CN101505175A - 将数据信号耦合到输电电缆的耦合器 - Google Patents

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Abstract

一种将数据信号耦合到输电电缆(100)的耦合器。该耦合器包括第一绕组(225)，用于经该输电电缆的导线耦合该数据信号；以及第二绕组(235)，电感耦合到该第一绕组(225)，用于经数据端口耦合该数据信号。一种用于识别电力线的多条中性线(105)中的一条中性线的装置，包括接收器(902)，用于检测来自所述输电电缆的选定中性线的信号以及信号大小的指示器(905)。

Description

将数据信号耦合到输电电缆的耦合器
本申请是申请号为01822880.1、申请日为2001年5月4日、发明名称为“将数据信号耦合到输电电缆的耦合器”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及配电系统上的数据信息的通信，以及更具体地说，涉及使用用于经输电电缆中的导线耦合数据信息的电感耦合器。
背景技术
使用所谓的“载波”系统，已经将家庭或企业的范围内的低电压电力线用作用于点对点或网络通信的媒介，在该“载波”系统中，将数据信息调制到高频(HF)载波并在电力线上传送。在Internet数据干线和每个住所间需要“最后一英里”连接的Internet访问将大大地增强这些网络的效用。
通过MV-LV配电变压器，将通常为4-66KV的中压(MV)降低到通常为100至500伏的低电压(LV)。经配电变压器，中压配电网格为许多家庭和企业供电。如果数据出现在中压电网上，将期望将宽带数据流从变电所耦合到邻近的整个区域，但配电变压器有效地阻止高频能量，从而阻止数据到达LV引入线。
在使用额定低电压为125伏或更低的国家，诸如北美，通常将从配电变压器到家庭或企业中的电力负载的引入线保持在短于约50米，以便最小化经过这些线的电压降并保持适当的电压调节。通常，每个配电变压器仅为1至10家庭或企业供电。对这种少量的潜在用户，实现昂贵的高数据率输送，诸如光纤或TI，以及通过电力线通信装置将其耦合到变压的低压端是不经济的。因此，为将中压配电网格开发成数据回程通道，需要旁路配电变压器的装置。
在配电系统中，通常在变电所的HV-MV降低变压器，将通常为100-800kV的高压(HV)降低到中压。配电变压器的高频阻止特性将中压配电网格与在低压和高压(HV)线上出现的高频噪声隔离开来。因此，中压网格是相对静止的媒介，对数据分配系统或“回程线”传送高速数据很理想。
上述变压器实际上阻止兆赫频率范围内的所有能量。为将高频调制数据从MV线耦合到LV线，必须在每个变压站安装旁路装置。装置是目前可获得的并用于低频、代数据率数据耦合应用。这些应用通常称为电力线通信(PLC)。这些装置通常包括必须经受住基础脉冲加载(BIL)电压，通常为50kV的高压串联耦合电容器。因此，这些装置昂贵、庞大，并且对整个电网可靠性有影响。另外，在某些情况下，在安装它们期间，需要从用户断电。
在具有在100-120伏范围内的额定低电压的国家中，诸如日本和美国，配电变压器的数量特别大。这是因为将MV-LV配电变压器放在相对接近负载以便保持馈电电阻为低。需要低馈电电阻以便随着改变负载电流，保持合理的电压调节电平，即，供电电压中的最小变化。用于距离超过50米的LV馈电线将需要不可能实施的粗导线。
为使数据耦合器有效，在上下文中，必须将其视为结合MV电力线的高频特性以及其他连接到这些线的部件，诸如变压器、功率因数补偿电压器、PLC耦合电容器以及断开开关一起操作。这些部件在不同国家和地区中以不同电压操作。操作电压电平在兆赫频率时，对中压电力装置的几何结构以及这些装置的终端阻抗具有直接的影响。影响MV电力线上的高频信号的其他因素包括网络的几何结构，例如，分支、使用电缆连接到高阻抗架空线的低压阻抗地下，以及由于断开形状的动作，将网络分成子网的可能性。因此，在用在每个国家和MV电压电平的装置的特定特征的情况下，必须考虑MV-LV耦合器装置的适用性。
架空传输线的特征在于以基本上恒定的间隔运转两条或多条导线，在它们间具有空气介质。这些线具有300至500欧姆范围内的特性阻抗，以及非常低的损耗。同轴地下电缆包括由电介质围绕的中心导线，在中心导线上，缠绕中性导线。这些电缆具有20至40欧姆范围内的特性阻抗，并显示用于兆赫信息的损耗，根据电介质的损耗属性，该损耗可为每百米2dB一样低。
设置为从单个相位到中性或三相网格中从相位到相位操作的MV-LV配电变压器在MV端具有初级绕组，该初级绕组呈现为具有用于10MHz频率的40至300欧姆范围内的阻抗。功率因数补偿电容器具有大的额定电容值(例如，0.05-1μF)，但它由它们的结构固有的串联电感初始确定它们的高频阻抗。PLC耦合电容器具有更低的额定电容，例如，2.2至10nF，但具有相对于电力电缆的特性阻抗，相对低的高频阻抗。上述任何一个装置在兆赫范围内可产生谐振，即，复数阻抗的虚部变为0欧姆，但这些装置在这些频率不具有高Q因素，因此阻抗的大小对串联谐振来说，通常不接近零或对并联谐振来说，不会接近极其高的值。
用在MV网格上的另一种装置，特别是在日本，为远程控制三相断开开关。当在经过这类开关的相位线上传送数据信号时，即使当通过开关断开该相位线，也需要保持数据的连续性。
发明内容
本发明的目的是提供用于将数据信号耦合到输电电缆的导线的改进的耦合器。
本发明的另一目的是提供廉价并具有高数据率电容的这种耦合器。
本发明的另一目的是提供能在不中断向用户供电的服务的情况下安装的耦合器。
本发明的另一目的是提供仅使用具有实际上无限使用寿命的无源元件的这种耦合器。
通过用于经输电电缆允许数据信号通信的装置来实现本发明的这些和其他目的，包括(a)第一绕组，用于经输电电缆的导线，耦合数据信号；以及(b)第二绕组，电感耦合到第一绕组，用于经数据端口耦合数据信号。
附图说明
图1是根据本发明，表示用作通信媒介的中性线的典型地下同轴中压配电电缆的图解。
图2A是根据本发明，使用用于数据通信的单一中性线的单端传输线的装置的图解。
图2B是图2A的装置的示意性表示。
图3A是根据本发明，其中将两条中性线用作用于传送数据信号的传输线的输电电缆的图解。
图3B是图3A中所示的装置的示例性表示。
图3C是对图3A中所示的装置的备选方案的使用多条中性线以形成数据传输线的示意性表示。
图3D是用于实现图3C中所示的装置的技术的图解。
图4A和4B示例说明用于与由数据信号差动驱动的一对中性导线一起使用的耦合器的磁芯拓扑结构的实施例。
图5A是具有由放置环形磁芯而引入的高阻抗的电缆的装置的图解。
图5B是图5A的装置的示意性表示。
图6A-6C是根据本发明，使用两条中性线以及磁感应的平衡传输线的几个装置的图解。
图6D是6A至6C的装置的示意性表示。
图7是根据本发明，使用磁感应的平衡传输线的示意图。
图8是使用具有多组中性线的多条传输线的本发明的实施例的示意图。
图9A是用于识别输电电缆的多条导线中的一个的系统的示意图。
图9B是用于识别输电电缆的多条导线中的一个的系统的图解。
图10A和10B是根据本发明，在配电系统上实现的数据通信网部分的示意图，其中在配电系统的相导线上运送数据。
图11A是根据本发明，用于经相导线耦合数据的电感耦合器的实施例的图解。
