JP4341894B2 - 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、電力線に高周波信号を磁気結合して重畳及び抽出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力線を用いた高周波信号の伝送（１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯を利用）において、トランスや分電盤、電力量計での信号損失が大きいことが知られており、その部分をバイパスする技術が検討されている。特開２００２−２１７７９６公報には、配電システムを用いて高周波信号の伝送を行う場合、配電トランスをバイパスして高圧配電線から低圧配電線に高周波信号を伝送できる伝送方法について開示されている。それによると、高圧配電線に高周波の通信信号を重畳して伝送し、高圧配電線の相間に第１コンデンサとこのコンデンサに直列に接続された抵抗とを形成し、抵抗の両端を低圧配電線に接続することで、高圧配電線から配電トランスをバイパスして低圧配電線に高周波の通信信号を伝送するとしている。
図３は、日本の配電システムに採用されているＴＴシステムの概念図である。柱上トランス２０の２次側は中点が接地線２１により大地に接地されている。従って、トランス２０の両端（電力線２２と２３の間）の電圧は２００Ｖであるが、中性線２８との間では夫々１００Ｖとなる。そして、その３線電力線は電力会社のブレーカ３０を介して、需要家内の電力量計２９により電力が積算されて分電盤２４に入り、各ブレーカ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを介して各家電機器に供給される。
【特許文献１】
特開２００２−２１７７９６公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１は、高圧配電線から配電トランスをバイパスして低圧配電線に高周波の通信信号を伝送する技術であり、確かに配電トランスによる信号の減衰を減らすことができるが、それを行うためにはコンデンサを高圧配電線に接続しなければならず、また、抵抗を介して低圧配電線に接続する必要がある。そのため、接続のための手間と工事の安全性の面で問題がある。
また、日本の配電システムに採用されているＴＴシステムでは、伝送を希望する高周波信号を減衰なく通過させながら、商用電源周波数である５０ＨＺ若しくは６０Ｈｚ成分と家電機器から漏れ出てくる高調波成分を阻止する機能が求められる。特に、商用電源の電圧は１００Ｖであるため、耐電圧特性は勿論のこと、工事の安全性の面からも信頼性の高い部品を使用するため価格が高くなる傾向にある。また、電力線へ直接信号線を接続する設置工事についても、経済性の面を重視すると活線で作業を行わなければならず、安全性の面で問題がある。
また、安全性の面を重視して死線状態で作業すると、商用電源の接続を切るため付近の需要家に対する電力供給が停止してしまい、サービス面や経済性の面で問題がある。
また、電力量計のようにターミナル部分が封印された機器をバイパスする場合、信号線を接続させる場所が付近にないため、電力線の被覆を剥くなどの作業が発生し、設置に手間がかかる等の問題があった。
本発明は、かかる課題に鑑み、電力会社のブレーカ及び需要家の電力量計による高周波信号の信号損失を低減し、且つ設置工事の安全性の確保及び作業効率の向上を実現した電力線通信システムを提供することを目的とする。
また、他の目的は、所要周波数以外の不要な周波数を阻止した電力線通信システムを提供することである。
【０００４】
【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圧に変換する変圧器の２次側からブレーカまで延びる２本の電力線（低圧配電線）と第１の信号線とを磁気結合する第１のインジェクション部と、各需要家の電力量計の後段の２本の電力線と第２の信号線とを磁気結合する第２のインジェクション部と、前記第１の信号線と各需要家に対応した複数の第２の信号線とを接続し前記高周波信号を分配する分配部と、を備え、前記第１及び第２の信号線は、夫々２本のケーブルを一組としたものであり、前記各インジェクション部は、電力線と信号線とを一本ずつペアにして夫々をフェライトで包囲すると共に、信号線を構成する２本のケーブルの先端を接続した構造を有するものであり、これにより、前記ブレーカ及び電力量計を前記信号線によりバイパスしたことを特徴とする。
