專利名稱：將數(shù)據(jù)信號耦合到輸電電纜的耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配電系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信息的通信，以及更具體地說，涉 及使用用于經(jīng)輸電電纜中的導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)信息的電感耦合器。
背景技術(shù)：
使用所謂的"載波"系統(tǒng)，已經(jīng)將家庭或企業(yè)的范圍內(nèi)的低電壓 電力線用作用于點(diǎn)對點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)通信的媒介，在該"載波"系統(tǒng)中，將 數(shù)據(jù)信息調(diào)制到高頻(HF)載波并在電力線上傳送。在Internet數(shù)據(jù) 干線和每個住所間需要"最后一英里"連接的Internet訪問將大大地增 強(qiáng)這些網(wǎng)絡(luò)的效用。
通過MV-LV配電變壓器，將通常為4-66KV的中壓(MV)降低 到通常為100至500伏的低電壓(LV)。經(jīng)配電變壓器，中壓配電網(wǎng)格 為許多家庭和企業(yè)供電。如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)在中壓電網(wǎng)上，將期望將寬帶 數(shù)據(jù)流從變電所耦合到鄰近的整個區(qū)域，但配電變壓器有效地阻止高 頻能量，從而阻止數(shù)據(jù)到達(dá)LV引入線。
在使用額定低電壓為125伏或更低的國家，諸如北美，通常將從 配電變壓器到家庭或企業(yè)中的電力負(fù)載的引入線保持在短于約50米， 以便最小化經(jīng)過這些線的電壓降并保持適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)。通常，每個 配電變壓器僅為1至IO家庭或企業(yè)供電。對這種少量的潛在用戶，實(shí) 現(xiàn)昂貴的高數(shù)據(jù)率輸送，諸如光纖或TI，以及通過電力線通信裝置將 其耦合到變壓的低壓端是不經(jīng)濟(jì)的。因此，為將中壓配電網(wǎng)格開發(fā)成 數(shù)據(jù)回程通道，需要旁路配電變壓器的裝置。
在配電系統(tǒng)中，通常在變電所的HV-MV降低變壓器，將通常為100-800kV的高壓(HV)降低到中壓。配電變壓器的高頻阻止特性將 中壓配電網(wǎng)格與在低壓和高壓(HV)線上出現(xiàn)的高頻噪聲隔離開來。
因此，中壓網(wǎng)格是相對靜止的媒介，對數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)或"回程線"傳 送高速數(shù)據(jù)很理想。
上述變壓器實(shí)際上阻止兆赫頻率范圍內(nèi)的所有能量。為將高頻調(diào)
制數(shù)據(jù)從MV線耦合到LV線，必須在每個變壓站安裝旁路裝置。裝置 是目前可獲得的并用于低頻、代數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)耦合應(yīng)用。這些應(yīng)用通常 稱為電力線通信(PLC)。這些裝置通常包括必須經(jīng)受住基礎(chǔ)脈沖加載 (BIL)電壓，通常為50kV的高壓串聯(lián)耦合電容器。因此，這些裝置 昂貴、龐大，并且對整個電網(wǎng)可靠性有影響。另外，在某些情況下， 在安裝它們期間，需要從用戶斷電。
在具有在100-120伏范圍內(nèi)的額定低電壓的國家中，諸如日本和美 國，配電變壓器的數(shù)量特別大。這是因?yàn)閷V-LV配電變壓器放在相 對接近負(fù)載以便保持饋電電阻為低。需要低饋電電阻以便隨著改變負(fù) 載電流，保持合理的電壓調(diào)節(jié)電平，即，供電電壓中的最小變化。用 于距離超過50米的LV饋電線將需要不可能實(shí)施的粗導(dǎo)線。
為使數(shù)據(jù)耦合器有效，在上下文中，必須將其視為結(jié)合MV電力 線的高頻特性以及其他連接到這些線的部件，諸如變壓器、功率因數(shù) 補(bǔ)償電壓器、PLC耦合電容器以及斷開開關(guān)一起操作。這些部件在不 同國家和地區(qū)中以不同電壓操作。操作電壓電平在兆赫頻率時，對中 壓電力裝置的幾何結(jié)構(gòu)以及這些裝置的終端阻抗具有直接的影響。影 響MV電力線上的高頻信號的其他因素包括網(wǎng)絡(luò)的幾何結(jié)構(gòu)，例如， 分支、使用電纜連接到高阻抗架空線的低壓阻抗地下，以及由于斷開 形狀的動作，將網(wǎng)絡(luò)分成子網(wǎng)的可能性。因此，在用在每個國家和MV 電壓電平的裝置的特定特征的情況下，必須考慮MV-LV耦合器裝置的 適用性。
架空傳輸線的特征在于以基本上恒定的間隔運(yùn)轉(zhuǎn)兩條或多條導(dǎo) 線，在它們間具有空氣介質(zhì)。這些線具有300至500歐姆范圍內(nèi)的特 性阻抗，以及非常低的損耗。同軸地下電纜包括由電介質(zhì)圍繞的中心 導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線上，纏繞中性導(dǎo)線。這些電纜具有20至40歐姆范 圍內(nèi)的特性阻抗，并顯示用于兆赫信息的損耗，根據(jù)電介質(zhì)的損耗屬性，該損耗可為每百米2dB—樣低。
設(shè)置為從單個相位到中性或三相網(wǎng)格中從相位到相位操作的
MV-LV配電變壓器在MV端具有初級繞組，該初級繞組呈現(xiàn)為具有用 于10MHz頻率的40至300歐姆范圍內(nèi)的阻抗。功率因數(shù)補(bǔ)償電容器 具有大的額定電容值(例如，0.05-lpF)，但它由它們的結(jié)構(gòu)固有的串 聯(lián)電感初始確定它們的高頻阻抗。PLC耦合電容器具有更低的額定電 容，例如，2.2至10nF，但具有相對于電力電纜的特性阻抗，相對低的 高頻阻抗。上述任何一個裝置在兆赫范圍內(nèi)可產(chǎn)生諧振，B卩，復(fù)數(shù)阻 抗的虛部變?yōu)镺歐姆，但這些裝置在這些頻率不具有高Q因素，因此 阻抗的大小對串聯(lián)諧振來說，通常不接近零或?qū)Σ⒙?lián)諧振來說，不會 接近極其高的值。
用在MV網(wǎng)格上的另一種裝置，特別是在日本，為遠(yuǎn)程控制三相 斷開開關(guān)。當(dāng)在經(jīng)過這類開關(guān)的相位線上傳送數(shù)據(jù)信號時，即使當(dāng)通 過開關(guān)斷開該相位線，也需要保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于將數(shù)據(jù)信號耦合到輸電電纜的導(dǎo)線的改 進(jìn)的耦合器。
本發(fā)明的另一目的是提供廉價并具有高數(shù)據(jù)率電容的這種耦合器。
本發(fā)明的另一目的是提供能在不中斷向用戶供電的服務(wù)的情況下 安裝的耦合器。
本發(fā)明的另一目的是提供僅使用具有實(shí)際上無限使用壽命的無源 元件的這種耦合器。
通過用于經(jīng)輸電電纜允許數(shù)據(jù)信號通信的裝置來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這 些和其他目的，包括(a)第一繞組，用于經(jīng)輸電電纜的導(dǎo)線，耦合數(shù) 據(jù)信號；以及(b)第二繞組，電感耦合到第一繞組，用于經(jīng)數(shù)據(jù)端口 耦合數(shù)據(jù)信號。


圖1是根據(jù)本發(fā)明，表示用作通信媒介的中性線的典型地下同軸
8中壓配電電纜的圖解。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明，使用用于數(shù)據(jù)通信的單一中性線的單端傳輸 線的裝置的圖解。
圖2B是圖2A的裝置的示意性表示。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明，其中將兩條中性線用作用于傳送數(shù)據(jù)信號的 傳輸線的輸電電纜的圖解。
圖3B是圖3A中所示的裝置的示例性表示。
圖3C是對圖3A中所示的裝置的備選方案的使用多條中性線以形 成數(shù)據(jù)傳輸線的示意性表示。
圖3D是用于實(shí)現(xiàn)圖3C中所示的裝置的技術(shù)的圖解。
圖4A和4B示例說明用于與由數(shù)據(jù)信號差動驅(qū)動的一對中性導(dǎo)線 一起使用的耦合器的磁芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
圖5A是具有由放置環(huán)形磁芯而引入的高阻抗的電纜的裝置的圖解。
圖5B是圖5A的裝置的示意性表示。
圖6A-6C是根據(jù)本發(fā)明，使用兩條中性線以及磁感應(yīng)的平衡傳輸
線的幾個裝置的圖解。
圖6D是6A至6C的裝置的示意性表示。
圖7是根據(jù)本發(fā)明，使用磁感應(yīng)的平衡傳輸線的示意圖。
圖8是使用具有多組中性線的多條傳輸線的本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖。
圖9A是用于識別輸電電纜的多條導(dǎo)線中的一個的系統(tǒng)的示意圖。 圖9B是用于識別輸電電纜的多條導(dǎo)線中的一個的系統(tǒng)的圖解。 圖IOA和IOB是根據(jù)本發(fā)明，在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)部
分的示意圖，其中在配電系統(tǒng)的相導(dǎo)線上運(yùn)送數(shù)據(jù)。
圖IIA是根據(jù)本發(fā)明，用于經(jīng)相導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)的電感耦合器的實(shí)
施例的圖解。
圖11B是圖11A中所示的實(shí)施例的示意表示。
圖12是在電感耦合器處具有背對背調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)部分的示意圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明，用于在電網(wǎng)段間無源耦合調(diào)制數(shù)據(jù)的技術(shù)的示意圖。
圖14是用于使用背對背調(diào)制解調(diào)器，在電網(wǎng)段間耦合調(diào)制數(shù)據(jù)的 技術(shù)的示意圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明，示意性表示用于將數(shù)據(jù)耦合到數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的 實(shí)現(xiàn)方式中的配電系統(tǒng)的相導(dǎo)線的幾種技術(shù)的示意圖。
