JPH11507461A - 非侵襲性送電線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 送電線による送信のために第１の場所において通信信号を発生する発生手段と、該通信信号をリアクタンスにより送電線に結合する結合手段と、前記通信信号を前記第２の場所において受信する受信手段とを具備する非侵襲性の送電線通信システムを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 非侵襲性送電線通信システム 発明の分野 この発明は、送電線通信システムに関し、さらに詳細には、送電線への信号お よび送電線からの信号をリアクタンスにより結合することにより、完全に非侵襲 性の方法で、通信装置と送電線との間において通信信号を結合するようなシステ ムに関するものである。 関連する事例 この発明は、「MODULAR CORE，SELF-POWERED POWERLINE SENSOR」と題され、 この出願と同日出願された、この発明者による出願の一部継続出願である。 発明の背景 交流送電線内またはその周りの状態の監視は、高架送電線および地下送電線お よび主たるアプリケーションおよび副次的なアプリケーションのいずれにおいて も、欠陥のある設備や交流送電線への過負荷により生じ、かつ、潜在的に非常に 多くの消費者のためのサービスの喪失に帰結する停電を予想するために、電気事 業会社のための有用な業務である。停電および最も多い消費者の損失についての 可能性は、電力使用量が最大で、連続した動力の供給が最も不安定なピーク期間 中に増大する。電線、変圧器および他の設備の欠陥および過負荷により生じる停 電は、修理するのに高くつき、電気事業会社の従業員にとって危険であり、かつ 、失ったサービスについての収入の損失に関しかつ事業の評判に対するダメージ に関して電気事業会社にとって高くつくことになる。欠陥または過負荷の送電線 に起因する予期しない停電の影響は、送電線が地下にある場合には、いらだたし いものである。 したがって、電力、電圧および電流のような電気的な状態を感知する交流送電 線センサは、欠陥または過貞荷の設備のために起こる予期しない停電の見込みを より良好に予想するために、交流送電線および変圧器やスイッチのような関連す る設備を監視している電気事業会社にとって非常に有用である。電気事業会社が 、送電線における状態を監視することができるならば、該会社は、過負荷または 欠陥の結果として動力源を断つことになりがちな送電線の保守および交換をより 良好に実施することができ、それによって予期しない停電の数を低下させること ができる。 この監視を最も効率的に行うために、典型的には、監視されるシステムにおけ る各センサと遠隔の基地局との間の通信リンクが確立される。これにより、電気 事業会社は、各センサを現場において個別にチェックしなければならない代わり に、１つの遠隔位置において全てのセンサを監視することができる。通信リンク の１つの確立方法は、例えば、ＦＭ無線リンクによってローカルな地上局に信号 を送信することにより達成される。信号は、その後、遠隔の中央監視位置に、例 えば無線、地上線、衛星チャンネルによって送信される。Ｓｉｅｒｏｎの米国特 許第４７８６８６２号明細書を参照のこと。この種の通信リンクは、複雑、高価 であり、しかも、かなり多くのハードウェアの使用を必要とする。 １つのより良好な方法には、高周波通信信号をセンサと基地局との間で送信す るために、監視される送電線を利用することが含まれる。このことは、センサと 送電線との間および基地局と送電線との間の直接的な電気的接続を行うことによ り達成される。直接的な電気的接続は、しかしながら、侵襲性の電気的接続を監 視されるべき動力回路に対して行うことが必要である。この種の装着は、装着を 行うためにかなりの数の人員と時間を必要とするので、電気事業会社にとっては 高価であり、装着作業者には潜在的な危険性があり、消費者に対してはサービス の中断を生ずるものである。これらの制限のために、送電線通信は、送電線セン サと通信するために電気事業産業において広く使用されてこなかった。 発明の概要 したがって、この発明の目的は、送電線への通信信号および送電線からの通信 信号を、非侵襲的に結合する送電線通信システムを提供することである。 さらに、この発明の目的は、直接的な電気的接続を送電線に対して行う必要の ない、そのような非侵襲性の送電線通信システムを提供することである。 さらに、この発明の目的は、非常に容易に、安価に、かつ、安全に、送電線上 に装着される、そのような非侵襲性の送電線通信システムを提供することである 。 さらに、この発明の目的は、消費者に対するサービスの中断を生ずることなく 装着され得る、そのような非侵襲性の送電線通信システムを提供することである 。 さらに、この発明の目的は、通信信号を送信するために監視される送電線を使 用するので、送電線通信を行わない従来のシステムよりも、必要なハードウェア が少なくて済む、そのような非侵襲性の送電線通信システムを提供することであ る。 この発明は、本当に容易、安全かつ安価な送電線通信システムが、送電線にお ける送信のための第１の位置において通信信号を発生する手段と、発生された通 信信号を送電線にリアクタンスにより結合する手段と、通信信号を第２の位置に おいて受信する手段とを提供することにより達成されるという認識から生じてい る。 この発明は、非侵襲性の送電線通信システムを特徴としている。このシステム は、送電線を通して送信するために第１の位置において通信信号を発生する手段 を含んでいる。