JPS6022571B2 - 地絡保護方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電話交キ製機等に使用され、加入者端末など
に通話電流を供給する電流供給回路の地絡保護方式に関
するものである。

電話交換機は低コスト化、小形化、高信頼度化のために
電子化されつつあるが、電子化が進んであるのは制御部
であり、加入者端末との直接インタフェースを有する加
入者回路は電子化が、特に半導体集積回路化が遅れてい
る。

第１図はかかる加入者回路などに用いられる通話電流供
給回路の地総保護方式の従来例を示す図である。

第１図において、１は雷地線側端子、２は接地線側端子
で、電話機等の加入者端末は、１，２の端子より加入者
線を介して接続される。３，４は通話電流供給機能を果
たす部分であり、直流的には抵抗分と見なしてよく、通
常電池線側抵抗回路３、接地線側抵抗回路４の抵抗分は
それぞれ２０００程度である。

５は電流制限回路であり、一般的には定電流回路により
構成される。

６まま通話電流供給回路の電源となる電池である。

第１図の通話電流供給回路の地総保護は次のような原理
で行なわれる。まず地絡とは、加入老子と交換機を結ぶ
２本の給電線（電地線側端子１と接地線側端子２の先に
接続される電池線と接線）のどちらかが障害等によって
大地に接地した状態をいう。地絡が起きない正常時にお
いては、電流制限回路５は何ら動作せず、低抵抗（理想
・には“０”）を保っている。今、電池線側端子１が障
害によって池絡抵抗Ｒｃをもって池給すると、地気−地
絡抵抗ＲＧ−電池線側端子】−電池線側抵抗回路３−電
流制限回路馬‐電池６−池気の経路で地絡電流が流れる
。地絡電流があらかじめ設定した値を越えようとすると
〜電流制限回路５が勤作て、その設定した値以上の過大
な電流が流れることを防止する。すなわち、電流制限回
路５は正常時には通話電流供給機能に何の影響も与えず
、障害時のみい電流制限機能を発揮することにより池絡
事故に対しても回路の保護をしている。このような電流
制限による地絡保護方式は、正常時に何の影響も与えな
いという条件によりも必然的に〜その制限電流をあまり
下げることができない。すなわち「電池線側抵抗回路３
の抵抗値をＲ＾、接地線側抵抗回路４の抵抗値をＲ８と
し「電池６の電圧をＥとすると、正常時には最大ＥＬ＝
Ｒ耳口馬 なる電流が流れる。

故に電流制限回路５が動作する電流値１，は次の条件を
満たす必要がある。ち＜１．このことは地絡時には、地
絡抵抗Ｒ。

が小さくなれば地絡電流は１，の電流が流れることを意
味し〜ＲＧ＝０のときにはＰ＝１，×Ｅ…）の電力消費
が片方の電池像抵抗回路３に集中し好ましくない。すな
わち地絡という障害にも従来の保護方式ではＰ…）なる
無駄な電力消費があり好ましくなかった。本発明の目的
は、上託した従来の保護方式の欠点をなくし、池絡時の
無用な電力消費を防ぎ、装置の小形・軽量化を実現しう
る電流供給回路の地絡保護方式を提供するにある。

すなわち、上記した目的を達成するため本発明では、電
気的に直結された回路により構成され、電池線側および
接地線側に流れる電流を夫々検出する手段と「 これら
により検出された電流との差を検出する手段と〜該電流
差と比較する闇値を作成する手段と〜該作成された闇値
と前誌検出された電流差を比較することで線路の地絡を
検出する手段と、この地絡検出手段の出力を保持する手
段およびこの保持状態の間電流供係官回路の内部抵抗を
大きい状態にする手段を設けることで地絡保護を行うも
のである。

以下本発明を図に従って詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

第２図において「第亀図と同じ番号を付したものは同じ
機能を示し、孔ま通話電流供給回路の内部抵抗を制御す
る制御回路「 ８，９はそれぞれ電池線側の電流と接地
線側の電流を検出する電流検出器、蔓ＱＩま８，９によ
って検出された電池線側電流と接地線側電流との差をと
り、それが１Ｗこよって作成された閥値より大きいか小
さいかを判別する電流差検出比較器、１川ま前記閥値を
作成する回路である。次に第２図の動作を説明する。

