JPH0145814B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電源線を介して商用電源を供給され
る通信装置を中に収容した筐体において、通信線
または電源線から侵入する、例えば雷サージによ
る縦サージから通信装置を防護するための縦サー
ジ防護用筐体接地回路に関するものである。

第１図は、商用電源から給電されるデイジタル
電和端末に対し、従来技術による雷サージ防護対
策を施した構成例を示す回路図である。同図にお
いて、１は加入者保安器、２はヒユーズ、３は避
雷器、４，５および４′，５′はそれぞれ通信線、
６は回線終端装置、７は回線終端装置６の筐体、
８は電話機回路、９は電源トランス、１０は電話
機筐体、１１，１２はそれぞれ商用電源線、１３
は商用電源線を供給する柱上トランス、１４，１
５，１６はそれぞれ接地線、１７，１８，１９は
それぞれ接地抵抗である。

次に動作を説明する。今、通信線４，５からサ
ージが侵入したとすると、加入者保安器１の避雷
器３が放電し、サージ電流を接地線１４、接地抵
抗１７を介して大地に放流する。しかし、この接
地抵抗１７が存在するため、この抵抗による電圧
降下によつて低抗１７の近傍の大地の電位は上昇
する。すなわち避雷器３の放電にもかかわらず、
通信線４，５の電位は十分には下らないことがあ
る。一方、電源線１１，１２は通常、柱上トラン
ス１３において片線が接地線１６、接地抵抗１９
を介して接地されており、この抵抗１９の抵抗値
は通信線４，５の側の接地抵抗１７と比べると低
い場合が多い。また、電話機回路８の筐体１０も
接続点１５、接地抵抗１８を介して接続されてい
る場合がある。

このような場合、抵抗１７の近傍の大地電位が
高く、抵抗１８や１９の近傍の大地電位は低いた
め、通信線４，５と電話機筐体１０の間に高電圧
が生じることとなり、回線終端装置６に充分な耐
圧性がない場合、絶縁破壊が生じ、サージ電流
が、通信線５→回線終端装置６→通信線５′→電
話機筐体１０→接地線１５→接地抵抗１８→大
地、と流れ回線終端装置６は破壊する。或いは、
更に電話機回路８、電源トランス９の１次、２次
間をスパークして電源線１２、接地線１６、接地
抵抗１９を介してサージ電流が大地に流れ電話機
回路８や電源トランス９を破壊する。

第２図は、電話機回路８と電源線１１，１２と
の間の耐圧性を向上させるために、両者間に絶縁
性能の高い耐雷トランス２１を接続した回路構成
を示している。

この場合、耐雷トランス２１を要する分だけ、
装置全体が大型になり、コスト的にも高価とな
り、また耐雷トランス２１における消費電力が余
分に必要になるなどの欠点がある。またこの方法
では、第１図において通信線４，５→回線終端装
置６→通信線４′，５′→電話機筐体１０→接地線
１５→接地抵抗１８→大地、に至る回路の高耐圧
化は望めないので、回線終端装置６の破壊防止に
は役立たない。

本発明は、上述のような従来の技術的事情にか
んがみなされたものであり、従つて本発明の目的
は、電源線を介して商用電源を供給される通信装
置を中に収容した筐体において、通信線または電
源線から侵入する縦サージに対し、大型化、高価
格化、消費電力増加等を招くことなしに、通信装
置を有効に防護しうる縦サージ防護用筐体接地回
路を提供することにある。

本発明の構成の要点は、少なくも一対の電源線
を介して商用電源を供給され、少なくも一対の通
信線を介して通信を行なうようにした通信装置を
中に収容された筐体において、対をなす２本の前
記電源線の間に、少なくとも２個の電圧制限回路
を直列に接続し、同じく対をなす２本の前記通信
線の間に、少なくとも２個の電圧制限回路を直列
に接続し、電源線の間に直列に接続された前記２
個の電圧制限回路の中間点と通信線の間に直列に
接続された前記２個の電圧制限回路の中間点との
間を接続し、その接続点と前記筐体との間を少な
くも１個の電圧制限回路を介して接続して成り、
該筐体をアースすることにより、通信線または電
源線を介して侵入する縦サージに対して前記通信
装置を防護するようにした点にある。

