專利名稱：將數(shù)據(jù)信號(hào)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(shuō)，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(duì)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(gè)住所間需要"最后一英里"連接的Internet訪問(wèn)將大大地增 強(qiáng)這些網(wǎng)絡(luò)的效用。
通過(guò)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(gè)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(guó)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(guò)這些線的電壓降并保持適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)。通常，每個(gè) 配電變壓器僅為1至IO家庭或企業(yè)供電。對(duì)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(guò)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(kāi)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(kāi)來(lái)。
因此，中壓網(wǎng)格是相對(duì)靜止的媒介，對(duì)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(gè)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(duì)整個(gè)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(guó)家中，諸如日本和美 國(guó)，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(duì)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(guò)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(kāi)開(kāi)關(guān)一起操作。這些部件在不 同國(guó)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(shí)，對(duì)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(hào)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(kāi) 形狀的動(dòng)作，將網(wǎng)絡(luò)分成子網(wǎng)的可能性。因此，在用在每個(gè)國(guó)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(gè)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(jí)繞組，該初級(jí)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(duì)于電力電纜的特性阻抗，相對(duì)低的 高頻阻抗。上述任何一個(gè)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(duì)串聯(lián)諧振來(lái)說(shuō)，通常不接近零或?qū)Σ⒙?lián)諧振來(lái)說(shuō)，不會(huì) 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(kāi)開(kāi)關(guān)。當(dāng)在經(jīng)過(guò)這類開(kāi)關(guān)的相位線上傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，即使當(dāng)通 過(guò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(hào)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(jià)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(wú)限使用壽命的無(wú)源 元件的這種耦合器。
通過(guò)用于經(jīng)輸電電纜允許數(shù)據(jù)信號(hào)通信的裝置來(lái)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(hào)；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(hào)。


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(hào)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(duì)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(shuō)明用于與由數(shù)據(jù)信號(hào)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)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(gè)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(shí)別輸電電纜的多條導(dǎo)線中的一個(gè)的系統(tǒng)的示意圖。 圖9B是用于識(shí)別輸電電纜的多條導(dǎo)線中的一個(gè)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(duì)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(wú)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(duì)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(guò)網(wǎng)格斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)信號(hào)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(gè)或多個(gè)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(hào)。其具有用于經(jīng)輸電電纜的導(dǎo)線耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)。
本發(fā)明的一個(gè)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(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)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(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)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(kāi)并隔離。在電纜100端，暴 露每個(gè)中性導(dǎo)線105的絞合線并切向纏繞，與電纜端隔開(kāi)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(kāi)來(lái)，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(shí)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(lái)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(jià)，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(duì)制造來(lái)說(shuō)相當(dāng)?shù)土?br> 有幾個(gè)本發(fā)明的備選實(shí)施例。對(duì)地下電纜來(lái)說(shuō)， 一個(gè)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(shí)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(gè)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(hào)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(gè) 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(duì)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(hào)來(lái)說(shuō)， 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(gè)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(guò)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(shuō)，耦合器220為變壓器。在用于導(dǎo)電的頻率，通過(guò)這 種變壓器的初級(jí)，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(gè)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(gè)中性導(dǎo)線202的中性線電流穿過(guò)耦合器220。 對(duì)具有8條中性線的200安培電纜來(lái)說(shuō)，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(duì)較小載流量電纜以及對(duì)具有更多中性導(dǎo) 線的電纜來(lái)說(shuō)，穿過(guò)單個(gè)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(méi)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(hào)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(hào)的回流，從 而由于調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)，大大地降低輻射磁場(chǎng)的強(qiáng)度。該裝置也對(duì)來(lái)自 外部電場(chǎng)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(hào)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(gè)本身可視為繞 組。
