JP5613107B2 - 過電圧／過電流保護システムおよび過電圧／過電流保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、過電圧／過電流保護システムおよび過電圧／過電流保護方法に関するものである。

情報通信機器は、電源線や通信線が接続されるため、それらの線から雷サージのような過電圧／過電流が侵入すると、機器の故障、誤動作が発生し、大きな社会的損失を生じることがある。このような過電圧／過電流による機器の故障や誤動作を防止するためには、侵入する過電圧／過電流を機器の過電圧／過電流耐力以下に抑制する必要がある。そのため、通信機器の雷保護方法について多くの研究、開発が行われている（例えば、非特許文献１）。この中で、最も有効な対策方法として、「家屋一括アレスタ型共通接地法」が提案されている。この雷保護方法は、電力用避雷器と加入者保安器を家屋への引き込み口に設置するとともに、それらの接地と家屋内の機器の接地を全て共通化する方法である（特許文献１）。

図４は、家屋一括アレスタ型共通接地法を示す図である。しかし、この雷保護方法は、電力線への避雷器設置、家屋の接地の共通化など既存の家屋への適用が困難なこともあり、導入は進んでいない。現在一般的に使用されている通信機器の雷保護方法は、「個別型バイパスアレスタ法」である。

図５は、個別型バイパスアレスタ法を示す図である。この方法は、機器単体の電源線ポートと通信線ポートにＳＰＤ（サージ保護デバイス）を設置し、それらを接地線で接続することでバイパス回路を構成するもので、日本の接地形態（分離接地）を変更することなく、機器個別で対応可能なため導入が容易である。また、通信機器設置台数が少ない場合は経済性にも優れている（特許文献２、３）
近年の情報通信機器は、ＦＴＴＨやｘＤＳＬの普及により高速通信回線への接続が前提となり、さらに家庭内に構築されるネットワークに接続されるようになってきた。そのため情報通信機器のインタフェースは、電源線ポート、通信線ポート（通信回線への接続）に加え、内線ポートとして家屋内の通信機器との回線接続用ポート、イーサネット（日本国における登録商標（商標登録第１７０２１１９号、第１７２３０００号））ポート、ＴＶ等の接続用の同軸ケーブルポートなどが設けられ、インタフェースは多種多様になっている。このような設備形態では、個別型バイパスアレスタ法による雷保護回路を機器に実装すると、全てのインタフェースに避雷回路を組み込まなくてはならず、機器の寸法の増大や、実装費用の増加といった問題がある。また、家屋内のネットワークに接続される機器全てで、個別型バイパスアレスタ法を適用しなければならないという問題もある。さらに、機器がネットワークに接続されるため、雷サージのような過電圧／過電流の流出入経路が特定できないため、それぞれの機器に組み込まれる保護回路の動作レベルや耐量などの保護協調が図れない可能性もある。

ＦＴＴＨ環境では、通信線が光ファイバケーブルとなるため、雷サージのような外乱信号１が通信回線から流入したり、流出したりすることは無い。そのため、雷サージのような過電圧／過電流は機器の電源線ポートからしか侵入しないことになる。しかし、ＦＴＴＨ環境においてホームゲートウェイなどの情報通信機器の雷故障頻度は高いことが知られている。

図６は、ＦＴＴＨ環境における一般的な家屋内の配線形態を示す図である。家屋に引き込まれる電力線は一般に単相３線方式であり、引き込み口の分電盤から単相２線により家屋内に配線されている。したがって家屋内の保安用接地を設ける機器（洗濯機、給湯器、エアコン等、以下、「保安用接地機器」）と、家屋内ネットワークに接続される情報通信機器が同じ屋内電力線に接続されることになる。情報通信機器への雷サージの流出入経路は次のようになる。低圧配電線に雷過電圧が発生すると、単相３線の引き込み線３線（Ｌ１、Ｌ２、Ｎ）にほぼ同じ雷過電圧が発生し家屋に侵入する。保安用接地機器は一般的に屋内電力線と接地間に避雷器が設置されているため、保安用接地機器が接続された電圧相（Ｌ１、Ｎ）は、その機器内の避雷器が雷サージにより動作することで大地電位となる。一方保安用接地機器が接続されていない屋内電力線の電圧相のＬ２のみ対地電位が高いままである。そのため、それぞれの電圧相に接続されたネットワーク機器間に電位差が発生することになる。この電位差が情報通信機器の電源線ポート、内線ポート間の過電圧耐力以上になった場合に情報通信機器が故障することになる。この場合保安用接地機器が必ずしもネットワークに接続されている必要は無いため、ほとんどの住宅でこのような設備構成となる。

