JP6247650B2

JP6247650B2 - 同軸ケーブルポートの雷サージ防護システム

Info

Publication number: JP6247650B2
Application number: JP2015024520A
Authority: JP
Inventors: 繁実菊地
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP2016149842A

Description

本発明は、同軸ケーブルに接続される接続ポートを持つ通信機器の雷サージ防護システムに関する。

従来から、ＡＣ商用電源から電源を供給し、通信機能を具備する電子機器（以下、通信機器）については、通信線とＡＣ商用電源線の両方から雷サージが侵入する可能性があることが知られている。しかし、日本国内では、欧米諸国とは異なり、ＡＣ商用電源線接地と通信機器接地をそれぞれ別個に設ける接地法（分離接地形態：ＴＴ接続）が採用されているため、ＡＣ商用電源線接地と機器接地を共通にする欧米諸国の接地法（共通接地形態：ＴＮ接続）とは異なった雷サージ防護方法が採用されてきた。

日本国内で採用されているＴＴ接続の場合、通信線から侵入する雷サージに対しては、保安器や雷サージ防護デバイス（ＳＰＤ:Surge Protective Device）を設置することによって対処することが多い。特に、保安器とＳＰＤを併用する場合、保護協調の観点から、使用する防護素子間の放電（動作）開始電圧に応じて、防護素子の選定に留意する必要がある。また、雷サージが侵入した際に、保安器の動作により通信線−接地端子間の通信機器への電圧が抑制されたとしても、通信機器へ印加される雷サージは、保安器の保護接地（ＰＥ）端子から通信機器の接地端子までの配線長によるインダクタンス分と雷過電流の立ち上がり電流速度（ｄｉ/ｄｔ）に依存した電圧が重畳されて発生する。この配線長により発生する電圧を抑制するためには、保安器から通信機器の接地端子までの配線をできる限り短くする必要がある（非特許文献１参照）。

一方、ＡＣ商用電源から侵入する雷サージに対する保護においては、ＡＣ商用電源の線間にＳＰＤを設置することにより、雷サージがＡＣ商用電源の線間をバイパスされ、通信機器の電源回路を保護する方法や、接地−ＡＣ商用電源線間にＳＰＤを挿入することで、通信機器の電源回路への雷サージを接地へバイパスする方法が採用されている。

図１は、通信機器の従来の雷サージ防護システムの構成例を示す。図１には、通信線１と電源線２との間に接続された電話機１１であって、電源ポート１２と、電話ポート１３とを有する電話機１１と、通信線１と電源線２との間で通信線１側に接続された通信用ＳＰＤ２１と、通信線１と電源線２との間で電源線２側に接続された電源用ＳＰＤ２２と、を備えた雷サージ防護システムが示されている。図１に示す例では、電源線２に雷サージが発生している。

雷サージを流出させるための接地が困難な機器の場合、通信用ＳＰＤ２１と電源用ＳＰＤ２２を併用することで、電源線２に雷サージが発生した場合であっても図１に示すような通信線−電源線相互間の雷サージ流出経路を構成することが可能である（非特許文献１参照）。ここで、図１に示すように電源線２に雷サージが発生した場合、雷サージ電流は電話機１１の電源ポート１２にも流入するが、雷サージ電流の大半は図１に示す点線の雷サージ流出経路を通るため、電話機１１における雷サージの影響が小さいことから、電話機１１の故障等を低減することが可能である。

「雷過電圧に対する通信機器の保護ガイドライン」、情報通信ネットワーク産業協会、第２版、２０１４年６月

近年の光アクセスサービスの普及により、屋外から引き込まれる多くの通信線は光ファイバなどの光ケーブルに置き換えられた。そのため、雷サージによる通信機器の故障メカニズムも変化してきている。

図２は、光アクセス方式通信機器（以下、光通信機器）における従来の雷サージ防護システムを例示する図である。図２には、同軸ケーブル接続ポート（以下、同軸ポート）１０２、アナログ電話接続ポート（以下、電話ポート）１０３、光ケーブル接続ポート（以下、光ケーブルポート）１０４及びＡＣ商用電源接続ポート（以下、電源ポート）１０５を有する光通信機器１０１と、通信用ＳＰＤ４０１と、電源用ＳＰＤ４０２と、を備えた従来の雷サージ防護システムが示されている。