图11B是图11A中所示的实施例的示意表示。
图12是在电感耦合器处具有背对背调制解调器的网络部分的示意图。
图13是根据本发明，用于在电网段间无源耦合调制数据的技术的示意图。
图14是用于使用背对背调制解调器，在电网段间耦合调制数据的技术的示意图。
图15是根据本发明，示意性表示用于将数据耦合到数据通信网的实现方式中的配电系统的相导线的几种技术的示意图。
图16A是根据本发明，用于端接传输线终端的电感耦合器的示意图。
图16B是根据本发明，使用用于将调制解调器连接到传输线空端(dead end)的电感耦合器的示意图。
图16C是根据本发明，用维护通过网格断开开关的数据信号的连续性的电感耦合器的装置的示意图。
具体实施方式
架空和地下中压传输线可用于数字数据的双向传输。这些传输线遍及电力公司变电所与遍及邻近放置的一个或多个MV-LV配电变压器间的通路。MV-LV配电变压器将中压电源降到低压，然后，将该低压输送到家庭和企业。
本发明涉及使用中压网格中的耦合器。该耦合器用于允许经输电电缆传送数据信号。其具有用于经输电电缆的导线耦合数据信号的第一绕组，以及电感耦合到第一绕组的第二绕组，用于经数据端口耦合该数据信号。
本发明的一个实施例采用具有一条或多条中性线，即，与同轴电缆类似，缠绕在电缆的外层的导线的输电电缆。输电电缆的一条或多条中性线用作用于一个或多个数据信号的导线。
另一实施例采用输电电缆的相导线。在这种情况下，输电电缆的相导线用作用于一个或多个数据信号的导线。
图1是根据本发明，具有耦合到此的电感耦合器的典型的地下同轴中压配电电缆100的图解。电缆100具有螺旋缠绕在磁芯绝缘体120上的N多条中性导线105，磁芯绝缘体环绕导相线(phase conductingwire)115。例如，在可从PirelliCavi e Sistemi S.p.A，VialeSarca，222，Milano，Italy20126获得的Pirelli Cable X-0802/4202/0692TRXLPE 25KV 260密耳1/0A WG AL电缆中，存在绝缘环绕的相导线，在该相导线上，缠绕8股2.8mm直径铜线。具有12至16中性导线的电缆也是普通的。
在电缆段中使中性导线105彼此分开并隔离。在电缆100端，暴露每个中性导线105的绞合线并切向缠绕，与电缆端隔开一小段距离形成铜线环125以便形成终端。将这些胶合线集聚成单股绞合线130并连接到MV-LV配电变压器的接地接线柱。
耦合器140已经与导相线115隔离开来，已经证明后者能经受稳态和设定该电缆的额定电压的瞬态电压。正利用的现有绝缘材料消除了再次用于该耦合器而提供的费用。该耦合器可用普通塑料材料包装。
耦合器140包括第一绕组(图1中未示出)以及第二绕组(图1中未示出)。由电缆本身提供第一绕组同时第二绕组能包括一匝或两匝具有最小绝缘度的绞合、小直径连接线。
在地下电缆中，诸如，电缆100，由于其提供现有的绝缘体120来提供与中压线绝缘，因此，使用电感耦合器140特别具有成本效率。
根据本发明的电感耦合器也适合与架空输电电缆一起使用。电感耦合器通常比电容耦合器廉价，因为增加电感耦合器绝缘材料的厚度基本上不降低该耦合器的性能，而增加电容中的绝缘厚度直接降低其每单位面积的电容，并需要更大的平板面积(plate area)。因此，与电容耦合器相比，电感耦合器对制造来说相当低廉。
有几个本发明的备选实施例。对地下电缆来说，一个实施例可利用能形成高频传输线的一条或多条地下电缆的中性线，同时保持选定的中性线的电力传导功能。
图2A是根据本发明，使用用于数据通信的单条中性线的单端传输线的装置的图解。图2B是图2A的装置的示意性表示。电缆200包括多条中性导线205，例如，能视为平直数据传输线(flat data transmission)的、以平缓的螺旋形缠绕在高压绝缘体240和中心相导线245(centerphase conductor)上的导线。
绝缘一个选定的绞合中性导线205，即，中性导线202以便充当用于数据信号的数据传输线导线，以及剩余的中性导线205，主要是两个与中性导线202相邻的中性导线205，用作第二数据传输线导线。对如上所述的Pirelli电缆的横截面，就频率范围为1-50MHz中的信号来说，估计特性阻抗为95欧姆，该频率范围的子域通常用在数据传输中。
为实现图2A中的装置，在已经安装的地下电缆中，从几个中性导线205选择出中性导线202，以及在电缆200的每一端切入暴露210部分。中性导线202的引线215仍然连接到耦合器220的第一绕组225。因此，在中性导线202和地之间串联连接第一绕组225。将耦合器220的第二绕组235耦合到端口255，通过该端口255，传送和接收数据。因此，将电缆200用作能经耦合器220连接到通信装置，诸如调制解调器(未示出)的高频传输线。
从电学上说，耦合器220为变压器。在用于导电的频率，通过这种变压器的初级，即，第一绕组225的阻抗是可忽略的。与中性导线202和引线215连接的第一绕组225应当用与中性导线202一样粗的导线缠绕。在这些情况下，选定的带有数据的中性导线202实质上具有与其他中性线相同的阻抗。其将载有实质上与其他中性线的每一个相同的电流，并且将不能降低中性电路的总载流量以及冲击电流容量。
在图2A和2B中，单个中性导线202的中性线电流穿过耦合器220。对具有8条中性线的200安培电缆来说，带有数据的导线将具有25安培均方值的最大稳态电流。对较小载流量电缆以及对具有更多中性导线的电缆来说，穿过单个中性导线的最大稳态电流是很小的。耦合器220必须能在没有磁芯饱和的情况下，处理由该电流生成的磁通量，以便执行其数据耦合功能。
中性导线202在用于高频数据信号的第一方向中载有电流。其他中性导线205在相反的方向中载有倾向于相消的数据信号的回流，从而由于调制数据信号，大大地降低辐射磁场的强度。该装置也对来自外部电场的噪声耦合提供静电屏蔽效应。
图3A是根据本发明的输电电缆300的图解，其中将两条中性线用作用于传送数据信号的传输线。图3B是图3A中所示的装置的示意性表示。
耦合器307，例如，高频变压器。与两条相邻的中性线302、305串联安装。正好在它们连接到中性连接环330的点前切断最好彼此并联且相邻的中性线302、305。
参考图3B，将从电缆300延伸的中性线302、305的引线连接到耦合器307的第一绕组310。因此，第一绕组310串联连接在中性导线302和中性导线305之间。第一绕组包括中心抽头312和磁芯315。中心抽头312连接到中性连接环330。
第一绕组310的一部分310A连接到中性线302并以第一方向缠绕在磁芯315上，以及第一绕组310的第二部分310B连接到中性线305并以相反的方向缠绕在磁芯315上。部分310A和310B用直径稍微大于电力电缆中性线的导线制成，因此，能具有稳态和冲击电流以及至少具有未选定的中性导线。部分310A和310B的每一个本身可视为绕组。
图3A的装置确保仅与两个中性线302、305串联插入可忽略的阻抗，并且不干扰基本上均等划分所有中性线间的工频(powerfrequency)电流。对在前所述的Pirelli电缆来说，估计充当平行线传输线的平行线302和305的特征阻抗为约130欧姆。同时，在工频，图3A和3B中所示的装置由于在绕组310A和310B中的相反方向中流动的中性电流导致通过磁芯可忽略的净磁通量，从而导致磁通量抵消。
