JPH0145816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、商用電源を使用する通信装置の雷サ
ージ防護回路に関するものである。

従来、商用電源を使用する通信装置の雷サージ
防護回路には第１図に示す回路構成が用いられて
きた。図において１，２，１′，２′は通信線、
３，４は線路のサージインピーダンス、５は加入
者保安器、６，７は加入者ヒユーズ、８は放電形
避雷器、９は加入者保安器の接地サージインピー
ダンス、１０は通信装置、１１は電源トランス、
１２は商用電源線間のサージを吸収するバリスタ
等の避雷器、１３，１４は商用電源線、１５は柱
上変圧トランス、１６は柱上変圧トランスの接地
サージインピーダンスである。加入者保安器５は
雷サージが通信線１，２から侵入すると放電形避
雷器８が動作し、サージ電流を大地に放流し、通
信線１′，２′が高電位になるのを防止している。
しかし、通信線１′，２′の電位は近似的に雷サー
ジ電圧を線路のサージインピーダンス３と４を並
列接続した抵抗値と接地のサージインピーダンス
９の抵抗値とで分圧した程度の電圧になるため、
接地のサージインピーダンス９の抵抗値が大きく
なつた場合や、通信線が多数になり、線路のサー
ジインピーダンスが低くなつた場合には、通信線
１′，２′の電位は放電形避雷器８の動作にもかか
わらず高電位に上昇することがある。

一方、商用電源線１３，１４は柱上変圧トラン
ス１５から分配されているが、該トランス１５は
自ら片側を接地している。従つて、通信線１′，
２′の電位が上昇すると商用電源線１３，１４と
の間には高電圧が発生することになる。このため
従来は電源トランス１１の１次、２次間の耐圧を
高くするなどして対応してきた。しかし、電源ト
ランス１１の高耐圧化には限界があり、耐圧オー
バーによつて通信装置１０内をサージ電流が流れ
該通信装置１０が破壊するなどの障害が問題にな
つている。

商用電源を使用する通信システムにおいて、雷
によつて生ずるサージには以下のものがある。

(1) 通信線に雷サージが誘起し、通信線・大地間
が高電圧になる場合： この電圧は、通信システムを使用する人を介
して大地に流れようとするため、人体保護の面
から保安器を設置し、このサージを大地に効率
よく流し通信線の電圧を下げる工夫が必要であ
る。

(2) 電源線に雷サージが誘起し、電源線・大地間
が高電圧になる場合： 通信線と電源線の差はあるが、対策は(1)と同
様である。

(3) 通信線と電源線の間が高電圧になる場合： 通信線と電源線（電源回路）は通信装置の電
源トランスなどで分離されている。従つて、通
信線と電源線に同時に同じ電圧が誘起しない限
り、通常は通信線または電源線にサージが侵入
すると通信回路と電源回路との間に電圧が生ず
る。この電圧が低ければ、電源トランスなど回
路を分離している絶縁部で電圧を遮断できる
が、雷サージではこの電圧が数1000Vにも達す
ることがあるため、絶縁部は破壊され易い。こ
の場合、通信装置には大きなサージ電流が流れ
るため、通信装置自体が破壊されることとな
る。

(4) 複数の通信線間が高電圧になる場合： 複数の通信線が異なつた経路で配線されてい
る場合、落雷によつて各回路に誘導される電圧
は異なるため回線間には高電圧が発生する。

また、各回線には従来、加入者保安器が設置さ
れているが、多くは放電形避雷器を用いているた
め、動作電圧にはばらつきが大きい。仮に各回線
に同電圧のサージが侵入しても、動作がばらつく
ことによつてスパイク状の電圧が回線間に発生す
ることになる。例えば、ある避雷器が900Vで動
作し、次の避雷器が約１ｍsec後れて1000Vで動
作した場合、（900〜1000V）×１ｍsecのサージが
発生する。

