(57)【要約】【課題】光回線を接続する通信機器の雷害の発生頻度を減少させるとともに、より低コストで雷サージ保護回路を提供する。【解決手段】外部から引き込む通信回線が光回線の通信機器３１の雷サージ保護回路３２、３３であって、当該雷サージ保護回路の避雷器３２、３３の電流耐量は、配電線に発生する雷サージ電流の1/10である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から引き込む通信回線が光回線の通信機器の雷サージ保護回路であって、
当該雷サージ保護回路の避雷器の電流耐量は、配電線に発生する雷サージ電流の1/10であること
を特徴とする雷サージ保護回路。
【請求項２】
請求項１記載の雷サージ保護回路であって、
電源線と電話ポート間に設置された雷サージ保護回路であること
を特徴とする雷サージ保護回路。
【請求項３】
請求項１記載の雷サージ保護回路であって、
電源線とイーサポート間に設置された雷サージ保護回路であること
を特徴とする雷サージ保護回路。
【請求項４】
請求項１記載の雷サージ保護回路であって、
電源線と電話ポート間、および前記電源線とイーサポート間に設置された雷サージ保護回路であること
を特徴とする雷サージ保護回路。
【請求項５】
外部から引き込む通信回線が光回線の通信機器の雷サージ保護回路の設計方法であって、
当該雷サージ保護回路の避雷器の電流耐量を、配電線に発生する雷サージ電流の1/10とすること
を特徴とする雷サージ保護回路の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷等により発生する雷サージ電流から電子機器や設備を保護する雷サージ保護技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般住宅やビル内に設置する電話機等の通信機器は、電源線や通信線からの雷サージにより機器が故障することがあり、その対策として電源線および通信線に雷サージ保護回路が設置されている。特に通信線がメタル（金属線）の場合は、雷サージが電源線から通信線、通信線から電源線へ流れるため、雷サージ保護回路が必要となる。非特許文献１には、電気製品の落雷に関する被害および対策について記載されている。 
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“電気製品への落雷”、［online］、［平成２２年３月１２日検索］、インターネット＜URL:http://www.kaminari.gr.jp/rakurai/denka.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、通信回線がメタルから光ファイバ（光回線）に置き換わりつつあり、雷サージの流出入経路として電源線のみとなる通信機器が増加している。このような光ファイバを通信回線として使用する通信機器は、雷サージが電源線から侵入しても流出する経路がないため、雷サージによる被害はほとんど発生しないと考えられてきた。しかし、フィールドにおいて光ファイバを接続する通信機器の雷故障の発生率は、考えられていたほど小さくはないことが報告されている。
【０００５】
しかしながら、光ファイバを通信線として使用する通信機器では、雷サージによる故障が発生するとは考えられていないため、雷サージ保護回路を設置していない通信機器がほとんどである。また、光ファイバを使用した一部の通信機器では雷サージ保護回路を設置している装置もあるが、当該雷サージ保護回路の設計は、従来の屋外から引き込まれる通信回線がメタルの場合の雷サージ保護回路の設計に従ったものである。光ファイバを通信回線とした雷サージ保護回路の設計については、存在しない。
【０００６】
このように、光ファイバを接続する通信機器において、雷害が発生する可能性があるにもかかわらず、未対策であるか、または対策されていても適切な設計の雷サージ保護回路が用いられていないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光回線を接続する通信機器の雷害の発生頻度を減少させるとともに、より低コストで雷サージ保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、外部から引き込む通信回線が光回線の通信機器の雷サージ保護回路であって、当該雷サージ保護回路の避雷器の電流耐量は、配電線に発生する雷サージ電流の1/10であること、を要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、電源線と電話ポート間に設置された雷サージ保護回路であること、を要旨とする。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、電源線とイーサポート間に設置された雷サージ保護回路であること、を要旨とする。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、電源線と電話ポート間、および前記電源線とイーサポート間に設置された雷サージ保護回路であること、を要旨とする。
【００１２】
