KR100316207B1 - 모듈러코어형자체-구동파워라인센서 - Google Patents

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티모시 제이. 매슨
게리 알. 바스타라쉐
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리챠드 에이. 코벨
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Abstract

모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서(10)는 a.c. 파워라인(12) 주위에 배치된 다수개의 모듈러 코어 엘리먼트(18,20,22); 각각 모듈러 코어 엘리먼트(18,20,22) 주위에 배치된 상호 접속된 다수의 권선(24,26,28), 상기 a.c. 파워라인 주위 또는 그 내부의 조건을 감지하기 위한 하나 이상의 센서(36)를 포함하여, 상기 a.c. 파워라인에 의해 통전되는 권선 층; 및 상기 센서(36)에 응답하고 상기 권선(24,26,28)에 의해 파워가 인가되는 감지된 조건을 나타내는 신호를 수신하기 위한 콘트롤러(106)를 포함한다.

Description

모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서{MODULAR CORE, SELF-POWERED POWERLINE SENSOR}
본 출원은 1994년 4월 25일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 08/232,702호의 계속 출원인 1996년 2월 21일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 08/604,357호의 일부 계속 출원이다.
가공 송전 선로(overhead) 및 지중 전선로(underground) 그리고 고압(primary) 및 저압(secondary) 분야 모두에서 a.c. 파워라인을 모니터링하는 것은 고장난 장비 및 a.c. 파워라인 상의 과부화에 기인하여 발생하고 잠재적으로 다수의 고객에 대한 서비스 손실을 야기하는 정전을 예상하기 위해, 전기공사에 대해 중요한 사항이다. 정전 및 막대한 고객의 손실 가능성은 파워 사용이 최대이고 계속된 파워 공급이 임계치에 있는 피크 주기 동안 증가한다. 고장난 라인 및 과부하가 걸린 라인에 의해 정전이 발생하면, 트랜스포머 및 다른 장비를 수리하기 위해 비용이 요구되며, 전력 회사 고용인에 대한 위험 및 손실 서비스에 대한 수입손실 및 회사 평가에 대한 손실에 있어서 전력 회사에 대한 비용적인 희생이 존재한다. 파워라인이 지하에 존재하는 경우에 고장 또는 과부하 파워라인의 결과로서 예상치 않은 정전의 결과는 더욱 심해지게 된다. 요구되는 대부분의 작업은 비좁고 다소 젖어 있고 이상적인 상태 보다 항상 저조한 상태에서 발생한다는 점에 기인하여 손상된 지중 전선로를 대체하는 것은 많은 시간 및 증가된 안전 예방책을 요구한다. 결과적으로 이같이 손상된 지중 전선로를 수리하는 것은 비용 및 시간이 매우 많이 들며, 위험하다.
따라서, 고장나거나 과부하가 걸린 장비에 기인하여 발생하는 예상하지 못한 정전과같은 것을 보다 잘 예상하기 위해, a.c. 파워라인 및 트랜스포머 및 스위치와 같은 관련 장비를 모니터링하는 데에 있어서 파워, 전압 및 전류와 같은 전기적인 상태를 감지하는 a.c. 파워라인 센서가 전력 회사에게는 매우 유용하다. 전력 회사가 파워라인의 상태를 모니터링할 수 있다면, 회사들은 지속된 관리 보수 및 과부하 및 고장의 결과로서 약화될 수 있는 파워라인의 교체를 수행할 수 있으며, 이에 따라 예상하지 못한 정전의 빈도를 낮춘다. 이같은 장비를 보수하고 관리 유지하므로써, 상기 전력 회사는 사용자에 대한 정전 시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 손상된 케이블을 교체하거나 수리하는 데에 관련된 비용이 감소되는데, 손상된 케이블을 수리 또는 교체하는 비용은 초과 근무 수당으로 인해 정규 근무 시간의 관리 유지 또는 교체에 비해 상당히 증가한다.
그러나, 종래의 상업적인 파워라인 센서는 일반적으로 모니터링되는 파워 회로로의 침입식 전기 접속을 요구한다. 이러한 타입의 설비는 전력 회사에게는 값비싸고, 설치자에게 잠정적으로 위험하고 사용자에게는 서비스 중단을 야기할 수 있다. 이러한 한계에 기인하여, 파워라인 센서는 전력 회사에 의해서 광범위하게 사용되지 않았다.
1994년 4월 25일 출원된 미국 특허 출원번호 제 08/232,702호에 개시된 센서는 종래 시스템의 결함을 극복하였다. 상기 센서는 완전히 비침해식 방식으로 a.c. 파워라인의 절연 고무 층에 둘러싸인 높은 투자율의 강자성체의 얇지만 상대적으로 넓은 코어 층을 사용한다. 복수의 권선은 그들이 실질적으로 a.c. 파워라인의 방향과 평행이 되도록 코어층 둘레에 감긴다. 상기 a.c. 파워라인의 a.c.는 센서 및 콘트롤러에 파워를 인가하고 a.c. 파워라인에서의 전류를 감지하기 위해 그리고 비기준 전압 레벨(non-referenced voltage level)을 측정하기 위해 권선에서 전류를 유도하는데 사용된다. 상기 센서는 소형이기 때문에 제한된 체적 내에 그리고 매우 근접하여 이격된 라인 상에 용이하게 설비될 수 있다. 게다가, 파워라인과 침해적인 접촉없이 동작하며 이에 따라 안정적으로, 용이하게 그리고 빠르게 설비된다. 그러나, 상기 센서는 단점을 가진다.
무엇보다도, 상기 센서는 a.c. 파워라인으로부터 파워를 효율적으로 추출하지 못한다. 파워를 보다 효율적으로 추출하기 위해서, 코어 층은 그의 단면의 두께가 대략적으로 그의 폭과 동일한 도넛형상을 가져야 한다. 그러나, 저프로파일을 유지하기 위해, 상기 센서는 자신의 두께보다 상대적으로 넓은 코어 층 단면을 가져야 한다. 이것은 센서가 파워라인으로부터 파워를 효율적으로 추출하지 못하도록 하며, 이에 따라 낮은 라인 전류를 가지는 파워라인으로부터 구동시키기에 충분한 전압을 추출할 수 없다. 보다 많은 파워를 추출하기 위해, 코어 층의 폭은 증가되어야 하지만, 동시에 효율을 최대화시키기 위해 단면 두께는 적당히 증가되어야 한다. 원하는 파워 요건을 달성하기 위해, 코어 층 단면의 두께는 저프로파일 구조가 더 이상 유지되지 않아서 더 이상 제한된 체적 내에 그리고 밀접하게 근접하여 이격된 라인 상에 설비될 수 없는 지점까지 증가되어야 한다.