電池線側電流検出器８と接地線側電流検出器９により夫
々電池線と接地線に流れる電流が検出され、その検出さ
れた２つの電流は比較器１Ｑもこて比較される。このと
き、地絡がもし起きていなければ（地絡抵抗＝的の場合
）、その２つの電流の差はほとんどないので電流差検出
比較器亀川ま動作しない。ところが地絡が起きると〜電
池線電流と接地線電流の差が大きくなって、その差があ
らかじめ関値作成回路寛１で設定した値を越えると、比
較器１０が動作し、地絡状態を示す情報を出力する。こ
の閥値は、回路の製造バラッキ、交流誘導等によって電
池線電流と接地線電流の差が生じても「誤って地絡検出
しないために有効である。また、上記電流美により検出
する方法は加入者線路長などに影響されない点で有効で
ある。電流差検出比較器富０が地絡を検出すると、その
出力で通話電流供給回路の内部抵抗を制御する制御回路
７を起動し、電池線側抵抗回路３と接地線側抵抗回路４
の抵抗を大きくし「地絡時の電流、電力消費が４・さく
なるようにする。なお、この時に地絡抵抗ＲＧの大きさ
、内部抵抗の増加分によっては内部抵抗制御回路７によ
って電池線側抵抗と接地線側抵抗が大きくなるので、電
池線側電流検出器８と接地線側電流検出器９の出力も内
部抵抗の増加に従って小さくなる。この結果、電池線と
接地線に流れる２つの電流の差は小さくなり、これがあ
らかじめ設定した閥値より小さくなると、電流差検出比
較器１川ま地絡と見なさなくなり、内部抵抗制御回路７
に内部抵抗をもとに戻すよう指令を出し、このままでは
第２図の回路は発振してしまうこともある。これを防止
するため、本実施例ではいったん電流差検出比較器１０
が地絡検出をした後は閥値作成回路１１にもその出力を
伝え、閥値を下げる構成とした。このようにすれば、電
流差検出比較器１０が地絡検出した後に内部抵抗制御回
路７が内部抵抗を大きくして、電池線側電流と接地線側
電流の２つの電流差を４・さくしても、これと比較すべ
き閥値も下がっているので、上記した発振を防ぐことが
できる。第３図に本発明の具体的な回路による一実施例
を示す。

第３図中、破線で示す部分が第２図の各部に対応してい
る。第３図において電池線側抵抗回路３と接地線側抵抗
回路４はトランスと等価な機能を電子回路で実現したも
ので、トランジスタＱ＾，Ｑ，＾，Ｑ餌，Ｑ，Ｂを抵抗
Ｒ，＾， Ｒ２＾′，Ｒ汎″，Ｒ３＾，Ｒ４＾，Ｒ５，
Ｒ６，Ｒ７＾，Ｒ，Ｂ，Ｒ２８′，Ｒ２８″，Ｒ３８，
Ｒ４Ｂ，Ｒ７Ｂ及びコンデンサＣ０，ＣＩにより構成さ
れており、この回路の基本的動作については別途出願中
の特豚昭５３−１１５７６６号明細書に詳しく説明され
ている。この回路３の内部抵抗を決める要因は、Ｒ，＾
，Ｒが（＝Ｒ２＾′＋Ｒが″）、Ｒ３＾，Ｒ小，Ｒ５の
抵抗比であり、トランジスタＱｏ＾，Ｑ，＾抵抗Ｒ４〜
Ｒ桝で負帰還ループを形成しているので、Ｒ２Ａの値が
小さくなると、負帰還量が４・さくなり、内部抵抗は大
きくなる傾向にある。回路４についても同様のことがい
える。内部抵抗制御回路７はトランジスタＱ３＾，ＱＢ
，Ｑ４，Ｑと抵抗Ｒ９，Ｒ，。及びダイオードＤ１，Ｄ
２より構成されており、前述の説明からトランジスタＱ
３〜Ｑ３８が導適すれば、回路３において、Ｒ２＾＝Ｒ
２＾′十Ｒ２＾″だったものから、Ｒ２＾＝Ｒ２＾′に
なり内部抵抗は増加する。電池線側電流検出器８はトラ
ンジスタＱ２＾、抵抗Ｋ３＾より、また接地線側電流検
出器９はトランジスタＱ斑、抵抗Ｒ８Ｂより構成されて
いる。電流差検出比較器１０はトランジスタＱ６，Ｑ７
，Ｑ、抵抗Ｒ，．，Ｒ．２，Ｒ，３，Ｒ・４，Ｒ２ｏ及
びコンデンサＣ２より構成されている。関値作成回路１
１はトランジスタＱ９，Ｑ，ｏ，Ｑ，．、抵抗Ｒ，５，
Ｒ，６，Ｒ，７，Ｒ，８，Ｒ，９及び正電池Ｖｃｃによ
り構成されている。なお、ＳＣＮは外部からの監視端子
である。以下回路敷荒の説明においては、トランジスタ
の直流電流増幅率ｈＦＥは十分に大きいと仮定する。

