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Title:
TRANSFORMER FOR USE IN DISTRIBUTION LINE CARRIER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/114370
Kind Code:
A1
Abstract:
When high frequency communication carrier current is used in communication with much information, radio wave is radiated from the transmission line to possibly cause a trouble in other electric apparatus or a damage to the health. When the current is controlled by configuring the transmission line in multilayer like a coaxial cable such that the result obtained by integrating the current density of the transmission line over the entire cross-section thereof becomes zero, vector potential becomes zero and the radio wave is not radiated. In the transformer used in such a transmission line, a capacitor or a reactor having a required withstand voltage is arranged in the transformer such that a communication current flows through the transformer.

Inventors:
TANAKA, Seiichi (1-7-1, Irifune Chuo-k, Tokyo 42, 1010042, JP)
田中 誠一 (〒42 東京都中央区入船1丁目7番1号 Tokyo, 1010042, JP)
Application Number:
JP2007/055466
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
March 19, 2007
Export Citation:
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Assignee:
TAKAOKA ELECTRIC MFG.CO., LTD. (1-7-1, Irifune Chuo-k, Tokyo 42, 1010042, JP)
株式会社高岳製作所 (〒42 東京都中央区入船1丁目7番1号 Tokyo, 1010042, JP)
TANAKA, Seiichi (1-7-1, Irifune Chuo-k, Tokyo 42, 1010042, JP)
International Classes:
H01F27/40; H01F27/42; H01F30/00; H04B3/54; H04B15/02
Foreign References:
JPH1064740A
JPH0582371A
JP2005130519A
JPH05227107A
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Claims:
電力線が同軸ケーブル状になっており、その同軸ケーブル状のケーブルの外側の導体と内側の導体にお互いに位相が逆転している通信電流が流れている電力線搬送システムにて使用される変圧器おいて、低圧側の同軸ケーブル状のケーブルの電力用電流が流れていない導体と高圧側の同軸ケーブル状のケーブルの電力用電流が流れていない導体とを高圧と低圧の電圧差に耐え、且つ通信電流に対してはインピーダンスが小さいコンデンサ手段により変圧器タンク内で接続している事を特徴とする変圧器。
低圧側の同軸ケーブル状のケーブルの電力用電流が流れており変圧器の低圧側に接続される導体と高圧側の同軸ケーブル状の電力用電流が流れており変圧器コイルの高圧側に接続される導体とを高圧と低圧の電圧差を耐え、且つ通信電流に対してはインピーダンスが小さいコンデンサ手段により変圧器タンク内で結合している事を特徴とする請求項1の変圧器。
同軸ケーブル状のケーブルの電力用電流が流れている導体をリアクトル手段を通して変圧器コイルに接続し電力用電流は変圧器に流れていくが通信用電流は変圧器に流れていかないようにした事を特徴とする請求項2の変圧器。
Description:
配電線搬送に使用される変圧器

 電力線を情報搬送路に使用する場合に伝 する情報バイパスを持ち、電磁放射をしな 電力用変圧器に関する。

 電力線を通信に利用することは既に宅内の 合には規制が開放されているが、通信によ 電波障害を避けるため多くの規制が設けら 、電力線通信の普及の妨げになっている。 発明は情報を搬送する通信線と電力線が共 されている場合に電力線を同軸ケーブル状 し、外側の導体には通信電流、内側の導体 は位相が反転した通信電流と電力用電流を る場合に必要な変圧器に関するものである 電波障害における現在の技術は特開2004-29720 4(P2004-297204A)にあるように、電波障害が発生 たときには発生した事を通知して、障害電 の発生源に障害の停止を求めたり、特開2003- 319063(P2003-319063A)にあるように、一定地域に障 害源が侵入した場合に警告信号を発し障害電 波の発信を停止させたりするものがある。本 発明に最も近い発明では特開平5-227107にある うに障害電波を検知したらその信号を相殺 る相殺信号を発生する技術がある。しかし れらのものは何れも受信側の工夫である。P CT/JP2007/52119により、原理的に搬送路からの電 磁放射を防止する技術が開示されたが、本発 明はそのような技術を実現するシステムにお いて、変圧器に要求される機能を実現するも のである。