부가적으로 상기 센서의 코어 층 폭은 비가요성이기 때문에 라디칼 곡율을 가지는 파워라인의 일부에 설비하기에는 곤란하다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 완전히 비침해식 방식으로 a.c. 파워라인내의 상태 또는 파워라인 주위의 상태를 감지하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저프로파일 구조를 유지하면서 a.c. 파워라인으로부터 파워 추출을 효율적으로 최대화시키는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 극도로 낮은 라인 전류를 가지는 파워라인으로부터 파워를 추출할 수 있는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 가요성인 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 완전히 비침해식 방식으로 a.c. 파워라인으로부터직접적으로 유도된 낮은 파워에 의해 통전되는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파워라인 그 자체를 통해 a.c. 파워라인 내부 및 주위에서 감지된 상태들을 전달할 수 있는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 완전히 비침해식 방식으로 a.c. 파워라인을 통해 원격 기지국과의 통신 신호를 송신 및 수신할 수 있는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용자에게 파워 인가 서비스를 중단시키거나 파워 인가 서비스에 영향을 미치지 않고 빠르고 용이하며 안전하게 설비되는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 크기의 파워라인 상에 설비될 수 있는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제한된 체적 내에 그리고 밀접하게 이격된 케이블 상에 설비될 수 있는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저프로파일을 가지며 크기 면에서 소형이고 경량인 모듈러형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 a.c. 파워라인에 의해 기계적으로 지지되는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비싸지 않고 착탈 가능한 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 a.c. 파워라인 주위에 배치된 다수개의 소형 모듈러 코어 엘리먼트를 포함하며 각각의 코어 엘리먼트들은 a.c. 파워라인으로부터 파워를 추출하는 많은 권선을 가지며, 각각의 모듈러 코어 엘리먼트의 권선이 상호 접속되는 코어, 상기 a.c. 파워라인 내부 또는 라인 주위의 상태를 감지하는 수단 및 상기 권선에 의해 파워 인가되고 상기 감지하는 수단에 응답하며 감지된 상태를 나타내는 신호를 수신하는 제어 수단을 제공하므로써, 극도로 낮은 라인 전류를 가지는 a.c. 파워라인에서도 동작을 위해 충분한 파워를 효율적으로 추출할 수 있는 매우 작은 형상의 자체-구동 파워라인 센서를 구현할 수 있다.
본 발명은 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 특징으로 한다. 센서의 전류 추출 장치는 a.c. 파워라인 주위에 배치한 다수개의 모듈러 코어 엘리먼트를 포함한다. a.c. 파워라인에 의해 통전되는 권선 층이 존재하며, 각각의 모듈러 코어 엘리먼트의 주위에 배치된 다수개의 권선이 포함된다. 각 모듈러 코어 엘리먼트의 권선들은 상호 접속된다. 전류 및 전압 센서 및 a.c. 파워라인 주변 또는 내부의 상태를 감지하기 위한 다른 수단에는 그들이 파워를 요구한다면 권선에 의해 파워가 인가된다. 상기 권선에 의해 파워가 인가되는 콘트롤러는 감지 수단에 응답하여 감지된 상태를 나타내는 신호를 수신( 및 송신)한다.
바람직한 실시예에 있어서, 전류 추출 장치의 모듈러 코어 엘리먼트는 도넛 모양의 작은 형상을 가지며, 자기적 고투자율의 강자성체로 이루어진다. 상기 코어 엘리먼트의 폭은 대략적으로 그들의 단면 두께와 동일하다. 상기 모듈러 코어엘리먼트는 파워라인 센서가 설비되고 a.c. 파워라인으로부터 제거될 수 있도록 강제적으로 이격되어지는 갭을 포함할 수 있다. 각 모듈러 코어 엘리먼트의 권선은 직렬 또는 병렬로 전기적으로 상호 접속되며, 상기 권선은 a.c. 파워라인과의 비접촉식 트랜스포머의 동작에 의해 통전된다.
전압 센서는 a.c. 파워라인에 근접하게 위치된 제 1 및 제 2의 이격된 플레이트와 상기 플레이트들 사이에 배치된 유전체를 포함하여, 상기 a.c. 파워라인 상의 전압을 용량적으로 감지하기 위한 캐패시터를 포함한다. 상기 유전체는 공기일수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 이격된 플레이트는 a.c. 파워라인 주위에 동축으로 배치될 수 있다. 전류 센서는, 상기 제 1 및 제 2 플레이트 주위에 배치된 다수개의 권선과 절연 물질을 포함하는 인덕터이다. 다른 센서들이 a.c. 파워라인 주위 또는 내부의 다른 여러 상태를 감지하기 위해 사용될 수 있다.
제어 수단은 상기 a.c. 파워라인을 통해 감지된 상태를 나타내는 신호를 전송하는 수단을 포함한다. 상기 전송 수단은 원격 기지국으로 상기 신호를 전송한다. 상기 전송 수단은 a.c. 파워라인 주위에 배치된 통신 코어 엘리먼트와 비접촉식 트랜스포머의 동작을 통해 a.c. 파워라인에 상기 신호를 커플링시키기 위해 상기 통신 코어 엘리먼트 주위에 배치된 다수개의 권선을 포함한다. 상기 제어 수단은 a.c. 파워라인을 통해 상기 감지된 상태를 나타내는 신호를 전송하는 수단을 포함하며, 상기 전송 수단은 a.c. 파워라인에 상기 신호를 용량적으로 커플링하기 위해 캐패시터와 상호 접속될 수 있다. 상기 제어 수단은 원격 기지국으로부터의 통신 신호를 수신하는 수단을 포함하며, 수신 수단은 상기 파워라인으로부터의 통신신호를 용량적으로 커플링하기 위해 캐패시터에 상호 접속될 수 있다. 상기 제어 수단은 a.c. 파워라인을 통해 송신된 원격 기지국으로부터의 통신 신호를 수신하는 수단을 포함한다. 상기 수신 수단은 a.c. 파워라인 주위에 배치된 통신 코어 엘리먼트 및 원격 기지국으로부터의 통신 신호를 a.c. 파워라인으로부터 커플링시키기 위해 통신 코어 엘리먼트 주위에 배치된 다수개의 권선을 포함한다. 제어 수단은 감지된 상태들을 나타내는 신호를 상기 a.c. 파워라인을 통해 송신하는 수단 및 원격 기지국으로부터 송신된 통신 신호를 수신하기 위한 수단을 포함하며, 상기 송신 수단 및 수신 수단은 상기 제어 수단에 의해 송신된 신호를 a.c. 파워라인에 용량적으로 커플링시키고 원격 기지국에 의해 송신된 a.c. 파워라인으로부터의 신호를 용량적으로 커플링시키기 위해 캐패시터에 상호 접속된다. 상기 제어 수단은 원격 기지국으로부터의 통신 신호를 수신하는 수단을 더 포함하며, 통신 코어 엘리먼트 상의 권선은 비접촉식 트랜스포머의 동작을 통해 상기 a.c. 파워라인으로부터의 통신 신호를 커플링시킬 수 있다. 상기 제어 수단은 공칭 상태 레벨을 설정하기 위해 미리 결정된 시간 주기를 통해 감지된 상태를 나타내는 수신 신호를 통계적으로 조작하는 수단 및 상기 공칭 레벨로부터의 변화를 검출하는 수단을 포함한다. 상기 감지된 상태는 전압이다. 상기 통계적으로 조작하는 수단은 상기 미리 결정된 시간 주기를 통해 수신된 신호를 평균화하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 상기 기술들은 도면을 참조한 아래와 같은 상세한 설명을 고려할여 쉽게 이해될 수 있다.
