[0044]圖12是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的智能線夾的主板的透視圖；
[0045]圖13展示根據(jù)本發(fā)明的用于確定有效風(fēng)速的系統(tǒng)的說明性實施例的分解示意圖；
[0046]圖14展示根據(jù)本發(fā)明的用于確定有效風(fēng)速的系統(tǒng)的另一說明性實施例；
[0047]圖15展示根據(jù)本發(fā)明的用于確定有效風(fēng)速的系統(tǒng)的殼體的說明性實施例；
[0048]圖16展不根據(jù)本發(fā)明的用于確定有效風(fēng)速的系統(tǒng)的殼體的另一說明性實施例；
[0049]圖17a及17b圖解說明根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的包括無線電通信中的數(shù)據(jù)采集裝置(例如，圖5中的數(shù)個智能線夾)的通信網(wǎng)絡(luò)；
[0050]圖18圖解說明比圖17a或17b中所展示的通信網(wǎng)絡(luò)的實例更復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)的實例；
[0051]圖19圖解說明根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的具有一個以上適配器的通信網(wǎng)絡(luò)；
[0052]圖20及21是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的由管理系統(tǒng)產(chǎn)生的屏幕截圖；且
[0053]圖22展示確定有效風(fēng)速的說明性方法。
[0054]在所有圖式中，相似元件符號將理解為指代相似元件、特征及結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0055]本說明經(jīng)提供以輔助對參考所附圖式所描述的本發(fā)明的說明性實施例的全面理解。相應(yīng)地，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到本文中所描述的說明性實施例的各種改變及修改可在不背離本發(fā)明的范圍及精神的情況下做出。此外，為清晰及簡明起見省略對眾所周知的功能及構(gòu)造的說明。同樣，如將由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，如本發(fā)明的上下文中所使用的特定命名慣例、標(biāo)簽及術(shù)語并非限制性且僅出于說明性目的而提供以促進對本發(fā)明的實施例的特定說明性實施方案的理解。
[0056]數(shù)據(jù)采集裝置概述
[0057]圖5到21圖解說明提供用于包括監(jiān)測輸電線或?qū)w的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置的智能電網(wǎng)的方法、系統(tǒng)及設(shè)備的本發(fā)明的說明性實施例。使用電力輸電線來圖解說明智能電網(wǎng)；然而，將理解，根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例，數(shù)據(jù)采集裝置可經(jīng)配置以監(jiān)測部署于廣闊的地理距離上的其它類型的輸電線或?qū)w(例如，通信線、輸氣管道、輸水管道、輸油管道、鐵路、公路以及其它輸電線)，且無需限制于僅借助連接器或線夾來使用。使用下文中稱為“智能線夾”的懸垂線夾(例如，在電力輸電線上)來圖解說明數(shù)據(jù)采集裝置。然而，數(shù)據(jù)采集裝置理解為用于數(shù)據(jù)采集及聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的任何相關(guān)的智能連接器或智能附件或裝置。
