JP6032600B2

JP6032600B2 - 異相間カプラ

Info

Publication number: JP6032600B2
Application number: JP2012249368A
Authority: JP
Inventors: 國吉　賢治; 賢治國吉; 兵主　春彦; 春彦兵主; 古屋　智英; 智英古屋
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: JP2014099700A

Description

本発明は、商用電源の単相３線式線路を利用した電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）に用いられる異相間カプラに関する。

従来から、商用電源の単相３線式線路を利用した電力線搬送通信に用いられる異相間カプラが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、分電盤内に配置された３本の母線バーに接続可能な異相間カプラが開示されている。

特開２００９−２３１９４２号公報

ところで、電力線搬送通信の通信速度を向上させるためには十分なＳ／Ｎ比が必要である。このために、中継用の電力線搬送モデムを設置することが好ましい場合がある。

しかしながら、従来の分電盤には、電力線搬送モデムのような外部装置を接続させて電力線搬送通信の通信信号の入出力を行うための手段がなく、特許文献１に記載された従来の異相間カプラにも、当該手段がなかった。

本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、電力線搬送通信を行う外部装置の通信信号の入出力を効率よく行うことができる異相間カプラを提供することにある。

本発明の異相間カプラは、分電盤内に設置される異相間カプラであって、単相３線式の商用電源の異相間に接続されている機器同士が電力線搬送通信を行うように当該機器間を中継する通信中継部と、前記機器が接続されている電路と前記通信中継部とを電気的に接続するための接続部と、前記通信中継部に対して前記電力線搬送通信の通信信号の入出力を行う外部装置が接続される外部接続部とを備え、前記電力線搬送通信の通信周波数は前記商用電源の商用周波数よりも高く、前記接続部は、第１の電圧線に接続される第１の接点と、第２の電圧線に接続される第２の接点と、中性線に接続される第３の接点とを含み、前記通信中継部は、前記第１の接点と前記第３の接点との間に挿入された第１の巻線、前記第２の接点と前記第３の接点との間に挿入された第２の巻線、および、前記外部接続部に接続されている第３の巻線を含むトランスと、前記接続部と前記トランスとの間に挿入され、前記商用周波数に対して高インピーダンスとなり、前記通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第１のインピーダンス回路とを含み、前記外部接続部は、前記商用電源用のアウトレットであり、前記通信中継部は、前記接続部と前記外部接続部との間に挿入され、前記通信周波数に対して高インピーダンスとなり、前記商用周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第２のインピーダンス回路と、前記第３の巻線に直列に挿入され、前記商用周波数に対して高インピーダンスとなり、前記通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第３のインピーダンス回路とをさらに含むことを特徴とする。

この異相間カプラにおいて、前記接続部は、前記分電盤内で分岐ブレーカが接続される母線バーに接続されることが好ましい。

この異相間カプラにおいて、電力負荷が接続される負荷側接続部と、前記接続部と前記負荷側接続部との間に挿入されたブレーカ部とをさらに備えることが好ましい。

この異相間カプラにおいて、前記接続部と前記通信中継部との間にヒューズをさらに備えることが好ましい。

この異相間カプラにおいて、前記ヒューズに直列に接続されている表示器をさらに備えることが好ましい。

本発明では、電力線搬送通信を行う外部装置の通信信号の通信中継部への入出力を効率よく行うことができる。

実施形態１に係る異相間カプラの回路構成を示す概略図である。実施形態１に係る異相間カプラの設置後の分電盤の内部を示す概略図である。実施形態１に係る異相間カプラと分岐ブレーカとの位置関係を示す斜視図である。実施形態１に係る異相間カプラの設置後の分電盤の内部を示す正面図である。実施形態１に係る異相間カプラと分岐ブレーカとの位置関係を示す側面図である。実施形態２に係る異相間カプラの回路構成を示す概略図である。

