转接口、共缆介质、电力通讯一体化局域网及其组网方法

摘要

提供了一种电力、通讯共缆传输介质和一种用于所述共缆传输介质的分配(分支)、合成转接口装置以及一种通过使用所述共缆传输介质和所述转接口装置来形成的电力传输和通讯传输一体化的局域网及其组网方法。所述电力和通讯共缆传输介质，包括：外保护层，位于共缆传输介质的最外层；外绝缘层，位于外保护层内侧；电力传输导体层，位于外绝缘层内侧；绝缘层，位于电力传输导体层内侧；通讯传输外屏蔽层，位于绝缘层内侧；通讯传输绝缘和几何精度保障层，位于通讯传输外屏蔽层内侧；和通讯传输导体，位于共缆传输介质中心。

说明书

                         技术领域

本发明涉及一种线缆传输介质、一种转接口装置、一种局域网及其组网方法，更具体地讲，涉及一种电力、通讯共缆传输介质和一种用于所述共缆传输介质的分配(分支)、合成转接口装置以及一种通过使用所述共缆传输介质和所述转接口装置来形成的电力传输和通讯传输一体化的局域网及其组网方法。

                         背景技术

现有的局域网中，电力传输和通讯传输均采用各自独立组网，各自使用独立的传输介质和分配(分支)、合成转接口装置，造成重复设计和施工，布线繁杂，对环境和建筑物构造形成很多不利影响。传统的电力传输局域网中的传输介质结构不符合电流传输原理，造成有色金属资源严重浪费，已远不能适应电力和通讯的高速增长的发展和节约化社会的形势发展的需要。急需一种新型的电力传输和通讯传输一体化的局域网来改变目前这种不利局面。

                         发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种电力、通讯共缆传输介质和一种用于所述共缆传输介质的分配(分支)、合成转接口装置以及一种通过使用所述共缆传输介质和所述转接口装置来形成的电力传输和通讯传输一体化的局域网及其组网方法。

为了实现本发明的一个方面，提供了一种电力和通讯共缆传输介质，包括：外保护层，位于共缆传输介质的最外层；外绝缘层，位于外保护层内侧；电力传输导体层，位于外绝缘层内侧；绝缘层，位于电力传输导体层内侧；通讯传输外屏蔽层，位于绝缘层内侧；通讯传输绝缘和几何精度保障层，位于通讯传输外屏蔽层内侧；和通讯传输导体，位于共缆传输介质中心。

为了实现本发明的另一方面，提供了一种用于电力和通讯共缆传输介质的转接口装置，所述电力和通讯共缆传输介质包括电力传输导体层和通讯传输导体，该转接口装置包括：多个输入端口和输出端口，包括多个干线输入端口和输出端口以及多个支线输出端口，用于接入干线和支线共缆传输介质，所述多个干线输入端口和输出端口又包括多个干线火线输入端口和一个干线零线输入端口以及多个干线火线输出端口和一个干线零线输出端口，所述多个支线输出端口又包括多个支线火线输出端口和多个支线零线输出端口；多个电力传输导体接插件；多个网段设置模块，用于实现下行通讯的网段设置功能；多个分支器，包括干线输入端口、干线输出端口和多个支线端口；合成器，包括干线输入端口、干线输出端口和多个支线端口，用于将多路数字高频宽带信号合成为一路数字高频宽带复合信号，其中，所述多个输入端口和输出端口中的每个输入端口和输出端口都对应于一个电力传输导体接插件，分支器的每个支线端口对应于一个网段设置模块，每个干线火线输入端口对应于一个分支器，干线零线输入端口对应于一个合成器，各干线火线输入端口所对应的电力传输导体接插件的固定底座与相应支线火线输出端口以及相应干线火线输出端口所对应的电力传输导体接插件的固定底座连接，干线零线输入端口所对应的电力传输导体接插件的固定底座与各支线零线输出端口以及干线零线输出端口所对应的电力传输导体接插件的固定底座连接，各分支器的干线输入端口用于与相应输入干线火线的通讯传输导体连接，其干线输出端口用于与相应输出干线火线的通讯传输导体连接，其各支线端口经网段设置模块与相应支线火线的通讯传输导体连接，合成器的干线输入端口用于与输入干线零线的通讯传输导体连接，其干线输出端口用于与输出干线零线的通讯传输导体连接，其各支线端口与各支线零线的通讯传输导体连接。