また、通信信号をリアクタンスにより送電線に結合する手段およ び通信信号を第２の位置において受信する手段（例えば、基地局）をも存在する 。 好ましい実施形態において、発生する手段は、第１の通信装置を含んでいる。 リアクタンスにより結合する手段は、通信信号を誘導性により送電線に結合する ための手段を含んでいる。誘導性により結合するための手段は、送電線の周囲に 配置される通信コア部材と、通信信号を送電線に結合するために前記通信コア部 材の周りに配置された複数の巻線とを含んでいてもよい。 リアクタンスにより結合する手段は、容量性により通信信号を送電線に結合す る手段を含んでもよい。容量性により結合する手段は、通信信号を送電線に容量 性により結合するために、送電線に近接配置された第１および第２の間隔をあけ たプレートと、該プレート間に配置される誘電体とを含んでいてもよい。前記コ ンデンサの前記第１および第２のプレートは、送電線の周りに同心に配置されて いてもよい。 さらに、リアクタンス（誘導性または容量性）により、送電線からの通信信号 を基地局に結合するための手段を含んでいてもよい。さらに、リアクタンス（誘 導性または容量性）により、基地局において発生された通信信号を、第１の位置 に送られるように送電線に結合し戻す手段を有してもよい。また、リアクタンス （誘導性または容量性）によりこれらの基地局信号を第１の位置に結合する手段 を有してもよい。 この発明は、送電線への送信のために通信信号を発生する手段と、該通信信号 を送電線へリアクタンスにより結合するための手段を含む、非侵襲性の送電線通 信送信器をも特徴としている。 この発明は、さらに、送電線を通して送信された通信信号を受信するための非 侵襲性の送電線通信受信器をも特徴としている。この受信器は、送電線を通して 送信された通信信号を受信する手段と、該通信信号を送電線から受信器へリアク タンスにより結合する手段とを含んでいる。 好ましい実施形態の開示 他の目的と特徴と利点とは、好ましい実施形態の以下の説明と添付図面とから 本技術の当業者に見いだされる。添付図面は以下の通りである。 図１Ａは、本発明によるモジュラコア、自己動力式送電線センサーの斜視図で ある。 図１Ｂは、図１のモジュラコアエレメントの周りの巻線の相互結合を示す概要 図である。 図１Ｃは、図１Ａに示されるようなモジュラコア、自己動力式送電線センサー の感知装置の斜視図である。 図２は、図１のモジュラコア、自己動力式送電線センサーを、その周りに巻か れた保護カバー、および、保護カバーとセンサーの巻線との間に配置された電子 部品と共に示す。 図３は、図１のセンサーと基地局との概要ブロック図であり、両者は交流送電 線に結合されている。 図４は、交流送電線の中または周りにおける感知された状態に対する時間基準 の公称レベルを構成するために、図３のマイクロコンピュータによって使用され るソフトウェアのフローチャートである。この時間基準の公称レベルは、交流送 電線の中または周りにおける公称状態から分散を判断するためのものである。 図１Ａには、この発明によるモジュラコア、自己動力式送電線センサー１０が 示される。モジュラコア、自己動力式送電線センサー１０は、交流送電線１２の 周りに配置される。送電線１２は、伝導性のストランド（または単一コア）１４ と絶縁ゴム層１６とを具備する。示される交流送電線１２は、地下の二次電力分 配用途において典型的に使用されるタイプのケーブルである。しかしながら、セ ンサー１０は、絶縁されたまたは絶縁されていないケーブルを使用して、高架の 二次電圧用途でかつ高架および地下の一次電圧用途で使用されてもよいので、こ のことはこの発明の必要な制約ではない。 電力引き出し センサー１０は、小さな外形のモジュラコアエレメント１８，２０，２２を具 備する。モジュラコアエレメント１８，２０，２２は、（コアエレメントを送電 線１２上に取り付けるために）モジュラコアエレメント内に間隙１９，２１，２ ３を分けることによって、そして、（コアエレメントを位置に固定するために） モジュラコアエレメント１８，２０，２２がその元の位置に跳ね返って戻ること を可能にすることによって、送電線１２の回りに配置される。コアエレメントは 、鋼鉄のような高い磁気的な透磁率の強磁性材料から形成され、かつ、典型的に は絶縁材料で覆われている。 コアエレメント１８，２０，２２は、形状が環状体であり、かつ、断面の厚み Ｔを有する。厚みＴは、コアエレメント１８，２０，２２の幅Ｗにほぼ等しく、 典型的には、ほぼ１／２インチである。故に、発明の背景で説明されたように、 コアエレメント１８，２０，２２は、交流送電線１２から最も効率よく電力を引 き出すためにほぼ構成されている。また、発明の背景で説明されたように、単一 コアシステムでは、交流送電線からの電力引き出しの量を改善するためには、コ アの幅は増大されなくてはならず、かつ、効率を維持するためには、コアの断面 の厚みは、対応して増大されなくてはならない。しかし、効率を維持するために 断面の厚みが増大されるので、センサーの外形は、非常に大きくなり、かつ、限 定的な体積におけるセンサーの適用と近接した間隔をあけて置かれた線上でのセ ンサーの適用とを禁止する。この発明によると、コアは多数のモジュラコアエレ メントからなる。この場合は３個である。このことは、コアエレメントの断面の 厚みをコアエレメントの幅にほぼ等しくすることによって、かつ、多数のコアエ レメントを使用することによって、センサーの効率を維持する。センサーの断面 の厚みは、電力引き出しが増大される一方で小さな外形を維持するために、制限 されることができる。 