以下の実施形態１，２に係る異相間カプラは、単相３線式の商用電源の異相間に接続されている機器同士が電力線搬送通信を行うように当該機器間を中継する通信中継部を備えている。さらに、この異相間カプラは、通信中継部に対して電力線搬送通信の通信信号の入出力を行う外部装置が接続される外部接続部を備えている。

以下、図面を参照しながら、実施形態１，２について説明する。

（実施形態１）
本実施形態の異相間カプラ１は、図示しない商用電源（柱上変圧器）からの単相３線式の２本の電圧線（Ｌ１相、Ｌ２相）および１本の中性線（Ｎ相）を利用して所定の通信周波数により各相間で通信を行う電力線搬送通信システムに用いられる。図２に示すように、異相間カプラ１は、分電盤２内において分岐ブレーカ４の設置スペースに設置されている。

まず、異相間カプラ１が取り付けられる分電盤２について図３，４を用いて説明する。分電盤２は、例えば合成樹脂成形品などであり、図４に示す矩形枠状の箱本体２１と、箱本体２１の前面側に結合される蓋体（図示せず）とで構成される。図４に示すように、分電盤２には、１台の主幹ブレーカ３と複数台の分岐ブレーカ４，４，……とが内器として箱本体２１の中に配置されている。複数台の分岐ブレーカ４，４，……は上下２段に配置されている。

箱本体２１には、第１の架台２２と、第２の架台２３とが架設されている。第１の架台２２には、主幹ブレーカ３が取り付けられている。第２の架台２３には、複数台の分岐ブレーカ４，４，……が取り付けられている。第１の架台２２と第２の架台２３とは互いに連結され一体化されている。第１の架台２２および第２の架台２３は、連結した状態で全体として矩形状をなし、左右両側縁の上下両端部にそれぞれ支持片２２１，２３１が突出して設けられている。各支持片２２１，２３１の取付孔２２２，２３２に取付ねじ２２３，２３３を挿入し、取付ねじ２２３，２３３を締め付けることによって、箱本体２１に第１の架台２２および第２の架台２３を容易に取り付けることができる。主幹ブレーカ３は、固定ねじ２２４を用いて第１の架台２２に取り付けられている。

分岐ブレーカ４が取り付けられた第２の架台２３は、図３に示す形状に板金（鉄板）により形成されており、右端縁の上端部および下端部に支持片２３１が設けられ、左端縁の上端部および下端部に連結片２３４が設けられている。

第２の架台２３の連結片２３４の前面側に第１の架台２２の連結片２２５（図４参照）を重ね合わせ、連結突起２３５を連結孔２２６（図４参照）に挿入し、さらに、連結ねじ２２７（図４参照）を止めねじ孔２３６に螺合させることによって、第１の架台２２と第２の架台２３とが結合される。

図３に示すバー支持部材２５は、２本の電圧極の母線バー２６，２７と中性極の母線バー２８との３本の母線バー２６〜２８を同時に保持する。

母線バー２６〜２８は、分岐ブレーカ４を接続するために設けられており、上下２段に８個ずつの分岐ブレーカ４が配列されている。母線バー２６〜２８は、図４に示すように、主幹ブレーカ３の負荷側端子３１〜３３と電気的に接続される。母線バー２６と負荷側端子３１とは端子ねじ２６１を用いて外れないように接続される。母線バー２７と負荷側端子３２とは端子ねじ２７１を用いて外れないように接続される。母線バー２８と負荷側端子３３とは端子ねじ２８１を用いて外れないように接続される。

主幹ブレーカ３は、図４に示すように、低圧配電線の電圧極に接続される２つの電源側端子３４，３５と、低圧配電線の中性極に接続される電源側端子３６とを備えている。また、主幹ブレーカ３は、電源側端子３４，３５に各別に対応して電圧極となる２つの負荷側端子３１，３２と、電源側端子３６に対応して中性極となる負荷側端子３３とを備えている。さらに、主幹ブレーカ３は、電源側端子３４〜３６とそれぞれ対応する負荷側端子３１〜３３との間の通電をオンオフする開閉機構（図示せず）を内部に備えており、当該開閉機構のオンオフ操作用のハンドル３７が前面に露出して設けられている。また、主幹ブレーカ３は、電源側端子３４〜３６とそれぞれ対応する負荷側端子３１〜３３との間に過電流（過負荷電流や短絡電流）が流れたり、漏電電流が生じたりした際（つまり異常電流が発生した際）に、電源側端子３４〜３６とそれぞれ対応する負荷側端子３１〜３３との間を遮断し、かつ、ハンドル３７をオフ側に位置させる回路遮断機能を有している。

３つの電源側端子３４〜３６は、導電材料からなり、主幹ブレーカ３の上側において水平方向に並んで設けられている。電源側端子３４、電源側端子３６、電源側端子３５の順に並んでいる。各電源側端子３４〜３６には、端子ねじ３４１，３５１，３６１によって電力線５１（電圧線５１１，５１２、中性線５１３）（図２参照）が接続される。

分岐ブレーカ４は、母線バー２６〜２８に対する電源側接続部（図示せず）のプラグイン接続によって、母線バー２６〜２８に電気的に接続されている。分岐ブレーカ４の３つの電源側接続部のうち１つの電源側接続部には中性極の母線バー２８が挿入され、残りの電源側接続部には電圧極の母線バー２６，２７の挿入端子片（図示せず）が挿入される。ただし、各分岐ブレーカ４はそれぞれ各母線バー２６〜２８のうちの２本にのみ電気的に接続され、他の１本はダミーとして扱われる。

また、分岐ブレーカ４の内部には、電源側接続部と負荷側接続部（図示せず）との間の通電をオンオフする開閉機構（図示せず）が収納されている。さらに、分岐ブレーカ４は、電源側接続部と負荷側接続部との間に過電流が流れた際に、電源側接続部と負荷側接続部との間を遮断する回路遮断機能を有している。各分岐ブレーカ４の寸法は、いわゆる分電盤協約寸法（分電盤の内器の規格としてＪＩＳ規格に定められた寸法）に設定されている。

分電盤２には、主幹ブレーカ３が遮断された状態でも例えば火災報知器などの電源を確保することができるように、主幹ブレーカ３の電源側（一次側）から主幹ブレーカ３を通さずに電源を得る電源系が設けられている。この電源系には、箱本体２１に収納される内器としての一次送り開閉器（一次送りブレーカ）５が挿入されている。

続いて、本実施形態の異相間カプラ１について説明する。本実施形態の異相間カプラ１は、図３，５に示すように、筐体１１を備えている。また、異相間カプラ１は、図１に示すように、接続部１２と、通信中継部１３と、ヒューズ１６１，１６２と、表示器１７１，１７２と、外部接続部（コネクタ）６とを備えている。

図５に示す筐体１１は、いわゆる分電盤協約寸法（分電盤の内器の規格としてＪＩＳ規格に定められた寸法）の１個分または２個分に設定されている。すなわち、異相間カプラ１は、分電盤協約寸法の１個分または２個分に設定されている。

図１に示す接続部１２は、電力線搬送通信を行う機器（図示せず）が接続されている電路と通信中継部１３とを電気的に接続するために設けられている。接続部１２は、第１の接点１２１と、第２の接点１２２と、第３の接点１２３とを備えている。複数の接点１２１〜１２３は、主幹ブレーカ３の複数の負荷側端子３１〜３３に１対１に対応して電気的に接続される。図５に示すように、第１の接点１２１は、Ｌ１相の電圧線（第１の電圧線）に接続される接点であり、母線バー２６に接続される。第２の接点１２２は、Ｌ２相の電圧線（第２の電圧線）に接続される接点であり、母線バー２７に接続される。第３の接点１２３は、中性線（Ｎ相）に接続される接点であり、母線バー２８に接続される。