圖16A是根據(jù)本發(fā)明，用于端接傳輸線終端的電感耦合器的示意圖。
圖16B是根據(jù)本發(fā)明，使用用于將調(diào)制解調(diào)器連接到傳輸線空端 (deadend )的電感耦合器的示意圖。
圖16C是根據(jù)本發(fā)明，用維護(hù)通過網(wǎng)格斷開開關(guān)的數(shù)據(jù)信號的連 續(xù)性的電感耦合器的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
架空和地下中壓傳輸線可用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的雙向傳輸。這些傳輸線 遍及電力公司變電所與遍及鄰近放置的一個或多個MV-LV配電變壓器 間的通路。MV-LV配電變壓器將中壓電源降到低壓，然后，將該低壓 輸送到家庭和企業(yè)。
本發(fā)明涉及使用中壓網(wǎng)格中的耦合器。該耦合器用于允許經(jīng)輸電 電纜傳送數(shù)據(jù)信號。其具有用于經(jīng)輸電電纜的導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)信號的第 一繞組，以及電感耦合到第一繞組的第二繞組，用于經(jīng)數(shù)據(jù)端口耦合 該數(shù)據(jù)信號。
本發(fā)明的一個實(shí)施例采用具有一條或多條中性線，g卩，與同軸電 纜類似，纏繞在電纜的外層的導(dǎo)線的輸電電纜。輸電電纜的一條或多 條中性線用作用于一個或多個數(shù)據(jù)信號的導(dǎo)線。
另一實(shí)施例采用輸電電纜的相導(dǎo)線。在這種情況下，輸電電纜的 相導(dǎo)線用作用于一個或多個數(shù)據(jù)信號的導(dǎo)線。
圖1是根據(jù)本發(fā)明，具有耦合到此的電感耦合器的典型的地下同 軸中壓配電電纜100的圖解。電纜100具有螺旋纏繞在磁芯絕緣體120 上的N多條中性導(dǎo)線105，磁芯絕緣體環(huán)繞導(dǎo)相線(phase conducting wire ) 115 。 例如，在可從Pirelli Cavi e Sistemi S.p.A，Viale Sarca,222,Milano,ltaly20126獲得的Pirelli Cable X-0802/4202/0692TRXLPE 25KV260密耳1/0AWGAL電纜中，存在絕緣環(huán)繞的相導(dǎo)線， 在該相導(dǎo)線上，纏繞8股2.8mm直徑銅線。具有12至16中性導(dǎo)線的 電纜也是普通的。
在電纜段中使中性導(dǎo)線105彼此分開并隔離。在電纜100端，暴 露每個中性導(dǎo)線105的絞合線并切向纏繞，與電纜端隔開一小段距離 形成銅線環(huán)125以便形成終端。將這些膠合線集聚成單股絞合線130 并連接到MV-LV配電變壓器的接地接線柱。
耦合器140已經(jīng)與導(dǎo)相線115隔離開來，已經(jīng)證明后者能經(jīng)受穩(wěn) 態(tài)和設(shè)定該電纜的額定電壓的瞬態(tài)電壓。正利用的現(xiàn)有絕緣材料消除 了再次用于該耦合器而提供的費(fèi)用。該耦合器可用普通塑料材料包裝。
耦合器140包括第一繞組(圖1中未示出)以及第二繞組(圖1 中未示出)。由電纜本身提供第一繞組同時第二繞組能包括一匝或兩匝 具有最小絕緣度的絞合、小直徑連接線。
在地下電纜中，諸如，電纜100，由于其提供現(xiàn)有的絕緣體120 來提供與中壓線絕緣，因此，使用電感耦合器140特別具有成本效率。
根據(jù)本發(fā)明的電感耦合器也適合與架空輸電電纜一起使用。電感 耦合器通常比電容耦合器廉價，因?yàn)樵黾与姼旭詈掀鹘^緣材料的厚度 基本上不降低該耦合器的性能，而增加電容中的絕緣厚度直接降低其 每單位面積的電容，并需要更大的平板面積(plate area)。因此，與電 容耦合器相比，電感耦合器對制造來說相當(dāng)?shù)土?br> 有幾個本發(fā)明的備選實(shí)施例。對地下電纜來說， 一個實(shí)施例可利 用能形成高頻傳輸線的一條或多條地下電纜的中性線，同時保持選定 的中性線的電力傳導(dǎo)功能。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明，使用用于數(shù)據(jù)通信的單條中性線的單端傳輸 線的裝置的圖解。圖2B是圖2A的裝置的示意性表示。電纜200包括 多條中性導(dǎo)線205，例如，能視為平直數(shù)據(jù)傳輸線(flat data transmission) 的、以平緩的螺旋形纏繞在高壓絕緣體240和中心相導(dǎo)線245 (center phase conductor )上的導(dǎo)線。
絕緣一個選定的絞合中性導(dǎo)線205， g卩，中性導(dǎo)線202以便充當(dāng)用 于數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸線導(dǎo)線，以及剩余的中性導(dǎo)線205，主要是兩個 與中性導(dǎo)線202相鄰的中性導(dǎo)線205，用作第二數(shù)據(jù)傳輸線導(dǎo)線。對如
ii上所述的Pirelli電纜的橫截面，就頻率范圍為l-50MHz中的信號來說， 估計(jì)特性阻抗為95歐姆，該頻率范圍的子域通常用在數(shù)據(jù)傳輸中。
為實(shí)現(xiàn)圖2A中的裝置，在已經(jīng)安裝的地下電纜中，從幾個中性導(dǎo) 線205選擇出中性導(dǎo)線202，以及在電纜200的每一端切入暴露210 部分。中性導(dǎo)線202的引線215仍然連接到耦合器220的第一繞組225。 因此，在中性導(dǎo)線202和地之間串聯(lián)連接第一繞組225。將耦合器220 的第二繞組235耦合到端口 255，通過該端口 255，傳送和接收數(shù)據(jù)。 因此，將電纜200用作能經(jīng)耦合器220連接到通信裝置，諸如調(diào)制解 調(diào)器(未示出)的高頻傳輸線。
從電學(xué)上說，耦合器220為變壓器。在用于導(dǎo)電的頻率，通過這 種變壓器的初級，即，第一繞組225的阻抗是可忽略的。與中性導(dǎo)線 202和引線215連接的第一繞組225應(yīng)當(dāng)用與中性導(dǎo)線202 —樣粗的導(dǎo) 線纏繞。在這些情況下，選定的帶有數(shù)據(jù)的中性導(dǎo)線202實(shí)質(zhì)上具有 與其他中性線相同的阻抗。其將載有實(shí)質(zhì)上與其他中性線的每一個相 同的電流，并且將不能降低中性電路的總載流量以及沖擊電流容量。
在圖2A和2B中，單個中性導(dǎo)線202的中性線電流穿過耦合器220。 對具有8條中性線的200安培電纜來說，帶有數(shù)據(jù)的導(dǎo)線將具有25安 培均方值的最大穩(wěn)態(tài)電流。對較小載流量電纜以及對具有更多中性導(dǎo) 線的電纜來說，穿過單個中性導(dǎo)線的最大穩(wěn)態(tài)電流是很小的。耦合器 220必須能在沒有磁芯飽和的情況下，處理由該電流生成的磁通量，以 便執(zhí)行其數(shù)據(jù)耦合功能。
中性導(dǎo)線202在用于高頻數(shù)據(jù)信號的第一方向中載有電流。其他 中性導(dǎo)線205在相反的方向中載有傾向于相消的數(shù)據(jù)信號的回流，從 而由于調(diào)制數(shù)據(jù)信號，大大地降低輻射磁場的強(qiáng)度。該裝置也對來自 外部電場的噪聲耦合提供靜電屏蔽效應(yīng)。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的輸電電纜300的圖解，其中將兩條中性線用 作用于傳送數(shù)據(jù)信號的傳輸線。圖3B是圖3A中所示的裝置的示意性
耦合器307，例如，高頻變壓器。與兩條相鄰的中性線302、 305 串聯(lián)安裝。正好在它們連接到中性連接環(huán)330的點(diǎn)前切斷最好彼此并 聯(lián)且相鄰的中性線302、 305。參考圖3B，將從電纜300延伸的中性線302、 305的引線連接到 耦合器307的第一繞組310。因此，第一繞組310串聯(lián)連接在中性導(dǎo)線 302和中性導(dǎo)線305之間。第一繞組包括中心抽頭312和磁芯315。中 心抽頭312連接到中性連接環(huán)330。
第一繞組310的一部分310A連接到中性線302并以第一方向纏繞 在磁芯315上，以及第一繞組310的第二部分310B連接到中性線305 并以相反的方向纏繞在磁芯315上。部分310A和310B用直徑稍微大 于電力電纜中性線的導(dǎo)線制成，因此，能具有穩(wěn)態(tài)和沖擊電流以及至 少具有未選定的中性導(dǎo)線。部分310A和310B的每一個本身可視為繞 組。
圖3A的裝置確保僅與兩個中性線302、 305串聯(lián)插入可忽略的阻 抗，并且不干擾基本上均等劃分所有中性線間的工頻(power frequency )電流。對在前所述的Pirelli電纜來說，估計(jì)充當(dāng)平行線傳 輸線的平行線302和305的特征阻抗為約130歐姆。同時，在工頻， 圖3A和3B中所示的裝置由于在繞組310A和310B中的相反方向中流 動的中性電流導(dǎo)致通過磁芯可忽略的凈磁通量，從而導(dǎo)致磁通量抵消。
另一繞組320連接到端口 350，通過該端口，傳送和接收數(shù)據(jù)。繞 組320與中性電源電路325絕緣，從而避免能感應(yīng)寄生噪聲并進(jìn)入數(shù) 據(jù)電路的故障電涌的接地環(huán)。
可將電纜300看作能經(jīng)耦合器307連接到通信裝置的高頻傳輸線。 在這種結(jié)構(gòu)中，通過中性導(dǎo)線302、 305，差動驅(qū)動數(shù)據(jù)信號。對指定 的驅(qū)動功率電平，這種傳輸線應(yīng)當(dāng)發(fā)射比圖2中所述的單端裝置更低 的電磁輻射。