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。同図において、２５〜２８，３０，３２，３
３，３５，３６〜３９はそれぞれ双方向電圧制限
素子、２９，３４はそれぞれ抵抗、３１，４０は
それぞれ接続点、９′は整流器、電圧変換回路等
を含む電源回路（第１図、第２図においては、
９′は回路８の中に含めてある）である。また、
電圧制限素子３２，３３の中点および３６，３７
の中点をそれぞれドレインＤと呼ぶこととする。

本実施例は、通信線４，５に高電圧が現われ避
雷器３の動作にもかかわらず、接地抵抗１７の近
傍の大地電位上昇のため、通信線４，５の電圧が
下らない場合、動作して回線終端装置６および電
話機回路８を防護するものである。

筐体７内に設けた電圧制限素子２５〜２８は、
それぞれ酸化亜鉛バリスタ、双方向定電圧ダイオ
ード、放電形避雷器などの素子である。先ず回線
終端装置６の防護についてであるが、通信線４，
５と４′，５′との間は電圧制限素子２５，２６と
２７，２８との四つの素子のうちの何れか二つの
素子の制限電圧の和の電圧でクランプされるた
め、回線終端装置６は縦サージ耐圧をこのクラン
プ電圧以上に設計することにより防護される。

例えば通信線４と５′の間は、電圧制限素子２
５と２８により、通信線５と４′の間は電圧制限
素子２６と２７により、また通信線４，５の間
は、電圧制限素子２５と２６により、そして通信
線４′と５′の間は電圧制限素子２７と２８によ
り、それぞれクランプされていることが認められ
るであろう。

抵抗２９、電圧制限素子３０は本発明には直接
関係のない素子であるが、通信線４，５間のサー
ジ（線間のサージ）を吸収するための回路を構成
している。電圧制限素子３０は電圧制限素子２
５，２６の各動作電圧の和の電圧より低い電圧で
動作するようにしてある。通信線４，５間に横サ
ージが現われると、電圧制限素子３０が動作し、
線間電圧をクランプする。サージ電流によつて抵
抗２９に電圧降下が生ずると、この電圧降下と電
圧制限素子３０のクランプ電圧との和の電圧が電
圧制限素子２５と２６の直列回路に加わるため、
この直列回路が動作し電圧をクランプする。

次に、通信線４′，５′と電話機筐体１０の間、
通信線４′，５′と電源線１１と１２との間にそれ
ぞれ生ずる高電圧に対する電話機回路８、電源回
路９′、電源トランス９等の防護について述べる。
電圧制限素子３２，３３，３６〜３９はそれぞれ
酸化亜鉛バリスタ、双方向定電圧ダイオード、放
電形避雷器などから成る素子である。通信線４′，
５′と電源線１１，１２との間は電圧制限素子３
２，３３と３６，３７のうちの２個の組合せから
成る直列回路のクランプ電圧で制限される。

具体的に述べると、通信線４′と電源線１１の
間は、電圧制限素子３２と３６、通信線４′と電
源線１２の間は、電圧制限素子３２と３７、通信
線５′と電源線１１の間は電圧制限素子３３と３
６、通信線５′と電源線１２の間は電圧制限素子
３３と３７のそれぞれ２個の電圧制限素子からな
る直列回路のクランプ電圧によりクランプされ
る。

そこで電源トランス９の１次、２次間分離電圧
をこのクランプ電圧より高く設定すれば電話機回
路８、電源回路９′などの各装置は、この間のサ
ージに対して防護される。また、筐体１０と通信
線４′，５′及び、電源線１１，１２との間は、電
圧制限素子３２，３３と３９、又は電圧制限素子
３６，３７と３９のうちの二つの素子による直列
回路で電圧を制限される。

