KR100953171B1 - 비접촉식 커플러 및 그를 포함하는 전력선 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉식 커플러 및 그를 포함하는 전력선 통신 시스템에 관한 것으로 전신주에 설치된 조가선 및 중성선을 이용한 전력선 통신 시스템의 통신신호를 전력선으로 커플링 해주는 비접촉식 커플러 내부의 자기 코어를 2개 이상으로 분할하고, 상기 분할된 자기 코어를 출력선으로 동일한 방향 및 방법으로 1회 이상 권선하여 전력선과 커플러의 출력선 간의 전기기계 결합을 증진시킨다. 또한, 비접촉식 커플러 자체에 조가선 또는 중성선의 일부를 포함하도록 하우징함으로써, 단락된 조가선이나 중성선 사이에 스리브를 통해 비접촉식 커플러를 설치하고, 상기 비접촉식 커플러 뒤 단에 어싱 코일을 설치함에 따라 접지를 통한 통신신호의 손실을 방지한다.

자기 코어, 비접촉식 커플러, 조가선, 중성선, 전력선 통신

Description

비접촉식 커플러 및 그를 포함하는 전력선 통신 시스템{Inductive Coupler and Power Line Communication System with that}

본 발명은 조가선(Clamping cable)과 중성선(Neutral conduct)을 통신 매체로 이용하여 이루어지는 전력선 통신에서 전력선에 흐르는 통신신호를 모뎀으로 커플링 하거나, 전력선 모뎀의 통신신호를 전력선으로 커플링 해주는 비접촉식 커플러 및 그를 포함하는 전력선 통신 시스템에 관한 것이다.

현재 전력선 통신에 이용되는 커플러는 220V ~ 154kV까지의 전력선에 채결되어 이용되며, 적용되는 전력선에 유입되는 전류량에 따라 자기 코어의 형상을 설계하여 사용한다.

일반적으로 전력선 통신에 사용되는 전류량이 증가할수록 커플러의 부피가 증가하고, 이에 따른 제조단가 증가와 설치 작업의 취급성이 떨어지게 되는데, 이를 극복하고 커플러 내부의 자기코어를 절단하여 사용하는 경우가 발생한다.

하지만, 절단된 자기코어를 사용할 경우에는 절단면에는 에어-갭이 형성되 며, 눈, 비 등에 의한 수분이 자기 코어로 유입되어 커플러의 부식을 유발하여 커플러의 수명이 단축되고, 통신 특성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

실제로 자기 코어의 절단면에서 부식으로 인한 산화 층이 형성될 경우, 자기 회로의 폐 회로(Closed circuit)가 형성되지 못하고 개 회로(Open circuit)가 형성되기 때문에 절단면에서 자속의 누설이 증가하여 통신신호의 커플링 효율이 감소한다.

특히, 비접촉식 커플러를 이용한 전력선 통신 시스템은 조가선과 같이 구간별로 단락되어 있는 환경에서는 통신시스템을 각각 별도로 설치하여 운용하거나, 단락된 부분에서의 통신신호를 서로 송수신할 수 있도록 시스템을 구축해야 하기 때문에 제조단가 및 설치 비용이 상승하는 문제가 발생하며, 통신구간 사이에 접지가 있을 경우, 이 접지에 의한 통신신호 손실에 의해 통신 특성이 저하되며, 통신 거리가 감소 및 통신신호 유출의 문제가 발생한다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 자기 코어를 두께 방향으로 2개 이상으로 분할하고, 신호선을 분할된 자기 코어 각각에 1회 이상의 권선이 연속적으로 이루어지도록 구성하여 전력선과 자기 코어, 그리고 출력 신호선 간의 전기 결합 계수를 증가시키는 비접촉식 커플러를 제공하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 단락된 부분이 존재하는 중성선 또는 조가선의 일부를 포함하며 커플러와 함께 하우징함으로써, 단락된 부분이 완전히 전기적으로 결합할 수 있도록 하며, 하우징 내부에 어싱 코일을 설치하여 중간 접지에 따른 통신신호의 손실을 방지하는 전력선 통신 시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비접촉식 커플러 및 그를 포함하는 전력선 통신 시스템에 있어서, 비접촉식 커플러 내부의 자기 코어를 높이 방향으로 2개 이상 분할하고, 신호선을 상기 분할된 자기 코어에 1회 이상 권선하며, 상기 자기 코어에 방수처리를 하여 통신신호의 커플링 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 비접촉식 커플러에 관한 것으로 2개 이상으로 분할된 자기 코어를 포함하며, 상기 자기 코어의 각각에 동일한 방법 및 방향으로 1회 이상 권선되어 상기 분할된 각각의 자기 코어의 전기적 연결을 형성하는 신호선을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 비접촉식 커플러는 상기 분할된 자기 코어를 감싸며 형성되는 오링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 분할된 자기 코어는 절단면에 방수 테이프 및 방수용 페인트를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 조가선 및 중성선을 이용한 전력선 통신 시스템에 관한 것으로, 2개 이상으로 분할된 자기 코어를 포함하며, 상기 자기 코어의 각각에 동일한 방법 및 방향으로 1회 이상 권선되어 상기 분할된 각각의 자기 코어의 전기적 연결을 형성하는 신호선을 포함하는 비접촉식 커플러를 포함하며, 상기 비접촉식 커플러의 내 경을 관통하는 상기 조가선 또는 중성선을 포함하는 하우징을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 조가선 또는 중성선이 단락된 경우, 스리브를 사용하여 상기 하우징의 양단에 상기 조가선 또는 중성선을 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단락된 중성선이 설치된 하우징은 어싱 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 어싱 코일은 상기 비접촉식 커플러와 일체형으로 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 비접촉식 커플러 내부의 자기 코어를 분할하고, 상기 분할된 자기 코어에 각각 별도의 출력 신호선을 권선 함에 따라 전기기계결합계수가 증가되어 커플러의 삽입손실을 감소시켜 통신특성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 비접촉식 커플러의 절단면에 오링을 삽입하거나, 분할된 자기 코어의 표면에 방수 테이프 접촉 및 방수 페인트 도포에 의해 수분에 의한 부식을 방지함으로써, 비접촉식 커플러의 특성 저하를 방지하고 수명을 연장하는 효과가 있다.

그리고, 전신주를 중심으로 단락된 구간이 있는 조가선 및 중성선에 분할된 자기코어를 포함하는 하우징을 설치함에 따라 모든 선로에 통합적으로 전력선 통신 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 비접촉식 커플러와 어싱 코일을 일체형으로 하여 하우징을 구성함에 따라 설치비용 및 제조단가를 감소시키는 효과가 있다.

본 발명은 전신주에 설치된 조가선 및 중성선을 이용한 전력선 통신 시스템에 이용되는 비접촉식 커플러에 관한 것이다.

상기 조가선(Clamping cable)은 전신주를 지나는 통신선을 보호하거나 지지하는 목적으로 설치된 철선을 의미하며, 전원이 전혀 인가되지 않고 단순한 지지 및 보호의 역할을 수행하기 때문에 자기 코어의 자기 포화에 의한 신호전달특성의 저하를 우려하지 않아도 된다는 장점이 있다.

또한, 상기 중성선(N상 : Neutral conductor)은 단상 3선 식의 경우나 3상 교류 계통에서 변압기를 Y결선 하는 경우에 그 중성점에 접속되는 인출선을 의미하며, 중성선에 전류가 유입될 수는 있지만, 기본적으로 전류의 흐름이 없도록 설계되며, 위상의 평형이 흐트러진다고 하더라도 상 전류의 20% 미만으로만 흐르도록 설계된다.

한편, 상기 비접촉식 커플러는 전력선을 감싸는 자기 코어의 자기유도 원리를 이용한 것으로서, 전력선의 외부에 클램핑되기 위해서는 자기 코어를 절단하여 사용할 수 있다. 상기 자기 코어의 절단에 의해 미세한 에어-갭이 발생한다는 의미이며, 미세한 에어-갭의 발생은 포화전류의 크기가 증가하게 되며, 증가 된 포화전류의 크기는 중성선에 흐를 수 있는 전류의 최대 크기보다 크기 때문에 조가선과 마찬가지로 자기 코어의 자기포화에 의한 신호전달특성의 저하를 우려하지 않아도 된다.