最適化された電力引き出しのためのコアエレメント１８，２０，２２のサイズ は、コア上の複数の巻線（二次巻線）とコアの中心を通る送電線ケーブル（一次 巻線）との間の結合を最大化しながら、損失を最小化することの組み合わせであ る。 実際に観察される３つの基本的な損失は、二次巻線の抵抗による損失と、磁気 漏れインダクタンスによる損失と、コア材料内で誘導された渦電流による損失と である。他の損失が存在し、かつ、設計詳細によっては多かれ少なかれ性能に影 響を与えうる。しかしながら、上述された３つの損失は、観察された主要な損失 である。 センサーの試験された実施形態では、コアは、磁気的な鋼鉄材料に巻かれたテ ープから製作された設計を具備する。巻かれたテープによって、それは「鋼鉄の 連続した細片を螺旋方法で巻くことによってコアが組み立てられ、普通のテープ のロールに非常によく似た環状体形状を生成する」ということを意味される。こ の製作アプローチの利点は、「比較的簡単であり、かつ、費用が高くない」とい うことであり、かつ、そのことは、（優先的に向けられた）磁気鋼鉄の使用が（ 鋼鉄の細片の長さに沿って並べられた）最も高い磁気的な透磁率を有することを 可能にする。そのような向けられた鋼鉄の細片が環状体形状に巻かれる場合、最 も高い磁気的な透磁率が、環状体コアの本体の円形経路に沿ってほぼ位置される 。故に、最も高い磁気的な透磁率の経路は、環状体コアの中心を通る一次導体に 沿った電流の流れによって生成される磁束の経路に並べられる。もし、テープを 巻かれたコアが（電気的な絶縁被覆で覆われた）磁気材料から製作されるならば 、その材料は、結果として、コア構造となる。このコア構造は、一次巻線の中心 からコアを通して外側へ放射状に向けられた経路に沿った渦電流の流れを、効率 よく制限する。しかしながら、そのような構造は、一次巻線に平行なコア内の経 路に沿った渦電流の流れを制限する傾向にない。そして、一次巻線電流によって コア内に誘導された渦電流は、これらの平行な経路に沿って存在する傾向にある 。他の問題点を無視して、もし、一次巻線に平行な（コア内の）渦電流経路を分 断するために、環状体コアが多数の並んでいるコアへ電気的に分離されることが できるならば、これらの渦電流は、渦電流に関連する損失（非効率性）を伴って 十分に減少される。 損失を最小化するために、かつ、一次巻線と二次巻線との間の結合を最大化す るために、コアの断面は、最適化されることができる。典型的なコアは、内径Ｒ₁ と外径Ｒ₂と幅Ｗとを有する。コアの断面の厚みＴは、Ｒ₁とＲ₂との間の差、即 ち、 Ｔ＝Ｒ₂−Ｒ₁ （１） である。一次巻線と二次巻線との間の結合は、コア内の磁束鎖交によって特徴付 けられることができる。二次巻線抵抗と漏れインダクタンスとは、コア上の各二 次包装の長さによって、または、コア断面の周囲（２Ｔ＋２Ｗ）の長さによって 、特徴付けられることができる。磁束鎖交を最大化することによって、かつ、コ アの断面の周囲を最小化することによって、コアのサイズは、最適化されること ができる。センサーに対して予期されるサイズの範囲に対しては、最適化された コアのサイズは、Ｔに対するＷの比率（Ｗ／Ｔ）に値する。この比率は、ほぼ、 １〜３の範囲である。説明されたように、センサーの試験された実施形態は、３ つのコア１８，２０，２２を利用する。各コアは、ほぼ１であるＷ／Ｔ比率を有 する。 巻線２４，２６，２８を具備する巻線層は、（２８ケージの磁気ワイヤのよう な）ワイヤを各コアエレメント１８，２０，２２の周りに多くの回数巻くことに よって、かつ、（図１Ｂに示されるように）各コアエレメントの巻線を直列に相 互結合することによって形成される。これに代えて、巻線は、並列に接続されて もよい。送電線１２内の交流電力は、非接触の変圧器動作によって、巻線２４， ２６，２８内に電流を誘導する。交流送電線１２が電源を入れられたときに、望 ましい電流が巻線内に誘導されるように、巻線の適切な比率が選択される。巻線 内の巻き数は、巻線内に誘導された電流と交流送電線１２内における所定地点へ の電流との間の比率を決定する。上記所定地点において、コアエレメント１８， ２０，２２は、誘導された磁束密度を具備する。この磁束密度は、該磁束密度の 飽和レベルかまたは該飽和レベルより下である。各コアエレメントに対する巻線 の典型的な数は、７５である。これは、センサー１０を２０アンペアと同じぐら い小さい線電流で動作させるために十分な電力を引き出すための値である。コア エレメントの数または巻線の数または両者の数を増大することによって、センサ ー１０は、より多くの電力を引き出すよう作られることができ、故に、さらに小 さい交流線電流で動作することができる。 電圧感知 センサー１０は、さらに、図１Ａおよび図１Ｃに示すように電圧電流感知装置 ３６を具備する。電圧は、キャパシタ３７によって感知される。キャパシタ３７ は、交流送電線１２の絶縁層１６から近接した間隔をあけて置かれた第１の内側 表面導体３８と、内側導体３８から間隔をあけて置かれた外側表面導体４０とを 有する。両導体は、交流送電線１２の周りに同軸に配置され、かつ、空気または 発泡体コアのような誘電体４２が両導体の間に具備される。キャパシタ３７は、 交流送電線１２から容量性により結合された（送電線１２の電圧に比例する）電 圧を感知するために使用され、かつ、（以下に説明されるように）送電線１２か らの高周波送電線通信を容量性により結合するための受信機として使用される。 キャパシタ３７は、送電線１２の周りに同軸に配置されているので、キャパシタ ３７は、送電線１２に近接した間隔をあけて置かれた（送電線１２以外の）送電 線内の電力の影響を打ち消す傾向にある。 