圖3C是使用多條中性線以形成數(shù)據(jù)傳輸線，對圖3A和3B中所 示的裝置的備選方案的示意性表示。電纜300具有多條中性線330，這 些中性線330基本上彼此平行，具有與該多條中性線330的第二子集 330B的各條中性線交替的該多條中性線330的第一子集330A的各條 中性線。將第一子集330A共同看作第一中性導(dǎo)線并連接到一起以便形 成耦合器307A的第一絞合引線332。將第二子集330B共同看作第二 中性導(dǎo)線，并連接到一起以形成耦合器307A的第二絞合引線333。最 好，將多條中性線330構(gòu)造成并聯(lián)連接的N/2傳輸線，其中N為中性線330的數(shù)量，以及N/2為每個子集330A和330B中中性線的數(shù)量。 這種并聯(lián)連接的結(jié)果是將電纜300生成的衰減降低了約N/2倍，并且 將特性阻抗降低了約相同的倍數(shù)。圖3D是表示如何方便地實(shí)施圖3C的裝置的圖。為便于將第一子 集330A連接到第一絞合引線332，將第一絕緣環(huán)335放在所有中性導(dǎo) 線，即第一子集330A和第二子集330B，最接近將放置耦合器307A 的點(diǎn)的上。將第一子集330A纏繞在第一絕緣環(huán)335上并連接在一起以 形成第一絞合引線332。同樣地，將第二子集330B纏繞在可絕緣或不 絕緣的第二環(huán)345上，并連接以形成第二絞合引線333。相對于由圖 3A的雙線實(shí)現(xiàn)方式所發(fā)射的，改進(jìn)幾何對稱的電流以及降低的電壓電 平將會進(jìn)一歩降低電磁輻射。電力公司可能反對切斷兩條中性線并通過耦合器來重新連接它 們。根據(jù)本發(fā)明，可以與圖3A和3B所示的實(shí)施例等效的拓?fù)涞睾碗?磁的方式將磁芯"纏繞"在兩條選定的中性線上。圖4A和4B示例說明用于與一對中性導(dǎo)線一起使用的耦合器的磁 芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例，由數(shù)據(jù)信號差動驅(qū)動該對中性導(dǎo)線。該磁芯具 有與第一中性導(dǎo)線相鄰的第一區(qū)域，以及與第二中性導(dǎo)線相鄰的第二 區(qū)域。該耦合器包括纏繞在磁芯部分的繞組。通過該磁芯，該繞組感 應(yīng)第一方向中第一中性導(dǎo)線中的第一電流，以及感應(yīng)與第一方向相反 的第二方向中第二中性導(dǎo)線的第二電流。參考圖4A，可將磁芯400形象化為在交點(diǎn)處不接觸的數(shù)字"8"。 數(shù)字"8"形成拓?fù)?扭曲"。第一區(qū)包括數(shù)字"8"的第一環(huán)405，通 過第一環(huán)405，傳送第一中性導(dǎo)線410。第二區(qū)域包括數(shù)字"8"的第 二環(huán)415。通過第二環(huán)405，傳送第二中性導(dǎo)線420。磁芯400實(shí)際上 是連續(xù)的一個窗口的磁芯，通過該磁芯，在相反的方向中穿過導(dǎo)線410 和420，從而抵消由于工頻電流的磁通量。繞組425感應(yīng)中性線410 和420中的反相高頻信號電流。數(shù)字"8"拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可在電纜的表面上實(shí)現(xiàn)，而不用切斷中性導(dǎo)線。 如圖4B中所示，用第一環(huán)405中的第一間隙430以及第二環(huán)415中的 第二間隙構(gòu)造包括磁芯段400A和400B的磁芯。中性導(dǎo)線410穿過第 一間隙430以及中性導(dǎo)線420穿過第二間隙435。通過相對于中性導(dǎo)線410和420的絕緣部分440放置磁芯400A和400B，將中性導(dǎo)線410 和420放在磁通量的通路中。用于避免物理切斷中性線的另 一方法是與它們并聯(lián)地插入用于高 頻的高阻抗而不用切割導(dǎo)線。本發(fā)明通過用一個或多個環(huán)形磁芯來環(huán) 繞整個電纜來實(shí)現(xiàn)此。圖5A是具有將環(huán)形磁芯放在電纜上感應(yīng)的高頻高阻抗的電纜的 裝置的圖解。圖5B是圖5A的裝置的示意性表示。將一個或多個環(huán)形磁芯502布置在輸電電纜500部分。將耦合器 515的第一繞組530 (圖5B)相對于環(huán)形磁芯502，電纜500向內(nèi)連接 在第一中性導(dǎo)線510和第二中性導(dǎo)線512之間。耦合器515的第二繞 組515為調(diào)制解調(diào)器端口 520提供數(shù)據(jù)通路。第一和第二中性導(dǎo)線510、 512是電纜500內(nèi)多條中性導(dǎo)線505中 的兩個。實(shí)際上每個中性導(dǎo)線505將看見僅在中性連接環(huán)525前的扼 流圈502A (圖5B)。因此，環(huán)形磁芯502在每個中性線505和地之間 插入絕緣電抗，最好是約幾微亨大小。環(huán)形磁芯502具有機(jī)械插件的兩半的分裂鐵芯，提供機(jī)械插件以 便準(zhǔn)確地鐵芯兩半配合，并將鐵芯緊固到電纜500上。該實(shí)施例的優(yōu) 點(diǎn)在于在安裝環(huán)形磁芯502期間，不需要切割任何一個中性線505。能將數(shù)據(jù)信號傳送到通過耦合器515的端口 520連接并耦合到環(huán) 形磁芯502的中性導(dǎo)線510、 512上游的調(diào)制解調(diào)器(未示出)并從該 調(diào)制解調(diào)器接收數(shù)據(jù)信號?？蓪㈦娎|500視為具有通過充當(dāng)扼流圈的 超環(huán)面在，部分與地隔離的連接端點(diǎn)535和540的高頻傳輸線。在工頻，由于所有通過環(huán)形磁芯505中，通過流過多條中性線505 的相反方向的中性電流平衡在一個方向中流動的中間導(dǎo)線517的相電 流，通過環(huán)形磁芯502的凈電流基本上為零。從而避免鐵芯飽和。由 于存在環(huán)形磁芯502，中心線505間的動力電流分布仍然保持不變，同 時由環(huán)形磁芯502的扼流作用感應(yīng)的非常小的電抗，其同等地影響所 有中性線。圖6A至6C是根據(jù)本發(fā)明，使用兩條傳輸線以及磁感應(yīng)的平衡傳 輸線的幾個裝置的圖解。圖6D是圖6A至6C的裝置的示意性表示。 同樣，所獲得的優(yōu)點(diǎn)是對可通電或可不通電的電路來說，避免切割或15操縱中性線。圖6A至6D的每一個實(shí)施例使用兩條中性線作為傳輸線。在與接 地連接環(huán)相鄰的中性線部分中磁感應(yīng)信號電流。開口磁芯(諸如"E"鐵芯)位于接近并垂直于兩條中性線。如圖6A所示，開口磁芯605具有位于接近并垂直于電纜600的兩 條中性線602的第一中性線的第一引線606，以及位于接近并垂直于中 性線602的第二中性線的第二引線607，以及第三引線，即公共引線 610，位于第一引線606和第二引線607之間。公共引線610具有纏繞 在其上的繞組608。繞組608纏繞在位于電纜600的兩條中性線602之間的公共引線 610上。該裝置感應(yīng)彼此相反方向中的中性線602的各個中的電流。可 選擇地將在接地連接環(huán)625 (圖6B)中端接在一起的中性線602的段 615 (圖6B)視為通過引線606和610的極面間和引線607和610的 極面間的間隙的一匝線圈。因此，繞組608中的信號電流將感應(yīng)兩條 中性線602中的信號電流，將差分信號發(fā)射到由這兩個中性線602形 成的傳輸線。參考圖6C，為降低標(biāo)準(zhǔn)鐵芯形狀(例如，"E"鐵芯)中引線間的 相對大的氣隙大小，以及增加耦合系數(shù)，能使用一對具有所提供的間 隙627的環(huán)形磁芯620，中性線602穿過間隙627。將繞組630纏繞在 每個環(huán)形磁芯620的一部分，即公共引線632上。圖6A-6C的實(shí)施例的等效電路如圖6D所示。在其中感應(yīng)磁通量 的中性線602部分充當(dāng)在連接環(huán)625處連接在一起的兩個反向繞組 635。繞組645提供用于連接到調(diào)制解調(diào)器(未示出)的端口 640。在鐵芯的公共引線中抵消工頻磁通勢(MMF)，但在每個側(cè)引線上 完全出現(xiàn)。然而，必須大于中性線的直徑的氣隙通常將防止這些側(cè)引 線變得飽和。圖6A-6D的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是避免中斷和與中性線602物理連接。 在工頻時中性線間的電流分布將基本上保持不變，畎；與整個電纜段 上的整體中性線阻抗相比，由鐵芯扼流效應(yīng)感應(yīng)的非常小的電抗將引 入可忽略的電抗?？蓪㈦娎|600視為經(jīng)耦合器在每個終端連接到通信 裝置的高頻傳輸線。圖7是根據(jù)本發(fā)明，使用磁感應(yīng)的平衡傳輸線的示意圖。該實(shí)施 例與圖6D的類似，但代替耦合到一對中性線的單個磁芯或超環(huán)面對， 其耦合到按對組織的所有中性線。對具有奇數(shù)導(dǎo)線的電纜來說，可剩下一條導(dǎo)線不用。為實(shí)現(xiàn)此，可采用圖6A至6D的具有等于中性線對的數(shù)量的耦合器數(shù)量以及連接在一起的耦合器繞組的任何一個實(shí)施 例。為最小輻射，可反相交替中性線。與圖6A至6D的實(shí)施例類似，圖7的實(shí)施例包括具有第一繞組720 和第二繞組740的耦合器，第一繞組用于經(jīng)輸電電纜700的第一中性 導(dǎo)線702耦合數(shù)據(jù)信號，第二繞組，電感耦合到第一繞組720，用于經(jīng) 數(shù)據(jù)端口耦合數(shù)據(jù)信號。通常，圖7的實(shí)施例對此增強(qiáng)以包括第三繞 組725，用于經(jīng)輸電電纜700的第二中性導(dǎo)線705，耦合該數(shù)據(jù)信號， 以及第四繞組745，電感耦合到第三繞組，用于經(jīng)數(shù)據(jù)端口 760耦合該 數(shù)據(jù)信號。該數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一中性導(dǎo)線702、第一繞組720以及第二繞 組740在第一通路中傳播，以及經(jīng)第二中性導(dǎo)線705、第三繞組725 以及第四繞組745在第二通路中傳播。圖7示例說明使用根據(jù)圖6D的實(shí)施例的所有中性線對。以與圖 6D的選定對600類似的方式，導(dǎo)線對702、 705、 710和715均執(zhí)行為 傳輸線。通過鐵芯的磁通量的中性線段充當(dāng)繞組720、 725、 730和735， 并驅(qū)動中性線對為傳輸線。如所示，可并聯(lián)或以提供一致定相的任何 串-并聯(lián)結(jié)合連接繞組740、 745、 750和755，以便將數(shù)據(jù)信號提供給 端口 760。由于電力電纜700的中心相導(dǎo)線715受到來自耦合線圈的相 等的和反向磁通量，相導(dǎo)線715不影響信號傳輸。圖7的實(shí)施例的一些優(yōu)點(diǎn)是(a)可不選擇一對中性導(dǎo)線來執(zhí)行耦 合器的安裝，因此不識別該段的遠(yuǎn)端的那些導(dǎo)線(注意倒相在這里是 可能的，但不影響數(shù)據(jù)流，因?yàn)檎{(diào)制解調(diào)器能忍受整個信號的反相)，(b)數(shù)據(jù)傳輸是可能的，即使在其運(yùn)轉(zhuǎn)期間損壞電纜700，以及使一 些中性線意外接地，(c)最好抵消外部場以及降低輻射，以及(d)降 低電纜段上的通路損耗。