另一绕组320连接到端口350，通过该端口，传送和接收数据。绕组320与中性电源电路325绝缘，从而避免能感应寄生噪声并进入数据电路的故障电涌的接地环。
可将电缆300看作能经耦合器307连接到通信装置的高频传输线。在这种结构中，通过中性导线302、305，差动驱动数据信号。对指定的驱动功率电平，这种传输线应当发射比图2中所述的单端装置更低的电磁辐射。
图3C是使用多条中性线以形成数据传输线，对图3A和3B中所示的装置的备选方案的示意性表示。电缆300具有多条中性线330，这些中性线330基本上彼此平行，具有与该多条中性线330的第二子集330B的各条中性线交替的该多条中性线330的第一子集330A的各条中性线。将第一子集330A共同看作第一中性导线并连接到一起以便形成耦合器307A的第一绞合引线332。将第二子集330B共同看作第二中性导线，并连接到一起以形成耦合器307A的第二绞合引线333。最好，将多条中性线330构造成并联连接的N/2传输线，其中N为中性线330的数量，以及N/2为每个子集330A和330B中中性线的数量。这种并联连接的结果是将电缆300生成的衰减降低了约N/2倍，并且将特性阻抗降低了约相同的倍数。
图3D是表示如何方便地实施图3C的装置的图。为便于将第一子集330A连接到第一绞合引线332，将第一绝缘环335放在所有中性导线，即第一子集330A和第二子集330B，最接近将放置耦合器307A的点的上。将第一子集330A缠绕在第一绝缘环335上并连接在一起以形成第一绞合引线332。同样地，将第二子集330B缠绕在可绝缘或不绝缘的第二环345上，并连接以形成第二绞合引线333。相对于由图3A的双线实现方式所发射的，改进几何对称的电流以及降低的电压电平将会进一步降低电磁辐射。
电力公司可能反对切断两条中性线并通过耦合器来重新连接它们。根据本发明，可以与图3A和3B所示的实施例等效的拓扑地和电磁的方式将磁芯“缠绕”在两条选定的中性线上。
图4A和4B示例说明用于与一对中性导线一起使用的耦合器的磁芯拓扑结构的实施例，由数据信号差动驱动该对中性导线。该磁芯具有与第一中性导线相邻的第一区域，以及与第二中性导线相邻的第二区域。该耦合器包括缠绕在磁芯部分的绕组。通过该磁芯，该绕组感应第一方向中第一中性导线中的第一电流，以及感应与第一方向相反的第二方向中第二中性导线的第二电流。
参考图4A，可将磁芯400形象化为在交点处不接触的数字“8”。数字“8”形成拓扑“扭曲”。第一区包括数字“8”的第一环405，通过第一环405，传送第一中性导线410。第二区域包括数字“8”的第二环415。通过第二环405，传送第二中性导线420。磁芯400实际上是连续的一个窗口的磁芯，通过该磁芯，在相反的方向中穿过导线410和420，从而抵消由于工频电流的磁通量。绕组425感应中性线410和420中的反相高频信号电流。
数字“8”拓扑结构可在电缆的表面上实现，而不用切断中性导线。如图4B中所示，用第一环405中的第一间隙430以及第二环415中的第二间隙构造包括磁芯段400A和400B的磁芯。中性导线410穿过第一间隙430以及中性导线420穿过第二间隙435。通过相对于中性导线410和420的绝缘部分440放置磁芯400A和400B，将中性导线410和420放在磁通量的通路中。
用于避免物理切断中性线的另一方法是与它们并联地插入用于高频的高阻抗而不用切割导线。本发明通过用一个或多个环形磁芯来环绕整个电缆来实现此。
图5A是具有将环形磁芯放在电缆上感应的高频高阻抗的电缆的装置的图解。图5B是图5A的装置的示意性表示。
将一个或多个环形磁芯502布置在输电电缆500部分。将耦合器515的第一绕组530(图5B)相对于环形磁芯502，电缆500向内连接在第一中性导线510和第二中性导线512之间。耦合器515的第二绕组515为调制解调器端口520提供数据通路。
第一和第二中性导线510、512是电缆500内多条中性导线505中的两个。实际上每个中性导线505将看见仅在中性连接环525前的扼流圈502A(图5B)。因此，环形磁芯502在每个中性线505和地之间插入绝缘电抗，最好是约几微亨大小。
环形磁芯502具有机械插件的两半的分裂铁芯，提供机械插件以便准确地铁芯两半配合，并将铁芯紧固到电缆500上。该实施例的优点在于在安装环形磁芯502期间，不需要切割任何一个中性线505。
能将数据信号传送到通过耦合器515的端口520连接并耦合到环形磁芯502的中性导线510、512上游的调制解调器(未示出)并从该调制解调器接收数据信号。可将电缆500视为具有通过充当扼流圈的超环面在，部分与地隔离的连接端点535和540的高频传输线。
在工频，由于所有通过环形磁芯505中，通过流过多条中性线505的相反方向的中性电流平衡在一个方向中流动的中间导线517的相电流，通过环形磁芯502的净电流基本上为零。从而避免铁芯饱和。由于存在环形磁芯502，中心线505间的动力电流分布仍然保持不变，同时由环形磁芯502的扼流作用感应的非常小的电抗，其同等地影响所有中性线。
图6A至6C是根据本发明，使用两条传输线以及磁感应的平衡传输线的几个装置的图解。图6D是图6A至6C的装置的示意性表示。同样，所获得的优点是对可通电或可不通电的电路来说，避免切割或操纵中性线。
图6A至6D的每一个实施例使用两条中性线作为传输线。在与接地连接环相邻的中性线部分中磁感应信号电流。开口磁芯(诸如“E”铁芯)位于接近并垂直于两条中性线。
如图6A所示，开口磁芯605具有位于接近并垂直于电缆600的两条中性线602的第一中性线的第一引线606，以及位于接近并垂直于中性线602的第二中性线的第二引线607，以及第三引线，即公共引线610，位于第一引线606和第二引线607之间。公共引线610具有缠绕在其上的绕组608。
绕组608缠绕在位于电缆600的两条中性线602之间的公共引线610上。该装置感应彼此相反方向中的中性线602的各个中的电流。可选择地将在接地连接环625(图6B)中端接在一起的中性线602的段615(图6B)视为通过引线606和610的极面间和引线607和610的极面间的间隙的一匝线圈。因此，绕组608中的信号电流将感应两条中性线602中的信号电流，将差分信号发射到由这两个中性线602形成的传输线。
参考图6C，为降低标准铁芯形状(例如，“E”铁芯)中引线间的相对大的气隙大小，以及增加耦合系数，能使用一对具有所提供的间隙627的环形磁芯620，中性线602穿过间隙627。将绕组630缠绕在每个环形磁芯620的一部分，即公共引线632上。
图6A-6C的实施例的等效电路如图6D所示。在其中感应磁通量的中性线602部分充当在连接环625处连接在一起的两个反向绕组635。绕组645提供用于连接到调制解调器(未示出)的端口640。
在铁芯的公共引线中抵消工频磁通势(MMF)，但在每个侧引线上完全出现。然而，必须大于中性线的直径的气隙通常将防止这些侧引线变得饱和。
图6A-6D的实施例的优点是避免中断和与中性线602物理连接。在工频时中性线间的电流分布将基本上保持不变，畎；与整个电缆段上的整体中性线阻抗相比，由铁芯扼流效应感应的非常小的电抗将引入可忽略的电抗。可将电缆600视为经耦合器在每个终端连接到通信装置的高频传输线。
