(57)【要約】【課題】  電気機器間のデータ通信を行うために電力線を利用する通信方式が用いられる。通信用のキャリア信号が、電力線から電力供給を受ける電気機器が持つ高調波フィルタリング機能に吸収されて通信の不安定現象を引き起こすことがある。これを解決して安定した通信方法を提供する。【解決手段】  電力線のうち特定の１相は接地相として大地に接地される。電力線から供給を受ける２以上の電気機器間で、接地相と大地の間に構成される閉回路を利用して通信用信号を発生させデータの送受信を行う。電力線の各相間を対象とした高調波対策の影響を直接受けないことから安定したデータ通信が可能となる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ送信装置、データ受信装置、電力線、電力線接地器および大地からなるデータ送受信装置において、データ送信装置が、電力線、電力線の接地器および大地からなる電気回路に送信データの電気信号を注入し、データ受信装置が該電気信号を検知してデータの復元生成を行うデータ送受信の方法。
【請求項２】
データ送信装置、データ受信装置、電力線、ブレーカー、容量性の要素から構成される電力線接地器および大地からなるデータ送受信装置において、データ送信装置が、電力線、電力線の接地器および大地からなる電気回路に送信データの電気信号を注入し、データ受信装置が該電気信号を検知してデータの復元生成を行うデータ送受信の方法。
【請求項３】
請求項１から請求項２に記載する方法を使用する装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電力線を媒介して、電気機器等の間でデータ伝送を行う方法と装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
ビルや工場、さらには一般の家庭の中などには、電力線から電力の供給を受けて作動する照明機器や空調機器、厨房用機器などの電気機器が多く存在する。
最近はこれらの電気機器を対象に、エネルギー診断や省エネ運転を目的として電気機器の状態を特定の場所から集中して監視や設定操作を実施する機能が望まれる様になってきた。ビルや工場では例えば専用の電気室が設けられ、また家庭の中では居間などに専用のパソコンや操作パネルが設けられて、集中監視が行われる（以下では、これらの集中監視する場所を監視センターという）。
【０００３】
このため、最近の多くの電気機器には、通信機能を内蔵させて監視センターなどとの間で、データの交換を行う機能を持った製品が販売されている。この場合、監視センターには電気機器の状態をリアルタイムで集中監視するための表示装置や監視制御装置が設けられ、ここでは電気機器の消費電力や故障発生情報等を含む装置の稼動状態を示すデータを収集し、電気機器の電源入り切りや出力の変更設定の操作が行われる。
【０００４】
データ交換のための通信手段として、電力線を用いて通信を行う方式で一般には電力線搬送通信方式（以下、ＰＬＣ方式という）と呼ぶ機能を持つ装置が実用化されている。これは、電力線を通じて供給を行う電力の電圧波（以下、基本波という）に、信号送信部で送信データに対応する特定の通信用信号を発生し重畳させ、信号受信部では重畳された信号を基本波から通信用信号を分離し、データを抽出する方法により装置換の通信を行う方法である。
【０００５】
この方式によれば、既に設けてある電力線を用いることにより特別な通信線を設けることなく装置間のデータ交換が可能になることから、簡便な通信方式として実施されている。
しかしながら、ＰＬＣ方式には、使用する場所や環境条件により通信の安定性に重大な支障が発生する場合があることが知られている。使用する環境によっては、通信そのものが機能しないこともある。
本発明は、電気機器とセンター装置間の通信のために電力線を用いるという利点を維持しつつ、安定して通信を実施することを特徴とする通信方式に関するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ウィキペディア  フリー百科事典    電力線搬送通信