特開2004-297204公報

特開2003-319063公報

特開平5-227107公報

PCT/JP2007/52119

 大量の情報を電気信号で搬送する際に搬送 の周波数が高くなると信号搬送路とその途 に存在する電気機器から必然的に電磁放射 て、他の電気機器等に障害を与えるという 題があった。特許文献4によると、電磁放射 をしない電力及び情報の搬送路は、電力線が 同軸ケーブル又は同軸ケーブル状になってお り、同軸ケーブルの内側の導体と外側の導体 にはお互いに位相が反転した通信の電気信号 が流れており、さらに同軸ケーブルの内側の 導体か又は外側の導体には電力供給用の高電 圧大電流が流れている。 そのような搬送路 おいて使用される変圧器において、情報を 送する電気信号が変圧器にさしかかると同 ケーブル又は同軸ケーブル状の情報の配電 搬送路を変圧器を通過する形で確保しなけ ばならない。具体的には柱上変圧器の場合 高圧側と低圧側の静電容量は典型的には1ナ ノファラッドであり、電気信号の伝送波が1 ガヘルツだと1/2πfC=1/2πx10 3 オームのインピーダンスがある。
しかし、PCT/JP2007/52119により提案された発明 おいては電磁放射を防止するためには、同 ケーブル又は同軸ケーブル状のケーブルの 側と外側の2つの搬送路が情報を送る信号搬 に要求される。通常の電力線搬送では外側 シールド部も搬送路として利用するとは考 られていない。

 本発明は、特許文献4に開示された電磁放 射しない情報搬送路において使用される変圧 器についての発明である。

 電気で信号を搬送するあらゆる機器にお て、信号の情報量が多くなると搬送電流の 波数が高くなり障害電波が発生し、電磁干 (EMI)による健康障害への恐れや他の機器に 害を与えていた。本発明は信号搬送路での 磁波放射を防止し、その事により今まで利 できなかった電力線を通信の搬送路として 放するという利点がある。

本発明の実施例1の図である。 何らかの理由で変圧器本体の持ってい 静電容量を追加するための実施例2の図であ る。 本発明の実施例3における変圧器に通信 用電流が入り込まないようにリアクトルフィ ルターを設けた図である。 送信機から位相の反転した電流が受信 に流れる場合、見掛けの電流の空間分布を 慮したうえで送信機から受信側に流れる電 と受信側から送信側に帰っていく電流が空 分布的に完全に相殺すれば電磁波の発生は 止できるが、そのように電流分布を構成で る事を示した図である。

符号の説明

1 通信電流が流れる同軸の高圧側ケーブルの 外側導体
2 電力電流と通信電流が流れる同軸の高圧側 ケーブルの内側導体
3 通信電流が流れる同軸の低圧側ケーブルの 外側導体
4 電力電流と通信電流が流れる同軸の低圧側 ケーブルの内側導体
5 同軸ケーブルの通信用の電流のみが通る外 側の導体同士の間に接続し、変圧器の高圧側 と低圧側の電圧差に耐えることができ、通信 電流に対して低いインピーダンスしか持たな いコンデンサ。
6 同軸ケーブルの電力供給用の電流と通信用 の電流が通る内側の導体同士の間に接続し、 高圧側と低圧側の電圧差に耐えることができ 、通信電流に対して低いインピーダンスしか 持たないコンデンサ。変圧器が所定以上の静 電容量を持つ場合は省略可能。
7 変圧器の高圧側コイル
8 変圧器の低圧側コイル
9 変圧器の鉄心
10 変圧器タンク
11 受信機
12 発信機
13 実施例2において通信電流が変圧器に入る を防ぐリアクトル

信号を搬送する電流は、搬送路を流れていく が搬送周波数が高くなるとその電流が電磁波 の発生源となる。見掛けの電流の空間分布を 考慮したうえで送信機から受信側に流れる電 流と受信側から送信側に帰っていく電流が空 間分布的に完全に相殺すれば電磁波の発生は 防止できる。又は送信側から受信側に位相が 反転した信号を送り出しても効果は同じであ る。
電磁波の物理量は磁束密度Bと電界Eであり、 れは良く知られているように次式で表現さ る。

Aとφはベクトルポテンシャル、スカラーポテ ンシャルと呼ばれるものであり、ベクトルポ テンシャルは電流密度iにより次式であらわ れる。
この式によるとベクトルポテンシャルをゼロ にするには電流密度の和を発生源で見かけ上 ゼロにすればよい事になる。体積微分にダッ シュがついているのは電流密度を積分すると きに光の速度が一定である事により体積を積 分する時間が変わる事を強調するものである 。
そこで図4に示すように電力線に通信電流を す場合、電力線を同軸ケーブル又は同軸ケ ブル状にして通信電流が内側の導体と外側 導体とそれぞれに通信電流が反対方向(位相 反対の電流)が流れるようにすればよい。  た、数式3において、その電流密度が相殺さ れるものであれば同軸でなくても構わない。 そのようなシステムにおいて、配電線の途中 に設置されるであろう変圧器は、電力用の電 圧に対しては絶縁破壊せず堅牢に作られなけ ればならない反面、通信を搬送する電流に対 してはこれを良く通す必要がある。
つまり、50ヘルツや60ヘルツの電力周波数に しては低圧側と高圧側は殆ど完全に絶縁で り、変圧器機能を発揮する一方1メガヘルツ 上の通信電流についてはこれを通過させな ればならない。変圧器の前後の電位差は、 圧側低圧側の変圧比のため、通常低圧側の 十倍の値となる。通信電流しか流れていな 線といえどもこれ高圧側と低圧側の通信線 直接接続することは許されない。そこで、 圧器前後に流れる同軸ケーブル又は同軸ケ ブル状の電力供給でない方の通信電流だけ 流れるもの同士の接続に耐圧コンデンサを う。同軸ケーブル又は同軸ケーブル状の電 を搬送する導体については、変圧器自体に 続されているため、変圧器が固有に持って る静電容量の影響を受ける。しかしその静 容量だけでは通信電流を伝播する静電容量 不足するときは静電容量調整コンデンサを 力電流が流れる導体間に結合する。通信電 が通過できるインピーダンスを(IECが定めた 1mの長さで1mm平方の標準軟銅線の抵抗)0.017オ ムとすると、0.017=1/(2πfC)により0.05マイクロ ファラッド以上ならば実質200メガヘルツの搬 送波に対しては標準軟銅線の抵抗以下である 。 このとき、このコンデンサの50Hzの電力用 の電流に対しては6.3x10 4 オームとなる。2000ボルトの電位差に用いる 40mAとなり、電力搬送に影響を与える値では い。なお、以下の実施例では同軸ケーブル 使用した場合が述べられているが、電流の 間分布が一点に集中する電流に代えられ、 えば、6角形、8角形等の多角形ケーブル等 同軸ケーブル状のケーブルにも適用可能で る。