[0058]參考圖5到9，在圖5中圖解說明智能線夾I。智能線夾組合件包含線夾主體110、擱置于線夾主體110上的保持器主體310、電子器件殼體50及保護電子器件殼體50中的電子組件的熱屏蔽件70。舉例來說，還描繪了用于將線夾I固定到電力線或其它導(dǎo)體30的說明性線夾吊架硬件20及用以將電源(例如，包括電流互感器330的電力供應(yīng)器)連接到電子器件殼體50中的電子器件的高溫電纜80，如下文所描述。
[0059]如圖5、6及7中所圖解說明，線夾主體110包含沿著其長度的其上放置有電力線/導(dǎo)線30的中心凹部或通道112。保持器主體310同樣包含沿著其縱向長度的中心凹部或通道312以容納電力線30，使得當(dāng)附接保持器主體310及線夾主體110時，電力線30緊固在兩個主體110、310之間。用于將保持器主體310及線夾主體110彼此緊固的說明性硬件可包含但不限于插入到螺栓孔214中的U形螺栓210且經(jīng)由螺帽216緊固。用于U形螺栓210的兩個螺栓孔214及螺帽216的類似配置可提供在線夾I的相對端上。
[0060]保持器主體310包含如圖5及6中所展示的冷卻煙囪111以允許空氣流通且冷卻智能線夾I。保持器主體組合件包括保持器主體310、彈簧320及互感器330的上部部分331。類似地，如圖7中所展示，線夾主體110還包含也促進空氣流通以冷卻智能線夾I的冷卻煙囪111。相應(yīng)地，線夾主體組合件包括線夾主體110及互感器330的下部部分332。電力供應(yīng)器中的互感器330的上部部分331及下部部分332可具備類似于線夾主體中的通道112的凹部或通道(例如，如圖7中所描繪的互感器的下部部分332中所圖解說明)，且定位并緊固在其相應(yīng)保持器主體310及線夾主體110中，以便彼此對準(zhǔn)。當(dāng)線夾主體110及保持器主體310緊固在一起時，彈簧320受互感器330的上部部分及下部部分加載或壓縮。將電流互感器330彈簧裝配到保持器主體310允許導(dǎo)體30在范圍內(nèi)浮動以避免過度按壓導(dǎo)體，還提供良好密封且使振動最小化。雖然所圖解說明實施例描繪了擁有具有分別提供于保持器主體310及線夾主體110內(nèi)的部分331及332的電流互感器330的電力供應(yīng)器組合件，但將理解，電流互感器330可部署于相對于線夾I的另一位置中。舉例來說，互感器330的部分331及332可經(jīng)由線夾在鄰近于線夾I的位置處附接到導(dǎo)體。圖8中展示線夾主體110的底側(cè)且提供從包括電流互感器330的電力供應(yīng)器朝向電子器件殼體50延伸的高溫導(dǎo)體80的另一視圖。電力供應(yīng)器包括電子電路板(未展示)，所述電子電路板經(jīng)配置以調(diào)節(jié)來自電流互感器330的AC電壓且將其轉(zhuǎn)換成DC電壓以經(jīng)由電纜80供應(yīng)到電子主板500。
[0061]用于數(shù)據(jù)采集裝置的電力及熱問題的解析
[0062]雖然其看似并不合理，但常規(guī)系統(tǒng)難以從載運一百萬瓦電力的電力線獲得幾瓦的電力(例如，用于給處理器或傳感器供電)。本發(fā)明克服了這些困難，即，智能線夾I能夠從根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例所緊固的電力線或?qū)Ь€30提取小量的電力。
