KR20160053965A

KR20160053965A - 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160053965A
Application number: KR1020167008829A
Authority: KR
Inventors: 지구오 웬; 젱 후앙; 시후아 유안; 수에타오 유; 밍 장
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2016-05-13
Also published as: EP3044556A4; TW201526438A; EP3044556A1; EP3044556B1; JP2016534359A; US20160223406A1; WO2015035568A1; DK3044556T3; US10378965B2; CN105531572A

Abstract

전기 케이블의 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템(100)으로서, 온도 센서 유닛(100a) 및 송수신기 유닛(100b)을 포함하는 시스템(100)이 개시된다. 온도 센서 유닛(100a)은 제1 (반)도전층의 내부에 위치되며, 마이크로제어기(120), 온도 센서(110), 에너지 수확 서브유닛(140) 및 무선 송신기(130)를 포함한다. 온도 센서(110)는 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호(S1)를 검출하고 마이크로제어기(120)에 제1 신호(S1)를 공급하도록 구성된다. 송수신기 유닛(100b)은 제1 (반)도전층의 외부에 위치되고, 에너지 송신기(160) 및 무선 수신기(150)를 포함한다. 에너지 수확 서브유닛(140)은 에너지 송신기(160)로부터 전자기력을 수확하고 마이크로제어기(120)에 전기 전력을 제공하도록 구성된다. 무선 송신기(130)는 마이크로제어기(120)의 제어 하에서 무선 수신기(150)와 결합되어, 제1 신호(S1)로부터 변환된 제2 신호(S2)를 무선 수신기(150)에 송신하도록 구성된다. 에너지 수확 서브유닛(140) 및 무선 송신기(130)는 상이한 작동 주파수를 갖도록 설계된다.

Description

전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING TEMPERATURE OF ELECTRICAL CONDUCTOR}

본 발명은 일반적으로 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이고, 구체적으로는, 적어도 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체, 예를 들면, 고전압 전력 분배 시스템의 전기 전력 케이블의 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

고전압 전력 분배 시스템들은 현대 사회에서 중요한 역할을 한다. 이러한 고전압 전력 분배 시스템의 "건전성(health)"에 대해서는, 안전성 및 보안성이 항상 중요한 인자들이다. 따라서, 고전압 전력 분배 시스템의 "건전성"의 모니터링을 가능하게 하는 기술이 존재해야만 한다.

고전압 전력 분배 시스템에서, 전기 케이블들의 도체들의 온도는, 케이블들에 의해 전달되는 전류들이 증가함에 따라 증가할 것이다. 따라서, 이러한 시스템의 "건전성"은, 예를 들면, 이러한 시스템에서 취약 지점들일 수도 있는 케이블 접속부(splice)들 또는 접합부(junction)들에서, 온라인 전기 도체의 온도를 모니터링하는 것에 의해 평가될 수 있다. 일반적으로, 케이블 접속부들 또는 접합부들을 통해 흐르는 보통의 전류들은 약 섭씨 90도까지의 온도를 생성할 수 있다. 케이블 접속부들 또는 접합부들의 온도들이 섭씨 90도 넘게 증가했다면, 그것은, 이 전력 분배 시스템에서 무언가가 잘못될 수도 있다는 표시일 수 있다. 한편, 기존의 전력 분배 시스템이 최대 전류 용량(maximum current carrying capacity)에 있는지를 아는 것, 추가적인 전력이 기존의 시스템을 이용하여 신뢰성 있게 분배될 수 있는지를 아는 것, 또는 추가적인 인프라 비용(additional infrastructure expenditure)들이 필요한지를 아는 것이 또한 유용하다.

고전압 전력 분배 시스템들에서 온라인 전력 케이블들뿐만 아니라 케이블 접속부들 및 접합부들은 전형적으로 다수의 절연성 및 (반)도전성 층들에 의해 절연되고 보호되며, 일반적으로 지하에 매립되든지 또는 상공에 높게 있게 된다. 따라서, 온라인 전기 도체의 온도를, 예를 들면, 케이블 접속부들 또는 접합부들에서 직접적으로 모니터링하는 것은 쉽지가 않다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이:

"(반)도전성"은, 특별한 구성에 따라, 층이 반도전성이거나 도전성일 수 있다는 것을 나타낸다.

두 물품(article)들 사이의 "열접촉"은, 물품들이 열의 형태로 서로 에너지를 교환할 수 있다는 것을 의미한다.

두 물품들 사이의 "직접 접촉"은 물리적 접촉을 의미한다.

도 1은, 전기 케이블(10)의 두 섹션들이 접속되는 표준 고전압 케이블 접속 어셈블리(cable splice assembly)(30)의 일 타입을 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 케이블(10)은 전기 도체(31), 절연층(33), 및 (반)도전층(35)을 포함한다. 접속된 전기 도체(31)를 커넥터(12)가 동심원적으로 둘러싼다. 예를 들어 금속층인 제1 (반)도전(또는 전극)층(13)은 접속된 전기 도체(31) 및 커넥터(12)를 동심원적으로 둘러싸서, 커넥터(12)와 전기 도체(31) 주위에서 차폐형 패러데이 케이지(shielding Faraday cage)를 형성한다. 절연층(11)(기하학적 응력 제어 요소들(16)을 포함함)이 제1 (반)도전층(13)을 둘러싼다. 상기 구성은, 이 경우에서는 금속 하우징이며 실드(shield) 및 접지 층으로서 기능하는 제2 (반)도전층(14) 내부에 배치된다. 절연층(11) 주위의 영역을 채우도록, 포트들(18) 중 하나를 통해 금속 하우징(14) 안으로 수지(17)를 쏟아 붓는다. 그리고, 수축가능한 슬리브층(15)이 최외층(outermost layer)으로서 기능한다.

따라서, 예를 들어 고전압 전력 분배 시스템의 적어도 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 해결책을 개발할 필요가 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 온도 센서 유닛 및 송수신기 유닛을 포함한다. 온도 센서 유닛은 제1 (반)도전층의 내부에 위치되며, 마이크로제어기, 온도 센서, 에너지 수확 서브유닛(energy harvest sub-unit) 및 무선 송신기를 포함한다. 온도 센서는 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호를 검출하고 마이크로제어기에 제1 신호를 공급하도록 구성된다. 송수신기 유닛은 제1 (반)도전층의 외부에 위치되고, 에너지 송신기 및 무선 수신기를 포함한다. 에너지 수확 서브유닛은 에너지 송신기로부터 전자기력을 수확하고 마이크로제어기에 전기 전력을 제공하도록 구성된다. 무선 송신기는 마이크로제어기의 제어 하에서 무선 수신기와 결합(engage)되어, 제1 신호로부터 변환된 제2 신호를 무선 수신기에 송신하도록 구성된다. 에너지 수확 서브유닛 및 무선 송신기는 상이한 작동 주파수(working frequency)를 갖도록 설계된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하는 방법이 개시되고, 본 방법은:

제1 작동 주파수에서 작동하는 에너지 수확 서브유닛에 의해 전기 전력을 수확하여 그 전기 전력을 제1 마이크로제어기에 제공하는 단계 - 제1 마이크로제어기 및 에너지 수확 서브유닛은 제1 (반)도전층의 내부에 위치됨 -;

제1 (반)도전층의 내부에 위치된 온도 센서 유닛에 의해 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호를 검출하는 단계;

제1 마이크로제어기에 의해 제1 신호를 무선 방식을 거쳐 송신되는 것이 적용가능한 제2 신호로 변환하는 단계; 및

무선 송신기에 의해 제2 신호를 제1 (반)도전층의 외부에 위치된 무선 수신기에 송신하는 단계를 포함하고,

무선 송신기는 제1 (반)도전층의 내부에 위치되고 제1 작동 주파수와는 상이한 제2 작동 주파수에서 작동한다.

일부 실시예에서, 에너지 수확 서브유닛의 작동 주파수에 대한 무선 송신기의 작동 주파수의 비는 100 초과이다. 예를 들어, 에너지 수확 서브유닛은 수십 ㎑ 내지 수백 ㎑의 범위의 작동 주파수를 갖도록 설계된다. 무선 송신기는 수십 ㎒ 내지 수천 ㎒의 범위의 작동 주파수를 갖도록 설계된다.

시스템의 전기 전력 수확 및 신호 송신은 개별적으로 그리고 이중 구조물, 즉 에너지 수확 서브유닛과 에너지 송신기를 하나의 구조물로 그리고 무선 송신기와 무선 수신기를 다른 하나의 구조물로 하는 이중 구조물의 상이한 작동 주파수 하에서 달성될 수 있다. 그에 따라, 송수신기 유닛의 무선 수신기의 안테나는 더 많은 설치 자유도를 갖고, 무선 송신기의 안테나 위에 직접적으로 설치될 필요가 없으며; 한편으로, 양호한 품질의 신호 송신이 달성될 수 있다. 따라서, 시스템의 현장 설치가 훨씬 더 용이해질 것이다.

본 발명의 이들 및/또는 다른 태양들 및 이점들은 첨부 도면들과 연계하여 취해진 본 발명의 바람직한 실시예들의 하기의 설명으로부터 명확해질 것이고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 케이블 접속 어셈블리의 개략적인 부분 절개도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 케이블 접속 어셈블리에서의, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템의 적용의 개략적인 부분 절개도이다.
본 발명의 범주는 도면들의 단순한 개략도들에 어떤 식으로든 제한되지 않을 것이고, 구성 컴포넌트들의 수, 그 재료들, 그 형상들, 그 상대적인 배치 등은 실시예의 일례로서 간단히 개시된다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들이 이하에 상세히 설명될 것이며, 여기서 동일한 도면 부호들은 동일한 요소들을 가리킨다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명은, 예를 들어 케이블 접속부 또는 접합부에서, 전기 케이블의 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들의 실시예들을 제공한다. 일부 실시예에서, 그러한 시스템은 케이블 내의 도체의 온도를 원격으로 모니터링할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 케이블 접속부들 또는 접합부들은 고전압 전력 분배 시스템에서 가장 약한 전류 용량을 가질 수 있고, 전류가 과부하될 때 더 높은 고장 확률을 가질 수도 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들은 케이블 접속부들 또는 접합부들에 위치되는 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위해 사용될 수 있고, 그 결과 전기 도체뿐만 아니라 케이블 접속부들 또는 접합부들이 잘 작동하고 있다는 또는 그렇지 않다는 판단이 온도에 기초하여 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체(도시되지 않음)의 온도를 모니터링하기 위한 시스템(100)의 개략도이다. 일반적으로, 제1 (반)도전층은 전기 도체를 타이트(tight)하게 둘러쌀 수 있고, 그 위의 어떠한 포트 또는 갭도 전기 도체의 출입을 위한 포트들을 제외하고는 허용하지 않을 수 있다. 시스템(100)은 온도 센서 유닛(100a) 및 송수신기 유닛(100b)을 포함한다. 온도 센서 유닛(100a)은 전기 도체의 온도를 측정하고 그 온도를 나타내는 신호를 송수신기 유닛(100b)에 공급하도록 구성된다. 송수신기 유닛(100b)은 온도 센서 유닛(100a)이 작동하는 것을 가능하게 하도록 그리고 신호를 수신하고 그 수신된 신호에 기초하여 전기 도체의 온도를 추가로 판정하도록 구성된다. 온도 센서 유닛(100a)은 제1 (반)도전층의 내부에 위치되는 한편, 송수신기 유닛(100b)은 제1 (반)도전층의 외부에 위치된다.

온도 센서 유닛(100a)은 온도 센서(110), 마이크로제어기(이하, "제1 마이크로제어기"로 지칭됨)(120), 무선 송신기(130) 및 에너지 수확 서브유닛(140)을 포함한다. 온도 센서(110)는 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호(S1)를 검출하고 제1 마이크로제어기(120)에 제1 신호(S1)를 공급하도록 구성된다. 제1 마이크로제어기(120)는 온도 센서(110)가 작동하는 것을 제어하도록 그리고 제1 신호(S1)를 수신하고 이어서 제1 신호(S1)를 프로세싱하여 무선 송신기(130)에 의해 송신되는 것이 적용가능한 제2 신호를 달성하도록 구성된다. 무선 송신기(130)는 제1 마이크로제어기(120)의 제어 하에서 무선 방식을 거쳐 제1 신호(S1)로부터 변환된 제2 신호(S2)를 외부로 송신하도록 구성된다. 에너지 수확 서브유닛(140)은 전자기력을 수확하고 제1 마이크로제어기(120)에 전기 전력을 제공하도록 구성된다.