特許第４１３３７２２号 特開昭５７−１８９５１７号公報 特許第３４７３８１９号

「ローカル給電された宅内通信機器の雷防護に関する研究調査報告書」、ローカル給電された宅内通信機器の雷防護対策研究会（昭和６３年３月）

上述したように、情報通信機器は、電源線ポートや通信線ポートといったインタフェースを複数持つという特徴のため、外部からの雷サージのような過電圧／過電流に対して脆弱であり、過電圧／過電流保護が重要となる。これはＦＴＴＨ環境に設置する外部へメタルの通信線を持たない情報通信機器においても同様である。

これらの機器の雷保護方法としては、家屋一括アレスタ型共通接地法が最も効果的との報告があるが、既存建物への適用が困難であるという課題がある。また、対策として個別型バイパスアレスタ法が一般的であるが、複数のインタフェースを持つ情報通信機器へ適用する場合、全てのインタフェースに避雷回路を設ける必要があり、実装スペース増およびコスト増といった問題がある。さらに家屋内でネットワークを構成するようになったため、多くの機器がネットワークに接続されることになり、全ての機器で雷保護が必要になるという問題もある。

したがって、ＦＴＴＨ環境において家屋内でネットワークが構成され、複数の情報通信機器が接続された家屋内の情報通信機器の経済的で効果的な過電圧／過電流保護システムを提供することが要望される。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、単相３線式電力線に生じる過電圧／過電流から情報通信機器を保護するための過電圧／過電流保護システムおよび過電圧／過電流保護方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の本発明は、単相３線式電力線の一方の電圧線と接地線間および他方の電圧線と接地線間のそれぞれに情報通信機器が接続され、過電圧保護回路を有する保安用接地機器が一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に接続された環境における過電圧／過電流保護システムであって、１以上のサージ保護デバイスと、一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に発生した過電圧／過電流を前記サージ保護デバイスを介して前記保安用接地機器に導く手段を備えることを特徴とする過電圧／過電流保護システムをもって解決手段とする。

例えば、第１の本発明において、一方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器と他方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器とが２線の通信線で接続され、前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第３のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第４のサージ保護デバイスとを含んでなり、前記第１、３のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続し、前記第２、４のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する。

例えば、第１の本発明において、前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスとを含んでなり、前記第１、２のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する。

例えば、第１の本発明において、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子と１つの接地端子を備える１つのサージ保護デバイスを含み、前記２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、他方の電圧線に接続し、前記接地端子を接地線に接続する。

第２の本発明は、単相３線式電力線の一方の電圧線〜接地線間および他方の電圧線〜接地線間のそれぞれに情報通信機器が接続され、過電圧保護回路を有する保安用接地機器が一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に接続された環境における過電圧／過電流保護システムが行う過電圧／過電流保護方法であって、前記過電圧／過電流保護システムは、１以上のサージ保護デバイスを備え、前記過電圧／過電流保護方法は、一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に発生した過電圧／過電流を前記サージ保護デバイスを介して前記保安用接地機器に導くものであることを特徴とする過電圧／過電流保護方法をもって解決手段とする。

例えば、第２の本発明において、一方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器と他方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器とが２線の通信線で接続され、前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第３のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第４のサージ保護デバイスとを含んでなり、前記第１、３のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続し、前記第２、４のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する。

例えば、第２の本発明において、前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスとを含んでなり、前記第１、２のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する。

例えば、第２の本発明において、前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子と１つの接地端子を備える１つのサージ保護デバイスを含み、前記２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、他方の電圧線に接続し、前記接地端子を接地線に接続する。

本発明によれば、単相３線式電力線に生じる過電圧／過電流から情報通信機器を保護することができる。

第１の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。 第２の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。 第３の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。 家屋一括アレスタ型共通接地法を示す図である。 個別型バイパスアレスタ法を示す図である。 ＦＴＴＨ環境における一般的な家屋内の配線形態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。

ＦＴＴＨ環境での情報通信機器の雷保護は、電力線の各線に発生する過電圧／過電流を抑制することにある。

そこで、単相３線式電力線のＬ１相に接続している情報通信機器１とＬ２相に接続している情報通信機器２を通信線で接続し、それぞれの機器の電源線ポートと通信線ポートにサージ保護デバイスＳＰＤ１〜４を設置する個別バイパスアレスタ法を適用する。

サージ保護デバイスＳＰＤ１の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれＬ１相の電圧線Ｌ１、接地線Ｎに接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ２の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれＬ２相の電圧線Ｌ２、接地線Ｎに接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ３の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ通信線Ｔ１、Ｔ２に接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ４の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ通信線Ｔ１、Ｔ２に接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ１、ＳＰＤ３の各接地端子Ｐ３は互いに接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ２、ＳＰＤ４の各接地端子Ｐ３は互いに接続される。