즉, 조가선 및 중성선에 적용되는 전력선 통신용 비접촉식 커플러는 설계 과정에서 가장 큰 문제점인 전류 포화현상에 의한 특성 저하의 문제점을 해결함에 따라 제품의 소형화 및 제조단가의 감소가 가능하며 이에 따른 기술적-경제적 경쟁력을 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1a는 종래의 자기 코어를 신호선을 권선하는 방법을 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 커플러의 분할된 자기 코어를 신호선을 권선하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 1a를 참조하면, 신호선(110)을 이용하여 하나 이상의 자기 코어(120)를 높이 방향으로 한꺼번에 권선 함에 따라 미세한 에어-갭이 발생하고 이에 의해 포화 전류 증가로 신호 전달 특성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

도 1b를 참조하면, 상기 도 1a의 문제점을 극복하기 위하여 신호선(110)을 분할된 자기 코어(120) 각각에 1회 이상 권선하여, 상기 신호선(110)과 전력선(미도시) 사이의 전기기계 결합계수를 증가시킴에 따라 상기 비접촉식 커플러(100)의 삽입 손실을 감소시켜 통신신호의 커플링 효율을 증가시킨다.

상기 신호선(110)의 권선의 방향이 서로 반대방향일 경우에는 유도 자속을 서로 상쇄하여 커플링 효율이 감소되므로, 상기 신호선(110)의 권선 방향은 각 자기 코어(120)에 대하여 동일한 방향으로 권선하여 전기기계 결합계수를 증가시켜 커플링의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 커플러에 방수용 오링이 삽입된 것을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 비접촉식 커플러(100)의 절단면에서 자기 코어(120) 외부로 오목한 홈(210)을 형성하고, 그 홈에 방수기능을 갖는 오링(200)을 삽입할 수 있다.

야외에 설치되는 상기 비접촉식 커플러(100)의 분할된 자기 코어(120)는 눈이나 비등의 수분에 노출되며 이에 상기 자기 코어(120)의 부식으로 인해 부식에 의한 산화 층의 발생하여 자기회로의 폐 회로에서 개 회로로 변환시켜 자기유도 효율이 감소하게 되고 이에 따라, 상기 비접촉식 커플러(100)의 통신신호 커플링 능력감소 및 수명 단축이 야기될 수 있다.

따라서, 이를 방지하고자 본 발명에서는 상기 비접촉식 커플러(100)의 절단면에 형성되는 분할된 자기 코어(120) 외부에 홈(210)을 형성하고, 상기 홈(210) 내에 고무 및 실리콘 등의 방수기능을 갖는 오링(200)을 삽입하여 수분에 의한 자기 코어(200)의 부식을 방지하도록 한다.

상기 오링(200)은 탄성력이 좋으며, 내마모성 및 내후성 등이 우수한 물질을 포함한다.

또한, 도시하지는 않았지만, 상기 자기 코어(120)의 부식을 방지하기 위하여, 상기 자기 코어(120)의 절단면에 방수용 테이프나 방수용 페인팅 층을 추가하여 보완하거나, 이들 방법을 단독으로 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락된 조가선 또는 중성선에 설치되는 비접촉식 커플러를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 단락된 조가선(300) 또는 중성선(310)에 비접촉식 커플러(100)를 설치하여 통신이 이루어지도록 하기 위하여, 상기 비접촉식 커플러(100) 및 상기 조가선(300) 또는 중성선(310)과 연결되는 인출선(330) 일부를 포함하는 하우징을 구성할 수 있다. 그리고, 상기 인출선(330)과 상기 조가선(300) 또는 중성선(310)은 스리브(320)를 통해 연결하여 단락된 선로 및 단락 가능성이 있는 선로에서 통신할 수 있도록 한다.