圖3A的裝置確保僅與兩個(gè)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(duì)在前所述的Pirelli電纜來(lái)說(shuō)，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(shí)，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(dòng)的中性電流導(dǎo)致通過(guò)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(guò)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(guò)中性導(dǎo)線302、 305，差動(dòng)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)。對(duì)指定 的驅(qū)動(dòng)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(duì)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(gè)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(duì)于由圖 3A的雙線實(shí)現(xiàn)方式所發(fā)射的，改進(jìn)幾何對(duì)稱的電流以及降低的電壓電 平將會(huì)進(jìn)一歩降低電磁輻射。電力公司可能反對(duì)切斷兩條中性線并通過(guò)耦合器來(lái)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(shuō)明用于與一對(duì)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(hào)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)該對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(gè)窗口的磁芯，通過(guò)該磁芯，在相反的方向中穿過(guò)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(hào)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(guò)第 一間隙430以及中性導(dǎo)線420穿過(guò)第二間隙435。通過(guò)相對(duì)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(guò)用一個(gè)或多個(gè)環(huán)形磁芯來(lái)環(huán) 繞整個(gè)電纜來(lái)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(gè)或多個(gè)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(duì)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(gè)。實(shí)際上每個(gè)中性導(dǎo)線505將看見(jiàn)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(gè)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(gè)中性線505。能將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到通過(guò)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(hào)?？蓪㈦娎|500視為具有通過(guò)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(guò)環(huán)形磁芯505中，通過(guò)流過(guò)多條中性線505 的相反方向的中性電流平衡在一個(gè)方向中流動(dòng)的中間導(dǎo)線517的相電 流，通過(guò)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(dòng)力電流分布仍然保持不變，同 時(shí)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(gè)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(duì)可通電或可不通電的電路來(lái)說(shuō)，避免切割或15操縱中性線。圖6A至6D的每一個(gè)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(hào)電流。開(kāi)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(kāi)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(gè)中的電流?？?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(guò)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(hào)電流將感應(yīng)兩條 中性線602中的信號(hào)電流，將差分信號(hào)發(fā)射到由這兩個(gè)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(duì)大的氣隙大小，以及增加耦合系數(shù)，能使用一對(duì)具有所提供的間 隙627的環(huán)形磁芯620，中性線602穿過(guò)間隙627。將繞組630纏繞在 每個(gè)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(gè)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(shì)(MMF)，但在每個(gè)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(shí)中性線間的電流分布將基本上保持不變，畎；與整個(gè)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(gè)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(duì)中性線的單個(gè)磁芯或超環(huán)面對(duì)， 其耦合到按對(duì)組織的所有中性線。對(duì)具有奇數(shù)導(dǎo)線的電纜來(lái)說(shuō)，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(duì)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(gè)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(hào)，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(hào)。通常，圖7的實(shí)施例對(duì)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(hào)， 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(hào)。該數(shù)據(jù)信號(hào)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(shuō)明使用根據(jù)圖6D的實(shí)施例的所有中性線對(duì)。以與圖 6D的選定對(duì)600類似的方式，導(dǎo)線對(duì)702、 705、 710和715均執(zhí)行為 傳輸線。通過(guò)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(dòng)中性線對(duì)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(hào)提供給 端口 760。由于電力電纜700的中心相導(dǎo)線715受到來(lái)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(hào)傳輸。圖7的實(shí)施例的一些優(yōu)點(diǎn)是(a)可不選擇一對(duì)中性導(dǎo)線來(lái)執(zhí)行耦 合器的安裝，因此不識(shí)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(gè)信號(hào)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(chǎng)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(gè)實(shí)施例，但代替單個(gè) 信號(hào)通路，其采用多條中性能傳輸線802、 805、 810、 815來(lái)提供多阻抗傳輸通道。圖8表示四個(gè)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(hào)，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(hào)。通常，圖8的實(shí)施例對(duì)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(hào)，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(hào)耦合到第二數(shù)據(jù)端口 845?？衫糜糜趯?shí)現(xiàn)(a)在一個(gè)或多個(gè)通道上全雙工傳輸數(shù)據(jù)，(b) 多個(gè)單向或雙向通道，從而增加整個(gè)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(shí)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(duì)在圖6A至6D中所示的每個(gè)實(shí)施例，以及對(duì)圖3-8所示的增強(qiáng)， 選擇在電纜的一端的一個(gè)或兩個(gè)中性線暗指必須在電纜的遠(yuǎn)端識(shí)別相 同導(dǎo)線。圖9A是用于識(shí)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(hào)的接收器902，以及信號(hào)大小的指示器905。