为了实现本发明的另一方面，提供了一种局域网系统，包括：第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质，其中每个共缆传输介质包括电力传输导体层和通讯传输导体，第一组多个共缆传输介质的电力传输导体层与上级网的火线连接，第二组共缆传输介质的电力传输导体层与上级网的零线连接，第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质的通讯传输导体分别与上级通讯节点连接；第一组多个转接口，分别设置在第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质中的每个共缆传输介质上，用于引出多个支线；其中，第一组多个共缆传输介质引出的每个支线与从第二组共缆传输介质引出的每个支线构成多个单相下级网，第一组多个共缆传输介质是火线以及通讯传输的下行信号线，第二组共缆传输介质是零线以及通讯传输的上行信号线。

为了实现本发明的另一方面，提供了一种局域网系统的组网方法，所述局域网系统包括第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质以及第一组多个转接口，每个共缆传输介质包括电力传输导体层和通讯传输导体，该方法包括：将第一组多个共缆传输介质的电力传输导体层与上级网的火线连接；将第二组共缆传输介质的电力传输导体层与上级网的零线连接；将第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质的通讯传输导体分别与上级通讯节点连接；使用第一组多个转接口分别从第一组多个共缆传输介质和第二组共缆传输介质上中的每个共缆传输介质引出多个支线；其中，从第一组多个共缆传输介质引出的每个支线与从第二组共缆传输介质引出的每个支线构成多个单相下级网，第一组多个共缆传输介质是火线以及通讯传输的下行信号线，第二组共缆传输介质是零线以及通讯传输的上行信号线。

                         附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的以上和其他目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网组网电路原理框图；

图2是本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网中的共缆介质电力传输组网流程图；

图3是本发明的共缆介质通讯传输中下行通讯组网流程图；

图4是本发明的共缆介质通讯传输中的上行通讯组网流程图；

图5是本发明的共缆介质纵剖面结构图；

图6是本发明的共缆介质横剖面结构图；

图7是本发明的共缆介质分层解剖结构示意图；

图8A和图8B是本发明的转接口装置中的电力传输导体接插件结构图；

图9A和图9B是本发明的转接口装置中的电力传输导体接插件的锁紧螺母结构图；

图10A是本发明的转接口装置中的下行通讯的网段设置的电路原理图；

图10B是图10A中电路的频率曲线示意图；

图11是本发明的转接口装置中的上行通讯的网段合成电路原理图；

图12是本发明的转接口装置的外形图；和

图13是本发明的转接口装置的连接电路原理框图。

                       具体实施方式

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在全部附图中，相同的元素由相同的标号来表示。在下面的描述中，为了简明将省略对这里所包括的已知功能和结构的详细描述。

图1是本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网组网电路原理框图。

参照图1，在本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网中，A线、B线、C线和D线构成三相四线制的电力传输和通讯传输一体化局域网主干线网络，其中，A线、B线和C线为电力传输的火线及通讯传输的下行信号线，D线为电力传输的零线及通讯传输的上行信号线。A线、B线、C线和D线是电力、通讯共缆传输介质，其结构将在后面详细描述。

