JPWO2007063593A1 - 信号結合装置 - Google Patents

Abstract

電力線（１）に静電結合したコンデンサ（３）を介して信号の取出し又は注入を行う電力線通信用信号結合装置において、一端に電力線（１）と電気的に接続される上部端子（２）を有し、他端にその端部側へ開口した空洞部（１１ａ）を有する絶縁碍子（１１）と、上部端子（２）に電気的に接続されて絶縁碍子（１１）の内部に埋設されたコンデンサ（３）と、空洞部（１１ａ）内に収納され、コンデンサ（３）に直列に接続されて異常電圧から保護すると共に入出力のインピーダンスのマッチッグを行う保護回路部（４）とを備えて、保護回路部（４）は着脱可能に構成した。

Description

この発明は、電力線からの信号の取出し、又は電力線への信号の注入を行う信号結合装置に関するものである。

電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）は、電力線を通信媒体として利用した有線通信であり、電力線に微弱な高周波変長信号を重畳させ、親局と子局との間で双方向の通信を行ものである。ＰＬＣでは、電力線を介して通信を行うため、電力線から信号を取り出したり、信号を注入したりする必要がある。この電力線からの信号の取出し又は電力線への信号の注入を行う信号結合装置としては、静電結合を利用したＣＣＵ
（Capacitive Coupling Unit）と、電磁結合を利用したＩＣＵ（Inductive Coupling Unit）との２種類のものがある。このような信号結合装置の従来技術としては、例えば、ＣＣＵにおいては、支持碍子の上部に高圧又は特別高圧ケーブルの導体を接続する高圧側端子を有し、下部に検電用端子及び電力線搬送用端子を備え、高圧側端子と電力線搬送用端子との間に検電用コンデンサと結合コンデンサとが直列に接続され、両コンデンサの中点が検電用端子に接続され、この両コンデンサが樹脂製の支持碍子の内部にモールドされている電力線搬送用結合コンデンサ付検電碍子が知られている（特許文献１参照）。
また、結合コンデンサと結合フィルタとが結合装置本体ケースに収容され、この本体ケースに、電力線に接続さる口出し線を貫通させる碍子部が設けられた電力線搬送信号結合装置が開示されている（特許文献２参照）。

実開平６−４３９４７号公報（第２頁、図１） 特開平１０−１０８３８８号公報（第２頁、図５）

上記特許文献１の検電碍子では、結合コンデンサが支持碍子内にモールドされおり、付属回路部は支持碍子とは別の箇所に設けられている。このため、付属回路部を収納する収納容器と、その設置スペースが別途必要になるという問題点があった。
また、上記特許文献２に示す信号結合装置の場合は、電力線電圧が印加を考慮して所定の寸法に設計された碍子部と、碍子部とは別に回路などが収納される本体ケースとにより結合装置が構成されているので、装置全体が大型化するという問題点があった。このため、例えば、電力線を支持する電柱上に支持部材を設けて設置するような場合は、設置スペースを多く必要とし不利であった。

この発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、信号処理を行う回路部の収納を工夫することにより、装置の小形化、軽量化を図った信号結合装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる信号結合装置は、電力線に電気的又は磁気的に接続され、電力線から信号の取出し又は電力線へ信号の注入を行う信号結合装置であって、一端に電力線と電気的又は磁気的に接続される上部接続部が設けられ、他端にその端部側へ開口した空洞部が形成された絶縁碍子と、空洞部内に着脱可能に収納され、上部接続部に電気的に接続されて信号処理を行う回路部とを備えたものである。

この発明の信号結合装置によれば、一端に電力線と電気的又は磁気的に接続される上部接続部が設けられ、他端にその端部側へ開口した空洞部が形成された絶縁碍子と、空洞部内に着脱可能に収納され、上部接続部に電気的に接続されて信号処理を行う回路部とを備えているので、信号結合装置を小形化できる。また、回路部が着脱可能であるので、回路部の故障時の改修を容易に行うことができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による信号結合装置の回路図であり、図２は正面断面図、図３は図２をIII−IIIから見た平面断面図、図４は図２を底面側から見た底面図である。