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＰＬＣ方式が、使用する場所や環境条件により通信の安定性に重大な支障が発生する原因の多くは以下の理由によることが知られている。
これは、ＰＬＣ方式では、通信に使用する信号搬送が基本波に比較して高い周波数を持つ信号搬送波が使用されることに起因する。
最近の一般家屋などで使用される電気機器には高調波を発生するものがある。またインバータ等の多くの高調波発生源を持つ機器では、電気機器に高調波フィルタリング機能を内蔵するものも多くなってきている。これは、電気機器が機器の内部で発生させる高調波を外部に流出させない様にするための対策をとっているためである。高調波が電力を供給する電力系統側に流れ出ることは電力系統に悪影響を及ぼすことになるからである。
【０００８】
一方、ＰＬＣ方式における搬送用信号を重畳する電力線にはこれらの電気機器が共に接続されており、ここではＰＬＣのデータ伝送機能が発生する搬送波信号は、電気機器が発生する高調波と区別することが難しく、結果として信号搬送波と電気機器が発する高調波の区別が困難となることや、電気機器が持つ高調波流出防止用のフィルタリング機能により、通信の目的とする受信装置に届くまでに減衰してしまうという、現行のＰＬＣ方式にはその仕組み上、多くの避けがたい難点がある。
【０００９】
通信の不安定性は、電力線に接続される電気機器の起動や停止操作に伴って変動する電気機器のフィルタリング機能活殺の影響を受け、ＰＬＣ搬送信号の減衰量の変動を引き起こすことが大きな要因のひとつにもなっている。
一方、電力線を用いて電力装置間のデータ伝送を行うという利点を生かしつつ、かつ安定してデータ伝送を実施することを可能とする方式の実用化が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般に、電力系統側から供給される高圧の電力は、ビルや工場などの建物に設けられる受電用変圧器で低圧に変電されて建物内に設けられる電力線を介して電気設備に供給される。ここでは受電用変圧器の二次側すなわち負荷側は、デルタ結線と呼ばれる電気的中性点が直接現れない構成の３相３線式と呼ばれる方式が主流となっている。このため、この様なデルタ結線方式の電力供給線では、通常はＲ、Ｓ、Ｔと呼ばれる３相の中の特定の１つである、たとえばＳ相と呼ばれる電力線が保安のため設置されている。
【００１１】
また、一般住宅向けの電力は、柱上に設けられる変圧器で高圧から低圧に変電して住宅に供給される方式が大部分である。ここでは、単相３線式と呼ばれ、電気的中性点である１線が、柱上の変圧器部で接地された状態で住宅に供給されている。
超高圧系と呼ばれる電圧になると、スター結線と呼ばれ電気的中性点をもつ３相４線式の方式がとられ、ここでは中性点の線が設置されている。
【００１２】
いずれの方式でも、電力線には接地線が設けられており、接地線と大地がそれぞれの固有の抵抗値を持ちながらも接触する構成となる。すなわち、電力線に接続されるすべての電力機器は、電力線が本来持つ電力供給のため回路とは別に、電力供給線の設置線部と大地間で独立した回路を構成するものと見ることができる。ここで発生させる電気信号は、いわゆるＰＬＣ通信で問題となる電力線の各相間の高調波の原因にもならず、したがって、電力線に設置される相間を対象とする高調波対策用のフィルタリング機能の対象ともならない。このため、電力線の電力供給機能には影響を及ぼさないで、安定した通信機能が担保されるものと考えられる。
【００１３】
いま、電力線から供給を受ける２つの電気設備があるとして、一方を設備監視装置として、もう一方を監視対象の装置とするケースを想定する。ここでは、両方の装置には同一の設置線を持ち、各々の装置の接地抵抗を持つ接地器を介して大地との間に、閉じた回路を構成する。ここで、監視制御装置から閉回路に電流を発生させれば、監視対象装置では信号として検知することができる。監視対象装置で発生させる電流は、監視制御装置でも検知することができる。送信データの値に応じた電気信号を発生させれば、データ通信ができるという訳である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力線を利用する電気設備間の通信が、安定して可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の設備データを配信するシステムの構成例を示す図
