KR100755145B1 - 전력 전송 케이블로의 데이터 신호 유도 커플링 - Google Patents

Abstract

전력 전송 케이블을 거쳐 데이터 신호의 통신을 가능하게 하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 (a)상기 전력 전송 케이블의 컨덕터를 거쳐 상기 데이터를 커플링하는 제 1 권선 및 (b)상기 제 1 권선과 유도성 결합되어 있고, 데이터 포트를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제 2 권선을 포함한다.

전력 전송 케이블, 데이터 신호, 커플러

Description

전력 전송 케이블로의 데이터 신호 유도 커플링 {INDUCTIVE COUPLING OF A DATA SIGNAL TO A POWER TRANSMISSION CABLE}

본 발명은 전력 배전 시스템에 대한 데이터 신호의 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 전송 케이블에서 컨덕터를 통하여 데이터 신호를 결합시키는 유도성 커플러의 사용에 관한 것이다.

가정이나 기업의 범위 안에서 저압(Low Voltage: LV) 전력선은, 데이터 신호가 고주파(High Frequency: HF) 캐리어로 변조되고 전력선들을 따라 전송되는 일명 "캐리어(carrier)" 시스템을 사용하는 한 지점에서 다른 지점으로의 또는 네트워크 통신을 위한 매개체로써 사용되어 왔다. 인터넷 데이터 중계선과 각각의 가정 사이에서 "라스트 마일"의 연결을 요구하는 인터넷 접속은 그러한 네트워크의 실용성을 크게 강화시켜왔다.

4 내지 66kV의 중전압(Medium Voltage: MV)은, 중전압-저압 배전 변압기를 통하여 100 내지 500V의 저압으로 감소된다. 중전압 전력 배전 그리드는 배전 변압기를 통하여 많은 가정과 기업에 전력을 배전하고 있다. 만약 데이터가 상기 중전압 전력 그리드에 존재한다면, 변전소에서 이웃의 전체 섹션들로 광대역의 데이터 흐름을 결합시키는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 배전 변압기들은 효과적으로 고 주파 에너지를 차단하고, 그리하여 상기 데이터가 저압 배전 선로에 도달하는 것을 막는다.

북미에서와 같이 125V 또는 그 이하의 공칭 저압을 사용하는 지역에서, 배전 변압기로부터 가정이나 기업에서의 전기적인 부하로의 배전 선로는 대개 50m보다 더 짧게 유지된다. 그리하여 적절한 전압 조절을 보전하기 위해 상기 배전 선로들을 가로지를 때 생기는 전압 강하를 최소화한다. 특히, 단지 하나에서 각각의 배전 변압기로부터 열 가정이나 기업으로 배전이 이루어진다. 이러한 작은 수의 잠재적인 사용자들에 대해서는 광섬유나 T1과 같은 고가의 높은 데이터 전송율을 가지도록 하고, 전력선 통신 장치를 통하여 데이터 전송 기능을 상기 변압기의 저압 측에 결합시키는 것은 경제적이지 못하다. 따라서, 데이터 백홀(backhaul) 채널로써의 중전압 배전 그리드를 개발하기 위해서는 장치가 배전 변압기를 우회하도록 할 필요가 있다.

전력 배전 시스템에 있어서, 100 내지 800kV의 고압(High Voltage: HV)은 단계적으로 고압-중전압 강압 변압기를 통하여 변전소에서 중전압으로 감압된다. 배전 변압기의 고주파 저지 특성은 상기 중전압 전력 배전 그리드를 저압 및 고압선 모두에 존재하는 고주파 노이즈로부터 절연시킨다. 상기 중전압 그리드는 이리하여 상대적으로 노이즈를 덜 타고, 데이터 배전 시스템 또는 "백홀 라인"으로써 고속 데이터 통신을 위해 이상적이다.

상술한 변압기는 실질적으로 메가헤르쯔 주파수 범위에 있는 모든 에너지를 차단한다. 상기 중전압선으로부터 상기 저압선으로 고주파 변조 데이터를 결합시키 기 위해서는, 우회 장치가 각각의 변압기 사이트에 설치되어야 한다. 장치들은 실제로 사용 가능하고, 저주파수의, 낮은 데이터율의 데이터 커플링 분야에 대해 응용된다. 이러한 응용분야는 종종 전력선 통신(Power Line Communications: PLC)이라고 불린다. 이러한 장치들은 특히 50kV의 기본 임펄스 부하(Basic Impulse Loading: BIL)를 견딜 수 있는 고주파 직렬 커플링 축전기를 포함하여 구성된다. 이러한 장치는 고가이면서, 크기가 크고, 전체 전력 그리드의 신뢰성에 영향을 미친다. 더욱이, 어떤 경우에는 설치하는 동안, 사용자에게 배전되는 전력을 끊을 필요가 있는 경우도 있다.

일본이나 미국과 같이 100 내지 120V 범위의 공칭 저압을 사용하는 나라들에서는, 배전 변압기의 수가 특히 많다. 이것은 급전 저항을 낮게 유지하기 위해 중전압-저압 배전 변압기가 부하에 상대적으로 근접하게 설치되기 때문이다. 낮은 근접 저항은 전압 조절의 수준을 합리적으로 즉, 변화하는 부하 전류에 대한 배전 전압에서의 최소 변이로 유지하기 위해 요구된다. 50m 이상으로 멀리 떨어진 저압 급전 선로는 비실용적으로 굵은 와이어를 사용하여야한다.

데이터 커플러가 효과적이기 위해서는, 상기 데이터 커플러가 중전압 전력선들의 고주파 특성과 연계하여, 그리고 변압기, 역률(power factor) 수정 커패시터, PLC 커플링 커패시터 및 디스커넥트 스위치들과 같은 이 선들에 연결된 다른 요소들과 연계하여 작동하는 정황하에서 고려되어야 한다. 이러한 요소들은 나라별 및 지역별로 다른 전압에서 작동한다. 작동 전압 레벨은 중전압 전력 장치들의 구성과 이러한 장치들의 메가헤르쯔 주파수에서의 단자 임피던스에 직접 영향을 미친다. 중전압 전력 선로들에 대해 고주파 신호의 영향을 미치는 다른 인자에는 네트워크의 배열, 즉 분기(branching), 고 임피던스 가공(overhead) 선로들에 연결되는 초저 임피던스 지하 케이블들의 사용 및 디스커넥트 스위치의 구동으로 인한 네트워크의 서브 네트워크로의 분배 가능성이 있다. 그러므로, 중전압-저압 커플러 장치의 적절성은 각 나라에서 사용되는 장치의 특정 성질과 중전압 레벨의 정황하에서 고려되어야 한다.

기본적으로 일정한 거리 간격에 설치되는 가공 전송 선로들은 둘 또는 그 이상의 와이어들에 의해 그들 사이의 공기 유전체로 간주된다. 이러한 선로들은 300 내지 500옴 범위의 특성 임피던스와 매우 낮은 손실을 가진다. 동축 지하 케이블들은 유전체에 의해 둘러싸인 중앙 컨덕터로 구성되고, 그 주위에는 중성 컨덕터들이 감겨있다. 이러한 케이블들은 20 내지 40옴 범위의 특성 임피던스를 가지고, 유전체의 손실 성질에 따라, 메가헤르쯔 신호들에 대해 100m 당 2dB 정도의 낮은 손실을 가진다.

단상으로부터 중성으로, 또는 3상 그리드에서 하나의 위상으로부터 다른 위상으로 작동하도록 설계되었던지 간에, 중전압-저압 배전 변압기는, 10MHz 이상의 주파수에 대해 40 내지 300옴 범위의 임피던스를 가지는 것으로 나타나는 중전압측에 주 권선을 가진다. 역률 수정 커패시터들은 큰 공칭 정전용량 값들(즉, 0.05 내지 1μF)을 가지지만, 그 고주파 임피던스는 주로 그 구성에 내재하는 직렬 임피던스에 의해 결정된다. PLC 커플링 커패시터들은 더 낮은 공칭 정전용량 값, 예를 들어 2.2 내지 10nF의 값을 가지지만, 상기 전력 케이블의 특성 임피던스에 비하여 상대적으로 낮은 고주파 임피던스를 가진다. 앞서 설명한 장치들 중에서 어떤 것은 메가헤르쯔 범위에서 공진이 발생된다. 즉, 복소 임피던스의 허수부가 0옴이 된다. 그러나, 상기 장치들은 이러한 주파수에서 높은 Q 인자들을 가지지는 않는다. 그리하여, 임피던스의 크기는, 직렬 공진 또는 병렬 공진에 대한 대단히 높은 값 때문에 일반적으로 0에 가까워지지 않는다.

특히 일본에서 중전압 그리드에 사용되는 다른 장치는 원격 제어 3상 디스커넥트 스위치이다. 데이터 신호가 이러한 스위치를 통과하는 위상 라인에 대해 전송될 때 상기 데이터의 연속성은 상기 위상 라인이 상기 스위치를 통하여 개방되어 있을 때조차도 유지될 필요가 있다.

본 발명의 목적은 전력 전송 케이블에서 컨덕터로 데이터 신호를 커플링시키기 위한 개선된 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가격이 비싸지 않고 높은 데이터율 용량을 가지는 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 수요자에게 서비스를 중단하지 않고 설치될 수 있는 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 수명이 무한대인 수동 구성요소만을 사용하는 커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적과 다른 목적들은, (a) 전력 전송 케이블의 컨덕터를 통하여 데이터 신호를 결합하기 위한 제1 권선과, (b) 데이터 포트를 통하여 상기 데이터 신호를 결합하기 위해, 상기 제1 권선에 유도적으로 결합되는 제2 권선으로 구성되어, 전력 전송 케이블을 통하여 데이터 신호의 통신을 가능하게 하는 장치를 제공함으로써 달성된다.

도 1에는 본 발명에 따른 통신 매체로 사용되는 중성선을 보여주는 일반적인 지하 동축 케이블 중전압 배전 케이블의 도면이 도시되어 있다.

도 2a에는 본 발명에 따른 데이터 통신을 위한 단일 중성선을 사용하는 단일 단자 전송 선로의 구성이 도시되어 있다.

도 2b에는 도 2a의 구성도가 도시되어 있다.

도 3a에는 본 발명에 따라, 두 개의 중성선이 데이터 신호의 통신을 위한 전송 선로로 사용되는 전력 전송 케이블의 도면이 도시되어 있다.

도 3b에는 도 3a의 구성도가 도시되어 있다.

도 3c에는 데이터 전송 라인을 형성하기 위하여 여러 개의 중성선들을 사용하는 도 3a의 다른 실시예의 구성도가 도시되어 있다.

도 3d에는 도 3c에 도시된 구성을 실시하기 위한 처리 방식의 도면이 도시되어 있다.

도 4a 및 도 4b에는 데이터 신호와 함께 차별적으로 구동되는 한 쌍의 중성 컨덕터들과 함께 사용되는 커플러를 위한 자기 코어 토폴로지의 실시예를 설명하는 도면이 도시되어 있다.

도 5a에는 자기 토로이드 코어의 배치로 인해 높은 임피던스를 가지는 케이 블의 구성을 설명하는 도면이 도시되어 있다.

도 5b에는 도 5a의 구성도가 도시되어 있다.

도 6a 내지 도 6c에는 본 발명에 따라 두 개의 중성선 및 자기 유도를 사용하는 여러 개의 안정된 전송 선로의 구성을 설명하는 도면이 도시되어 있다.

도 6d에는 도 6a 내지 도 6c의 구성도가 도시되어 있다.

도 7에는 본 발명에 따라 자기 유도를 사용하는 안정된 전송 선로의 구성도가 도시되어 있다.

도 8에는 다중 중성선 세트들과 함께 다중 전송 선로들을 사용하는 본 발명의 실시예의 구성도가 도시되어 있다.

도 9a에는 전력 전송 케이블의 여러 개의 와이어들 중의 하나를 인식하기 위한 시스템의 구성도가 도시되어 있다.

도 9b에는 전력 전송 케이블의 여러 개의 와이어들 중의 하나를 인식하기 위한 시스템의 도면이 도시되어 있다.

도 10a 및 10b에는 본 발명에 따라, 전력 배전 시스템의 위상 컨덕터 상에서 데이터가 운반되는 전력 배전 시스템에 제공된 데이터 통신 네트워크 부분의 구성도가 도시되어 있다.

도 11a에는 본 발명에 따른 위상 컨덕터를 통하여 데이터를 결합시키기 위한 유도성 커플러의 실시예가 도시되어 있다.

도 11b에는 도 11a에 도시된 실시예의 구성도가 도시되어 있다.

도 12에는 유도성 커플러에서 연속된 모뎀이 구비된 네트위크 부분의 구성도 가 도시되어 있다.

도 13에는 본 발명에 따른 전력 그리드의 부분들 사이에서 변조된 데이터를 수동적으로 커플링시키기 위한 처리 방식의 구성이 도시되어 있다.

도 14에는 근접한 모뎀들을 사용하는 전력 그리드의 부분들 사이에서 변조된 데이터를 커플링시키기 위한 처리 방식의 구성이 도시되어 있다.

도 15에는 본 발명에 따른 데이터 통신 네트워크의 구현에서 전력 배전 시스템의 위상 컨덕터로 데이터를 결합시키기 위한 여러 가지 처리 방식들을 보여주는 구성도가 도시되어 있다.

도 16a에는 본 발명에 따른 전송 라인 끝단을 종단시키는 용량성 커플러의 구성도가 도시되어 있다.

도 16b에는 본 발명에 따른 전송 선로 끝단으로 모뎀을 연결하는 용량성 커플러를 사용하는 구성도가 도시되어 있다.

