[发明专利]将数据信号耦合到输电电缆的耦合器

说明书

本申请是申请号为01822880.1、申请日为2001年5月4日、发明 名称为“将数据信号耦合到输电电缆的耦合器”的中国专利中请的分案 申请。

技术领域

本发明涉及配电系统上的数据信息的通信，以及更具体地说，涉 及使用用于经输电电缆中的导线耦合数据信息的电感耦合器。

背景技术

使用所谓的“载波”系统，已经将家庭或企业的范围内的低电压 电力线用作用于点对点或网络通信的媒介，在该“载波”系统中，将 数据信息调制到高频(HF)载波并在电力线上传送。在Internet数据 干线和每个住所间需要“最后一英里”连接的Internet访问将大大地增 强这些网络的效用。

通过MV-LV配电变压器，将通常为4-66KV的中压(MV)降低 到通常为100至500伏的低电压(LV)。经配电变压器，中压配电网格 为许多家庭和企业供电。如果数据出现在中压电网上，将期望将宽带 数据流从变电所耦合到邻近的整个区域，但配电变压器有效地阻止高 频能量，从而阻止数据到达LV引入线。

在使用额定低电压为125伏或更低的国家，诸如北美，通常将从 配电变压器到家庭或企业中的电力负载的引入线保持在短于约50米， 以便最小化经过这些线的电压降并保持适当的电压调节。通常，每个 配电变压器仅为1至10家庭或企业供电。对这种少量的潜在用户，实 现昂贵的高数据率输送，诸如光纤或TI，以及通过电力线通信装置将 其耦合到变压的低压端是不经济的。因此，为将中压配电网格开发成 数据回程通道，需要旁路配电变压器的装置。

在配电系统中，通常在变电所的HV-MV降低变压器，将通常为 100-800kV的高压(HV)降低到中压。配电变压器的高频阻止特性将 中压配电网格与在低压和高压(HV)线上出现的高频噪声隔离开来。 因此，中压网格是相对静止的媒介，对数据分配系统或“回程线”传 送高速数据很理想。

上述变压器实际上阻止兆赫频率范围内的所有能量。为将高频调 制数据从MV线耦合到LV线，必须在每个变压站安装旁路装置。装置 是目前可获得的并用于低频、代数据率数据耦合应用。这些应用通常 称为电力线通信(PLC)。这些装置通常包括必须经受住基础脉冲加载 (BIL)电压，通常为50kV的高压串联耦合电容器。因此，这些装置 昂贵、庞大，并且对整个电网可靠性有影响。另外，在某些情况下， 在安装它们期间，需要从用户断电。

在具有在100-120伏范围内的额定低电压的国家中，诸如日本和美 国，配电变压器的数量特别大。这是因为将MV-LV配电变压器放在相 对接近负载以便保持馈电电阻为低。需要低馈电电阻以便随着改变负 载电流，保持合理的电压调节电平，即，供电电压中的最小变化。用 于距离超过50米的LV馈电线将需要不可能实施的粗导线。

为使数据耦合器有效，在上下文中，必须将其视为结合MV电力 线的高频特性以及其他连接到这些线的部件，诸如变压器、功率因数 补偿电压器、PLC耦合电容器以及断开开关一起操作。这些部件在不 同国家和地区中以不同电压操作。操作电压电平在兆赫频率时，对中 压电力装置的几何结构以及这些装置的终端阻抗具有直接的影响。影 响MV电力线上的高频信号的其他因素包括网络的几何结构，例如， 分支、使用电缆连接到高阻抗架空线的低压阻抗地下，以及由于断开 形状的动作，将网络分成子网的可能性。因此，在用在每个国家和MV 电压电平的装置的特定特征的情况下，必须考虑MV-LV耦合器装置的 适用性。

架空传输线的特征在于以基本上恒定的间隔运转两条或多条导 线，在它们间具有空气介质。这些线具有300至500欧姆范围内的特 性阻抗，以及非常低的损耗。同轴地下电缆包括由电介质围绕的中心 导线，在中心导线上，缠绕中性导线。这些电缆具有20至40欧姆范 围内的特性阻抗，并显示用于兆赫信息的损耗，根据电介质的损耗属 性，该损耗可为每百米2dB一样低。