송수신기 유닛(100b)은 무선 수신기(150) 및 에너지 송신기(160)를 포함한다. 무선 수신기(150)는 무선 송신기(130)와 결합되어 제2 신호(S2)를 수신하도록 구성된다. 에너지 송신기(160)는 에너지 수확 서브유닛(140)에 연속 정현파(continuous SINE wave)와 같은 트리거 신호를 전송(send out)하여, 에너지 수확 서브유닛(140)이 에너지 송신기(160)로부터 전자기력을 수확할 수 있고 마이크로제어기(110)에 공급하기 위한 전기 전력을 생성할 수 있게 하도록 구성된다. 또한, 송수신기 유닛(100b)은 마이크로제어기(이하, "제2 마이크로제어기"로 지칭됨)(170)를 포함하는데, 이 마이크로제어기(170)는 제2 신호(S2)를 프로세싱하여, 수신된 제2 신호(S2)에 기초하여 전기 도체의 온도 값을 판정하도록 구성된다. 대안적으로, 제2 마이크로제어기(170)는 에너지 송신기(160)가 트리거 신호를 전송하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다.

에너지 수확 서브유닛(140) 및 에너지 송신기(160)는 서로 결합하도록 그리고 제1 작동 주파수를 갖도록 구성된다. 무선 송신기(130) 및 무선 수신기(150)는 서로 결합하도록 그리고 제2 작동 주파수를 갖도록 구성된다. 제1 작동 주파수는 제2 작동 주파수와 상이하다. 바람직하게는, 제1 작동 주파수에 대한 제2 작동 주파수의 비는 100 초과, 더 바람직하게는 250, 또는 500, 또는 1000, 또는 3000, 또는 5000 초과, 또는 심지어 10000 초과이다. 바람직하게는, 제1 작동 주파수는 수십 ㎑ 내지 수백 ㎑의 범위, 바람직하게는 1000 ㎑ 미만, 예를 들어 10 ㎑ 내지 990 ㎑이고; 심지어 더 바람직하게는 500 ㎑ 미만, 예를 들어 10 ㎑ 내지 500 ㎑이고, 보다 구체적으로는 예컨대 20 ㎑ 정도, 또는 100 ㎑ 정도이다. 제2 작동 주파수는 수십 ㎒ 내지 수천 ㎒의 범위, 예를 들어 10 ㎒ 내지 10 ㎓이거나; 바람직하게는 433 ㎒ 초과이거나, 심지어 더 바람직하게는 433 ㎒ 내지 2.45 ㎓이거나, 433 ㎒ 또는 2.45 ㎓와 같이 더 구체적이거나, 등등이다. 그에 따라, 에너지 수확 및 신호 송신은 개별적으로 달성될 수 있고 서로 방해하지 않을 수 있다. 또한, 제1 작동 주파수는 비교적 낮은 반면, 제2 작동 주파수는 비교적 높고, 높은 제2 작동 주파수는 더 강한 침투성을 가지며 본 기술 분야에서의 기존 온도 시스템에 의해 요구되는 무선 수신기와 무선 송신기 사이의 엄격한 매칭 대신에 무선 수신기(150)의 비교적 자유로운 위치선정을 허용한다. 또한, 제2 작동 주파수는 충분히 높아서, 송신 거리가 낮은 주파수 하의 것보다 훨씬 더 길게 될 수 있다.