外部電界（例えば、隣接した送電線、または、他の電磁気電界源）からのノイ ズおよび／または望ましくない影響をさらに減少するために、内側表面導体３８ は、追加の同軸プレート３９，４１に電気的に接続されている。同軸プレート３ ９，４１は、プレート４０と同じ方法で、かつ、プレート３９とプレート３８と の間、および、プレート３８とプレート４１との間に、同じ誘電体を伴って、プ レート３８の外側に間隔をあけて置かれている。追加のプレート３９，４１は、 それぞれ、外側同軸プレート４０の表面積のほぼ１／２を有し、かつ、（示され るように）内側同軸プレート３８に電気的に接続されている。故に、全ての外部 信号が、内側同軸プレート３８と外側同軸プレート４０との両方によって等しく 拾われる傾向にあり、かつ、内側表面導体３８と外側表面導体４０との間の差異 測定内に存在しない。外側プレート４０と同じ表面積を有するたった１つの同軸 プレート（例えば、プレート３９）が存在してもよい。これに代えて、３つの同 軸プレートが存在してもよい。その各々は、外側プレート４０の表面積の１／３ を伴う。一般に、もし、ｎ個のプレートが存在するならば、各プレートの表面積 は、外側プレート４０の表面積の１／ｎである。 電流感知 インダクタ４３が、キャパシタ３７の周りに配置されている。インダクタ４３ は、多数の電流測定巻線４４を有する。電流測定巻線４４は、環状体形状にされ た分離材料（例えば、発泡体）４５の周りに巻かれている。送電線１２からの電 流は、巻線４４内に電流の流れを誘導する。巻線４４内の電流は、交流送電線１ ２内を流れる電流に比例する。インダクタ４３は、（空気または発泡体材料を含 む）分離材料４５の周りに巻かれるので、インダクタ４３は、典型的な鉄製コア が飽和するようには飽和しない。故に、感知された電流は、より線形である。こ のことは、遮断することをより正確かつ簡単にする。 分離材料４５は、巻線４４に対して発泡体として働き、かつ、分離材料４５の 材料は、空気のような低い磁気的な透磁率を有する。分離材料４５は、より高い 透磁率を有することができる。しかし、発泡体４５の材料が磁気的に飽和しない ように、かつ、インダクタ４３によって感知された電流が線形以下となりかつ遮 断することがより困難になるように、間隙を具備することまたは磁気的な透磁率 を制御することは注意を要する。非線形電流測定は、インダクタ４３によって感 知されることができ、かつ、正確に解明されることができる。しかしながら、こ のことは、センサーの他の構成要素において、いくぶんより大きな複雑性を要求 する。 電圧電流感知装置３６は、また、間隙４６を具備する。間隙４６は、交流送電 線１２上に取り付けるために、かつ、交流送電線１２から電圧電流感知装置３６ を取り除くために、電圧電流感知装置３６内に形成される。電圧電流感知装置３ ６の電圧センサー装置（キャパシタ３７）と電流センサー装置（インダクタ４３ ）とは、送電線１２の周りの同じ位置に配置されて示されている。このことは、 本発明の必要な制約ではない。電圧電流感知装置３６の電圧センサー装置（キャ パシタ３７）と電流センサー装置（インダクタ４３）とは、互いに隣接して配置 されてもよいし、または、互いに間隔をあけて置かれてもよい。 通信 通信装置４８は、センサ１０から交流送電線１２へ、非接触変圧動作により、 通信を非侵襲的に送信するために、通信コア部材５０と、該コア部材５０の周り に巻かれた複数の巻線５２とを具備している。通信装置４８を、電圧センサとし て使用することに加えて、高周波通信送信器として使用すること、およびセンサ ３６のコンデンサ３７を高周波通信受信器として使用することが好ましい。送信 または受信またはその両方のいずれのために使用されてもよい。したがって、こ の発明による通信信号の非侵襲的な送電線へ結合または送電線からの結合は、広 く、容量性による結合技術および誘導性による結合技術の両方を包含するために リアクタンスによる結合として説明することができる。 センサ１０は、一般には、電気的な絶縁を提供する保護被覆６２（図２）を含 んいる。被覆６２は、通常、ゴムからなり、自然加硫テープ、接着剤または他の 好適な手段によって巻線に固定されている。保持バンド６３，６４は、交流送電 線１２の周りの適当な位置に送電線センサ１０を取り外し可能に固定している。 被覆６２は、フレキシブルプリント回路基板６８上に実装された複数の電子構成 部品６６を、該被覆６２と巻線の表面との間に効果的に挟むという追加の機能を 奏する。巻線（図１Ｂ）と電子構成部品との電気的接続は、この図では見ること ができないが、図３に概略的に示されている電気的接続により達成される。電子 構成部品６６は、本質的にあらゆる現象、例えば、温度、圧力、放射線、湿気等 を感知するための種々の形式のセンサと、交流送電線１２とともに作動する非接 触式変圧器により電圧を加えられる巻線２４，２６，２８（図１）により供給さ れる電源と、マイクロコントローラと、図３に関連して以下により詳細に説明さ れる他の種々の構成部品とを含んでいる。 図２に示された全ての電子構成部品は、フレキシブル回路基板６８上に固定さ れた状態で示されているけれども、これは必須のものではなく、センサは回路基 板６８から外れて配置され、被覆６２と巻線との間に挟まれてもよく、または、 センサは、保護被覆６２の外部の所定の形式の現象を感知するために保護コーテ ィング６２の外部に配置されてもよい。 モジュラーコアの自家動力送電線センサ１０が、概略的に図３のシステム１０ ０内に示されている。モジュラーコア、自家動力送電線センサ１０のための動力 は、明確のために単一の巻線としてこの図に表されている巻線２４，２６，２８ によって、単独であり、または多層動力送信または分配システムの一部である単 相送電線交流送電線１２から引き出される。