상기 인출선(330)은 상기 조가선(300) 또는 중성선(310)이 상기 비접촉식 커플러(100)의 내경을 관통하여 수 m내외로 설치되는 것으로서, 전신주 등을 기준으로 상기 단락된 조가선(300) 또는 중성선(310)의 양 끝단과 연결하여 전력선 통신 시스템을 가능하도록 할 수 있다.

이것은, 실제 전원이 흐르지 않는 통신선인 조가선(300)이 지지 및 보호의 역할을 하기 위하여 서로 단락되어 존재하므로, 단락되어 있는 조가선(300)을 이용하더라도 전력선 통신이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 상기 중성선(310)의 경우에도 중성선(310)은 기본적으로 전류가 흐르지 않고, 결선의 불균형에 의한 일부 전류가 흐른다고 하더라도 상기 스리브(320)를 통해 상기 비접촉식 커플러(100)를 상기 중성선(310) 하나의 선에 체결하므로 전기적으로 안정하여 체결할 수 있다.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어싱 코일을 포함하는 하우징을 나타낸 도면이고, 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수에 따른 어싱 코일의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.

도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 접지를 통해 발생하는 통신신호의 손실을 방지하기 위해, 비접촉식 커플러(100)의 뒤 단에 어싱 코일(410)을 설치하거나, 상기 어싱 코일(410)과 상기 비접촉식 커플러(100)를 일체화하여 하나의 부품으로 구성 하여 사용할 수 있다.

상기 접지에 설치되는 어싱 코일(410)은 1.7 MHz 미만에서는 상용 전력 에너지와 낙뢰 에너지가 잘 통과될 수 있도록 100Ω 이하의 낮은 임피던스를 나타내고, 1.7 MHz 이상에서는 전력선 통신신호가 접지를 통해 통과되지 않도록 높은 임피던스 특성을 나타낼 수 있도록 설계할 수 있다. (도 4c참조)

그리고, 상기 어싱 코일(410)과 상기 비접촉식 커플러(100)를 일체화하여 형성 되는 하우징(400)은 22.9 kV 이상의 내전압 특성을 나타내며, 외관에는 전력선 모뎀과 연결할 수 있도록 인터페이스 단자(420)를 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의 미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대처할 수 있다. 또한, 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다.

도 1a는 종래의 자기 코어를 신호선을 권선하는 방법을 나타낸 도면.

도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 커플러의 분할된 자기 코어를 신호선을 권선하는 방법을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 커플러에 방수용 오링이 삽입된 것을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락된 조가선 또는 중성선에 설치되는 비접촉식 커플러를 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 어싱 코일을 포함하는 하우징을 나타낸 도면.

도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수에 따른 어싱 코일의 임피던스 특성을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 비접촉식 커플러 110 : 신호선

120 : 자기 코어 200 : 오링

210 : 홈 300 : 조가선

310 : 중성선 320 : 스리브

330 : 인출선 400 : 하우징

410 : 어싱 코일 420 : 인터페이스 단자

Claims (7)

1. 조가선 및 중성선을 이용한 전력선 통신 시스템에 있어서,

   상기 조가선 또는 중성선이 관통되며, 상기 관통되는 조가선 또는 중성선을 감싸며 이루어지는 비접촉식 커플러를 포함하는 하우징을 포함하되,

   상기 비접촉식 커플러는 2개 이상으로 분할된 자기 코어 및 상기 자기 코어의 각각에 동일한 방법 및 방향으로 1회 이상 권선되어 상기 분할된 각각의 자기 코어의 전기적 연결을 형성하는 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하고,

   상기 조가선 또는 중성선이 단락된 경우, 스리브를 사용하여 상기 하우징의 양단에 상기 조가선 또는 중성선을 설치하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비접촉식 커플러는

   상기 분할된 자기 코어를 감싸는 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 분할된 자기 코어는 절단면에 방수 테이프 및 방수용 페인트를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 단락된 중성선이 설치된 하우징은 어싱 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템.
7. 제 6항에 있어서, 상기 어싱 코일은 상기 비접촉식 커플러와 일체형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템.

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