JP4348265B2 - 無停電通信機器 - Google Patents

Description

この発明は無停電通信機器に関する。詳しくは、電力関連施設を監視するための通信網を構築する無線基地局などに設置される通信機器を無停電型に構成する場合、非常用電源として使用されるバッテリー（蓄電池）などの容量を小型にしても、充分な停電補償期間を確保できるようにしたものである。

例えば電力関連施設などでは、発電現場から最終需要家に至るまでの間には多種多様な施設が存在する。そして電力を最終需要家に安全に供給するためには、全ての電力関連施設に対する保安、巡視、設備の定期的又は臨時点検、緊急時の連絡等を行ったり、水防用や気象観測用の情報を入手する場合のために、各電力関連施設と監視センタとの間には、通常無線による通信網が確立されている。電力関連施設とは発電から電力伝送を担う直接的な施設（発電所、変電所、開閉所、制御所、中央給電指令所など）の他に、上述した保安情報などを入手するための情報収集施設なども含まれるものとする。

無線通信網は、監視センタと各電力関連施設に設置された無線局や無人化された無線基地局との間を直接結ぶ場合や、中継無線局や無人化された中継無線基地局を介して監視センタと各電力関連施設とを結ぶ場合の他に、発変電所と制御所との間のように、用途や目的に応じて無線通信網が構築されている。

このように無線通信網を構築する場合、各電力関連施設に関連して設置される無線局例えば無線基地局などでは、その設置地域によっては無人で運転される場合がある。したがって、このような無線基地局に装備された通信機器（送受信機）の電源としては無停電型のものが使用される。

つまり、通信機器に対する商用駆動源（商用交流源）が停電したようなときでも、予備電源によって所定の時間だけこの通信機器を稼働できるように、無線通信路が常時確保されている。

瞬停補償の無停電電源装置については、特許文献１などに開示されている。この特許文献１には、計画停電のときに無停電電源装置のバッテリーを消耗しないようにした技術が開示されている。

特開平５−３２１６７号公報

上述した特許文献１に開示された技術は、営業開始直前から機器への電源を投入することで、この機器を稼働状態にするものであるから、営業開始前であれば機器の電源を切断しても特に問題は起きない。つまり、計画停電が可能になる。特許文献１は、この計画停電中における消費電力の削減を図ったものである。そして、特許文献１が適用される技術分野においては、特に同一機能を有する機器を２系統設けておく必要性も乏しい。

しかし、上述したように２４時間常に電力を供給し続けなければならない電力関係の施設にこの通信機器を配備する場合には、何時如何なる場合でも無線通信網が確保されていなければならないため、電力関連施設の場合、少なくとも同一機能を有する通信機器を２系統以上設けると共に、そのそれぞれに常時商用駆動源を常時供給されているような構成とする場合が多い。

例えば通信機器が２系統設けられている場合で、稼働状態にある一方の通信機器に異常が発生したときは、瞬時に他方の通信機器に切り替えられて当該他方の通信機器で通信できるようになされている。

商用駆動源と同様に、予備電源（バックアップ電源）もまたそれぞれの通信機器に常時供給される構成となされている。バックアップ電源は正常動作時においても２つの通信機器のそれぞれに接続されている構成とすることによって、停電により通信機器への商用駆動源の供給が停止した場合でもこのバックアップ電源によって通信機器の動作状態を維持できるようにするためである。２つの通信機器のそれぞれにバックアップ電源が接続されているため、何れの通信機器が稼働状態にあっても、停電時にはその動作状態を維持できるからである。

ところで、このような無停電型通信機器にあっては、バックアップ電源を２系統の通信機器のそれぞれに供給するようにしているので、停電時のようなときでも２系統の通信機器のそれぞれに供給される構成がそのまま維持される。その結果として、バックアップ電源の電源容量としては比較的大型のバックアップ電源を用意する必要がある。これはこのバックアップ電源で充分な稼働時間を確保しなければならないためである。そうでないと、山間部や僻地などに当該無停電型通信機器が配備されているようなとき、その場所で停電が起きたときでも保守要員が到着するまでの時間（停電補償時間）、バックアップ電源で通信機器を稼働し続けなければならないからである。