請求項５記載の本発明は、外部から引き込む通信回線が光回線の通信機器の雷サージ保護回路の設計方法であって、当該雷サージ保護回路の避雷器の電流耐量を、配電線に発生する雷サージ電流の1/10とすること、を要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光回線を接続する通信機器の雷害の発生頻度を減少させることができるとともに、より低コストで雷サージ保護回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】雷害のメカニズムを説明するための説明図である。
【図２】低圧配電線に発生する雷サージ電流の波頭長と、低圧配電線に発生する雷サージのエネルギーに対する通信機器同士を結ぶ通信線に侵入するエネルギーの割合の関係を示す図である。
【図３】電源線と電話ポート間に挿入された雷サージ保護回路を示す図である。
【図４】電源線と電話ポート間に挿入された雷サージ保護回路を示す図である。
【図５】電源線とイーサポート間に挿入された雷サージ保護回路を示す図である。
【図６】電源線とイーサポート・電話ポート間に挿入された雷サージ保護回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、外部から引き込む通信回線が光回線の場合の通信機器の雷故障メカニズムを、図１を用いて説明する。図１は、一般の住宅における光回線（光ファイバ１２）を利用した機器の配線系である。低圧配電線１１は、一般的に単相3線で引き込まれており、電力量計１を介して引き込み口の分電盤２で単相2線（相A、相B）として家屋内に配線される。光回線機器の単相2線の電源を用い、家屋内で各通信機器（ルータ３、PC４、TEL、FAX等）を、内線５（通信線）で接続している。また家電機器も接続され、その中には保安用接地を接続する機器（洗濯機６、温水器、エアコン等）もある。
【００１６】
図１において、雷サージ電流が低圧配電線１１から侵入した場合、洗濯機６内の避雷器（不図示）が動作し、相Bの系を通って雷サージ電流が地面に放流する。このとき、相Bの配電線のインピーダンスにより電位降下が生じ、これによって相A−相B間に電位差が発生する。この電位差が通信機器の内線インタフェースの過電圧耐力を超えた場合、ルータ３とPC４をつないでいる内線５に雷サージ電流が流れ、ルータ３とPC４を破壊するというメカニズムで雷害が発生する。
【００１７】
このような雷害を回避するために、本実施形態ではルータ３やPC４などの通信機器の電源ポート（相A、相B）と、内線ポート５と間に、雷サージ保護回路を設置する。
【００１８】
次に、本実施形態の雷サージ保護回路の設計について説明する。
【００１９】
図２は、低圧配電線１１に発生する雷サージ電流の波頭長と、低圧配電線１１に発生する雷サージエネルギーに対する通信機器３、４同士を結ぶ通信線（内線５）に発生する雷サージエネルギーの割合と、をコンピュータ・シミュレーションによって計算した結果である（図１参照）。
【００２０】
なお、図２では、図１に示す相Bのケーブルの長さが10m、20mおよび50mのそれぞれの場合について、算出している。前述の雷害発生のメカニズムで説明したように、この雷害は電力線（相B）のインピーダンスによる電圧降下に起因するが、このインピーダンスは電力線（相B）のケーブルの長さで変化する。そのため、様々な家屋に十分対応可能となるように、電力線のケーブル長が50mの場合まで示している。
【００２１】
横軸は、低圧配電線１１に発生する雷サージ電流の波頭長を示す。縦軸は、低圧配電線１１に発生する雷サージ電流のエネルギーに対する通信機器同士を結ぶ通信線（内線５）に侵入する雷サージ電流のエネルギーの割合をそれぞれ示している。
【００２２】
図２の各グラフ２１、２２、２３からは、縦軸のエネルギーと横軸の雷サージ電流の波頭長との間で、線形的な反比例の関係にあることがみてとれる。ここで、一般的な低圧配電線１１に発生する雷サージ電流の波頭長は2us〜10usである。図２では、この雷サージ電流の波頭長が2us〜10usの区間については、コンピュータ・シミュレーションによる計算結果を示していない。しかしながら、各グラフ２１、２２、２３の線形性より、一般的な低圧配電線１１に発生する雷サージ電流の波頭長である2us〜10usにおけるエネルギー比は、ほぼ10%以下であることがわかる。
【００２３】
これにより、本実施形態では、一般住宅に引き込まれる低圧配電線１１に発生する雷サージエネルギーの1/10の雷サージ電流を流せる避雷素子（避雷器）を用いた雷サージ保護回路を構成することとする。
【００２４】
なお、図２に示すケーブル長が50mのグラフ２１において、雷サージ電流の波頭長が2us〜10usの区間では、線形性により推測されるエネルギー比は、10％をわずかに超えてしまう。しかしながら、一般的に屋内に配線される電力線（相B）のケーブル長が50mとなることはほとんどないため、本実施形態の避雷素子は、低圧配電線１１に発生する雷サージエネルギーの1/10の雷サージ電流を流せるものとする。
【００２５】
このように、本実施形態では、通信機器の家屋内の配電線間に発生する電位差により屋内通信線（内線５）に発生する雷サージ電流のエネルギーは、家屋に引き込まれる配電線から侵入する雷サージ電流のエネルギーのほほ10%以下であることを解析し、これにより、屋外から引き込まれる通信回線が光回線の場合の通信機器に適した雷サージ保護回路を設計することができる。
【００２６】