図１に示す通信中継部１３は、単相３線式の商用電源の異相間に接続されている機器（図示せず）同士が電力線搬送通信を行うように当該機器間を中継するように構成されている。通信中継部１３は、筐体１１（図５参照）内に収納されている。本実施形態の通信中継部１３は、トランス１４と、第１のインピーダンス回路１５とを備えている。

トランス１４は、第１の巻線１４１と第２の巻線１４２と第３の巻線１４６とを備える３巻線トランスである。第１の巻線１４１は、第１の接点１２１と第３の接点１２３との間に挿入されている。第２の巻線１４２は、第２の接点１２２と第３の接点１２３との間に挿入されている。第３の巻線１４６は、外部接続部６に接続されている。第１の巻線１４１と第２の巻線１４２とは同極性となるように設定されている。また、第１の巻線１４１と第２の巻線１４２との巻数比は例えば１：１である。なお、第１の巻線１４１と第２の巻線１４２との巻線比は１：１には限定されない。

第１のインピーダンス回路１５は、接続部１２とトランス１４との間に挿入されている。第１のインピーダンス回路１５は、商用電源（図示せず）の商用周波数に対して高インピーダンスとなり、電力線搬送通信の通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有している。電力線搬送通信の通信周波数は商用電源の商用周波数よりも高い。本実施形態の第１のインピーダンス回路１５は、第１の接点１２１と第３の接点１２３との間に、コンデンサ１５１を備えている。コンデンサ１５１は、第１の接点１２１とトランス１４の第１の端子１４３との間に挿入されている。また、第１のインピーダンス回路１５は、第２の接点１２２と第３の接点１２３との間に、コンデンサ１５２を備えている。コンデンサ１５２は、第２の接点１２２とトランス１４の第２の端子１４４との間に挿入されている。コンデンサ１５１，１５２はハイパスフィルタとしての機能を有している。

外部接続部６は、第１の端子部６１と、第２の端子部６２とを備えており、外部装置（図示せず）が接続されるように設けられている。外部接続部６は、トランス１４の第３の巻線１４６に電気的に接続されている。外部接続部６に接続される外部装置は、通信中継部１３に対して電力線搬送通信の通信信号の入出力を行う装置である。

ヒューズ１６１は、第１の接点１２１と通信中継部１３との間に設けられている。ヒューズ１６２は、第２の接点１２２と通信中継部１３との間に設けられている。

表示器１７１，１７２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などである。表示器１７１には、表示器１７１の電流制限用の抵抗１７３が直列に接続されている。表示器１７２には、表示器１７２の電流制限用の抵抗１７４が直列に接続されている。表示器１７１および抵抗１７３は、第１の接点１２１と第３の接点１２３との間に、ヒューズ１６１に直列に接続されている。表示器１７２および抵抗１７４は、第２の接点１２２と第３の接点１２３との間に、ヒューズ１６２に直列に接続されている。

次に、本実施形態に係る異相間カプラ１を電力線搬送通信システムに用いた場合の動作について説明する。第１の通信機器（図示せず）がＬ１相の電圧線−中性線間に接続され、第２の通信機器（図示せず）がＬ２相の電圧線−中性線間に接続されているとする。

第１の通信機器がＬ１相の電圧線−中性線間に通信信号を出力したとすると、当該通信信号がトランス１４の第１の巻線１４１に入力し、電磁誘導によって同一コアに巻かれた第２の巻線１４２に起電力が発生して電流が流れる。第１の巻線１４１と第２の巻線１４２との巻数比が１：１である場合、第１の巻線１４１に入力した通信信号と同一振幅の電流が第２の巻線１４２に流れる。これにより、第２の通信機器は、第１の通信機器からの通信信号を正常に受信することができる。

以上説明した本実施形態の異相間カプラ１は、通信中継部１３に対して電力線搬送通信の通信信号の入出力を行う外部装置（図示せず）が接続される外部接続部６を備える。これにより、本実施形態の異相間カプラ１では、外部装置の通信信号の通信中継部１３への入出力を効率よく行うことができる。