圖8是使用具有多組中性線的多傳輸線的本發(fā)明的實(shí)施例的示意 圖。該實(shí)施例利用在圖6A-6D中表示的任何一個實(shí)施例，但代替單個 信號通路，其采用多條中性能傳輸線802、 805、 810、 815來提供多阻抗傳輸通道。圖8表示四個傳輸通道。與圖6A-6D的實(shí)施例類似，圖8的實(shí)施例包括具有第一繞組820 以及第二繞組825的耦合器，第一繞組820用于經(jīng)輸電電纜800的第 --中性導(dǎo)線802耦合數(shù)據(jù)信號，以及第二繞組825，電感耦合到第一繞 組820，用于經(jīng)數(shù)據(jù)端口 830耦合數(shù)據(jù)信號。通常，圖8的實(shí)施例對此 的改進(jìn)是包括第三繞組835，用于經(jīng)輸電電纜800的第二中性導(dǎo)線805 耦合第二數(shù)據(jù)信號，以及電感耦合到第三繞組835的第四繞組840，用 于將第二數(shù)據(jù)信號耦合到第二數(shù)據(jù)端口 845?？衫糜糜趯?shí)現(xiàn)(a)在一個或多個通道上全雙工傳輸數(shù)據(jù)，(b) 多個單向或雙向通道，從而增加整個帶寬，(c)冗余傳輸數(shù)據(jù)以最小 化誤差，(d)實(shí)現(xiàn)具有單獨(dú)時鐘、選通以及數(shù)據(jù)線的多導(dǎo)線接口，以 及(e)使用用于監(jiān)視命令、誤差通知或用在網(wǎng)絡(luò)管理中的其他數(shù)據(jù)的 這種多重性。對在圖6A至6D中所示的每個實(shí)施例，以及對圖3-8所示的增強(qiáng)， 選擇在電纜的一端的一個或兩個中性線暗指必須在電纜的遠(yuǎn)端識別相 同導(dǎo)線。圖9A是用于識別輸電電纜的多條導(dǎo)線的一條的系統(tǒng)900的示意 圖，以及圖9B是該系統(tǒng)900的圖解。系統(tǒng)900包括用于從輸電電纜的 選定的中性線讀出信號的接收器902，以及信號大小的指示器905。將 該信號應(yīng)用到輸電電纜上的第一點(diǎn)926的選定線925。接收器902檢測 遠(yuǎn)離第一點(diǎn)的輸電電纜上的第二點(diǎn)927的信號。系統(tǒng)900也包括具有徑向槽920的鐵氧體超環(huán)面915，選定的中性 線925穿過該徑向槽，以及纏繞在鐵氧體超環(huán)面(fen'ite toroid) 915 部分并連接到接收器902的輸入端935的繞組930。經(jīng)鐵氧體超環(huán)面 915從選定中性線925電感耦合信號。經(jīng)電感耦合器924，將信號應(yīng)用 到第一點(diǎn)926的選定中性線925。在將連接的第一電纜端，選定導(dǎo)線，以及連接的耦合器。圖9A表 示正選定的一對中性線。通過在MHz范圍內(nèi)的低功率、高頻振蕩器， 驅(qū)動耦合器。這使得高頻電流在選定的導(dǎo)線中更強(qiáng)烈流動。在遠(yuǎn)端，將無線接收器900變?yōu)橥活l率。該無線接收器的特別 之處在于它具有信號強(qiáng)度測量計(jì)905以及用于優(yōu)化增益的手動或自動增益控制。另外，接收器的天線包括具有稍微大于中性線925的直徑的徑向槽920的鐵氧體超環(huán)面915，以及纏繞在連接到接收器天線輸入 端935的超環(huán)面915上的線圈。最好，將超環(huán)面915固定安裝到接收 興合卜安裝者手持該接收器以便使該槽定向到與中性導(dǎo)線925成直線并 接近該中性導(dǎo)線，以及觀察信號強(qiáng)度測量計(jì)905上的讀數(shù)。然后，該 安裝者與電纜成切線移動該接收器，輪流檢測每條導(dǎo)線。產(chǎn)生信號強(qiáng) 度測量計(jì)上的最大讀數(shù)的該導(dǎo)線將在那些在該電纜的其他端處直接激 勵的導(dǎo)線。因此，用于識別輸電電纜的多條中性線中的一條的方法，包括步 驟(a)在輸電電纜上的第一點(diǎn)，將信號應(yīng)用于選定的中性線上，(b) 在遠(yuǎn)離第一點(diǎn)的輸電電纜上的第二條，讀出多條中性線的每一條上的 信號的相對值，以及(c)從相對值識別出選定的中性線。該識別步驟 將選定的中性線識別為具有最大相對值的多條中性線中的一條。應(yīng)用 步驟包括將信號電感耦合到選定的中性線，以及讀出步驟包括電感耦 合來自選定的中性線的信號。迄今為止，已經(jīng)在具有多個、單獨(dú)的、相互絕緣的中性線的情況 下描述了本發(fā)明。然而，許多配電網(wǎng)不使用具有相互絕緣的中性線的 電纜，而是具有以與導(dǎo)電銅帶連接在一起的網(wǎng)格或多條導(dǎo)線的它們的 中性線。圖10A、 IOB、 11A和11B以及它們相關(guān)的描述涉及本發(fā)明應(yīng) 用于其他普通中壓電網(wǎng)，諸如在架空線上具有的那些網(wǎng)格以及在單個 中性導(dǎo)線的偽同軸地下電纜上具有的那些網(wǎng)格。需要避免與中壓相導(dǎo)線物理連接的耦合器，因?yàn)檫@種耦合器將不 需要經(jīng)受住該相導(dǎo)線的穩(wěn)態(tài)和沖擊電壓，從而簡化耦合器的結(jié)構(gòu)和降 低成本。然而，使用目前提出的電感耦合器預(yù)先假定可通過其流動電 流的電路連續(xù)性，而中壓電路可包括在它們的終端的物理開路，或連 接到變壓器繞組，在射頻時，該變壓器繞組的高阻抗可接近開路終端 的效果。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用電容耦合的端口，在電纜的未端增加高 頻終端時，可將電感耦合器用在中壓數(shù)據(jù)回程網(wǎng)中，以及同樣在一個 或多個中間位置是，用在大的配電網(wǎng)中。地下輸電線的相導(dǎo)線可用作 傳輸線，當(dāng)它們具有在高頻時有效時的負(fù)載終端時，該負(fù)載終端用于將數(shù)據(jù)信號耦合到傳輸線，或耦合來自傳輸線的數(shù)據(jù)信號的通信。在配電系統(tǒng)中，將中壓網(wǎng)格連接到出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高頻時該信號的 電纜的特性阻抗的裝置上。這些裝置有效地呈現(xiàn)為高頻信號的開路。 將調(diào)制過的數(shù)據(jù)分組耦合到這種開路電纜上將導(dǎo)致由電纜的未端反 射的大部分的耦合波，并可能被數(shù)據(jù)接收器解釋成新的分組。這種反 射的另外的不期望的特征將會把數(shù)據(jù)接收器引入斷定新的分組正在占 用該電纜的歧途，以及共享網(wǎng)絡(luò)的"載波監(jiān)聽"將會遇到損失可用傳 輸時間。對具有相當(dāng)大的高頻損耗的電纜和導(dǎo)線來說，這些反射將快速消 散，并且不會產(chǎn)生問題。然而，對架空線和一些地下偽同軸線來說，這些損耗很低，以及強(qiáng)烈的反射信號將干擾直流信號(direct signal)。圖IOA和10B是在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)部分的示意圖， 其中在配電系統(tǒng)的相導(dǎo)線上載有數(shù)據(jù)。本發(fā)明使用電感和電容耦合器 的組合。如下所述，網(wǎng)絡(luò)包括(a)用于經(jīng)相導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)信號，并具 有用于進(jìn)一步耦合數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端口的電感耦合器；以及(b)電容 耦合器，連接在相導(dǎo)線和地之間，接近輸電電纜的未端，用于吸收反 射的數(shù)據(jù)信號以及可選地用作用于耦合數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端口。在接近配電變壓器1010的中間節(jié)點(diǎn)1005處使用電感耦合器1002。 每個電感耦合器1002提供用于連接到低壓網(wǎng)絡(luò)上的調(diào)制解調(diào)器(未示 出)的端口 1015，該調(diào)制解調(diào)器由每個配電變壓器1010的次級線圈供 電。電容耦合器連接在導(dǎo)線或電纜端和局部接地之間，以便同時吸收 反射和提供信號耦合節(jié)點(diǎn)1025，即，信號耦合節(jié)點(diǎn)1025位于電容耦合 器1020和地之間，用于耦合相導(dǎo)線間的數(shù)據(jù)信號以及用于提供用于該 數(shù)據(jù)信號的另一數(shù)據(jù)端口。該"導(dǎo)線或電纜端"包括點(diǎn)1018，在該處，將電力從高壓至低壓 變壓器輸送到電纜中。在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，電纜返回該位置但達(dá)到空 端。在這些"空端"感應(yīng)電容耦合器1020。要是在電網(wǎng)中T-分支1030 產(chǎn)生短線1035，那么使用電容耦合器來端接該短線1035的空端。圖IIA是根據(jù)本發(fā)明，用于經(jīng)相導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)的電感耦合器1102 的實(shí)施例的圖解。圖11B是圖11A中所示的實(shí)施例的示意性表示。電感耦合器1102包括第一繞組1104，用于經(jīng)相導(dǎo)線1110耦合數(shù)據(jù)信號，以及第二繞組1115，電感耦合到第一繞組1104，用于經(jīng)數(shù)據(jù) 端口 1145耦合數(shù)據(jù)信號。電感耦合器1102包括鐵芯1105，相導(dǎo)線1110 穿過該鐵芯。通過鐵芯1105的這種相導(dǎo)線1110的結(jié)構(gòu)用作第一繞組， 即，單匝繞組。第二繞組1115纏繞在部分鐵芯1105上。電感耦合器1102是變流器，其中將鐵芯1105放在一段相導(dǎo)線1110 上。通過將鐵芯1105放在一段地下電纜上，電感耦合器1.102也可與 地下電纜一起使用，該段地下電纜未被具有穿過鐵芯1105的作為一匝 繞組的電力電纜相位線的中性導(dǎo)線護(hù)層覆蓋。鐵芯1105由鐵氧體或在調(diào)制數(shù)據(jù)所需的頻率范圍上具有實(shí)際導(dǎo)磁 率和相對低損耗的其他軟磁材料制成。鐵芯1105具有足以允許操作電 感耦合器1102而不會飽和的氣隙1120，即使當(dāng)通過相導(dǎo)線1110的電 流與額定用于導(dǎo)線1110的最大電流，即，200安培均方根(rms) —樣電感耦合器1102具有足以在相關(guān)頻率范圍上對調(diào)制解調(diào)器發(fā)射機(jī) 提供可測量的高頻阻抗的初級磁化電感，但在配電頻率時為可忽略的 阻抗。電感耦合器1102具有遠(yuǎn)低于傳輸線的特性阻抗的漏電感和反射 初級阻抗，傳輸線的相導(dǎo)線1110是相關(guān)頻率范圍上的元件。電感耦合器1102具有與第二繞組1115串聯(lián)的高電壓電容器1125 和數(shù)據(jù)端口 1145，并連接到配電變壓器1130的低電壓輸出，g口，電力 線輸出，以便防止第二繞組1115短路低電壓電源電路1135。因此，電 容器1125耦合第二繞組1115和電力線輸出伺的數(shù)據(jù)信號。電感耦合器1102也具有與第二繞組1115并聯(lián)連接的電涌保護(hù)器 1140，以保護(hù)低電壓電路1135，以及連接到此的任何電子通信裝置免 受高振幅脈沖的影響，該高振幅脈沖可出現(xiàn)在相導(dǎo)線1110上并通過電 感耦合器1102耦合到低電壓線上。注意當(dāng)僅將一個LV相位線1150以及LV中性線1155連接到耦合 器1102時，其他相位線1160將經(jīng)電容和電感耦合，在一段LV引入線 上接收稍微衰減的信號。重要的考慮因素，以及所需的目的是最小化來自用于傳送數(shù)據(jù)的 導(dǎo)線和電纜的電磁輻射。這些線以輻射電磁干擾，即使埋到幾英尺的 地下。寄生諧振也可防止在某些窄的頻帶在傳送。應(yīng)當(dāng)采用一種或多種技術(shù)來最小化輻射、容許諧振，并提供堅(jiān)固 和可靠的數(shù)據(jù)通道。用于最小化輻射的選擇包括