본 발명은 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 극도로 낮은 레벨의 라인 전류를 가지는 파워라인으로부터 파워를 효율적으로 추출할 수 있는 센서에 관한 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 3차원적으로 도시한 도면.
도 1b는 도 1의 모듈러 코어 엘리먼트의 주위에 권선의 상호 접속을 개략적으로 도시한 도면.
도 1c는 도 1a의 도시된 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서의 감지 잗치를 3차원적으로 도시한 도면.
도 2는 모듈러 코어의 주위를 둘러싸는 보호 커버링 및 상기 센서의 권선과 상기 보호 커버링 사이에 배치된 전자 컴포넌트를 가지는 도 1의 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서를 도시한 도면.
도 3은 a.c. 파워라인에 커플링된 도 1의 센서와 기지국의 개략적은 블록도.
도 4는 a.c. 파워라인 주위 및 내부의 공칭 상태으로부터의 변화를 측정하기 위해 상기 a.c. 파워라인 주위 및 내부에서 감지된 상태의 시간에 기초한 공칭 레벨을 설정하기 위해 도 3의 마이크로콘트롤러에 의해 사용되는 소프트웨어의 순서도.
a.c. 파워라인(12) 주위에 배치된 본 발명에 따른 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서(10)가 도 1a에 도시되었다. 파워라인(12)은 도전 소선(14)(또는 단일 코어) 및 절연 고무 층(16)을 포함한다. 도시된 a.c. 파워라인(12)은 지중 지 선로 저압 파워 배전 분야에서 일반적으로 사용되는 케이블 타입이며; 그러나, 이것은 본 발명의 필수적인 제한사항은 아니다. 왜냐하면, 센서(10)는 절연 또는 절연되지 않은 케이블을 사용하는 가공 전선로의 저압 분야에서 사용될 수 있고 가공 송전 선로 및 지중 전선로의 고압 분야에서 사용될 수 있기 때문이다.
파워 추출
센서(10)는 소형의 모듈러 코어 엘리먼트(18,20,22)를 포함하며, 상기 엘리먼트는 파워라인(12) 상에 상기 코어 엘리먼트를 설비하기 위한 갭(19,21,23)을 강제적으로 이격시키고 이에 따라 코어 엘리먼트 제위치에 고정하기 위해 갭들이 원래 위치로 탄성적으로 되돌아가도록 하므로써 파워라인(12) 주위에 배치된다. 상기 코어 엘리먼트는 강철과 같은 자기적으로 높은 투자율의 강자성체로 형성되며, 일반적으로 절연 물질로 코팅된다.
코어 엘리먼트(18,20,22)는 도넛형의 모양을 가지며, 일반적으로 약 1/2인치 로 폭(W)과 대략적으로 동일한 단면 두께(T)를 가진다. 따라서 본 발명의 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 그들은 대략적으로 a.c. 파워라인(12)으로부터 가장 효율적인 파워 추출을 위한 구성을 가진다. 또한 본 발명의 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 단일 코어 시스템을 사용하면, a.c. 파워라인으로부터 파워 추출 양을 향상시키기 위해 코어의 폭은 증가되어야 하며, 코어의 단면 두께는 효율을 유지하기 위해 균형적으로 증가된다. 그러나, 단면 두께가 효율을 유지하기 위해 증가하기 때문에 센서의 크기가 매우 커지게 되어 제한적 체적 내부에 그리고 밀접하게 이격된 라인 상에 적용할 수 없게 된다. 본 발명에 따라, 상기 코어는 많은 수, (여기에서는 3개의) 모듈러 코어 엘리먼트로 이루어진다. 이것은 코어 엘리먼트의 단면 두께를 그들의 폭과 대략적으로 동일하게 하므로써 센서의 효율을 유지하고,많은 수의 코어 엘리먼트를 사용하므로써, 파워 추출이 증가되는 반면에 센서의 다면 두께는 작은 형상을 유지하도록 한정될 수 있다.
최적화된 파워 추출을 위한 코어 엘리먼트(18,20,22)의 크기 설정은 코어 상의 다수의 권선(2차 권선)과 코어의 중심을 관통하는 파워라인 케이블(1차 권선) 사이의 커플링을 최대화하는 반면에 손실을 최소화하는 조합이다.
실제적으로 발견되는 3개의 기본적인 손실은 2차 권선의 저항에 기인한 소실, 자기 누설 인덕턴스에 기인한 손실 및 코어 물질 내에서 유도된 와전류에 기인한 손실이다. 다른 손실이 존재하여 세부 설계에 의존하여 증가 또는 감소된 범위로 수행에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 상기한 3가지의 손실이 관찰되는 주요 손실이다.