また、本実施形態の異相間カプラ１では、Ｌ１相の電圧線（第１の電圧線）−中性線間の通信信号をＬ２相の電圧線（第２の電圧線）−中性線間に伝送すると同時に、Ｌ１相の電圧線−Ｌ２相の電圧線間へも伝送することができる。

さらに、本実施形態の異相間カプラ１では、接続部１２が母線バー２６〜２８に接続される。これにより、本実施形態の異相間カプラ１では、既存の分電盤２において分岐ブレーカ４の設置スペースに簡単に取り付けることができる。

また、本実施形態の異相間カプラ１は、第１の接点１２１と通信中継部１３との間にヒューズ１６１を備え、第２の接点１２２と通信中継部１３との間にヒューズ１６２を備える。これにより、異相間カプラ１がショートモードで故障した場合であっても、異相間カプラ１に過電流が流れにくくすることができるので、主幹ブレーカ３が遮断するのを低減させることができる。

さらに、本実施形態の異相間カプラ１では、表示器１７１，１７２がヒューズ１６１，１６２に直列に接続されている。これにより、本実施形態の異相間カプラ１では、ユーザがヒューズ１６１，１６２の切断の有無を表示器１７１，１７２で確認することができるので、異相間カプラ１の故障によって通信性能が劣化した場合に、問題箇所を容易に特定することができる。

本実施形態の異相間カプラ１は、主幹ブレーカ３の負荷側（二次側）に設置されているので、主幹ブレーカ３が遮断した場合であっても、分散電源（図示せず）があれば、電力線搬送通信を継続して行うことができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る異相間カプラ１は、外部接続部６が商用電源用のアウトレットである点で、実施形態１に係る異相間カプラ１と相違する。なお、実施形態１の異相間カプラ１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の外部接続部６は、商用電源用のアウトレットである。すなわち、本実施形態の外部接続部６は、商用電源用に規格化された形状のアウトレットである。なお、実施形態１の外部接続部６と同様の機能については説明を省略する。

本実施形態の通信中継部１３は、図６に示すように、第２のインピーダンス回路１８と、第３のインピーダンス回路１９とを備えている。

第２のインピーダンス回路１８は、接続部１２と外部接続部６との間に挿入されている。第２のインピーダンス回路１８は、電力線搬送通信の通信周波数に対して高インピーダンスとなり、商用電源（図示せず）の商用周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有している。第２のインピーダンス回路１８は、インダクタンス１８１を備えている。インダクタンス１８１は、一端が第３の接点１２３とトランス１４の第３の端子１４５との間に接続され、他端が第３のインピーダンス回路１９と外部接続部６の第２の端子部６２との間に接続されている。また、コンデンサ１５２とヒューズ１６２との間とトランス１４の第５の端子１４８と外部接続部６の第１の端子部６１との間が短絡されている。このような第２のインピーダンス回路１８を経由して、単相３線式の配線から、外部接続部６に接続される外部装置に、電圧１００Ｖの商用電力を供給することができる。一方、第２のインピーダンス回路１８は通信信号を遮断する。

なお、図示しないが、インダクタンス１８１の一端は、第３の接点１２３とトランス１４の第３の端子１４５との間ではなく、第１の接点１２１とトランス１４の第１の端子１４３との間に接続されてもよい。この場合、単相３線式の配線から、外部接続部６に接続される外部装置に、電圧２００Ｖの商用電力を供給することができる。

第３のインピーダンス回路１９は、トランス１４の第３の巻線１４６に直列に挿入されている。第３のインピーダンス回路１９は、商用電源（図示せず）の商用周波数に対して高インピーダンスとなり、電力線搬送通信の通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有している。第３のインピーダンス回路１９は、コンデンサ１９１を備えている。このような第３のインピーダンス回路１９によって、第２のインピーダンス回路１８からの商用電力が第３のインピーダンス回路１９を流れずに外部装置へ供給されるようにすることができる。一方、第３のインピーダンス回路１９は通信信号を通すので、通信信号はトランス１４の第３の巻線１４６側に伝達される。

