JP5156849B2 - 信号中継器 - Google Patents

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Description

本発明はデータ送信に関し、特に配電ネットワークを介したデータ送信に関する。
配電ネットワークは、発電所などの発電プラントから家庭消費者および産業消費者へ電気を送電するために広範囲に使用されている。電気以外のものを送電するために使用できる、数千の消費者をつなぐインフラストラクチュアを、配電ネットワークが提供するということが、実現されている。例えば、配電ネットワークはデータの送信に使用できる。
配電ネットワークがデータ送信に使用されている既存のシステムは、「パワーラインコミュニケーション(PLC)」および「ブロードバンド・オーバー・パワーライン(BPL)」と称されている。これらのシステムでは、電力ケーブル周囲または近くに配置された誘電コイルまたはコンデンサを使用して、電力ケーブルに高周波データ信号を印加し、または、挿入している。他端部では、前記データ信号を除去または抽出するために、対応する誘電コイルまたはコンデンサが使用される。これらシステムは、個別のデータ通信インフラストラクチュアを必要とすることなく、既存の電力ケーブルを介して2者間にデータ信号を送信できるようにする。さらに、データの送信は、ケーブルの本来の使用、すなわち送電を妨げはしない。
しかしながら、既存の配電ネットワークでのPLCの実施に関連していくつもの問題があり、特にインフラストラクチュアが古い、アクセスできない部分がある、という問題がある。
配電ネットワーク(高圧高架電力ケーブルなど)の多くの部分で、電気ケーブルが完全に露出するか、または薄い保護層またはシースに被覆されている。このような状態では、ケーブルへのアクセスはほとんど妨げられることなく、その結果、小さな誘電コイルを使用して簡単にケーブルへデータを注入することができる。しかし、ネットワークには、地下配線用の遮蔽ケーブルなど、絶縁および/または保護目的のためにケーブルが遮蔽されている部分が多い。遮蔽ケーブルはたとえば、電力を送電し金属製シースに囲まれているコアと、ケーブルの全長にわたって周囲に設けられた一連の軟鋼製の巻線またはテープ(外装と称される)とを含む。ケーブルが遮蔽されている場合では、ケーブルの遮蔽物を通してケーブルの導電コアへデータ信号を注入するためには、大きな誘電コイルまたはコンデンサが必要となる。遮蔽物を通してデータ信号を注入するために大きな誘電コイルを使用することはもちろん可能であるが、既存のケーブルにこれらコイルを設置および装着すると、その使用は採算が合わない。さらに、データ信号を遮蔽ケーブルへ注入したりそこから抽出したりできてもケーブルの遮蔽および外装構造によりそのデータ信号の質が低下しうる。
データ信号を注入または抽出するためにケーブルコアへのアクセスが必要である場合は必ず、PLCアプリケーションに外装ケーブルを使用しているという問題が制限要因となる。例えば、信号を長距離伝送しなければならない場合、PLCネットワークではしばしば、中継器が信号強度を「増幅」しなければならない。ここでもまた、外装ケーブルであるということは、信号注入のためのケーブルコアへのアクセスのためにはPLC中継器コストの相当な増大が避けられないことを意味する。
前記の問題はまた、電気ケーブルが変圧器や終端ボックスなどの装置に接続されるときにも問題となる。このような場合、ケーブルは安全のために(軟鋼外装を使用して)遮蔽される。遮蔽電気ケーブルの終端ボックスへの従来の接続では、ケーブルの遮蔽物が機械クランプにより終端ボックスに機械的に連結される。クランプは、ケーブルを機械的に支持する鋼材外装を終端ボックスケースに取り付けて、終端ボックスからケーブルが抜けるのを防ぎ、また、外装が金属遮蔽物の電位に電気的に結合するのを防ぐ。ケーブルのコアは、外装および絶縁体によって囲まれ、終端ボックスに直接接続し、必要な電気的経路を提供する。
終端ボックスはしばしば遮蔽されアクセスできないため、このような場合にPLCを実施する唯一の方法はケーブルが終端ボックスに入る前に遮蔽ケーブルの周りに誘電コイルを設置することである。
一般的に、配電ネットワークにおいて、アクセスできないケーブルボックスに遮蔽ケーブルを使用すると、ケーブルコアへのアクセスが制限され、ネットワークのこれらの部分でのPLCの実施が困難かつ高価になる。遮蔽ケーブルでPLCを実施するという課題を達成する一つの方法は、各変圧器または終端ボックスをケーブルコアへのアクセスを提供できる同等物に取り替えることである。しかし、配電ネットワークの変圧器または終端ボックスを取り替えるコストは、電気供給を崩壊させるとともに、非常に高価でもある。
したがって、実質的な設備の改良の必要なく、遮蔽ケーブルが使用されている既存の配電ネットワークにPLCを実現する装置が必要である。特に、大規模かつ高価なネットワークの改良を必要とせず、接続の電気的安全性および機械的整合性を危うくすることの無い装置が必要である。
したがって、本発明は、第一の観点から、電気装置と、前記電気装置に接続される遮蔽された電気ケーブルとを含む電気システムであって、前記ケーブルがコアと、前記コアの周囲の金属シースと、周囲の外装とを含み、前記外装は、前記シースが前記装置に入る箇所で前記金属シースの周りから取り外され、前記箇所から離れた位置で前記装置に対して保持され、前記箇所と前記外装との間で前記シースの部分が露出するようにされた、電気システムを提供する。
かかる構成により、シースの一部は、ケーブルが装置(例えば変圧器、開閉器、または終端ボックス)に入る位置において露出され、前記シースをPLC設備および部品にアクセス可能にする。
好適には、前記外装は、装置と外装との間に所望の位置関係を維持し、また、装置とケーブルの向きに応じて装置上に外装を保持する構成であってもよい連結器によって、装置に接続される。
好適には、前記連結器は、外装を受容するように構成された第1の端部と、前記第1の端部から離間されているが接続されている第2の端部とを含み、前記第2の端部は前記装置の一部に取り付けられるよう構成されている。
本発明はまた、連結器にも及び、第2の観点から、コアと周囲の外装とを有する遮蔽電気ケーブルを電気装置に接続するための連結器であって、前記連結器は、前記ケーブルの外装を受容するように構成された第1の端部と、前記第1の端部から離間されているが接続されている第2の端部とを含み、前記第2の端部は前記装置の一部に取り付けられるよう構成されている連結器を提供する。
前記第2の端部は、適当な方法で装置に接続可能であればよいが、好適には、前記装置の一部、例えば終端ボックスのグランド(gland)の周囲に周方向に係止するよう構成されている。
前記接続は、固定でもよい、すなわち、恒常的でもよいし、前記連結器を接続および分離可能にできるように取り外し可能であってもよい。
好適には、前記第2の端部は、前記装置の一部の周囲をクランプするよう構成されている。したがって、第2の端部は、一つ以上の部分からなり、それらが合わさって前記一部の外周の周りに設けられてもよい。例えば、前記一部を囲むよう構成されたカラーを、前記カラーを前記一部の周囲で締め付けにより固定させる手段とともに含んでもよい。
好適には、前記カラーは、互いに接続し、前記一部を締め付けるように構成された二つ以上の部品からなる。各部分は、締め付けボルトなどの締め付け手段を受容するフランジを含んでもよい。
前記連結器の第1の端部は、好適には、二つの面の間にケーブル外装をクランプするよう構成される。前記面は、間に外装を挟むことができる形状であればよい。好適には、前記クランプする面がほぼ平行な面であり、好適には、前記ケーブルの軸に対して角度をなして配置され、最も好適には、ケーブルの軸に対して垂直である。
前記連結器の第1の端部は、好適には、前記ケーブルのコアを通すために十分な大きさの中央貫通孔(すなわち、孔の直径は、少なくともケーブルのコアの直径と同じくらい)を備えた、二つのプレートまたはディスクからなる。前記プレートは、適切な機械的接続またはジョイントを利用して互いに係止してもよく、それが恒常的であっても取り外し可能であってもよい。
前記プレートは、それぞれが、互いに接続してケーブルコアを取り巻き、共同してケーブル外装を機械的に固定するよう構成された二つ以上の部品からなってもよい。好適には、前記プレート部品間のジョイントは周方向に互いにずらされている。
前記連結器は、好適には、連結器の前記第1および第2の端部間に設けられた一つ以上の接続部材を含む。前記接続部材は、たとえばロッド(単数または複数)であってもよい。好適には、周方向に間隔を置いて配置された三つの接続ロッドが設けられる。