센서의 테스트 실시예에 있어서, 상기 코어는 권철(tape wound) 자성 강철 물질로 제조되는 디자인을 포함한다. 권철에 의해 상기 코어는 나선 방식의 연속적인 강철 스트립을 감고, 일반적인 테이프의 롤과 매우 유사한 도넛형의 모양을 가지도록 만들어진다. 이러한 제조 방법의 이점은 상대적으로 용이하고 비싸지 않다는 점이며, 이것은 강철 스트립의 길이에 따라 정렬된 높은 자성 투자율을 갖도록 선택적으로 방향 설정된 자성 강철의 사용을 허용한다. 이같이 방향 설정된 강철 스트립이 도넛형으로 감길 때, 최고의 자성 투자율은 대략적으로 도넛형 코어 몸체의 원형 경로를 따라 위치하게 된다. 따라서 최고의 자성 투자율 경로는도넛형 코어의 중심을 관통하는 1차 도전체를 따라 흐르는 전류에 의해 발생되는 자속의 경로에 정렬된다. 권철심이 전기적 절연 코팅제를 사용하여 코팅된 자성 물질로 제조된다면, 1차 권선의 중심으로부터 외향 방사상으로 방향 설정된 경로를 따르는 코어를 통한 와전류의 흐름을 효율적으로 한정하는 코어 구조물을 형성하게 된다. 그러나, 이같은 구조물은 1차 권선과 평행인 코어 내부의 통로를 따라 흐르는 와전류를 한정하지 않은 경향이 있으며, 1차 권선에 의해 코어 내부에서 유도된 와전류는 이러한 평행 경로를 따라 형성되는 경향이 있다. 다른 쟁점은 무시하고, 1차 권선에 평행인 코어 내의 와전류 경로를 차단하도록 나선형 코어가 다수의 나란한 코어로 전기적으로 분리된다면, 이러한 와전류는 그들과 관련된 손실(비효율성)과 함께 실질적으로 감소된다.
코어의 단면은 손실을 최적화하고 1차 권선 및 2차 권선 사이의 커플링을 최소화하도록 최적화된다. 일반적인 코어는 내부 반경(R1), 외부 반경(R2) 및 폭(W)을 가진다. 코어 단면 두께(T)는 R1및 R2의 차이다.
T = R2- R1(1)
1차권선 및 2차 권선 사이의 커플링은 코어에서의 선속 누설에 의해 특징지워질 수 있다. 2차 권선 저항 및 누설 인덕턴스는 코어 상부의 각각의 2차 랩(wrap)의 길이 또는 코어 단면 외주 길이(2T + 2W)에 의해 특징지워질 수 있다. 선속 누설을 최대화하고 코어 단면 외주를 최소화하므로써, 코어 크기 설정이 최적화될 수 있다. 센서에 대해 예상된 크기의 범위에 대하여, 최적화된 코어 크기 설정은 대략적으로 1 내지 3 범위의 W 대 T(W/T)의 비를 요구한다. 상술한 바와 같이, 센서의 테스트 실시예는 각기 대략적으로 1의 W/T 비율을 가지는 3개의 코어(18,29,22)를사용한다.
권선(24,26,28)을 포함하는 권선 층은 각 코어 엘리먼트(18,20,22)주위에 28게이지 자기 와이어와 같은 와이어로 여러번 감기고, 도 1b에 도시된 것과 같이 직렬로 각 코어 엘리먼트의 권선을 상호 접속하므로써 형성된다. 선택적으로 권선은 병렬로 접속될 수 있다. 파워라인(12)의 a.c. 파워는 비접촉식 트랜스포머의 동작에 의해 권선(24,26,28)에서 전류를 유도한다. 권선의 적합한 비율은 a.c. 파워라인이 통전될 때 원하는 전류가 권선에서 유도되도록 선택된다. 권선의 감긴 수는 권선에서 유도된 전류와 a.c. 파워라인(12)에서의 전류의 비로 결정되며, 상한은 코어 엘리먼트(18,20,22)가 포화 레벨 이하 또는 포화 레벨에서의 유도 선속 밀도를 포함하는 지점까지이다. 20 암페어 정도로 낮은 라인 전류를 가진 센서(10)를 구동시키기에 충분한 파워를 추출하기 위해서는, 각 코어 엘리먼트에 대한 권선의 일반적인 감긴 수는 75가 된다. 코어 엘리먼트 또는 권선 또는 이들 둘다를 증가시키므로써, 센서(10)는 보다 많은 파워를 추출하게 되며, 이에 따라 낮은 a.c. 라인 전류에서도 동작한다.
전압 감지
센서(10)는 도 1a 및 도 1b에서 전압 및 전류 감지 장치(36)를 더 포함한다. 전압은 a.c. 파워라인(12)의 절연 층(16)으로부터 인접하여 이격된 제 1의 내측 표면 도전체(38)와 내측 표면 도전체(38)로부터 이격된 외측 표면 도전체(40)를 가지는 캐패시터(37)에 의해 감지된다. 양 도전체들은 a.c. 파워라인(12) 주위에 동심적으로 배치되며, 그들 사이에 공기 또는 포말 코어와 같은 유전체(42)를 포함한다. 캐패시터(37)는, 파워라인(12)으로부터의 고주파 파워라인 통신 신호를 용량적으로 커플링하기 위한 수신기로서, 파워라인(12) 전압에 비례하여 a.c. 파워라인(12)으로부터 용량적으로 커플링된 전압을 감지하기 위해 사용된다. 캐패시터(37)가 파워라인(12) 주위에 동심적으로 배치되기 때문에, 캐패시터는 파워라인(12)에 대해 근접하여 이격된 파워라인(12)보다는 다른 파워라인에서의 전력 영향을 무시하는 경향이 있다.
예를 들어 다른 전자기장 소오스 또는 인접한 파워라인으로부터 외부 전자기장의 바람직하지 않은 영향 및/또는 잡음을 추가로 감소시키기 위해, 내측 표면 도전체(38)는 추가의 동축 플레이트(39,41)와 전기적으로 접속되며, 상기 동축 플레이트(39,41)는 플레이트(40)와 동일한 방식으로 플레이트(38)에 외측에 이격되며, 그리고 플레이트(39)와 플레이트(38) 사이 및 플레이트(38)와 플레이트(41) 사이에 동일한 유전체를 사용한다. 추가 플레이트(39,41)는 각각 대략적으로 외측 동축 플레이트(40)의 표면적의 절반이 되며, 도시된 내부 동축 플레이트(38)와 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 임의의 외부 신호는 내부 동축 플레이트 및 외부 동축 플레이트 모두에 의해 동일하게 취출되는 경향이 있으며, 내측 표면 도전체(38) 및 외측 표면 도전체(40) 사이의 차이 값으로 제공되지는 않는다. 하나의 동축 플레이트, 예를 들어 외측 플레이트(40)와 동일한 표면을 가지는 플레이트(39)만이 존재할 수도 있다. 대안적으로 3 개의 동축 플레이트가 존재하며, 각각은 외측 플레이트(40)의 1/3의 표면적을 가진다. 일반적으로, n개의 플레이트가 존재한다면, 각 플레이트의 표면적은 외측 플레이트(40)의 표면적의 1/n이 된다.