도 16c에는 본 발명에 따른 그리드 디스커넥트 스위치를 지나는 데이터 신호의 연속성을 유지시키는 용량성 커플러의 구성도가 도시되어 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

가공 및 지하 중전압 전송 선로들은 디지털 신호의 양방향 전송을 위해 사용될 수 있다. 이러한 전송 선로들은 전력 회사의 변전소와 이웃에 설치된 하나 또는 그 이상의 중전압-저압 배전 변압기와의 사이에 있는 경로를 포함한다. 상기 중전 압-저압 배전 변압기들은 중전압을 단계적으로 저압으로 강하시키고 이 저압이 각 가정과 기업체에 배전된다.

본 발명은 중전압 그리드에서 커플러를 사용하는 것에 관한 것이다. 상기 커플러는 전력 전송 케이블을 통하여 데이터 신호의 통신을 가능하게 하기 위한 것이다. 전력 전송 케이블의 컨덕터를 통하여 데이터 신호를 결합시키기 위한 제1 권선과, 데이터 포트를 통하여 데이터 신호를 결합시키기 위해 제1 권선에 유도적으로 결합되는 제2 권선이 상기 커플러에 구비된다.

본 발명의 일 실시예에서는 동축 케이블에 유사하게 상기 케이블의 외부 층 주위로 둘러 쌓여진 하나 또는 그 이상의 중성선, 즉 컨덕터가 구비된 전력 전송 케이블이 채용된다. 전력 전송 케이블의 하나 또는 그 이상의 중성선은 하나 도는 그 이상의 데이터 신호를 위한 컨덕터로서 작용한다.

다른 실시예에서는 전력 전송 케이블의 위상 컨덕터가 채용된다. 이 경우, 상기 전력 전송 케이블의 위상 컨덕터는 하나 또는 그 이상의 데이터 신호를 위한 컨덕터로서 작용한다.

도 1에는 본 발명에 따른 유도성 커플러가 결합된 전형적인 지하 동축 중전압 배전 케이블(100)의 도면이 도시되어 있다. 케이블(100)에는 다수의 N 중성 컨덕터(105)들이 주위에 나선형으로 코어 절연체(120)로 둘러 쌓여진 채로 구비되고, 상기 코어 절연체(120)는 위상 컨덕팅 와이어(115)를 둘러싼다. 예를 들어, 이탈리아 20126, 밀라노, 비알레 사르카 222에 있는 피렐리 카비 에 시스테미 에스. 피. 에이(Pirelli Cavi e Sistemi S. p. a.)에서 배전하는 피렐리(Pirelli) 케이블 X- 0802/4202/0692 TRXLPE 25KV 260 mils 1/0 A WG Al 케이블에는, 8가닥의 2.8mm 직경의 구리선이 감긴 절연체로 둘러싸인 위상 컨덕팅 와이어가 있다. 또한, 12개 내지 16개의 중성 컨덕터들이 구비된 케이블들이 기성품으로 나와 있다.

중성 컨덕터(105)들은 각각이 케이블 부분에서 분리되고 절연되어 있다. 케이블(100)의 끝단에는, 한 가닥의 각각의 중성 컨덕터(105)가 구리 와이어(125)의 링을 형성하면서 접선 방향으로 노출되고 감싸지며, 상기 케이블에서 조금 떨어진 곳에서 종결된다. 이러한 가닥들은 하나의 꼬인 와이어(130)로 함께 모이고 중전압-저압 배전 변압기에서 그라운드로 연결된다. 커플러(140)는 이미 위상 컨덕터(115)로부터 절연되어 있고, 상기 위상 컨덕터(115)는 상기 케이블이 평가되는 정상 상태 및 과도 전압 모두를 견디도록 보증된다. 현존하는 절연물을 이용하는 것이 상기 커플러에 절연물을 제공하는 비용을 줄이는 것이다. 상기 커플러는 통상의 플라스틱 재료로 포장될 수 있다.

커플러(140)는 (도 1에는 도시되어 있지 않은) 제1 권선 및 제2 권선으로 구성된다. 상기 제2 권선이 하나 또는 둘의 꼬인 작은 직경의 접속 와이어와 최소 절연물로 구성될 수 있는 반면에, 상기 제1 권선은 상기 케이블 자체에만 구비된다.

특히, 중전압 선로들로부터 절연되도록 하기 위해 현존하는 절연체(120)을 이용하는 것과 같이, 케이블(100)과 같은 지하 케이블에서 유도성 커플러(140)를 사용하는 것은 비용면에서 효율적이다.

또한, 본 발명에 따른 유도성 커플러 가공 전력 전송 케이블과 함께 사용하는 것이 적절하다. 상기 커패시터에서의 절연물의 두께를 증가시키는 것이 단위 면 적당 그 정전용량을 직접적으로 감소시키고 더 넓은 정전 플레이트 면적을 요구하는 반면에, 상기 유도성 커플러의 두께가 증가하는 것이 실질적으로 상기 커플러의 성능을 악화시키는 것처럼, 상기 유도성 커플러는 일반적으로 용량성 커플러보다 덜 비싸다. 그리하여, 용량성 커플러와 비교할 때, 상기 유도성 커플러는 제조 비용이 상당히 싸진다. 본 발명의 몇 가지 다른 실시예들이 있다. 지하 케이블에 대하여 상기 지하 케이블의 하나 또는 그 이상의 중성선들이 열거될 수 있다. 선택된 중성선(들)의 전력 컨덕터 기능이 보전되는 한, 상기 지하 케이블은 고주파 전송 선로들을 형성할 수 있다.

도 2a에는 본 발명에 따른 데이터 통신을 위한 단일 중성선을 사용하는 단일 단자 전송 선로의 구성이 도시되어 있다. 도 2b에는 도 2a의 구성도가 도시되어 있다. 케이블(200)은 다수의 중성 커넥터(205)들, 즉 평평한 데이터 전송 선로로 고려될 수 있고, 고압 절연체(240) 및 중앙 위상 컨덕터(245) 둘레에 나선형으로 감긴 와이어들로 구성된다.

중성 컨덕터(205)들 중에서 하나의 선택된 가닥, 즉 중성 컨덕터(202)는 절연되어 데이터 신호를 위한 데이터 전송 선로 컨덕터로 작동하고, 나머지 중성 컨덕터(205)들, 중성 컨덕터(202)에 가까이 위치하는 두 개의 중성 컨덕터(205)들은 주로 제2 데이터 전송 선로 컨덕터로써 기능한다. 상술한 피렐리 케이블의 단면에 대해, 특성 임피던스는 데이터의 전송에 통상 사용되는 소범위인 1 내지 50 MHz의 주파수 범위에 있는 신호들에 대하여 대략 95옴으로 측정된다.

이미 설치된 지하 케이블에 대하여 도 2a의 구성을 구현하기 위해서는, 중성 컨덕터(202)가 몇 개의 중성 컨덕터들(205) 중에서 선택되고, 케이블(200)의 각 끝단에서 노출된 부분(210)에 끼워진다. 중성 컨덕터(202)의 리드선(215)은 케이블(200)의 각 끝단에서 링(250)에 연결된다. 중성 컨덕터(202) 및 리드선(215)은 커플러(220)의 제1 권선(225)에 연결된다. 제1 권선(225)는 이리하여 중성 컨덕터(202) 및 그라운드 사이에서 연달아 연결된다. 커플러(220)의 제2 권선은 데이터가 전송되고 수신되는 포트(255)에 결합된다. 이리하여, 케이블(200)은, 커플러(220)를 통하여 모뎀(미도시)과 같은 통신 장비에 연결될 수 있는 고주파 전송 선로로써 사용될 수 있다.

전기적인 관점에서 볼 때, 커플러(220)는 변압기이다. 이러한 변압기의 주권선, 즉 제1 권선(225)을 가로지르는 임피던스는 전력을 전달하기 위해 사용되는 주파수에서는 무시할만하다. 중성 컨덕터(202) 및 리드선(215)에 부착된 제1 권선(225)은 최소한 중성 컨덕터(202)의 굵기만큼 굵은 와이어로 감겨있어야 한다. 이러한 상황하에서 선택된 데이터 전달 중성 컨덕터(202)는 실질적으로 다른 중성선들 모두와 같은 임피던스를 가진다. 상기 중성 컨덕터(202)는 다른 중성선들의 각각과 실질적 같은 전류를 전달하고, 중성 회로의 전체 전류 용량 및 급격하게 변화하는 전류 용량은 감소하지 않을 것이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 단일 중성 컨덕터(202)의 중성 전류는 커플러(220)를 통하여 흐른다. 8개의 중성선이 구비된 200암페어 케이블에 대하여, 데이터 전달 와이어는 25암페어(실효치)의 최대 정상 상태 전류를 전달한다. 단일 중성 컨덕터를 통과하는 최대 정상 상태 전류는, 더 작은 전류 용량 케이블 및 많 은 수의 중성 컨덕터들이 구비된 케이블의 경우보다 더 작다. 커플러(220)는, 데이터 커플링 기능을 수행하기 위하여 자기 코어 포화없이, 이 전류에 의해 발생되는 플럭스(flux)를 취급할 수 있어야 한다.

중성 컨덕터(202)는 고주파 데이터 신호를 위해 제1 방향으로 전류를 전달한다. 다른 중성 컨덕터(205)들은, 변조된 데이터 신호로 인해 방사되는 자기장의 강도를 크게 상쇄하고 이리하여 감소시키면서, 반대 방향으로 데이터 신호의 복귀 전류를 전달한다. 또한, 이러한 구성은 외부 전기장으로부터의 노이즈 커플링에 대해 정전기적인 차폐 효과를 가져온다.

도 3a에는 본 발명에 따라 두 개의 중성선이 데이터 신호의 통신을 위한 전송 선로로써 사용되는 전력 전송 케이블(300)의 도면이 도시되어 있다. 도 3b에는 도 3a에 도시된 케이블의 구성도가 도시되어 있다.

예를 들어, 고주파 변압기인 커플러(307)는 두 개의 인접한 중성선(302, 305)들에 연달아 설치된다. 바람직하게는 평행하고 서로 인접한 중성선(302, 305)들은 그것들이 부착되는 중성 연결 링(330)에 부착된 점의 바로 앞에 끼워진다.

도 3b에 도시된 것과 같이, 케이블(300)로부터 연장된 중성선들(302, 305)의 리드선들은 커플러(307)의 제1 권선(310)에 연결된다. 제1 권선(310)은 연이어 중성 커넥터(302)와 중성 커넥터(305) 사이에 연결된다. 제1 권선(310)은 센터 탭(312) 및 자기 코어(315)를 포함하여 구성된다. 센터 탭(312)은 중성 연결 링(330)에 연결된다.

제1 권선(310)의 부분(310a)은 중성선(302)에 연결되고 제1 방향으로 코어(315) 둘레에 감기며, 제1 권선의 제2 부분(310b)은 중성선(305)에 연결되고, 반대 방향으로 코어(315)의 둘레에 감긴다. 상기 부분(310a 및 310b)들은 전력 케이블 중성선들보다 약간 직경이 큰 와이어들로 만들어지고, 그리하여 적어도 선택되지 않은 중성 컨덕터들은 물론 정상 상태 및 급격히 변화하는 전류를 전달할 수 있다. 각각의 부분들(310a, 310b)은 그 자체로 권선으로 간주된다.

도 3a의 구성은 단지 무시할만한 임피던스가 두 개의 중성선들(302, 305)과 함께 순차적으로 삽입되고, 모든 중성선들 중에서 전력 주파수 전류의 실질적으로 동일한 구역을 교란시키지 않는다. 앞서 설명된 피렐리 케이블에 대하여, 평행 와이어 전송 선로로 작동하는 평행한 와이어들(302, 305)의 특성 임피던스는 대략 130옴으로 측정된다. 또한, 전력 주파수에서 도 3a 및 도 3b에 도시된 구성에서는 코어(315)를 통과하는 전체 플럭스는 무시할만하게 되면서, 권선들(310a, 310b)에 반대 방향으로 흐르는 중성 전류로 인해 플럭스가 상쇄되게된다.

다른 권선(320)은, 데이터가 전송되고 수신되는 포트(350)에 연결된다. 권선(320)은 전력 중성 회로(325)로부터 절연되어 있고, 이렇게 함으로써 의사 노이즈(spurious noise)를 유발할 수 있는 급격한 진동(ground loop)과 데이터 회로들이 갑자기 누전되는 것을 피할 수 있다.

케이블(300)은 고주파 전송 선로로 간주될 수 있고, 커플러(307)를 통하여 통신 장비에 연결될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 데이터 신호는 중성 컨덕터(302, 305)를 통하여 차별적으로 구동된다. 이러한 전송 선로는, 주어진 구동 전력 레벨을 위하여 도 2a에 설명된 단일 단자 구성보다 훨씬 더 낮은 전자기적 인 방사선을 방출해야 한다.

도 3c에는 데이터 전송 선로를 형성하기 위해 다수개의 중성선들을 사용하는 도 3a 및 도3b에 도시된 구성에 대한 다른 실시예의 구성도이다. 케이블(300)에는, 다수개의 중성선(330)들의 제1 서브세트(330a)와, 다수개의 중성선(330)들의 제2 서브세트(330b)가 각각 교대로 배치된 채로, 실질적으로 서로 평행한 다수개의 중성선(330)들이 구비된다. 상기 제1 서브세트(330a)는 집합적으로 제1 중성 커넥터로 간주되고, 제1 가닥의 리드선(332)을 형성하기 위해 함께 커플러(307a)에 결합된다. 제2 서브세트(330b)는 집합적으로 제2 중성 커넥터로 간주되고, 제2 가닥의 리드선(333)을 형성하기 위해 함께 커플러(307a)에 결합된다. 바람직하게는, 다수개의 중성선들(330)이 평행하게 연결된 N/2 전송 선로들처럼 구성된다. 여기서, N은 중성선(300)들의 수이고, N/2는 각각의 서브세트(330a, 330b)의 중성선들의 수이다. 이러한 평행 연결의 영향은 대략 N/2의 인자만큼 케이블(300)에 의해 생산되는 감쇠를 감소시키는 것과, 그리고 같은 인자만큼 특성 임피던스를 낮추는 것이다.