대안적으로, 온도 센서(110)는 전기 도체와 직접 접촉 또는 열 접촉하도록 구성된다. 온도 센서(110)의 유형은 제한되지 않으며, 요구되는 정밀한 정확도 및 신뢰도로 온도를 감지 및 측정하는 아날로그 및 디지털 온도 센서들이 허용가능하다. 전기 도체는 약 90 ℃, 또는 심지어 더 높은 온도에 도달할 수 있어서, 온도 센서(110)가 소정의 높은 온도 하에서 작동할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 그것은 열전대(thermocouple), 또는 온도 감지 요소 등일 수 있다. 온도 감지 요소는 예를 들어, 온도 감지 스위치, 온도 감지 유도 코일, 온도 감지 커패시터, 또는 온도 감지 레지스터로부터 선택될 수 있으며, PCT/CN2013/075135호에 개시된 바와 같이, 전기 도체의 온도를 나타내는 적어도 하나의 특성 파라미터를 갖도록 다른 전기 컴포넌트들과 함께 회로를 형성할 수 있다. 그에 따라, 온도 센서(110)는 전기 도체의 온도를 나타내는 신호(제1 신호(S1))를 검출할 수 있고, 그 신호(제1 신호(S1))를 출력할 수 있다. 이러한 신호는 온도 데이터, 또는 전기 도체의 온도를 구체화한 일부 다른 파라미터들, 예를 들어 온도에 따라 변하는 레지스터의 저항, 또는 온도에 따라 변하는 커패시터의 커패시턴스일 수 있다.

대안적으로, 무선 송신기(130)는 안테나 및 구동 회로를 포함한다. 구동 회로는 안테나를 구동하여 고주파 무선 신호의 방식으로 제2 신호(S2)를 외부로 방출하기 위한 것이다. 이에 대응하여, 무선 수신기(150)는 안테나 및 구동 회로를 포함하는데, 구동 회로는 안테나를 구동하여 제2 신호(S2)를 수신하도록 구성된다.

대안적으로, 에너지 수확 서브유닛(140)은, 적어도 하나의 유도 코일(141) 및 하나의 커패시터(143)를 갖고 에너지 송신기(160)에 의해 일단 트리거되면 AC 전력을 생성하도록 구성되는 LC 공진 회로를 포함한다. 그에 따라, LC 공진 회로는 발진(oscillate)하도록 트리거되어 AC 전력을 생성할 수 있다. 더욱이, 에너지 수확 서브유닛(140)은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성된 정류 회로(145)를 포함한다.

DC 전력은 바람직하게는 안정적이며, 제1 마이크로제어기(120)에 공급된다. 일단 제1 마이크로제어기(120)에 전력이 공급되면, 그것은 작동하여 온도 센서(110)에 명령어를 전송할 것이다. 이어서, 온도 센서(110)는 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호(S1)를 검출하고 제1 마이크로제어기(120)에 제1 신호(S1)를 공급할 것이다. 일반적으로, 제1 신호(S1)는 아날로그 신호이다. 제1 마이크로제어기(120)는 제1 신호(S1)를 프로세싱하여 그것을, 디지털 신호와 같은, 무선 신호를 거쳐 송신되기 위해 적용가능한 신호(즉, 제2 신호(S2))로 변환할 것이다.

제2 마이크로제어기(170)는 제2 신호(S2)를 수신하고 그 제2 신호(S2)에 기초하여 전기 도체의 온도를 판정하도록 구성된다. 여기서, 제2 마이크로제어기(170)에 의해 수신된 제2 신호(S2)는 무선 송신기(130)에 의해 방출된 제2 신호(S2) 그 자체, 또는 송신 프로세스 동안 제2 신호(S2)로부터 변형된 신호일 수 있고, 제2 신호(S2)라는 용어는 그러한 신호를 나타내는 데 사용된다는 것을 이해할 수 있다. 온도 센서(110)의 제1 신호(S1)가 소정 온도 값인 경우, 제2 마이크로제어기(170)는 제2 신호(S2)를 그 온도 값을 나타내는 데이터로 변환함으로써 전기 도체의 온도를 판정할 수 있다. 온도 센서(110)의 제1 신호(S1)가 소정 온도 값 대신에 커패시턴스 또는 주파수와 같은 다른 파라미터인 경우, 제2 마이크로제어기(170)는 전기 도체의 온도와 그러한 파라미터 사이의 관계를 나타내는 표(table)를 포함할 수 있어서, 제2 마이크로제어기(170)가 제2 신호(S2)로부터 온도를 계산할 수 있게 한다. 제2 마이크로제어기(170)는 온도 데이터와 사전 결정된 임계치 사이의 비교를 행하도록 추가로 구성될 수 있고, 온도 데이터가 사전 결정된 임계치 초과인 경우, 제2 마이크로제어기(170)는 알람 신호를 전송하여 전기 도체가 불안한 상태 하에서 작동할 수 있음을 나타낼 수 있다.