先ず、図１の回路図により信号結合装置の回路構成について説明する。電力線１にコネクタ（図示せず）を介して電気的に接続される上部接続部としての上部端子２に結合用のコンデンサ３が接続され、コンデンサ３と直列に回路部４が接続されている。回路部４は、信号処理を行うものであり、主に、異常電圧から回路部の回路などを保護する保護回路と、入出力のインピーダンスのマッチングを行うマッチング回路とを含んでおり、具体的には、コンデンサ３に直列に接続され接地されて接地抵抗の役目をするドレインコイル５と、このドレインコイル５に並列に接続されて上流から浸入するサージ電圧から装置を保護する保護素子（アレスタ）６と、同じくドレインコイル５に並列に接続されて電力線１側と本装置の下流側に接続されるモデム（図示せず）側のインピーダンスをマッチングさせるマッチングトランス７とを備え、マッチングトランス７の２次側はモデム側と接続する接続端子８に接続されている。
このように構成された信号結合装置は、ＰＬＣシステムにおいて、コンデンサ３を介して高周波変長信号を電力線１に注入して重畳させ、また逆に電力線１からコンデンサ３を介して高周波変長信号を抽出する役目を担うものである。

次に、図２により信号結合装置の構造について説明する。図のように、絶縁樹脂材料からなる絶縁碍子１１は、一端側に電力線１と電気的に接続される上部端子２が設けられ、他端側に端部側へ開口した空洞部１１ａが形成されている。この絶縁碍子１１内にコンデンサ３が埋設されており、コンデンサ３の一端は金属棒１２ａにより上部端子２と接続され、他端は空洞部１１ａに導出する金属棒１２ｂに接続されている。空洞部１１ａ内には、回路部４が、空洞部１１ａの開口部を塞ぐ絶縁板１３に取付けられて収納されている。回路部４の一端側は、リード端子４ａにより金属棒１２ｂの端部と接続され、他端側は絶縁板１３に貫設された接続端子８に接続されている。この接続端子８には、図示しないモデム等の外部機器が接続される。また、回路部４の接地部は、絶縁板１３に貫設された接地端子１４に接続されている。図２では回路部４の細部は省略しているが、詳細は後述する。

絶縁碍子１１の上部端子２側には、絶縁碍子１１の頭部の外径とほぼ等しい外径を有する円板状の上部金属板１５が、上部端子２にボルト締めされて設けられている。なお、上部金属板１５の外径端部の電界集中が必要以上に大きくなるのを避けるため、図２に示す端部Ｒ部の内側終端部付近を上部金属板１５の外径端部とするのが良い。
また、下部側の絶縁板１３の外側にも下部金属板１６が設けられている。下部金属板１６の詳細については後述する。

絶縁碍子１１に埋設されたコンデンサ３を平面断面で見た場合、図３に示すように、コンデンサ３の中心は絶縁碍子１１の中心と合わせて同心上に配置している。絶縁碍子１１はモールドにより形成されるので、同心上に配置することにより、モールド過程における熱収縮時の発生応力が均一化されて、境界部での剥離やクラックの発生を抑制できる。

絶縁碍子１１の空洞部１１ａ側の端部には、一端を絶縁碍子１１に埋め込んだスタッドボルト１７が設けられている。このスタッドボルト１７にＯリング１８を介して絶縁板１３と下部金属板１６を挿入し、ナット１９で締め付けることにより空洞部１１ａが密閉される。スタッドボルト１７は、回路部４に設けられた接地部に電気的に接続されており、接地端子として機能するようになっている。
なお、このスタッドボルト１７は、絶縁板１３と金属板１６を締付けると共に、本装置全体を支持部材（図示せず）に取付ける場合の取付けボルトも兼用している。