전류 감지
도넛형 절연 물질(45)(예를 들어 포말) 주위를 감는 다수의 전류 측정 권선(44)을 가지는 인덕터(43)가 캐패시터(37)의 주위에 배치된다. a.c. 파워라인(12)으로부터의 전류는 a.c. 파워라인(12)을 흐르는 전류에 비례하여 권선(44) 내부를 흐르는 전류를 포함한다. 인덕터(43)가 공기 또는 포말 물질로 이루어진 절연 물질로 주위에 감겨 있기 때문에, 인덕터는 일반적인 철심 코어에서와 같이 포화되지 않는다. 이에 따라 감지된 전류는 더욱더 선형이 되며, 이것은 해석하기에 보다 정확하고 판단하기에 더 용이하게 한다.
절연 물질(45)은 권선(44)을 위한 외관과 같은 역할을 하며, 이에 따라 상기 절연물질은 공기와같은 낮은 자성 투자율을 가진다. 절연 물질(45)은 높은 투자율을 가질 수 있지만, 외관의 물질(45)이 자성적으로 포화되지 않고 인덕터(43)에 의해 감지된 전류가 선형이 되지 않아 해석하기에 곤란하지 않도록, 갭을 포함하거나 자성 투자율을 제어하기 위해 고려해야만 한다. 비선형 전류 측정이 인덕터(43)에 의해 감지되어 정확하게 해석될 수 있거나, 이것은 다른 센서 엘리먼트에 있어서 다소 엄청난 복잡성을 요구한다.
전압 및 전류 감지 장치(36)는 또한 a.c. 파워라인(12)상에 설비 및 a.c. 파워라인(12)으로부터 그것을 제거하기 위해 형성된 갭(46)을 포함한다. 전압 감지 장치(캐패시터(37)) 및 전압의 전류 감지 장치(인덕터(43)) 및 감지 장치(36)가 파워라인(12) 근처의 동일한 위치에 배치되어 도시되었을지라도, 이것은 본 발명을 필수적인 제한 사항은 아니다. 그들은 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 서로로부터 이격되어 배치될 수도 있다.
통신
통신 장치(48)는 비접촉식 트랜스포머의 동작에 의해 센서(10)로부터 a.c. 파워라인(12)으로의 통신 신호를 비-침해식으로 송신하기 위해 통신 코어 엘리먼트(50) 및 이 코어 엘리먼트(50) 둘레에 감긴 다수의 권선(52)으로 구성된다. 고주파수의 통신 송신기로서 통신 장치(48)를 사용하고 전압 센서로서 사용되는 것 이외에 고주파 통신 수신기로서 센서(36)의 캐패시터(37)를 사용하는 것이 바람직하다. 송신기 또는 수신기로서 사용될 수 있거나 또는 송수신기로 사용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 파워라인으로 또는 라인으로부터의 통신 신호를 비침해식으로 커플링하는 것은, 일반적으로 용량적 및 유도적 커플링 기술을 모두 포함하도록 반응적으로 커플링하는 것으로 설명된다.
도 2에서 센서(10)는 일반적으로 보호 커버링(62)을 포함하며, 상기 보호 커버링은 전기적 절연체이다. 커버링(62)은 일반적으로 고무로 형성되어 자체-경화 처리 테이프, 접착제 또는 다른 적합한 수단에 의해 권선에 부착된다. 유지 타이(63,64)는 a.c. 파워라인(12) 주위에 파워라인 센서(10)를 제거 가능하게 적절히 고정시킨다. 커버링(62)은 가요성 인쇄회로기판(68)상에 장착된 다수의 전자소자(66)를 자신과 권선의 표면 사이에서 효율적으로 끼워 유지하는 추가의 기능을 수행한다. 권선(도 1b) 및 전기소자들 사이의 전기적 접속은 본 도면에서 도시되지 않고 도 3에서 개략적으로 도시된 전기 접속부에 의해 이루어진다. 전자소자(66)는 본질적으로 여러 현상, 예를 들어 온도, 압력, 방사, 습도 등을 감지하기 위한 다양한 타입의 센서 a.c. 파워라인(12)과의 비접촉식 트랜스포머에 의해 통전된 권선(24,26,28)에 의해 파워가 인가되는 파워 공급 장치, 마이크로콘트롤러 및 도 3과 관련하여 아래에서 상세하게 설명되는 다른 소자들을 포함한다.
도 2에 도시된 모든 전자소자가 가요성 인쇄회로기판(68)에 고정된 것으로 도시되었을지라도, 이것은 필수적인 것이 아니며, 센서가 인쇄회로기판(68)의 외부에 배치되고 보호 커버링(62)과 권선 사이에서 끼일 수 있으며, 또한 보호 커버링(62) 주위의 특정 타입의 현상을 감지하기 위해 센서들은 보호 커버링(62)의 외부에 놓일 수 있다.
모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서(10)가 도 3의 시스템(11)에 개략적으로 도시되었다. 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서(10)에 대한 파워는 간략화를 위해 본 도면에서 단일 권선으로 도시된 권선(24,26,28)에 의해 a.c. 파워라인(112)으로부터 유도되며, 상기 파워라인은 단상 또는 다상(multiphase) 파워 송전 또는 배전 시스템의 일부일 수도 있는 단상(single phase) 파워라인일 수도 있다. 상기 권선은 가요성 인쇄회로기판(68)상에 배치된 파워 공급 장치(102)에 라인(103,104)에 의해 접속된다. a.c. 내지 dc 레귤레이터 집적 회로일 수 있는 파워 공급 장치(102)는 5V dc를 마이크로콘트롤러(106)에 제공하며, 또한 하나 이상의 센서 또는 다른 전자소자들에 의해 사용되는 ±12V 및 +5V 출력을 제공한다.
마이크로콘트롤러(106)는 아날로그-디지털 변환기를 구비한 8비트 내장형 컨트롤러이다. 센서(108-112)는 마이크로콘트롤러(106)에 상호 접속된 것으로 도시되었으나, 다양한 개수의 센서가 사용될 수 있다. 센서(108-110)는 가요성 인쇄회로기판(68)에 배치되는 반면에 센서(111,112)는 외부 보호 커버링(62) 상에 배치된다. 단지 하나의 센서, 즉 센서(112)에는 파워 공급 장치(102)에 의해 파워가 인가되고 나머지 센서들은 동작을 위한 외부 파워를 요구하지 않는다. 이러한 센서 들은 a.c. 파워라인(12) 주위 또는 라인 내부에서 감지된 특정 상태들을 나타내는 아날로그 또는 디지털 신호를 마이크로콘트롤러(106)로 제공한다. 이러한 센서들 이외에, 전압 센서로서 동작하는 캐패시터(37) 및 전류 센서로서 동작하는 인덕터(43)가 도시된다.