電源容量が大きいバックアップ電源は、電源装置自体が大型になるため、設置スペースもそれだけ広くなり、設備も大型となって設置費用も嵩む要因となっている。

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、特に停電時、稼働状態にある１系統の通信機器のみを稼働できるようにバックアップ電源系を制御することで、バックアップ電源の小容量化を達成した無停電型通信機器を提案するものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係る無停電通信機器では、同一機能を有する少なくとも２系統の通信機器と、これら通信機器に対して共通に供給される商用駆動源と、上記通信機器に対する非常用電源と、上記商用駆動源に対する停電状態を検出する停電検出手段と、上記通信機器から供給される稼働状態を示す状態信号に基づいて、上記非常用電源に対する非常用電源路の切り替え制御を行う電源制御手段とを備え、上記電源制御手段は、上記２系統の通信機器に対する非常用電源路に設けられた開閉スイッチと、当該開閉スイッチのスイッチ制御部とで構成され、上記スイッチ制御部は、上記２系統の通信機器に、非常用電源として機能するバッテリーからの充電電圧を常時供給すると共に、商用駆動源として機能する商用交流源の停電時に、上記停電検出手段から得られる停電検出信号の連続した継続時間を計測し、当該計測結果に基づいて上記商用駆動源が停電したか否かを判別し、上記商用駆動源が停電したと判別した場合に、稼働していない上記通信機器に対応する上記開閉スイッチを開放してその非常用電源路を切断することを特徴とする。

この発明では、非常用電源路の切り替え制御を行う電源制御手段を設ける。この電源制御手段に停電検出信号を供給する。同じく通信機器の稼働状態を示す状態信号をこの電源制御手段に供給する。

通信機器が稼働状態にあるときは状態信号はハイレベルの信号が得られ、稼働状態にないときはローレベルの状態信号が得られる。停電検出信号は停電になったときハイレベルの信号が得られる。

電源制御手段では、停電検出信号が得られないときは、状態信号がハイレベル、ローレベルに拘わらず、２系統の通信機器に対する非常用電源路は閉状態を保持するように非常用電源路が制御される。したがって、バックアップ電源は２系統の通信機器の何れにも接続された状態となっている。

これに対して、停電検出信号が得られたときには、状態信号がハイレベルとなっている通信機器に対する非常用電源路のみを維持する。つまりこの通信機器に対する非常用電源路のみを閉状態のままとする。

このような非常用電源路の制御を行うと、停電したとき稼働状態にある通信機器に対する電源は、商用駆動源の代わりにバックアップ電源が代替する。しかもこの場合、バックアップ電源は既に通信機器に接続された状態となっているから、停電による瞬断は発生しない。

一方、稼働状態にない、つまり待機中の通信機器に対する非常用電源路は停電検出信号が得られたとき、これを切断する。したがってバックアップ電源の負荷は現在稼働中の通信機器のみとなるので、このバックアップ電源による通信機器の稼働時間を従来よりも大幅に延ばすことができる。

従来と同じ稼働時間を確保するのであれば、このバックアップ電源の電源容量を従来よりも小型化できるので、それだけ設置スペースも少なくなり、維持費も安くなる。

この発明は、常時は複数系統の通信機器のそれぞれに対してバックアップ電源を接続しておくが、停電のときは現在稼働状態にある通信機器のみにこのバックアップ電源を供給できるように構成したものである。

これによれば、停電時のような異常事態のときバックアップ電源は１つの通信機器を規定時間だけ稼働するだけの電源容量で済む。結果としてバックアップ電源の小型化が図れると共に、設置スペースも少なくて済み、さらには維持費も格安になるなどの特徴を有する。

続いて、この発明に係る無停電通信機器の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明に係る無停電通信機器１０を電力関連施設に装備される無線局例えば無人化された無線基地局内の通信機器に適用した場合である。