図４の底面図に示すように、下部金属板１６は接地端子１４と接続されている。接地端子１４は図示しない接地線により接地されるので、同時に金属板１６も接地されるようになっている。
図５は絶縁板１３の平面図である。絶縁板１３は、周辺部に取付用穴１３ａが設けられ、内側には接続端子用穴１３ｂと接地端子用穴１３ｃが設けられている。
図６は下部金属板１６の平面図である。下部金属板１６は、絶縁碍子１１の開口部側の外径とほぼ等しい外径を有し、内側がくりぬかれ、接地端子１４と接続される舌部１６ａが設けられている。そして、周辺部には取付用穴１６ｂが設けられ、また舌部１６ａには接地用穴１６ｃが設けられている。

このように構成された信号結合装置は、例えば、電力線１を支持する電柱等に設けられた支持部材（図示せず）に載置されて取付けられるが、上述のようにスタッドボルト１７はこの固定用にも利用される。スタッド式にしたことにより、支持部材への装着が容易となり、作業性が向上する。スタッドボルト１７の替りに、雌ねじを有する埋金を絶縁碍子１１に埋込み、ボルトで締結するようにしてもよい。
なお、信号結合装置は、支持部材に上部端子２側を上にして垂直に取付けられる場合もあり、また、電力線１に吊下げられる場合もある。

次に、回路部４の構成について説明する。図７は絶縁板１３に回路部４が取付けられた状態を示す平面図、図８（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
回路部４は、図１で説明したドレインコイル５と、保護素子（アレスタ）６と、マッチングトランス７とを有するが、これらの部品とその接地部２０とが、基板２１上に搭載されて構成されている。そして、基板２１は円板状をした絶縁板１３に着脱可能に取付けられている。また、この基板２１は、絶縁碍子１１の長手方向に平行に、すなわち、絶縁板１３の面に対し、ほぼ垂直に取付けられている。なお、図７，図８において、基板２１上の各部品の配置は一例を示すものであり、図の位置に限定するものではない。

次に、作用について説明する。電力線通信用の信号結合装置は、電力線１を通じ、上部端子２に電力線電圧が印加されるので、絶縁碍子１１はこの電圧で使用可能なように、外径形状や材質が選定されている。本装置は通常屋外で使用されるので、その場合は当然屋外仕様に耐えられる大きさとなっている。このように絶縁碍子１１は、電力線電圧で使用可能な大きさ（長さや外径）に設計されて、必然的に所定の大きさを有している。そこで、本発明は、この絶縁碍子の容積を有効利用するものである。すなわち、図２のように、コンデンサ３を絶縁碍子１１の内部に埋設すると共に、更に余った容積を利用して絶縁碍子１１の内部に空洞部１１ａを形成し、その空洞部１１ａに回路部４を収納するようにしたものである。

例えば、電力線の課電電圧が１５ｋＶの場合、絶縁碍子の外径は概略１０ｃｍ程度，長さは概略２０ｃｍ程度である。また、コンデンサは、セラミックコンデンサを使用した場合、長さは数ｃｍ以下である。通常、碍子外周表面の沿面絶縁距離は碍子内部の貫通絶縁距離よりも長くとる必要がある。従って、絶縁碍子にコンデンサを埋設して、且つ空洞部を十分に形成することが可能である。空洞部を設けることにより、絶縁碍子の重量も軽くなる。

回路部４は、図７，図８で説明したように絶縁板１３に着脱可能に取付けられているので、万一回路部４の基板２１に搭載の部品が故障した場合、スタッドボルト１７のナット１９を緩め、絶縁板１３ごと取外し、リード端子４ａと金属棒１２ｂの接続を解除すれば、図８のような状態で回路部４を取り出すことができる。回路部４には電子部品が搭載されており、これらの電子部品は、信号結合装置全体から見れば相対的に部品寿命が短いため、改修が必要となる可能性が高い。