これらの巻線は、電源１０２に接続 され、配線１０３，１０４によって、フレキシブル回路基板上に配置されている 。交流−直流レギュレータ統合回路である電源１０２は、マイクロコントローラ １０６に対して直流５Ｖを供給し、１つまたはそれ以上のセンサまたは他の電子 構成部品により利用される＋１２Ｖおよび＋５Ｖの出力をも供給している。 マイクロコントローラ１０６は、ＡＤ変換器を有する８ビットの組込形コント ローラでよい。センサ１０８〜１１２は、マイクロコントローラ１０６に相互に 接続されて示されている。しかしながら、種々の数のセンサが使用され得る。セ ンサ１０８〜１１０は、フレキシブル回路基板６８上に配置されている一方、セ ンサ１１１，１１２は保護被覆６２の外部に配置されている（図２）。単一のセ ンサのみ、すなわち、センサ１１２のみが、電源１０２により電源供給され、残 りのセンサは、作動するために外部動力を必要としない。これらのセンサは、交 流送電線内部またはその周りにおいて感知された特定の状態を表すアナログ信号 またはデジタル信号をマイクロコントローラ１０６に供給する。これらのセンサ に加えて、電圧センサとして作動するキャパシタ３７および電流センサとして作 動するインダクタ４３も示されている。 キャパシタ３７は、配線１１４，１１５によって信号調整器１１６に接続され ている。信号調整器１１６は、マイクロコントローラ１０６の入力要求に合致す るように感知された信号の増幅およびフィルタリングを行う。電圧センサ３７か らの信号は、交流送電線１２における瞬間的な電圧を示す容量性により結合され た電圧である。電圧センサ３７は、基準電圧がないので、マイクロコントローラ １０６への絶対的な電圧の読みを提供しない。しかしながら、平均的なまたは公 称の電圧レベルは、キャパシタ３７により一定期間にわたって供給される瞬時電 圧レベルを監視することにより決定され、公称レベルが確立された後は、キャパ シタ３７からの瞬時入力から、公称電圧レベルからの変動分が決定され得る。マ イクロコントローラ１０６は、基準のない電圧入力信号の重み付けのような他の 統計的な操作を実施することができ、これらの他の形式の統計的決定から偏差値 を決定することができる。 電流感知は、送電線１２内の交流配線電流に比例する電流を内部に誘起するイ ンダクタ４３により行われる。誘起された電流は、その後、電流ピックアップ信 号調整器１１７に供給され、マイクロコントローラ１０６に供給する前に増幅さ れかつフィルタにかけられる。 センサ１０８〜１１０は、フレキシブル回路基板６８上に配置され、センサ１ １１，１１２は、保護被覆６２の外面に配置されている。これらのセンサは、例 えば、温度、圧力、ガス、湿気、放射線または光（可視光または赤外光）を感知 することができる。実際には、実質的にいかなる現象を感知するためのセンサを も利用することができる。温度センサまたは放射線センサのような一定のセンサ は、フレキシブル回路基板６８上に直接装着されてもよく、例えば、ガスおよび 光を感知するセンサ１１１，１１２のような他のセンサは、保護被覆６２の外面 に配置された場合にのみ作動する。 センサ１０８〜１１２と、電圧および電流センサ３６は、送電線１２の内部お よびその周りの種々の状態を連続的に感知し、マイクロコントローラ１０６に、 これらの感知された状態を表すアナログまたはデジタル信号を供給する。センサ により供給されるこれらの信号は、必要であれば、マクロコントローラ１０６に よってデジタル信号に変換され、その後、マイクロコントローラ１０６は感知さ れた状態を表示する通信データを発生し、そのデータは、該データを符号化する 送電線搬送回路１２０に配線１１８を通して供給される。送電線搬送回路１２０ は、その後、符号化されたデータを出力ドライバ１２２に供給し、出力ドライバ １２２は、非接触の変圧動作を通して、センサ１０のマイクロコントローラ１０ ６からの送信を交流送電線１２に非侵襲的に結合するべく、通信装置４８の巻線 ５２へ低電圧、高電流のパルスを送信するために使用される。送電線の状態の集 中した読み出しのために、記憶装置１２９が配線１１８，１１９に接続されても 良い。記憶装置１２９は、送電線の近くの都合のよい場所に配置されても良い。 これに代えて、破線で示されているように、ドライバ１２２からの出力は、図 １のキャパシタ３７の内面および外面導体３８，４０にそれぞれ配線１２４，１ ２５を通して供給されてもよい。この図において、マイクロコントローラ１０６ から送信された信号は、容量性により交流送電線１２に結合され、ドライバ１２ ２は、高電圧、低電流出力パルスを供給するように構成されていなければならな い。現在のところ、通信装置４８の巻線５２を駆動するように、ドライバ１２２ を構成することが好ましい。ドライバ１２２は、高電圧増幅器（変換または非変 換のもの）でよい。 マイクロコントローラ１０６から送信されるデータは、送電線センサ１０を識 別する識別コードと、送電線センサ１０上の各特定の個別のセンサ（１０８〜１ １２，３７，４３）のための識別コードとを含んでおり、送信されるデータの形 式を示している。すなわち、送信は、送信元についての情報（多くの送電線セン サが電気事業会社の分配システムにおいて種々の場所で利用され得る）と、送信 されたデータの形式、すなわち、そのデータが電圧、電流、温度、放射線等に関 するデータであるか否かについての情報とを含んでいる。送信および識別コード および目的とするデータは、定期的に、時間によって、特定のしきい値が感知さ れたときに、または任意の所望の臨界値によって生じ得る。