도 3d는 도 3c의 구성이 구현되는 방식을 보여주는 다이어그램이다. 제1 서브세트(330a)를 제1 가닥 리드선(332)에 부착하기 위하여, 제1 절연 링(335)이 모든 중성 컨덕터들, 즉 제1 서브세트(330a) 및 제2 서브세트(330b)에 커플러(307a)가 설치되는 지점 가까이에서 설치된다. 제1 서브세트(330a)는 제1 절연 링(335)으로 감싸지고, 제1 가닥 리드선(332)을 형성하도록 함께 결합된다. 이와 같이, 제2 서브세트(330b)는 제2 링(345)에 감싸지고, 상기 제2 링(345)은 절연물이거나 아닐 수 있으며, 제2 가닥 리드선(333)을 형성하도록 함께 결합된다. 전류의 개선된 기하학적 대칭과 감소된 전압 레벨은, 도 3a의 두 와이어 구현에서 방출되는 것에 비해 더욱 전자기적인 방사선을 감소시킨다.

전기 기구 업체는 두 개의 중성선들을 자르고 커플러를 통하여 다시 연결하는 것에 반대할 수도 있다. 본 발명에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예와 기하학적으로나 자기적으로 동등한 방식으로 두 개의 선택된 중성선들 둘레에 자기 코어를 감는 것이 가능하다.

도 4a 및 도 4b에는 데이터 신호와 차별적으로 구동되는 한 쌍의 중성 컨덕터들과 함께 사용되는 커플러를 위한 자기 코어 토폴로지의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 코어에는 제1 중성 컨덕터에 근접한 제1 구역과 제2 중성 컨덕터에 근접한 제2 구역이 구비된다. 상기 커플러는 상기 코어의 일부분을 감싸는 권선으로 구성된다. 상기 코어를 통하여 상기 권선은 제1 방향에서 제1 중성 컨덕터에 제1 전류를 유도하고, 제1 방향과 반대인 제2 방향에서 제2 중성 컨덕터에 제2 전류를 유도한다.

도 4a에 도시된 것과 같이, 코어(400)는 교차되는 부분이 접촉되지 않는 "8"자 모양으로 형상화될 수 있다. "8"자형은 기하학적으로 꼬인 위치로 형성된다. 제1 구역은 "8"자형의 제1 루프(405)로 구성된다. 제1 중성 컨덕터(410)는 제1 루프(405)를 통과한다. 제2 구역은 "8"자형의 제2 루프(415)로 구성된다. 제2 중성 컨덕터(420)는 제2 루프(415)를 통과한다. 코어(400)는 사실상 반대 방향에서 컨덕터(410 및 420)들이 통과하는 인접한 창 하나의 코어이고, 이리하여 전력 주파수 전류로 인한 플럭스를 상쇄한다. 권선(425)은 중성선(410 및 420)들에서 위상이 반대인 고주파 신호 전류를 유도한다.

"8"자형 토폴로지는 중성 컨덕터를 자르지 않고 케이블의 표면에 구현될 수 있다. 도 4b에 도시된 것과 같이, 코어 조각들(400a, 400b)로 구성된 코어는 제1 루프(405)에 있는 제1 간격(430) 및 제2 루프(415)에 있는 제2 간격(435)이 형성되어 있다. 중성 컨덕터(410)는 제1 간격(430)을 통과하고, 중성 컨덕터(420)는 제2 간격(435)을 통과한다. 중성 컨덕터(410, 420)의 절연물(440)에 대하여 코어(400a 및 400b)를 설치함으로써, 중성 컨덕터들(410, 420)은 자속의 경로 내에 위치된다.

중성선들을 물리적으로 자르는 것을 피하는 다른 방법에는 상기 와이어들을 자르지 않고 고주파수를 위한 고 임피던스를 직렬로 그 안에 삽입하는 방법이 있다. 본 발명에서는 하나 또는 그 이상의 자기 토로이드 코어들을 전체 케이블에 감음으로써 이러한 효과를 얻는다.

도 5a에는 상기 케이블에 자기 토로이드 코어를 위치시킴으로써 야기되는 고주파 고 임피던스를 가지는 케이블의 구성이 도시되어 있다. 도 5b에는 도 5a의 구성의 개략적인 개념도가 도시되어 있다.

하나 또는 그 이상의 자기 토로이드 코어(502)들은 전력 전송 케이블(500)의 부분 주위에 배치된다. 커플러(515)의 제1 권선(530)(도 5b)은 자기 토로이드 코어(502)들에 비해 케이블(500)의 안쪽에서 제1 중성 컨덕터(510) 및 제2 중성 컨덕터(512) 사이에 연결된다. 커플러(515)의 제2 권선(532)은 모뎀 포트(520)에 데이터 경로를 제공한다.

제1 및 제2 중성 컨덕터(510, 512)들은 케이블(500) 내의 여러 개의 중성 컨덕터(505)들 중의 두 개다. 중성 컨덕터(505)들의 각각은 중성 집합 링(525)의 바로 앞에서 쵸크(502a)(도 5b)를 효과적으로 마주한다. 이리하여, 자기 토로이드 코어들(502)은 각각의 중성선(505)들과 접지 사이에 바람직하게는 수 마이크로 헨리의 크기 단위로 절연 리액턴스를 삽입한다.

자기 토로이드 코어(502)들은 반 쪽 코어들을 정확하게 짝을 맞출 수 있고 상기 코어를 케이블(500)에 결합시키는 기계적인 팩키지와 함께 두 쪽으로 나누어진 코어로 구성될 수 있다. 이러한 실시예의 이점은 중성선(505)들 중의 어떤 것도 자기 토로이드 코어(502)들을 설치하는 동안 잘려질 필요가 없다는 것이다.

데이터 신호는, 커플러(515)의 포트(520)를 가로질러 연결되고 자기 토로이드 코어(502)의 상류에서 중성 컨덕터(510, 520들)에 결합된 모뎀(미도시)으로 전송될 수 있고, 그로부터 수신될 수도 있다. 케이블(500)은, 쵸크들로 작동하는 토로이드들에 의해 접지로부터 부분적으로 절연된 연결 단자 지점(535 및 540)들이 구비된 고주파 전송 선로로 간주될 수 있다.

전력 주파수에서, 한 방향으로 흐르는 중앙 컨덕터(517)의 위상 전류는, 모두가 자기 토로이드 코어(502)들을 통과하고, 다수의 중성선(505)들을 통하여 흐르는 방향이 반대인 중성 전류에 의해 균형이 잡히기 때문에, 자기 토로이드 코어(502)들을 통과하는 전체 전류가 실질적으로 0이다. 이리하여 코어 포화는 예방된다. 중성선(505)들 중에서 전력 전류 배전은, 매우 작은 리액턴스가 모든 중성선들에 동등하게 영향을 미치는 자기 토로이드 코어(502)들의 쵸킹 효과(choking effect)에 의해 유발되는 것처럼, 자기 토로이드 코어(502)들의 존재로 인해 변하지 않고 남아 있게 된다.

도 6a 내지 도 6c에는 본 발명에 따라, 두 개의 중성선들과 자기 유도를 사용하는 균형잡힌 전송 선로의 여러 가지 배열이 도시되어 있다. 도 6d에는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 구성의 개략적인 개념도가 도시되어 있다. 또한, 에너지가 주어지거나 주어지지 않는 회로를 위하여 중성선들을 자르거나 조작하는 것을 피할 수 있는 이점이 있다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시예 각각은 두 개의 중성선들을 전송 선로로 사용한다. 신호 전류는 접지된 집합 링에 가까운 자기적으로 중성선들의 부분에서 유도된다. ("E" 코어와 같이) 개방된 자기 코어는 상기 두 개의 중성선들에 근접하여 수직으로 위치된다.

도 6a에 도시된 것과 같이, 개방된 자기 코어(605)에는, 케이블(600)의 두 개의 중성선들(602) 중의 첫 번째 것에 근접하고 수직으로 위치하는 제1 레그(606)와, 중성선들(602) 중의 두 번째 것에 근접하고 수직으로 위치하는 제2 레그(607)와, 그리고 제1 레그(606) 및 제2 레그(607) 사이에 위치하는 제3 레그, 즉 공통 레그(610)가 구비된다. 공통 레그(610)에는 그 둘레에 감긴 권선(608)이 구비된다.

권선(608)은 공통 레그(610) 둘레에 감겨있고, 상기 공통 레그(610)는 케이블(600)의 두 개의 중성선(602)들 사이에 위치한다. 이러한 구성은 서로로부터 다른 방향에서 개별 중성선(602)들에 전류를 유도한다. 접지된 집합 링(625)(도 6b)에서 함께 종결되는 중성선(602)들의 부분(615)(도 6b)은 선택적으로, 레그(606 및 610)들의 극 면들 사이의 간격 및 레그(607 및 610)들의 극 면들 사이의 간격을 통과하는 한번 감긴 코일로 간주된다. 그리하여 권선(608)에 있는 신호 전류는, 두 개의 중성선(602)들에 의해 형성되는 전송 선로 아래로 차별적인 신호를 보내면서, 두 개의 중성선(602)들에 신호 전류를 유도한다.

도 6c에 도시된 것과 같이, 표준 코어 형상(예를 들어 "E" 코어)에서 레그들 사이의 상대적으로 큰 공극의 크기를 줄이기 위해, 그리고 커플링 계수를 증가시키기 위해, 한 쌍의 자기 토로이드 코어(602)들이, 중성선(602)들이 통과하는 갭(627)들과 함께 사용될 수 있다. 권선(630)이 각각의 자기 토로이드 코어(620)들의 부분, 예를 들어 공통 레그(632) 둘레에 감긴다.

도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예의 등가 회로가 도 6d에 도시되어 있다. 플럭스가 유도되는 중성선(602)들의 부분은, 집합 링(625)에서 함께 연결된 두 개의 반대 위상을 가지는 권선(635)들로써 작동한다. 권선(645)은 모뎀(미도시)으로의 연결을 위해 포트(640)를 제공한다.

전력 주파수 기자력(MagnetoMotive Force: MMF)은 코어의 공통 레그에서 상쇄되지만, 각각의 측면 레그에서 최대로 나타난다. 그러나, 중성선의 직경보다 큰 에어 갭은 통상 이러한 측면 레그들이 포화되는 것을 방지한다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시예들의 이점은 중성선(602)들과 간섭되고 물리적으로 접촉하는 것을 모두 피할 수 있다는 것이다. 코어의 쵸크 영향에 의해 유도되는 매우 작은 리액턴스가 전체 케이블 부분에 대해서 전체 중성선 임피던스에 비하여 무시할만한 리액턴스를 야기하는 것처럼, 전력 주파수에서 중성선들 중의 전류 배전은 실질적으로 변하지 않는다. 케이블(600)은 커플러를 따라 각각의 말단에서 통신 장비로 연결되는 고주파 전송 선로로 간주될 수 있다.

도 7에는 본 발명에 따라 자기 유도를 사용하는 안정된 전송 선로의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예는 도 6d에 도시된 실시예와 유사하다. 단, 한쌍의 중성선들에 단일 자기 코어 또는 토로이드 커플링을 결합하는 대신에, 본 실시예에서는 모든 중성선들에 쌍을 이루어서 결합한다. 이를 구현하기 위해, 도 6a 내지 도 6d의 실시예 중의 어느것이 중성선 쌍들의 수에 대응하는 수의 커플러들과 함께 채용될 수 있고, 커플러들의 권선들은 함께 연결될 수 있다. 방사선을 최소로 하기 위해, 교대로 있는 중성선들은 위상이 반대여야 한다.

도 6a 내지 도 6d의 실시예에 유사하게 도 7의 실시예는, 전력 전송 케이블(700)의 제1 중성 컨덕터(702)들을 통하여 데이터 신호를 커플링하기 위한 제1 권선(720)과, 데이터 포트(760)을 따라 데이터 신호를 커플링하기 위해 제1 권선(720)에 유도적으로 결합되는 제2 권선(740)으로 구성된다. 일반적으로 도 7의 실시예는, 전력 전송 케이블(700)의 제2 중성 컨덕터(705)를 따라 데이터 신호를 결합시키는 제3 권선(725)과, 데이터 포트(760)을 따라 데이터 신호를 결합시키기 위해 제3 권선에 유도적으로 결합되는 제4 권선(745)이 더 포함되어 구성된다. 데이터 신호는 제1 중성 컨덕터(702)들, 제1 권선(720) 및 제2 권선(740)을 따르는 제1 경로와, 제2 중성 컨덕터(705), 제3 권선(725) 및 제4 권선(745)을 따르는 제2 경로로 전달된다. 제1 경로는 제2 경로와 평행하다.

도 6d의 실시예에 따라, 도 7에는 중성선들의 모든 짝을 사용하는 것이 도시 되어 있다. 와이어 짝(702, 705, 710 및 715)들은 도 6d의 선택된 짝(600)에 유사한 방식으로 모두 전송 선로로써 작동한다. 코어들의 자속을 통과하는 중성선들의 세그먼트들은 권선(720, 725, 730 및 735)으로 동작하고, 상기 중성선 쌍들을 전송 선로로써 구동한다. 권선(740, 745, 750 및 755)은 도시된 것과 같이 평행하게 연결될 수 있거나, 포트(760)로 데이터 신호를 제공하기 위해 일관된 페이징(phasing)을 제공하는 어떤 직렬 또는 병렬과 직렬의 조합으로 연결될 수 있다. 전력 케이블(700)의 중앙 위상 컨덕터(715)가 크기가 같고 위상이 반대인 플럭스에 커플링 코일로부터 노출되기 때문에, 위상 컨덕터(715)는 신호 전송에 영향을 미치지 않는다.