(1)については、第１図に示すように従来、加入
者保安器が設けられている。(2)については、バリ
スタなどの過電圧制限素子を電源線と大地の間に
設ける方法が効果的である。しかし、(3)について
は、本発明以前には、雷サージによる通信装置の
障害が重要な問題として採り上げられることが少
なかつたことも理由と思われるが、適当な防護回
路は見当たらない。

本発明の目的は、これらの欠点を除去し、とく
に上述した(3)の通信線・電源線間のサージ、及び
(4)の線間サージを吸収するため、従来の加入者保
安器に対応する回路に加えて通信線と商用電源線
間の電位差を一定電圧下に制限する回路を併用
し、通信装置を破壊から防護することにある。以
下実施例について詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例である。放電形避雷
器８としては、たとえば放電形２極避雷器８−
１，８−２の他、第３Ａ図に示すこれらを一体化
した放電形３極避雷器２０や第３Ｂ図に示す半導
体電圧制限素子２１たとえばバリスタ２１−１，
２１−２を用いることも可能である。第３Ａ図の
放電形３極避雷器の場合も、本発明では２極避雷
器と同じく、１極を通信線に接続し、一体化され
た他極は共通に接続されたものと同等であること
を意味する。これら各素子等からなる図で破線で
囲んだ部分５′を本発明の１次防護回路と呼ぶこ
とにする。１７は、たとえば放電形２極避雷器１
７−１，１７−２又は第３Ａ図に示した放電形３
極避雷器２０からなる放電形避雷器、１８，１９
は半導体電圧制限素子たとえばバリスタである。
本発明では該避雷器およびバリスタ等からなる破
線で囲んだ部分２２を２次防護回路と呼ぶことに
する。まず雷サージが通信線１，２から侵入し、
放電形避雷器８が動作し、接地のサージインピー
ダンス９の電圧降下によつて通信線１′，２′の電
位が上昇すると商用電源線１３，１４との間には
電圧が発生し、この電圧は放電形２極避雷器１７
−１，１７−２の電極ギヤツプとバリスタ１８，
１９の直列回路に印加される。ここで、該避雷器
１７−１，１７−２は通信線に通常印加される電
圧以下では動作せず、かつ、できるだけ低い電圧
で動作するものをまた、バリスタ１８，１９は商
用電源線１３，１４に通常印加される電圧以下で
は動作せずかつ、できるだけ低い電圧で動作する
ものを用いると、該直列回路の動作電圧は、高々
1500V程度になる。該直列回路が動作するとサー
ジ電流は通信線１′，２′から商用電源線１３，１
４及び柱上変圧トランス１５の接地線を介して大
地に流れる。また逆に、商用電源線１３，１４か
ら侵入する雷サージはバリスタ１８，１９および
放電形２極避雷器１７−１，１７−２の直列回路
および放電形避雷器８を介して大地へ流れる。

以上のように本回路では、雷サージが通信線
１，２から侵入した場合でも商用電源線１３，１
４から侵入した場合でも通信線１′，２′と商用電
源線１３，１４との間の電圧は1500Vを大きく越
えることはない。一方、電源トランス１１は、通
常3000V以上の耐圧があるので、電源トランス１
１の耐圧オーバーに起因するような障害は完全に
防止できる。図中、破線で商用電源線１３，１４
に接続される２３は第１図の１２で示すバリスタ
と同様商用電源線１３，１４のサージを吸収する
バリスタであるが、バリスタ１８と１９の直列回
路により該バリスタ２３の機能を果すことも可能
で、この場合該バリスタ２３は省略できる。なお
バリスタ１８，１９の代りに放電形２極避雷器な
どの放電形避雷器を用いても同じ機能を果すこと
ができる。