具体的に述べると、通信線４′と筐体１０（詳
しくは筐体１０に一端を接続された接地線１５）
との間は、電圧制限素子３２と３９、通信線５′
と筐体１０との間は、電圧制限素子３３と３９、
電源線１１と筐体１０との間は電圧制限素子３６
と３９、電源線１２と筐体１０との間は電圧制限
素子３７と３９、のそれぞれ２個の電圧制限素子
からなる直列回路のクランプ電圧によりクランプ
される。

本実施例の特徴は、通信線４′，５′、電源線１
１，１２、筐体（接地線１５）のうちの任意の二
つの組合せの間を電圧制限素子２個から成る直列
回路のクランプ電圧で制限する点である。

このような構成にすることにより、これらの間
の制御電圧をいずれも同程度にすることが可能に
なる。このように、通信線、電源線、筐体のうち
の任意の二つの間の制限電圧をいずれも同程度に
することの必要性は以下に説明する通りである。

JIS−Ｃ−702等の規定によると筐体と筐体内回
路部との間の絶縁耐圧は1KV以上とされている。
通信端末においてもこの規定を守る場合、通信線
４′，５′と電源線１１，１２と筐体１０（詳しく
は接地線１５）の三つのうち任意の二つの間は
1KV以上の耐圧が必要である。

本発明の一実施例である第３図の回路によらな
いで、第４図に示す如き従来の回路によつて、上
述の規定を満たそうとする場合、通信線４′また
は５′と筐体１０（接地線１５）との間の絶縁耐
圧は1KV以上ということであるので、電圧制限
素子３２または３３の動作電圧は直流で約1500V
程度以上にする必要がある。また電源線１１また
は１２と筐体１０との間についても同様であるの
で、電圧制限素子３６または３７の動作電圧も直
流で約1500V程度以上にする必要がある。その結
果、通信線４′と電源線１１または１２の間、通
信線５′と電源線１１または１２の間、における
二つの電圧制限素子から成る防護回路の動作電圧
は3KV以上となる。

さらに、各電圧制限素子には動作抵抗があるた
めサージ電流が流れると最大制限電圧は1.5〜２
倍に上昇する。すなわち防護回路としての制限電
圧は、4.5〜6KVにまで上昇する。従つて、第４
図に示した従来の防護回路の構成では電源トラン
ス９、電源回路９′の必要以上の高耐圧化が不可
欠となる。電源回路を高耐圧化するためには、構
成部品を高耐圧にする、配線間隔を広げるなどの
工夫を要するが、これらは、装置の小形化、経済
化、低消費電力化には相反するものであり、好ま
しくない。

一方、この点に関し、第３図に示す本発明の一
実施例では、通信線、電源線、筐体の三つのうち
の任意の二つの間がそれぞれ２つの電圧制限素子
の直列回路で防護されるようになつているため、
例えばこれらの各電圧制限素子の動作電圧を
700Vをわずかに越える程度の電圧に設定すれば、
通信線、電源線、筐体のうちの任意の二つの間の
動作電圧は1400Vをわずかに越える程度の電圧に
なる。動作抵抗による電圧上昇を考慮しても、各
間の動作電圧は3000V程度以下となり、各間はか
かる電圧でクランプされるため、電源トランス
９、電源回路９′に対する高耐圧化への要求は第
４図に示す従来回路を用いた場合の約半分に低減
される。この程度の耐圧は従来は従来の部品、配
線法を用いても容易に得られるものである。

第３図と第４図の回路構成上の相違点は、電圧
制限素子３９の有無であるが、上述の説明からこ
の素子３９の有用性が認められるであろう。

なお、通信線、電源線、筐体にそれぞれ接続す
る電圧制限素子は必ずしも同じ動作電圧のもので
ある必要はなく、例えば、通信線に接続するもの
では500V、電源線に接続するものでは900V、筐
体に接続するものでは900Vとしてもよい。この
場合、通信線と電源線間、通信線と筐体間ではそ
れぞれ約1400Vで動作、電源線と筐体間で約
1800Vで動作することとなる。