無停電通信機器１０には同一機能を有する複数系統の通信機器（送受信機）２０が配備されている。実施例では、２系統の通信機器２０Ａ，２０Ｂが配備され、何れか一方が稼働状態となされている。一方の通信機器２０ＡをＡ系（又は１系）の通信機器とし、他方をＢ系（又は２系）の通信機器として説明する。

無停電通信機器１０には商用駆動源１２が接続される。商用駆動源１２は商用交流源であって、この商用駆動源１２の電圧はＡＣ−ＤＣ変換器（コンバータ）１４に供給されて、この例では４８ボルトの直流電圧に変換される。この直流電圧は通信機器２０Ａ，２０Ｂの駆動電圧（動作電圧）と同じ電圧である。

４８ボルトの直流電圧は分電盤１６とバックアップ電源２２の双方に供給される。分電盤１６に供給された直流電圧は２系統に分電され、そのそれぞれが通信機器２０Ａ，２０Ｂに駆動電圧（駆動電源）として供給される。通信機器２０Ａ，２０Ｂは無線通信機器であって、自動送受信機能を備えているものとする。その搬送周波数はＵＨＦ帯（例えば７０ＭＨｚ以上の周波数）やマイクロ波が使用されているが、どの周波数帯を使用するかは任意である。

コンバータ１４で変換された直流電圧はさらに非常用電源であるバックアップ電源（予備電源）２２に供給されてこのバックアップ電源２２を充電する。したがってバックアップ電源２２としてはバッテリーなどが使用される。バックアップ電源２２は上述した２系統の通信機器２０Ａ，２０Ｂに対する非常用電源として使用するため、それぞれ対応した通信機器２０Ａ，２０Ｂにこのバックアップ電源２２からの電圧（４８ボルト）が印加される。

バックアップ電源２２の電源容量は、無線基地局がどのような場所に設置されているかによって相違する。停電時保守要員が当該無線基地局に到着するまでに要する時間（停電補償時間に相当する）を目安に判断されるものであって、場所によっては数時間以上要する場合も考えられ、その到着時間からバックアップ電源２２の電源容量、したがってバックアップ電源２２の規模が決まる。

分電盤１６と通信機器２０Ａ，２０Ｂとの間には電源制御手段２４が設けられる。通信機器２０Ａ，２０Ｂに接続された電源路Ｌａ、Ｌｂは正常時の駆動電源路として機能するほか、非常時の電源路としても機能する。電源制御手段２４によって、常時（停電時以外の稼働時）は何れの通信機器２０Ａ，２０Ｂにも駆動電源が供給されるように制御される。つまり、通信機器２０Ａ，２０Ｂに対して、常時は商用駆動源と非常用電源の２系統から並列的に駆動電源が供給される構成となっている。

停電時は、現在稼働状態（運用中）にある通信機器に対してその電源路が確保され、待機中の通信機器への電源路のみが切断されるように、この電源制御手段２４によって電源路Ｌａ、Ｌｂが切り替え制御される。

そのため、この電源制御手段２４には、停電検出手段２６で生成された停電検出信号Ｓｂｏが供給されると共に、通信機器２０Ａ，２０Ｂの稼働状態を示す信号（状態信号）Ｓｒ１，Ｓｒ２が供給される。停電検出手段２６にはコンバータ１４の前段から商用駆動源が供給されて、この商用駆動源の停電状態が検出される。停電になると検出信号Ｓｂｏはハイレベルとなる（図３Ａ参照）。

図２は電源制御手段２４の具体例を示す。電源制御手段２４は分電盤１６によって分路された一対の電源路Ｌａ、Ｌｂと、スイッチ制御部３０を有する。一対の電源路Ｌａ、Ｌｂは、上述したように通信機器２０Ａ，２０Ｂに対する正常時および非常時の電源路として機能するものであって、非常時はバックアップ電源２２からの充電電圧が非常用の駆動電圧Ｄｃａ，Ｄｃｂ（何れも４８ボルト）として、非常用開閉スイッチＳａ、Ｓｂを介して通信機器２０Ａ，２０Ｂに供給される。これら開閉スイッチＳａ，Ｓｂは常閉スイッチである。