さらに、Ｌ１相もしくはＬ２相に保安用接地を設ける機器（保安用接地機器４）を設置することを特徴とする（図１では、Ｌ１相に設置）。

保安用接地機器４は、Ｌ１相の電圧線Ｌ１〜接地線Ｎ間またはＬ２相の電圧線Ｌ２〜接地線Ｎ間に接続される。保安用接地機器４内の過電圧保護回路に至る接地端子ＦＧは接地される。

このような構成とすることで、Ｌ１相、Ｎ相に発生した過電圧／過電流は、保安用接地機器４内の過電圧保護回路により大地に放流し、Ｌ２相に発生した過電圧／過電流は、情報通信機器２に設置したサージ保護デバイスにより通信線にバイパスし、さらに情報通信機器１に設置したサージ保護デバイスによりＬ１相にバイパスし、保安用接地機器４内の過電圧保護回路により大地に放流する。

これにより電力線に発生した過電圧／過電流を抑制することができ、情報通信機器１、２を過電圧／過電流から保護することができる。

さらに情報通信機器３の電源に発生する過電圧／過電流も同時に抑制することになり、雷保護が可能となる。

このように、Ｌ１相とＬ２相に情報通信機器を設置し、それらを通信線で接続し、それぞれにサージ保護デバイスによるバイパス回路を構成するとともに、Ｌ１相もしくはＬ２相に保安用接地機器４を設置し、その過電圧保護回路に至る接地端子ＦＧを接地することにより、家屋内全体の雷保護を実現することができる。

図２は、第２の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。

第２の実施の形態においては、単相３線式電力線のＬ１相およびＬ２相それぞれのコンセントＣ１、Ｃ２にサージ保護デバイスＳＰＤ５、６を設置し、その接地端子Ｐ３を接地線ＧＬで接続することを特徴とする。

サージ保護デバイスＳＰＤ５の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、コンセントＣ１を介して、それぞれＬ１相の電圧線Ｌ１、接地線Ｎに接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ６の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、コンセントＣ２を介して、それぞれＬ２相の電圧線Ｌ２、接地線Ｎに接続される。

サージ保護デバイスＳＰＤ５、ＳＰＤ６の各接地端子Ｐ３は、接地線ＧＬを介して互いに接続される。

もちろん、第１の実施の形態と同様に、Ｌ１相もしくはＬ２相には保安用接地機器４を設置する。

第２の実施の形態での雷保護は、以下のようになる。Ｌ１相、Ｎ相に発生した過電圧／過電流は、保安用接地機器４内の過電圧保護回路により大地に放流し、Ｌ２相に発生した過電圧／過電流は、Ｌ２相のコンセントＣ２のサージ保護デバイスＳＰＤ６から接地線を介してＬ１相のコンセントＣ１のサージ保護デバイスＳＰＤ５に流れ、さらにＬ１相の保安用接地機器４内の過電圧保護回路により大地に放流する。

これにより電力線に発生した過電圧／過電流を抑制することができ、情報通信機器１、２を過電圧／過電流から保護することができる。

さらに情報通信機器３の電源に発生する過電圧／過電流も同時に抑制することになり、雷保護が可能となる。このように、Ｌ１相とＬ２相のコンセントにサージ保護デバイスを設置し、それらを接地線で接続し、Ｌ１相もしくはＬ２相に保安用接地機器を設置し、その過電圧保護回路に至る（ＦＧ端子）を接地することにより、家屋内全体の雷保護を実現することができる。

図３は、第３の実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムの構成を示す図である。

第３の実施の形態においては、単相３線式電力線を分岐させる分電盤５内で、Ｌ１相、Ｌ２相、Ｎ相にサージ保護デバイスＳＰＤ７を設置することを特徴とする。サージ保護デバイスＳＰＤ７の保護端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれＬ１相の電圧線Ｌ１、Ｌ２相の電圧線Ｌ２に接続される。サージ保護デバイスＳＰＤ７の接地端子Ｐ３は接地線Ｎに接続される。

もちろん、第１、第２の実施の形態と同様に、Ｌ１相もしくはＬ２相には保安用接地機器４を設置する。

第３の実施の形態での雷保護は、以下のようになる。Ｌ１相、Ｌ２相、Ｎ相に発生した過電圧／過電流は、分電盤５内のサージ保護デバイスＳＰＤ７により、保安用接地機器４の電力相に流れ、保安用接地機器内の過電圧保護回路により大地に放流する。