まず、図中閥値作成回路１１内のトランジスタＱのェミ
ツタ電位は閥値電圧Ｖｒｅｆであり、地絡検出される前
にはトランジスタＱ８，Ｑ．ｏ，Ｑ，．がオフしている
ので、トランジスタＱのベース電位ＶＢ・Ｑ９は‘１１
式で表わせる。

ＶＢ‐雌＝Ｒ鳶羊壱ｎ‐ＶＣＣ ……【１１したが
って関値電圧ＶｒｅｆはトランジスタＱ９のベース・ェ
ミッタ電位をＶＢＥ・ｏ９とすると、‘２）式にて表わ
せる。

Ｖ岬＝Ｖ８・。

９−ｖＢＥ．。

９＝Ｒ伍Ｒ羊壱．７ｖＣラフＹ象Ｅ・ｏ９一方電池線側
電流検出器８、接地線側電流検出器９、及び電流差検出
比較器１０の動作原理は次のようである。

第３図中に示すように電池線電流を１＾、接地線電流を
ＩＢとすれば、抵抗Ｒ，＾，Ｒ，Ｂに流れる電流１＾′
，１８′は‘３｝，｛４｝式の関係が成り立つ。１＾；
１＾′ ・・・・・・｛３ー
ＩＢニＩＢ′ …・・・【
４｝まず、電池線側電流検出器８のトランジスタＱ２＾
，抵抗Ｒ８＾によって比較器１ ０内のａ点の電位Ｖａ
は■式で表わすことができる。

ｖａ＝ｖｒｅｆ−器ＸＲ・＾ＸＩ＾′・・・ ・．・・
．棚（５１式に剛式とＲ６Ａ＝Ｒ，．の条件を代入する
と■式となる。

Ｖａ＝Ｖｒｅｆ−Ｒ，＾×１＾ ・・・・
・・…‘６１次に接地線側電流検出器９のトランジスタ
Ｑ２Ｂ抵抗Ｒ８８によってｂ点の電位Ｖｂは‘７ー式で
表わせる。

Ｖｂ＝−Ｒ．Ｂ×ＩＢ′ ・・・・
・・｛７｝‘７）式に‘４１式を代入すると（８ー式と
なる。

Ｖｂ＝−Ｒ，Ｂ×１８ ・・…・
■ここで、 Ｒ，＾＝Ｒ，８：Ｒｒ．．・．
（９）とおいて、トランジスタＱ６が動作する条件を求
めると、‘６’，脚，‘９）式及びＶａ＜ＶｂよりＱＯ
式のようになる。浄く（１＾−ＩＢ） ……ｏｏ 側式の意味するところは、閥値電圧Ｖｒ〆を抵抗Ｒ，で
割った電流値以上、電池線電流１＾が接地線電流ＩＢよ
り大きいと電流差検出比較器１０は地絡と見なし、トラ
ンジスタＱ６そしてトランジスタＱが動作するというこ
とである。

地絡検出後はトランジスタＱ８が動作するので内部抵抗
制御回路７のトランジスタＱ４，Ｑ５が動作し、さらに
トランジスタＱ３＾，Ｑ網が導適する。

トランジスタＱ３＾，ＱＢが導適するということは前述
したごと〈、電池線側抵抗回路３と接地線側抵抗回路４
の抵抗が大きくなるので、地絡に対して通話電流供給回
路の保護ができる。次に関値作成回路１１について説明
する。