도 7에 도시된 실시예의 이점은 (a) 커플러의 설치가 한 쌍의 중성 컨덕터들을 선택하지 않고, 그리하여 컨덕터들을 세그먼트의 끝단에서 인식하지 않으면서 실행될 수 있고(모뎀들이 전체 신호의 위상 변환을 견딜 수 있는 것처럼, 위상 변환이 여기서 실행될 수 있지만, 데이터 흐름에는 영향을 미치지 않는다는 것을 주목하자), (b) 케이블(700)이 손상된 경우에도 데이터 전송이 가능하고 몇몇 와이어들은 우발적으로 접지되며, (c) 외부 자기장이 더 잘 상쇄되고 방사선의 양이 더 작으며, (d) 케이블 세그먼트에 대해경로 손실이 더 작다는 것을 들 수 있다.

도 8에는 다중 중성선 세트들과 함께 다중 전송 선로들을 사용하는 본 발명의 실시예의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예는 도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시예 중에 어느 하나를 이용한다. 그러나 단일 신호 경로 대신에 여러 개의 독립적인 전송 채널들을 제공하기 위하여 여러 개의 중성선 전송 선로들(802, 805, 810 및 815)을 이용한다. 도 8에는 4개의 전송 채널이 도시되어 있다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시예와 유사하게, 도 8의 실시예는 전력 전송 케이블(800)의 제1 중성 컨덕터(702)를 통하여 데이터 신호를 결합하기 위한 제1 권선(820)과, 데이터 포트(830)를 따라 데이터 신호를 결합하기 위해 제1 권선(820)에 유도적으로 결합되는 제2 권선(825)으로 구성된다. 일반적으로 도 8의 실시예는, 전력 전송 케이블(800)의 제2 중성 컨덕터(805)를 따라 제2 데이터 신호를 결합시키는 제3 권선(825)과, 데이터 포트(845)로 제2 데이터 신호를 결합시키기 위해 제3 권선(835)에 유도적으로 결합되는 제4 권선(840)이 더 포함되어 구성된다.

이러한 복합성은 (a) 하나 또는 그 이상의 채널에서 데이터의 완전한 이중 전송, (b) 다수의 일방향 또는 양방향 채널들로 전체적인 대역폭의 증가, (c) 데이터의 중복 전송으로 에러를 최소화, (d) 분리된 클럭(clock), 스트로브(strobe) 및 데이터 라인이 구비된 다중 와이어 인터페이스의 구현 및 (e) 감독 명령, 에러 알림 또는 네트워크 운영에 유용한 다른 데이터를 위한 하나의 채널의 사용과 같은 장점을 가진다.

도 6a 내지 도 6d에 도시된 실시에 각각에 대해, 그리고 도 3 내지 도 8에 도시된 보강된 예에 대해, 케이블의 일단에서 하나 또는 두 개의 중성선들을 선택하는 것은 같은 와이어가 상기 케이블의 끝단에서 인식되어야 한다는 것을 의미한다.

도 9a에는 전력 전송 케이블의 여러 개의 와이어들 중의 하나를 인식하기 위 한 시스템(900)의 구성도가 도시되어 있고, 도 9b에는 전력 전송 케이블의 여러 개의 와이어들 중의 하나를 인식하기 위한 시스템(900)의 도면이 도시되어 있다. 시스템(900)은 전력 전송 케이블의 선택된 중성선으로부터 의 신호를 감지하기 위한 수신기(902)와, 상기 신호의 크기를 인식하기 위한 지시기(indicator)(905)를 포함하여 구성된다. 상기 신호는 상기 전력 전송 케이블 상의 제1 지점(926)에서 선택된 와이어(925)에 적용된다. 수신기(902)는 상기 제1 지점으로부터 멀리에 위치하는 상기 전력 전송 케이블 상의 제2 지점(927)에서의 신호를 감지한다.

또한, 시스템(900)은, 선택된 중성선(925)이 통과하는 반경 방향 슬롯(920)과, 페라이트 토로이드(915)의 부분 둘레에 감겨지고 수신기(902)의 입력(935)에 연결된 권선(930)이 구비된 페라이트 토로이드(915)를 포함하여 구성된다. 상기 신호는 상기 페라이트 토로이드(915)를 따라 선택된 중성선(925)으로부터 유도적으로 결합된다. 상기 신호는, 유도성 커플러(924)를 따라 제1 지점(926)에서 상기 선택된 중성선(925)에 적용된다.

연결되는 제1 케이블 단부에서 상기 와이어(들)가 선택되고, 커플러가 부착된다. 도 9a에는 선택되어야 하는 중성선의 짝이 도시되어 있다. 특히 메가헤르쯔 범위에서 상기 커플러는 낮은 전력, 고주파 오실레이터에 의해 구동된다. 이렇게 함으로써 고주파 전류가 선택된 와이어(들)에서 가장 강하게 흐르게 된다.

상기 말단부에서, 무선 수신기(900)는 동일한 주파수에 맞춰진다. 상기 무선 수신기는 신호 강도계(905) 및 이득을 최적화하기 위한 수동 혹은 자동 이득 제어기(910)를 구비하고 있는 점에서 특별하다. 더구나, 상기 수신기의 안테나는 상기 중성선(neutral wire)(925)의 지름보다 약간 큰 방사형 슬롯(920)을 갖는 페라이트 토로이드(toroid)(915) 및 상기 수신기의 안테나 입력 단자(terminal)(935)에 연결된 상기 토로이드(915)에 감긴 코일을 포함한다. 바람직하게는, 토로이드(915)는 상기 수신기 케이스에 고정되도록 설치되어 있다.

설치자(installer)는 상기 슬롯이 중성 컨덕터(925)와 나란히 가깝게 배향되도록 상기 수신기를 고정하며, 상기 신호 강도계(905)의 수치를 관찰한다. 이후, 상기 설치자는 교대로 각 선(wire)을 감지하는 상기 케이블의 접선방향으로 상기 수신기를 움직이게 한다. 상기 신호 강도계의 최대 수치를 이끌어내는 선(wire)은 상기 케이블의 다른 끝에서 직접 여기(excite)된 선일 것이다.

따라서, 전력 전송 케이블의 다수의 중성선 중의 하나를 인식(identify)하는 방법은 상기 전력 전송 케이블의 제1 지점에서, 선택된 중성선으로 신호를 인가하는 단계(a); 상기 제1 지점으로부터 떨어진 전력 전송 케이블의 제2 지점에서 다수의 중성선 각각의 신호의 관련 크기를 감지하는 단계(b); 상기 관련 크기로부터 상기 선택된 중성선을 인식하는 단계(c)를 포함한다. 상기 인식하는 단계는 상기 선택된 중성선을 최대의 관련 크기를 갖는 다수의 중성선 중의 하나로 인식한다. 상기 인가하는 단계는 상기 신호를 상기 선택된 중성선에 유도적으로(inductively) 커플링하는 단계를 포함하며, 상기 감지하는 단계는 상기 선택된 중성선으로부터 상기 신호를 유도적으로 커플링하는 단계를 포함한다.

지금까지는, 본 발명은 다중의, 분리된, 상호 절연된 중성선들을 갖는 케이블로 설명된다. 하지만, 많은 전력 배전 네트워크들은 상호 절연된 중성선들을 갖 는 케이블을 사용하지 않고, 도전성 구리 테이프로 함께 연결된 다중 선들 또는 메쉬(mesh) 형태의 중성선들을 갖는다. 도 10a, 10b, 11a 및 11b와 관련된 설명들은, 예를 들어 가공선로를 통해 전해지거나 단일 중성 컨덕터를 갖는 의사(pseudo) 동축 매설 케이블에 의해 전해지는, 다른 공통 중전압 전력 그리드에 관한 본 발명의 활용과 관련있다.

중전압 위상 컨덕터와의 물리적 접촉을 피한 커플러는 상기 위상 컨덕터의 정상 상태 및 서지(surge) 전압을 견딜 필요가 없기 때문에 상기 커플러의 구조를 간단하게 하고 비용을 줄이는 점에서 바람직하다. 하지만, 상기 현재 제시되고 있는 유도성 커플러의 이용은 전류가 흐를 수 있는 회로의 연속성을 전제로 하는 한편, 상기 중전압 회로는 끝단에 물리적으로 개방된 회로를 포함하거나 무선 주파수에서의 높은 임피던스가 개방 회로 종단(termination)의 효과를 근사화 할 수 있는 변압기 권선에 연결될 수 있다. 본 발명에 따르면, 유도성(inductive) 커플러들은, 고주파 종단이 용량성 결합한 포트를 이용하여 상기 케이블의 끝단과 거대 배전 네트워크에서 하나 또는 이상의 중간 위치에 부가될 때, 중전압 데이터 백홀(backhaul) 네트워크에서 사용될 수 있다. 지하 전력 전송 선로의 상기 위상 컨덕터는 상기 전송 선로를 통한 데이터 신호의 커플링을 위한 통신에 사용되는 고주파수에서 유효한 부하 종단을 구비한 때 데이터 전송 선로로 이용될 수 있다.

전력 배전 시스템에서, 상기 중전압 그리드는 고주파수 신로들에 대한 상기 케이블의 특성 임피던스보다 매우 높은 임피던스를 보이는 장치들을 부착한다. 상기 장치들은 고주파신호들에 대해 개방회로로 효과적으로 나타난다. 개방회로 종단 된 케이블로 변조된 데이터 패킷들을 커플링하는 것은 상기 케이블의 끝으로부터 반사되고 데이터 수신기에 의해 새로운 패킷으로 해석 가능한 커플링된 파(wave)의 큰 파편(fraction)을 야기한다. 그러한 반사의 더욱 바람직하지 않은 특성은 상기 데이터 수신기를 새로운 패킷들이 상기 케이블을 점유하고 "캐리어 센스(carrier sense)"타입의 공유 네트워크는 가용 전송 시간의 손실을 겪도록 초래한다.

상당한 고주파 손실을 갖는 케이블과 선(wire)에 있어서, 이러한 반사는 빠르게 방산되며 문제를 일으키지 않는다. 하지만, 가공선로와 몇몇 지하 의사(pseudo) 동축 선로 모두에 있어서, 상기 손실은 작으며 강한 반사 신호들이 직접 신호(direct signals)를 방해한다.

도 10a 및 10b는 데이터가 전력 배전 시스템의 위상 컨덕터에 의해 전해지는 전력 배전 시스템에 구현된 데이터 통신 네트워크의 부분의 개념도이다. 본 발명은 유도성 커플러 및 용량성 커플러의 조화를 이용한다. 다음에 설명하는 바와 같이, 상기 네트워크는 상기 위상 컨덕터를 통해 데이터 신호를 커플링하고 상기 데이터 신호의 이후 커플링을 위한 데이터 포트를 갖는 유도성 커플러(a); 및 상기 위상 컨덕터 및 그라운드(ground) 사이에 연결되고 상기 전력 전송 케이블의 끝단에 가까우며 상기 데이터 신호의 반사를 흡수하며 선택적으로 상기 데이터 신호의 커플링을 위한 데이터 포트로서의 역할을 하는 용량성 커플러를 포함한다.

유도성 커플러(1002)는 배전 변압기(1010)의 근처에 위치한 중간 노드 (1005)에서 사용된다. 각 유도성 커플러(1002)는 각 공급 변압기(1010)의 2차측으로부터 전력을 공급받은 저압 네트워크 너머의 모뎀(도시되지 않음)으로의 연결을 위한 포트(1015)를 구비한다. 용량성 커플러(1020)는 케이블 또는 하나의 선(wire)의 끝단과 로컬 그라운드 사이에 연결되어, 반사를 흡수하며 신호 커플링 노드(1025)를 제공한다. 즉, 신호 커플링 노드(1025)는 상기 위상 컨덕터 간에 상기 데이터 신호를 커플링하며 상기 데이터 신호의 다른 데이터 포트를 제공하기 위해 용량성 커플러(1020)와 그라운드 사이에 위치한다.

상기 "케이블 또는 하나의 선의 끝단"은 고압-중압 변압기로부터 전력이 상기 케이블로 공급되는 지점(1018)을 포함한다. 루프 토폴로지(loop topology)에서 상기 케이블은 상기 지점으로 돌아오지만 가장 끝단에 도달한다. 용량성 커플러(1020)는 그러한 "가장 끝단"에 포함된다. T형 지로(branch)(1030)가 상기 전력 네트워크에서 스터브(stub)(1035)를 만든다면, 용량성 커플러(1020)는 스터브(1035)의 상기 말단부를 종단하는데 이용된다.

도 11a는 본 발명에 따라 위상 컨덕터를 통해 데이터를 커플링하는 유도성 커플러(1102)를 구현한 예를 나타낸 것이다. 도 11b는 상기 도 11a에 나타난 구현예의 개략도이다.

유도성 커플러(1102)는 위상 컨덕터(1110)을 통하여 상기 데이터 신호를 커플링하는 제1 권선(1104) 및 제1 권선(1104)에 유도성(inductively) 커플링되고 데이터 포트(1145)를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 권선(1115)를 포함한다. 유도성 커플러(1102)는 위상 컨덕터(1110)의 경로가 되는 코어(1105)를 포함한다. 코어(1105)를 통한 위상 컨덕터(1110)의 구성은 제1 권선(1104)의 역할 즉, 한 번 감겨진 권선의 역할을 한다. 제2 권선(1115)은 코어(1105)의 일부 주위에 감긴 다.

유도성 커플러(1102)는 코어(1105)가 위상 컨덕터(1110)의 부분에 걸쳐 위치한 계기용 변류기(current transformer)이다. 유도성 커플러(1102)는 코어(1105)를 지하 케이블의 중성 컨덕터 외장(sheath)에 의해 덮혀 있지 않은 세그먼트(segment)를 감싸도록 배치함으로써 지하 케이블과 함께 사용될 수 있으며, 1회 감긴 권선으로서 코어(1105)를 통과하는 상기 전력 케이블 위상 선(wire)과 함께 사용될 수 있다.