图7是根据本发明，使用磁感应的平衡传输线的示意图。该实施例与图6D的类似，但代替耦合到一对中性线的单个磁芯或超环面对，其耦合到按对组织的所有中性线。对具有奇数导线的电缆来说，可剩下一条导线不用。为实现此，可采用图6A至6D的具有等于中性线对的数量的耦合器数量以及连接在一起的耦合器绕组的任何一个实施例。为最小辐射，可反相交替中性线。
与图6A至6D的实施例类似，图7的实施例包括具有第一绕组720和第二绕组740的耦合器，第一绕组用于经输电电缆700的第一中性导线702耦合数据信号，第二绕组，电感耦合到第一绕组720，用于经数据端口耦合数据信号。通常，图7的实施例对此增强以包括第三绕组725，用于经输电电缆700的第二中性导线705，耦合该数据信号，以及第四绕组745，电感耦合到第三绕组，用于经数据端口760耦合该数据信号。该数据信号经第一中性导线702、第一绕组720以及第二绕组740在第一通路中传播，以及经第二中性导线705、第三绕组725以及第四绕组745在第二通路中传播。
图7示例说明使用根据图6D的实施例的所有中性线对。以与图6D的选定对600类似的方式，导线对702、705、710和715均执行为传输线。通过铁芯的磁通量的中性线段充当绕组720、725、730和735，并驱动中性线对为传输线。如所示，可并联或以提供一致定相的任何串-并联结合连接绕组740、745、750和755，以便将数据信号提供给端口760。由于电力电缆700的中心相导线715受到来自耦合线圈的相等的和反向磁通量，相导线715不影响信号传输。
图7的实施例的一些优点是(a)可不选择一对中性导线来执行耦合器的安装，因此不识别该段的远端的那些导线(注意倒相在这里是可能的，但不影响数据流，因为调制解调器能忍受整个信号的反相)，(b)数据传输是可能的，即使在其运转期间损坏电缆700，以及使一些中性线意外接地，(c)最好抵消外部场以及降低辐射，以及(d)降低电缆段上的通路损耗。
图8是使用具有多组中性线的多传输线的本发明的实施例的示意图。该实施例利用在图6A-6D中表示的任何一个实施例，但代替单个信号通路，其采用多条中性能传输线802、805、810、815来提供多阻抗传输通道。图8表示四个传输通道。
与图6A-6D的实施例类似，图8的实施例包括具有第一绕组820以及第二绕组825的耦合器，第一绕组820用于经输电电缆800的第一中性导线802耦合数据信号，以及第二绕组825，电感耦合到第一绕组820，用于经数据端口830耦合数据信号。通常，图8的实施例对此的改进是包括第三绕组835，用于经输电电缆800的第二中性导线805耦合第二数据信号，以及电感耦合到第三绕组835的第四绕组840，用于将第二数据信号耦合到第二数据端口845。
可利用用于实现(a)在一个或多个通道上全双工传输数据，(b)多个单向或双向通道，从而增加整个带宽，(c)冗余传输数据以最小化误差，(d)实现具有单独时钟、选通以及数据线的多导线接口，以及(e)使用用于监视命令、误差通知或用在网络管理中的其他数据的这种多重性。
对在图6A至6D中所示的每个实施例，以及对图3-8所示的增强，选择在电缆的一端的一个或两个中性线暗指必须在电缆的远端识别相同导线。
图9A是用于识别输电电缆的多条导线的一条的系统900的示意图，以及图9B是该系统900的图解。系统900包括用于从输电电缆的选定的中性线读出信号的接收器902，以及信号大小的指示器905。将该信号应用到输电电缆上的第一点926的选定线925。接收器902检测远离第一点的输电电缆上的第二点927的信号。
系统900也包括具有径向槽920的铁氧体超环面915，选定的中性线925穿过该径向槽，以及缠绕在铁氧体超环面(ferrite toroid)915部分并连接到接收器902的输入端935的绕组930。经铁氧体超环面915从选定中性线925电感耦合信号。经电感耦合器924，将信号应用到第一点926的选定中性线925。
在将连接的第一电缆端，选定导线，以及连接的耦合器。图9A表示正选定的一对中性线。通过在MHz范围内的低功率、高频振荡器，驱动耦合器。这使得高频电流在选定的导线中更强烈流动。
在远端，将无线接收器900变为同一频率。该无线接收器的特别之处在于它具有信号强度测量计905以及用于优化增益的手动或自动增益控制。另外，接收器的天线包括具有稍微大于中性线925的直径的径向槽920的铁氧体超环面915，以及缠绕在连接到接收器天线输入端935的超环面915上的线圈。最好，将超环面915固定安装到接收器盒上。
安装者手持该接收器以便使该槽定向到与中性导线925成直线并接近该中性导线，以及观察信号强度测量计905上的读数。然后，该安装者与电缆成切线移动该接收器，轮流检测每条导线。产生信号强度测量计上的最大读数的该导线将在那些在该电缆的其他端处直接激励的导线。
因此，用于识别输电电缆的多条中性线中的一条的方法，包括步骤：(a)在输电电缆上的第一点，将信号应用于选定的中性线上，(b)在远离第一点的输电电缆上的第二条，读出多条中性线的每一条上的信号的相对值，以及(c)从相对值识别出选定的中性线。该识别步骤将选定的中性线识别为具有最大相对值的多条中性线中的一条。应用步骤包括将信号电感耦合到选定的中性线，以及读出步骤包括电感耦合来自选定的中性线的信号。
迄今为止，已经在具有多个、单独的、相互绝缘的中性线的情况下描述了本发明。然而，许多配电网不使用具有相互绝缘的中性线的电缆，而是具有以与导电铜带连接在一起的网格或多条导线的它们的中性线。图10A、10B、11A和11B以及它们相关的描述涉及本发明应用于其他普通中压电网，诸如在架空线上具有的那些网格以及在单个中性导线的伪同轴地下电缆上具有的那些网格。
需要避免与中压相导线物理连接的耦合器，因为这种耦合器将不需要经受住该相导线的稳态和冲击电压，从而简化耦合器的结构和降低成本。然而，使用目前提出的电感耦合器预先假定可通过其流动电流的电路连续性，而中压电路可包括在它们的终端的物理开路，或连接到变压器绕组，在射频时，该变压器绕组的高阻抗可接近开路终端的效果。根据本发明，当使用电容耦合的端口，在电缆的未端增加高频终端时，可将电感耦合器用在中压数据回程网中，以及同样在一个或多个中间位置是，用在大的配电网中。地下输电线的相导线可用作传输线，当它们具有在高频时有效时的负载终端时，该负载终端用于将数据信号耦合到传输线，或耦合来自传输线的数据信号的通信。
在配电系统中，将中压网格连接到出现远远高于高频时该信号的电缆的特性阻抗的装置上。这些装置有效地呈现为高频信号的开路。将调制过的数据分组耦合到这种开路电缆上将导致由电缆的未端反射的大部分的耦合波，并可能被数据接收器解释成新的分组。这种反射的另外的不期望的特征将会把数据接收器引入断定新的分组正在占用该电缆的歧途，以及共享网络的“载波监听”将会遇到损失可用传输时间。
对具有相当大的高频损耗的电缆和导线来说，这些反射将快速消散，并且不会产生问题。然而，对架空线和一些地下伪同轴线来说，这些损耗很低，以及强烈的反射信号将干扰直流信号(direct signal)。
图10A和10B是在配电系统上实现的数据通信网部分的示意图，其中在配电系统的相导线上载有数据。本发明使用电感和电容耦合器的组合。如下所述，网络包括(a)用于经相导线耦合数据信号，并具有用于进一步耦合数据信号的数据端口的电感耦合器；以及(b)电容耦合器，连接在相导线和地之间，接近输电电缆的未端，用于吸收反射的数据信号以及可选地用作用于耦合数据信号的数据端口。