バックアップ電源２２の充電電圧は分電盤１６および電源スイッチＳｏを介してスイッチ制御部３０内に設けられたＤＣ−ＤＣ変換器３２に供給されて、この例では２４ボルトに降圧される。降圧された電圧はスイッチ制御部３０の駆動電圧として使用される。

スイッチ制御部３０は複数のリレーＴＭ１，Ｒ１，Ｒ２，ＭＣ１およびＭＣ２と、それらによって制御される複数のリレースイッチＳａ,Ｓｂ,Ｓｗなどで構成される。

そのため、まず上述した開閉スイッチＳａ、Ｓｂを制御するための第１および第２の開閉リレーＭＣ１，ＭＣ２が駆動電源路に対して並列接続される。開閉リレーＭＣ１，ＭＣ２は通信機器２０Ａ、２０Ｂの稼働状態（運行状態）によって制御するため、第１の開閉リレーＭＣ１と直列に第１の状態リレースイッチＳｒａが、第２の開閉リレーＭＣ２と直列に第２の状態リレースイッチＳｒｂがそれぞれ接続されると共に、これらリレー回路の共通電源路と接地間にはタイマリレースイッチＳｗが接続される。

第１および第２の状態リレースイッチＳｒａ、Ｓｒｂは第１および第２の状態リレーＲ１，Ｒ２によって制御される。そしてタイマリレースイッチＳｗはタイマリレーＴＭ１によってその開閉が制御される。タイマリレーＴＭ１は停電検出信号Ｓｂｏによってその励磁状態が制御される。

また、このスイッチ制御部３０にはゲート回路３２が設けられ、ここには通信機器２０Ａ，２０Ｂからの状態信号Ｓｒ１，Ｓｒ２が供給され、停電検出信号Ｓｂｏによって状態信号Ｓｒ１，Ｓｒ２がゲートされる。したがってゲートされた第１の状態信号Ｓｒ１'が第１の状態リレーＲ１に供給され、同じくゲートされた第２の状態信号Ｓｒ２'が第２の状態リレーＲ２に供給されることになる。

上述したタイマリレースイッチＳｗ、第１および第２の状態リレースイッチＳｒａ、Ｓｒｂは何れも図示するように常開スイッチ構成となされている。

続いて図２の動作を図３のタイミングチャートを参照して説明する。まず、停電前のスイッチ状態（時点ｔ１よりも前の時点）は実線図示の状態であって、図３Ｊ、Ｋで示すように開閉スイッチＳａ、Ｓｂは共に閉じており、コンバータ１４より出力されたＤＣ４８ボルトの直流電圧と、バックアップ電源２２の充電電圧がそれぞれ駆動電圧として通信機器２０Ａ，２０Ｂに供給される。

また、一方の通信機器２０Ａが実際に運行され、他方の通信機器２０Ｂは待機中であるとすると、図３Ｄ，Ｅに示すような状態信号（状態信号Ｓｒ１が「Ｈ」で、他方の状態信号Ｓｒ２が「Ｌ」）が常時得られている。

このような運行状態のときで、例えば時点ｔ１で停電が発生したとすると、図３Ａに示す停電検出信号Ｓｂｏが得られる。この停電検出信号ＳｂｏはタイマリレーＴＭ１とゲート回路３２のそれぞれに供給される。ゲート回路３２は停電時以外は第１および第２の状態リレーＲ１，Ｒ２が作動しないようにするための回路であって、停電検出信号Ｓｂｏが得られるとゲートが開き、ゲートされた第１および第２の状態信号Ｓｒ１'，Ｓｒ２'（図３Ｆ、Ｇ）が、第１および第２の状態リレーＲ１，Ｒ２にその起動信号（励磁信号）として供給される。したがって、この例では、第１の状態信号Ｓｒ１'のみハイレベルの信号となっているから、第１の状態リレーＲ１のみ励磁される。その結果として、上述したリレー回路に接続された第１の状態リレースイッチＳｒａのみ破線図示のように切り替えられてオン状態（閉状態）となる（図３Ｈ、Ｉ参照）。