將 該信號(hào)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(cè) 遠(yuǎn)離第一點(diǎn)的輸電電纜上的第二點(diǎn)927的信號(hào)。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(guò)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(hào)。經(jīng)電感耦合器924，將信號(hào)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(duì)中性線。通過(guò)在MHz范圍內(nèi)的低功率、高頻振蕩器， 驅(qū)動(dòng)耦合器。這使得高頻電流在選定的導(dǎo)線中更強(qiáng)烈流動(dòng)。在遠(yuǎn)端，將無(wú)線接收器900變?yōu)橥活l率。該無(wú)線接收器的特別 之處在于它具有信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量計(jì)905以及用于優(yōu)化增益的手動(dòng)或自動(dòng)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(hào)強(qiáng)度測(cè)量計(jì)905上的讀數(shù)。然后，該 安裝者與電纜成切線移動(dòng)該接收器，輪流檢測(cè)每條導(dǎo)線。產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng) 度測(cè)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(lì)的導(dǎo)線。因此，用于識(shí)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(hào)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(hào)的相對(duì)值，以及(c)從相對(duì)值識(shí)別出選定的中性線。該識(shí)別步驟 將選定的中性線識(shí)別為具有最大相對(duì)值的多條中性線中的一條。應(yīng)用 步驟包括將信號(hào)電感耦合到選定的中性線，以及讀出步驟包括電感耦 合來(lái)自選定的中性線的信號(hào)。迄今為止，已經(jīng)在具有多個(gè)、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(gè) 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(jiǎn)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(guò)其流動(dòng)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(kāi)路，或連 接到變壓器繞組，在射頻時(shí)，該變壓器繞組的高阻抗可接近開(kāi)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(shí)，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(gè) 或多個(gè)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(shí)有效時(shí)的負(fù)載終端時(shí)，該負(fù)載終端用于將數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到傳輸線，或耦合來(lái)自傳輸線的數(shù)據(jù)信號(hào)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(shí)該信號(hào)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(hào)的開(kāi)路。 將調(diào)制過(guò)的數(shù)據(jù)分組耦合到這種開(kāi)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(huì)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(tīng)"將會(huì)遇到損失可用傳 輸時(shí)間。對(duì)具有相當(dāng)大的高頻損耗的電纜和導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，這些反射將快速消 散，并且不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。然而，對(duì)架空線和一些地下偽同軸線來(lái)說(shuō)，這些損耗很低，以及強(qiáng)烈的反射信號(hào)將干擾直流信號(hào)(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(hào)，并具 有用于進(jìn)一步耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)以及可選地用作用于耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(gè)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(gè)配電變壓器1010的次級(jí)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(shí)吸收 反射和提供信號(hào)耦合節(jié)點(diǎn)1025，即，信號(hào)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(hào)以及用于提供用于該 數(shù)據(jù)信號(hào)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(lái)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(hào)，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(hào)。電感耦合器1102包括鐵芯1105，相導(dǎo)線1110 穿過(guò)該鐵芯。通過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(huì)飽和的氣隙1120，即使當(dāng)通過(guò)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(duì)調(diào)制解調(diào)器發(fā)射機(jī) 提供可測(cè)量的高頻阻抗的初級(jí)磁化電感，但在配電頻率時(shí)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(jí)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(hào)。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(guò)電 感耦合器1102耦合到低電壓線上。注意當(dāng)僅將一個(gè)LV相位線1150以及LV中性線1155連接到耦合 器1102時(shí)，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(hào)。重要的考慮因素，以及所需的目的是最小化來(lái)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(lái)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(lái)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(duì)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(guò)采用相對(duì)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(guò)在每個(gè)電感耦合器處放置背對(duì)背調(diào) 制解調(diào)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。背對(duì)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(duì)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(hào)，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(hào)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(guò)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(duì) 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(guò)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(lái)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(gè)參數(shù)是在線路和耦合器間的方向中的信號(hào)電平的衰減，因?yàn)樵谥袎弘娏€上的信號(hào)電平必須足夠強(qiáng) 以克服這種衰減。通過(guò)將更多的電源應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)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(méi)有另外的輻射。
例如，如果將每個(gè)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(wú)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(hào)，并具有和于坦步耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)。
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(duì)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(hào)耦合到輸出電力線1350上。
每個(gè)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(gè)電纜終端上，從而每個(gè)變壓器需要兩個(gè)耦合器，除空端段上 的最后一個(gè)變壓器外。