第２図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。同図に示す回路構成が、第３図に示したそれ
と相違する点は、第３図においては電話機回路８
の筐体１０とは別個の筐体７に収納されていた回
線終端装置６を、第５図では、電話機回路８と共
に同じ筐体１０の中に納めた点にある。

デイジタル電話機などでは、電話機本体と回線
終端装置を分離して設ける機種と一体化して設け
る機種とがあるので、第５図の実施例では、後者
を想定した実施例であり、それ以外に格別の意味
はない。

第６図は本発明の更に他の実施例を示す回路図
である。同図に示す実施例は、通信線を２対
（４，５と４８，４９）用いる通信装置４５を筐
体１０に納めて防護する場合の実施例を示してい
る。

通信線４８と４９の間は、通信線４，５の場合
と同じく、電圧制限素子４６と４７が直列に接続
され、その中間点は電圧制限素子３９を介して筐
体１０、接地線１５に接続されている。動作につ
いては、改めて説明するまでもないであろう。

第７図は本発明の更に別の実施例を示す回路図
である。同図に示す実施例は、第６図の実施例と
同じく、２対の通信線を使用しており、各通信線
に入つてくるサージを一個所に集めて処理するた
め、通信線間のサージを効率良く吸収できるよう
になつている点に特徴がある。

第７図において、５０，５１はそれぞれダイオ
ードブリツジ、５２〜５４はそれぞれ電圧制限素
子又は電圧制限回路である。

通信線と電源線間のサージを吸収する場合につ
いて説明する。通信線４′が正の場合には、ダイ
オードブリツジ５０における左上のダイオード
と、電圧制限素子５３を介し、更に電圧制限素子
３６を介して電源線１１に至るか、或いは電圧制
限素子３７を介して電源線１２に至る経路（→
′）における二つの電圧制限素子の直列回路に
よりクランプされる。他の通信線についても同様
である。

通信線と筐体間のサージを吸収する場合は次の
とおりである。すなわち、通信線４′が正の場合
には、ダイオードブリツジ５０における左上のダ
イオードと、電圧制限素子５３，３９を介して筐
体１０（接地線１５）に至る経路（→）にお
ける二つの電圧制限素子の直列回路によりクラン
プされる。他の通信線についても同様である。

筐体１０（接地線１５）と電源線１１または１
２との間のサージ吸収については、電圧制限素子
３９と３６または３７の二つの電圧制限素子の直
列回路によるクランプで行なわれる。

本実施例では、上述のような、二つの電圧制限
素子から成る直列回路が動作した時点で、通信線
の電位は全て等しくなるため、通信線間のサージ
は発生しにくい。また二つの電圧制限素子から成
る直列回路が動作する前に通信線間に横サージが
現われた場合には、電圧制限回路５２で吸収する
ことができる。

すなわち、例えば通信線４′と４８′との間の横
サージはからの破線経路で示すように、ダイ
オードブリツジ５０の左上のダイオード、電圧制
限回路５２、ダイオードブリツジ５１の右上のダ
イオード、を介して通信線４８′に至る直列回路
のクランプにより吸収される。電圧制限回路５２
としてはバリスタ、定電圧ダイオード、放電形避
雷管などの単位の素子の他、バリスタとサイリス
タの直列回路等も使用可能である。サイリスタは
ゲート回路にコンデンサを用いることによつてサ
ージのように高電圧で立上りの早い波形に対して
のみ点弧させることができるため、バリスタとサ
イリスタの直列回路とサイリスタのゲート回路と
から成る吸収回路は電圧制限素子単体より低い電
圧で横サージをクランプすることができる。

５５〜５８は通信線４′，５′，４８′，４９′に
挿入するものと想定した抵抗である。これらの抵
抗は、定電圧制限回路５２のサージ電流耐量が小
さい場合、又は、横サージ吸収特性を一層良くす
る必要がある場合に用いることができる。横サー
ジは加入者保安器における放電形避雷器３，３Ａ
等の放電ばらつきで起きる場合が多い。

すなわち、放電した避雷器（例えば３Ａ）と放
電してない避雷器（例えば３）との間に、′→
→５２→→″の経路を介して高電圧が生ず
る。この高電圧は電圧制限回路５２で吸収され
る。抵抗５５〜５８が挿入されていない場合に
は、放電してない避雷器３に印加される電圧は、
電圧制限回路５２のクランプ電圧のみゆえ、サー
ジ電圧が上昇してもこの避雷器３は放電しないこ
とがある。

この場合には、電圧制限回路５２には大電流が
流れることになるため、この電圧制限回路５２
は、大きなサージ耐量が要求されるとともにサー
ジ電流によつてクランプ電圧が上昇しない特性が
必要になる。このため電圧制限回路５２に対する
要求条件がきびしくなる。しかし抵抗５５〜５８
を挿入した場合には、電圧制限回路５２が動作し
てサージ電流が流れると、この抵抗５５と５７に
よる電圧降下と電圧制限回路５２のクランプ電圧
とが放電してない避雷器３に加わるため、この避
雷器３は放電に追い込まれる。このようにして避
雷器が全て放電すれば横サージは存在しなくな
る。

第７図に示した実施例は、通信線が多数対ある
場合、各通信線に入つてくるサージをダイオード
ブリツジにより一個所に集めて処理しているた
め、処理効率が高いという利点のほか、ダイオー
ドブリツジそのものは、図では４個のダイオード
から成るものとして示されているが、部品として
は１個のものなので、第６図に示したように、一
対の通信線毎に２個の電圧制限素子を用いる場合
に比較して、部品点数を削減できるという利点も
ある。

第８図は、本発明を公衆電話機に適用した場合
の実施例を示す回路図である。同図において、
V₁〜V₆はそれぞれバリスタであり、その傍の
（ ）内の数字は動作電圧、T₁は電話機回路、T₂
は通話制御回路、Ｐは電源回路である。電話機回
路T₁と通話制御回路T₂の間、電源回路Ｐの１次
と２次の間は、それぞれ空間的に分離されてお
り、分離電圧は計２〜3KV以上である。また、
電源回路Ｐの一部の部品は発熱による温度上昇を
防止するため、マイラフイルム等の絶縁はくを介
して筐体１０に取り付けられている。この部分の
耐圧は２〜3KV程度である。また、Ｅは電話機
回路T₁の接地線である。公衆電話機は、使用時
にその場で即時に料金を精算するため極めて高い
信頼性が要求される。本発明がその誤動作防止に
も効果があることを次に述べる。

第８図に示した装置すなわち公衆電話機100V
の商用電源を使用するため、JISが定める絶縁規
定により、電源回路Ｐと筐体１０とはAC1000V
以上の耐圧が要求されている。電源線１２または
１１と筐体１０（接地線１５）との間に挿入され
ているバリスタ回路（V₆とV₃の直列回路、また
はV₅とV₃との直列回路）の動作電圧は1770Vゆ
え、許容誤差10％をもつ1000VAC電源で絶縁測
定してもバリスタの直列回路は動作せず、絶縁試
験の実施には支障がない。

サージが侵入したときには、２点鎖線で示した
経路に沿つてサージ電流が流れる。このとき、通
信線５と筐体１０の間はV₂とV₃の直列回路で、
通信線５と電源線１２の間はV₂とV₆の直列回路
で、それぞれクランプされることは前に述べた通
りである。

次に誤動作について述べる。誤動作の主な原因
に、サージの侵入時に、筐体と通信線の間、筐体
と電源線の間の各電圧が上昇することを挙げ得
る。従つて、この間の電圧を低く制御することが
望ましい。特に、電源回路Ｐの部品は、前述のよ
うに、筐体１０に取り付けられているものもあ
り、これらの部品はサージの影響を受けやすいた
め、電源線と筐体との間は低い電圧でクランプす
る必要がある。本実施例ではこれが可能なことを
述べる。

第９図は、第８図の２点鎖線で表わしたサージ
経路をぬき出して表わした回路図である。筐体１
０と電源線１２との間の電圧、すなわち、○ウと○エ
との間の電圧はV₆のクランプ電圧からV₃のクラ
ンプ電圧を引いたものになる。従来の回路では
V₃が存在しなかつたためV₆のクランプ電圧がそ
のまま筐体、電源線間の電圧となつた。筐体、電
源線間のクランプ電圧がこのように本実施例にお
いては下がることによる誤動作防止効果を実験に
より確認した。

従来の防護回路では3KV程度のサージで誤動
作した装置（公衆電話機）に本防護回路を用いた
場合、16KV以上のサージに対しても誤動作はな
く極めて効果的なことを確認した。

なお、本発明の実施に施し、筐体の接地が困難
な場合にはこれを省略することも止むを得ない
が、その場合でも、同様の接地効果が得られる場
合があり、その場合は本発明は効果を発揮するこ
とは勿論である。

以上説明したように、本発明は、通信線と筐体
の間、電源線と筐体の間、通信線と電源線の間を
電圧制限素子２個の直列回路でクランプするた
め、この電圧制限素子の制限電圧の組み合せを適
当に選ぶことによつて、絶縁試験に抵触せず、か
つ、低い電圧でサージをクランプすることが可能
である。従つて、本発明は、絶縁試験が必要でか
つ高耐圧化が困難な機器例えば電子電話端末等の
縦サージ防護用に用いて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はデイジタル電話端末に対し従来技術に
よる雷サージ防護対策を施した構成例を示す回路
図、第２図は耐雷トランスを用いて構成した従来
例を示す回路図、第３図は本発明の一実施例を示
す回路図、第４図は従来の縦サージ防護回路を示
す回路図、第５図乃至第７図はそれぞれ本発明の
他の実施例を示す回路図、第８図は本発明を特に
公衆電話機に適用した場合の実施例を示す回路
図、第９図は第８図における要部を抜き出して示
した回路図、である。 符号説明、１……加入者保安器、２……ヒユー
ズ、３……避雷器、４，５……通信線、６……回
線終端装置、７……６の筐体、８……電話機回
路、９……電源トランス、９′……電源回路、１
０……電話機筐体、１１，１２……電源線、１３
……柱上トランス、１４〜１６……接続点、１７
〜１９……接地抵抗、２１……高耐圧トランス、
２５，２６，２７，２８，３０，３２，３３，３
５，３６，３７，３８，３９，５２，５３，５
４，４６，４７……電圧制限素子又は電圧制限回
路、２９，３４，５５，５６，５７，５８……抵
抗、４０……接続点、４５……通信装置、５０，
５１……ダイオードブリツジ、V₁〜V₆……バリ
スタ、T₁……通話回路、T₂……通話制御回路、
Ｐ……電源回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくも一対の電源線を介して商用電源を供
   給され、少なくも一対の通信線を介して通信を行
   なうようにした通信装置を中に収容された筐体に
   おいて、対をなす２本の前記電源線の間に、少な
   くも２個の電圧制限回路を直列に接続し、同じく
   対をなす２本の前記通信線の間に、少なくも２個
   の電圧制限回路を直列に接続し、電圧線の間に直
   列に接続された前記２個の電圧制限回路の中間点
   と通信線の間に直列に接続された前記２個の電圧
   制限回路の中間点との間を接続し、その接続点と
   前記筐体との間を少なくも１個の電圧制限回路を
   介して接続して成り、該筐体をアースすることに
   より、通信線または電源線を介して侵入する縦サ
   ージに対して前記通信装置を防護するようにした
   ことを特徴とする縦サージ防護用筐体接地回路。