在所述电力传输和通讯传输一体化局域网中，电力传输从上级电网接入，构成电力传输局域网；通讯下行传输从公开号为CN1758584的专利申请(频率分配用户接入局域网的系统及上、下行传输方法)中的下行通讯的图1所示的高频宽带合成器H的输出口接本发明的下行通讯中一条主干线(A线、B线和C线之一)；通讯上行传输从上述专利申请中的图1所示的高频宽带分配器HF接本发明的上行通讯传输主干线(D线)，从而可构成一组下行共缆传输的通讯局域网的树型分布覆盖区域。多条主干线星型分布构成覆盖整个区域的电力传输和通讯传输一体化的共缆局域网区域。

所述局域网的A线、B线和C线通过转接口Ia、IIa、Na、Ib、IIb、Nb、Ic、IIc、Nc分配出a1、a2、an，b1、b2、bn，c1、c2、cn等多个下级电力传输的火线和通讯传输下行线；D线经转接口Ida、Idb、Idc、IIda、IIdb、IIdc、Nda、Ndb、Ndc分配出da1、db1、dc1、da2、db2、dc2、dan、dbn、dcn等多个下级电力传输零线和通讯传输上行线，用于分别和a1、a2、an、b1、b2、bn、c1、c2、cn构成da1a1、db1b1、dc1c1、da2a2、db2b2、dc2c2、danan、dbnbn、dcncn多个单相下级网，符合电力组网分配标准要求。D线的通讯传输结构组成多个上行线路，符合通讯局域网中上行信息容量小的特征。通过转接口(将在后面详细描述)又可以分出多个又一级下行网，例如，da1和a1经转接口Ida1、Ida2、Idan又可分配出多个下级网线；由所述Ida2分出的支线a1x1、da1x1又可经转接口Ida2x1、Ida2x2、Ida2xn分配出多个下级网。另外，所述局域网中的三相动力用户可经转接口S分配出多个下级三相四线下级网。

图2是本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网中的共缆介质电力传输组网流程图。

参照图2，在步骤S210，由共缆介质的电力导体从上级网接入，从而组成三相四线制的共缆介质电力传输局域网。在步骤S220，电力传输局域网经转接口装置分配出多个下级支线网。在步骤S230，电力传输支线经转接口装置分配出多个下级分支线。在步骤S240，电力传输的分支线经转接口装置分配出多个用户线。

图3是本发明的共缆介质通讯传输中下行通讯组网流程图。

参照图3，在步骤S310，从上级通讯节点引入到共缆介质的通讯导体，组成多条主干线构成的通讯传输局域网。在步骤S320，共缆传输介质的一条火线经转接口装置分支出多个下级下行网段。在步骤S330，共缆传输的下级下行网段经转接口装置分支出多个下级下行分支通讯网段。在步骤S340，共缆传输的下级下行分支网段经转接口装置分支出多个用户下行通讯线。

图4是本发明的共缆介质通讯传输中的上行通讯组网流程图。

参照图4，在步骤S410，共缆介质的多个用户线的上行线经转接口装置合成为一组上级上行分支线网段。在步骤S420，共缆介质的多个上行分支网段经转接口装置合成为一级上级上行网段。在步骤S430，共缆介质的多个上行网段合成为又一级上行网段。在步骤S440，共缆介质的多个又一级上行网段经转接口装置合成为一条共缆传输介质的上行通讯主干线。

图5是本发明的共缆传输介质的纵剖面结构图。

参照图5，γ、γ’是介质的外保护层，执行低压电力导线的标准(可分为架空和地埋及防爆等特殊要求)。I、I’为介质的外绝缘层，执行低压电力导线的标准。II、II’为介质的电力传输导体层，可采用铜或铝的空心管或铜带铝带包绕，根据要求电流大小选择厚度，其材质执行低压电力导体的标准。III、III’为电力传输和通讯传输之间的绝缘层，执行低压电力导线标准。IV、IV’为通讯传输的外屏蔽层，可用细铜线(或铜箔)或者细铝线(铝箔)编制或包绕而成，执行高频同轴电缆标准。V、V’为通讯传输的绝缘和几何精度保障层，执行高频同轴电缆标准。VI为通讯传输的导体，可为实芯、空芯或金属带在钢线缆上包绕而成，执行高频同轴电缆标准的-3、-5、-7、-12等各种不同配置。本发明的电力传输和通讯传输共缆介质可按主干线、支线、分支线、用户线的性能要求选择需要的分类介质配置。