前記接続部材は、前記第1および第2の端部が前記ケーブルの軸に沿って相互に対して移動可能とするような手段を備えていてもよい。好適な実施形態において、ターンバックル構成が使用されてもよい。これにより使用時にケーブルを終端ボックスに対して引き寄せたり押し離したりできる。
好適には、前記連結器の第1の端部と第2の端部との間に電気的絶縁が設けられる。たとえば、前述のターンバックル構成において、ターンバックル本体が、たとえばナイロンなどの絶縁材料で形成されてもよい。
前記連結器の第1の端部は、好適には、誘電部品を受容するための、ケーブルシースの露出部分をとり囲む面を提供する。好適には、誘電部品を受容するための、ケーブルの軸に対して垂直である面を提供する。前記誘電部品は適切な誘電体であればよいが、好適には誘電コイルである。
本発明はまた、誘電体を含む装置にも及び、さらなる観点から、電気装置と、前記装置に取り付けられた遮蔽電気ケーブルとを含み、前記ケーブルが金属シースと外装とに囲まれたコアを有する電気システムであって、前記外装は、前記ケーブルが前記装置に入る箇所で前記シースの周りから取り外されて前記箇所と前記外装との間で前記シースの部分が露出するようにされ、誘電手段が前記シースの露出部分の周りに配置される電気システムを提供する。
前述のように、PLCアプリケーションはまた、遮蔽ケーブルで送電されるデータ信号を「増幅」して信号を長距離伝送できるようにするための中継器の使用を必要とする。PLC中継器では、ケーブルから信号が抽出され、増幅され、再度ケーブルに注入される。
さらなる観点から鑑みると、ここに開示される発明は、電流送電コアと、前記コアの周囲に配置された金属シースと、前記金属シースの周囲の外装とを含む電気ケーブル上の信号中継器であって、
前記外装はケーブルの一部で除去されて前記金属シースの一部を露出し、
前記金属シースの露出部分の中央部が除去されて前記コアの一部を露出し、シースの二つの部分を前記外装から突出させ、
前記シース突出部分にそれぞれ誘電体が配置され、
前記金属シース突出部分の端部領域それぞれから、前記誘電体の下を通って、前記中継器の両端間に延びる外部接地経路までそれぞれの接地経路が延び、前記接地経路は前記シース部分の前記端部領域と前記外部接地経路への接続点との間の前記金属シース部分のそれぞれから絶縁されている信号中継器を提供する。
金属シースの中断は、必要に応じて、ケーブル長手に沿ったシースの電気的連続性を中断させる。なぜなら、信号は実際には、シースおよびケーブルコア上で伝送されることによって補助されていると考えられているからである。
好適には、誘電体はケーブルと同軸である。
前記接地経路は、絶縁された適切な導体によって提供できるが、好適には、前記シースの前記端部領域に接続し前記誘電体のそれぞれの下を通る、すなわちシースと誘電体内側表面との間を通る、絶縁された導電性編組線(braid)によって提供される。
前記外部接地経路は、好適には一つ以上の外部導電性部材によって提供される。ただし、好適には、前記ケーブルを囲む導電性ケージ(cage)によって提供される。これは、必要な接地経路を提供するのみならず、特に中継器が地下に埋められている場合にはよくあるような、切断などの事故による損傷から、下にある部品を保護する。
好適には、前記誘電体は、ケージ内にしっかり収容されて支えられる。
前記第1および第2の誘電体は、好適には、データ処理器に接続され、前記データ処理器は前記第1の誘電体から入力信号を受信し、前記信号を増幅し、前記増幅された信号を前記第2の誘電体へ出力するように構成されている。
この構成により、前記ケーブルのコアは中継器中でアクセス可能になり、データ信号を簡単に抽出しケーブルに注入できるようになる。
さらに、誘電体の動作のために必要な接地経路が確保される。
さらに広い観点から鑑みると、電流送電コアと、前記コアの周囲に配置された金属シースと、前記金属シースの周囲の外装とを含む電気導体であって、前記外装は導体の一部において除去されて前記金属シースの一部を露出し、前記金属シースの露出部分の周りに誘電体が配置される電気導体が提供される。
ここに開示されている電気ケーブル/導電体は、単独のコアで形成されていてもよく、または、複数のコアで形成されてもよい。各コアは、適切な導電性材料で形成されていればよい。