一方、タイマリレーＴＭ１では停電検出信号Ｓｂｏの連続した継続時間が計測され、所定時間継続したときに商用駆動源が停電したと判定する。これは誤動作を避けるためである。所定時間Ｔとは１０〜１２分程度であり、図３Ａ，Ｂでは１０分を例示する。

停電検出信号Ｓｂｏが所定時間Ｔ継続したとき始めてタイマリレーＴＭ１が動作し、タイマリレースイッチＳｗがオンするので（閉状態）、時点ｔ２で図２破線図示のようにＭＣ１のリレー回路が完全に閉じられる（図３Ｃ参照）。その結果、第１の開閉リレーＭＣ１が接続されたリレー回路のみに電流が流れて、この第１の開閉リレーＭＣ１側にのみ電流が流れる。第１の開閉リレーＭＣ１が通電されると、図２破線図示のように、第２の開閉スイッチＳｂのみが開状態となり、一方第２の開閉リレーＭＣ２に関連した第１の開閉スイッチＳａは閉状態を保持する（図３Ｊ、Ｋ）。

したがって、図３Ｌに示すように停電期間中は、停電前より運行されていた通信機器（この例では２０Ａ）のみに非常用電源が供給されて運用される。その結果停電時はバックアップ電源２２の負荷が２系統のうちの１系統のみとなるから、それだけ負荷が軽減されることによって、従来と同じ容量のバックアップ電源２２を使用したとしても、従来よりも長時間に亘りバックアップできるようになる。従来と同じ時間だけバックアップできるようにするならば、それだけバックアップ電源２２の電源容量を小さくできる。電源容量が小さくなるとそれだけバックアップ電源２２を小型化できるので、バックアップ電源２２の設置面積も少なくて済む。

図２に示す実施例は一対の開閉スイッチＳａ，Ｓｂをハード的に制御する例であるが、例えばスイッチ制御部３０を構成するゲート回路３２周辺部をＣＰＵを用いた制御部によって置き換えることもできる。その場合には、停電継続時間の計測を始めとして状態信号Ｓｒ１，Ｓｒ２を用いた制御が何れもソフトウエア的な制御となる。

その場合のフローチャートの一例を図４を参照して説明する。
商用駆動源を受電した状態からスイッチ制御のプログラムがスタートし、商用駆動源の停電を検出すると（ステップ４１）、その停電の継続時間がチェックされ、継続して１０分以上連続して停電状態にあるとき、停電とみなす（ステップ４２）。

停電状態であると判断したときは、タイマリレーＴＭ１を駆動してタイマリレースイッチＳｗをオンする（ステップ４３）。次に、現在の運用系が２系統のうちどの系統（Ａ系かＢ系か）をチェックし（ステップ４４）、Ａ系であるときには第１の状態リレーＲ１を励起して第１の状態リレーＳｒａをオンする（ステップ４５）。その後、第１の開閉リレーＭＣ１を励起して第２の開閉スイッチＳｂをオフにする、つまり開放する（ステップ４６）。この開閉制御は第２の開閉スイッチＳｂのみであって、第１の開閉スイッチＳａは全く制御されないので、閉じた状態を保持する。その結果、現在待機中にある通信機器２０Ｂに対する非常用電源のみが開放され、現在運用されている通信機器２０Ａに対しては非常用電源の供給が停電中でもそのまま続行される（ステップ４７）。