通信コードは、選択 された定式の通信システム仕様またはプロトコルに従ってもよい。プロトコルは 、スイス国ジュネーブのＩＳＯ（国際標準化機構(International Organization for Standardization)）により作り出された通信のためのＯＳＩ（開放形システ ム相互接続(Open System Interconnect)）参照モデルに基づいても良い。送電線 通信に適した他の任意の通信コードも利用され得る。 センサ１０から送信されたデータは、遠隔の基地局１２６によって受信される 。基地局１２６は、送電線分配または送信システムの一部であり、一般には、グ ランド、中立または（多位相システムにおいては）送電線１２’とは異なる位相 の送電線のいずれかである送電線１２’に接続された直接電気的接続１２７，１ ２８によって送電線１２に相互に接続されている。しかしながら、送電線への接 続は、センサ１０に関して上述したように、非接触の変圧動作または容量性によ る結合によって達成され得る。例えば、インダクタ４３’は、非侵襲的な誘導性 による結合により送電線への接続を提供するために使用され、かつ／または、キ ャパシタ３７’は、非侵襲的な容量性による結合を提供するために使用され得る 。送信されたデータは、センサ１０の通信モジュールに合致する標準送電線搬送 モデム１３０を通して、コンピュータ１３２へ供給される。基地局１２６は、コ ンピュータ１３２から送電線搬送モデム１３０を介して送電線１２へデータを送 信することができる。その後、例えば、基地局１２６は、送電線センサからの送 信を受動的に待つ代わりに、要求に応じたセンサ情報を求めて、モジュラーコア 、自家動力の送電線センサ１０およびシステムにおける他の任意の送電線センサ をポーリングすることができる。さらに、送電線センサは、基地局１２６から再 プログラムされ得る。 遠隔の基地局１２６から送信された符号化した通信は、交流送電線１２からの 容量性による結合によってキャパシタ３７により受信されることが好ましい。こ れらの高周波数通信信号は、ハイパスフィルタ１３４，１３６に供給され、そこ を通過することができ、送電線搬送回路１２０に供給される。送電線搬送回路１ ２０は、通信信号を復号化し、その後、それらを配線１１９を通してマイクロコ ントローラ１０６に送る。 これに代えて、通信装置４８の巻線は、遠隔の基地局１２６からの通信を受信 するために使用され得る。このことは、ハイパスフィルタ１３４，１３６に巻線 ５２を相互接続しているリード線１３８，１３９（破線で表されている）を提供 することにより達成される。 センサ１０と基地局１２６との間の非侵襲性の送電線通信を使用することが好 ましいけれども、これはこの発明の必要な限定事項ではないことを明記しておく 。直接接触送電線通信またはＲＦ、電話回線モデム、ケーブルテレビ、セルラー 電話、赤外線、光ファイバケーブル、マイクロ波または超音波通信のような非送 電線通信も使用することができる。 マイクロコントローラ１０６は、感知した状態のアナログ−デジタル変換を行 い、以前に感知した状態を格納している記憶位置を操作しかつ更新し、移動時間 平均等の決定のような複数の動作を行い、同期目的のために時間を追跡し続け、 かつ、モジュラーコアの自家動力の送電線センサ１０と基地局１２６との間の通 信を制御する。 マイクロコントローラ１０６は、基地局１２６に、特定の感知した状態の瞬時 値、すなわち、実際の温度または放射線の読みを提供することができる。しかし ながら、マイクロコントローラ１０６は、基地局１２６に、感知された特定の状 態が公称レベルから変化したことおよびそのような変化量の表示をも供給するこ とができる。上記において手短に述べたように、この種のデータ送信は、絶対電 圧を決定するために感知された電圧を比較することができる基準レベルが存在し ないので、電圧感知が必要である。したがって、感知された電圧は、公称電圧と 比較され、感知された電圧の公称レベルからの変動が決定されかつ基地局１２６ に送信される。公称レベルは、平均電圧レベルでよく、または、重み付けのよう な他の形式の統計的操作が感知された電圧データに対して実施され、かつ、公称 レベルからの変動を決定するために公称レベルに対して比較されても良い。さら に、このプロセスは、（多くのセンサは感知される状態の絶対値を提供するので ）全ての形式のセンサにおいて実施される必要はなく、感知された任意の状態と ともに使用され得る。実際に、感知された実際の絶対値を提供するよりもむしろ 、感知された状態の公称レベルからの変動を供給するためにより有効である。こ のことは、多くの場合において、監視されるべき状態は実際の値として監視され ず、むしろ、何らかの公称値からの変化分として監視されるからである。 監視された状態の公称レベルからの変動分を検知しかつ送信するために、マイ クロコントローラ１０６は、図４のフローチャート１５０に従って作動する。ス テップ１５２において、モジュラーコアの自家動力式送電線センサが装着され、 １つまたは複数の状態（例えば、電圧、電流、温度、放射線等）が連続的に、瞬 間的に、ステップ１５４において得られる。ステップ１５６において、瞬時値の 時間平均または重み付けのような感知された状態の他の任意の形式の時間ｔにわ たる統計的操作が交流送電線における状態についての公称レベルを決定するため に行われる。この点において、初期の較正が完了、すなわち、所望の形式の満足 な操作についての公称レベルが決定される。較正プロセスは、正確な公称レベル の読みを得るために、概して数秒から数週間または数ヶ月までもかかることがあ る。