【図２】電気信号とデータの関係を示す例の図
【図３】通信用データの構成例を示す図
【図４】ブレーカーで電源側と分離される負荷側電力線を利用する構成例を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、建物設備の受電用として最も一般的に使用されるデルタ結線方式のもとで設備の状態を監視制御するための装置を用いた、本発明の構成例である。これは、高圧の受電変圧器１０、低圧配電線１１、１２、１３、接地抵抗を持つ接地線１４、監視制御側通信装置２０、監視制御装置２７、設備側通信装置３０および監視対象設備３７より構成される。
【００１８】
監視制御側通信装置２０は、信号送信部２４、信号受信部２１、送信データ２３、受信データ２２、信号検出部２５および接地抵抗を持つ接地線２６より構成される。設備側通信装置も同様に、信号送信部３４、信号受信部３１、送信データ３３、受信データ３２、信号検出部３５および接地抵抗を持つ接地線３６より構成される。  
【００１９】
低圧配電線は、Ｒ相１１、Ｓ相１２、Ｔ相１３の各線路より構成されている。ここでいう受電変圧器１０の高圧側の電圧帯は、通常は、６．６ＫＶのほか、２２ＫＶ、３３ＫＶが用いられるが、本発明では電圧の値は何でもよく、特にこれらに制約されるものではない。また、変圧器低圧側の電圧帯も４００Ｖまたは２００Ｖが用いられるが、ここでも対象とする電圧の値は何でもよい。
【００２０】
ここで、監視制御装置２７から監視対象設備３７に制御信号を送る場合の動作について説明する。監視制御装置２７から監視制御装置側通信装置２０の送信データ２３に送信データを通知すると信号送信部２４が、接地抵抗を持つ接地線２６、接地相配電線１２、設備側通信装置３０の接地抵抗を持つ接地線３６及び大地の間で循環電流を発生させ、送信データ２３の値に応じた変化を、設備側通信装置３０の信号検出部３５に伝える。信号検出部３５でとらえた電流の変化は、信号受信部３１でデータに復元されて受信データ３２を生成し、監視対象設備３７に通知される。
【００２１】
監視対象設備３７から監視制御装置２７に設備状態を示すデータなどを通知する場合には、監視対象設備３７から設備側通信装置３０の送信データ３３に送信データを通知すると信号送信部３４が、接地抵抗を持つ接地線３６、接地相配電線１２、監視制御側通信装置２０の接地抵抗を持つ接地線２６及び大地の間で循環電流を発生させ、送信データ３３の値に応じた変化を、監視制御側通信装置２０の信号検出部２５に伝える。信号検出部２５でとらえた電流の変化は、信号受信部２１でデータに復元されて受信データ２２を生成し、監視制御側装置２７に通知される。
【００２２】
上記では、３相３線式の電力線を使用するケースについて説明したが、本発明は、単層３線式や３相４線式の電力線における接地線を使用するケースについても同様に適用できることはいうまでもない。
【００２３】
なお、ここで監視制御側通信装置２０の信号送信部２４または設備側通信装置３０の信号送信部３４が、電気的変化を利用して、設備側通信装置３０の信号受信部３１または監視制御側通信装置２０の信号受信部２１にデータを配信する一般的な方法の例について、図２を用いて説明する。
【００２４】
これは、シリアル通信方式と呼ばれ広く使用されている方式である。配信対象のデータがたとえば８ビットで構成されるとした場合には、先頭にスタートビットを付加し、次に目的のデータを８ビット並べ最後にパリティーとストップビットを付加して通信用データ４２を構成する。これらを１ビットずつ一定の時間間隔をおいて順次取り出し、グランド電位（４０）と呼ばれる中性点を基準にして、各ビット値に応じた電気信号であるハイレベルまたはローレベルに変換して送出する。
【００２５】
この様子を示すのが信号波形（４１）である。一方信号受信部では、スタートビットを検知すると共に、連続する電気信号のハイレベルまたはローレベルを一定の時間間隔ごとに取込みハイレベルまたはローレベルに応じて、０または１の値のビットデータ列に変換する。最後にパリティーとストップビットが決められた値になっていることを確認してデータ受信を完了する。
