JP5023031B2 - 直流給電制御方法及び直流給電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電流が供給される通信装置において、迷走電流による通信障害を抑制する技術に関する。

通信ビルに設置されている通信装置は、給電する整流器の他に、その整流器が故障しても通信を停止させないためのバックアップ整流器が配置されている。

図６は、従来の通信ビルの接地給電系統について説明するための概略図である。通信ビルには、通信ケーブルＴＣ１により互いに接続されて通信を行う２台の通信装置Ｔ１，Ｔ２が配置される。通信装置Ｔ１，Ｔ２のそれぞれは、プラス導体、マイナス導体により、直流電流分配装置Ｓ１，Ｓ２を介して整流器Ｌ１，Ｌ２が接続されて給電される。整流器Ｌ１，Ｌ２のそれぞれには、バックアップ用として、整流器Ｒ１，Ｒ２および蓄電池Ｂ１，Ｂ２が接続される。整流器Ｒ１，Ｒ２はプラス導体により共通の通信用接地Ｅ０に接地される。

正常時においては、通信装置Ｔ１は直流電流分配装置Ｓ１を経由して整流器Ｌ１から給電される。このときの給電経路ＣＬ１は、図６に示すように、整流器Ｌ１→プラス導体ＰＬＰ１２→直流電流分配装置Ｓ１→プラス導体ＰＬＰ１３→通信装置Ｔ１→マイナス導体ＰＬＭ１３→直流電流分配装置Ｓ１→マイナス導体ＰＬＭ１２→整流器Ｌ１である。同様に、通信装置Ｔ２は直流電流分配装置Ｓ２を経由して整流器Ｌ２から給電される。このときの給電経路ＣＬ２は、整流器Ｌ２→プラス導体ＰＬＰ２２→直流電流分配装置Ｓ２→プラス導体ＰＬＰ２３→通信装置Ｔ２→マイナス導体ＰＬＭ２３→直流電流分配装置Ｓ２→マイナス導体ＰＬＭ２２→整流器Ｌ２である。

蓄電池Ｂ１，Ｂ２は十分に充電されており、整流器Ｒ１，Ｒ２は、蓄電池Ｂ１，Ｂ２に充電する必要がないので電流を供給していない。整流器Ｌ１，Ｌ２と整流器Ｒ１，Ｒ２とをつなぐバックアップ用給電線にも電流が流れず、整流器Ｌ１と整流器Ｒ１の間及び整流器Ｌ２と整流器Ｒ２の間には給電電流による電位差が生じていない。したがって、通信装置Ｔ１，Ｔ２間にも電位差がほとんど生じない状態である。

次に、整流器Ｌ１が故障したときの給電経路について説明する。図７は、図６に示した接地給電系統において、通信装置Ｔ１に給電する整流器Ｌ１が故障したときの給電経路を説明するための概略図である。整流器Ｌ１が故障した場合、通信装置Ｔ１は、バックアップ用の整流器Ｒ１及び蓄電池Ｂ１から給電される。このときの給電経路ＣＬ１’は、整流器Ｒ１→プラス導体ＰＬＰ１１→プラス導体ＰＬＰ１２→直流電流分配装置Ｓ１→プラス導体ＰＬＰ１３→通信装置Ｔ１→マイナス導体ＰＬＭ１３→直流電流分配装置Ｓ１→マイナス導体ＰＬＭ１２→マイナス導体ＰＬＭ１１→整流器Ｒ１である。

このとき、バックアップ用給電線であるプラス導体ＰＬＰ１１には大きな電流が流れるため、導体の持つ電気抵抗による電位降下が発生する。この電位降下の分だけ通信装置Ｔ１の電位は正常時の給電経路ＣＬ１で給電されていた場合よりも低下することになる。一方、通信装置Ｔ２は、整流器Ｌ２から給電されているためバックアップ用給電線による電圧降下が発生しない。その結果、通信装置Ｔ１と通信装置Ｔ２の間の電位差が大きくなる。

通信装置Ｔ１と通信装置Ｔ２の間の電位差が大きくなると、通信用接地Ｅ０が共通であることから、整流器Ｒ１から通信装置Ｔ２側に向かい、通信ケーブルＴＣ１を通って通信装置Ｔ１に向かう迷走電流経路ＣＬＭ１’を流れる迷走電流が大きくなる。その結果、通信ケーブルＴＣ１に迷走電流の一部が重畳し、信号波形が崩れることで通信装置Ｔ１，Ｔ２が警報を発出もしくは通信断となる場合がある。