코어 (1105)는 페라이트 또는 상기 변조된 데이터에 요구되는 주파수 영역에 걸쳐 비교적 낮은 손실과 실질적 투자율을 갖는 다른 연자성(soft magnetic) 물질로 이루어진다. 코어(1105)는, 위상 컨덕터(1110)를 통해 흐르는 전류가 컨덕터(1110)의 정격인 최대 전류 만큼 높은 경우(예를 들어, 실효치 200 암페어)에도, 포화 없이 상기 유도성 커플러(1102)의 동작을 허용하는 데 충분한 공극(1120)을 갖는다.

유도성 커플러(1102)는 모뎀 송신기에 대해 관련 주파수 영역에 걸쳐서 상당한 정도의 고주파수 임피던스이지만 전력 공급 주파수에서는 무시할 만한 정도의 임피던스를 나타내는데 충분한 1차 자화 인덕턴스를 갖는다. 유도성 커플러(1102)는 누설 인덕턴스 및 위상 컨덕터(1110)가 구성요소인 상기 전송 선로의 특성 임피던스보다 훨씬 낮은 반사된 1차 임피던스를 관련 주파수 영역에 걸쳐 갖는다.

유도성 커플러(1102)는 제2 권선(1115) 및 데이터 포트(1145)와 직렬이며, 배전 변압기(1130)의 저압 출력 즉, 전력 선로 출력에 연결되어 제2 권선(1115)이 저압 전력 회로(1135)를 단락시키는 것을 방지하는 고압 커패시터(1125)를 갖는다. 따라서, 커패시터(1125)는 제2 권선(1115)과 상기 전력 선로 출력 사이에 데이터 신호를 커플링시킨다.

유도성 커플러(1102)는 제2 권선(1115)과 병렬로 연결된 서지(surge) 방지기(1140)와 상기 서지 방지기에 부착된 전자 통신 장비를 구비하여, 저압 회로(1135)가 위상 컨덕터(1110)에 나타날 수 있는 고위상 펄스에 의해 영향받지 않도록 방지하고 유도성 커플러(1102)에 의해 저압 선로로 커플링 된다.

오직 하나의 저압 위상 선로(1150)와 저압 중성 선로(1155)가 커플러(1102)에 연결되어 있는 동안, 다른 위상 선로(1160)는 약간 감쇄된 신호를 용량성 및 유도성 커플링을 통해 저압 인입 선로의 길이에 걸쳐 받을 것이라는 것에 주목하여야 한다.

중요한 고려의 대상 및 바람직한 목표는 데이터 전송에 이용되는 선(wire) 및 케이블로부터의 전자파(electromagnetic) 방사의 최소화이다. 이러한 선로들은 수 피트 지하에 묻히더라도, 전자파 방해(EMI, Electromagnetic Interference)를 일으킬 수 있다. 의사(spurious) 공진 또한 특정의 좁은 주파수 대역에 걸쳐 전송을 방지할 수 있다.

하나 이상의 기술이 방사를 최소화하고, 공진을 견디며, 강건하고 신뢰성있는 데이터 채널을 제공하기 위하여 채용되어야 한다. 방사를 최소화하기 위한 선택들은 이하를 포함한다.

(A)중전압 그리드와 연결된 상기 모델들에서 확장 스펙트럼 변조를 이용하는 것. 확장 스펙트럼 변조는 비교적 낮은 스펙트럼 전력 밀도(예를 들어, -55dBm/Hz)를 채용한다.

(B)상기 변조된 데이터의 전력 레벨을 최소화시키기. 상기 전력 레벨은 어떤 전송 선로상의 노이즈 및 어떤 자생적(self-generated) 장치 노이즈(예를 들어, 내부 노이즈, 증폭기 노이즈 등)도 극복할 수 있을 정도로 높아야 한다. 노이즈가 포함된 저압 및 고압 그리드로부터의 중전압 선로의 상기 상대 절연을 이용함으로써, 선로의 노이즈가 최소화될 수 있다. 이는 각 유도성 커플러에서 연속적인 모뎀들을 설치함으로써 이루어질 수 있다. 연속적으로 설치된 모뎀들은 비트 스트림을 재생산하기 위함과 추가 매체에 걸친 상기 데이터 전송을 변조하기 위함이다.

도 12는 유도성 커플러에서 연속되는 모뎀들을 갖는 네트워크의 부분에 대한 개념도이다. 제1 모뎀(1202)은 변조된 데이터 신호를 송수신하기 위한 유도성 커플러(1102)의 2차 권선의 데이터 포트에 연결된 제1 포트(1225); 및 상기 디지털 데이터의 그 이상의 커플링을 위한 제2 포트(1210)을 구비한다. 제2 모뎀(1205)은 제1 모뎀(1202)의 제2 포트(1210)에 연결된 제1 디지털 데이터 포트(1230); 및 상기 변조된 데이터 신호의 그 이상의 커플링을 위한 제2 포트(1235)를 구비한다. 선택적으로, 라우터(1220)는 제1 모뎀(1202) 및 제2 모뎀(1205) 사이에 배치할 수 있다.

상기와 같은 배치는 다음과 같은 장점들을 갖는다.

A)저압 그리드(grid)의 노이즈는 중전압 그리드에 도달하지 않는다. 절연(isolation)은 상기 데이터 커넥션(1210)과 직렬인 광학 아이솔레이터(isolator)에 의해 개선될 수 있다.

B)확장 스펙트럼 또는 중전압 모뎀과는 다른 기술 및 파라미터를 사용하는 다른 모뎀은 저압 그리드에 최고로 활용될 수 있다. 상기 유도성 커플러는 상기 선(wire) 또는 케이블의 특성 임피던스에 비하여 작은 상기 커플링 노드들에서의 부가(additional) 직렬 임피던스를 도입하고, 그 결과 반사와 전력 흡수를 최소화하게 된다. 이 경우, 상기 변조된 데이터는 많은 수의 중간 노드들을 성공적으로 통과하게 된다(traverse). 바람직하게는, 상기 자화 및 누설 인덕턴스는 임피던스 방해(disturbance)를 최소화시킬 만큼 작으나 충분한 커플링을 제공할 만큼 크다. 이는 상기 커플러에 의해 나타나는 상기 모뎀과 상기 임피던스간의 의도적 임피던스 불일치를 의미한다.

C)라우터와 다른 네트워크 장비(1220)는 상기 내부와 외부 네트워크 간에 중재를 위해 채용될 수 있다.

방사를 최소화하는 이슈에서 하나의 파라미터는, 상기 중전압 전력 선로에서의 상기 신호레벨이 이러한 감쇄를 극복할 정도로 강해야만 하는 만큼, 선로와 커플러 사이의 방향으로의 신호 레벨의 감쇄이다. 커플러 및 선로사이의 방향에서의 감쇄는, 최대 허용 방사 레벨에 부합하는 최대 허용 전송 전력 레벨을 정하기 위해 상기 선로를 구동하는 상기 커플러에 더 많은 전력을 인가함으로써 부가적 방사없이 쉽게 극복될 수 있다.

예를 들어, 각 커플러가 10데시벨 커플링 손실을 갖도록 설계되었다면, 상기 전송되는 전력은 보상을 위해 10데시벨 만큼 증가될 수 있으며, 오직 제2 커플러의 10데시벨만이 상기 모뎀의 손실 예상치로부터 감산된다.

도 13은 본 발명에 따른 전력 그리드의 부분 간에 변조된 데이터를 수동으로 커플링하는 기술에 관한 것이다. 도 13은 제1 중성 컨덕터(1320)와 함께 배치된 제1 세그먼트(segment)(1302); 및 제2 중성 컨덕터(1330)와 함께 배치된 제2 세그먼트(1303)를 구비한 전력 배전 시스템에 구현된 데이터 통신 네트워크(1300)를 나타낸 것이다. 네트워크(1300)는 제1 중성 컨덕터(1320)를 통해 데이터 신호를 유도적으로 커플링하고 상기 데이터 신호의 이후 커플링을 위한 데이터 포트(1335)를 구비한 제1 커플러(1306); 및 제1 유도성 커플러(1306)의 데이터 포트(1335)에 연결된 데이터 포트(1340)를 구비하고, 제2 중성 컨덕터(1330)를 거쳐 상기 데이터 신호를 유도적으로 커플링하기 위한 제2 커플러(1307)를 구비한다.

제1 세그먼트(1302)는 전력 배전 변압기(1345)의 제1 면에 제1 전력 배전 케이블(1315)을 구비한다. 제1 세그먼트(1303)는 전력 배전 변압기(1345)의 제2 면에 제2 전력 배전 케이블(1325)를 구비한다. 전력 배전 변압기(1345)는 전력 선로(1350)로의 출력을 갖는다. 네트워크(1300)는 제1 유도성 커플러(1306)와 출력 전력 선로(1350)사이의, 상기 데이터 신호를 출력 전력 선로(1350)에 커플링 시키기 위한 커패시터(1310)를 더 포함한다.

각 변압기 대 변압기에 해당하는 세그먼트는 다중 링크 체인(chain)의 별도의 링크가 된다. 커플러는 각 케이블 종단에 부착되어서, 최종 세그먼트의 마지막 변압기를 제외하고는 변압기당 두 커플러를 요하게 된다.

세그먼트들의 수동 연결은 변압기 양 측의 두 커플러들의 상기 데이터 포트 들(1335, 1340)을 각각 연결함으로써 이루어진다. 저압 선로(1350)에 부착된 통신 장비들에의 수동 연결은 직렬 커플링 커패시터(1310)에 의해 이루어진다. 유사한 모뎀들은 전력 변전소와 같은 상기 네트워크 급전점(feed point)과 사용자의 토지의 저압 아웃렛(outlet)에 부착된다.

도 14는 연속적으로 배치된 모뎀들을 이용하여 전력 그리드의 세그먼트들간의 변조된 데이터를 커플링하는 기술에 대한 개념도이다. 도 14는 제1 중성 컨덕터(1420)와 함께 배치된 제1 세그먼트(1402) 및 제2 중성 컨덕터(1430)와 함께 배치된 제2 세그먼트(1403)를 포함하는 전력 배전 시스템에 구현된 데이터 통신 네트워크(1400)를 도시하고 있다. 네트워크(1400)는 제1 중성 컨덕터(1420)를 거쳐 데이터 신호를 유도성 커플링하기 위하고, 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 데이터 포트(1435)를 구비한 제1 커플러(1406); 및 제1 유도성 커플러(1406)의 데이터 포트(1435)에 연결된 데이터 포트(1440)를 구비하며, 제2 중성 컨덕터(1430)을 거쳐 상기 데이터 신호를 유도성 커플링하기 위한 제2 커플러(1407)를 포함한다.

제1 모뎀(1460)은 제1 커플러(1406)의 데이터 포트(1435)에 연결된 변조된 데이터 신호를 위한 제1 포트(1465); 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 디지털 데이터용 제2 포트(1470)를 구비한다. 제2 모뎀(1480)은 제1 모뎀(1460)의 제2 포트(1470)에 연결된 디지털 데이터용 제1 포트(1475); 및 상기 변조된 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제2 포트(1485)를 구비한다.

상기 전력 배전 시스템은 출력 전력 선로(1450)를 구비한 전력 배전 변압기(1445)를 구비한다. 네트워크(1400)는 상기 변조된 데이터 신호를 출력 전력 선로(1450)에 커플링시키기 위한, 제2 모뎀(1480)의 제2 포트(1485)와 출력 전력 선로(1450) 사이의 커패시터들을 더 포함한다.

중전압 케이블은 폐로(loop)내의 변전소로부터 제1 배전 변압기로의 세그먼트와 같은 긴 케이블 세그먼트를 포함한다. 설치와 서비스의 용이함을 위해, 상기 긴 섹션은 각 노드에서의 접속구(access manhole)와 함께 분할될 수 있다. 이러한 지점에서, 상기 케이블 세그먼트들은 접지된 중성선 컬렉터 링들을 따라 중전압 커넥터들(중앙 컨덕터를 위한)에서 종단될 수 있다. 이는 하나 또는 하나 이상의 중성선에 의해 수행된 상기 데이터 전송선로에 불연속을 야기시킨다. 이러한 불연속을 피하기 위해, 그라운드의 일측에 있는 한 쌍의 커플러들이 1차측을 서로 연결한 채, 브리지 연결을 만들며, 설치될 수 있다.

본 발명은 전력 배전 시스템의 세그먼트들에 걸쳐 위상 컨덕터를 이용하여 데이터 통신 네트워크를 구현하는데 목적이 있다.

도 15는 본 발명에 의한 데이터 통신 네트워크(1500)의 구현예의 전력 배전 시스템의 위상 컨덕터로 데이터를 커플링하는 몇 가지 기술들에 대한 개념도이다.

용량성 커플러는 고압-중전압 강압 변환기에 의해 공급되는 가공선로에 설치된다. 상기 변압기 2차 임피던스는 가공선로의 임피던스와 같은 크기이거나 더 크다. 데이터 포트를 구비한 용량성 커플러와 같은 종단 커플러(terminator-coupler)는 (a)상기 선로에 모뎀을 커플링시키기 위해 이용되고 (b)전송선로를 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스와 근사적으로 같은 저항으로 종단할 수 있다(모뎀 또 는 가공(dummy) 저항 임피던스가 변압기를 통해 반사되면서). 따라서, 도 15는 전력 배전 시스템이 변전소 고압-중전압 강압 변압기(1502)를 포함하는 것을 나타낸 것이다. 용량성 커플러(1535) 즉, 종단 커플러(terminator-coupler)는 전압 강압 변압기(1502)의 2차측 권선에 가깝게 배치된다. 모뎀(1525)와 같은 구성요소는 용량성 커플러(1535)를 통해 반사될 때 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스와 거의 동일한 값의 임피던스를 갖는다.