在接近配电变压器1010的中间节点1005处使用电感耦合器1002。每个电感耦合器1002提供用于连接到低压网络上的调制解调器(未示出)的端口1015，该调制解调器由每个配电变压器1010的次级线圈供电。电容耦合器连接在导线或电缆端和局部接地之间，以便同时吸收反射和提供信号耦合节点1025，即，信号耦合节点1025位于电容耦合器1020和地之间，用于耦合相导线间的数据信号以及用于提供用于该数据信号的另一数据端口。
该“导线或电缆端”包括点1018，在该处，将电力从高压至低压变压器输送到电缆中。在环形拓扑结构中，电缆返回该位置但达到空端。在这些“空端”感应电容耦合器1020。要是在电网中T-分支1030产生短线1035，那么使用电容耦合器来端接该短线1035的空端。
图11A是根据本发明，用于经相导线耦合数据的电感耦合器1102的实施例的图解。图11B是图11A中所示的实施例的示意性表示。
电感耦合器1102包括第一绕组1104，用于经相导线1110耦合数据信号，以及第二绕组1115，电感耦合到第一绕组1104，用于经数据端口1145耦合数据信号。电感耦合器1102包括铁芯1105，相导线1110穿过该铁芯。通过铁芯1105的这种相导线1110的结构用作第一绕组，即，单匝绕组。第二绕组1115缠绕在部分铁芯1105上。
电感耦合器1102是变流器，其中将铁芯1105放在一段相导线1110上。通过将铁芯1105放在一段地下电缆上，电感耦合器1102也可与地下电缆一起使用，该段地下电缆未被具有穿过铁芯1105的作为一匝绕组的电力电缆相位线的中性导线护层覆盖。
铁芯1105由铁氧体或在调制数据所需的频率范围上具有实际导磁率和相对低损耗的其他软磁材料制成。铁芯1105具有足以允许操作电感耦合器1102而不会饱和的气隙1120，即使当通过相导线1110的电流与额定用于导线1110的最大电流，即，200安培均方根(rms)一样高。
电感耦合器1102具有足以在相关频率范围上对调制解调器发射机提供可测量的高频阻抗的初级磁化电感，但在配电频率时为可忽略的阻抗。电感耦合器1102具有远低于传输线的特性阻抗的漏电感和反射初级阻抗，传输线的相导线1110是相关频率范围上的元件。
电感耦合器1102具有与第二绕组1115串联的高电压电容器1125和数据端口1145，并连接到配电变压器1130的低电压输出，即，电力线输出，以便防止第二绕组1115短路低电压电源电路1135。因此，电容器1125耦合第二绕组1115和电力线输出间的数据信号。
电感耦合器1102也具有与第二绕组1115并联连接的电涌保护器1140，以保护低电压电路1135，以及连接到此的任何电子通信装置免受高振幅脉冲的影响，该高振幅脉冲可出现在相导线1110上并通过电感耦合器1102耦合到低电压线上。
注意当仅将一个LV相位线1150以及LV中性线1155连接到耦合器1102时，其他相位线1160将经电容和电感耦合，在一段LV引入线上接收稍微衰减的信号。
重要的考虑因素，以及所需的目的是最小化来自用于传送数据的导线和电缆的电磁辐射。这些线以辐射电磁干扰，即使埋到几英尺的地下。寄生谐振也可防止在某些窄的频带在传送。
应当采用一种或多种技术来最小化辐射、容许谐振，并提供坚固和可靠的数据通道。用于最小化辐射的选择包括：
(A)在连接到中压网格或来自中压网格的调制解调器中使用扩展频谱调制。扩展频谱调制采用相对低的频谱功率密度(例如，-55dBm/Hz)。
(B)最小化调制数据的功率电平。该功率电平应当足够高以便克服该线上的任何噪声，以及任何自生成的装置噪声，例如，内部噪声、放大器噪声等等。通过采用相对隔离中压线和有噪声的低压和高压网格，能最小化线路噪声。这能通过在每个电感耦合器处放置背对背调制解调器来实现。背对背调制解调器用于重新生成位流以及重新调制另外的媒介上的数据传送。
图12是在电感耦合器处具有背对背调制解调器的网络部分的示意图。第一调制解调器1202具有耦合到电感耦合器1102的第二绕组的数据端口的第一端口1125，用于发送和接收调制数据信号，以及第二端口1210，用于进一步耦合数字数据。第二调制解调器105具有耦合到第一调制解调器1202的第二端口1210的第一数字数据端口1230，以及用于进一步耦合调制数据信号的第二端口1235。可选地，路由器1220可插入第一调制解调器1202和第二调制解调器1205之间。
上述装置的优点是：
A)LV网格的噪声不能达到MV网格。通过与数据连接1210串联的光绝缘体，可进一步提高绝缘度。
B)能优化用于LV网格的使用不同于MV调制解调器的技术或参数的扩展频谱或其他调制解调器。电感耦合器在耦合节点处引入相对于导线或电缆特性阻抗，很小的另外的串联阻抗，从而最小化反射和功率消耗。在这种情况下，调制数据可成功地穿过大量中间节点。最好，电磁和漏电感足够小以便最小化阻抗干扰，但足够大来提供足够的耦合。在这里意指为调制解调器和由耦合器提供的阻抗间的有意的阻抗不匹配。
C)可采用路由器以及其他网络装置1220，用于在家庭和外部网间进行调制。
在用于最小化辐射的总量上的一个参数是在线路和耦合器间的方向中的信号电平的衰减，因为在中压电力线上的信号电平必须足够强以克服这种衰减。通过将更多的电源应用到驱动该线路的耦合器上以便建立与最大允许辐射电平一致的最大可容许的传输功率电平，可容易克服耦合器和线路间的方向中的衰减，而没有另外的辐射。
例如，如果将每个耦合器设计成10dB耦合损耗，那么传输功率可增加10dB以便补偿，以及仅从调制解调器的损耗预算中扣除第二耦合器的10dB。
图13是根据本发明，用于电网段间的无源耦合调制数据的技术的示意图。图13表示在具有含有第一中性导线1302的第一段1302、含有第二中性导线1330的第二段1303的配电系统上实现的数据通信网1300。网络1330包括第一耦合器1306，用于经第一中性导线1320电感耦合数据信号，并具有和于坦步耦合数据信号的数据端口1335，以及第二耦合器1307，具有耦合到第一电感耦合器1306的数据端口1335的数据端口1340，以及用于经第二中性导线1330，电感耦合数据信号。
第一段1302包括在配电变压器1345的第一侧的第一配电电缆1315。第二段1303包括在配电变压器1345的第二侧的第二配电1325电缆。输电变压器1345具有对电力线1350的输出。网络1300进一步包括第一电感耦合器1306的数据端口1335和输出电力线1350间的电容器1310，用于将数据信号耦合到输出电力线1350上。
每个变压器到变压器段变为多链路链中的单独链路。将耦合器连接到每个电缆终端上，从而每个变压器需要两个耦合器，除空端段上的最后一个变压器外。
通过使在变压器的每个端上的两个耦合器的数据端口1335和1340彼此连接，可实现段的无源链接。通过串联耦合电容器1310，可实现对连接到LV线1350的通信装置的无源连接。在网络馈电点，诸如变电所，以及用户的房屋的低压引出线处连接类似的调制解调器。
图14是用于使用背对背调制解调器，耦合电网段间的调制数据的技术的示意图。图14表示在配电系统上实现的数据通信网1400，该配电系统具有含有第一中性导线1420的第一段1402、含有第二中性导线1430的第二段1403。网络1400包括第一耦合器，用于经第一中性导线1420电感耦合数据信号，并具有用于进一步耦合数据信号的数据端口1435，以及第二耦合器1407，具有耦合到第一电感耦器1406的数据端口1435的数据端口1440，以及用于经第二中性导线1430电感耦合数据信号。