(A) 在連接到中壓網(wǎng)格或來自中壓網(wǎng)格的調(diào)制解調(diào)器中使用擴(kuò)展 頻譜調(diào)制。擴(kuò)展頻譜調(diào)制采用相對低的頻譜功率密度(例如，
-55犯m/Hz)。
(B) 最小化調(diào)制數(shù)據(jù)的功率電平。該功率電平應(yīng)當(dāng)足夠高以便克 服該線上的任何噪聲，以及任何自生成的裝置噪聲，例如，內(nèi)部噪聲、 放大器噪聲等等。通過采用相對隔離中壓線和有噪聲的低壓和高壓網(wǎng) 格，能最小化線路噪聲。這能通過在每個電感耦合器處放置背對背調(diào) 制解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)。背對背調(diào)制解調(diào)器用于重新生成位流以及重新調(diào)制 另外的媒介上的數(shù)據(jù)傳送。
圖12是在電感耦合器處具有背對背調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)部分的示意 圖。第一調(diào)制解調(diào)器1202具有耦合到電感耦合器1102的第二繞組的 數(shù)據(jù)端口的第一端口 1125，用于發(fā)送和接收調(diào)制數(shù)據(jù)信號，以及第二 端口 1210，用于進(jìn)一步耦合數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第二調(diào)制解調(diào)器105具有耦合 到第一調(diào)制解調(diào)器1202的第二端口 1210的第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口 1230， 以及用于進(jìn)一步耦合調(diào)制數(shù)據(jù)信號的第二端口 1235?？蛇x地，路由器 1220可插入第一調(diào)制解調(diào)器1202和第二調(diào)制解調(diào)器1205之間。
上述裝置的優(yōu)點(diǎn)是
A) LV網(wǎng)格的噪聲不能達(dá)到MV網(wǎng)格。通過與數(shù)據(jù)連接1210串聯(lián) 的光絕緣體，可進(jìn)一歩提高絕緣度。
B) 能優(yōu)化用于LV網(wǎng)格的使用不同于MV調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)或參 數(shù)的擴(kuò)展頻譜或其他調(diào)制解調(diào)器。電感耦合器在耦合節(jié)點(diǎn)處引入相對 于導(dǎo)線或電纜特性阻抗，很小的另外的串聯(lián)阻抗，從而最小化反射和 功率消耗。在這種情況下，調(diào)制數(shù)據(jù)可成功地穿過大量中間節(jié)點(diǎn)。最 好，電磁和漏電感足夠小以便最小化阻抗干擾，但足夠大來提供足夠 的耦合。在這里意指為調(diào)制解調(diào)器和由耦合器提供的阻抗間的有意的 阻抗不匹配。
C) 可采用路由器以及其他網(wǎng)絡(luò)裝置1220，用于在家庭和外部網(wǎng) 間進(jìn)行調(diào)制。
在用于最小化輻射的總量上的一個參數(shù)是在線路和耦合器間的方向中的信號電平的衰減，因?yàn)樵谥袎弘娏€上的信號電平必須足夠強(qiáng) 以克服這種衰減。通過將更多的電源應(yīng)用到驅(qū)動該線路的耦合器上以 便建立與最大允許輻射電平一致的最大可容許的傳輸功率電平，可容 易克服耦合器和線路間的方向中的衰減，而沒有另外的輻射。
例如，如果將每個耦合器設(shè)計(jì)成10dB耦合損耗，那么傳輸功率可 增加10dB以便補(bǔ)償，以及僅從調(diào)制解調(diào)器的損耗預(yù)算中扣除第二耦合 器的10dB。
圖13是根據(jù)本發(fā)明，用于電網(wǎng)段間的無源耦合調(diào)制數(shù)據(jù)的技術(shù)的 示意圖。圖13表示在具有含有第一屮性導(dǎo)線1302的第一段1302、含 有第二中性導(dǎo)線1330的第二段1303的配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 1300。網(wǎng)絡(luò)1330包括第一耦合器1306，用于經(jīng)第一中性導(dǎo)線1320電 感耦合數(shù)據(jù)信號，并具有和于坦步耦合數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端口 1335，以 及第二耦合器B07，具有耦合到第一電感耦合器1306的數(shù)據(jù)端口 1335 的數(shù)據(jù)端口 1340，以及用于經(jīng)第二中性導(dǎo)線1330，電感耦合數(shù)據(jù)信號。
第一段1302包括在配電變壓器1345的第一側(cè)的第一配電電纜 1315。第二段1303包括在配電變壓器1345的第二側(cè)的第二配電1325 電纜。輸電變壓器]345具有對電力線1350的輸出。網(wǎng)絡(luò)1300進(jìn)一步 包括第一電感耦合器1306的數(shù)據(jù)端口 1335和輸出電力線1350間的電 容器1310，用于將數(shù)據(jù)信號耦合到輸出電力線1350上。
每個變壓器到變壓器段變?yōu)槎噫溌锋溨械膯为?dú)鏈路。將耦合器連 接到每個電纜終端上，從而每個變壓器需要兩個耦合器，除空端段上 的最后一個變壓器外。
通過使在變壓器的每個端上的兩個耦合器的數(shù)據(jù)端口 1335和 1340彼此連接，可實(shí)現(xiàn)段的無源鏈接。通過串聯(lián)耦合電容器1310，可 實(shí)現(xiàn)對連接到LV線1350的通信裝置的無源連接。在網(wǎng)絡(luò)饋電點(diǎn)，諸 如變電所，以及用戶的房屋的低壓引出線處連接類似的調(diào)制解調(diào)器。
圖14是用于使用背對背調(diào)制解調(diào)器，耦合電網(wǎng)段間的調(diào)制數(shù)據(jù)的 技術(shù)的示意圖。圖14表示在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1400，該配 電系統(tǒng)具有含有第一中性導(dǎo)線1420的第一段1402、含有第二中性導(dǎo)線 1430的第二段1403。網(wǎng)絡(luò)1400包括第一耦合器，用于經(jīng)第一中性導(dǎo) 線1420電感耦合數(shù)據(jù)信號，并具有用于進(jìn)一歩耦合數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端
23口 1435，以及第二耦合器1407，具有耦合到第一電感耦器1406的數(shù)據(jù)端口 1435的數(shù)據(jù)端口 1440，以及用于經(jīng)第二中性導(dǎo)線1430電感耦合數(shù)據(jù)信號。
第一調(diào)制解調(diào)器1460包括調(diào)制數(shù)據(jù)信號1465的第一端口，耦合到第一耦合器1406的數(shù)據(jù)端口 1435，以及具有用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)1470的第二端口，用于進(jìn)一步耦合該數(shù)據(jù)信號。第二調(diào)制解調(diào)器1480具有用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)1475的第一端口，耦合到第一調(diào)制解調(diào)器1460的第二端口 1470，以及第二端口 1485，用于進(jìn)一歩耦合調(diào)制數(shù)據(jù)信號。
配電系統(tǒng)包括具有輸出電力線1450的配電變壓器1445。網(wǎng)絡(luò)1400進(jìn)一步包括第二調(diào)制解調(diào)器1480的第一端口 1485和輸出電力線1450間的電容器1410，用于將該調(diào)制數(shù)據(jù)信號耦合到輸出電力線1450。
中壓電纜可包括長電纜段，諸如從變電所到回路中的第一配電變壓器。為便于安裝和服務(wù)，可用在每個節(jié)點(diǎn)的進(jìn)入孔分段該長段。在這些點(diǎn)處，在中壓連接器(用于中心導(dǎo)線)，以及接地的中性線集電環(huán)中端接電纜段。這引入了在一條或多條中性線上帶有的數(shù)據(jù)傳輸線的不連續(xù)性。為忽略該不連續(xù)性，安裝一對耦合器，將一個耦合器安裝在接地端，通過彼此連接的它們的初級線圈，產(chǎn)生橋接。
本發(fā)明也提供使用穿過配電系統(tǒng)段的相導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。
圖15是根據(jù)本發(fā)明，示意性表示用于將數(shù)據(jù)耦合到在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1500的實(shí)現(xiàn)中的配電系統(tǒng)的相導(dǎo)線的幾種技術(shù)。