以上説明した本実施形態の異相間カプラ１では、第２のインピーダンス回路１８を経由して接続部１２（電路）から外部装置（図示せず）に商用電力を供給することができる。また、本実施形態の異相間カプラ１では、第３のインピーダンス回路１９を経由して外部装置と通信中継部１３との間で通信信号の入出力を行うことができる。これにより、例えば外部装置が電力線搬送モデムである場合、この電力線搬送モデムを外部接続部６に接続するだけで、異相間カプラ１を経由して電力線搬送モデムに商用電力を供給することができ、電力線搬送モデムによる通信信号の入出力を行うことができる。その結果、異相間カプラ１の分電盤２への設置後に、電力線搬送モデムの設置が必要になった場合、電気工事を行う必要がなく、外部接続部６に電力線搬送モデムを接続するだけで、電力線搬送モデムを動作させることができる。

なお、各実施形態の変形例として、異相間カプラ１は、図示しないが、負荷側接続部と、ブレーカ部とを備えていてもよい。負荷側接続部は、電力負荷が接続される端子部である。ブレーカ部は、筐体１１内において、接続部１２と負荷側接続部との間に挿入されている。

本変形例の異相間カプラ１は、接続部１２と負荷側接続部との間に挿入されたブレーカ部を備える。これにより、本変形例の異相間カプラ１では、分電盤２内の限られたスペースを有効活用することができる。すなわち、分岐ブレーカ４としての動作を同時に行うことができる。

１異相間カプラ
１２接続部
１２１第１の接点
１２２第２の接点
１２３第３の接点
１３通信中継部
１４トランス
１４１第１の巻線
１４２第２の巻線
１４６第３の巻線
１５第１のインピーダンス回路
１６１，１６２ヒューズ
１７１，１７２表示器
１８第２のインピーダンス回路
１９第３のインピーダンス回路
６外部接続部

Claims

分電盤内に設置される異相間カプラであって、
単相３線式の商用電源の異相間に接続されている機器同士が電力線搬送通信を行うように当該機器間を中継する通信中継部と、
前記機器が接続されている電路と前記通信中継部とを電気的に接続するための接続部と、
前記通信中継部に対して前記電力線搬送通信の通信信号の入出力を行う外部装置が接続される外部接続部と
を備え、
前記電力線搬送通信の通信周波数は前記商用電源の商用周波数よりも高く、
前記接続部は、
第１の電圧線に接続される第１の接点と、
第２の電圧線に接続される第２の接点と、
中性線に接続される第３の接点とを含み、
前記通信中継部は、
前記第１の接点と前記第３の接点との間に挿入された第１の巻線、前記第２の接点と前記第３の接点との間に挿入された第２の巻線、および、前記外部接続部に接続されている第３の巻線を含むトランスと、
前記接続部と前記トランスとの間に挿入され、前記商用周波数に対して高インピーダンスとなり、前記通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第１のインピーダンス回路とを含み、
前記外部接続部は、前記商用電源用のアウトレットであり、
前記通信中継部は、
前記接続部と前記外部接続部との間に挿入され、前記通信周波数に対して高インピーダンスとなり、前記商用周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第２のインピーダンス回路と、
前記第３の巻線に直列に挿入され、前記商用周波数に対して高インピーダンスとなり、前記通信周波数に対して低インピーダンスとなる特性を有する第３のインピーダンス回路とをさらに含む
ことを特徴とする異相間カプラ。
前記接続部は、前記分電盤内で分岐ブレーカが接続される母線バーに接続されることを特徴とする請求項１記載の異相間カプラ。
電力負荷が接続される負荷側接続部と、
前記接続部と前記負荷側接続部との間に挿入されたブレーカ部と
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の異相間カプラ。
前記接続部と前記通信中継部との間にヒューズをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異相間カプラ。
前記ヒューズに直列に接続されている表示器をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の異相間カプラ。