通過(guò)使在變壓器的每個(gè)端上的兩個(gè)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(wú)源鏈接。通過(guò)串聯(lián)耦合電容器1310，可 實(shí)現(xiàn)對(duì)連接到LV線1350的通信裝置的無(wú)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(duì)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(hào)，并具有用于進(jìn)一歩耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)。
第一調(diào)制解調(diào)器1460包括調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)。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(hào)。
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(hào)耦合到輸出電力線1450。
中壓電纜可包括長(zhǎng)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(gè)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)入孔分段該長(zhǎng)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(duì)耦合器，將一個(gè)耦合器安裝在接地端，通過(guò)彼此連接的它們的初級(jí)線圈，產(chǎn)生橋接。
本發(fā)明也提供使用穿過(guò)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(lái)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^(guò)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(jí)繞組。元件，諸如調(diào)制解調(diào)器1525，當(dāng)通過(guò)電容耦合器反射時(shí)，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(zhǎng)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(kāi)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(gè)或多個(gè)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(guò)由反相電流驅(qū)動(dòng)的每個(gè)耦合器對(duì)的構(gòu)件，能對(duì)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(dòng)將基本上抵消遠(yuǎn)場(chǎng)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(duì)電感耦合器1540、 1541，以便該對(duì)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(duì)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(guò)一個(gè)波長(zhǎng)的距離處，驅(qū)動(dòng)單相，同時(shí)抵消大多數(shù)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射。例如，可使用一個(gè)電感耦合器1540，以及在該線路下一個(gè)波長(zhǎng)后，可依賴傳輸線感應(yīng)效應(yīng)來(lái)平衡電流。
也可將電感耦合器放置在饋給配電變壓器初級(jí)線圈的線路上，因?yàn)橐恍╊愋偷呐潆娮儔浩鞯淖儔浩鞒跫?jí)線圈電感可具有與架空線相同的數(shù)量級(jí)，并形成閉合回路。由于該回路載有相對(duì)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(wú)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(jí)繞組1555的線路上。
由于電感耦合器1550所察覺(jué)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(huì)顯著地干擾在電網(wǎng)上通過(guò)的HF信號(hào)。對(duì)具有其大小與電力線的特性阻抗相同數(shù)量級(jí)或更低的RF阻抗的那些裝置，諸如電容器1565來(lái)說(shuō)，可與電容器1565串聯(lián)插入串聯(lián)扼流圈1570。通過(guò)在引線1575上放置一個(gè)或多個(gè)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(duì)較低，因此，鐵芯飽和將不是問(wèn)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(duì)擴(kuò)展頻譜調(diào)制解調(diào)器來(lái)說(shuō)，為6-10dB或更低于直流信號(hào)電平的反射的內(nèi)部分組信號(hào)將不影響數(shù)據(jù)接受。將內(nèi)部分組反射信號(hào)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(guò)0.5，以及反射信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)的振幅比直流信號(hào)弱6-10dB以上。因此，在數(shù)據(jù)分組期間到達(dá)的反射信號(hào)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(hào)。
對(duì)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(lái)說(shuō)，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(jí)線圈可僅僅具有一匝，以及初級(jí)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(duì)具有50歐姆的終端阻抗的調(diào)制解調(diào)器來(lái)說(shuō)，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(jí)圈。有必要串聯(lián)次級(jí)線圈(MV線)。因此，通過(guò)相位-反相電感耦合器對(duì)，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^(guò)使用多個(gè)與它們的初級(jí)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(gè)鐵芯的等效的幾個(gè)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(wú)效，例如，在存在對(duì)RF電流的有效開(kāi)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(shuō)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(shuō)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(shí)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。可選地，電容耦合器1600可包括與電容器1620串聯(lián)連接的保險(xiǎn)絲1625，以避免弄錯(cuò)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(gè)電容器1620并聯(lián)連接以便當(dāng)不將它們連接到激勵(lì)電路時(shí)使它們放電。充電電容器將會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危險(xiǎn)。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(guò)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(gè)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(lái)端接傳輸線的空端時(shí)，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(shuō)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(guò)網(wǎng)格分段開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)信號(hào)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(kāi)關(guān)1602的第一側(cè)的第一段1601，以及在開(kāi)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(hào)，并具有用于進(jìn)一步耦合數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)。因此，當(dāng)打開(kāi)開(kāi)關(guān)1602時(shí)，維持第一段1601和第二段1603間的數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，
本發(fā)明采用各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)擴(kuò)展物理范圍和提高可靠性。在通過(guò)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(hào)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(guò)該物理點(diǎn)，不能檢測(cè)信號(hào)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(lái)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(lái)重新生成并加強(qiáng)該信號(hào)。