관행적으로 매우 낮은 임피던스 동축 지하 케이블을 가공(overhead) 그리드의 시작까지 수 백 미터에 한하는 길이동안 운영하는 일본에서와 같은 시스템세서는 유도성 커플러들의 바람직한 위치는 지하-가공 변환점의 가공측이다. 여기서, 상기 지하 케이블의 낮은 임피던스는 상기 가공 선로의 끝단에서 단락 회로의 역할을 하며, 폐전류 회로가 형성된다. 따라서, 상기 전력 배전 시스템은 가공 케이블(1515)의 특성 임피던스보다 훨씬 낮은 특성 임피던스를 갖는 지하 케이블(1510)과 가공 케이블(1515, 1516) 사이의 변환점(transition, 1545)를 포함한다. 하나 또는 하나 이상의 유도성 커플러(1540, 1541)는 변환점(1545)에 가까운 가공 케이블(1515, 1516)에 위치한다.

3상 가공 케이블(1515, 1516)상의 유도성 커플러(1540, 1541)는 반대의 위상을 갖는 전류에 의해 구동되는 커플러 쌍의 각 구성원과 대칭적으로 배치될 수 있다. 그러한 배치는 실질적으로 원방(far field) 전자(electromagnetic) 방사를 취소할 것이고 규제적 기준과의 일치를 쉽게 할 것이다. 따라서, 네트워크(1500)는 한 쌍의 유도성 커플러들(1540, 1541)을 포함하여, 상기 한 쌍 중 예를 들어, 제1 유도성 커플러(1540)가 상기 위상 컨덕터(1515)내의 제1 방향으로 제1 전류를 유도하고, 제2 유도성 커플러(1541)는 제1 전류의 반대방향으로 제2 위상 컨덕터 내에 제2 전류를 유도한다.

다르게는, 다시 상기 원방 방사 영향을 많이 상쇄하는 기타 다른 상(phase)들로부터 유도된 같은 크기의 반대 방향인 전류와 함께 단상(single phase)이 유도성 커플러로부터 한 파장을 초과하는 거리에서 유도될 수 있다. 예를 들어, 하나의 유도성 커플러(1540)는 이용될 수 있으며, 전송 선로 유도 효과는 상기 선로 아래 한 파장 이후 전류 조정에 달려있다.

일부 형태의 배전 변압기들의 변압기 1차측 임피던스가 가공 선로의 임피던스와 크기가 같을 수 있기 때문에, 유도성 커플러는 배전 변압기 1차측 급전선 상에 위치될 수 있으며, 폐회로가 형성된다. 상기 폐회로는 대체로 2내지 8암페어 영역에서 상대적으로 낮은 전력-주파수 전류가 흐르기 때문에, 코어 포화 경향은 없으며, 커플러 코어는 미세한 공극을 포함하거나 공극 없이 구성될 수 있다. 도 15에서 도시하는 바와 같이, 유도성 커플러(1550)는 상기 전력 배전 시스템의 배전 변압기의 1차측 권선(1555)에 급전하는 선로에 위치한다.

상기 유도성 커플러(1550)에서 본 상기 회로 임피던스의 크기가 수백 옴(ohm) 정도로 높을 수 있고, 상기 전송선로의 길이를 따라 유도성 커플러(1550)에 부착된 모뎀들(1560)은 대체로 50옴의 임피던스를 가지게 되므로, 상당한 임피던스 비매칭이 있을 수 있다.

도 15에서 도시하고 있는 바와 같이, 전력 배전 시스템(1500)은 위상 컨덕터(예를 들어, 위상 컨덕터(1516))와 그라운드 사이에 PLC 커패시터 및/또는 역률(power factor) 수정 커패시터 예를 들어, 커패시터(1565)를 포함할 수 있다. 커패시터(1565)는 상기 전력 전송 케이블(1516)의 임피던스 보다 낮은 임피던스를 가질 수 있다. PLC 커패시터 및 역률 커패시터들은, 상기 전력 그리드를 통과하는 고주파수(HF) 신호들을 심각하게 방해하지 않을 경우에, 높은 무선 주파수 임피던스를 가질 수 있다. 커패시터(1565)와 같이 상기 전송선로의 특성 임피던스와 같은 크기이거나 작은 크기의 RF 임피던스를 갖는 장치에 있어서는, 직렬 쵸크(choke, 1570)는 커패시터(1565)와 직렬로 삽입될 수 있다. 직렬 쵸크(1570)는 하나 또는 하나 이상의 스냅식의 분리된 자기 코어를 리드 선(1575)의 주위에 위치시킴으로써 커패시터(1565)와 연결된 리드 선(1575)을 포함한다.

상기 전력-주파수 전류는 비교적 낮아서, 코어 포화는 문제가 되지 않는다. 이러한 쵸크의 유도성 임피던스의 마이크로 헨리 정도의 크기는 상기 커패시터들의 전력 주파수 기능에 영향을 미치지 않을 것이다. 손실이 있는 코어 역시, 상기 쵸크의 고주파수 임피던스를 간단히 증가시키는 동안 이용될 수 있으며, 상기 커패시터의 분리에 추가될 수 있다.

전송 선로 반사의 효과는 데이터 스트림에서의 에러를 야기할 수 있는 반향(echo)을 생성하기 때문에 고려되어야만 한다. 확산 스펙트럼 변조는 협대역 주파수 흡수 및 협대역 노이즈를 견딜 수 있으며, 스펙트럼의 낮은 전력 밀도로 인하여 전자 방사를 최소화하기 때문에 확산 스펙트럼 변조는 그러한 반향 가득한 전송에 가장 적합하다. 확산 스펙트럼 모뎀에 있어서, 반사된 직접 신호 레벨보다 아 래의 또는 6내지 10데시벨의 반사된 인트라(intra) 패킷 신호들은 데이터 수신에 영향을 미치지 않는다. 인트라 패킷 반사 신호들은 원(original) 패킷의 직접 수신동안 도달하는 반사신호들로 정의된다.

상기 전송 선로상의 임피던스 장해(disturbance)는 (a)유도성 커플러 임피던스의 추가 또는 추가없이, 배전 변압기; (b)선로 임피던스에 상당히 잘 맞도록 대체적으로 설계된 선로 종단; (c)T형 지로; 및 (d)PLC 또는 역률 수정 커패시터들에 의해 야기될 수 있다. 이러한 임피던스 불연속의 반사 계수는 대체적으로 0.5를 넘지 않을 것이며, 상기 반사된 신호는 외부로 향하며 선로 자체의 손실, 예를 들어 흡수 손실 및 방사 손실을 리턴하여서, 반사된 신호의 진폭이 직접 신호들보다 6내지 10데시벨 이상만큼 약할 것이다. 따라서, 데이터 패킷 동안 도달하는 상기 반사된 신호들은 저 진폭 노이즈로 나타날 것이며, 의도된 데이터 신호들이 제대로 수신되는 것을 막지 않을 것이다.

고 임피던스 선로로의 저 임피던스 급전점에 위치한 커플러들, 예를 들어, 변환점(1545)에 있어서는, 임피던스 비매칭으로 인한 상기 손실과 반사는 바람직하지 않다. 매우 무거운 전력선이 상기 커플러 코어에 감길 수 없기 때문에, 2차 측은 1회의 권선수를 가지며, 1차 측은 1회 이상의 권선수를 갖는다. 따라서, 상기 전력 선로에 반사된 상기 임피던스는 권선비(turns ratio)에 따라 모뎀 임피던스와 같거나, 4분의 1이거나, 더 작을 것이다. 50옴의 종단 임피던스를 갖는 모뎀에 있어서, 반사된 임피던스는 특성 임피던스보다 상당히 낮다. 임피던스 매칭을 개선하기 위한 하나의 해결책은 수 백 옴의 출력 임피던스를 갖는 모뎀을 구성하는 것이 다.

다른 해결책은 1차측을 평행하게 위상-반위상 커플러 쌍을 연결하는 것이다. 2차측(중전압 선로)은 직렬이어야 한다. 따라서, 50옴 모뎀 임피던스는 상기 위상-반위상 유도성 커플러 쌍에 의해 100옴 반사 임피던스로 변환된다. 이 원칙은 1차측이 병렬인 복수의 커플러들을 이용하고, 상기 전력 선로 측의 변압기(커플러) 권선의 직렬 연결을 이루고, 상기 모뎀 측의 병렬 연결을 통해 더 수행될 수 있다.

예를 들어, 도 15는 제1 유도성 커플러(1540) 및 제2 유도성 커플러(1541)를 나타낸 것이다. 제1 유도성 커플러(1540)는 제1 권선(1540A)를 거쳐 위상 컨덕터(1515) 내의 제1 방향으로 제1 전류를 유도하며, 제2 유도성 커플러(1541)는 제2 권선 (1541A)을 거쳐 위상 컨덕터(1516)내의 제1 전류와 반대 방향인 제2 전류를 유도한다. 제1 권선(1540A) 및 제2 권선(1541A)는 서로 병렬이다. 도 15에서는, 제1 권선(1540A) 및 제2 권선(1541A)이 이러한 위상 관계를 나타내기 위해 점으로 표시되어 있다.

상기 가공 급전점에서의 상기 유도성 커플러는 수백 암페어에 달할 수 있는 총 급전 전류의 영향을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 그러한 전류가 흐르는 1회 감긴 코일도 고주파수 동작에 적합하며 현재 가용한 자성 물질로 된 코어를 포화할 수 있기 때문에, 이 "주 선로" 커플러는 대체적으로 자기 회로의 공극을 포함하여야 한다. 충분한 자화 인덕턴스를 갖도록 하기 위해, 그러한 커플러들은 상기 전력선의 방향으로 매우 두꺼운 하나의 코어와 동등물을 형성하는 복수의 코어들을 필요로 한다.

도 16a 내지 16c는 전력 배전 시스템에서 구현된 통신 네트워크에서 용량성 커플러들의 몇 가지 사용예를 나타낸 개념도이다. 이와 같은 용량성 커플러들은 유도성 커플러들이 효과적이지 않을 수 있는 네트워크의 노드에서, 예를 들어 RF전류에 효과적인 개방회로가 있는 지점에서 사용된다.

도 10a 및 10b에서 이용된 것과 같은, 용량성 커플러(1020)는 도 16a에서 용량성 커플러(1600)로 표시되어 있다. 용량성 커플러(1600)는, IEEE 기준 386에 따라, 상기 위상 컨덕터에 의해 제공되는 정격 전압 및 직렬 BIL 펄스들, 예를 들어, 15KV의 정격 전압에 대한 125KV를 연속적으로 견딜 수 있어야 한다. 용량성 커플러(1600)는 또한 상기 기준에 따른 코로나 방전을 제거할 수 있도록 구성되어야 한다.

용량성 커플러(1600)는 최저 관련 주파수에서의 임피던스가 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스의 일부분인 고압 커패시터(1620) (예를 들어, 10nF)를 거쳐 중전압 선로에 연결된다. 선택적으로, 용량성 커플러(1600)는 단락회로의 경우에 상기 중전압 선로가 전송 실패하는 것을 방지하기 위하여 커패시터(1620)에 직렬로 연결된 안전(safety) 퓨즈(1625)를 구비할 수도 있다.

고 저항값의 블리더 저항(1605)는, 각 커패시터(1620)가 전원이 공급된 회로에 연결되지 않은 때, 각 커패시터(1620)를 방전시키기 위해 각 커패시터에 병렬로 연결된다. 충전된 커패시터들은 인간에게 위험하다. 상기 데이터 포트(1630)를 상기 중전압 선로로부터 더욱 분리하기 위해서, 필요하다면 임피던스 변환을 위한 선택적 불균일 권선비(optional non-unity ratios)와 함께 고주파수 분리(isolation) 변압기(1615)가 이용된다.

데이터 포트(1630)에 연결된 장비들을 보호하기 위해, 금속 산화물 바리스터(MOV)와 같은 서지 방지기(surge protector)(1632)는 중전압 선로들로부터 장치들로 커플링 될 수 있는 펄스들의 진폭을 제한하도록 데이터 포트(1630)의 단자들을 가로질러 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 커패시터가 설치된 네트워크에서, 용량성 커플러(1600)의 한 단자는 중전압 위상 선로에 연결되고, 다른 단자는 중성 선로(단상 선로를 위한) 또는 제2 위상 선로(다중 위상 선로용)에 연결된다.

전송 선로의 끝단을 종단시키기 위해 이용되는 때, 용량성 커플러(1600)는 데이터 포트(1630)에 연결된 종단 저항(1635)과 함께 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스를 매칭시키기 위해 이용될 수 있다.

도 16b는 전력 전송 케이블의 끝단에 모뎀(1636)을 커플링시키기 위한 용량성 커플러(1600)의 사용예를 나타낸 것이다. 모뎀(1636)은 데이터 포트(1630)에 연결된다.

도 16c는 그리드 분할(segmentation) 스위치를 거치는 데이터 신호의 연속성을 유지하는 용량성 커플러들의 배치를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 16c는 스위치(1602)의 제1 면의 제1 세그먼트(1601); 및 스위치(1602)의 제2 면의 제2 세그먼트(1603)와 함께 배치된 위상 컨덕터를 구비한 전력 배전 시스템을 나타낸 것이다. 제1 용량성 커플러(1650)는 제1 세그먼트(1601)를 거쳐 데이터 신호를 커플링하며 상기 데이터 신호의 이후의 커플링을 위한 데이터 포트(1635)를 구비한다. 제2 용 량성 커플러(1660)는 제1 용량성 커플러(1650)의 데이터 포트(1635)에 연결된 데이터 포트(1665)를 구비하며, 제2 세그먼트(1603)를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링한다. 따라서, 제1 세그먼트(1601) 및 제2 세그먼트(1603) 사이의 상기 데이터 신호의 전송은 스위치(1602)가 열린 상태일때 유지된다.