將電容耦合器放在由HV-MV壓降變壓器饋電的架空線上。變壓器第二阻抗是與架空線上相同或更大。在這里可使用端接器-耦合器，例如，具有數(shù)據(jù)端口的電容耦合器，(a) 二者均用來將調(diào)制解調(diào)器耦合到該線路上，以及(b)將該線路與近似等于輸電電纜的特性阻抗(因?yàn)橥ㄟ^其變壓器反射調(diào)制解調(diào)器或假負(fù)載電阻器阻抗)的電阻端接。因此，圖15顯示該配電系統(tǒng)包括變電所HV-MV壓降變壓器1502。電容耦合器1535， g卩，端接器-耦合器位于接近壓降變壓器1502的次級繞組。元件，諸如調(diào)制解調(diào)器1525，當(dāng)通過電容耦合器反射時，具有幾乎等于輸電電纜的特性阻抗的阻抗。
在諸如在日本的系統(tǒng)中，其中用戶打算運(yùn)轉(zhuǎn)長度達(dá)上百米的非常低阻抗同軸地下電纜到架空網(wǎng)格的開始處，用于電感耦合器的最佳位
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置是在地下-架空轉(zhuǎn)變點(diǎn)的架空端處。在這里，地下電纜的低阻抗在架空線端就象短路，并形成閉合電流回路。因此，配電系統(tǒng)包括架空電
纜1515、 1516和地下電纜1510間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)1545，其中地下電纜151.0具有遠(yuǎn)小于架空電纜1515的特性阻抗。 一個或多個電感耦合器1540、1541均位于架空電纜1515、 1516上，接近轉(zhuǎn)換點(diǎn)1545。
通過由反相電流驅(qū)動的每個耦合器對的構(gòu)件，能對稱地實(shí)現(xiàn)在三相架空電纜15]5、 1516上放置電感耦合器1540、 1541。這種驅(qū)動將基本上抵消遠(yuǎn)場電磁輻射，并易于與任何調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)兼容。因此，網(wǎng)絡(luò)1500可包括一對電感耦合器1540、 1541，以便該對的第一電感耦合器，例如1540感應(yīng)第一方向中的相導(dǎo)線，例如1515中的第一電流，以及該對的第二感應(yīng)耦合器，例如，1541，感應(yīng)在與第一電流相反的方向中的第二相導(dǎo)線，例如1516中的第二電流。
另外，可用在其他相位中感應(yīng)的相等和反向電流，在遠(yuǎn)離電感耦合器超過一個波長的距離處，驅(qū)動單相，同時抵消大多數(shù)遠(yuǎn)場輻射。例如，可使用一個電感耦合器1540，以及在該線路下一個波長后，可依賴傳輸線感應(yīng)效應(yīng)來平衡電流。
也可將電感耦合器放置在饋給配電變壓器初級線圈的線路上，因?yàn)橐恍╊愋偷呐潆娮儔浩鞯淖儔浩鞒跫壘€圈電感可具有與架空線相同的數(shù)量級，并形成閉合回路。由于該回路載有相對低的工頻電流，通常在2-8安培范圍內(nèi)，很少趨向鐵芯飽和，以及可構(gòu)造具有很少或無氣隙的耦合器鐵芯。如圖15中所示，電感耦合器1550位于饋給配電系統(tǒng)的配電變壓器的初級繞組1555的線路上。
由于電感耦合器1550所察覺的電路阻抗的大小可與幾百歐姆一樣高，以及沿連接到電感耦合器1550的一段輸電線的調(diào)制解調(diào)器1560通常具有50歐姆的阻抗，可存在實(shí)際上的阻抗不匹配。
如圖15所示，配電系統(tǒng)1500可包括PLC電容器和/或功率因素補(bǔ)償電容器，例如，相導(dǎo)線如1516和地間的電容器1565。電容器1565可具有低于輸電電纜1516的阻抗。PLC和功率因素電容器可具有高RF阻抗，在這種情況下，它們將不會顯著地干擾在電網(wǎng)上通過的HF信號。對具有其大小與電力線的特性阻抗相同數(shù)量級或更低的RF阻抗的那些裝置，諸如電容器1565來說，可與電容器1565串聯(lián)插入串聯(lián)扼流圈1570。通過在引線1575上放置一個或多個搭鎖的分裂磁芯，串聯(lián)扼流圈1570可包括到電容器1565的現(xiàn)有的引線1575。
工頻電流相對較低，因此，鐵芯飽和將不是問題。這些扼流圈的電感阻抗的微亨大小將不影響電容器的工頻機(jī)能。也可使用有損耗鐵芯，因?yàn)樗鼈儍H增加扼流圈的高頻阻抗，并增加電容器的絕緣度。
必須將傳輸線反射的效應(yīng)視為它們產(chǎn)生可引入數(shù)據(jù)流誤差的回波。擴(kuò)展頻譜調(diào)制很可能是用于這種載有回波傳輸?shù)暮钸x方法，因?yàn)槠淙萑陶l帶吸收以及窄帶噪聲，以及由于其低頻譜功率密度，最小化發(fā)射的電磁輻射。對擴(kuò)展頻譜調(diào)制解調(diào)器來說，為6-10dB或更低于直流信號電平的反射的內(nèi)部分組信號將不影響數(shù)據(jù)接受。將內(nèi)部分組反射信號定義為在直接接收原始分組期間到達(dá)的反射。
可由(a)配電變壓器，具有或不具有另外的電感耦合器阻抗，(b)線路終端，通常設(shè)計(jì)成與線路阻抗匹配相當(dāng)好，(c) T-分支，以及(d)PLC或功率因素補(bǔ)償電容器產(chǎn)生電力線上的阻抗干擾。這些阻抗間斷性的反射系數(shù)通常將不超過0.5，以及反射信號經(jīng)過出站并返回線路本身的損耗，即，吸收損耗和輻射損耗，因此，期望其反射信號的振幅比直流信號弱6-10dB以上。因此，在數(shù)據(jù)分組期間到達(dá)的反射信號將呈現(xiàn)為低振幅噪聲，并且將不阻止正確接收的指定數(shù)據(jù)信號。
對放在以高阻抗線的低阻抗饋電點(diǎn)，諸如轉(zhuǎn)換點(diǎn)1545上的耦合器來說，由于阻抗不匹配引起的損耗和反射是不期望的。由于非常重的電力線不能纏繞在耦合器鐵芯上，次級線圈可僅僅具有一匝，以及初級線圈可具有不少于1匝。因此，根據(jù)匝數(shù)比，反射在電力線上的阻抗將等于調(diào)制解調(diào)器的阻抗、其四分之一，或更低。對具有50歐姆的終端阻抗的調(diào)制解調(diào)器來說，該反射阻抗遠(yuǎn)低于它們的特性阻抗。提高阻抗匹配的一種解決方案是用幾百歐姆的輸出阻抗構(gòu)造調(diào)制解調(diào)器。
另一種解決方案是并聯(lián)連接耦合器的相位-反相與它們的初始級圈。有必要串聯(lián)次級線圈(MV線)。因此，通過相位-反相電感耦合器對，可將50歐姆調(diào)制解調(diào)器阻抗變換成100歐姆的反射阻抗?？赏ㄟ^使用多個與它們的初級線圈并聯(lián)的耦合器，實(shí)現(xiàn)電力線端上變壓器(耦合器)繞組的串聯(lián)連接，以及調(diào)制解調(diào)器端的并聯(lián)連接，可進(jìn)一歩執(zhí)行該原理。
例如，圖15表示第一感應(yīng)耦合器1540以及第二感應(yīng)耦合器1541。第一感應(yīng)耦合器1540經(jīng)第一繞組1540A,感應(yīng)相導(dǎo)線1515中的第一方向中的第一電流，以及第二感應(yīng)耦合器1541，經(jīng)第二繞組1541A，感應(yīng)相導(dǎo)線1516中相反方向中的第二電流。第一繞組1540A和第二繞組1541A彼此并聯(lián)連接。在圖15中，第一繞組1540A和第二繞組1541A用點(diǎn)標(biāo)記以顯示該相位關(guān)系。
必須將在架空饋電點(diǎn)處的電感耦合器設(shè)計(jì)成經(jīng)得住可達(dá)到上百安培的總的饋電電流的影響。由于即使具有這種電流的一匝線圈將使適合于高頻工作的當(dāng)前可用的磁性材料的鐵芯飽和，該"主線路"耦合器通常必須在其磁路中包括氣隙。為實(shí)現(xiàn)足夠的磁化電感，這類耦合器將需要形成在電力線的方向中非常粗的一個鐵芯的等效的幾個鐵
心o
圖16A-16C是示意性表示在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的通信網(wǎng)絡(luò)中的電容耦合器的幾種用法。在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)處使用這些電容耦合器，其中電感耦合器可能無效，例如，在存在對RF電流的有效開路的點(diǎn)處。
諸如用在圖10A和10B的電容耦合器1020如圖16A所示，在此標(biāo)記為電容耦合器1600。按照IEEE說明386，電容耦合器1600應(yīng)當(dāng)能連續(xù)地經(jīng)受住由相導(dǎo)線和一系列BIL脈沖，諸如用于15kV工作電壓的125kV提供的工作電壓。按照上述說明，還應(yīng)當(dāng)構(gòu)造電容耦合器1600以便消除電暈擊穿。
經(jīng)其在最低相關(guān)頻率時的阻抗為一小部分輸電電纜的特性阻抗的高壓電容器1620，例如10nF，電容耦合器1600連接到MV線上?？蛇x地，電容耦合器1600可包括與電容器1620串聯(lián)連接的保險絲1625，以避免弄錯應(yīng)當(dāng)在短路情況下的中壓線。
高電阻泄流電阻器1605與每個電容器1620并聯(lián)連接以便當(dāng)不將它們連接到激勵電路時使它們放電。充電電容器將會對人員產(chǎn)生危險。為進(jìn)一步將數(shù)據(jù)端口 1630與MV線隔離，使用高頻絕緣變壓器1615,以及如果需要的話，還包括用于阻抗變換的可選的非單一匝數(shù)比。
為保護(hù)連接到數(shù)據(jù)端口 1630的裝置，通過數(shù)據(jù)端口 1630的終端可連接諸如金屬氧化物變阻器(MOV)的電涌保護(hù)器以便限制另外由
27MV線耦合到這些裝置的脈沖振幅。
最好，在安裝電容器的網(wǎng)絡(luò)中，將電容耦合器1600的一個瘋子連接到中壓相位線，以及將另一端子連接到中性(用于單一脈沖線)或第二脈沖線(用于多相線)。
當(dāng)用來端接傳輸線的空端時，可使用電容耦合器1600以及連接到數(shù)據(jù)端口 1630的端接電阻器1635以便匹配輸電電纜的特性阻抗。
圖16B示例說明使用電容耦合器1600，用于將調(diào)制解調(diào)器1636耦合到輸電電纜的空端。將調(diào)制解調(diào)器1636連接到數(shù)據(jù)端口 1630。
圖]6C是用于維持通過網(wǎng)格分段開關(guān)的數(shù)據(jù)信號的連續(xù)性的電容耦合器的裝置的示意圖。圖16C表示具有相導(dǎo)線的配電系統(tǒng)，該相導(dǎo)線具有在開關(guān)1602的第一側(cè)的第一段1601，以及在開關(guān)1602的第二側(cè)的第二段1603。第一電容耦合器1650經(jīng)第一段1601耦合數(shù)據(jù)信號，并具有用于進(jìn)一步耦合數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端口 1635。第二電容耦合器1600具有耦合到第一電容耦合器1650數(shù)據(jù)端口 1635的數(shù)據(jù)端口 1665，并經(jīng)第二段1603耦合該數(shù)據(jù)信號。因此，當(dāng)打開開關(guān)1602時，維持第一段1601和第二段1603間的數(shù)據(jù)信號的傳輸，