地絡が検出されると、トランジスタＱ８の動作に伴い、
トランジスタＱ，ｏ，Ｑ，．が動作する。トランジスタ
Ｑ，．が動作すると、トランジスタＱのベース電圧は｛
１ー式のようになる。ＶＢ‐。

９：Ｒ．半器多号支？ぐＣＣ ‐‐‐‐‐‐（１１）（
ここで、Ｒ，６〆Ｒ，７はＲ，６とＲ，７の並列合成抵
抗を示す。

）この時のトランジスタＱのェミツタ電位Ｖｒぱは（１
２）式のようになる。

ＶＭ＝Ｒ．５章者鷺影素け）Ｖ比−ＶＢＢり９……（１
２）すなわち、（１２）式と前述の‘２｝式を比較すれ
ば明らかなように、（１２）式のＶｒｅｆの方が小さく
、池総検出後の闇値電圧Ｖｒｅｆは小さくなる。

従って、地絡検出により電池線側、接地線側の抵抗回路
３，４の抵抗が増加し、電流１＾，ＩＢが減少して電流
差が小さくなっても、前記（１０）式を満足するような
闇値電圧ＶＭに抵抗Ｒ，６を設定すれば、地絡検出状態
を保持することができる。この結果、回路の発振を防止
できる。なお、本実施例では回路の発振を防止するため
に閥値電圧を下げる方法を用いたが、例えば、一旦地絡
を検出した後はその地絡検出結果をフリップフロップ等
の保持回路に入力してその回路出力によって内部抵抗制
御回路７を動作状態にしておくことでも良い。但し、こ
の場合には、地絡が解除されたときに上記保持回路をリ
セットする手段が必要となる。本実施例の利点はこのよ
うなりセット手段を特に設ける必要がないところにある
。すなわち、本実施例によれば、地絡が解除されたとき
に電池線及び接地線に流れる電流１＾及びＩＢはその電
流差がなくなるので、前記（１０）式を満足することが
できなくなり電流差比較検出器１０の出力は地絡解除情
報を出力する。これにより、閥値電圧Ｖｒｅｒが元の正
常時の電圧に復帰すると共に内部抵抗制御回路７も復旧
状態となる。このように、閣僚電圧Ｖｒｅｆとして池総
発生を検出するための電圧と地絡解除を検出するための
電圧の２つの状態を設定することにより地絡の発生、解
除を自動的に検出して対処できるという利点がある。次
に電流差検出比較器１０内のコンデンサＣ２の動作につ
いて説明する。

以上の説明では、電池線電流と接地線電流の差は地絡に
よってのみ起るとして来たが、実際には加入者線を介し
て交流譲導などにより同相モードの信号が到来すると、
この同相モード信号は電池線電流と接地線電流の差とし
て電流差検出比較器１０の入力となるので、交流信号に
よる誤動作を防止するためコンデンサＣ２を追加して平
滑している。このコンデンサにより、外部から到来する
交流雑音に強い回路とすることができる。またトランジ
スタＱ８のコレクタ電位を監視することにより、外部か
らこの給電線の地絡を知ることができる。

すなわちＳＣＮ端子が／・ィレベルの時は地絡が起きて
なく、ロウレベルになると地絡が起きたということであ
る。なお、以上の実施例においては、電池線側に流れる
電流と接地線側に流れる電流との差を検出することで地
絡を検出する場合について説明したが、この利点は線路
長に関係なく闇値を設定できる点にある。