캐패시터(37)는 라인(114,115)에 의해 마이크로콘트롤러(106)의 입력 요구를 매칭시키기 위해 감지된 신호를 증폭 및 필터링하는 신호 조절기(116)에 상호 접속된다. 전압 센서(37)로부터의 신호는 a.c. 파워라인(12) 상의 순시 전압을 나타내는 용량적으로 커플링된 전압이다. 전압 센서(37)는 기준 전압이 없기 때문에 마이크로콘트롤러(106)로 독출되는 절대 전압을 제공하지 않는다. 그러나, 시간 주기 동안 캐패시터(37)에 의해 공급된 순시 전압 레벨을 모니터링하므로써 평균 또는 공칭(nominal) 레벨이 결정될 수 있으며, 공칭 전압 레벨로부터의 변화가 공칭 레벨이 설정된 후 캐패시터(37)로부터의 순시 입력으로부터 결정될 수 있다. 마이크로콘트롤러(106)는 가중치와 같은 비기준 전압 입력 신호의 통계적인 계산을 수행하고 이러한 다른 타입의 통계적인 측정으로부터 변화를 결정한다.
전류 감지는 파워라인(12) 내의 a.c. 라인 전류에 비례하는 전류를 자신의 내부에서 유도하는 인덕터(43)에 의해 수행된다. 유도된 전류는 마이크로컨트롤러(106)로 신호를 인가하기 전에 신호를 증폭 및 필터링하는 전류취출 신호 조절기(117)로 제공된다.
센서(108-110)는 가요성 인쇄회로기판(68) 상에 위치되고 센서(111,112)는 외부 또는 보호 커버링(62) 상에 위치된다. 이러한 센서들은 예를 들어, 온도, 압력, 가스, 습도, 방사선 또는 빛(가시광선 또는 적외선)을 감지할 수 있다. 실제로 임의의 현상을 감지하기 위한 센서가 이용될 수 있다. 온도 센서 또는 방사선 센서와 같은 특정 센서가 가요성 인쇄회로기판(68) 상에 직접 설비될 수 있으며; 가스 또는 빛을 감지하기 위한 센서(111,112)와 같은 다른 센서가 보호 커버링(62)의 외부에 위치되어 동작될 수 있다.
센서(108-112)와 전압 및 전류센서(36)는 a.c.파워라인내 또는 a.c.파워라인 주위의 다양한 상태를 계속 감지하여 마이크로컨트롤러(106)에게 감지된 상태를 나타내는 아날로그 및 디지털 신호를 제공한다. 상기 센서에 의해 제공된 이들 신호는 필요한 경우엔 마이크로컨트롤러(106)에 의해 디지털 신호로 변환되어 감지된 상태를 나타내는 통신 데이터를 발생시키며 이들 통신 데이터는 라인(118)을 통해 데이터를 인코딩하는 파워라인 캐리어 전자장치(120)에 공급된다. 파워라인 캐리어 전자장치(120)는 그후 비접촉 트랜스포머의 동작으로 전송펄스를 센서(10)의 마이크로컨트롤러(106)로부터 a.c. 파워라인(12)에 비침해식으로 결합시키기 위해 통신 장치(48)의 권선에 저전압, 고전류 펄스를 전송하기 위해 사용되는 출력 드라이버(122)에 인코딩된 데이터를 공급한다. 파워라인 상태에 대한 국부적 판독을 위해, 저장 장치(129)가 라인(118, 119)에 연결된다. 저장 장치(129)는 파워라인 근처의 편리한 위치에 배치될 수 있다.
대안으로, 점선으로 도시된 바와 같이, 드라이버(122)로부터의 출력은 도 1의 캐패시터(37)의 내측 표면 및 외측 표면 도전체(38, 40)에 라인(124, 125)을 통해 제공될 수 있다. 이 구성에서 마이크로컨트롤러(106)로부터 전송된 신호는 a.c.파워라인(12)에 용량적으로 커플링되며 드라이버(122)는 고전압, 저전류 출력 펄스를 제공하도록 구성되어야 한다. 현재 드라이버(122)는 통신 장치(48)의 권선(52)을 구동하도록 구성하는 것이 바람직하다. 드라이버(122)는 (반전 또는 비반전) 고전압 증폭기일 수 있다.
마이크로컨트롤러(106)로부터 전송된 데이터는 파워라인 센서(10)를 식별하는 식별코드 및 전송되고 있는 데이터 유형을 나타내는, 파워라인 센서(10)상의 각각의 특정 개별센서(108-112,37 및 43)에 대한 식별코드를 포함한다. 즉, 전송된 데이터는 전송 데이터 출발지에 대한 정보(다수의 파워라인 센서는 전력 회사의 배전 시스템의 여러 위치에서 이용될 수 있다)와 전압, 전류, 온도 및 방사선에 대한 데이터일 수 있는 전송되는 데이터의 유형에 대한 정보를 포함한다. 전송 및 식별 코드와 흥미있는 데이터는 특정 임계값이 감지되었을 때 또는 임의의 소망 기준에 따라 시간 기준으로 정기적으로 발생할 수 있다. 통신 코드는 선택된 정류 통신 시스템 상세사항 또는 프로토콜을 따른다. 이 프로토콜은 스위스의 제네바 소재 ISO(International Organization for Standardization)에 의해 개발된 OSI(Open Syatem Interconnect) 통신 기준 모델에 기초한다. 파워라인 통신에 적절한 기타 통신코드도 이용될 수 있다.
센서(10)로부터 전송된 데이터는 원격 기지국(126)에 의해 수신된다. 기지국(126)은 파워라인 배전 또는 송전 시스템의 일부이고 전형적으로 (다상 시스템에서) 파워라인(12')과 상이한 위상의 파워라인, 중립 또는 접지인 파워라인(12')에 접속된 직접적인 전기 접속부(127 및 128)에 의해 파워라인(12)에 상호 접속된다. 그러나, 파워라인으로의 접속은 센서(10)에 대해 상기한 바와 같이 용량성 커플링 또는 비접촉식 트랜스포머의 동작에 의해 달성될 수 있다. 예를들어, 인덕터(43')는 비침해식 유도적 커플링으로 파워라인에 접속시키는데 이용될 수 있으며 및/또는 캐패시터(37')는 비침해식 용량적 커플링으로 파워라인에 연결시키는데 이용될 수 있다. 전송된 데이터는 센서(10)의 통신모듈을 매칭시키는 표준 파워라인 캐피어 모뎀(130)을 통해 컴퓨터(132)에 공급된다. 기지국(126)은 또한 파워라인 캐리어 모뎀(130)을 통해 컴퓨터(132)로부터 a.c.파워라인(12)에 데이터를 전송할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 기지국(126)은 파워라인 센서로부터 전송을 수동적으로 기다리는 대신 요구되는 센서정보를 위해 시스템 상에서 임의의 다른 파워라인 센서 및 모듈러 코어, 자체-구동 파워라인 센서(10)를 폴링할 수 있다. 더욱이, 파워라인 센서는 기지국(126)을 위해 재프로그래밍될 수 있다.