제2 마이크로제어기(170)는 에너지 송신기(160)에 연결되도록 그리고 에너지 송신기(160)가 작동하는 것을 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 전기 도체의 온도를 측정할 필요가 있을 때, 제2 마이크로제어기(170)는 에너지 송신기(160)에 명령어(S4)를 전송할 것이고, 에너지 송신기(160)는 에너지 수확 서브유닛(140)에 트리거 신호(S6), 예컨대 연속 정현파를 방출하여 에너지 수확 서브유닛(140)이 AC 전력을 생성하고 전기 전력을 제1 마이크로제어기(120)에 제공하도록 발진하게 할 것이다. 일단 제1 마이크로제어기(120)에 전력이 공급되면, 그것은 온도 센서(110)에 신호(S1)를 검출하라는 명령어를 전송할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명에 개시된 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템이 케이블 접속 어셈블리(30) 내에 둘러싸이는 전기 도체(31)의 온도를 측정하도록 적용되는 일 실시예를 도시한다. 케이블 접속 어셈블리(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 고전압 전력 분배에 사용된다.

이 실시예에서, 두 개의 케이블(10)의 전기 도체(31)는 커넥터(12)에 의해 접속 및 피복되고, 이어서 제1 (반)도전층(13), 절연층(11), 제2 (반)도전층(14), 및 수축가능한 슬리브층(15)에 의해 둘러싸인다. 이 실시예에서, 수축가능한 슬리브층(15)은 중첩하는 부분들 사이에 통로(15c)를 남기는 2개의 중첩하는 섹션들(15a, 15b)을 포함한다. 통로(15c)는 수축가능한 슬리브층(15)의 외부로부터 제2 (반)도전층(14) 상의 하나의 포트(18)를 통해 제2 (반)도전층(14)의 내부로의 액세스를 제공한다. 따라서, 통로(15c)는 온도 센서 유닛(100a)과 송수신기 유닛(100b)의 컴포넌트들 중 적어도 일부 사이의 통신을 위한 액세스를 제공한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 온도 센서 유닛(100a)은 전기 도체(31)에 가깝게 그리고 제1 (반)도전층(13)의 내부에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 전기 도체(31)의 일부는 케이블(10)의 절연층(33)과 커넥터(12) 사이에서 노출되고, 온도 센서 유닛(100a)은 전기 도체(31)의 노출된 부분 둘레에 위치될 수 있다. 그리고, 대안적으로, 온도 센서(110)는 커넥터(12)의 표면 상에 직접 부착될 수 있다. 프레임 구조물이 전기 도체(31) 둘레를 감싸도록 제공될 수 있고, 제1 마이크로제어기(120), 무선 송신기(130) 및 에너지 수확 서브유닛(140)과 같은 온도 센서 유닛(100a)의 다른 컴포넌트들이 프레임 구조물에 의해 수용될 수 있다. 송수신기 유닛(100b)에 관련해서는, 에너지 송신기(160)가 제1 (반)도전층(13)과 제2 (반)도전층(14) 사이에 위치될 수 있다. 보다 나은 통신 효과를 얻기 위해서, 에너지 송신기(160)는 에너지 수확 서브유닛(140)의 바로 위에 위치되어 전자기 커플링을 개선할 수 있다. 제2 마이크로제어기(170)는 제2 (반)도전층(14)의 외부에 위치될 수 있다. 에너지 송신기(160)를 제2 마이크로제어기(170)와 전기적으로 접촉시키기 위해 와이어(175)가 제공된다. 와이어(175)는, 와이어(175)가 에너지 송신기(160)로부터 포트(18)를 통해 제2 마이크로제어기(170)로 연장할 수 있도록, 통로(15c) 내에 수용될 수 있다. 무선 수신기(150)가 또한 제2 (반)도전층(14)의 외부에 위치될 수 있다. 무선 수신기(150)를 제2 마이크로제어기(170)와 전기적으로 접촉시키기 위해 와이어(155)가 제공된다. 무선 수신기(150) 및 제2 마이크로제어기(170)는 수축가능한 슬리브층(15)의 외부에 함께 또는 별개로 설치될 수 있다. 무선 수신기(150)가 고주파수 하에서 작동하도록 구성됨에 따라, 그것이 무선 송신기(130)의 바로 위에 위치되어야 한다는 특수한 요건은 존재하지 않는다.