また、回路部４を構成する部品が全て基板２１に搭載されているので、取替えは基板ごと行うことができ、短時間で改修できる。
また、基板２１を絶縁板１３の面に対しほぼ垂直に取付けているので、回路部４に結露が生じても結露水は基板２１表面上に滞留しない。

絶縁碍子１１の上部側及び下部側に上部金属板１５と下部金属板１６を設けたのは、落雷などによって装置に異常電圧が浸入してきたときに、絶縁碍子１１の外面部を通じて放電させ、内部に収納した回路部４の損傷を防止するためである。回路部４には電子部品が搭載されているので、外部からの異常電圧の影響を受けやすい。
図では上下に金属板１５，１６を設けた場合を示している。上下に設けるのがベターであるが、少なくとも下部側に下部金属板１６を設ければ、異常電圧を放電させる効果が期待できる。

この実施の形態において、上記までは信号結合装置がＣＣＵ（Capacitive Coupling Unit）の場合について説明してきたが、これは特に限定するものではなく、ＩＣＵ（Inductive Coupling Unit）の場合についても同様に本発明を適用しても良い。
図９は、本発明をＩＣＵに適用した場合の信号結合装置の構成を示す図である。図１０は、図９に示した信号結合装置の下部（回路部の収納部位置周辺）を示す断面図である。図１１は図９に示した信号結合装置の回路図である。

図９に示すように、絶縁碍子１１の内部に空洞部１１ａが形成されており、この空洞部１１ａ内に回路部４が着脱可能に収納されている。なお、収納される回路部４は、図１１に示したように、保護フューズ３４、アレスタ３６，接地抵抗３９を含んでおり、サージ保護・接地回路４０を構成するようになっている。

また、信号結合装置は主に１次巻線となる電力線１の外周に設置されたフェライトコア３０と、このフェライトコア３０に巻回された２次巻線３２とから構成され前記電力線１に磁気的に結合する上部接続部３１と、２次巻線３２（巻線部３２ａとリード部３２ｂから構成）から導出された一対の信号線３３と保護フューズ３４を介してその他端に設けられた接続端子３５と、前記一対の信号線３３間を跨って接続したアレスタ３６と、アレスタ３６の接地部に接続された接地線３７及び設置線３７の他端に設けた接地端子３８と、信号線３３と接地線３７との間を接続する一対の接地抵抗３９とから構成されている。
なお、前述の図１、図２で示した信号結合装置では、信号回路は保護回路とマッチング回路から構成されていたが、この実施例のように保護回路のみを有する信号回路であっても良い。

以上のように、本実施の形態の信号結合装置によれば、一端に電力線と電気的に接続される上部端子が設けられ、他端にその端部側へ開口した空洞部が形成された絶縁碍子と、空洞内に着脱可能に収納され、上部接続部に電気的に接続されて信号処理を行う回路部とを備えているので、所定の寸法を有する絶縁碍子の容積を有効に利用して信号結合装置全体をコンパクトにでき、また空洞部を設けたことにより軽量化できる。従って、特に、柱上に設置する場合に有効である。
また、回路部を着脱可能としたので、回路部の故障時の改修が容易となる。
更に、信号結合装置の中で相対的に短寿命の電子部品を搭載した回路部の改修が容易になるため、改修により装置全体の長寿命化を図れる。

また、回路部は、基板上に電子部品を搭載して構成し、基板は、絶縁板に取付けたので、回路部を基板ごと着脱することが可能となり、取外し及び装着が容易になる。また、絶縁碍子の内部空間の所定に位置に精度良く配置できるので、高周波電送特性を向上できる。

また、基板は、絶縁碍子の長手方向に平行、すなわち、絶縁板の板面に対しほぼ垂直に取付けたので、空洞部内で結露が生じても、回路部の電子部品を装着した基板面上に結露水が滞留しないので、電子部品や配線が短絡故障するのを抑制でき、信頼性の高い信号結合装置を提供することができる。

また、スタッドボルトを、絶縁碍子の空洞部側の端部に埋め込んで形成したので、信号結合装置を支持部材に載置して取付けるとき、装着が容易となり、組立の作業性が向上する。

更にまた、絶縁碍子の開口端側に設けた絶縁板の外側に、絶縁碍子の開口端側の外径とほぼ等しい外径を有する金属板を設けたので、落雷時等の異常電圧襲来時に、絶縁碍子の外部を通じて放電させることができるため、空洞部内に収納した回路部が損傷するのを防止することができる。

この発明の実施の形態１による信号結合装置をＣＣＵに適用した場合の回路図である。 図１による信号結合装置の構成を示す正面断面図である。 図２をIII−IIIから見た平面断面図である。 図２を底面から見た底面図である。 図２の絶縁板の平面図である。 図２の下部金属板の平面図である。 図２の回路部を絶縁板に取付けた状態の平面図である。 図７の正面図及び側面図である。 この発明の実施の形態１による信号結合装置をＩＣＵに適用した場合の信号結合装置の構成を示す図である。 図９に示した信号結合装置の要部断面図である。 図９に示した信号結合装置の回路図である。

符号の説明

１ 電力線
２ 上部端子（上部接続部）
３ コンデンサ
４ 回路部
４ａ リード端子
５ ドレインコイル
６ 保護素子（アレスタ）
７ マッチングトランス
８ 接続端子
１１ 絶縁碍子
１１ａ 空洞部
１２ａ，１２ｂ 金属棒
１３ 絶縁板
１４ 接地端子
１５ 上部金属板
１６ 下部金属板
１７ スタッドボルト
１８ Ｏリング
１９ ナット
２０ 接地部
２１ 基板
３０ フェライトコア
３１ 上部接続部
３２ ２次巻線
３２ａ 巻線部
３２ｂ リード部
３３ 信号線
３４ 保護フューズ
３５ 接続端子
３６ アレスタ
３７ 接地線
３８ 接地端子
３９ 接地抵抗。

Claims (8)

1. 電力線に電気的又は磁気的に接続され、上記電力線から信号の取出し又は上記電力線へ信号の注入を行う信号結合装置において、
   一端に上記電力線と電気的又は磁気的に接続される上部接続部が設けられ、他端にその端部側へ開口した空洞部が形成された絶縁碍子と、上記空洞部内に着脱可能に収納され、上記上部接続部に電気的に接続されて信号処理を行う回路部とを備えたことを特徴とする信号結合装置。
2. 請求項１記載の信号結合装置において、上記回路部は、異常電圧から上記回路部を保護する保護回路、又は、入出力のインピーダンスのマッチングを行う回路を含んでいることを特徴とする信号結合装置。
3. 請求項１記載の信号結合装置において、上記回路部は、基板と、上記基板上に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする信号結合装置。
4. 請求項３記載の信号結合装置において、上記基板が取付けられると共に上記空洞部の開口端を塞ぎ上記絶縁碍子に着脱可能に取付けられた絶縁板を備えたことを特徴とする信号結合装置。
5. 請求項３記載の信号結合装置において、上記基板は、上記絶縁碍子の長手方向に平行に配置されていることを特徴とする信号結合装置。
6. 請求項１記載の信号結合装置において、上記回路部に設けられた接地部と、上記接地部に接続されると共に上記絶縁碍子の上記空洞部側の端部に支持部材と接続可能に設けられたスタッドボルトを備えたことを特徴とする信号結合装置。
7. 請求項１記載の信号結合装置において、上記絶縁碍子の上記空洞部の開口端を塞ぎ上記絶縁碍子に着脱可能に取付けられた絶縁板の外側に、上記絶縁碍子の上記開口端側の外径とほぼ等しい外径を有する金属板が設けられていることを特徴とする信号結合装置。
8. 請求項１記載の信号結合装置において、上記絶縁碍子内の上記上部接続部と上記回路部との間に、上記電力線に静電結合されるコンデンサを備え、上記電力線に静電結合された上記コンデンサを介して信号の取出し又は注入を行うことを特徴とする信号結合装置。

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