원격 기지국(126)으로부터 전송된 인코딩된 통신데이터는 바람직하게 a.c.파워라인(12)으로부터의 용량성 커플링에 의해 캐패시터(37)에 수신된다. 이들 고주파 통신 신호는 고역필터(134 및 136)에 제공되며, 이 필터를 통과할 수 있게 되어 파워라인 캐리어 전자장치(120)에 공급된다. 파워라인 캐리어 전자장치(120)는 통신 신호를 디코딩하여 라인(119)상에서 마이크로컨트롤러(106)로 보낸다.
선택적으로, 통신 장치(48)의 권선(52)은 원격 기지국(126)으로부터 통신 신호를 수신하는데 이용될 수 있다. 이것은 고역필터(134 및 136)에 권선(52)을 상호 접속하는 유도 라인(138, 139)(점선으로 도시됨)을 제공하므로써 달성된다.
센서(10)와 기지국(126)간에 비침해식 파워라인 통신을 이용하는 것이 바람직할 지라도, 이것은 본 발명에서 반드시 필요한 제한사항은 아니다. RF, 전화라인 모뎀, 케이블 TV, 셀룰러 폰, 적외선 광섬유 케이블, 마이크로웨이브 또는 초음파통신과 같은 비-파워라인 통신 또는 직접 접촉식 파워라인 통신이 이용될 수 있다.
마이크로컨트롤러(106)는 감지된 상태에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하고, 이전에 감지된 상태를 저장하는 메모리 위치를 조정 및 갱신하고, 동기 목적으로 시간을 추적하는 이동시간 평균 측정과 같은 수치연산을 수행하며, 모듈러 코어 자체-구동 파워라인 센서(10) 및 기지국(126)간의 통신을 제어한다.
마이크로컨트롤러(106)는 특정 감지 상태에 대한 실제 순간 값, 즉 실제 온도 또는 방사선 판도값을 기지국(126)에 제공할 수 있다. 그러나, 공칭 레벨로부터 변화하는 감지되는 특정상태 및 이들 변화량을 나타내는 지시값도 기지국(126)에 제공할 수 있다. 상기한 바와 같이, 절대전압을 결정하기 위해 비교될 수 있는 감지된 전압에 대한 기준레벨이 없으므로 이러한 유형의 데이터 전송에는 전압 센싱이 필요하다. 그러므로, 감지된 전압은 공칭 레벨과 비교되어 공칭 레벨로부터 감지된 전압의 변화가 결정되며 기지국(126)에 전송된다. 공칭 레벨은 평균 전압 레벨일 수 있거나, 가중치와 같은 기타 유형의 통계적 조작 유형이 감지된 데이터 전압에 대해 수행되며 공칭 레벨로부터의 변화를 결정하기 위해 공칭 레벨과 비교된다. 더욱이, 이 프로세스는 모든 유형의 센서로 수행될 것을 필요로 하지 않을지라도(다수 센서는 감지되는 상태에 대한 값을 제공하기 때문에), 감지된 임의으 상태와 함께 이용될 수 있다. 따라서, 이것은 다수의 경우에 모니터링되는 상태가 실제 값에 대해 모니터링되지 않기 때문에, 어떤 공칭 값으로부터의 변화에 대해 모니터링된다.
감지된 상태의 공칭 레벨로부터의 변화를 검출하여 전송하기 위해, 마이크로컨트롤러(106)는 도 4의 순서도에 따라 동작한다. 단계(152)에서, 모듈러 코어, 자체-구동 파워라인 센서가 설치되고, 상태(예컨대, 전압, 전류, 온도, 방사선 등)는 계속하여 순간적으로 단계(154)에서 획득된다. 단계(156)에서, 시간주기(t)에 대해 감지된 상태의 가중치와 같은 임의의 통계적 조작 유형 또는 순시 값에 대한 시간기준 평균은 a.c.파워라인의 상태에 대한 공칭 레벨을 결정하기 위해 수행된다. 이 시점에서 초기계산이 완료되며, 여기서 소망하는 통계적 조작유형을 위한 공칭 값이 결정된다. 계산프로세스가 정확한 공칭 값 레벨 판독을 획득하기 위해 수초 내지 수 주 심지어 수개월이 걸릴 수 있다. 초기 계산프로세스가 완료된 후, 단계(158)에서는, 단계(154)에서 획득된 순시 값이 공칭 레벨과 비교된다. 초기 공칭 레벨이 결정된 후, 새로운 순시 센서 데이터로 계속하여 재계산된다. 단계(160)에서, 순시 값이 공칭 레벨로부터 변화하는지 그리고 변화가 있음을 지시하는 신호인지를 결정하며, 단계(162)에서 변화 정도가 원격 기지국에 전송된다. 변화가 검출되었는지의 여부에 관계없이, 시스템은 단계(154)로 복귀하며 여기서 또 다른 순시값이 획득되고 프로세스는 센서가 a.c.파워라인으로부터 제거될 때까지 또는 감지되는 특정 상태에 대한 결정이 더 이상 필요없을 때까지 계속된다.
본 발명의 특징구조가 도면을 참조하여 도시되었을 지라도, 이것은 각각의 특징구조로서 편의상 나타낸 것이며 본 발명에 따라 임의의 기타 특징구조와 결합될 수 있다.
당업자에게는 다음 청구범위에 속하는 기타 실시예도 가능하다.