图6是本发明的共缆传输介质的横剖面图。

参照图6，本发明的共缆传输介质为圆形结构，其中1、2、3、4、5、6各层分别对应图5的I、I’，II、II’，III、III’，IV、IV’，V、V’，VI。

图7是本发明的共缆传输介质的分层解剖结构示意图。

参照图7，图中的1、2、3、4、5、6各层也分别对应图5的I、I’，II、II’，III、III’，IV、IV’，V、V’，VI，并且作为施工安装的分层要求。

图8A和图8B是本发明的转接口装置中的电力传输导体接插件结构图。图8A是接插件的剖示图，图8B是接插件的顶示图。

参照图8A和图8B，该电力传输导体接插件包括锥形部分、螺纹部分和固定底座Z。

锥形部分用于电力导体连接，其高度为H1，接触面积应符合并大于导体电流强度要求。

螺纹部分用于配合锁紧螺母紧固，其高度为H2，应符合紧固锁定要求。

锥形部分和螺纹部分可以是一体的或者是分开的。

内孔贯穿锥形部分、螺纹部分和固定底座，使通讯传输导体穿过，H为内孔内径并和图7中所示的3层配合。

固定底座Z厚度为H3，应符合几何强度和电流强度要求。底座Z上开有圆孔φ1，用于和配电保险等装置连接。

在共缆介质连接时，参照图7所示，先剥除介质的外保护层和外绝缘层1，露出电力传输导体层2并留出所需长度，余下剥除，露出绝缘层3并留出长度大于H1+H2，余下剥除后，露出通讯传输结构。电力传输导体层2与锥形部分连接。通讯传输结构的安置方法参照高频同轴电缆F头技术要求和CATV施工规范，连接到CATV器件的分支器、分配器、合成器、混合器等。

图9A和图9B是本发明的转接口装置中的电力传输导体接插件的锁紧螺母结构图。图9A是锁紧螺母的纵解剖面，图9B是锁紧螺母的顶视图。

参照图9A和图9B，内孔Hy等于图8A的H，H1j、H2j分别稍大于图8A的H1、H2。锁紧螺母的内锥部分、内螺纹部分要和图8A的锥型部分和外螺纹部分配合，以便在安装螺母锁紧后使共缆传输介质的电力传输导体能紧密牢固地锁定并紧固。

图10A是本发明的转接口装置中的下行通讯的网段设置的电路原理图。

参照图10A，C1、C2、C3、C4、C5、C6是电容器，L1、L2、L3、L4、L5、L6是电感线圈。由电容C1、C4、C5，电感L2、L3、L6组成高通滤波器，用于允许高频率信号部分通过，调整其电容和电感大小可控制允许通过的频率。由电容C2、C3、C6和电感L1、L4、L5组成低通滤波器，用于允许低频率信号部分通过，调整电容和电感大小可控制允许通过的频率。高通滤波器和低通滤波器共同构成带通滤波器，用于使某段频率信号通过，限制其他频率信号通过，达到网段设置的目的任务。IN为输入，OUT为输出。应用中根据需要可用晶振或陶瓷滤波器取代电容器和电感线圈。可将该电路制成插件，安装插接于CATV的分支器、分配器、合成器、混合器中。图10A中示出的网段设置电路本质上是带通滤波器，因此可使用各种形式的带通滤波器来实现图10A中示出的网段设置电路的功能。