[0063]用于從電力線提取電力的實用構(gòu)件是電流互感器；然而，為適應(yīng)100安(A)到3000A范圍(30:1電流范圍)，此互感器變成具有銅繞組(例如，約643圈)的實質(zhì)上一片鐵(例如，約7鎊)，其從環(huán)繞主導(dǎo)體30的由其中的電子流形成的磁場提取電力。舉例來說，可使用常規(guī)鉗式方形電流互感器(例如，可從科羅拉多州博爾德市(Boulder，Colorado)的大洲控制系統(tǒng)LLC獲得的模型CTS-1250-300A電流互感器)。可移除一側(cè)以準(zhǔn)許將互感器330夾在導(dǎo)體30上方。所提取電力用于給可消耗多達5瓦的智能線夾I及其各種傳感器、數(shù)據(jù)分析組件及通信設(shè)備供電。替代所提取電力(例如，經(jīng)由具有電流互感器330的電力供應(yīng)器組合件)，在用于電子器件的其它電源當(dāng)中，電池及太陽能電池也可用于給線夾I電子器件供電。
[0064]如上文所陳述，智能線夾I使用具有電流互感器330的電力供應(yīng)器組合件來從由通過電流互感器330所環(huán)繞的主導(dǎo)體30的電流產(chǎn)生的電磁場提取電力?；ジ衅?30可為具有上部部分331及下部部分332的鉗式互感器，使得可夾在電力線或?qū)Ь€30周圍，如下文結(jié)合圖6、7及8所描述。如上文所陳述，高溫導(dǎo)線80從電力供應(yīng)器組合件的輸出延伸到電子器件殼體50的輸入以向其中的電子電路提供電力。能量存儲裝置(例如，如圖9及12中所展示的主板500上的電容器)可任選地提供于智能線夾I中以允許智能線夾I足夠長久地操作以在電力流失之前發(fā)送最后的消息(例如，到基站或其它網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測裝置)。
[0065]由線夾主體110及保持器主體310封圍的導(dǎo)體30可由于導(dǎo)體載運的極大電流而變得相當(dāng)暖。通常，老式導(dǎo)線允許在其變軟且開始下垂之前上升到約75°C。開始部署可在其變軟且開始下垂之前達到約250°C的新型導(dǎo)線。電子器件通常將不會容忍此溫度，且因此將電子器件殼體50定位于所述側(cè)且通過熱屏蔽件70與智能線夾的主體分隔。熱屏蔽件70可連接到線夾I的側(cè)(例如，利用用于隔熱的分隔件72)且電子器件殼體50可連接到熱屏蔽件70 (舉例來說)。熱屏蔽件由鋁構(gòu)造。電子器件殼體50可由非金屬材料制成以促進無線電540及GPS單元510的操作。
[0066]電流互感器330環(huán)繞主導(dǎo)體以便收獲能量且在一些實施方案中，電流互感器330將不能容忍超過85°C的溫度。智能線夾I的保持器主體310及線夾主體110中的孔或冷卻煙囪111允許氣流冷卻互感器330?；蛘?，如上文所陳述，具有互感器330的部分331及332的電力供應(yīng)器組合件可經(jīng)由線夾在鄰近于線夾I的位置處附接到導(dǎo)體30。此外，智能線夾I自身充當(dāng)散熱器以降低溫度?；ジ衅?30可包裝于隔熱材料中以提供額外保護。
[0067]數(shù)據(jù)采集裝置傳感器及電子組■件
[0068]智能線夾I包含電子器件殼體50中或附近的各種傳感器，所述電子器件殼體通過熱屏蔽件70與熱隔絕，如上文所描述。
[0069]參考圖9，電子器件殼體50展示為具有經(jīng)移除以暴露根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例安裝于內(nèi)部的主板500的蓋板。如圖5中所展示，電子器件殼體50具有從主區(qū)段51延伸的區(qū)段52。平行殼體區(qū)段54連接到區(qū)段52的相對側(cè)且彼此相對地延伸且平行于導(dǎo)體30及線夾I的縱向軸線。主板500緊固于區(qū)段51中。用于測量風(fēng)速及周圍溫度的額外傳感器電路(例如，在圖9中大體上以610及620指示且在圖1la及12中展示)以電方式連接到主板500(例如，經(jīng)由帶狀電纜)且從其延伸以部署在平行區(qū)段54中，如下文進一步詳細描述。
