火山・豪雪地帯から絶海まで、極限環境のネットワーク。⑤

◯ 落雷に強いスイッチに「防爆」無線LAN、極限環境で使えるネットワーク機器の秘密。

　落雷が多い地域もネットワーク機器にとっては極限環境だ。過電流がケーブルを通じて伝わると、対策を施していないネットワーク機器はひとたまりもない。

　気象庁によると石川県や福井県、新潟県など日本海側の地域は落雷の頻度が高い（図3-6）。

図3-6、日本海側では雷への備えが重要。

石川県や福井県など日本海側を中心に、雷の降る日が著しく多い地域がある。パナソニックEWネットワークスによれば、こうした地域では雷で壊れにくいネットワーク機器のニーズが強いという。

　雷の発生日数が年間1位の石川県は、宮城県や北海道の4倍以上になる。こうした地域では雷サージに耐性を持つネットワーク機器で備えたい。パナソニックEWネットワークスの雷サージ耐性を強化したPoE（Power over Ethernet）^＊2スイッチを見てみよう。

強い電流を地面に逃がす。

　PoEスイッチは、屋外に設置することも多いネットワークカメラや無線APなどに電力を供給する用途でよく使われる。屋外にある機器は落雷の標的になりやすい。

　そこで同社のPoEスイッチは全てのLANポートに雷サージ回路を搭載する（図3-7）。

図3-7、雷サージの専用回路を搭載

雷への強さの秘訣が内部に搭載した雷サージ回路だ。この回路が過電流を検知し、機器の外へ安全に受け流す。写真はパナソニックEWネットワークスの「GA-ML8TCPoE＋」。

　この雷サージ回路は、落雷による過電流がLANケーブルを伝ってPoEスイッチに流れると検知し、過電流を基板に到達させずにアース^＊3から逃がす。この仕組みによって従来製品の2.5倍に相当する1万Vの電流にも耐えられるようにした。「PoEスイッチに接続するネットワークカメラや無線APなどが故障する確率も下げられる」（今西宏行商品開発部商品開発一課長）。

電流を抑え点火源にならない。

　ネットワーク機器の動作がきっかけとなって周囲に被害を及ぼす極限環境もある。火花や熱で爆発が生じる環境がその1つだ。石油や化学薬品のプラント、可燃性塗料を扱う自動車の塗装工程などが当てはまる。

　こうした環境でネットワークを構築するには、防爆構造の製品が必要となる。ここでの防爆とは、爆発の熱や衝撃に耐えられるという意味ではなく、爆発を起こさないことを意味する。

　米Cisco Systems（シスコシステムズ）の無線AP「Catalyst（カタリスト） IW-6300シリーズ」を例に取ろう。同製品はIECが定義する「Class I Division 2 Zone 2」相当の場所で使える（図3-8）。

図3-8、機器を原因とする爆発を防ぐ。

米Cisco Systems（シスコ システムズ）の「Catalyst IW-6300シリーズ」は「防爆」性能を備える。機器が故障しても火花を発生させないつくりのため、特定の引火性ガスなどが発生する空間にも設置できる。

　「爆発性のガスや粉じんが発生する可能性があるが、比較的その可能性が低く一時的なものである」場所で使えることを意味する。

　そうした状況で使えるようにするため、アンテナ部分が「本質安全防爆構造」となるように設計しているという。本質安全防爆構造とは、正常時・故障時を問わず火花や高温によってガスに点火しないように配慮した構造のこと。電流を制限することなどによってネットワーク機器が点火源にならないつくりというわけだ。

　Cisco Systemsは「IW-6300シリーズはアンテナにアーク^＊4放電を起こすような接点が存在せず、アンテナに供給する電力も上限値を超えないように制御している」（広報）とする。加えてアンテナケーブルを短くし、ケーブルに爆発を引き起こす電気がたまらないようにしているという。

低気圧でも高温のプラズマを出す。

　極限環境でネットワークを構築する際は、配線工事などの機器にも特別な性能が求められることがある。光ファイバーケーブルの長距離敷設に使われる「光ファイバー融着接続機^＊5」がその1つだ。

　標高4000～5000mといった富士山よりも高い場所では、地上付近よりも気圧が大幅に低くなる。これが従来の光ファイバー融着接続機にとって極限環境だった。

　光ファイバー融着接続機は内部の電極間に高い電圧をかけてプラズマ^＊6を発生させ、その熱で光ファイバーを溶かす。石英ガラスなどでできた光ファイバーを溶かすには1600度を超える温度が必要になる。ところが気圧が下がるとプラズマの温度が下がり、光ファイバーの融点に達しないことがある（図3-9）。

図3-9、標高4000m超の低気圧環境でも動作するように光ファイバー融着接続器を改良。

4000m超の標高では低気圧の影響で、光ファイバー融着接続器が光ファイバーの融着に必要な1600度を出せない場合があった。古河電気工業は「電極の長さを調整する」、「加熱時間を延ばす」といった現場でなされてきた工夫を参考に、気圧が低くても融着できるように製品を改良した。

　「かつて海外の4000m級の山中にある施設に光ファイバーケーブルを敷設する案件が決まったとき、光ファイバー同士をうまく接続できない恐れがあった」。古河電気工業の田邉明夫情報通信ソリューション統括部門ファイバ・ケーブル事業部門光接続機器部長はこう振り返る。

　事前の検証で、当時の製品を現地に持ち込んでも接続できないことが分かった。大幅な改造は難しい中、電極同士の間隔を広げて出力を増加するという手法で乗り越えた。

　試行錯誤を通じて得た知見を、その後の製品開発に生かした。例えば気圧センサーを搭載し、気圧に応じて電圧を自動的に調整するプログラムを組み込むなどした。利便性を損なわないよう装置の大型化を抑えつつ出力を高めるなどの改良を重ね、「2024年時点の製品は5000m級の低気圧の環境でも利用できる」（田邉氏）という。

＊2、PoE。
LANケーブルを通して機器に電力を供給する規格。

 

＊3、アース。
電子機器が漏電した際、電気を逃がせるように機器を接地させること。または接地させるための線。

 

＊4、アーク。
2つの電極間での放電によってできるプラズマの一種。

 

＊5、光ファイバー融着接続機。
ガラスや樹脂でできている光ファイバーの断面を熱で溶かし、光ファイバー同士を接続する装置。光ファイバーケーブルの長距離敷設の際に使われる。

 

＊6、プラズマ。
物質の温度が上がることで電子が原子から離れ、活性化した状態。