図1にあるように、変圧器には低圧側導体4 高圧側導体2があり、通信信号は低圧側から 高圧側に、あるいは高圧側から低圧側に通信 を搬送する電流が通過する。その際、変圧器 コイルの低圧側と高圧側が、固有の静電容量 、典型的には1ナノファラッドを持っている で普通は通信搬送信号が通過できない。し し構造上又は材質上の理由でその50倍の0.05 イクロファラッドの静電容量をコイル自身 持つ場合もありうる。この実施例では変圧 コイルが所定以上の静電容量を持つ場合と る。電力を搬送する導体として同軸ケーブ の内側の導体2,4が利用されている。 同軸ケ ーブルの外側の導体1,3は電力を搬送する導体 とは絶縁されている。導体1,3には直接電力用 電流が流れることはない。1から3へ通信用電 を通過させるために、メガヘルツオーダで インピーダンスが低いコンデンサ5を用いる 。但しこのコンデンサは低圧側の電圧と高圧 側の電圧の差に対して充分絶縁、たとえば10k V以上の絶縁耐力をもつものにする。通信用 電流が流れる同軸ケーブルの外側導体は高 側と低圧側を0.05マイクロファラッド以上の ンデンサで接続する。コンデンサ5を通過し た後は同軸ケーブルになっていても図に示す 構造では外側導体に流れる通信用の電流の空 間的積分と内側導体に流れる通信用の電流の 空間的積分が打ち消しあう事がない。そこか らは電磁波が放射されるのは避けられない。 そこで、通常金属導体の変圧器タンク10の中 低圧側から高圧側へあるいは高圧側から低 側への通信用電流のコンデンサ5による橋渡 しを行う。

図2について説明すると実施例1と同じように 圧器に低圧側導体4と高圧側導体2があり、 信信号は低圧側から高圧側に、あるいは高 側から低圧側に通信を搬送する電流が通過 る。その際、変圧器コイルだけでは充分な 電容量がない場合がある。その場合変圧器 イルの静電容量を補完する意味でコンデン 6を設けて通信信号の橋渡しとしては利用す 。
このコンデンサも絶縁耐力が高圧側と低圧側 の電位差より充分あり、かつ静電容量が0.05 イクロファラッド以上である事が望ましい

図4について説明すると実施例1と同じよう 変圧器に低圧側導体4と高圧側電線2があり 通信信号は低圧側から高圧側に、あるいは 圧側から低圧側に通信を搬送する電流が通 する。その際、変圧器コイルを何らかの理 でコンデンサとして利用できない場合が発 する。たとえば低圧側の2本がそれぞれ同軸 ーブルで通信機能を担っている場合は変圧 本体への通信信号の混入は2本の通信の混信 を招く。その場合には同軸ケーブルの内側の 電力を担うケーブルにはリアクトルなどのフ ィルターをつける。50から60ヘルツの電力用 流に対してはリアクタンスを0.017オーム以下 とするにはそのインダクタンスはL<0.017/(2x3 .14x50)(H)すなわち0.54x10のマイナス5乗ヘンリー でありこのリアクトルは200メガヘルツ以上の 通信に対しては1キロオームのリアクタンス 有する。同軸ケーブルの電力用電流が通る 路には0.05マイクロファラッド以上のコンデ サを低圧側から高圧側に橋渡しし、高周波 通信電流の流路とする。但しこのコンデン は低圧側の電圧と高圧側の電圧の差に対し 充分絶縁をもつものとする。さらに通信用 電流が流れる同軸ケーブルの外側導体は高 側と低圧側も0.05マイクロファラッド以上の コンデンサで結合する。