图10B是图10A中电路的频率曲线示意图。

参照图10B，其中fd是允许通过的频率。可见，图10A中电路起到带通滤波器的作用，能够使带宽为fd的频率通过。

图11是本发明的转接口装置中的上行通讯的网段合成电路原理图。如图所示，H是高频磁芯，W1、W2、Wn是初级电感线圈。Ws是次级电感线圈。W1、W2、Wn接各下级频段或网段信号，由于高频电磁感应原理的作用，经高频磁芯感应到Ws合成为一路上级信号，达到信号合成的目的。

可以将合成器电路安装在CATV的分支器或分配器壳中。输入和输出连接采用CATV工艺。

图12是转接口装置外形图。

参照图12，转接口装置100具有1根火线和1根零线输入端口以及两路支线输出端口，其中，IN Za为干线火线输入端口，IN Zd为干线零线输入端口，OUT Za为火线输出端口，OUT Zd为干线零线输出端口，OUT Zaf1为第一支线火线输出端口，OUT Zdf1为第一支线零线输出端口，OUT Zaf2为第二支线火线输出端口，OUT Zdf2为第二支线零线输出端口。

图13是图12中示出的本发明的转接口装置100的连接电路原理框图。

参照图13，转接口装置100包括多个电力传输导体接插件、多个配电器、网段设置模块130和140、分支器110以及合成器120。转接口装置100的每个输入/输出端口都与一个电力传输导体接插件连接。电力传输导体接插件具有图8A和图8B中示出的结构。

输入干线火线从IN Za输入端口接入，并与接插件Ia连接。具体地讲，输入干线火线的电力传输导体与接插件Ia的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Ia的内孔并连接至分支器110的干线输入端口INBM。

第一支线火线从OUT Zaf1输出端口接入，并与接插件Iza1连接。具体地讲，第一支线火线的电力传输导体与接插件Iza1的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Iza1的内孔并连接至网段设置模块130的输出端口OUT。分支器110的第一支线端口OUTBB1与网段设置模块130的输入端口IN连接。

接插件Ia的底座(图中未示出)经配电器与接插件Iza1的底座(图中未示出)连接。

第二支线火线从OUTZaf2输出端口接入，并与接插件Iza2连接。具体地讲，第二支线火线的电力传输导体与接插件Iza2的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Iza2的内孔并连接至网段设置模块140的输出端口OUT。分支器110的第二支线端口OUTBB2与网段设置模块140的输入端口IN连接。

接插件Ia的底座(图中未示出)经配电器与接插件Iza2的底座(图中未示出)连接。

输出干线火线从OUT Za输入端口接入，并与接插件Ia′连接。具体地讲，输出干线火线的电力传输导体与接插件Ia′的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Ia′的内孔并连接至分支器110的干线输出端口OUTBM。

接插件Ia的底座(图中未示出)经配电器与接插件Ia′的底座(图中未示出)连接。

输入干线零线从IN Zd输入端口接入，并与接插件Id连接。具体地讲，输入干线零线的电力传输导体与接插件Id的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Id的内孔并连接至合成器120的干线输入端口OUTSM。

第一支线零线从OUT Zdf1输出端口接入，并与接插件Izd1连接。具体地讲，第一支线零线的电力传输导体与接插件Izd1的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Izd1的内孔并连接至合成器120的第一支线端口INSB1。

第二支线零线从OUT Zdf2输出端口接入，并与接插件Izd2连接。具体地讲，第二支线零线的电力传输导体与接插件Izd2的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Izd2的内孔并连接至合成器120的第二支线端口INSB2。

输出干线零线从OUT Zd输出端口接入，并与接插件Id′连接。具体地讲，输出干线零线的电力传输导体与接插件Id′的锥形部分连接，通讯传输导体穿过接插件Id′的内孔并连接至合成器120的干线输出端口INSM。