본 발명은 물리적 범위를 확장하고 신뢰성을 개선하기 위하여 다양한 네트워크 프로토콜들을 채용한다. 유도성 커플러들을 통과하고 임피던스 비매칭, 티(tee) 접합점 및 방사 손실을 겪은 후, 상기 모뎀의 수신기에 가용한 상기 신호의 진폭은 매우 약해질 수 있다. 이러한 약함이 모뎀의 내부 노이즈 또는 상기 중전압 선로 주위의 전기적 노이즈에 관계가 있는지는 상기 신호가 검출될 수 없고 받아들일만한 낮은 에러율의 데이터로 복조될 수 없는 물리적 지점 이상일 것이다.

고임피던스 쵸크들 역시 상기 중전압 그리드를 독립적인 세그먼트들로 분리시키는데 사용될 수 있다면, 양방향 모뎀들은 상기 신호를 재발생시키고 강하게 하도록 추가될 수 있다.

상기 데이터 통신 네트워크는 노드로부터 노드로의 데이터 토큰들의 통과(passing)를 포함하는 통신 프로토콜들을 채용할 수 있다. 각 노드에서, 시그널링이나 제어를 공급하거나 페이로드와 같은 데이터 패킷을 포함하는 상기 토큰은 저장되고, 해석되며, 상기 모뎀의 로컬 데이터 사용자 또는 상기 네트워크의 다음 노드의 다른 사용자에게 라우팅된다. 토큰을 저장, 해석 및 재전송하는데 요구되는 시간은 각 노드가 항상 온라인이라면 그러한 네트워크의 유효한 순(net) 데이터 비율을 상당히 감소시킬 것이다.

본 발명에 따라, 특정 노드만이 매 순간 활성화 되도록 프로그램되어 있는데, 상기 특정 노드는 상기 토큰이 어드레스 지정된 노드 및 네트워크의 모든 지점에 대해서 최소 신호 진폭을 유지할 것이 요구되는 네트워크를 따라 배치된 노드들의 최소 고정(fixed) 서브세트(subset)이다. 이러한 노드들의 서브세트가 활성화되어 있을 때, 증가된 물리적 범위와 개선된 에러율의 회답으로 시간 지연과 감소된 순 데이터 비율의 유리한 교환이 있을 것이다.

영원히 활성화될 노드 구성원의 아이덴티티의 결정은 상기 중전압 네트워크의 모든 노드들 사이의 감쇄의 수동 측정에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 모뎀들은 전압 진폭과/또는 신호대 잡음비를 측정하는 회로들을 구비하고 있으며, 네트워크 미디어 접속 제어 레이어에 의해 문의된다. 상기 노드들은 자신들에 어드레스 지정되지 않은 토큰들 또는 패킷들을 위해서도 자신들을 영구적으로 활성화된 중계 모드에 있도록 하는 명령을 받아들이도록 프로그램 되어야 한다.

다음에 어떤 노드들이 영구적으로 활성화 되어야 하는지 모든 노드들에 대해 상기 적절한 노드들을 영구적으로 활성화한다는 명령들의 흐름들을 이슈(issue)하는 알고리즘이 구현된다. 상기 알고리즘은 상기 중전압 그리드의 구성이 변경되는 때마다 운용되지만, 이는 비교적 드물게 일어난다.

가깝게 위치한 노드들은, 많은 수의 멀리 위치한 노드들이 더 낮은 데이터 비율에서 여전히 신뢰성있고 낮은 에러율의 서비스를 받는 반면에, 최대 네트워크율과 같은 데이터 비율을 경험할 것이다. 원칙적으로, 상기 기술된 배치는 중전압 통신에서 모든 거리에 대한 제한을 제거하는 것으로 주장된다.

상기 선택된 컨덕터 및 이웃 장치들에 의해 형성된 상기 전송 선로는 본래 넓은 대역폭, 저손실, 낮은 분산 매질이다. 가공 선로에 있어서, 손실은 표피 효과 및 방사에 의하며, 상기 선로들은 대부분의 주파수에서 공진이 일어나지 않기 때문에 후자는 비교적 효과가 없다. 플라스틱의 외부층과 반도체성 물질의 내부층으로 구성된 지하 선로에 있어서, 손실은 표피 효과 및 절연 손실에 의한다.

본 발명은 특히 확산 스펙트럼 기술과 이용되는 경우에, 낮은 전자 방사와 외부 노이즈에 대한 낮은 취약성을 제공한다. 전력 레벨 역시 낮은 케이블 대 커플러 손실로 인하여 낮게 유지될 수 있다. 외부 노이즈 원(source)에 대한 취약성은 외부 노이즈 수신에 대한 가장 크게 저항적인 최저 전자파 방해를 갖는 모드에서 상호주의 원칙에 기반한 방사에 비례한다.

도 2a의 단일 종단 모드(single-ended mode)에 있어서, 상기 선택된 컨덕터의 두 이웃 장치들은 전기 방사 모드 및 자기 방사 모드 모두에서의 중심 컨덕터에 대해 반 위상적으로 동작한다. 원격지의 관찰자는 계(field)의 실질적인 상쇄를 관찰하게 된다.

평형 모드에서는 원방 상쇄 및 상기 접지된 이웃장치들의 차폐 효과가 존재한다. 도 2b에서 도시하고 있는 변압기 종단에서, 상기 커플링 손실은 최저이며, 구동 전력 레벨은 최저 전자파 방해 레벨을 제공하면서, 비교적 낮게 유지될 수 있다. 쵸크 종단에 있어서, 구동 전력 레벨은 다소 높다.

상기 모뎀들이 중계기(repeater)로서 동작하면, 구동 전력 레벨은 단일 세그먼트에 요구되는 최소로 유지되며, 더욱 방사를 줄이게 된다.

본 발명에 따른 데이터 통신 네트워크는 매우 높은 데이터 비율(예를 들어, 10Mbps를 초과하는)의 커패시티를 제공한다. 상기 커플러들은, 고주파수 자성물질 또는 유전체 물질이 이용되는 경우, 적어도 수십 메가 헤르쯔에 달하는 대역폭을 갖는 모든 자성 및 정전 장치들이다. 너무 심한 손실을 갖지 않고 최소의 분산을 갖는 전송 선로들은 20MHz를 초과하는 주파수들을 통과시킬 수 있다. 그러한 주파수들은 다양한 변조 설계들을 이용하는 모뎀들에 이용될 수 있으며, 헤르쯔당 1비트에서 조차 높은 데이터 비율을 산출한다.

기본대역 시그널링은 상기 데이터 코딩이 모든 1 및 0의 긴 문자열을 제거하는 경우 채용될 수 있다. 재생성(중계기)을 포함하는 세그먼트간 연결로 인한 대역폭은 세그먼트들의 수동 연결로 얻을 수 있는 대역폭보다 매우 크다.

본 발명에 따른 커플러들은 고객으로의 전력 서비스에 대한 방해 없이 또는 매우 작은 방해와 함께 설치된다. 설치는 고압에 노출 없이 이루어질 수 있다. 장갑을 착용한 선로 작업자(gloved linemen)를 채용하면서, 당국에서는 상기 케이블이 서비스 중인 동안, 케이블 주위에 유도성 커플러를 배치하는 것을 허용할 수 있다. 전원이 공급되는 케이블에 작업자가 작업하지 않도록 상기 당국에 의해 주장된다 하더라도, 상기 이웃 중전압 그리드의 폐회로 구성은 고객들에 대한 서비스의 중단 없이 단일 케이블 세그먼트의 연결 해제를 허용한다. 비교적 적은 수의 용량성 커플러들에 있어서, 짧은 전력 공급 정지가 필요할 수 있다.

본 발명은 심지어 전력 공급 정지동안 데이터 통신 네트워크의 계속된 동작을 허용한다. 동작은 중전압 전력에의 장애가 있는 동안에도 계속된다.

본 발명은 전기적 그리드의 신뢰성에 아주 적은 영향을 미치거나 거의 영향을 미치지 않는다. 유도성 커플러들은 전력 흐름에 영향을 미치는 고장 모드를 갖지 않는다. 상기 소수의 커플러들 또한, 퓨즈들과 함께, 선로 고장을 초래하지 않는다.

도 2a 및 2b에 있어서, 두꺼운 와이어로 상기 커플러를 감는 것은 과전류에 의한 고장을 방지하며, 상기 선택된 중성선과 상기 커플러간의 산업 표준 연결을 이용하는 것은 연결 실패를 최소화 시켜야 한다. 회로 개방이 발생하면, 전류 취급 용량의 (N-1)/N 또는 해당 용량의 87.5%를 그대로 남겨둔다. 상기 케이블은 주로 200A 용량 보다 매우 낮은 범위에서 동작하기 때문에 그러한 실패는 아무런 영향이 없어야 한다.

상기 커플러의 단락 회로는 데이터 통신에 영향을 미치나, 중성 컨덕터를 원 상태로 재저장할 뿐이다. 따라서, 상기 전력 그리드는 역으로 영향을 받지 않는다.

중성선이 그라운드 로드(rod)에 근사적으로 연결되어 있기에, 중성선 또는 상기 커플러의 어떤 다른 부분의 그라운드에 대한 단락회로는 상기 중전압 선로에 대한 영향이 없다. 자기 회로의 실패, 개방, 단락 또는 포화는 전력의 공급 또는 시스템 안전에 어떠한 영향도 없다.

상기 커플러들은 오직 가상적으로 제한없는 서비스 수명을 갖는 수동 소자들만 이용한다. 상기 유도성 커플러는 적절한 변압기 또는 인덕터 일 수 있다.

상기 수동 구현예에서, 상기 유도성 커플러들은 오직 수동 소자들(예를 들어, 자기 코어를 감은 와이어)만 이용하고, 마모 매커니즘을 갖지 않는다. 용량성 커플러 역시 마모 매커니즘을 갖지 않는다.

상기 수동 구성 및 상기 유도성 커플러의 설치의 용이함은 중전압 전력 배전 선로에 커플링하는 문제 및 백홀 데이터 채널로 이용하는 문제에 대한 저비용의 해결책을 제공한다. 설치 시간은 주된 유도성 커플러의 경우 15분 이내이어야 하며, 비용 또한 최소이어야 한다.

데이터 취급에 중전압 컨덕터들을 채용한 용량성 바이패스 커플러들과 비교하여, 중성선을 이용하는 구현예에는 명백한 장점이 있다. 후자는 각 변압기에서 적어도 한 번 중전압 선로와 접촉하며, 전체 고장 전압을 견뎌야 한다. 예를 들어, 15KV(실효치)의 위상 대 그라운드 케이블은 125KV BIL로 테스트되어야 한다. 이는 용량성 커플러를 매우 큰 부피를 갖도록 하고 비싸게 하며, 많은 고장의 잠재성을 시스템에 더한다.

다양한 대안 및 변경예는 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 본 발명은 모든 그러한 대안들, 변경예 및 부가된 청구항의 범위 이내에 포함되는 다양함을 포함하기 위한 것이다.

Claims (74)

1. 제1 중성 컨덕터 및 제2 중성 컨덕터를 구비하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치에 있어서,

   상기 제1 및 제2 중성 컨덕터에 관한 배치를 위한 자기 코어; 및

   상기 자기 코어의 일부를 감싸는 권선을 포함하고,

   상기 데이터 신호는, 상기 제1 중성 컨덕터 및 데이터 포트사이, 상기 제2 중성 컨덕터 및 상기 데이터 포트사이에서, 상기 자기 코어 및 상기 권선을 거쳐 유도성 결합되고,

   상기 데이터 신호는, 상기 제1 및 제2 중성 컨덕터를 통해 별도로 흐르는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,

   상기 자기 코어는 제1 방향의 상기 제1 중성 컨덕터 내의 제1 전류를 유도하고, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향의 상기 제2 중성 컨덕터 내의 제2 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호의 통신 장치.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 자기 코어는 숫자 "8"의 교차점에서의 접촉 없이 상기 숫자 "8"의 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 자기 코어는 상기 제1 중성 컨덕터에 인접한 제1 영역 및 상기 제2 중성 컨덕터에 인접한 제2 영역을 포함하며,

   상기 제1 영역은 상기 숫자 "8" 모양의 제1 폐회로를 포함하며,

   상기 제1 중성 컨덕터는 상기 제1 폐회로를 통해 배치되며,

   상기 제2 영역은 상기 숫자 "8" 모양의 제2 폐회로를 포함하며,

   상기 제2 중성 컨덕터는 상기 제2 폐회로를 통해 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
9. 제7 항에 있어서,

   상기 자기 코어는 상기 제1 중성 컨덕터에 인접한 제1 영역 및 상기 제2 중성 컨덕터에 인접한 제2 영역을 포함하며,

   상기 제1 영역은 상기 숫자 "8"의 제1 폐회로 내에 제1 갭(gap)을 포함하며,

   상기 제1 중성 컨덕터는 상기 제1 갭을 통해 배치되며,

   상기 제2 영역은 상기 숫자 "8"의 제2 폐회로 내에 제2 갭을 포함하며,

   상기 제2 중성 컨덕터는 상기 제2 갭을 통해 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호의 통신 장치.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 제1 중성 컨덕터 및 상기 제2 중성 컨덕터는 상기 전력 전송 케이블내에서 서로 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 제1 중성 컨덕터는 상기 자기 코어를 통해 제1 방향으로 배치되고, 접지된 센터 탭(tap)에 연결되며,

    상기 제2 중성 컨덕터는 상기 자기 코어를 통해 제2 방향으로 배치되고, 상기 접지된 센터 탭에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
12. 제1 항에 있어서,