第一调制解调器1460包括调制数据信号1465的第一端口，耦合到第一耦合器1406的数据端口1435，以及具有用于数字数据1470的第二端口，用于进一步耦合该数据信号。第二调制解调器1480具有用于数字数据1475的第一端口，耦合到第一调制解调器1460的第二端口1470，以及第二端口1485，用于进一步耦合调制数据信号。
配电系统包括具有输出电力线1450的配电变压器1445。网络1400进一步包括第二调制解调器1480的第一端口1485和输出电力线1450间的电容器1410，用于将该调制数据信号耦合到输出电力线1450。
中压电缆可包括长电缆段，诸如从变电所到回路中的第一配电变压器。为便于安装和服务，可用在每个节点的进入孔分段该长段。在这些点处，在中压连接器(用于中心导线)，以及接地的中性线集电环中端接电缆段。这引入了在一条或多条中性线上带有的数据传输线的不连续性。为忽略该不连续性，安装一对耦合器，将一个耦合器安装在接地端，通过彼此连接的它们的初级线圈，产生桥接。
本发明也提供使用穿过配电系统段的相导线，实现数据通信网。
图15是根据本发明，示意性表示用于将数据耦合到在数据通信网1500的实现中的配电系统的相导线的几种技术。
将电容耦合器放在由HV-MV压降变压器馈电的架空线上。变压器第二阻抗是与架空线上相同或更大。在这里可使用端接器-耦合器，例如，具有数据端口的电容耦合器，(a)二者均用来将调制解调器耦合到该线路上，以及(b)将该线路与近似等于输电电缆的特性阻抗(因为通过其变压器反射调制解调器或假负载电阻器阻抗)的电阻端接。因此，图15显示该配电系统包括变电所HV-MV压降变压器1502。电容耦合器1535，即，端接器-耦合器位于接近压降变压器1502的次级绕组。元件，诸如调制解调器1525，当通过电容耦合器反射时，具有几乎等于输电电缆的特性阻抗的阻抗。
在诸如在日本的系统中，其中用户打算运转长度达上百米的非常低阻抗同轴地下电缆到架空网格的开始处，用于电感耦合器的最佳位置是在地下-架空转变点的架空端处。在这里，地下电缆的低阻抗在架空线端就象短路，并形成闭合电流回路。因此，配电系统包括架空电缆1515、1516和地下电缆1510间的转换点1545，其中地下电缆1510具有远小于架空电缆1515的特性阻抗。一个或多个电感耦合器1540、1541均位于架空电缆1515、1516上，接近转换点1545。
通过由反相电流驱动的每个耦合器对的构件，能对称地实现在三相架空电缆1515、1516上放置电感耦合器1540、1541。这种驱动将基本上抵消远场电磁辐射，并易于与任何调整标准兼容。因此，网络1500可包括一对电感耦合器1540、1541，以便该对的第一电感耦合器，例如1540感应第一方向中的相导线，例如1515中的第一电流，以及该对的第二感应耦合器，例如，1541，感应在与第一电流相反的方向中的第二相导线，例如1516中的第二电流。
另外，可用在其他相位中感应的相等和反向电流，在远离电感耦合器超过一个波长的距离处，驱动单相，同时抵消大多数远场辐射。例如，可使用一个电感耦合器1540，以及在该线路下一个波长后，可依赖传输线感应效应来平衡电流。
也可将电感耦合器放置在馈给配电变压器初级线圈的线路上，因为一些类型的配电变压器的变压器初级线圈电感可具有与架空线相同的数量级，并形成闭合回路。由于该回路载有相对低的工频电流，通常在2-8安培范围内，很少趋向铁芯饱和，以及可构造具有很少或无气隙的耦合器铁芯。如图15中所示，电感耦合器1550位于馈给配电系统的配电变压器的初级绕组1555的线路上。
由于电感耦合器1550所察觉的电路阻抗的大小可与几百欧姆一样高，以及沿连接到电感耦合器1550的一段输电线的调制解调器1560通常具有50欧姆的阻抗，可存在实际上的阻抗不匹配。
如图15所示，配电系统1500可包括PLC电容器和/或功率因素补偿电容器，例如，相导线如1516和地间的电容器1565。电容器1565可具有低于输电电缆1516的阻抗。PLC和功率因素电容器可具有高RF阻抗，在这种情况下，它们将不会显著地干扰在电网上通过的HF信号。对具有其大小与电力线的特性阻抗相同数量级或更低的RF阻抗的那些装置，诸如电容器1565来说，可与电容器1565串联插入串联扼流圈1570。通过在引线1575上放置一个或多个搭锁的分裂磁芯，串联扼流圈1570可包括到电容器1565的现有的引线1575。
工频电流相对较低，因此，铁芯饱和将不是问题。这些扼流圈的电感阻抗的微亨大小将不影响电容器的工频机能。也可使用有损耗铁芯，因为它们仅增加扼流圈的高频阻抗，并增加电容器的绝缘度。
必须将传输线反射的效应视为它们产生可引入数据流误差的回波。扩展频谱调制很可能是用于这种载有回波传输的侯选方法，因为其容忍窄频带吸收以及窄带噪声，以及由于其低频谱功率密度，最小化发射的电磁辐射。对扩展频谱调制解调器来说，为6-10dB或更低于直流信号电平的反射的内部分组信号将不影响数据接受。将内部分组反射信号定义为在直接接收原始分组期间到达的反射。
可由(a)配电变压器，具有或不具有另外的电感耦合器阻抗，(b)线路终端，通常设计成与线路阻抗匹配相当好，(c)T-分支，以及(d)PLC或功率因素补偿电容器产生电力线上的阻抗干扰。这些阻抗间断性的反射系数通常将不超过0.5，以及反射信号经过出站并返回线路本身的损耗，即，吸收损耗和辐射损耗，因此，期望其反射信号的振幅比直流信号弱6-10dB以上。因此，在数据分组期间到达的反射信号将呈现为低振幅噪声，并且将不阻止正确接收的指定数据信号。
对放在以高阻抗线的低阻抗馈电点，诸如转换点1545上的耦合器来说，由于阻抗不匹配引起的损耗和反射是不期望的。由于非常重的电力线不能缠绕在耦合器铁芯上，次级线圈可仅仅具有一匝，以及初级线圈可具有不少于1匝。因此，根据匝数比，反射在电力线上的阻抗将等于调制解调器的阻抗、其四分之一，或更低。对具有50欧姆的终端阻抗的调制解调器来说，该反射阻抗远低于它们的特性阻抗。提高阻抗匹配的一种解决方案是用几百欧姆的输出阻抗构造调制解调器。
另一种解决方案是并联连接耦合器的相位-反相与它们的初始级圈。有必要串联次级线圈(MV线)。因此，通过相位-反相电感耦合器对，可将50欧姆调制解调器阻抗变换成100欧姆的反射阻抗。可通过使用多个与它们的初级线圈并联的耦合器，实现电力线端上变压器(耦合器)绕组的串联连接，以及调制解调器端的并联连接，可进一步执行该原理。
例如，图15表示第一感应耦合器1540以及第二感应耦合器1541。第一感应耦合器1540经第一绕组1540A，感应相导线1515中的第一方向中的第一电流，以及第二感应耦合器1541，经第二绕组1541A，感应相导线1516中相反方向中的第二电流。第一绕组1540A和第二绕组1541A彼此并联连接。在图15中，第一绕组1540A和第二绕组1541A用点标记以显示该相位关系。
必须将在架空馈电点处的电感耦合器设计成经得住可达到上百安培的总的馈电电流的影响。由于即使具有这种电流的一匝线圈将使适合于高频工作的当前可用的磁性材料的铁芯饱和，该“主线路”耦合器通常必须在其磁路中包括气隙。为实现足够的磁化电感，这类耦合器将需要形成在电力线的方向中非常粗的一个铁芯的等效的几个铁芯。
图16A-16C是示意性表示在配电系统上实现的通信网络中的电容耦合器的几种用法。在网络中的节点处使用这些电容耦合器，其中电感耦合器可能无效，例如，在存在对RF电流的有效开路的点处。
诸如用在图10A和10B的电容耦合器1020如图16A所示，在此标记为电容耦合器1600。按照IEEE说明386，电容耦合器1600应当能连续地经受住由相导线和一系列BIL脉冲，诸如用于15kV工作电压的125kV提供的工作电压。按照上述说明，还应当构造电容耦合器1600以便消除电晕击穿。
经其在最低相关频率时的阻抗为一小部分输电电缆的特性阻抗的高压电容器1620，例如10nF，电容耦合器1600连接到MV线上。可选地，电容耦合器1600可包括与电容器1620串联连接的保险丝1625，以避免弄错应当在短路情况下的中压线。
高电阻泄流电阻器1605与每个电容器1620并联连接以便当不将它们连接到激励电路时使它们放电。充电电容器将会对人员产生危险。为进一步将数据端口1630与MV线隔离，使用高频绝缘变压器1615，以及如果需要的话，还包括用于阻抗变换的可选的非单一匝数比。
为保护连接到数据端口1630的装置，通过数据端口1630的终端可连接诸如金属氧化物变阻器(MOV)的电涌保护器以便限制另外由MV线耦合到这些装置的脉冲振幅。
最好，在安装电容器的网络中，将电容耦合器1600的一个疯子连接到中压相位线，以及将另一端子连接到中性(用于单一脉冲线)或第二脉冲线(用于多相线)。
当用来端接传输线的空端时，可使用电容耦合器1600以及连接到数据端口1630的端接电阻器1635以便匹配输电电缆的特性阻抗。
图16B示例说明使用电容耦合器1600，用于将调制解调器1636耦合到输电电缆的空端。将调制解调器1636连接到数据端口1630。
图16C是用于维持通过网格分段开关的数据信号的连续性的电容耦合器的装置的示意图。图16C表示具有相导线的配电系统，该相导线具有在开关1602的第一侧的第一段1601，以及在开关1602的第二侧的第二段1603。第一电容耦合器1650经第一段1601耦合数据信号，并具有用于进一步耦合数据信号的数据端口1635。第二电容耦合器1600具有耦合到第一电容耦合器1650数据端口1635的数据端口1665，并经第二段1603耦合该数据信号。因此，当打开开关1602时，维持第一段1601和第二段1603间的数据信号的传输，
本发明采用各种网络协议来扩展物理范围和提高可靠性。在通过电感耦合器并面临阻抗不匹配、T形接头，以及辐射损耗后，可用于调制解调器的接收器的信号的振幅可变得很弱。不管该弱化是与调制解调器的内部噪声还是与中压线上的周围电噪声有关，这将是物理点，超过该物理点，不能检测信号并且将其解调成具有可接受的低误差率的数据。
如果也使用高阻抗扼流圈来将中压网格分离成独立段，可增加双向调制解调器来重新生成并加强该信号。
数据通信网能采用包括从节点到节点传递数据令牌的通信协议。在每个节点，存储、解释提供信令或控制，或包括作为有效负载的数据分组的令牌并将其路由到调制解调器的局部数据用户或网络上的下一结点。如果每个节点总是在线的话，存储、解释和转发令牌所需的时间将显著地降低这种网络的有效净数据率。
根据本发明，仅将某些节点编程为在任何指定时刻均为有效，即，该令牌所寻址的节点以及维持网络上所有点的最小信号振幅所需的沿网络分布的最小固定节点子集。当该节点的子集有效时，将会有时间延迟和作为增加物理范围和提高误差率的响应的降低的净数据率间的有利折衷。
能通过手动测量中压网的所有节点间的衰减来实现识别永久有效节点元的确定。最好，测量电压振幅和/或信号噪声皆电路具有调制解调器，并由网络媒介访问控制层来询问。还应当将这些节点编程为接受使它们保持在永久有效中继模式的命令，甚至接受它们不寻址的令牌或分组。
然后，能实现确定应当将哪些节点设置为永久有效的算法，并向所有节点发出命令流以便将适当的节点设置成永久有效。每次运行该算法时，改变中压输出线路的结构，但这是相对偶尔的事件。
紧挨节点将享用等于最大网络率的数据率，同时通过可靠的、低误差率服务，虽然以较低数据率服务相隔更远的节点。原则上，要求所述的装置消除中压通信的所有距离限制。由选定的导线以及其相邻导线形成的传输线固有宽带宽、低损耗以及低分散介质。对架空线，该损耗是由趋肤效应和辐射引起的，由于大多数频率这些线是谐振的，后者相对无效。对地下线来说，该损耗是由趋肤效应和绝缘损耗，例如，塑料外层和半导线材料的内层引起的。
本发明产生低电磁发射并具有对外部噪声的低敏感度，特别是当与扩展频谱技术一起使用时。由于低电缆-耦合器损耗，也将功率电平保持在低电平。对外部噪声源的敏感度将与辐射成比例，以及具有最低电磁干扰(EMI)的调制解调器也将是基于互惠原理，最好抵抗外部噪声接受的那些调制解调器。
对单端模式(见图2A)，选定导线的两个相邻导线以与用于电和磁辐射模式的中心导线起反相动作。相隔一定距离的观察员将看到基本上抵消的场。
对平衡模式，有远场抵消和接地相邻导线的保护效应。对变压器终端(见图2B)，最小化耦合损耗，以及驱动功率将保持相对较低，给出最低EMI电平。对扼流圈终端，驱动功率电平将稍微高些。
如果调制解调器充当转发器，那么能将驱动功率电平保持到单段所需的最小电平，进一步降低辐射。
根据本发明的数据通信网提供用于非常高数据率的容量，例如，10Mbps。如果使用高频磁性和介电材料的话，耦合器是具有能达到至少好几十兆赫的带宽的磁性和静电装置。不太损耗并具有最小分散的传输线能实施超过20MHz的频率。这些频率可用于使用各种调制方案的调制解调器，并且即使在每赫兹1比特的情况下，将产生高的数据率。
如果数据编码消除了长串所有1和所有0，也可使用基带信令。通过包括再生(转发器)的段内连接，频带将远大于通过无源连接段所获得的频带。
可在极少或不中断对用户的电力服务的情况下，安装本发明的耦合器。也可在不受高压影响的情况下完成安装。采用戴手套的线路工人，管理当局可允许将电感耦合器放在电缆，即使该电缆处于使用中。即使管理当局坚持工人不能在通电电缆上工作，附近中压网格的回路结构允许断开单个电缆段，而不中断对用户的服务。对相对少的电容耦合器来说，可需要单个短时停电。
本发明允许即使在停电期间，连续操作数据通信网。即使在中断中压电力期间，连续操作。
本发明对电网格的可靠性有极少或没有影响。电感耦合器不存在会影响电力流动的故障方式。少量具有保险丝的电容耦合器也不会影响线路故障。
对图2A和2B的实施例，用更粗导线缠绕该耦合器将排队由于过电流的故障，以及在选定中性线和耦合器间使用工业标准连接将会最小化连接故障。在出现开路的情况下，将不振动载电流的容量的(N-1)/N，或在所述的情形下，为87.5％。由于电缆通常以远低于其200A容量运行，这种故障将没有影响。
耦合器的短路将影响数据通信，但这仅仅将中性导线恢复到其原始状态。因此，不会不利地影响电网。
耦合器的中性或任何其他部分对地短路将对MV线没有影响，因为其中性将紧接连接到接地棒。磁性电路的开、短或饱和故障将对提供电力或系统安全没有影响。
耦合器仅使用无源元件，暗指实质上的服务的无限寿命。电感耦合器可是任何适当的变压器或电感器。
在无源实现中，电感耦合器仅使用无源元件，例如，缠绕在磁芯上的导线，并且这些没有磨损力学订。电感耦合器也不具有磨损力学。
无源结构以及电感耦合器安装的简易性对耦合到中压配电线、以及将它们用作回程数据通道的问题提供低成本解决方案。为主电感以及安装成本最小，安装时间应当小于15分钟。
这些实施例的明显好处在于与利用中压导线来运送数据的电感旁路耦合器相比，使用中性线。后者与中压线，至少每个变压器接触，而且必须经受得住整个故障电压。例如，必须测试用于15kV均方根对地相位电缆的的耦合器用于125kV BIL。这使得电容耦合器体积很大并且很昂贵，并且对系统来说增加了更多的潜在故障点。
应当理解到本领域的技术人员能建议各种替代方案以及修改。发明包括落在附加权利要求的范围内的所有这些替代、修改和变化。

Claims (24)

1、一种在配电系统上实现的数据通信网络，所述配电系统包括具有用于变压器的初级线圈侧的相位的第一导线以及用于变压器的次级线圈侧的相位的第二导线的输电电缆，所述数据通信网络包括：
第一耦合器，用于经所述第一导线电感耦合所述数据信号；以及
第二耦合器，用于经所述第二导线耦合所述数据信号，
其中，经所述第一耦合器和所述第二耦合器，将所述数据信号耦合在所述第一导线和所述第二导线之间，从而绕开所述变压器。
2、如权利要求1所述的数据通信网络，其中，所述数据通信网络进一步包括电容，用于在所述第二耦合器和所述第二导线之间耦合所述数据信号。
3、如权利要求1所述的数据通信网络，其中，所述第一导线是所述配电系统的中压网格部分。
4、如权利要求1所述的数据通信网络，其中进一步包括电容耦合器，连接在所述第一导线和地之间，接近所述输电电缆的一端，用于吸收所述数据信号的反射，所述输电电缆的端位于所述配电系统的高压到中压变压器的中压输出端。
5、如权利要求1所述的数据通信网络，其中进一步包括：
电容耦合器，连接在所述第一导线和地之间，接近所述输电电缆的一端，用于吸收所述数据信号的反射；以及
位于所述电容耦合器和所述地之间的节点，用于耦合所述第一导线和数据端口之间的所述数据信号。
6、如权利要求1所述的数据通信网络，其中所述第一耦合器包括：
铁芯，所述第一导线穿过其中，以及
绕组，缠绕在一部分所述铁芯上；
其中，经所述铁芯和所述绕组，所述数据信号通过所述第一导线电感耦合。
7、如权利要求6所述的数据通信网络，其特征在于所述铁芯具有气隙。
8、如权利要求6所述的数据通信网络，进一步包括与所述绕组串联的电容器。
9、如权利要求6所述的数据通信网络，进一步包括与所述绕组并联连接的电涌保护器。
10、如权利要求1所述的数据通信网络，其中进一步包括电容耦合器，连接在所述第一导线和地之间，接近所述输电电缆的一端，用于吸收所述数据信号的反射，其中所述电容耦合器包括：
电容器；
高频绝缘变压器；
保险丝；
泄流电阻器；以及
端接电阻器，具有近似等于所述输电电缆的特性阻抗的电阻。
11、如权利要求1所述的数据通信网络，其中进一步包括：
第一调制解调器，具有经所述第一耦合器耦合所述数据信号的第一端口，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的第二端口；以及
第二调制解调器，具有耦合到所述第一调制解调器的所述第二端口的第一端口，以及具有用于经所述第二耦合器耦合所述数据信号的第二端口。
12、如权利要求1所述的数据通信网络，其中所述第一耦合器包括射频变压器。
13、如权利要求1所述的数据通信网络，
其中所述变压器包括降压变压器，以及
其中所述数据通信网络进一步包括：
电容耦合器，连接在所述第二导线和地之间；以及
部件，所述部件具有在由所述电容耦合器反射时近似等于所述配电电缆的特性阻抗的阻抗。
14、如权利要求13所述的数据通信网络，其特征在于所述部件是调制解调器。
15、如权利要求1所述的数据通信网络，
其中，所述配电系统包括架空电缆和地下电缆之间的转换点，
其中所述地下电缆的特性阻抗低于所述架空电缆的特性阻抗，以及
其中所述第一耦合器位于所述架空电缆上，接近所述转换点。
16、如权利要求1所述的数据通信网络，
其中，所述配电系统包括所述第一导线和地之间的部件，
其中所述部件的阻抗低于所述输电电缆的阻抗，以及
其中所述数据通信网进一步包括与所述部件串联的扼流圈。
17、如权利要求16所述的数据通信网，其中，所述部件是从由功率因素补偿电容器、电力线通信电容器组成的组中选择的。
18、如权利要求16所述的数据通信网，其中，所述扼流圈包括环绕将所述部件连接到所述第一导线的一段导线的磁芯。
19、如权利要求1所述的数据通信网，进一步包括：
第一调制解调器，具有用于经所述第一耦合器耦合所述数据信号的第一端口，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的第二端口；
路由器，具有用于经所述第一调制解调器的所述第二端口耦合所述数据信号的第一端口，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的第二端口；以及
第二调制解调器，具有耦合到所述路由器的所述第二端口的第一端口，以及具有用于经所述第二耦合器耦合所述数据信号的第二端口。
20、一种在配电系统上实现的数据通信网络，具有含在开关的第一侧的第一段以及所述开关的第二侧的第二段的相导线，包括：
第一电容耦合器，用于经所述第一段耦合数据信号，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的数据端口，以及
第二电容耦合器，具有耦合到所述第一电容耦合器的所述数据端口的数据端口，以及用于经所述第二段耦合所述数据信号，
其中，当打开所述开关时，维持所述第一段和所述第二段之间的所述数据信号的传输。
21、一种用于允许在电力配电系统上传送数据信号的方法，所述配电系统包括具有用于变压器的初级线圈侧的相位的第一导线以及用于变压器的次级线圈侧的相位的第二导线的输电电缆，所述方法包括：
布置第一耦合器，用于经所述第一导线电感耦合所述数据信号；以及
布置第二耦合器，用于经所述第二导线耦合所述数据信号，
其中，经所述第一耦合器和所述第二耦合器，将所述数据信号耦合在所述第一导线和所述第二导线之间，从而绕开所述变压器。
22、一种在配电系统上实现的数据通信网，所述配电系统包括具有相导线的输电电缆，所述数据通信网包括：
第一耦合器，具有允许所述相导线从中穿过的铁芯以及缠绕在一部分所述铁芯上的绕组，其中，经所述铁芯，将所述数据信号电感耦合在所述相导线和所述绕组之间；以及
第二耦合器，用于经所述相导线，耦合所述数据信号，
其中，在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间，经所述相导线传送所述数据信号。
23、如权利要求22所述的数据通信网，其中所述相导线是所述配电系统的中压网格部分。
24、如权利要求22所述的数据通信网，进一步包括：
第一调制解调器，具有用于经所述第一耦合器耦合所述数据信号的第一端口，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的第二端口；
路由器，具有用于经所述第一调制解调器的所述第二端口耦合所述数据信号的第一端口，以及具有用于进一步耦合所述数据信号的第二端口；以及
第二调制解调器，具有耦合到所述路由器的所述第二端口的第一端口，以及具有用于经所述第二耦合器耦合所述数据信号的第二端口。
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