次に第２図の放電形避雷器１７の替りに半導体
電圧制限素子たとえばバリスタ、双方向定電圧ダ
イオードなどの半導体双方向電圧制限素子を用い
た本発明について述べる。雷サージによる通信装
置の障害は前述のような通信線と大地間、商用電
源線と大地間のサージのみに起因するのではな
く、通信線間のサージによる場合も多い。通信線
間のサージは放電形２極避雷器８−１，８−２の
放電ばらつきにより発生する場合が多い。通信装
置用の放電形避雷器の放電開始電圧は最大1000V
程度ゆえ、最悪の場合、通信線間には最大1000V
程度の電圧が発生する。特に複数の回線（１回線
は２本の通信線から成る。）を使用するボタン電
話機やPBXなどでは通信線も多数になり、これ
ら相互間のサージは複雑である。この場合第２図
のように１７として放電形避雷器を用いたのでは
通信線間、特に回線間のサージを低い電圧に制限
することは難しい。

第４図は、２回線を使用する通信装置において
放電形避雷器１７の替りにバリスタ２７，２８，
２９，３０を用いた本発明の実施例である。この
回路では、通信線１′，２′間のサージはバリスタ
２７と２８の直列回路が制限し、通信線１′，３
１′間のサージはバリスタ２７と２９の直列回路
が制限するというように、任意の通信線間のサー
ジは２つのバリスタの直列回路が制限する。

ここで、各バリスタは、通信に用いられる最大
電圧の1/2以下では不導通状態にあり1/2以上ので
きるだけ低い電圧で導通状態になる特性のものを
用いると、通信線間のサージを低い電圧に制限す
ることができる。因に、電話の場合、通信線間に
印加される最大電圧は約250Vである。そこでバ
リスタ２７，２８，２９，３０として130V以下
では不導通200V以上で導通となる特性のものを
用いることができれば任意の通信線間のサージ電
圧を400V以下に制限できる。また、通信線１′，
２′，３１′，３２′と商用電源線１３，１４間の
電圧はバリスタ２７，２８，２９，３０のいずれ
か１個とバリスタ１８，１９のいずれか１個とか
らなる直列回路の動作電圧で制限される。従つ
て、通常、通信線と商用電源線間に印加される最
大電圧以下ではこの直列回路は動作せず最大電圧
以上でかつ、できるだけ低い電圧で動作するよう
にバリスタの特性を選ぶことが必要である。

第４図を用いて回路の動作と効果を説明する。

(3)の通信線・電源線間のサージについて： 通信線のサージインピーダンス３，４，３′，
４′は典型的な場合を例にとると約100Ω、接地の
サージインピーダンス９は約50Ω、商用電源線１
３，１４のサージインピーダンスは約100Ω、ま
た接地のサージインピーダンス１６は5Ωである。

４本の通信線１，２，３１，３２に同時に
10KVのサージが侵入した場合を考える。線路の
サージインピーダンスは並列ゆえ等価的なインピ
ーダンスは25Ωとなる。サージの侵入とともに放
電形の避雷器８，２４は動作し、サージを大地に
流すが、前述の接地インピーダンスの為に回線の
電圧は十分には下がらない。即ち、通信線１′，
２′，３１′，３２′の電圧は10KV×（50／（50＋
25））＝6KVとなる。避雷器の動作にも係わらず
この電圧が通信線と電源線との間に残る。ここ
で、本発明の２次防護回路２２が動作する。即
ち、通信線１′と商用電源線１４の間の電圧はバ
リスタ２７とバリスタ１９の直列回路で、通信線
２′と商用電源線１４の間の電圧はバリスタ２８
とバリスタ１９の直列回路で、（以下同様）それ
ぞれ制限される。従つて、6KVからこれらの直
列回路の電圧を引いた電圧が商用電源線１４と接
地のサージインピーダンス１６に加わる。このよ
うに、通信線から侵入したサージは一部が１次防
護回路５′を介して大地（接地のサージインピー
ダンス９）へ、残りが２次防護回路２２を介して
大地（接地のサージインピーダンス１６）へ流れ
る。通信装置の通信回路と電源回路に加わる電圧
は、上記のように２つの電圧制限素子の直列回路
で制限される。ここで、電圧制限素子として酸化
物バリスタなどが使用できるが、電圧制限特性の
ばらつきが少ないものを選択することにより、前
記直列回路の制限電圧を狭い範囲で制御できる。
具体的にはさきに述べたように、回線間に加わる
最大信号電圧が250Vゆえ、バリスタ２７〜３０
には130V以下で不導通なものを用いる。なお、
直列回路では260Vで不導通となる。このバリス
タは130V以上で導通し始めるが、100〜200Aの
サージ電流が流れると200V程度に上昇する。直
列回路では400Vである。このように、260Vから
400Vまでの狭い範囲で電圧は制限される。従つ
て、通信装置の耐圧は400Vを僅かに越える程度
に設定すれば、装置を通信線・電源線間のサージ
から保護するこができる。以上、通信線から侵入
したサージについて述べたが、電源線から侵入す
るサージについても同様であり、一部は１次防護
回路５′を介して大地（接地のサージインピーダ
ンス９）に流れ、残りは通信線を介して電話局に
設けた避雷器から大地に流れる。