Claims (49)

  1. a.c. 파워라인 둘레에 배치된 복수의 모듈러 코어 엘리먼트;
    상기 각각의 모듈러 코어 엘리먼트 둘레에 배치되어 각각 상호 접속되는 복수의 권선을 포함하며 상기 a.c. 파워라인에 의해 통전되는 권선층;
    상기 a.c. 파워라인내에 또는 상기 a.c. 파워라인 주위의 상태를 감지하는 수단; 및
    상기 권선에 의해 통전되며 상기 감지수단에 응답하여 상기 감지된 상태를 나타내는 신호를 수신하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 도넛형인 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 저프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 높은 투자율을 가진 강자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 코어 엘리먼트의 폭은 자신의 단면 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 상기 파워라인 센서가 a.c. 파워라인에 설치되고 상기 a.c. 파워라인으로부터 제거가 가능하도록 하기 위해 강제적으로 이격된 갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 각 모듈러 코어 엘리먼트의 권선은 직렬 또는 병렬로 상호접속되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 권선은 상기 a.c. 파워라인과의 비접촉식 트랜스포머의 동작에 의해 통전되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 상태 감지 수단은 상기 a.c. 파워라인에 대한 전압을 감지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전압 감지 수단은 상기 a.c 파워라인에 대한 전압을 용량적으로 감지하는 캐패시터를 포함하며, 상기 캐패시터는 상기 a.c 파워라인 근방에 배치된 내측 및 외측의 이격된 플레이트와 상기 이격된 내측 및 외측 플레이트 사이에 배치된 유전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유전체는 공기인 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 이격된 내측 및 외측 플레이트는 상기 a.c. 파워라인 주위에 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  13. 제 10 항에 있어서, 잡음을 감소시키기 위하여 상기 내측 동축 플레이트에 접속된 n 개의 부가 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 n개의 부가 플레이트는 상기 외측 플레이트의 표면적의 1/n인 표면적을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 수단은 상기 a.c 파워라인의 전류를 감지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 감지 수단은 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 인덕터는 상기 a.c. 파워라인 주위에 배치된 절연 물질 주위에 감겨진 복수의 전류 측정 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 절연 물질은 저도자율을 갖는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 절연 물질은 포말인 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 절연 물질은 도넛형인 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 상태 감지 수단은 상기 a.c. 파워라인내 또는 상기 a.c. 파워라인 주위의 복수의 상태를 감지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 a.c. 파워라인을 통해 감지된 상태를 나타내는 신호를 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전송 수단은 원격 기지국으로 상기 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 전송 수단은 파워라인 근방에 위치된 저장 장치로 상기 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 전송 수단은 상기 a.c. 파워라인 주위에 배치된 통신 코어 엘리먼트 및 비접촉식 트랜스포머 동작을 통해 상기 신호를 상기 a.c 파워라인에 커플링시키기 위해 상기 통신 코어 엘리먼트 주위에 배치된 복수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  26. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 a.c. 파워라인을 통해 감지된 상태를 나타내는 신호를 전송하는 수단을 포함하며, 상기 전송 수단은 상기 신호를 상기 a.c. 파워라인에 용량적으로 커플링시키기 위해 상기 캐패시터와 상호접속되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  27. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 원격 기지국으로부터 통신 신호를 수신하는 수단을 포함하며, 상기 수신 수단은 상기 파워라인으로부터의 통신 신호를 용량적으로 커플링시키기 위해 상기 캐패시터에 상호접속되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 a.c. 파워라인을 통해 원격 기지국으로부터 전송된 통신 신호를 수신하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 수신 수단은 상기 a.c. 파워라인 주위에 배치된 통신 코어 엘리먼트 및 상기 원격 기지국으로부터의 통신 신호를 상기 a.c 파워라인에 커플링시키기 위해 상기 통신 코어 엘리먼트 주위에 배치된 복수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  30. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 a.c. 파워라인을 통해 감지된 상태를 나타내는 상기 신호를 전송하는 수단 및 상기 원격 기지국으로부터 전송된 통신 신호를 수신하는 수단을 포함하며, 상기 전송 수단 및 수신 수단은 상기 제어 수단에 의해 전송된 신호를 상기 a.c. 파워라인에 용량적으로 커플링하고, 상기 a.c. 파워라인으로부터의 신호를 상기 원격 기지국에 용량적으로 커플링하기 위하여 상기 캐패시터에 상호접속되는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 제어 수단은 원격 기지국으로부터 통신 신호를 수신하는 수단을 더 포함하며, 상기 통신 코어 엘리먼트 상의 복수의 권선은 비접촉식 트랜스포머의 동작을 통해 a.c. 파워라인으로부터 상기 통신 신호를 커플링하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 공칭 조건 레벨을 설정하기 위하여 소정 기간동안 상기 감지된 상태를 나타내는 상기 수신된 신호를 통계적으로 조작하는 수단 및 상기 공칭 레벨로부터 변화를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 감지된 상태는 전압인 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 통계 조작수단은 상기 소정 기간동안 수신된 신호를 평균화하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서.
  35. a.c. 파워라인 둘레에 배치되는 복수의 모듈러 코어 엘리먼트;
    상기 각 모듈러 코어 엘리먼트 둘레에 배치되어 각각 상호접속되는 복수의 권선을 포함하며 상기 a.c. 파워라인에 의해 통전되는 권선층;
    상기 a.c. 파워라인내 또는 상기 a.c. 파워라인주위의 상태를 감지하는 수단; 및
    상기 권선에 의해 통전되고, 상기 감지수단에 응답하여 상기 감지된 상태를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 상기 a.c. 파워라인을 통해 기지국에 전송하며, 상기 기지국으로부터 전송된 통신 신호를 수신하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 코어형 자체-구동 파워라인 센서 시스템.
  36. 파워라인 둘레에 배치된 이격된 내측 및 외측 플레이트 쌍과 상기 플레이트 사이에 배치된 유전체를 포함하는 전압 감지용 캐패시터; 및
    상기 파워라인 둘레에 배치된 절연 물질 및 상기 절연 물질 주위에 감겨진 복수의 권선을 포함하는 전류 감지용 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워라인용 감지 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 캐패시터는 상기 내측 플레이트에 접속된 n개의 부가 플레이트를 더 포함하며, 상기 각 플레이트의 표면적은 잡음을 감소시키기 위하여 상기 외측 플레이트의 표면적의 대략 1/n인 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 내측 및 외측 플레이트는 도넛형인 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  39. 제 36 항에 있어서, 상기 절연 물질은 저도자율을 갖는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 절연 물질은 포말인 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 절연 물질은 도넛형인 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  42. 제 36 항에 있어서, 상기 인덕터는 상기 캐패시터 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 권선은 상기 캐패시터 위에 감겨지는 것을 특징으로 하는 감지 장치.
  44. a.c. 파워라인 둘레에 배치되는 복수의 모듈러 코어 엘리먼트; 및
    상기 각 모듈러 코어 엘리먼트 둘레에 배치된 복수의 권선을 포함하며 상기 파워라인에 의해 통전되는 권선층을 포함하며, 상기 각 모듈러 코어 엘리먼트의 권선은 상호접속되는 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 도넛형인 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 저프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 고투자율을 가진 강자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 각 코어 엘리먼트의 폭은 단면 두께와 대략 동일한 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
  49. 제 44 항에 있어서, 상기 모듈러 코어 엘리먼트는 파워라인 센서가 상기 a.c. 파워라인상에 설치되고 파워라인으로부터 제거될 수 있도록 하기 위하여 강제적으로 이격된 갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 추출 장치.
KR1019980705176A 1996-11-01 1997-10-30 모듈러코어형자체-구동파워라인센서 KR100316207B1 (ko)

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