本発明の電力線通信システムは、変圧器の２次側の電力会社のブレーカの手前から磁気結合した信号線を、需要家の電力量計を通過した電力線に磁気結合して、ブレーカと電力量計を信号線によりバイパスするものである。そして、各磁気結合点にはインジェクション部を設け、電力線との直接結合を避けた構造として、電力は正規にブレーカと電力量計を介して接続され、高周波信号のみをバイパスするものである。また、分配部は１組の信号線を複数組の信号線に単に分配する機能を備えたものであり、能動的な機能を有する構成要素は備えていない。
かかる発明によれば、電力線と磁気結合した信号線によりブレーカと電力量計をバイパスするので、通常の電力を供給すると共に、高周波信号を信号損失なく伝送することができる。
【０００５】
請求項２は、前記インジェクション部は、所定の長さを有する複数のフェライトと、前記電力線及び信号線と前記フェライトとの間隔を確保する緩衝材と、前記電力線及び信号線を密着固定し、且つ前記複数のフェライト間を絶縁する絶縁材と、を備え、前記緩衝材により前記電力線及び信号線と前記フェライトとの間隔を確保しながら、少なくとも前記フェライトの長さに亘って前記電力線及び信号線を被覆し、前記複数のフェライトにより所定の長さに亘り前記電力線及び信号線を被覆した緩衝材を挟み込み、各フェライトの接合部を前記絶縁材により絶縁することを特徴とする。
フェライトは高周波成分を吸収して熱として放出する機能を有する。従って、信号線と変圧器の２次側の電力線をまとめてフェライトにより挟み込むことにより、電力線との間に発生した高周波信号と磁気結合させる。また、信号線及び電力線とフェライトは、フェライト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、分割したフェライトの接合部を絶縁材により絶縁する。
かかる発明によれば、インジェクション部をフェライトにより構成するので、電力線との間に発生した高周波信号と磁気結合させることができ、しかも、分割フェライト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２本の信号線の少なくとも一方の信号線は、前記電力線の中性線に磁気結合されていることを特徴とする。
日本の配電システムでは、２本の電力線と大地に設置された中性線の３本の電力線から構成されている。従って、電力線に重畳された高周波信号は必ず中性線と他の電力線の一方に重畳される。
かかる発明によれば、中性線に必ず磁気結合されるので、１００Ｖの商用電源にモデムを接続すれば必ず高周波信号を受信することができる。
請求項４は、前記信号線はツイストペアー線により構成されていることを特徴とする。
インジェクション部により磁気結合される信号線は、大地からの電位差を極力無くすように配慮する必要がある。それには、信号線をツイストペアーにしてお互いの電位差を打ち消し合う構成にするのが好ましい。
かかる発明によれば、インジェクション部により磁気結合される信号線をツイストペアー線により構成するので、大地からの電位差がなくなり、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
請求項５は、前記フェライトは、商用電源成分及び前記需要家が使用する機器からの高調波成分を充分減衰可能な特性を有することを特徴とする。
フェライトは材料の種類、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、信号線には商用電源成分や需要家が使用する機器からの高調波成分に対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。
かかる発明によれば、フェライト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、不要な周波数成分を減衰することができる。
【０００７】
請求項６は、前記分配部は、前記変圧器の２次側の電力線と磁気結合した２本の信号線間に避雷器を備えたことを特徴とする。
電力線には雷により高いサージ電圧が発生する場合がある。そのサージ電圧には高周波成分を含んでいるので、フェライトでとりきれないため、需要家のモデムや使用機器を破壊する虞がある。そこで本発明では、変圧器の２次側の電力線と磁気結合した２本の信号線間に避雷器を備え、サージ電圧を抑圧するものである。
かかる発明によれば、変圧器の２次側の電力線と磁気結合した２本の信号線間に避雷器を備るので、需要家の機器をサージ電圧による破壊から防ぐことができる。
請求項７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。
電力線及び信号線とフェライトは、フェライト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、フェライトを飽和させることなく、且つ、フェライトへの衝撃を和らげてフェライトの破損を低減することができる。