接插件Id、接插件Izd1、接插件Izd2和接插件Id′的底座不经过配电器而直接相连。

分支器110可以采用CATV的分支器。

合成器120用于将多路数字高频宽带信号合成为一路数字高频宽带复合信号，可具有图11中所示的结构，也可以采用CATV的合成器。

网段设置模块130和140用于实现下行通讯的网段设置功能，可具有图10中所示的结构。

图13中与各电力传输导体接插件连接的虚线表示共缆传输介质的通讯传输导体。

通过使用图13中所示的转接口装置100，可以将输入火线、零线转接出两路下一级的支线输出。

图13中所示的转接口装置100具有1根火线和1根零线输入以及两路支线输出，但是转接口装置100的结构并不局限于此。根据实际使用的需要，转接口装置100可具有多根火线输入，或者可具有多于两路的支线输出。当具有多根火线输入时，每路的支线输出中包括相应数量的多根支线火线。当支线输出多于两路时，分支器110的支线端口数量相应增加，合成器120的支线端口数量也相应增加。

在转接口装置100具有多根火线输入的情况下，各部件之间的连接方式与前面所描述的基本类似。具体地讲，每个输入端口和输出端口都对应于一个电力传输导体接插件，每个干线火线输入端口对应于一个分支器，干线零线输入端口对应于一个合成器；各干线火线输入端口所对应的接插件的固定底座经配电器与相应支线火线输出端口以及相应干线火线输出端口所对应的接插件的固定底座连接；干线零线输入端口所对应的接插件的固定底座直接与各支线零线输出端口以及干线零线输出端口所对应的接插件的固定底座连接；各分支器的干线输入端口用于与相应输入干线火线的通讯传输导体连接，其干线输出端口用于与相应输出干线火线的通讯传输导体连接，其各支线端口经网段设置模块与相应支线火线的通讯传输导体连接；合成器的干线输入端口用于与输入干线零线的通讯传输导体连接，其干线输出端口用于与输出干线零线的通讯传输导体连接，其各支线端口与各支线零线的通讯传输导体连接。

根据本发明的电力传输和通讯传输一体化局域网中的电力传输符合现有电力三相四线制的局域网组网标准和三相火线380V(或其他标准)及单相220V(或其他标准)入户方法。

根据本发明的共缆传输介质利用了电力传输时的电流流动的趋肤效应原理，即绝大部分电流在导体表面流动。将电力传输导体安置在上述共缆传输介质的外层，可更好的发挥所述电力传输导体的电流传输效率。克服单一实芯电力传输导体效率不高的不足。将所述共缆传输介质的通讯导体结构安置在内层。同时利用了上述电力导体和保护及绝缘层的物理强度和几何精度，进一步保证了所述共缆介质内层的高频率通讯需要的几何精度，而且利用了电力导体及电力传输形成的低频电子效应构成的复合屏蔽层，进一步提高了通讯介质的抗干扰性和稳定性。所述共缆传输介质的通讯导体结构又是电力传输介质的内支撑层。

将所述电力传输和通讯传输组网中所需的转接口装置集中在同一壳体中，分别进行下级网的转接和设置，既便于利用通讯对电力传输进行智能控制及有效的运行监控，同时又简化了施工安装和维护。

本发明有以下优点：

1、电力传输和通讯传输一体化组网，大幅降低了施工安装成本，简化了局域网设计，大幅减少了布线对环境的不利影响。

2、电力传输和通讯传输共缆传输介质合理地利用了电力传输和通讯高频率宽频谱的信号传输原理，使局域网电力传输导体结构更加合理。

3、资源共享，节约了大量资源。

4、合理地利用了电力传输局域网组网标准，为通讯传输可提供上行下行各6.5GB的入户专线，将来可提高到10-15GB，且综合成本和可实施性与同类传统通讯局域网组网方法相比，具有更好的性价比优势。

5、共缆传输介质合理地利用了电力传输介质的结构，使通讯传输具备更可靠稳定的几何精度要求及更加优越的抗干扰能力、更小的信号衰减，一次放大可传输更远的距离。

6、可广泛应用于更高要求的设备和军事及矿山等电力传输和通讯传输。

尽管已参照本发明的优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种形式和细节上的修改。