前記コア(単数または複数)は絶縁層によって囲まれていてもよく、絶縁層は適切な材料で形成されていればよい。前記コア(単数または複数)は、たとえば紙製の絶縁層によって囲まれていてもよい。この構成では、金属シースの一部が除去されたとき、コアを囲む絶縁材料の一部が露出される。このコアは絶縁層によって個別に囲まれてもよい。
前記金属シースは適切な材料によって形成されていればよい。たとえば、金属シースは鉛で形成されてもよい。
以下、本発明の実施形態について、あくまでも例として、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の好適な実施形態の連結器を示す。連結器1は、電気終端ボックス(図示せず)のグランド2を三相11kV遮蔽電気ケーブル3に接続するよう構成されている。
前記連結器1は、前記グランド2の周囲を周方向にクランプするグランドクランプ4と、前記ケーブル3の外装をクランプする外装クランプ5とを備えている。前記グランドクランプと前記外装クランプは、複数の接続ロッド6、7、8によって接続されている。
図2を参照すると、グランドクランプ2は二つの半円形の素子21および22によって形成されている。電気終端ボックスグランドは標準的な直径を有し、前記グランドクランプ直径は前記グランドが選択される終端ボックスに応じて選択される。前記グランドクランプ素子21、22には、締め付けフランジ23、24が設けられている。前記締め付けフランジ23、24によって、前記グランドクランプ素子21、22は前記グランド2に沿って配置され、一緒にボルト締めされて(図示されないボルトを使用)、周方向に前記グランド2をクランプする。
前記グランドクランプ素子21、22にはさらに、前記グランドクランプ2の周囲に均等間隔で配置されたフランジ25、26、27が設けられている。これらは、前記接続ロッド6、7、8の上端部を収容する。本実施形態では、前記接続ロッドがM10ねじ付きバーからなり、グランドクランプ接続フランジ25、26、27を、図4Bに示される、外装クランプ5の対応する接続フランジ49、50、51に接続する。
前記接続ロッド6、7、8はそれぞれターンバックル9を有し、長さが可変である。前記ターンバックル9は両端にねじ穴を有するナイロン製の円筒状長形部品によって形成され、前記穴は接続部材6、7、8のM10ねじを収容するように配置されている。前記接続ロッドはそれぞれ、ターンバックル9とグランドクランプ4との間の第1の部分7aと、ターンバックル9と外装クランプ5との間の第2の部分7bとから形成される。ターンバックル9が前記接続部材6、7、8(図1では接続部材7のみが見える)のそれぞれに設けられているので、グランドクランプ4は外装クランプ5から電気的に絶縁されている。
前記外装クランプ5は、三相遮蔽ケーブル3の外装に機械的に接続されている。図3は遮蔽ケーブルの部品を図示している。
図3に示されるような遮蔽ケーブル31は、一般的に、それぞれが紙製の絶縁層(図示せず)によって囲まれている、三つの個別のアルミニウムコア32、33、34を含む。前記三つのコア32、33、34は、個々のコアを保護し支持する機能を果たす鉛シース35によって囲まれている。前記ケーブルは、ケーブルの全長にわたって周囲に螺旋状に巻き付けられた一連の軟鋼ワイヤにより囲まれ、前記ワイヤはケーブル外装36を形成する。前記外装36はケーブルを遮蔽し保護する機能を果たす。鉛シース35と外装36とは電気的に接しており、同じ電位を有するようになっている。
図1は、前記外装36の構成と、外装36の外装クランプ5への接続とを示している。連結器を組み立てる際、前記ケーブル3の外装36は、鉛シース35から引きはがせるようにクリップ留めされる。その後、前記外装36は鉛シース35から引きはがされて、図1にされるようにケーブル3の軸に対して垂直になるように折り返される。その後、前記外装36は、図4Aおよび4Bに示されるように、前記外装クランプ素子の間に配置される。
図4Aは、好適な実施形態において四つの素子41、42、43、44が組み合わされた外装クランプ3を示している。素子41、42、43、44は図4Aに示されるように組み立てられ、図4B(平面図)に示されるようにボルト穴45、46、47、48を使用してボルト締めされる。前記外装クランプには、また、上記のように接続フランジ49、50、51が設けられている。