대안적으로, 전력 유도 코일을 포함하는 다른 에너지 수확 유닛(180)이 어셈블리(30) 외부에 그리고 케이블(10) 둘레에 위치될 수 있거나, 또는 제2 (반)도전층(14)과 수축가능한 슬리브층(15) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 에너지 수확 유닛(180)은 와이어(185)를 통해 제2 마이크로제어기(170)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐, 와이어(155, 175, 185) 각각이 "와이어"로서 칭해지지만, 와이어(155, 175, 185) 중 어느 하나 또는 둘은 시스템이 기능하는 데 필요한 바와 같은 다수의 와이어를 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하는 방법이 제공된다. 본 방법은 전술한 시스템(100)과 조합하여 기술될 것이다. 본 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다.

에너지 수확 서브유닛(140)이 전기 전력을 수확하고 제1 마이크로제어기(120)에 전기 전력을 제공한다. 대안적으로, 에너지 수확 서브유닛(140)이 에너지 송신기(160)에 의해 발진하도록 트리거되어 AC 전력을 생성하고, AC 전력은 제1 마이크로제어기(120)에 제공되기 전에 정류 회로(145)에 의해 DC 전력으로 변환된다.; 전술된 바와 같이, 에너지 수확 서브유닛(140)은 수십 ㎑ 내지 수백 ㎑의 범위의 제1 작동 주파수에서 작동한다.

온도 센서 유닛(110)은 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호를 검출하고 제1 마이크로제어기(120)에 제1 신호를 공급한다. 대안적으로, 온도 센서 유닛(110)은 제1 마이크로제어기(120)의 제어 하에서 작동한다. 예를 들어, 제1 마이크로제어기(120)는 온도 센서 유닛(110)에 명령어를 전송할 수 있고, 온도 센서 유닛(110)은 제1 신호를 검출하기 시작할 것이다. 이어서, 제1 마이크로제어기(120)는 제1 신호를 무선 방식을 거쳐 송신되는 것이 적용가능한 제2 신호로 변환한다.

이어서, 무선 송신기(130)는 무선 방식을 거쳐 무선 수신기(150)에 제2 신호를 송신하고, 무선 송신기(130)는 예컨대 수십 ㎒ 내지 수천 ㎒의 범위의 제2 작동 주파수에서 작동한다. 바람직하게는, 제1 작동 주파수에 대한 제2 작동 주파수의 비는 100 초과이다. 그에 따라, 에너지 수확 및 신호 송신은 개별적으로 달성될 수 있고 서로 방해하지 않을 수 있다. 이어서, 무선 수신기(150)는 수신된 제2 신호를 제2 마이크로제어기(170)에 제공하고, 제2 마이크로제어기(170)는 제2 신호에 기초하여 전기 도체의 온도를 판정한다.

본 발명의 일반적인 개념에 대해 일부 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 일반적인 개념의 사상 및 원리로부터 벗어남이 없이 상기 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 이의 등가물에 의해 한정되어야 한다.