【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通信システムの構成図である。この電力通信システムは、図示しない高圧配電線（６６００Ｖ）の電圧を商用電圧（１００Ｖ）に降圧する柱上トランスの２次側の低圧配電線１〜３と、ブレーカ７の手前から電力線２と３に信号線５を磁気結合するインジェクション部４と、電力会社のブレーカ７を複数配置する分電盤６と、需要家の電力量を積算する電力量計１１と、この電力量計１１を通過した電力線１３と１４に信号線９を磁気結合するインジェクション部１０と、前記インジェクション部４とインジェクション部１０との間を接続し、サージ電圧を除去する分配部８を備えて構成される。
図１（ｂ）はインジェクション部４の断面図であり、電力線２側では、電力線２と信号線５ａとを絶縁テープ４ｈにより固定して密着配置され、その周囲をスポンジ等の緩衝材４ｄで覆う。更にその周囲を２分割されたフェライト４ａで挟み込み、フェライトの接合部を絶縁テープ４ｅにより絶縁する。また電力線３側では、電力線３と信号線５ｂとを絶縁テープ４ｊにより固定して密着配置され、その周囲をスポンジ等の緩衝材４ｆで覆う。更にその周囲を２分割されたフェライト４ｂで挟み込み、フェライトの接合部を絶縁テープ４ｇにより絶縁する。同様にしてインジェクション部１０も構成される。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材料を使用しても構わない。また、信号線５及び９はツイストペアケーブルを使用するのが好ましい。また、信号線５ａ、５ｂの端部は、接続された状態で端子４ｃにより束ねられ、信号線１０ａ、１０ｂの端部は、接続された状態で端子１０ｃにより束ねられる。
フェライトは材料の種類、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、信号線には商用電源成分や需要家が使用する機器からの高調波成分に対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。このような特性のフェライトを使用することにより、不要な周波数成分を減衰することができる。特に、需要家が使用する機器からの高調波成分は１ＭＨｚ以下の周波数が多いので、この周波数以下で信号線との結合量を大幅に低減すれば、信号線には１ＭＨｚ以上の信号と結合することができる。これにより、信号線には高周波信号のみと結合することができる。
【０００９】
図２は、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。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４０の２線から電力を引き込み、柱上トランス４２の１次側４１と接続し、その２次側４３の中点は接地線４４により大地に接地される。２次側４３の電力線１、２、３は配電判内のブレーカ７に入力され、電力線２が中性線となる。ブレーカ７から出た電力線は需要家Ａ４５の電力量計１１に入力され、電力線１２、１３、１４として内部に配線される。また、中性線２と電力線３にはインジェクション部４ａと４ｂにより信号線５ａ、５ｂが磁気結合され、その信号線は５ａ、５ｂは分配部８に入力される。分配部８の内部は、この例では需要家Ａ４５と需要家Ｂ４６に信号線を分配するように構成されている。また、信号線５ａ、５ｂ間にはサージ電圧を抑圧する避雷器１５ａが接続されている。そして需要家Ａ４５への信号線９ａ、９ｂは電力線１３、１４に夫々インジェクション部１０ａ、１０ｂにより磁気結合される。尚、この例では各インジェクション部の位置が中性線２、１３と電力線３、１４に配置しているが、中性線２、１３と電力線１、１２又は電力線１、３と電力線１２、１４に配置しても構わない。
次に、図２の構成による電力通信システムの信号の流れについて説明する。低圧配電線に重畳された高周波信号は、中性線２と電力線３に重畳され、ブレーカ７及び需要家Ａ４５の電力量計１１を介して中性線１３と電力線１４に現れる。しかし、ブレーカ７及び電力量計１１にはそれぞれインピーダンスがあり、そのインピーダンスにより高周波信号が減衰してしまう。そこで本発明では、ブレーカ７の手前からインジェクション部４ａにより磁気結合することにより、インジェクション部４ａ−分配部８−インジェクション部１０ａの点線の矢印のルートを形成し、一方ブレーカ７の手前からインジェクション部４ｂにより磁気結合することにより、インジェクション部４ｂ−分配部８−インジェクション部１０ｂの点線の矢印のルートを形成する。これにより、図示しない例えば、モデムとの間にブレーカ７及び電力量計１１をバイパスしたルート（インジェクション部４ａ−分配部８−インジェクション部１０ａ−モデム−インジェクション部１０ｂ−分配部８−インジェクション部４ｂ）が形成されて、高周波信号の減衰を極力減らすことができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、電力線と磁気結合した信号線によりブレーカと電力量計をバイパスするので、通常の電力を供給すると共に、高周波信号を信号損失なく伝送することができる。