図２に示されるように、光通信機器１０１において、同軸ポート１０２には同軸ケーブル１１１を用いてＡＶ機器３０１の同軸ポート３０２が接続され、電話ポート１０３には電話線２１１を用いて電話機２０１の電話ポート２０３が接続され、光ケーブルポート１０４には光ケーブル１２１が接続されている。電源線２₁乃至２₃はいずれも屋内等にそれぞれ敷設されるＡＣ電源ケーブルであり、それぞれＡＣ商用電源（不図示）に接続されている。光通信機器１０１の電源ポート１０５には電源コード１３１を用いて電源線２₁が接続され、電話機２０１の電源ポート２０２には電源コード２１２を用いて電源線２₂が接続され、ＡＶ機器３０１の電源ポート３０３には電源コード３１１を用いて電源線２₃が接続されている。光通信機器１０１と電話機２０１との間には通信用ＳＰＤ４０１が設けられ、電源線２₁には電源用ＳＰＤ４０２が接続されており、電源用ＳＰＤ４０２及び通信用ＳＰＤ４０１はＳＰＤ間連結線４０３を用いて連結されている。また、図２では、電話機２０１には、電源ポート２０２に接続されたＳＰＤ２０４と、電話ポート２０３に接続されたＳＰＤ２０５とが設けられているが、図１に示したように電話機２０１にＳＰＤ２０４及び２０５を設けなくてもよい。

図２において、ＡＶ機器３０１に伝送されるディジタル放送信号等は、光ケーブルポート１０４に接続された光ケーブル１２１を介して光通信機器１０１に配信された後、他の通信信号と分離され、同軸ケーブル１１１を介してＡＶ機器３０１に配信される。また、電話サービスの音声信号は、光ケーブル１２１によって伝送された信号から分離された後、光通信機器１０１及び電話線２１１を用いて電話機２０１に提供される。

次に、図２を用い、光通信機器における雷故障の例について説明する。落雷に伴い、例えば電源線２₂が電位上昇すると、雷サージ電流が電源線２₂から侵入し、電源線２₂に対して電位が低い電源線２₁及び電源線２₃に雷サージ電流が流出する。このとき、電源線２₂から電源線２₃への雷サージ電流が電話ポート１０３及び同軸ポート１０２を通過する（図２破線）。このとき、電話ポート１０３及び同軸ポート１０２において雷故障が発生する場合がある。ここで、ＡＶ機器３０１に関しては、それ自体に雷サージ対策がされているものも多いため、雷サージによって故障等が発生しない場合が多い。

このようにＡＣ商用電源に接続された電源線から侵入する雷サージ電流が光通信機器１０１を故障・破損させる場合、光通信機器１０１内部を通過し、同軸ケーブル１１１、電話線２１１及びＬＡＮ用のイーサネットケーブル等に達することが多い。同様に、同軸ケーブル１１１、電話線２１１及びイーサネットケーブル等に侵入する雷サージ電流も、これらのケーブルで接続された電話機２０１の電源線２₂から侵入し、電話線２１１および光通信機器１０１内部を介して、電源線２₃に達する経路を形成する。

ここで、雷サージ電流が通る可能性のある経路が複数のケーブルに及ぶ場合は、雷サージ対策として光通信機器１０１の各接続ポートにＳＰＤを設置する必要がある。しかし、全ての接続ポートにＳＰＤを設置すれば、接続ポート数に比例して対策コストが増加し、特に、複数の同軸ケーブルを用いる場合には、複数の同軸ケーブル用ＳＰＤを各同軸ケーブルに取り付けることとなり非常に高価となってしまうため、従来では、図２に示すように同軸ケーブル用ＳＰＤを取り付けないことが一般的であった。

しかしながら、このように同軸ケーブル用ＳＰＤを取り付けていない場合、図２の破線に示したように雷サージ電流が流れる場合があり、その場合には電話ポートおよび同軸ポートにおいて雷故障が発生する場合があった。このように、従来では、光通信機器において、同軸ケーブル用ＳＰＤを新たに設置することなく雷サージ電流による同軸ケーブルの故障・破損発生による影響を軽減することができなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、同軸ケーブル用ＳＰＤを新たに設置せずにコストを増加させることなく、同軸ポート及び電話ポートにおける雷故障の発生を軽減するための雷サージ防護システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の雷サージ防護システムは、電源線を介してＡＣ商用電源に接続された電源ポートと、電話線を介して電話機に接続された電話ポートと、同軸ケーブルを介してＡＶ機器に接続された同軸ポートと、を有する光通信機器と、前記電話線において前記電話ポートと前記電話機との間に設けられた雷サージ防護デバイスと、を備え、前記雷サージ防護デバイスと前記同軸ケーブルの外導体は、連結線によって連結されていることを特徴とする。