すなわち、正常時に両線に流れる電流はほぼ同じであり
、地絡時に電流差が生じることを利用することで、線路
長に無関係に電流差を識別するための閥値を設定するこ
とができる。また第３図の実施例においては、電池線側
及び接地線側の抵抗回路３，４等を電子回路にて構成し
、特に内部抵抗を上げるために抵抗回路３，４内の負帰
還量を制御する方法を用いたが、、本発明はこのような
構成及び方法に限定されるものでないことは言うまでも
ない。例えば、第４図に示すようにトランジスタを用い
た構成でも実現し得る。第４図において、Ｔはトランス
、ＤＥＴは電池線と接地線に流れる電流の差を検出して
閥値と比較する回路、Ｆ／ＦはＤＥＴの出力を保持する
フリップフロツプ回路、Ｑ，２はトランジスタ、Ｒ２ｏ
，Ｒ２，，Ｒ２２は抵抗である。この構成において地絡
を検出するまでの基本的動作は第３図の場合と同様であ
る。第４図においては地絡検出時にフリップフロツプ回
路Ｆ／Ｆをリセット状態にしてトランジスタＱ，２をオ
フさせる。この結果、電池線側に接続された抵抗Ｋ凶の
短絡がとれて、内部抵抗が増大し電池線側に流れる電流
を制限することができる。また、ＳＣＮ端子には地絡情
報を出力しておく。なお、この構成においては、内部抵
抗の増加により電流差が小さくなり、あらかじめ設定し
た閥値以下になるとＤＥＨでは地絡検出とみなさなくな
るが地絡状態をＦ／Ｆにて保持しておくので問題はない
。但し、地絡が解除した時点で他の手段によりＦ／Ｆを
新たにセットする必要はある。以上説明してきたように
、本発明によれば、地絡時に通話電流供給回路の内部抵
抗を大きくすることから、池絡時に回路を破壊から守り
、無駄な電力消費を防ぎ、装置の４・形化ができるばか
りでなく、電気信号をエネルギー変換することなく雷池
線と接地線の電流を直接検出するため、半導体集積回路
化が容易で、かつ高精度で高感度な差電流検出が可能と
なる利点がある。

また闇値作成回路内に、地絡時と正常時の２つの閥値を
作成する機能を設け、状態に応じてそれらの関値を選択
することにより、正常動作に対しては動作マージンを確
保しつつ、地絡時にも発振することを防止できる。さら
に電池線と接地線に流れる２つの電流の差を検出する機
能を設けることにより線路長に無関係に闇値を設定する
ことができる。さらに電流差検出比較器内に交流信号に
対して不感動となる回路を付加することにより、交流誘
導等の交流雑音に対しても誤動作すること防止できる利
点がある。なお、第３図においては素子数が多いが、ト
ランジスタ、抵抗、ダイオードで構成でき、集積回路化
すれば、経済的に実現できる利点もある。
、

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡保護方式による電流供給回路を示す
ブロック図、第２図は本発明による地総保護方式の１実
施例を示すブロック図、第３図は第２図の具体的な回路
構成の１例を示す回路図、第４図は本発明の他の実施例
を示す図である。 １：電池線側端子、２：接地線側端子、３：電池線側抵
抗回路、４：接地線側抵抗回路、６：電池、７：内部抵
抗制御回路、８：電池線側電流検出器、９：援地線側電
流検出器、１０：電流差検出比較器、１１：関値作成回
路、Ｔ：トランス、ＤＥＴ：電流検出比較回路、Ｆ／Ｆ
：フラップフロツプ回路、Ｒ−：抵抗、Ｑ−：トランジ
スタ、Ｃ−：コンデンサ、Ｄ：ダイオード。 交１図 多２図 発４図 図 〜 舵

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電池線側と接地線側をそれぞれ抵抗回路を介して電
   池と地気に接続し、電池線、接地線を介して端末装置に
   電流を供給する電流供給回路において、電気的に直結さ
   れた回路により構成され、電池線側および接地線側に流
   れる電流を夫々検出する手段と、これらにより検出され
   た電流との差を検出する手段と、該電流差と比較する閾
   値を作成する手段と、該作成された閾値と前記検出され
   た電流差を比較することで線路の地絡を検出する手段と
   、この地絡検出手段の出力を保持する手段および該保持
   状態の間電流供給回路の内部抵抗を大きい状態にする手
   段を有することを特徴とする地絡保護方式。 ２ 前記閾値を作成する手段にレベルの異なる２つの閾
   値を択一的に作成する機能を設け、正常時に高レベルの
   閾値を作成し、地絡時に前記地絡検出手段の出力に基い
   て低レベルの閾値を作成して出力することで該地絡検出
   手段の出力を保持することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の地絡保護方式。 ３ 前記電流差を検出する手段に交流信号に対して不感
   動となる機能を設けたことをを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の地絡保護方式。