Claims

적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템으로서,
제1 (반)도전층의 내부에 위치되고, 마이크로제어기, 온도 센서, 에너지 수확 서브유닛 및 무선 송신기를 포함하는 온도 센서 유닛 - 온도 센서는 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호를 검출하고 마이크로제어기에 제1 신호를 공급하도록 구성됨 -; 및
제1 (반)도전층의 외부에 위치되고, 에너지 송신기 및 무선 수신기를 포함하는 송수신기 유닛을 포함하고,
에너지 수확 서브유닛은 에너지 송신기로부터 전자기력을 수확하고 마이크로제어기에 전기 전력을 제공하도록 구성되고;
무선 송신기는 마이크로제어기의 제어 하에서 무선 수신기와 결합(engage)되어, 제1 신호로부터 변환된 제2 신호를 무선 수신기에 송신하도록 구성되고;
에너지 수확 서브유닛 및 무선 송신기는 상이한 작동 주파수를 갖도록 설계되는, 시스템.
제1항에 있어서, 에너지 수확 서브유닛은 10 ㎑ 내지 990 ㎑의 범위의 작동 주파수를 갖도록 설계되는, 시스템.
제1항에 있어서, 무선 송신기는 10 ㎒ 내지 10 ㎓의 범위의 작동 주파수를 갖도록 설계되는, 시스템.
제1항에 있어서, 에너지 수확 서브유닛의 작동 주파수에 대한 무선 송신기의 작동 주파수의 비는 100 초과인, 시스템.
제1항에 있어서, 에너지 수확 서브유닛은 에너지 송신기에 의해 트리거된 후에 AC 전력을 생성하도록 구성된 LC 공진 회로를 포함하는, 시스템.
제5항에 있어서, 에너지 수확 서브유닛은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성된 정류 회로를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 온도 센서는 전기 도체와 직접 접촉 또는 열 접촉하는, 시스템.
제1항에 있어서, 제1 (반)도전층은 제2 (반)도전층에 의해 둘러싸이고, 에너지 송신기는 제1 (반)도전층과 제2 (반)도전층 사이에 위치되는, 시스템.
제8항에 있어서, 송수신기 유닛은 제2 (반)도전층의 외부에 위치되고 와이어를 거쳐 에너지 송신기와 연결되는 마이크로제어기를 포함하는, 시스템.
제9항에 있어서, 무선 수신기는 제2 (반)도전층의 외부에 위치되고 송수신기 유닛의 마이크로제어기와 통신하도록 구성되는, 시스템.
제10항에 있어서, 송수신기 유닛의 마이크로제어기는 수신된 제2 신호에 기초하여 전기 도체의 온도를 판정하도록 구성되는, 시스템.
적어도 제1 (반)도전층 내에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 모니터링하는 방법으로서,
제1 작동 주파수에서 작동하는 에너지 수확 서브유닛에 의해 전기 전력을 수확하여 그 전기 전력을 제1 마이크로제어기에 제공하는 단계 - 제1 마이크로제어기 및 에너지 수확 서브유닛은 제1 (반)도전층의 내부에 위치됨 -;
제1 (반)도전층의 내부에 위치된 온도 센서 유닛에 의해 전기 도체의 온도를 나타내는 제1 신호를 검출하는 단계;
제1 마이크로제어기에 의해 제1 신호를 무선 방식을 거쳐 송신되는 것이 적용가능한 제2 신호로 변환하는 단계; 및
무선 송신기에 의해 제2 신호를 제1 (반)도전층의 외부에 위치된 무선 수신기에 송신하는 단계를 포함하고,
무선 송신기는 제1 (반)도전층의 내부에 위치되고 제1 작동 주파수와는 상이한 제2 작동 주파수에서 작동하는, 방법.
제12항에 있어서, 제1 작동 주파수에 대한 제2 작동 주파수의 비는 100 초과인, 방법.
제12항에 있어서, 수확하는 단계는 제1 (반)도전층의 외부에 위치된 에너지 송신기에 의해 트리거 신호를 방출하여 에너지 수확 서브유닛을 발진하도록 트리거하여 AC 전력을 생성하는 하위단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 제1 (반)도전층의 외부에 위치된 제2 마이크로제어기에 의해 제2 신호에 기초하여 전기 도체의 온도를 판정하는 단계를 포함하는, 방법.