そこで、図８に示すように、通信ケーブル（同軸ケーブルやペア線）に絶縁トランスを取り付け、通信ケーブルＴＣ１を流れる直流電流を遮断することで、通信装置Ｔ１，Ｔ２間に電位差が生じても通信ケーブルＴＣ１には迷走電流が流れないので、通信ケーブルＴＣ１に流れる信号波形の崩れを防いでいる。

非特許文献１は、接地技術に関連する技術が開示されている。
加藤 潤、外２名、「進化する通信インフラに対応した接地技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２００７年、第１９巻、第９号、p.82-85

しかしながら、通信ケーブルで対策を行う場合、通信ケーブルを取り外す必要があるため、通信を停止する必要がある。通信を停止するためには、利用者の了解を得て回線を借用する必要があるが、多数の回線を重畳している通信装置間の通信ケーブルにおいては、全ての利用者の了解を得ることが難しく、対策がなかなか普及しにくいという問題点がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、通信を停止することなく、迷走電流による信号波形の崩れや通信断の発生を抑制することにある。

第１の本発明に係る直流給電制御方法は、それぞれ共通の通信用接地に接続されている第１の導体と通信用接地に接続されていない第２の導体を介して給電されかつ互いに通信ケーブルにより接続される２以上の通信装置の各々に対して設置され、当該通信装置に給電される直流電流の大きさを制御する直流給電制御装置における直流給電制御方法であって、第１の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第１の直流電流の大きさと、第２の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第２の直流電流の大きさを測定するステップと、第１の導体と通信用接地の接続点と当該通信装置との間において、第１の直流電流の大きさから第２の直流電流の大きさを引いた差の値が所定の範囲外になったときに、その差の値が範囲内に収まるように第１の導体のインピーダンスを調整するステップと、を有し、第１の導体のインピーダンスを調整するステップでは、差の値が第１の閾値を超えている場合には、第１の導体のインピーダンスを増加させ、差の値が第２の閾値より小さい場合には、第１の導体のインピーダンスを減少させることを特徴とする。

第２の本発明に係る直流給電制御装置は、それぞれ共通の通信用接地に接続されている第１の導体と通信用接地に接続されていない第２の導体を介して給電されかつ互いに通信ケーブルにより接続される２以上の通信装置の各々に対して設置され、当該通信装置に給電される直流電流の大きさを制御する直流給電制御装置であって、第１の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第１の直流電流の大きさと、第２の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第２の直流電流の大きさを測定する測定手段と、第１の導体と通信用接地の接続点と当該通信装置との間に配置され、第１の直流電流の大きさと第２の直流電流の大きさを引いた差の値が所定の範囲外になったときに、その差の値が範囲内に収まるように第１の導体のインピーダンスを調整する調整手段と、を有し、調整手段は、差の値が第１の閾値を超えている場合には、第１の導体のインピーダンスを増加させ、差の値が第２の閾値より小さい場合には、第１の導体のインピーダンスを減少させることを特徴とする。

本発明にあっては、通信装置に直流電流を供給する第１の導体と第２導体のそれぞれに流れる直流電流を測定し、それぞれの直流電流の大きさの差を求めて、その差が所定の範囲内に収まっているか否かを判定し、範囲外の場合には、第１の導体のインピーダンスを調節することにより、第１の導体と第２の導体のそれぞれに流れる電流の大きさをバランスさせて、通信装置とその通信装置に接続されている別の通信装置との間の電位差を小さくすることができるので、通信ケーブルで接続された通信装置間の電位差が生じることにより発生する迷走電流の抑制が可能となる。その結果、通信装置間を接続する通信ケーブルに流れ込む迷走電流を防ぐことができ、通信障害を回避することができる。また、ケーブルに対策を施すものではないため、通信を停止する必要がない。

このように、本発明によれば、通信を停止することなく、迷走電流による信号波形の崩れや通信断の発生を抑制することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における制御装置を適用した接地給電系統の構成を示す概略図である。通信装置Ｔ１，Ｔ２は、通信ケーブルＴＣ１により互いに接続される。通信装置Ｔ１，Ｔ２のそれぞれは、プラス導体、マイナス導体により、直流電流分配装置Ｓ１，Ｓ２を介して整流器Ｌ１，Ｌ２が接続されて直流電流が給電される。整流器Ｌ１，Ｌ２のそれぞれには、バックアップ用として、整流器Ｒ１，Ｒ２および蓄電池Ｂ１，Ｂ２がパックアップ用給電線により接続される。整流器Ｒ１，Ｒ２はプラス導体により共通の通信用接地Ｅ０に接地される。直流電流分配装置Ｓ１，Ｓ２の整流器Ｌ１，Ｌ２側には、迷走電流を小さくするための制御装置１０，２０が配置される。