[0070]繼續(xù)參考圖9，主板500支持并處理來自若干個傳感器及包含但不限于以下各項的測量裝置的輸入:全球定位裝置(GPS)510、用于測量導(dǎo)體30溫度的傳感器520、導(dǎo)體30、電流傳感器530、風(fēng)速檢測器或第一檢測器610、振動檢測器630、音頻電暈檢測器640、周圍溫度傳感器或第二檢測器620及至少一個相機550及其接口 504?？砂珙~外相機等額外傳感器。下文較詳細地描述所述傳感器。另外，主板500支持經(jīng)加密無線電540及經(jīng)加密web訪問560。在下文較詳細地描述這些通信裝置。主板500包括中央處理單元(CPU) 505及相關(guān)聯(lián)存儲器裝置502(例如，非易失性存儲器，例如閃存盤)及用于處理來自傳感器及通信的數(shù)據(jù)的程序代碼。在另一實施方案中，電子電路可位于線夾或輸電線的外部在可能或可能不具有法拉第籠的外部盒中。舉例來說，此布置將適合于輸氣管線以及特定電輸電線。
[0071]如圖1la中所展示，電子器件殼體50還可具備分別用于電力光學(xué)器件及光纖光學(xué)器件的連接器501及508。如圖12中所展示，連接器501以電子方式連接到主板500上的電力子系統(tǒng)，使得當(dāng)載運DC電力的高溫電纜80連接到連接器508時，主板500可向傳感器及其所支持的其它電子裝置提供電力。
[0072]圖1la及12圖解說明根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的主板500及其它組件。圖1la是電子器件殼體50中的主板500的前視圖。主板可連接到相機550，所述相機具有安裝于提供于電子器件殼體50中的如展示于圖1lb中所描繪的殼體50的一側(cè)上的光圈中的透鏡。殼體50及主板500的另一側(cè)(未展不)也可安裝有另一相機(即，具有安裝于殼體50的光圈中的透鏡)以使得能夠沿著從線夾I的兩側(cè)延伸的導(dǎo)體30的區(qū)段拍攝圖像。
[0073]舉例來說，說明性小相機550在_40°C到+85°C的范圍中操作，且其中固定焦距向下兩英尺。頭部為8mmX5.6mm。相機550還可捕獲線30狀況的圖像，例如冰、下垂、碳化碎片等等。在通信帶寬準(zhǔn)許時，也可提供視頻圖像。如下文所描述，通過用每一智能線夾I的自身web頁來表示所述每一智能線夾，智能線夾的相應(yīng)web頁可向用戶呈現(xiàn)關(guān)于各種線狀況的方便信息(例如冰的圖像等等)及例如溫度、風(fēng)以及其它參數(shù)等所測量參數(shù)及所述參數(shù)是在選定范圍內(nèi)還是滿足選定閾值的列表。
[0074]當(dāng)前不存在在不依賴于基于地面的系統(tǒng)的情況下對直接感測來自電力線30的電壓有成本效益的實用構(gòu)件。雖然可由第二電流互感器感測電流，但可在智能線夾I中利用較小且較廉價的霍爾效應(yīng)(Hall Effect)傳感器集成電路(IC) 530 (例如，在主板500上)。電流傳感器530可基于霍爾效應(yīng)而非較為傳統(tǒng)的羅柯夫斯基線圈(Rogowski coil)，其中電流正弦波的諧波失真是由可因異常加載、飽和互感器或失靈的發(fā)電機導(dǎo)致的失真而測量的。
[0075]還可借助IC來測量導(dǎo)體溫度。舉例來說，智能線夾I可具備導(dǎo)體或輸電線到主板500上的電子組件之間的熱跨接線520，所述熱跨接線可以經(jīng)驗確定輸電線的溫度。
[0076]智能線夾I可包含分別用于測量風(fēng)速傳感器、周圍溫度及導(dǎo)體振動的檢測器610、620及630，如圖9中所圖解說明。風(fēng)速檢測器或第一檢測器610是有利的，這是因為其在不具有移動部件的情況下實施。根據(jù)本發(fā)明的實施例，由從線夾I的主體延伸的經(jīng)加熱元件來感測風(fēng)速。舉例來說，兩個風(fēng)檢測裝置安置到電子器件殼體50近端且安置在與耦合到智能線夾I的導(dǎo)體或輸電線30相同的軸線上。靜止空氣中所預(yù)測的元件的溫度與另一元件中的由風(fēng)導(dǎo)致的溫度下降之間的差可用以計算風(fēng)速。