初期の較正プロセスが完了した後に、ステップ１５８において、ステップ１ ５４において得られた瞬時値が公称レベルと比較される。初期公称レベルが決定 された後には、それは、新たな瞬間的なセンサのデータから継続して再計算され る。ステップ１６０において、瞬時値が公称レベルに対して変化するかどうか、 および、それが変動があること示す信号であるかどうかが決定され、変動の程度 が遠隔の基地局へ、ステップ１６２において送信される。変動が検知されたかど うかに関わらず、システムはステップ１５４に戻り、そこで、他の瞬時値が得ら れ、かつ、プロセスは、センサが交流送電線から取り除かれ、または特定の状態 の決定がもはや必要でなくなるまで継続する。 このように、図１および図３のキャパシタ３７は、以下の機能を奏する。第１ に、キャパシタ３７は、送電線における電圧を感知するために使用される。第２ に、キャパシタ３７は、送電線への通信信号をリアクタンスにより結合するため に使用される。第３に、キャパシタ３７は、基地局１２６から送られた信号を、 マイクロコントローラ１０６にリアクタンスにより通信するために使用される。 最後に、基地局１２６の近傍に配置されたキャパシタ３７’は、センサ１０から の通信信号をリアクタンスにより受信し、かつ、基地局１２６からセンサ１０へ 通信信号を戻すように送信するために使用される。 インダクタ４３は、同様に作動する。該インダクタは送電線上の電流を感知す るのみならず、基地局１２６への送信のために通信信号を送電線にリアクタンス により結合することができる。インダクタ４３’は、センサ１０からの通信信号 をリアクタンスにより受信し、かつ、基地局１２６からセンサ１０へ信号を送信 し戻すためにも使用される。 送電線通信は、センサ１０により交流送電線内またはその周りの感知された状 態に関する好適な実施形態に関連して説明されているけれども、この発明は、非 侵襲性のセンサデータ送受信に限定されるものではない。もちろん、この発明の 非侵襲性の送電線通信システムは、いかなる種類の送電線通信についても使用さ れ得る。 この発明の特定の特徴はいくつかの図面に示され、かつ、他には示されていな いけれども、各特徴は、この発明に従う他の特徴のいくつかまたは全てと組み合 わせられ得るので、これは単に簡便のためである。 他の実施形態は、当業者が思いつくものであり、請求の範囲内に含まれるもの である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 バスタラシュ，ゲリー アール アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01331 アソル ハンプスティード プレ イス 86

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 送電線によって送信するために、第１の場所において通信信号を発生する 発生手段と、 前記送電線へ前記通信信号をリアクタンスにより結合する結合手段と、 第２の場所において、前記通信信号を受信する受信手段とを具備することを特 徴とする非侵襲性の送電線通信システム。 ２． 前記発生手段が、第１の通信装置を含むことを特徴とする請求項１記載の 非侵襲性送電線通信システム。 ３． 前記リアクタンスによる結合手段が、前記通信信号を前記送電線へ誘導性 により結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項１記載の非侵襲性送電線 通信システム。 ４． 前記誘導性による結合手段が、前記送電線周りに配置された通信コア部材 と、前記通信信号を前記送電線に結合するために前記通信コア部材の周りに配置 された複数の巻線とを含むことを特徴とする請求項３記載の非侵襲性送電線通信 システム。 ５． 前記リアクタンスによる結合手段が、容量性により前記通信信号を前記送 電線に結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項１記載の非侵襲性送電線 通信システム。 ６． 前記容量性による結合手段が、前記通信信号を前記送電線に容量性により 結合するために、前記送電線の近傍に間隔を開けて配置された内部および外部プ レートと、該プレート間に配置された誘電体とを有するキャパシタを含むことを 特徴とする請求項５記載の非侵襲性送電線通信システム。 ７． 前記誘電体が空気であることを特徴とする請求項６記載の通信システム。 ８． 前記間隔を開けた内部および外部プレートが前記交流送電線の周りに同軸 に配置されていることを特徴とする請求項６記載の通信システム。 ９． ノイズを低減するために前記内部同軸プレートに電気的に接続されたｎ個 の追加のプレートをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の通信システム。 １０． 前記ｎ個の追加のプレートが、各々、前記外部プレートの表面積の約１ ／ｎの表面積を有することを特徴とする請求項９記載の通信システム。 １１． 前記リアクタンスによる結合手段が、インダクタを含むことを特徴とす る請求項１記載の通信システム。 １２． 前記受信手段が、前記送電線上の前記通信信号を前記第２の場所におい てリアクタンスにより結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項１記載の 非侵襲性送電線通信システム。 １３． 前記リアクタンスによる結合手段が、前記送電線上の前記通信信号を容 量性により結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項１２記載の非侵襲性 送電線通信システム。 １４． 前記容量性による結合手段が、前記通信信号を容量性により前記送電線 に結合するために、前記送電線の近傍に間隔を開けて配置された内部および外部 プレートと、該プレート間に配置された誘電体とを有するキャパシタを含むこと を特徴とする請求項１３記載の非侵襲性送電線通信システム。 １５． 前記誘電体が空気であることを特徴とする請求項１４記載の通信システ ム。 １６． 前記間隔を開けた内部および外部プレートが前記交流送電線の周りに同 軸的に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の通信システム。 １７． ノイズを低減するために前記内部同軸プレートに電気的に接続されたｎ 個の追加のプレートをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の通信システ ム。 １８． 前記ｎ個の追加のプレートが、各々、前記外部プレートの表面積の約１ ／ｎの表面積を有することを特徴とする請求項１７記載の通信システム。 １９． 前記リアクタンスによる結合手段が、前記送電線への信号および前記送 電線からの信号を誘電性により結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項 １２記載の通信システム。 ２０． 前記誘導性による結合手段が、前記送電線周りに配置された通信コア部 材と、前記送電線へ、および送電線からの前記通信信号を結合するために前記通 信コア部材の周りに配置された複数の巻線とを含むことを特徴とする請求項１９ 記載の非侵襲性送電線通信システム。 ２１． 前記第２の場所から送信された前記通信信号を前記送電線から引き出す 引出手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の非侵襲性送電線通信シス テム。 ２２． 前記引出手段が、前記第２の場所から送信された前記通信信号を前記送 電線からリアクタンスにより結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項２ １記載の非侵襲性送電線通信システム。 ２３． 前記第２の場所から送信された通信信号を前記送電線から前記リアクタ ンスにより結合する結合手段が、前記第２の場所から送信された前記信号を前記 送電線から誘導性により結合する結合手段を含むことを特徴とする請求項２２記 載の非侵襲性送電線通信システム。 ２４． 前記誘導性による結合手段が、前記送電線の周りに配置される通信コア 部材と、該通信コア部材の周りに配置される複数の巻線とを含むことを特徴とす る請求項２３記載の非侵襲性送電線通信システム。 ２５． 前記リアクタンスによる結合手段が、前記第２の場所から送信された前 記通信信号を前記送電線から容量性により結合する結合手段を含むことを特徴と する請求項２２記載の非侵襲性送電線通信システム。 ２６． 前記容量性による結合手段が、前記送電線の近傍に間隔をあけて配置さ れた内部および外部プレートと、該プレート間に配置された誘電体とを有するキ ャパシタを含むことを特徴とする請求項２５記載の非侵襲性送電線通信システム 。 ２７． 前記誘電体が空気であることを特徴とする請求項２６記載の通信システ ム。 ２８． 前記間隔をあけた内部および外部プレートが前記交流送電線の周りに同 軸に配置されていることを特徴とする請求項２６記載の通信システム。 ２９． ノイズを低減するために、前記内部同軸プレートに電気的に接続された ｎ個の追加のプレートをさらに含むことを特徴とする請求項２６記載の通信シス テム。 ３０． 前記ｎ個の追加のプレートが、各々、前記外部プレートの表面積の約１ ／ｎの表面積を有することを特徴とする請求項２９記載の通信システム。 ３１． 前記通信信号を符号化する符号化手段をさらに含むことを特徴とする請 求項１記載の非侵襲性送電線通信システム。 ３２． 前記誘導性による結合手段が、前記通信信号の低電圧高電流のパルスを 前記送電線に誘導性により結合するために前記複数の巻線に供給するドライバ手 段をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の非侵襲性送電線通信システ ム。 ３３． 前記第１の位置の近傍に記憶装置をさらに含むことを特徴とする請求項 １記載の非侵襲性送電線通信システム。 ３４． 前記記憶手段に前記通信信号を送信する送信手段をさらに含むことを特 徴とする請求項３３記載の非侵襲性送電線通信システム。 ３５． 送電線により送信する通信信号を発生する発生手段と、 前記通信信号を前記送電線にリアクタンスにより結合する結合手段とを具備す ることを特徴とする非侵襲性送電線通信送信器。 ３６． 送電線を通して送信された通信信号を受信する受信手段と、 前記通信信号を前記送電線から前記受信器へリアクタンスにより結合する結合 手段とを具備することを特徴とする送電線を通して送信された通信信号を受信す る非侵襲性送電線通信受信器。 ３７． 送電線の状態を感知するセンサと、 該センサから遠隔に配される基地局と、 前記遠隔の基地局への送信のために、前記センサから前記送電線上に信号をリ アクタンスにより結合する結合手段と、 前記送電線により送信された前記信号を前記送電線から前記遠隔の基地局へリ アクタンスにより結合する結合手段と、 前記基地局により発生された信号を前記送電線へリアクタンスにより結合する 結合手段と、 前記基地局から前記センサへの送電線に前記信号をリアクタンスにより結合す る結合手段とを具備することを特徴とする非侵襲性送電線通信システム。