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(gè)節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)、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(gè)節(jié)點(diǎn)總是在線的話，存儲(chǔ)、解釋和轉(zhuǎn)發(fā)令牌所需的時(shí)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(shí)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(hào)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(huì)有時(shí)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(guò)手動(dòng)測(cè)量中壓網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)間的衰減來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別永久有效節(jié)點(diǎn)元的確定。最好，測(cè)量電壓振幅和/或信號(hào)噪聲皆電路具有調(diào)制解調(diào)器，并由網(wǎng)絡(luò)媒介訪問(wèn)控制層來(lái)詢問(wèn)。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(shí)，改變中壓輸出線路的結(jié)構(gòu)，但這是相對(duì)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(shí)通過(guò)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(duì)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(duì)無(wú)效。對(duì)地下線來(lái)說(shuō)，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(duì)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(shí)。由于低電纜-耦合器損耗，也將功率電平保持在低電平。對(duì)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(duì)單端模式(見(jiàn)圖2A)，選定導(dǎo)線的兩個(gè)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(dòng)作。相隔一定距離的觀察員將看到基本上抵消的場(chǎng)。
對(duì)平衡模式，有遠(yuǎn)場(chǎng)抵消和接地相鄰導(dǎo)線的保護(hù)效應(yīng)。對(duì)變壓器
終端(見(jiàn)圖2B)，最小化耦合損耗，以及驅(qū)動(dòng)功率將保持相對(duì)較低，給出最低EMI電平。對(duì)扼流圈終端，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guò)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(zhǎng)串所有1和所有o，也可使用基帶信令。通
過(guò)包括再生(轉(zhuǎn)發(fā)器)的段內(nèi)連接，頻帶將遠(yuǎn)大于通過(guò)無(wú)源連接段所獲得的頻帶。
可在極少或不中斷對(duì)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(kāi)單個(gè)電纜段，而不中斷對(duì)用戶的服務(wù)。對(duì)相對(duì)少的電容耦合器來(lái)說(shuō)，可需要單個(gè)短時(shí)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(duì)電網(wǎng)格的可靠性有極少或沒(méi)有影響。電感耦合器不存在會(huì)影響電力流動(dòng)的故障方式。少量具有保險(xiǎn)絲的電容耦合器也不會(huì)影響線路故障。
對(duì)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(guò)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(huì)最小化連接故障。在出現(xiàn)開(kāi)路的情況下，將不振動(dòng)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(méi)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(huì)不利地影響電網(wǎng)。
耦合器的中性或任何其他部分對(duì)地短路將對(duì)MV線沒(méi)有影響，因?yàn)槠渲行詫⒕o接連接到接地棒。磁性電路的開(kāi)、短或飽和故障將對(duì)提供電力或系統(tǒng)安全沒(méi)有影響。
耦合器僅使用無(wú)源元件，暗指實(shí)質(zhì)上的服務(wù)的無(wú)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(wú)源實(shí)現(xiàn)中，電感耦合器僅使用無(wú)源元件，例如，纏繞在磁芯上的導(dǎo)線，并且這些沒(méi)有磨損力學(xué)訂。電感耦合器也不具有磨損力學(xué)。
無(wú)源結(jié)構(gòu)以及電感耦合器安裝的簡(jiǎn)易性對(duì)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(wèn)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(shí)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(lái)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(gè)變壓器接觸，而且必須經(jīng)受得住整個(gè)故障電壓。例如，必須測(cè)試用于15kV均方根對(duì)
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(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(jí)線圈側(cè)的相位的第一導(dǎo)線以及用于變壓器的次級(jí)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(hào)；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(hào)，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(hào)耦合在所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線之間，從而繞開(kāi)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(hào)。
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(hào)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(hào)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(hào)。
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(guò)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(hào)通過(guò)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(hào)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(xiǎn)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(hào)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(hào)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(hào)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(shí)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(kāi)關(guān)的第 一側(cè)的第一段以及所述開(kāi)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(hào)，以及具有用 于進(jìn)一步耦合所述數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)，其中，當(dāng)打開(kāi)所述開(kāi)關(guān)時(shí)，維持所述第一段和所述第二段之間的 所述數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)的方法，所述 配電系統(tǒng)包括具有用于變壓器的初級(jí)線圈側(cè)的相位的第一導(dǎo)線以及用 于變壓器的次級(jí)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(hào)；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(hào)， 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(hào)耦 合在所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線之間，從而繞開(kāi)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(guò)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(hào)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(hào)，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(hào)。
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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)的第二端口 。
全文摘要
一種將數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)；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(hào)。一種用于識(shí)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(cè)來(lái)自所述輸電電纜的選定中性線的信號(hào)以及信號(hào)大小的指示器(905)。
文檔編號(hào)H04B3/54GK101505175SQ20091000055
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:埃姆別特公司