    상기 전력 전송 케이블은, 상기 다수 중성 컨덕터들의 제2 서브세트의 각각과 상기 다수 중성 컨덕터들의 제1 서브세트의 각각들이 교대로 배치된 채로, 실질적으로 서로 평행인 다수의 중성선을 갖고,

    상기 제1 중성 컨덕터는 상기 다수의 중성 컨덕터들의 제1 서브세트를 포함하고,

    상기 제2 중성 컨덕터는 상기 다수의 중성 컨덕터들의 제2 서브세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
13. 제1 항에 있어서,

    상기 전력 전송 케이블의 한 부분의 주위에 배치된 자기 토로이드(toroid)를 더 포함하고,

    상기 제1 중성 컨덕터 및 상기 제2 중성 컨덕터는 상기 자기 토로이드의 공통 터미네이팅 멤버 다운스트림(terminating member downstream) 에 연결되고,

    상기 자기 코어는 상기 자기 토로이드의 상기 제1 및 제2 중성 컨덕터 업스트림(upstream)에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
14. 삭제
15. 제1 항에 있어서,

    상기 자기 코어는,

    상기 제1 중성 컨덕터에 인접하여 수직으로 위치한 제1 레그(leg);

    상기 제2 중성 컨덕터에 인접하여 수직으로 위치한 제2 레그: 및

    상기 제1 레그 및 상기 제2 레그 사이에 위치하며, 그 주위를 감고있는 상기 권선을 구비한 제3 레그를 포함하는 개방형 자기 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
16. 제1 항에 있어서,

    상기 자기 코어는 상기 제1 중성 컨덕터가 통과하는 갭(gap)을 구비한 제1 자기 토로이드 코어 및 상기 제2 중성 컨덕터가 통과하는 갭을 구비한 제2 자기 토로이드 코어를 포함하며,

    상기 권선은 상기 제1 자기 토로이드 코어의 일부와 상기 제2 자기 토로이드 코어의 일부 주위에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 제1 항에 있어서,

    상기 데이터 포트에 결합된 제1 포트를 구비하고, 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제2 포트를 구비한 제1 모뎀; 및

    상기 제1 모뎀의 상기 제2 포트에 결합된 제1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제2 포트를 구비한 제2 모뎀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
26. 제 25항에 있어서,

    상기 제1 모뎀 및 상기 제2 모뎀은 연속적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
27. 제25 항에 있어서,

    상기 제1 모뎀과 상기 제2 모뎀의 사이에 위치한 데이터 라우터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블을 통한 데이터 신호 통신 장치.
28. 변압기의 1차측의 위상을 위한 제1 컨덕터 및 상기 변압기의 2차측 위상을 위한 제2 컨덕터를 구비한 전력 전송 케이블을 포함하는 전력 배전 시스템에서 구현된 데이터 통신 네트워크에 있어서,

    상기 제1 컨덕터를 거쳐 데이터 신호를 유도성 커플링하는 제1 커플러; 및

    상기 제2 컨덕터를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 커플러를 포함하며,

    상기 데이터 신호는 상기 제1 컨덕터 및 상기 제2 컨덕터 사이에서 상기 제1 커플러 및 상기 제2 커플러를 거쳐 커플링되어, 상기 변압기를 우회(bypass)하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
29. 제28 항에 있어서,

    상기 제2 커플러 및 상기 제2 컨덕터 사이에서 상기 데이터 신호를 커플링하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
30. 제28 항에 있어서,

    상기 제1 컨덕터는 상기 전력 배전 시스템의 중전압 그리드의 일부인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
31. 제28 항에 있어서,

    상기 전력 전송 케이블의 끝단 가까이에, 상기 제1 컨덕터 및 그라운드 사이에 연결되고, 상기 데이터 신호의 반사를 흡수하는 용량성 커플러를 더 포함하고,

    상기 전력 전송 케이블의 상기 끝단은 상기 전력 배전 시스템의 고압-중전압 변압기의 중전압 출력 단자인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
32. 제28 항에 있어서,

    상기 전력 전송 케이블의 끝단 가까이에, 상기 제1 컨덕터 및 그라운드 사이에 연결되고, 상기 데이터 신호의 반사를 흡수하는 용량성 커플러; 및

    상기 용량성 커플러 및 상기 그라운드 사이에 위치하고, 상기 제1 컨덕터 및 데이터 포트 사이에서 상기 데이터 신호를 커플링하는 노드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
33. 삭제
34. 제28 항에 있어서,

    상기 제1 커플러는: 상기 제1 컨덕터가 통과하는 자기 코어; 및 상기 자기 코어의 일부를 감싸는 권선을 포함하고,

    상기 데이터 신호는 상기 자기 코어 및 상기 권선을 통하여 상기 제1 컨덕터를 거쳐 유도성 커플링되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
35. 제34 항에 있어서,

    상기 자기 코어는 공극을 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
36. 제34 항에 있어서,

    상기 권선과 직렬인 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
37. 제34 항에 있어서,

    상기 권선과 병렬로 연결되는 서지 방지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
38. 제28 항에 있어서,

    상기 전력 전송 케이블의 끝단에 인접하여, 상기 제1 컨덕터 및 그라운드 사이에 연결되며, 상기 데이터 신호의 반사를 흡수하는 용량성 커플러를 더 포함하며,

    상기 용량성 커플러는: 커패시터; 고 주파수 아이솔레이션(isolation) 변압기; 퓨즈; 블리더 저항; 및 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스와 근사적으로 같은 저항값을 갖는 종단 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 제28 항에 있어서,

    상기 제1 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제2 포트를 구비한 제1 모뎀; 및

    상기 제1 모뎀의 상기 제2 포트에 결합하는 제1 포트 및 상기 제2 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 포트를 구비한 제2 모뎀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
43. 삭제
44. 삭제
45. 제28 항에 있어서,

    상기 제1 커플러는 무선 주파수 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
46. 삭제
47. 제28 항에 있어서,

    상기 변압기는 강압 변압기를 포함하고,

    상기 데이터 통신 네트워크는,

    상기 제2 컨덕터 및 그라운드 사이에 연결되는 용량성 커플러; 및

    상기 용량성 커플러를 통해 반사될 때, 상기 전력 전송 케이블의 특성 임피던스와 근사적으로 같은 임피던스를 갖는 구성요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
48. 제47 항에 있어서,

    상기 구성요소는 모뎀인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
49. 제28 항에 있어서,

    상기 전력 배전 시스템은 가공 케이블과 지하 케이블간의 변환점(transition)을 포함하고,

    상기 지하 케이블은 상기 가공 케이블의 특성 임피던스 보다 낮은 특성 임피던스를 가지며,

    상기 제1 커플러는 상기 가공 케이블에, 상기 변환점에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
50. 삭제
51. 삭제
52. 제28 항에 있어서,

    상기 전력 배전 시스템은 상기 제1 컨덕터와 그라운드 사이에 커패시터를 포함하고,

    상기 커패시터는 상기 전력 전송 케이블의 임피던스보다 작은 임피던스를 갖고,

    상기 데이터 통신 네트워크는 상기 커패시터와 직렬인 쵸크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
53. 제52 항에 있어서,

    상기 커패시터는 역률(power factor) 수정 커패시터 및 전력 선로 통신(PLC, power line communications) 커패시터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
54. 제52 항에 있어서,

    상기 쵸크는 상기 커패시터를 상기 제1 컨덕터에 연결하는 와이어의 길이 주변으로 위치하는 자기 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
55. 삭제
56. 스위치의 제1 측의 제1 세그먼트 및 상기 스위치의 제2 측의 제2 세그먼트와 함께 배치된 위상 컨덕터를 구비한 전력 배전 시스템에 걸쳐 구현된 데이터 통신 네트워크에 있어서,

    상기 제1 세그먼트를 거쳐 데이터 신호를 커플링하고, 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 데이터 포트를 갖는 제1 용량성 커플러; 및

    상기 제1 용량성 커플러의 상기 데이터 포트에 결합된 데이터 포트를 구비하 고, 상기 제2 세그먼트를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 용량성 커플러를 포함하고,

    상기 제1 세그먼트 및 상기 제2 세그먼트간의 상기 데이터 신호의 전송이 상기 스위치가 개방된 상태에서 유지되는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
57. 전력 전송 케이블의 제1 지점에서, 선택된 중성선으로 신호를 인가하는 단계;

    상기 제1 지점으로부터 떨어진 상기 전력 전송 케이블의 제2 지점에서 다수 중성선 각각의 상기 신호의 관련 크기를 감지하는 단계; 및

    상기 관련 크기들로부터 상기 선택된 중성선을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블의 다수의 중성선 중의 하나를 인식하는 방법.
58. 제57 항에 있어서,

    상기 인식 단계는 상기 선택된 중성선을 가장 큰 관련 크기를 갖는 상기 다수 중성선 중의 하나로 인식하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블의 다수의 중성선 중의 하나를 인식하는 방법.
59. 제57 항에 있어서,

    상기 인가 단계는 상기 신호를 상기 선택된 중성선으로 유도성 커플링하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블의 다수의 중성선 중의 하나를 인식하는 방법.
60. 제57 항에 있어서,

    상기 감지 단계는 상기 선택된 중성선으로부터 상기 신호를 유도성 커플링하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블의 다수의 중성선 중의 하나를 인식하는 방법.
61. 전력 전송 케이블의 선택된 중성선으로부터 신호를 감지하는 수신기; 및

    상기 신호의 크기의 지시기를 포함하고,

    상기 신호는 상기 전력 전송 케이블상의 제1 지점에서 상기 선택된 중성선에 인가되며, 상기 수신기는 상기 제1 지점으로부터 떨어진 상기 전력 전송 케이블상의 제2 지점에서 상기 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블의 다수 중성선 중의 하나를 인식하는 시스템.
62. 제61 항에 있어서,

    상기 선택된 중성선이 배치되는 방사상 슬롯을 구비한 페라이트 토로이드; 및

    상기 페라이트 토로이드의 일부를 감고, 상기 수신기의 입력에 연결된 권선을 더 포함하며,

    상기 신호는 상기 페라이트 토로이드를 거쳐 상기 선택된 중성선으로부터 유도성 커플링된 것을 특징으로 하는 시스템.
63. 제61 항에 있어서,

    상기 신호가 상기 제1 지점에서 상기 선택된 중성선으로 인가되는 유도성 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
64. 제28 항에 있어서,

    상기 제1 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제2 포트를 구비한 제1 모뎀;

    상기 제1 모뎀의 상기 제2 포트를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위하여 제2 포트를 구비한 라우터; 및

    상기 라우터의 상기 제2 포트로 연결된 제1 포트 및 상기 제2 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 포트를 구비한 제2 모뎀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
65. 삭제
66. 변압기의 1차측 위상을 위한 제1 컨덕터 및 상기 변압기의 2차측 위상을 위한 제2 컨덕터를 구비한 전력 전송 케이블을 갖는 전력 배전 시스템에 걸쳐 데이터 신호를 통신하는 방법에 있어서,

    상기 제1 컨덕터를 거쳐 상기 데이터 신호를 유도성 커플링하는 제1 커플러를 준비하는 단계; 및

    상기 제2 컨덕터를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제2 커플러를 준비하는 단계를 포함하며,

    상기 데이터 신호는 상기 제1 커플러 및 상기 제2 커플러를 거치고 상기 제1 컨덕터 및 상기 제2 컨덕터 사이에 커플링되어서, 상기 변압기를 우회하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호 통신 방법.
67. 데이터 신호를 위한 커플러에 있어서,

    전력 배전 시스템의 위상 컨덕터가 통과될 수 있는 자기 코어; 및

    상기 자기 코어의 일부 주위에 감겨진 권선을 포함하며,

    상기 데이터 신호는 상기 자기 코어를 거쳐 상기 위상 컨덕터와 상기 권선 사이에서 유도성 커플링되는 것을 특징으로 하는 데이터 신호를 위한 커플러.
68. 제 67 항에 있어서,

    상기 자기 코어는 공극(air gap)을 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호를 위한 커플러.
69. 제 67 항에 있어서,

    상기 권선과 직렬인 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신로를 위한 커플러.
70. 제 67 항에 있어서,

    상기 권선과 병렬로 연결되는 서지 방지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호를 위한 커플러.
71. 제 67 항에 있어서,

    상기 커플러는 무선 주파수(Radio Frequency) 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 신호를 위한 커플러.
72. 위상 컨덕터를 구비한 전력 전송 케이블을 포함하는 전력 배전 시스템에서 구현된 데이터 통신 네트워크에 있어서,

    상기 위상 컨덕터가 통과될 수 있는 자기 코어와 상기 자기 코어의 일부 주위에 감겨진 권선을 구비하고, 상기 데이터 신호가 상기 자기 코어를 거쳐 상기 위상 컨덕터와 상기 권선 사이에 유도성 커플링되는 제 1 커플러; 및

    상기 위상 컨덕터를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제 2 커플러를 포함하며,

    상기 데이터 신호는 상기 위상 컨덕터를 거쳐 상기 제 1 커플러와 상기 제 2 커플러 사이를 통신하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
73. 제 72 항에 있어서,

    상기 위상 컨덕터는 상기 전력 배전 시스템의 중전압 그리드의 일부인 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.
74. 제 72 항에 있어서,

    상기 제 1 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제 1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제 2 포트를 구비한 제 1 모뎀;

    상기 제 1 모뎀의 상기 제 2 포트를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제1 포트 및 상기 데이터 신호의 더 이상의 커플링을 위한 제 2 포트를 구비한 라우터; 및

    상기 라우터의 상기 제 2 포트에 연결되는 제 1 포트 및 상기 제 2 커플러를 거쳐 상기 데이터 신호를 커플링하는 제 2 포트를 구비한 제 2 모뎀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통신 네트워크.

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