前記折り返された外装36が四つの外装クランプ素子間の位置に配置されると、ボルト穴45、46、47、48に配置されたボルト(図示せず)を利用して前記外装クランプ5が締められて、前記外装クランプに前記ケーブル外装をクランプする。したがって前記外装36と前記ケーブル3とが、図1に示されるように、前記外装クランプ5にしっかり接続される。
前記外装36が外装クランプに接続されると、前記接続ロッド6、7、8を、前述のようにグランドクランプ4および外装クランプ5の接続フランジにボルト締めすることができる。これにより前記外装36およびケーブル3は、連結器1を介してグランド2によって機械的に支持される。
前記鉛シース35は、連結器の中心を通り、電気終端ボックス(前記グランド2はその一部をなす)へ至る。図1に示されるように、グランド2は拭い継手(wipe)10によって鉛シース35に拭い継ぎ、すなわち半田付けされる。前記拭い継手10はグランド2と鉛シース35とが同じ電位であることを確実にする。この構成は、グランド2をケーブル3に接続する接地経路が、接続ロッド6、7、8を介してではなく、鉛シース35を介して連結器の中心を確実に通るようにする。前記ケーブルの電流を送電するコアは、終端ボックスの内部に接続される。前記拭い継手10はまた、シース35およびケーブル3に対する機械的な支持も提供する。
前記ケーブル3の鉛シース35は、グランドクランプ4と外装クランプ5との間で露出し、図5に示されるように、誘電コイル51がシースの露出部分の周囲に設置される。
図5に示される構成は、図1に示されるものとおおむね同じであるが、ただし、本実施形態においては前記接続ロッドは電気絶縁材料で形成され、図1に示される前記絶縁素子9はしたがって不要である。
図5に示されるように、誘電コイル51(わかりやすくするためにその半分のみが図示されている)が、前記外装クランプ5の上部水平面52上に配置される。前記誘電コイルはこれにより、鉛シース35に近接して同軸状に配置される。前記誘電コイルは、ケーブル3へ注入されるデータ信号、および/またはケーブル3から抽出されるデータ信号の生成のための、公知の信号生成および/または復号設備(図示せず)に接続される。特に、信号は時分割多重化(TDM)または周波数分割多重(FDM)のいずれかを使用して注入または抽出してもよい。これら技術はどちらもデータ送信分野においてはよく知られており、ここではこれ以上論ずる必要が無い。ただし、好適にはTDMが使用される。
前記のように、グランド2とケーブル3の鉛シース35とは同じ電位である。接続ロッド6、7、8は電気的に絶縁なので、接地経路がシース35に沿って外装36から誘電コイル51の中心を通ることを確実にしている。誘電体51の適切な動作を確保するため、たとえばシース35の表面に沿ってグランド2から誘電体51を通りぬけて外装へ至る銅製のバー11(図1)によって、接地経路がさらに設けられるべきである。
図6は、図3を参照してすでに記載したタイプの遮蔽電気ケーブルに使用するのに適したPLC中継器を概略的に示す。前記ケーブルは例えば、中電圧(11kV)配電ネットワーク上で一つの変電所を別の変電所に接続する。図6に示されるような中継器は例えば、ケーブルの全長に渡って一定間隔で設置されている。
ケーブル61の中心コア62は、中継器が設置されていてもケーブルに沿って電気の送電が継続されるように遮断されていないままの状態である。
図6では、PLC信号は左から右へ伝播し、すなわち、ケーブルの左は入力、右は出力と考えられる。
中継器において、ケーブルの外装63は所定の位置で終端し、その下の鉛シース64、65を露出する。前記鉛シース64、65もまた切り取られて、電流送電コアの絶縁体62部分を露出する。前記鉛シースの露出部分64、65には、シース終端点周囲に設けられた応力除去テープからなる終端部68が設けられている。前記テープはたとえば、応力マスチックテープ(stress mastic tape)である。