本發(fā)明采用各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來擴(kuò)展物理范圍和提高可靠性。在通過電感耦合器并面臨阻抗不匹配、T形接頭，以及輻射損耗后，可用于調(diào)制解調(diào)器的接收器的信號的振幅可變得很弱。不管該弱化是與調(diào)制解調(diào)器的內(nèi)部噪聲還是與中壓線上的周圍電噪聲有關(guān)，這將是物理點(diǎn)，超過該物理點(diǎn)，不能檢測信號并且將其解調(diào)成具有可接受的低誤差率的數(shù)據(jù)。
如果也使用高阻抗扼流圈來將中壓網(wǎng)格分離成獨(dú)立段，可增加雙向調(diào)制解調(diào)器來重新生成并加強(qiáng)該信號。
數(shù)據(jù)通信網(wǎng)能采用包括從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)令牌的通信協(xié)議。在每個節(jié)點(diǎn)，存儲、解釋提供信令或控制，或包括作為有效負(fù)載的數(shù)據(jù)分組的令牌并將其路由到調(diào)制解調(diào)器的局部數(shù)據(jù)用戶或網(wǎng)絡(luò)上的下一結(jié)點(diǎn)。如果每個節(jié)點(diǎn)總是在線的話，存儲、解釋和轉(zhuǎn)發(fā)令牌所需的時間將顯著地降低這種網(wǎng)絡(luò)的有效凈數(shù)據(jù)率。
根據(jù)本發(fā)明，僅將某些節(jié)點(diǎn)編程為在任何指定時刻均為有效，艮P，該令牌所尋址的節(jié)點(diǎn)以及維持網(wǎng)絡(luò)上所有點(diǎn)的最小信號振幅所需的沿網(wǎng)絡(luò)分布的最小固定節(jié)點(diǎn)子集。當(dāng)該節(jié)點(diǎn)的子集有效吋，將會有時間延遲和作為增加物理范圍和提高誤差率的響應(yīng)的降低的凈數(shù)據(jù)率間的有利折衷。
能通過手動測量中壓網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)間的衰減來實(shí)現(xiàn)識別永久有效節(jié)點(diǎn)元的確定。最好，測量電壓振幅和/或信號噪聲皆電路具有調(diào)制解調(diào)器，并由網(wǎng)絡(luò)媒介訪問控制層來詢問。還應(yīng)當(dāng)將這些節(jié)點(diǎn)編程為接受使它們保持在永久有效中繼模式的命令，甚至接受它們不尋址的令牌或分組。
然后，能實(shí)現(xiàn)確定應(yīng)當(dāng)將哪些節(jié)點(diǎn)設(shè)置為永久有效的算法，并向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令流以便將適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)設(shè)置成永久有效。每次運(yùn)行該算法時，改變中壓輸出線路的結(jié)構(gòu)，但這是相對偶爾的事件。
緊挨節(jié)點(diǎn)將享用等于最大網(wǎng)絡(luò)率的數(shù)據(jù)率，同時通過可靠的、低誤差率服務(wù)，雖然以較低數(shù)據(jù)率服務(wù)相隔更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)。原則上，要求所述的裝置消除中壓通信的所有距離限制。由選定的導(dǎo)線以及其相鄰導(dǎo)線形成的傳輸線固有寬帶寬、低損耗以及低分散介質(zhì)。對架空線，該損耗是由趨膚效應(yīng)和輻射引起的，由于大多數(shù)頻率這些線是諧振的，后者相對無效。對地下線來說，該損耗是由趨膚效應(yīng)和絕緣損耗，例如，塑料外層和半導(dǎo)線材料的內(nèi)層引起的。
本發(fā)明產(chǎn)生低電磁發(fā)射并具有對外部噪聲的低敏感度，特別是當(dāng)與擴(kuò)展頻譜技術(shù)一起使用時。由于低電纜-耦合器損耗，也將功率電平保持在低電平。對外部噪聲源的敏感度將與輻射成比例，以及具有最低電磁干擾(EMI)的調(diào)制解調(diào)器也將是基于互惠原理，最好抵抗外部噪聲接受的那些調(diào)制解調(diào)器。
對單端模式(見圖2A)，選定導(dǎo)線的兩個相鄰導(dǎo)線以與用于電和磁輻射模式的中心導(dǎo)線起反相動作。相隔一定距離的觀察員將看到基本上抵消的場。
對平衡模式，有遠(yuǎn)場抵消和接地相鄰導(dǎo)線的保護(hù)效應(yīng)。對變壓器
終端(見圖2B)，最小化耦合損耗，以及驅(qū)動功率將保持相對較低，給出最低EMI電平。對扼流圈終端，驅(qū)動功率電平將稍微高些。
如果調(diào)制解調(diào)器充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器，那么能將驅(qū)動功率電平保持到單段所需的最小電平，進(jìn)一步降低輻射。
29根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提供用于非常高數(shù)據(jù)率的容量，例如，10Mbps。如果使用高頻磁性和介電材料的話，耦合器是具有能達(dá)到至少好幾十兆赫的帶寬的磁性和靜電裝置。不太損耗并具有最小分散的
傳輸線能實(shí)施超過20MHz的頻率。這些頻率可用于使用各種調(diào)制方案
的調(diào)制解調(diào)器，并且即使在每赫茲1比特的情況下，將產(chǎn)生高的數(shù)據(jù)
"如果數(shù)據(jù)編碼消除了長串所有1和所有o，也可使用基帶信令。通
過包括再生(轉(zhuǎn)發(fā)器)的段內(nèi)連接，頻帶將遠(yuǎn)大于通過無源連接段所獲得的頻帶。
可在極少或不中斷對用戶的電力服務(wù)的情況下，安裝本發(fā)明的耦合器。也可在不受高壓影響的情況下完成安裝。采用戴手套的線路工人，管理當(dāng)局可允許將電感耦合器放在電纜，即使該電纜處于使用中。即使管理當(dāng)局堅(jiān)持工人不能在通電電纜上工作，附近中壓網(wǎng)格的回路結(jié)構(gòu)允許斷開單個電纜段，而不中斷對用戶的服務(wù)。對相對少的電容耦合器來說，可需要單個短時停電。
本發(fā)明允許即使在停電期間，連續(xù)操作數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。即使在中斷中壓電力期間，連續(xù)操作。
本發(fā)明對電網(wǎng)格的可靠性有極少或沒有影響。電感耦合器不存在會影響電力流動的故障方式。少量具有保險絲的電容耦合器也不會影響線路故障。
對圖2A和2B的實(shí)施例，用更粗導(dǎo)線纏繞該耦合器將排隊(duì)由于過電流的故障，以及在選定中性線和耦合器間使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接將會最小化連接故障。在出現(xiàn)開路的情況下，將不振動載電流的容量的(N-l)/N，或在所述的情形下，為87.5%。由于電纜通常以遠(yuǎn)低于其200A容量運(yùn)行，這種故障將沒有影響。
耦合器的短路將影響數(shù)據(jù)通信，但這僅僅將中性導(dǎo)線恢復(fù)到其原始狀態(tài)。因此，不會不利地影響電網(wǎng)。
耦合器的中性或任何其他部分對地短路將對MV線沒有影響，因?yàn)槠渲行詫⒕o接連接到接地棒。磁性電路的開、短或飽和故障將對提供電力或系統(tǒng)安全沒有影響。
耦合器僅使用無源元件，暗指實(shí)質(zhì)上的服務(wù)的無限壽命。電感耦合器可是任何適當(dāng)?shù)淖儔浩骰螂姼衅鳌?br> 在無源實(shí)現(xiàn)中，電感耦合器僅使用無源元件，例如，纏繞在磁芯上的導(dǎo)線，并且這些沒有磨損力學(xué)訂。電感耦合器也不具有磨損力學(xué)。
無源結(jié)構(gòu)以及電感耦合器安裝的簡易性對耦合到中壓配電線、以及將它們用作回程數(shù)據(jù)通道的問題提供低成本解決方案。為主電感以及安裝成本最小，安裝時間應(yīng)當(dāng)小于15分鐘。
這些實(shí)施例的明顯好處在于與利用中壓導(dǎo)線來運(yùn)送數(shù)據(jù)的電感旁路耦合器相比，使用中性線。后者與中壓線，至少每個變壓器接觸，而且必須經(jīng)受得住整個故障電壓。例如，必須測試用于15kV均方根對
地相位電纜的的耦合器用于125kV BIL 。這使得電容耦合器體積很大并
且很昂貴，并且對系統(tǒng)來說增加了更多的潛在故障點(diǎn)。
應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域的技術(shù)人員能建議各種替代方案以及修改。發(fā)明包括落在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這些替代、修改和變化。
權(quán)利要求
1、一種在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，所述配電系統(tǒng)包括具有用于變壓器的初級線圈側(cè)的相位的第一導(dǎo)線以及用于變壓器的次級線圈側(cè)的相位的第二導(dǎo)線的輸電電纜，所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)包括第一耦合器，用于經(jīng)所述第一導(dǎo)線電感耦合所述數(shù)據(jù)信號；以及第二耦合器，用于經(jīng)所述第二導(dǎo)線耦合所述數(shù)據(jù)信號，其中，經(jīng)所述第一耦合器和所述第二耦合器，將所述數(shù)據(jù)信號耦合在所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線之間，從而繞開所述變壓器。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中，所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)一步包括電容，用于在所述第二耦合器和所述第二導(dǎo)線之間耦合所 述數(shù)據(jù)信號。
3、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中，所述第一導(dǎo)線是所 述配電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)格部分。
