高速電力線通信に使用される３導体電力線の信号伝搬特性と信号漏洩特性の研究

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24560464
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 桑原 伸夫 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50336088)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 情報通信工学 / 電子デバイス・機器 / 環境電磁工学 / 電力線通信 / 漏洩電磁界

Research Abstract

本研究は，３導体電力線がこの線路上を伝搬する通信信号に与える影響を把握すると同時に，伝搬信号の漏洩電磁界に対する３導体電力線の抑制効果の可能性を明らかにして，電力線通信の適用領域の拡大を図ることを目的として平成24年度より開始した．今度は，初年度として，１）電力線絶縁体の比誘電率決定方法の検討，２）３導体電力線の回路網モデル決定方法の検討，３）漏洩電磁界強度の測定準備，を主に実施した．
絶縁体の比誘電率については，２導体電力線と大きな差は無いと推定されることから，まず，２導体電力線に使用されている絶縁体の誘電率を用いて，有限要素法により３導体電力線の導体間の静電容量を計算し，測定値と比較を行った．その結果両者には大きな差はなく２導体の絶縁体の誘電率が使用可能なことがわかった．
次に，回路網モデルを決定するため，３導体電力線の単位長当たりの抵抗，インダクタンス，静電容量，コンダクタンスを求めた．まず，導体の抵抗，自己インダクタンス，相互インダクタンスについては，絶縁体の影響を受けないので，理論式から決定した．また，導体間の容量については，有限要素法を用いて決定した．最後に，導体間のコンダクタンスについては絶縁体の誘電損失（tanδ）から決定した．また，決定した単位長当りのパラメータを用いて，F行列のパラメータを求め，測定値とほぼ一致することを確認した．
最後に，F行列パラメータを使用した３導体電力線の回路網モデルを用いて，３導体電力線から漏洩する磁界強度を簡単なモデルに対して求め測定値と比較を行った．その結果，解析結果と測定結果はほぼ一致し，回路網モデルは適切であり，今後の検討に使用可能なことがわかった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成２４年度の目標は，１）電力線の絶縁体の比誘電率決定方法の検討，２）３導体電力線の回路網モデル決定方法の検討，３）漏洩電磁界強度の測定準備であったが，これらについては，概ね達成できたと判断している．
まず，３導体電力線の比誘電率に関する課題は，２導体の電力線と比べて導体が１本増えているため，容量マトリックスの要素数が４個から９個となり導体間の容量計算精度の確認が複雑になることである．今回は有限要素法で求めた各導体間の容量より２導体間の合成容量を求めて測定値と比較することによりこの課題を可決した．２導体電力線に使用されている絶縁体と大きな差はないと予測して評価を行った結果．３導体電力線の絶縁体の材料定数は，予測通り，２導体電力線の絶縁体の定数と大きな違いはないことを示すことができた．
伝送路の回路網モデルとしては，通常，Ｆマトリックスが使用される．２導体に対して３導体の課題は，マトリックスの要素数が１６から３６に増えることである．この要素を測定は不可能ではないが多くの時間を必要とする．そこで絶縁体の影響を受けない抵抗とインダクタンスについては２導体で使用した理論式を拡張して使用することにより解決をした．容量については，有限要素法を用いることにより，６個のパラメータを決定した．決定したＦマトリックスは測定値とほぼ一致して，この手法の正当性を示すことができた．
漏洩磁界強度の課題は３６個のパラメータを用いたＦマトリックス解析手法が適用できるかどうかの確認であった．そこで，２導体電力線で使用した解析プログラムを３導体電力線に拡張して漏洩磁界強度を求め測定値と比較した結果，両者はほぼ一致し，２導体での解析手法が３導体にも適用可能であることがわかった．

Strategy for Future Research Activity

今後は，平成２４年度に得られた成果を基にして，平成２５年度は，１）３導体電力線の回路網モデルの決定，２）電子機器のモデル化法の検討，３）漏洩電磁界強度推定法の検討を行う予定である．特に，２５年度は電力線に検討した３導体電力線の回路網モデルの問題点を調査し高精度化を図ると同時に，これらの成果を学会等で公表をして行く予定である．平成２６年度は，平成２５年度までの成果をふまえて，１）解析方法の高精度化の検討，２）電子機器のモデル化法の明確化，３）漏洩電磁界強度推定法を行う．特に，電力線通信信号が電力線を伝搬した時に発生した漏洩磁界強度の推定について高精度化を図ってゆく．平成２７年度は，これまでの研究成果をふまえて，１）３導体電力線の適用領域の明確化，２）対策ツールの開発を主に行う．そして， ３導体電力線が通信に与える影響を把握すると同時に，この電力線の漏洩電磁界抑制効果を明らかにする．
なお，研究期間を通じて得られた研究成果は学会等を通じて随時公開する．また，対策ツールについてはホームページ等を通じて提供をし，電力線通信の適用領域の拡大を目指す

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし