JP3327927B2 - 非侵襲性送電線通信システム - Google Patents

非侵襲性送電線通信システム

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JP3327927B2
JP3327927B2 JP52159198A JP52159198A JP3327927B2 JP 3327927 B2 JP3327927 B2 JP 3327927B2 JP 52159198 A JP52159198 A JP 52159198A JP 52159198 A JP52159198 A JP 52159198A JP 3327927 B2 JP3327927 B2 JP 3327927B2
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Description

【発明の詳細な説明】 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 POWERLI
NE 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、欠陥または過負荷
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
間の通信リングが確立される。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している。
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、通信信号を送信線に容量性によ
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19,21,23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、センターの外形は、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1
8,20,22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ゲージの磁気
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39,41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39,4
1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12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
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、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4
3）とは、互いの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、通信を非浸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上の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100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の接続され、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により行なわれる。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111,112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1
22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106からの送信を交流送電線12に非浸襲的
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124,125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122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（108〜112,37,43）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（Int
ernational 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127,128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12
6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120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12
6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
電線通信またはRF、電話回路モデム、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154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、新たな瞬間値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、瞬時的
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へ通信信号を戻るように送
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接合
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12
6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 (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 (56)参考文献 特開 平10−126319（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G08C 19/00 G01R 15/18 H04B 3/56

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    とを具備し、 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み、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  2. 【請求項２】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
    とを具備し、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  3. 【請求項３】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２記載の非侵
    襲性送電線通信システム。
  4. 【請求項４】前記誘電体が空気であることを特徴とする
    請求項３記載の通信システム。
  5. 【請求項５】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３記載の通信システム。
  6. 【請求項６】ノイズを低減するための前記内部同軸プレ
    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３記載の通信システム。
  7. 【請求項７】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６記載の通信システム。
  8. 【請求項８】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
    とを具備し、 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
    を含み、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  9. 【請求項９】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８記載の非侵
    襲性送電線通信システム。
  10. 【請求項１０】前記誘電体が空気であることを特徴とす
    る請求項９記載の通信システム。
  11. 【請求項１１】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９記載の通信システム。
  12. 【請求項１２】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９記載の通信システ
    ム。
  13. 【請求項１３】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12記載の通信システム。
  14. 【請求項１４】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
    とを具備し、 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
    を含み、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  15. 【請求項１５】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14記載の非侵襲性送電線通信システ
    ム。
  16. 【請求項１６】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、 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とを含み、 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
    合手段を含み、 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み、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  17. 【請求項１７】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、 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とを含み、 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
    合手段を含み、 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 ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  18. 【請求項１８】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17記載の非侵襲
    性送電線通信システム。
  19. 【請求項１９】前記誘電体が空気であることを特徴とす
    る請求項18記載の通信システム。
  20. 【請求項２０】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18記載の通信システム。
  21. 【請求項２１】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18記載の通信システ
    ム。
  22. 【請求項２２】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21記載の通信システム。
  23. 【請求項２３】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、 前記通信信号を符号化する符号化手段とを具備する ことを特徴とする非侵襲性の送電線通信システム。
  24. 【請求項２４】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１記載の非
    侵襲性送電線通信システム。
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