これに対して、ステップ４４で現在運用されているのが、他方の通信機器２０Ｂであると判断されたときには、第２の状態リレーＲ２が励起されて第２の状態リレーＳｒｂをオンする（ステップ５１）。その後、第２の開閉リレーＭＣ２を励起して第１の開閉スイッチＳａをオフにする、つまり開放する（ステップ５２）。この開閉制御は第１の開閉スイッチＳａのみであって、第２の開閉スイッチＳｂは全く制御されないので、閉じた状態を保持する。その結果、現在待機中にある通信機器２０Ａに対する非常用電源のみが開放され、現在運用されている通信機器２０Ｂに対しては非常用電源の供給が停電中でもそのまま続行される（ステップ５３）。

なお、上述した実施例ではこの発明を電力関連施設に配備される無停電通信機器に適用した場合であるが、この発明の思想を逸脱することなく種々の変形変更をなし得ることは容易に理解できる。

この発明は、予備を含めて同一機能を有する複数系統の通信機器を装備した無停電型通信機器、特に電力関連施設間の連絡網を通信回線で構築するときの、無人の無線局や無人の無線基地局などに配備される無停電通信機器に適用できる。

この発明に係る無停電通信機器を電力関連施設の無線基地局に配備される無停電通信機器に適用した場合の実施例を示す要部の系統図である。 この無停電通信機器に使用される電源制御手段の一例を示す要部の系統図である。 その動作説明に供する波形図である。 電源制御系をソフト的に構築するときの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０・・・無停電通信機器
１２・・・商用駆動源
１４・・・コンバータ
２０Ａ，２０Ｂ・・・通信機器
２２・・・バックアップ電源
２４・・・電源制御手段
２６・・・停電検出手段
３０・・・スイッチ制御部
３２・・・ゲート回路
Ｓａ，Ｓｂ・・・開閉スイッチ
Ｓｗ，Ｓｒａ，Ｓｒｂ・・・リレースイッチ
ＴＭ１，Ｒ１，Ｒ２，ＭＣ１，ＭＣ２・・・リレー

Claims (4)

1. 同一機能を有する少なくとも２系統の通信機器と、
   これら通信機器に対して共通に供給される商用駆動源と、
   上記通信機器に対する非常用電源と、
   上記商用駆動源に対する停電状態を検出する停電検出手段と、
   上記通信機器から供給される稼働状態を示す状態信号に基づいて、上記非常用電源に対する非常用電源路の切り替え制御を行う電源制御手段とを備え、
   上記電源制御手段は、
   上記２系統の通信機器に対する非常用電源路に設けられた開閉スイッチと、当該開閉スイッチのスイッチ制御部とで構成され、
   上記スイッチ制御部は、
   上記２系統の通信機器に、非常用電源として機能するバッテリーからの充電電圧を常時供給すると共に、商用駆動源として機能する商用交流源の停電時に、上記停電検出手段から得られる停電検出信号の連続した継続時間を計測し、当該計測結果に基づいて上記商用駆動源が停電したか否かを判別し、上記商用駆動源が停電したと判別した場合に、稼働していない上記通信機器に対応する上記開閉スイッチを開放してその非常用電源路を切断する
   ことを特徴とする無停電通信機器。
2. 上記通信機器は、電力関連施設を監視するための通信回路網を構築する無線局内に設置されたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の無停電通信機器。
3. 上記スイッチ制御部は、上記開閉スイッチを開閉制御する一対の開閉リレーと、
   これら一対の開閉リレーに接続された第１および第２の状態リレースイッチと、
   これら一対の状態リレースイッチの電源路を共通に開閉制御するタイマリレースイッチと、
   上記第１および第２の状態リレースイッチを開閉制御する一対の状態リレーと、
   上記タイマリレースイッチを開閉制御するタイマリレーとからなり、
   上記一対の状態リレーは、上記通信機器の稼働状態を示す状態信号によって起動され、
   上記タイマリレーは上記停電検出信号によって起動される
   ことを特徴とする請求項１記載の無停電通信機器。
4. 上記タイマリレーは、上記停電検出信号が一定時間継続したときに起動される
   ことを特徴とする請求項３記載の無停電通信機器。

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