ここで問題となるのは、第４図の回路では、通
信線に侵入したサージの一部を電源線に流し、電
源線に侵入したサージの一部を通信線に流すこと
である。このような、サージのやりとりは出来る
だけ避けた方が望ましい。このためには、通信装
置の通信回路と電源回路の耐圧を上げることであ
る。従つて、可能な限りこの耐圧を上げる工夫を
した後、これを越えるようなサージについては、
本発明の回路によりサージを相互に流すことで処
理するのが良い。後述する第５Ａ図、第５Ｂ図
は、通信線と電源線を結合する電圧を自由に設定
できる構成に成つている。サージ電圧は例えば、
バリスタ２７→３３→１９のように３つの素子の
直列回路によつて制限される。バリスタ３３、２
極避雷器３４の電圧は通信装置の耐圧を踏まえて
決めれば良い。

(4)の通信線間のサージについて： 第４図において、通信線間のサージは、例えば
通信線１′と通信線３１′の場合、バリスタ２７と
バリスタ２９の直列回路で、また、通信線１′と
通信線３２′の場合、バリスタ２７とバリスタ３
０の直列回路で制限される。前述の例と同様とす
ると、回線間の電圧は最大でも400Vになる。従
つて、回線スイツチ回路などの耐圧はこれを僅か
に越える電圧に設定すればよい。

以上説明したように、通信線間の電圧は２つの
電圧制限素子で、通信線と電源線の間の電圧は２
つ又は３つの電圧制限素子で最大値が制御され
る。

また、通信線と商用電源線間の制限電圧を高く
する必要が生じた場合には第５Ａ図および第５Ｂ
図に示すようにバリスタ２７，２８，２９，３０
とバリスタ１８，１９を結ぶ前記直列回路を形成
する接続線の中間にバリスタ３３や放電形避雷器
３４などを挿入することもできる。バリスタ２
７，２８，２９，３０は通信線間のサージを吸収
する目的もある。またバリスタ１８，１９は商用
電源線間のサージを吸収する目的もある。従つ
て、これらの動作電圧は信号等に影響がない範囲
で低い方がよい。しかしこの場合には、通信線と
商用電源線間の耐圧は低くなる。通信装置を保護
する立場からは、通信線と商用電源線間の電圧が
低く制限されることは望ましいことではあるが、
通信線のサージが容易に商用電源線に流れたり、
商用電源線のサージが容易に通信線に流れたりす
ることによつて運用上の問題が生じる可能性があ
る。そこで該バリスタ３３や該放電形避雷器３４
の目的は、通信線と商用電源線間の制限電圧を通
信装置が破壊しない範囲で高くすることにある。
これによつて通信線と商用電源線間でのサージの
やりとりが必要以上に行われるのを防止すること
ができる。またバリスタ２３は商用電源線間のサ
ージを制限するバリスタである。

上述した第２図の実施例は基本的な構成で１つ
の回線を利用する通信装置への適用例であり、第
４図の実施例は複数の回線を利用する通信装置へ
の適用例で、本発明の有効性がより顕著な実施例
である。

第２図、第４図において、通信線から侵入する
雷サージは、共に１次防護回路の第１次避雷器に
よつて先ず一部が大地に放電される。１次避雷器
を介した雷サージ放電回路が動作すると、装置入
力部の回線（第２図では通信線１′，２′、第４図
では通信線１′，２′，３１′，３２′）の電圧は回
線のサージインピーダンスと接地のサージインピ
ーダンスで分圧される。従つて、接地サージイン
ピーダンスに対して回線サージインピーダンスが
高ければ装置入力部の回線電圧は下がるが、回線
のサージインピーダンスが低い場合には、この電
圧は下がりにくい。

第２図では回線のサージインピーダンスは各通
信線１′，２′の抵抗の並列回路であり、第４図で
は通信線１′，２′，３１′，３２′の並列回路であ
る。従つて、回線の数が多くなるに従つて回線の
サージインピーダンスは下がる傾向にある。一
方、接地は通常１箇所であるため接地のサージイ
ンピーダンス９は変わらない。このため、１次避
雷器だけでは装置入力部の回線電圧は下がり難
く、電源回路との間の電圧は高くなる。

本発明は通信線と電源線間の高電圧を吸収する
ものであり、従つて、このような複数の回線を用
いる装置では不可欠な回路である。

第６図は、１回線を使用する通信装置に本発明
を適用した他の実施例である。本実施例では第２
図で説明した実施例と同じ部分は同じ数字で示
す。２７，２８はそれぞれバリスタである。本実
施例の動作については前述したところから明らか
なので説明は省略する。

以上詳述したように本発明は、商用電源を使用
する通信装置すべてに適用でき、通信線と大地
間、商用電源線と大地間、通信線間、通信線と商
用電源線間のあらゆるサージを吸収できるので通
信装置の信頼性を大きく向上できる。また、従来
の加入者保安器や商用電源線間のサージ吸収素子
などの防護回路を使用目的に応じて何の変更もな
くそのまま適用できる点や、２次防護回路を通信
装置内に完全に組み込むことができる点は、運用
上においても効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の雷サージ防護回路、第２図は
本発明の実施例、第３Ａ図、第３Ｂ図はそれぞれ
本発明の実施例に用いられる部分回路、第４図は
本発明の他の実施例、第５Ａ図、第５Ｂ図は本発
明に用いられる部分回路、第６図は本発明の他の
実施例である。 １，１′，２，２′：通信線、３，３′，４，
４′：線路のサージインピーダンス、５：加入者
保安器、５′：１次防護回路、６，７，２５，２
６：加入者ヒユーズ、８：放電形避雷器、８−
１，８−２：放電形２極避雷器、９：接地のサー
ジインピーダンス、１０：通信装置、、１１：電
源トランス、１２：バリスタ、１３，１４：商用
電源線、１５：柱上変圧トランス、１６：接地の
サージインピーダンス、１７：放電形避雷器、１
７−１，１７−２：放電形２極避雷器、１８，１
９：バリスタ、２０：放電形３極避雷器、２１：
半導体電圧制限素子、２１−１，２１−２：バリ
スタ、２２：２次防護回路、２４：３極避雷器、
２３，２７，２８，２９，３０，３３：バリス
タ、３４：２極避雷器、３１，３１′，３２，３
２′：通信線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 商用電源を使用する通信装置の雷サージ防護
   回路において、各通信線に放電形避雷器または半
   導体電圧制限素子の１極を接続し、他極を共通に
   接続して接地する１次防護回路と、前記防護回路
   とは別に、該各通信線に放電形避雷器または半導
   体電圧制限素子の１極を接続し、他極を共通に接
   続し、かつ各商用電源線に放電形避雷器または半
   導体電圧制限素子の１極を接続し、他極を共通に
   接続し、前記２つの共通接続点を相互に接続して
   なる２次防護回路とから構成されたことを特徴と
   する雷サージ防護回路。