【００２６】
上記では、電気信号のハイレベルとローレベルを使用してデータを送る方法について説明した。利用する環境によっては、ノイズの影響を避けるために、搬送波を使用するほうが有利な場合もある。たとえば、FM変調方式と呼ばれ、固有の周波数信号を２種設け、送信データの１または０のビット値に応じた周波数の搬送波の信号を発生させて相手側に通知する方式や、位相変調方式と呼ばれる同一周波数の搬送波信号の位相を送信データの１または０のビット値に応じて変化させて相手側に通知する方式により、データを配信する方法である。
【００２７】
本発明は、これらの搬送波の種別に制約されるものではなく、どのような搬送波でも構わないし、通信の方式に依存するものでもないことは言うまでもない。
図３は、データ通信機能を利用して監視制御側通信装置２０と設備側通信装置３０の間で交換される設備データの構成例を示す。すなわち、３以上で構成される装置間でデータ交換を行うためには、装置間で交換するデータのほか、配信先の装置を示すための機器を示す機器アドレスが必要になる。これはその例を説明したものである。
【実施例２】
【００２８】
図４は、ブレーカーの負荷側電力線を利用する方法で通信装置間の信号授受をより確実に行うことを目的とする構成例である。ブレーカーは負荷側で短絡事故などに伴う過負荷を検出すれば電源側と負荷側を速やかに分離する機能を持つ。
【００２９】
このブレーカーには通常リアクタンス成分が含まれていることから、商用の周波数に比して高い周波数の信号には大きな抵抗となる性質を有している。ここではこの性質を利用して、ブレーカーの負荷側に設ける通信装置間に高い周波数の信号を使用して、この信号授受を効率よく行うことを目的とするものである。
【００３０】
ここでは、図１の構成を基にして、変圧器１０に替えてブレーカー５０を設け、接地抵抗を持つ接地線２６ならびに接地抵抗を持つ接地線３６に替えて、容量性成分を持つ接地線５１ならびに容量性成分を持つ接地線５２を設ける。
【００３１】
ここでは、ブレーカー５０があることにより、通信装置間で交換する信号が、ブレーカー５０の電源側にある接地抵抗を持つ接地線１４には流れにくくなる一方、周波数の高い信号を利用することにより、容量性成分を持つ接地線５１ならびに容量性成分を持つ接地線５２の見かけ上の抵抗が少なくなる。        
【００３２】
したがって、ここでは通信装置間の信号は、電源側にある接地抵抗を持つ接地線１４に替えて、電力線１２と大地の間で、容量成分を持つ接地線５１ならびに容量成分を持つ接地線５２を介して構成される閉回路を流れることから、通信装置間の信号授受を効果的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施例として、ビルや工場等の建物設備の屋内に設けられる電気機器を屋内の電力線を使用して監視操作する実施形態を図示して説明したが、本発明のデータ通信方式は、例えば、発電所や変電所間などの設けられる電力線を使用してデータ通信を行うところにも適用することができる。一般家庭用の電力線を使用するところにも利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  受電変圧器
１１  低圧配電線Ｒ相
１２  低圧配電線Ｓ相
１３  低圧配電線Ｔ相
１４  接地抵抗を持つ接地線
２０  監視制御側通信装置
２１  信号受信部
２２  受信データ
２３  送信データ
２４  信号送信部
２５  信号検出部
２６  接地抵抗を持つ接地線
２７  監視制御装置
３０  設備御側通信装置
３１  信号受信部
３２  受信データ
３３  送信データ
３４  信号送信部
３５  信号検出部
３６  接地抵抗を持つ接地線
３７  監視対象設備
４０  グランド電位
４１  信号波形
４２  通信用データ
５０  ブレーカー
５１  容量性成分を持つ接地線
５２  容量性成分を持つ接地線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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