次に、制御装置について説明する。制御装置１０，２０は、プラス導体とマイナス導体に流れる電流のアンバランスを検知し、プラス導体側のインピーダンスを調節する装置である。例えば、通信装置Ｔ１に給電する整流器Ｌ１が故障した場合、通信装置Ｔ１は、バックアップ用の整流器Ｒ１及び蓄電池Ｂ１により給電される。このとき、バックアップ用給電線による電位降下が発生するため、通信装置Ｔ１の電位は低下し、通信装置Ｔ２との電位差が大きくなる。通信用接地Ｅ０が共通であることから、通信用接地Ｅ０に接続されたプラス導体に整流器Ｒ１から通信装置Ｔ２へ向かう迷走電流が流れ、通信装置Ｔ２に接続されたマイナス導体の電流の大きさとプラス導体の電流の大きさが等しくなくなる。このとき、制御装置２０がプラス導体とマイナス導体に流れる電流の大きさのアンバランスを検知し、プラス導体側のインピーダンスを調整することで通信装置Ｔ１，Ｔ２間の電位差を小さくし、異常な経路で流れる迷走電流を抑制する。その結果、通信ケーブルＴＣ１に迷走電流が流れず通信断を回避することができる。

図２に示すように、制御装置１０は、プラス導体、マイナス導体それぞれを流れる電流の大きさを測定する測定部１１と、プラス導体側のインピーダンスを調整する調整部１２とを備える。測定部１１により測定した各導体に流れる電流の大きさの差が所定の範囲外となった場合、調整部１２は、電流の大きさの差が所定の範囲に収まるようにプラス導体側のインピーダンスを調整する。インピーダンスを調整するものとして、アッテネータや可変抵抗などを用いる。制御装置２０も同様の構成である。

次に、制御装置がインピーダンスを調整する処理の流れを図を用いて説明する。

図３は、制御装置が直流電流を制御する動作を示すフローチャートである。

まず、整流器から直流電流分配装置に流入するプラス導体を流れる電流Ｉ１を測定し（ステップＳ３０１）、直流電流分配装置から整流器に流出するマイナス導体を流れる電流Ｉ２を測定する（ステップＳ３０２）。

続いて、電流Ｉ１の大きさから電流Ｉ２の大きさを引いた値が閾値Ｉ_sh1を超えているか否か判定する（ステップＳ３０３）。閾値Ｉ_sh1を超えている場合は、プラス導体側のインピーダンスを増加させる（ステップＳ３０４）。

電流Ｉ１の大きさから電流Ｉ２の大きさを引いた値が閾値Ｉ_sh2より小さいか否かを判定する（ステップＳ３０５）。閾値Ｉ_sh2より小さい場合は、プラス導体側のインピーダンスを減少させる（ステップＳ３０６）。

いずれも該当しない場合は、電流Ｉ１の大きさと電流Ｉ２の大きさはバランスしているので、プラス導体側のインピーダンスを維持する（ステップＳ３０７）。

図４は、直流電流分配装置に複数の通信装置が接続された接地給電系統の様子を示す概略図である。図１で示した制御装置は、直流電流分配装置に配置され、整流器と直流電流分配装置との間のＢ地点においてインピーダンスを調整をするものである。符号４０１で示す経路に迷走電流が流れた場合、Ｂ地点においてインピーダンスを調整すると、通信装置Ｔ３，Ｔ４が影響を受ける。そこで、制御装置を通信装置と直流電流分配装置との間のＡ地点に配置することで、通信装置Ｔ３，Ｔ４に影響を与えることなく給電電流を制御することができる。このとき、制御装置は通信装置に配置されるものでも、直流電流分配装置の通信装置側に配置されるものでもよく、通信装置と直流電流分配装置の間に配置されるものでもよい。

