬似配電線である。２０は配電線で最も多く使用されているＯＷ線を模擬しており、ここでは実際に使われている線材を使用している。２０（ｃ）が中性線で、２０（ａ）もしくは２０（ｂ）との組み合わせで１００Ｖを得ることになる。２０の長さは１０ｍ、高さは３ｍで電波暗室に設置できる最大の大きさであり、３本の電線間は２０ｃｍで実際の配電線と同じ間隔である。２３側に変圧器が設置されることを想定しており、ここで２０（ｃ）と１０が接続されている。ただし、変圧器を接続すると終端効果で定在波が小さくなり高周波信号が漏洩しにくくなること、漏洩は変圧器に起因しないことから、この測定ブロックでは省略している。２４側は需要家宅への引き込み線を想定しており、電力量計（宅内配線・宅内機器）を模擬した終端器２２を接続している。スペクトラムアナライザ（スペアナ）１８が出力する高周波信号を増幅器１９とフィルタ９と結合器７を介して擬似配電線２０（ｂ）と２０（ｃ）に印加し、擬似配電線２０からの漏洩電界をループアンテナ２１で受信し、これをスペアナ１８で測定した。
尚、２０（ａ）には何も接続されていないが、漏洩には直接関係ないこと、２０（ｂ）と２０（ｃ）から漏洩した高周波信号に対する導波器もしくは反射器となって、実際の配電線と比べて条件としては悪い方向となる。よって、本発明の作用を評価する上で適切な測定系であると言える。
【００１３】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、フィルタ部が信号線と低圧配電線の中性線を接地する接地線とを包囲するように構成されているので、接地線との間に発生する電位分を減衰することができ、配電線からの漏洩電界を減衰することができる。
また請求項２では、フィルタ部をフェライト等の強磁性体により構成するので、接地線との間に発生した電位分を減衰させることができ、配電線からの漏洩電界を有効に減衰し、しかも、分割した強磁性体を使用することにより、作業性を高めることができる。
また請求項３では、結合器を中性線と接地線との接続部分の近くに配置するので、漏洩電界を抑えることができる。
また請求項４では、フィルタ部を中性線と接地線との接続部分の近くに配置するので、フィルタの１次側の線路が剥き出しになる距離が短くなり、漏洩電界を減衰させる効率を高めることができる。
また請求項５では、フェライト等の強磁性体の周波数特性を当該電力線通信システムで使用する周波数に合わせるので、効率良く所要周波数を減衰することができる。
また請求項６では、緩衝材としてスポンジ、ゴム、若しくは発泡スチロールを使用するので、フェライト等の強磁性体を飽和させることなく、且つ、強磁性体への衝撃を和らげて破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る電力通信システムの構成図、（ｂ）は結合器７の内部構成を表す図、（ｃ）はフィルタ９の断面図、（ｄ）はフィルタ９の構造図である。
【図２】本発明の図１（ａ）の電力通信システムの構成を模式的に表した図である。
【図３】（ａ）は擬似配電線を用いて本発明のフィルタの効果を電波暗室にて測定した実測データ図、（ｂ）はフェライトの個数を変えた時の効果比較をオープンサイトにて測定した結果を表す図である。
【図４】図３（ａ）の実測データを測定する測定ブロックの模式図である。
【図５】従来のＴＴシステムの概念図である。
【符号の説明】
１ 電柱、２ 柱上トランス、３ 高圧配電線、４ 低圧配電線、５ 中性線、６ モデム、７ 結合器、７ａ 結合トランス、７ｂ コンデンサ、８ 信号線、９ フィルタ 、１０ 接地線、１１ フェライト、１２ 緩衝材、１３ 絶縁テープ、１４ モデム（子機）、１５ ＰＣ、１６ 漏洩電界強度実測データ（フィルタなし）、１７ 漏洩電界強度実測データ（フィルタ有り）、１８ スペクトラムアナライザ、１９ 増幅器、２０ 擬似配電線、２１ ループアンテナ、２２ 終端器、２３ 擬似電柱、２４ 擬似電柱、４０ 柱上トランス、４１ 接地線、４２、４３ 電力線、４４ 中性線、４５ 分電盤、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ ブレーカ、４６、４７、４８ 電気製品、４９ 電力量計

Claims (6)

1. 電力線に高周波信号を重畳して信号の送受信を行う電力線通信システムであって、主幹電力線（高圧配電線）の電圧を降圧して商用電力に変換する変圧器の２次側の何れか一方の低圧配電線及び中性線に電力線通信用のモデムから供給された信号を重畳すると共に受信すべき信号を抽出し前記モデムへ供給する結合器と、前記モデムと前記結合器との間に配置され漏洩電界強度を低減するフィルタ部とを備えたものにおいて、
   前記結合器と前記モデムとの間を接続する２本の信号線はツイストペアー線であり、
   前記フィルタ部は、前記２本の信号線と前記低圧配電線の中性線から延びる接地線とが所定の間隔を空けた状態でフェライト等の強磁性体によって包囲されるように構成したものであることを特徴とする電力線通信システム。
2. 前記フィルタ部は、所定の長さを有する複数の強磁性体によって前記接地線と信号線とを包囲し、前記複数の強磁性体どうしの接合部分を絶縁材によって互いに絶縁すると共に、前記接地線と信号線との間隔を確保するように緩衝材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電力線通信システム。
3. 前記結合器は、前記中性線と接地線との接続部分の近傍に設置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力線通信システム。
4. 前記フィルタ部は、前記中性線と接地線との接続部分の近傍に設置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電力線通信システム。
5. 前記フェライト等の強磁性体は、当該電力線通信システムで使用する周波数帯域を減衰可能な特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電力線通信システム。
6. 前記緩衝材は、スポンジ、ゴム、若しくは発泡スチロールであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電力線通信システム。

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