[0077]更具體來說，如上文所陳述，電子器件殼體50具有平行殼體區(qū)段54，所述平行殼體區(qū)段平行于導(dǎo)體30及線夾I的縱向軸線而延伸且其中部署有用于測量風(fēng)速及周圍溫度的檢測器610及620。如圖1la及12中所展示，主板500可具有從其延伸的主區(qū)段506及至少一個區(qū)段507 (例如，經(jīng)由帶狀電纜或其它導(dǎo)體)。區(qū)段507至少支撐風(fēng)傳感器或風(fēng)速檢測器或第一檢測器610以及周圍溫度傳感器或第二檢測器620。風(fēng)速檢測器或第一檢測器610通常使用與熱線式風(fēng)速計相同的原理操作，所述相同原理在于其包括平行區(qū)段54中的由元件(未展示)加熱的一者(例如，參見圖1la及12中的“503a”)。隨著風(fēng)在包含平行區(qū)段54的線夾I上方吹動，經(jīng)加熱區(qū)段503a冷卻。另一區(qū)段54(例如，參見圖1la及12中的“503b”)具備周圍溫度傳感器或周圍溫度傳感器或第二檢測器620。CPU 505經(jīng)編程以基于所測量周圍溫度與經(jīng)加熱區(qū)段503a的所測量溫度之間的差而確定風(fēng)速。周圍溫度傳感器或周圍溫度傳感器或第二檢測器620放置在與經(jīng)加熱區(qū)段503a相對的區(qū)段503b中，使得其對周圍溫度的測量不會因用于經(jīng)加熱區(qū)段503a的加熱元件而偏離。CPU 505可經(jīng)編程以使用各種基于幾何的計算來確定垂直于導(dǎo)體30的縱向軸線的方向上的風(fēng)速(即，參數(shù)通常由公共事業(yè)公司尋求)。
[0078]將理解，可根據(jù)本發(fā)明的其它說明性實施例使用除了圖9、11及12中所展示的配置以外的配置來實施風(fēng)速檢測器或第一檢測器610。舉例來說，如圖10中所展示，線夾I可具備來自其殼體50的凸出部以容納熱線式風(fēng)速計612及任選地用于下文所描述的無線電接口 540的無線電天線542。
[0079]大體上參考圖13到16及22，設(shè)備、系統(tǒng)及方法可確定或輔助有效風(fēng)速的確定。有效風(fēng)速可指示風(fēng)在冷卻導(dǎo)體中的有效性。可使用傳感器在位點上收集(例如，在導(dǎo)體處或在導(dǎo)體近端)溫度數(shù)據(jù)且使用算法或值表進行本地(例如在線夾處)及/或遠程(例如經(jīng)由監(jiān)測中心)處理。本發(fā)明的一些說明性實施例可提供有效風(fēng)速值而無需確定風(fēng)的方向。
[0080]在本發(fā)明的一些說明性實施例中，在傳感器上方使用殼體512、552可呈現(xiàn)優(yōu)于常規(guī)熱線式風(fēng)速計的大量優(yōu)點。舉例來說，殼體的使用可形成較穩(wěn)健且耐用的傳感器。舉例來說，殼體的大小可允許其中的經(jīng)加熱元件比常規(guī)熱線式風(fēng)速計類型的風(fēng)速傳感器大(即更大直徑)，從而使得加熱元件更穩(wěn)健。此外，舉例來說，由鋁制成的殼體可為良好的熱導(dǎo)體，同時也具有優(yōu)良的侵蝕抵抗性。
[0081]在本發(fā)明的一些說明性實施例中，使用實質(zhì)上平行于電力輸電線或另一導(dǎo)體的管狀殼體可幫助產(chǎn)生比不平行于導(dǎo)體或并不部署在導(dǎo)體的近端的風(fēng)速傳感器更能指示風(fēng)在冷卻導(dǎo)體中的有效性的有效風(fēng)速值。隨著風(fēng)的方向變得更平行于電力輸電線或其它導(dǎo)體的方向，對線的冷卻可不太有效。類似地，隨著風(fēng)的方向變得更平行于實質(zhì)上平行于電力輸電線或其它導(dǎo)體的