これにより電力線に発生した過電圧／過電流を抑制することができ、情報通信機器１、２、３を過電圧／過電流から保護することができることになり、雷保護が可能となる。

このように、分電盤内でＬ１相、Ｌ２相、Ｎ相にサージ保護デバイスを設置し、Ｌ１相もしくはＬ２相に保安用接地機器を設置し、その過電圧保護回路に至る（ＦＧ端子）を接地することにより、家屋内全体の雷保護を実現することができる。

以上説明したように、各実施の形態に係る過電圧／過電流保護システムによれば、既存家屋におけるＦＴＴＨ環境において、実現が困難な家屋一括アレスタ型共通接地法と同様な雷保護システムが構築でき、家屋内の情報通信機器を保護することが可能となる。本実施の形態では、必要最小限の個別型バイパスアレスタ法を電力相のＬ１相およびＬ２相に設置することと、Ｌ１相もしくはＬ２相の一方に保安用接地機器を設置するのみの、簡単な構成であり、コストを抑えつつ過電圧保護を家屋全体で実現できることになる。また、家屋内に追加で必要となる配線も最小限とできるため、工事が簡単に行えるメリットもある。

１、２、３…情報通信機器
４…保安用接地機器
５…分電盤
ＳＰＤ１〜ＳＰＤ７…サージ保護デバイス
Ｃ１、Ｃ２…コンセント
ＦＧ…接地端子
ＧＬ、Ｎ…接地線
Ｌ１、Ｌ２…電圧線
Ｐ１、Ｐ２…保護端子
Ｐ３…接地端子
Ｔ１、Ｔ２…通信線

Claims (8)

1. 単相３線式電力線の一方の電圧線と接地線間および他方の電圧線と接地線間のそれぞれに情報通信機器が接続され、過電圧保護回路を有する保安用接地機器が一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に接続された環境における過電圧／過電流保護システムであって、
   １以上のサージ保護デバイスと、
   一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に発生した過電圧／過電流を前記サージ保護デバイスを介して前記保安用接地機器に導く手段を
   備えることを特徴とする過電圧／過電流保護システム。
2. 一方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器と他方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器とが２線の通信線で接続され、
   前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、
   前記１以上のサージ保護デバイスは、
   ２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第３のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第４のサージ保護デバイスとを含んでなり、
   前記第１、３のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続し、
   前記第２、４のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続した
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧／過電流保護システム。
3. 前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、
   前記１以上のサージ保護デバイスは、
   ２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスとを含んでなり、
   前記第１、２のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続した
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧／過電流保護システム。
4. 前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子と１つの接地端子を備える１つのサージ保護デバイスを含み、
   前記２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、他方の電圧線に接続し、
   前記接地端子を接地線に接続した
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧／過電流保護システム。
5. 単相３線式電力線の一方の電圧線〜接地線間および他方の電圧線〜接地線間のそれぞれに情報通信機器が接続され、過電圧保護回路を有する保安用接地機器が一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に接続された環境における過電圧／過電流保護システムが行う過電圧／過電流保護方法であって、
   前記過電圧／過電流保護システムは、
   １以上のサージ保護デバイスを備え、
   前記過電圧／過電流保護方法は、
   一方の電圧線〜接地線間または他方の電圧線〜接地線間に発生した過電圧／過電流を前記サージ保護デバイスを介して前記保安用接地機器に導くものである
   ことを特徴とする過電圧／過電流保護方法。
6. 一方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器と他方の電圧線〜接地線間に接続された情報通信機器とが２線の通信線で接続され、
   前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、
   前記１以上のサージ保護デバイスは、
   ２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第３のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ前記通信線の一方、他方に接続した第４のサージ保護デバイスとを含んでなり、
   前記第１、３のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続し、
   前記第２、４のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する
   ことを特徴とする請求項５記載の過電圧／過電流保護方法。
7. 前記１以上のサージ保護デバイスのそれぞれは、２つの保護端子と１つの接地端子を備え、
   前記１以上のサージ保護デバイスは、
   ２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、接地線に接続した第１のサージ保護デバイスと、
   ２つの保護端子をそれぞれ他方の電圧線、接地線に接続した第２のサージ保護デバイスとを含んでなり、
   前記第１、２のサージ保護デバイスの各接地端子を互いに接続する
   ことを特徴とする請求項５記載の過電圧／過電流保護方法。
8. 前記１以上のサージ保護デバイスは、２つの保護端子と１つの接地端子を備える１つのサージ保護デバイスを含み、
   前記２つの保護端子をそれぞれ一方の電圧線、他方の電圧線に接続し、
   前記接地端子を接地線に接続する
   ことを特徴とする請求項５記載の過電圧／過電流保護方法。

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