請求項２に記載の雷サージ防護システムは、請求項１に記載の雷サージ防護システムであって、前記光通信機器は、複数の同軸ポートに接続された複数の同軸ポートを有し、前記複数の同軸ケーブルの各々の外導体は、複数の前記連結線によって前記雷サージ防護デバイスに連結されていることを特徴とする。

請求項３に記載の雷サージ防護システムは、請求項１又２に記載の雷サージ防護システムであって、前記電源線と前記雷サージ防護デバイスとの間は第２の連結線によって連結されており、前記雷サージ防護システムは、前記第２の連結線において、前記電源線と前記雷サージ防護デバイスとの間に設けられた第２の雷サージ防護デバイスをさらに備えることを特徴とする。

本発明によると、同軸ケーブル用ＳＰＤを新たに設置せずにコストを増加させることなく、同軸ポート及び電話ポートにおける雷故障の発生を軽減することが可能となる。

通信機器の従来の雷サージ防護システムの構成例を示す図である。光通信機器における従来の雷サージ防護システムを例示する図である。本発明の実施例１に係る光通信機器における雷サージ防護システムを示す図である。本発明の実施例１に係る構成における過電圧印加検証の結果を示す図である。本発明の実施例２に係る光通信機器における雷サージ防護システムを示す図である。

（実施例１）
上記雷サージによる故障・破壊の発生を軽減するために、連結線を同軸ケーブル外導体に接続する対策手法を図３乃至図５を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係る光通信機器における雷サージ防護システムを示す。図３には、同軸ポート１０２、電話ポート１０３、光ケーブルポート１０４及び電源ポート１０５を有する光通信機器１０１と、通信用ＳＰＤ４０１と、電源用ＳＰＤ４０２と、光通信機器１０１の同軸ポート１０２に接続された同軸ケーブル１１１の外導体１１２と通信用ＳＰＤ４０１とを連結する外導体−ＳＰＤ間連結線５０１と、を備えた雷サージ防護システムが示されている。図３に示すように、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１は、通信用ＳＰＤ４０１においてＳＰＤ間連結線４０３が接続された端子に接続されている。各電源線２₁〜２₃には、それぞれ雷サージが発生する可能性があるものとする。以下、同一の構成要素には同一の参照番号が付されており、特に言及された場合を除きその機能は同一であるため、その説明は省略する。

図３に示すように、同軸ケーブルの外導体１１２と通信用ＳＰＤ４０１を外導体−ＳＰＤ間連結線５０１を用いて連結する。それにより、電話機２０１の電源線２₂から侵入する場合、雷サージ電流が、電話ポート２０３、通信用ＳＰＤ４０１、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１、同軸ケーブル１１１の外導体１１２及びＡＶ機器３０１を経由する経路６０１を通過して電源線２₃に流出する。外導体−ＳＰＤ間連結線５０１により雷サージ電流は光通信機器１０１の内部への流出を低減することがないため、光通信機器１０１のポート故障等を低減することが可能となる。

また、光通信機器１０１の電源線２₁から雷サージ電流が侵入する場合、雷サージ電流が、電源用ＳＰＤ４０２、ＳＰＤ間連結線４０３、通信用ＳＰＤ４０１、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１、同軸ケーブル１１１の外導体１１２及びＡＶ機器３０１を経由する経路６０２を通過して電源線２₃に流出する。この場合も、雷サージ電流は光通信機器１０１の内部を通過しない。ここで、光通信機器１０１の電源線２₁から侵入した雷サージ電流は、電源コード１３１を介して光通信機器１０１の電源ポート１０５にも流入するが、光通信機器１０１の電源ポート１０５は一般的に雷サージなどによる急激な電圧上昇に対する耐性がもともと強いため、電源ポート１０５に流入した雷サージ電流によっては電話ポート１０３及び同軸ポート１０２の故障・破損が発生しない程度の影響しか及ぼさない。また、電源線２₁から侵入した雷サージ電流の大半は外導体−ＳＰＤ間連結線５０１を介して同軸ケーブル１１１の外導体１１２に流入するため、電源線２₁から侵入した雷サージ電流の電話機２０１への影響は小さい。

さらに、ＡＶ機器３０１の電源線２₃から雷サージ電流が侵入する場合、ＡＶ機器３０１、同軸ケーブル１１１の外導体１１２、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１、通信用ＳＰＤ４０１、ＳＰＤ間連結線４０３及び電源用ＳＰＤ４０２を経由する経路６０３を通過して電源線２₁に流出する。この場合も、雷サージ電流は光通信機器１０１の内部を通過しない。また、上記と同様に、電源線２₃から侵入した雷サージ電流による電話機２０１への影響も小さい。