図示されているように、中継器の各端部では、鉛シースの露出部分64、65上に第1および第2の誘電コイル69、70が配置されている。前記第1の誘電コイル69はデータ信号を抽出するために配置され、前記第2の誘電コイル70はデータ信号を注入するために配置されている。第1および第2の誘電コイルは、公知のPLC中継回路(図示せず)に電気的に接続される。前記PLC中継回路は、抽出された信号を誘電コイル69から受信して増幅し、前記増幅された出力をケーブル61に再注入するために第2の誘電コイル70へ供給する。それにより、前記データ信号を、ケーブルの全長に渡って配置された一連の中継器を利用して長距離を伝送することが可能である。前記データ送信には好適には、前述した実施形態のように、TDM技術やFDM技術を使用する。
ここで、各シース露出部分64および65の一端に、カラー71が取り付けられている。これらカラー71は、外装63に電気的に接続されるが、その下の鉛シース部分64、65からは絶縁体72により絶縁されている。前記カラー71は、その外部表面73上に、接地遮蔽ケージ(earth screen cage)74を取り付けている。このケージ74は、ケーブル周囲に配置された複数のアルミニウム製条片によって形成されるか、または穿孔シート部材として形成される。前記ケージ74は、カラー71を介して外装63と接続しているため、外装63と同じ電位である。ただし、ケージ74は、その下のシース部分64、65からは絶縁されている。
ただし、一端でたとえばはんだ部分76などによってコイル69、70を超えてシース部分64、65の部分へ接続された絶縁された編組線、すなわちケーブル75を通って、シース部分64、65からケージ74までそれぞれ接地経路が設けられている。前記編組線75は、コイル69、70の下を通り、その他端部でカラー71に取り付けられ、これを介してケージ74に電気的に接続される。この構成により、信号の十分な抽出および注入に必要な、各誘電コイルを通り抜ける、中継器の入力と出力との間の接地経路を有するPLC中継器を提供する。
ケージ74は、中継器への固形物や水分の進入を防止するカバー(図示せず)内に封入してもよい。
図1は、本発明の連結器の構成を示す。 図2は、図1の連結器のグランドクランプを示す。 図3は、従来の三相11kV電気ケーブルの構造を示す。 図4Aおよび4Bは、図1の連結器の外装クランプを示す。 図4Aおよび4Bは、図1の連結器の外装クランプを示す。 図5は、誘電コイルが取り付けられた図1の連結器の構成を示す。 図6は、電力線通信システム用の中継器を概略的に示す。

Claims (8)

  1. 電流送電コアと、前記コアの周囲に配置された金属シースと、前記金属シースの周囲の外装とを有する電気ケーブルを含む信号中継器であって、
    前記外装はケーブルの一部で除去されて前記金属シースの一部を露出し、
    前記金属シースの露出部分の中央部が除去されて前記コアの一部を露出し、シースの二つの部分を前記外装から突出させ、
    前記シース突出部分にそれぞれ誘電体が配置され、
    前記シース突出部分の端部領域それぞれから、前記誘電体の下を通って、前記中継器の両端間に延びる外部接地経路までそれぞれの接地経路が延び、前記接地経路は前記シース部分の前記端部領域と前記外部接地経路への接続点との間のシース部分それぞれから絶縁されている、信号中継器。
  2. 前記誘電体が前記ケーブルと同軸である、請求項に記載の信号中継器。
  3. 前記接地経路が、前記シースの前記端部領域に接続し前記誘電体のそれぞれの下を通る絶縁された導電性編組線(braid)によって提供される、請求項またはに記載の信号中継器。
  4. 前記外部接地経路が、一つ以上の外部導電性部材によって提供される、請求項1〜3のいずれかに記載の信号中継器。
  5. 前記外部導電性部材が、前記ケーブルを囲む導電性ケージ(cage)の形状である、請求項に記載の信号中継器。
  6. 前記第1および第2の誘電体が、データ処理器に接続され、前記データ処理器は前記第1の誘電体から入力信号を受信し、前記信号を増幅し、前記増幅された信号を前記第2の誘電体へ出力するように構成されている、請求項1〜5のいずれかに記載の信号中継器。
  7. 前記コアが絶縁層によって囲まれている、請求項1〜6のいずれかに記載の信号中継器。
  8. 前記金属シースが鉛で形成されている、請求項1〜7のいずれかに記載の信号中継器。
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