4、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中進(jìn)一步包括電容耦合 器，連接在所述第一導(dǎo)線和地之間，接近所述輸電電纜的一端，用于 吸收所述數(shù)據(jù)信號的反射，所述輸電電纜的端位于所述配電系統(tǒng)的高 壓到中壓變壓器的中壓輸出端。
5、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中進(jìn)一步包括 電容耦合器，連接在所述第一導(dǎo)線和地之間，接近所述輸電電纜的一端，用于吸收所述數(shù)據(jù)信號的反射；以及位于所述電容耦合器和所述地之間的節(jié)點(diǎn)，用于耦合所述第一導(dǎo) 線和數(shù)據(jù)端口之間的所述數(shù)據(jù)信號。
6、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一耦合器包括 鐵芯，所述第一導(dǎo)線穿過其中，以及繞組，纏繞在一部分所述鐵芯上；其中，經(jīng)所述鐵芯和所述繞組，所述數(shù)據(jù)信號通過所述第一導(dǎo)線 電感耦合。
7、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述鐵芯具有 氣隙。
8、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一歩包括與所述繞組串聯(lián)的電容器。
9、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步包括與所述繞組并 聯(lián)連接的電涌保護(hù)器。
10、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中進(jìn)一步包括電容耦 合器，連接在所述第一導(dǎo)線和地之間，接近所述輸電電纜的一端，用 于吸收所述數(shù)據(jù)信號的反射，其中所述電容耦合器包括電容器；高頻絕緣變壓器； 保險絲；泄流電阻器；以及端接電阻器，具有近似等于所述輸電電纜的特性阻抗的電阻。
11、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中進(jìn)一步包括 第一調(diào)制解調(diào)器，具有經(jīng)所述第一耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的第一端口，以及具有用于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號的第二端口；以及第二調(diào)制解調(diào)器，具有耦合到所述第一調(diào)制解調(diào)器的所述第二端 口的第一端口，以及具有用于經(jīng)所述第二耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的 第二端口。
12、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一耦合器包 括射頻變壓器。
13、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)， 其中所述變壓器包括降壓變壓器，以及 其中所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步包括 電容耦合器，連接在所述第二導(dǎo)線和地之間；以及部件，所述部件具有在由所述電容耦合器反射時近似等于所述配 電電纜的特性阻抗的阻抗。
14、 如權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述部件是 調(diào)制解調(diào)器。
15、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中，所述配電系統(tǒng)包括架空電纜和地下電纜之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)， 其中所述地下電纜的特性阻抗低于所述架空電纜的特性阻抗，以及其中所述第一耦合器位于所述架空電纜上，接近所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)。
16、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中，所述配電系統(tǒng)包括所述第一導(dǎo)線和地之間的部件， 其中所述部件的阻抗低于所述輸電電纜的阻抗，以及 其中所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)一步包括與所述部件串聯(lián)的扼流圈。
17、 如權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其中，所述部件是從由功 率因素補(bǔ)償電容器、電力線通信電容器組成的組中選擇的。
18、 如權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其中，所述扼流圈包括環(huán) 繞將所述部件連接到所述第一導(dǎo)線的一段導(dǎo)線的磁芯。
19、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，進(jìn)一步包括 第一調(diào)制解調(diào)器，具有用于經(jīng)所述第一耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的第一端口，以及具有用于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號的第二端口；路由器，具有用于經(jīng)所述第一調(diào)制解調(diào)器的所述第二端口耦合所 述數(shù)據(jù)信號的第一端口，以及具有用于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號的第 二端口；以及第二調(diào)制解調(diào)器，具有耦合到所述路由器的所述第二端口的第一 端口 ，以及具有用于經(jīng)所述第二耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的第二端口 。
20、 一種在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，具有含在開關(guān)的第 一側(cè)的第一段以及所述開關(guān)的第二側(cè)的第二段的相導(dǎo)線，包括第一電容耦合器，用于經(jīng)所述第一段耦合數(shù)據(jù)信號，以及具有用 于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)端口，以及第二電容耦合器，具有耦合到所述第一電容耦合器的所述數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)端口，以及用于經(jīng)所述第二段耦合所述數(shù)據(jù)信號，其中，當(dāng)打開所述開關(guān)時，維持所述第一段和所述第二段之間的 所述數(shù)據(jù)信號的傳輸。
21、 一種用于允許在電力配電系統(tǒng)上傳送數(shù)據(jù)信號的方法，所述 配電系統(tǒng)包括具有用于變壓器的初級線圈側(cè)的相位的第一導(dǎo)線以及用 于變壓器的次級線圈側(cè)的相位的第二導(dǎo)線的輸電電纜，所述方法包括:布置第一耦合器，用于經(jīng)所述第一導(dǎo)線電感耦合所述數(shù)據(jù)信號；以及布置第二耦合器，用于經(jīng)所述第二導(dǎo)線耦合所述數(shù)據(jù)信號， 其中，經(jīng)所述第一耦合器和所述第二耦合器，將所述數(shù)據(jù)信號耦 合在所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線之間，從而繞開所述變壓器。
22、 一種在配電系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，所述配電系統(tǒng)包括具有相導(dǎo)線的輸電電纜，所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)包括第一耦合器，具有允許所述相導(dǎo)線從中穿過的鐵芯以及纏繞在一部分所述鐵芯上的繞組，其中，經(jīng)所述鐵芯，將所述數(shù)據(jù)信號電感耦合在所述相導(dǎo)線和所述繞組之間；以及第二耦合器，用于經(jīng)所述相導(dǎo)線，耦合所述數(shù)據(jù)信號，其中，在所述第一耦合器和所述第二耦合器之間，經(jīng)所述相導(dǎo)線傳送所述數(shù)據(jù)信號。
23、 如權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其中所述相導(dǎo)線是所述配 電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)格部分。
24、 如權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，進(jìn)一步包括 第一調(diào)制解調(diào)器，具有用于經(jīng)所述第一耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的第一端口，以及具有用于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號的第二端口；路由器，具有用于經(jīng)所述第一調(diào)制解調(diào)器的所述第二端口耦合所 述數(shù)據(jù)信號的第一端口，以及具有用于進(jìn)一歩耦合所述數(shù)據(jù)信號的第 二端口；以及第二調(diào)制解調(diào)器，具有耦合到所述路由器的所述第二端口的第一 端口 ，以及具有用于經(jīng)所述第二耦合器耦合所述數(shù)據(jù)信號的第二端口 。
全文摘要
一種將數(shù)據(jù)信號耦合到輸電電纜(100)的耦合器。該耦合器包括第一繞組(225)，用于經(jīng)該輸電電纜的導(dǎo)線耦合該數(shù)據(jù)信號；以及第二繞組(235)，電感耦合到該第一繞組(225)，用于經(jīng)數(shù)據(jù)端口耦合該數(shù)據(jù)信號。一種用于識別電力線的多條中性線(105)中的一條中性線的裝置，包括接收器(902)，用于檢測來自所述輸電電纜的選定中性線的信號以及信號大小的指示器(905)。
文檔編號H04B3/54GK101505175SQ20091000055
公開日2009年8月12日 申請日期2001年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者G·卡普蘭, Y·瑟恩 申請人:埃姆別特公司