この対策手法により、図３に示す経路６０１、６０２、６０３で雷サージ電流が通過することとなり、光通信機器１０１の電話ポート１０３及び同軸ポート１０２への雷サージ電流の流入を防ぐことが可能となる。

図４は、本発明の実施例１に係る雷サージ防護システムにおいて、雷サージ発生器を用いて電源線２₂と電源線２₃間に過電圧を印加したときの同軸ケーブル１１１全体を通過する電流の測定結果を示す。図４では、実施例１に係る雷サージ防護システムにおいて、光通信機器から０．５ｍの位置を接続位置として外導体−ＳＰＤ間連結線５０１で連結したものを用いた。図４には、各印加サージ電圧（５ｋＶ、４ｋＶ、３ｋＶ）における同軸ケーブル１１１の外導体１１２及び中心導体１１３のそれぞれについての電流測定結果が示されている。図４に示すように、同軸ケーブル１１１全体を通過する電流を１００％とすると、外導体１１２に７６％〜９９％が分流されているため、雷サージによる光通信機器１０１への影響を低減できることがわかる。

ここで、ＳＰＤ間連結線４０３および外導体−ＳＰＤ間連結線５０１は、可能な限り短くし、かつ直線的に配線することが好ましい。また、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１における同軸ケーブル１１１の外導体１１２への接続位置は、光通信機器１０１から離れた位置であることが好ましい。

以上説明したように、実施例１に係る雷サージ防護システムにより、同軸ケーブル用ＳＰＤを新たに設置せずにコストを増加させることなく、同軸ポート及び電話ポートにおける雷故障の発生を軽減することが可能となる。

（実施例２）
図５を用いて本発明の実施例２に係る光通信機器における雷サージ防護システムを説明する。図５に示す実施例２に係る雷サージ防護システムでは、３つのＡＶ機器３０１₁乃至３０１₃に３つの同軸ケーブル１１１₁乃至１１１₃をそれぞれ接続し、３つの同軸ケーブル１１１₁乃至１１１₃とＳＰＤ４０１とを３つの外導体−ＳＰＤ間連結線５０１₁乃至５０１₃をそれぞれ用いて連結している点で実施例１に係る雷サージ防護システムと異なっている。

このように、通信機器１０１が複数の同軸ポート１０２₁乃至１０２₃を備える場合も、図５に示すように、通信用ＳＰＤ５０１と各同軸ケーブル１１１₁乃至１１１₃の外導体１１２₁乃至１１２₃を、外導体−ＳＰＤ間連結線５０１₁乃至５０１₃をそれぞれ用いて連結することで、容易に雷防護対策を行うことが可能である。

ここで、図５に示した実施例２に係る雷サージ防護システムでは、３つの同軸ケーブルと３つの外導体−ＳＰＤ間連結線５０１₁乃至５０１₃とをそれぞれ接続した例を示したが、これに限定されず、ｎ個（ｎは２以上の整数）の同軸ケーブルとＳＰＤ４０１とをｎ個の外導体−ＳＰＤ間連結線をそれぞれ用いて連結するように構成してもよい。

通信線１
電源線２
電話機１１、２０１
電源ポート１２、１０５、２０２、３０３
電話ポート１３、１０３、２０３
ＳＰＤ２１、２２、２０４、２０５、４０１、４０２
光通信機器１０１
同軸ポート１０２、３０２
電話ポート１０３
光ケーブルポート１０４
同軸ケーブル１１１
外導体１１２
光ケーブル１２１
電源コード１３１、２１２、３１１
電話線２１１
ＳＰＤ間連結線４０３
外導体−ＳＰＤ間連結線５０１

Claims

電源線を介してＡＣ商用電源に接続された電源ポートと、電話線を介して電話機に接続された電話ポートと、同軸ケーブルを介してＡＶ機器に接続された同軸ポートと、を有する光通信機器と、
前記電話線において前記電話ポートと前記電話機との間に設けられた雷サージ防護デバイスと、
を備え、前記雷サージ防護デバイスと前記同軸ケーブルの外導体は、連結線によって連結されていることを特徴とする雷サージ防護システム。
前記光通信機器は、複数の同軸ポートに接続された複数の同軸ポートを有し、
前記複数の同軸ケーブルの各々の外導体は、複数の前記連結線によって前記雷サージ防護デバイスに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の雷サージ防護システム。
前記電源線と前記雷サージ防護デバイスとの間は第２の連結線によって連結されており、前記雷サージ防護システムは、
前記第２の連結線において、前記電源線と前記雷サージ防護デバイスとの間に設けられた第２の雷サージ防護デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の雷サージ防護システム。