すなわち、屋外から引き込まれる通信回線がメタルの場合の雷サージ保護回路を、通信回線が光回線の場合の雷サージ保護回路として用いた場合には、避雷素子は過電流耐量が過大であり、そのため雷サージ保護回路のコストが過剰にかかってしまう。これに対し、本実施形態では、通信回線が光回線の場合の通信機器に適した雷サージ保護回路を設計することにより、より低コストで雷サージ保護回路を設置することができる。
【００２７】
以下、本実施形態の雷サージ保護回路について、図３から図６を用いて説明する。本実施形態の雷サージ保護回路は、外部から引き込む通信回線が光ファイバーなどの光回線を使用した通信機器（ルータ、PC、TEL、FAX等）の雷サージ保護回路である。
【００２８】
図３は、通信機器３１の電源線と、電話ポートとの間に設置された雷サージ保護回路を示したものである。図示する雷サージ保護回路は、バイパスアレスタ法により、電源線と電話ポートとの間に避雷器３２、３３を挿入している。雷サージが侵入したときに、通信機器３１の内部回路に電圧が発生することを防止するために、避雷器３２、３３が電源線と電話ポートを結ぶような構造をしている。これにより、雷サージは、通信機器３１の内部回路に入らずに、避雷器３２、３３の方の回線をバイパスする。なお、図３に示す電源線と電話ポートは、図１の相A（または相B）と内線５にそれぞれ相当する。
【００２９】
また、本実施形態では、図２で説明したように、避雷器３２、３３の避雷素子の電流耐量を、配電線に発生する雷サージ電流の1/10とする。すなわち、本実施形態では、配電線に発生する雷サージ電流の1/10の電流耐性を有する避雷器３２、３３を雷サージ保護回路として取り付ける。
【００３０】
なお、雷サージ保護回路は、図３に示すように避雷器３２−避雷器３３間が単に接続されている場合と、図４に示すように避雷器３２−避雷器３３間で接地されている場合の両方が考えられる。
【００３１】
図５は、通信機器５１の電源線と、イーサポートとの間に設置された雷サージ保護回路を示したものである。図示する雷サージ保護回路は、バイパスアレスタ法により、電源線とイーサポートとの間に避雷器５２、５３を挿入している。雷サージが侵入したときに、通信機器５１の内部回路に電圧が発生することを防止するために、避雷器５２、５３が電源線とイーサポートを結ぶような構造をしている。これにより、雷サージは、通信機器５１の内部回路に入らずに、避雷器５２、５３の方の回線をバイパスする。なお、図５に示す電源線とイーサポートは、図１の相A（または相B）と内線５にそれぞれ相当する。
【００３２】
図示する避雷器５２、５３の避雷素子の電流耐量は、配電線に発生する雷サージ電流の1/10とする。すなわち、配電線に発生する雷サージ電流の1/10の耐性を有する避雷器５２、５３を雷サージ保護回路として取り付ける。なお、図示する雷サージ保護回路は、図４のように避雷器５２−避雷器５３間で接地されていてもよい。
【００３３】
図６は、通信機器６１の電源線と、電話ポートおよびイーサポートとの間に設置された雷サージ保護回路を示したものである。図示する雷サージ保護回路は、バイパスアレスタ法により、電源線と電話ポートおよび電源線とイーサポートとの間に避雷器６２、６３、６４を挿入している。雷サージが入ってきたときに、通信機器６１の内部回路に電圧が発生することを防止するために、避雷器６２、６３、６４が電源線と電話ポート、および電源線とイーサポートを結ぶような構造をしている。これにより、雷サージは、通信機器６１の内部回路に入らずに、避雷器６２、６３、６４の方の回線をバイパスする。
【００３４】
また、図示する避雷器６２、６３、６４の避雷素子の電流耐量は、配電線に発生する雷サージ電流の1/10とする。すなわち、配電線に発生する雷サージ電流の1/10の耐性を有する避雷器６２、６３、６４を雷サージ保護回路として取り付ける。なお、図示する雷サージ保護回路は、図４のように避雷器６２−避雷器６３−避雷器６４間で接地されていてもよい。
【００３５】
なお、図３から図６の全ての場合において、雷サージは電源側、電話ポート側、イーサポート側のどの経路からでも侵入してくる可能性があることから、避雷器はそれぞれのポートにつける必要がある。
【００３６】
以上説明した本実施形態では、雷サージ保護回路を設けることにより、光回線を接続する通信機器の雷害の発生頻度を大幅に減少させることができる。すなわち、光回線を接続する通信機器の雷サージによる故障率が低減し、通信装置の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、雷サージ保護回路の避雷器の電流耐量を最適に設計することにより、より低コストな雷サージ保護回路を提供ですることができる。すなわち、雷害対策コストの削減が可能となる。さらに、通信機器の雷害の発生を抑制できることから、雷害に関わる保守費用の削減も期待できる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【符号の説明】
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１：電力計
２：分電盤
３：ルータ
４：ＰＣ
５：ルータとＰＣを接続するための通信線（内線）
６：洗濯機
１１：低圧配電線
１２：光ファイバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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