また請求項２では、インジェクション部をフェライトにより構成するので、電力線との間に発生した高周波信号と磁気結合させることができ、しかも、分割フェライト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、中性線に必ず磁気結合されるので、１００Ｖの商用電源にモデムを接続すれば必ず高周波信号を受信することができる。
また請求項４では、インジェクション部により磁気結合される信号線をツイストペアー線により構成するので、大地からの電位差がなくなり、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
また請求項５では、フェライト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、不要な周波数成分を減衰することができる。
また請求項６では、変圧器の２次側の電力線と磁気結合した２本の信号線間に避雷器を備るので、需要家の機器をサージ電圧による破壊から防ぐことができる。
また請求項７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、フェライトを飽和させることなく、且つ、フェライトへの衝撃を和らげてフェライトの破損を低減することができる。
【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）はインジェクション部４の断面図である。
【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】従来のＴＴシステムの概念図である。
【符号の説明】
１〜３ 低圧配電線、４、１０ インジェクション部、５、９ 信号線、６ 分電盤、７ ブレーカ、８ 分配部

Claims (7)

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圧に変換する変圧器の２次側からブレーカまで延びる２本の電力線（低圧配電線）と第１の信号線とを磁気結合する第１のインジェクション部と、各需要家の電力量計の後段の２本の電力線と第２の信号線とを磁気結合する第２のインジェクション部と、前記第１の信号線と各需要家に対応した複数の第２の信号線とを接続し前記高周波信号を分配する分配部と、を備え、
   前記第１及び第２の信号線は、夫々２本のケーブルを一組としたものであり、
   前記各インジェクション部は、電力線と信号線とを一本ずつペアにして夫々をフェライトで包囲すると共に、信号線を構成する２本のケーブルの先端を接続した構造を有するものであり、
   これにより、前記ブレーカ及び電力量計を前記信号線によりバイパスしたことを特徴とする電力線通信システム。
2. 前記インジェクション部は、所定の長さを有する複数のフェライトと、前記電力線及び信号線と前記フェライトとの間隔を確保する緩衝材と、前記電力線及び信号線を密着固定し、且つ前記複数のフェライト間を絶縁する絶縁材と、を備え、前記緩衝材により前記電力線及び信号線と前記フェライトとの間隔を確保しながら、少なくとも前記フェライトの長さに亘って前記電力線及び信号線を被覆し、前記複数のフェライトにより所定の長さに亘り前記電力線及び信号線を被覆した緩衝材を挟み込み、各フェライトの接合部を前記絶縁材により絶縁す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２本の信号線の少なくとも一方の信号線は、前記電力線の中性線に磁気結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力線通信システム。
4. 前記信号線はツイストペアー線により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電力線通信システム。
5. 前記フェライトは、商用電源成分及び前記需要家が使用する機器からの高調波成分を充分減衰可能な特性を有することを特徴とする請求項２に記載の電力線通信システム。
6. 前記分配部は、前記変圧器の２次側の電力線と磁気結合した２本の信号線間に避雷器を備えた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。
7. 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２に記載の電力線通信システム。

Images