なお、整流器とバックアップ用整流器との間のＣ地点に制御装置を配置することも可能である。この場合、整流器に接続した他の直流電流分配装置が影響を受けることがある。

したがって、本実施の形態によれば、通信装置Ｔ１，Ｔ２に直流電流を供給するプラス導体とマイナス導体の電流の大きさの差を求めて、その差が所定の範囲内に収まっているか否かを判定し、範囲外の場合には、プラス導体のインピーダンスを調節して電圧降下を発生させることにより、プラス導体とマイナス導体の電流の大きさをバランスさせて、通信装置Ｔ１，Ｔ２間の電位差を小さくすることができるので、迷走電流の抑制が可能となる。その結果、通信装置Ｔ１，Ｔ２を接続する通信ケーブルＴＣ１に流れ込む迷走電流を防ぐことができ、通信障害を回避することができる。また、本発明を適用する際には通信ケーブルＴＣ１を取り外す必要がなく、通信を停止しなくてもよい。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態における制御装置を適用した接地給電系統の構成を示す概略図である。図１に示したものと同様の構成であるが、迷走電流を小さくするための制御装置５０を通信用接地Ｅ０に接続される接地線に配置した点で異なる。

第２の実施の形態における制御装置５０は、整流器Ｒ１，Ｒ２を通信用接地Ｅ０に接続するプラス導体に流れる電流の大きさを測定し、流れる電流が大きくなったときに、その電流の大きさが閾値以下になるようにプラス導体のインピーダンスを調整するものである。

第１の実施の形態における制御装置を適用した接地給電系統の構成を示す概略図である。 上記制御装置の構成を示すブロック図である。 上記制御装置が直流電流を制御する動作を示すフローチャートである。 直流電流分配装置に複数の通信装置が接続された接地給電系統の様子を示す概略図である。 第２の実施の形態における制御装置を適用した接地給電系統の構成を示す概略図である。 従来の接地給電系統について説明するための概略図である。 上記接地給電系統の整流器が故障した場合の給電経路を説明するための概略図である。 迷走電流が通信ケーブルに流れないように対策を施した従来の通信ケーブルを示す図である。

符号の説明

１０，２０，５０…制御装置
１１…測定部
１２…調整部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…通信装置
Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２…整流器
Ｂ１，Ｂ２…蓄電池
Ｅ０…通信用接地
ＴＣ１…通信ケーブル
ＰＬＰ１１，ＰＬＰ１２，ＰＬＰ１３，ＰＬＰ２１，ＰＬＰ２２，ＰＬＰ２３…プラス導体
ＰＬＭ１１，ＰＬＭ１２，ＰＬＭ１３，ＰＬＭ２１，ＰＬＭ２２，ＰＬＭ２３…マイナス導体

Claims (2)

1. それぞれ共通の通信用接地に接続されている第１の導体と前記通信用接地に接続されていない第２の導体を介して給電されかつ互いに通信ケーブルにより接続される２以上の通信装置の各々に対して設置され、当該通信装置に給電される直流電流の大きさを制御する直流給電制御装置における直流給電制御方法であって、
   前記第１の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第１の直流電流の大きさと、前記第２の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第２の直流電流の大きさを測定するステップと、
   前記第１の導体と前記通信用接地の接続点と当該通信装置との間において、前記第１の直流電流の大きさから前記第２の直流電流の大きさを引いた差の値が所定の範囲外になったときに、その差の値が前記範囲内に収まるように前記第１の導体のインピーダンスを調整するステップと、を有し、
   前記第１の導体のインピーダンスを調整するステップでは、前記差の値が第１の閾値を超えている場合には、前記第１の導体のインピーダンスを増加させ、前記差の値が第２の閾値より小さい場合には、前記第１の導体のインピーダンスを減少させる
   ことを特徴とする直流給電制御方法。
2. それぞれ共通の通信用接地に接続されている第１の導体と前記通信用接地に接続されていない第２の導体を介して給電されかつ互いに通信ケーブルにより接続される２以上の通信装置の各々に対して設置され、当該通信装置に給電される直流電流の大きさを制御する直流給電制御装置であって、
   前記第１の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第１の直流電流の大きさと、前記第２の導体を介して当該通信装置に流入または当該通信装置から流出する第２の直流電流の大きさを測定する測定手段と、
   前記第１の導体と前記通信用接地の接続点と当該通信装置との間に配置され、前記第１の直流電流の大きさと前記第２の直流電流の大きさを引いた差の値が所定の範囲外になったときに、その差の値が前記範囲内に収まるように前記第１の導体のインピーダンスを調整する調整手段と、を有し、
   前記調整手段は、前記差の値が第１の閾値を超えている場合には、前記第１の導体のインピーダンスを増加させ、前記差の値が第２の閾値より小さい場合には、前記第１の導体のインピーダンスを減少させる
   ことを特徴とする直流給電制御装置。

Images