BR112013027423B1

BR112013027423B1 - sistema e rede de transmissão e distribuição de energia de corrente contínua de alta tensão

Info

Publication number: BR112013027423B1
Application number: BR112013027423-9A
Authority: BR
Inventors: Christof Martin Sihler; Emad Ezzat Ahmed; Gorm Sande; Rainer Hoffmann; Simon Hebert Schramm
Original assignee: Statoil Petroleum As; General Electric Campany
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2020-12-08
Also published as: US8743514B2; BR112013027423A2; EP2702660A2; WO2012146621A2; AU2012247541B2; AU2012247541A1; BR112013027423B8; WO2012146621A3; US20120268099A1

Abstract

SISTEMA E REDE DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE CORRENTE CONTÍNUA DE ALTA TENSÃO Esta invenção se refere a um sistema e método para continuar a prover energia para o equipamento elétrico submarino durante um defeito no cabo elétrico. O sistema compreende: um lado de fonte de energia (32) para aumentar um nível de corrente cc a um nível de tensão cc fixo; um lado de carga (34), o lado da fonte (32) e o lado de carga (34) cada um compreende uma arquitetura de corrente contínua modular empilhada e em que o lado de carga compreende uma carga submarina; um condutor de transmissão de energia de cc (36); um condutor de retorno de energia de cc (38); um eletrodo de aterramento do lado da fonte (40); um eletrodo de aterramento do lado da carga (42); um par de comutadores do lado da fonte (44, 46) associados com cada condutor; e um par de comutadores do lado da carga (44, 46) associados com cada condutor, em que o lado da fonte de energia (32), os condutores de transmissão e retorno (36, 38) são configurados juntos com os eletrodos de aterramento correspondentes (40, 42), comutadores do lado da fonte (32) e comutadores do lado da carga (34) para habilitar um caminho de terra de corrente contínua entre o lado (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere geralmente ao transporte de energia elétrica para equipamento elétrico submarino tal como um motor que aciona um compressor / bomba localizado distante da costa, e mais particularmente a um sistema e método para continuar a prover energia para o equipamento elétrico submarino durante um defeito no cabo elétrico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O transporte de energia elétrica para equipamento elétrico submarino de petróleo e gás frequentemente requer que alta potência seja transportada sobre distâncias longas. Transmissão para equipamento submarino é usada para fornecer a energia a partir de uma instalação em terra para um ponto onde a energia é distribuída entre cargas individuais. Geralmente, um transformador redutor é implementado a fim de trazer o nível de alta tensão do estágio de transmissão para um nível de tensão mais baixo para um estágio de distribuição para unidades individuais do equipamento elétrico. As distâncias de distribuição são tipicamente menores do que a distância de transmissão; e os níveis de tensão a serem fornecidos para as cargas individuais ou grupos de cargas são menores do que os níveis de tensão do estágio de transmissão. Tipicamente, potência na ordem de 50 megawatts é transmitida por cabos de transmissão de corrente alternada (CA) de alta tensão para um transformador de alta tensão, para depois reduzir a tensão para um sistema de distribuição de CA de média tensão.

[003] Uma tensão nominal usada comumente é 132 kV (que é considerada como sendo uma alta tensão para transmissão de energia). Tensões de transmissão de +/ 100 kV ou maiores são usadas em Projetos de transmissão de ATCC onde alta potência é transmitida sobre longa distância (por exemplo, na transmissão de 100 MW ou 200 MW sobre uma distância de 100 ou 200 km).

[004] A transmissão de CA fornece desafios técnicos para aplicações onde energia em grande quantidade é transmitida sobre cabos longos. A capacitância residual do cabo provoca a corrente de carregamento a fluir ao longo do comprimento do cabo de CA. Devido ao cabo ter que transportar esta corrente bem como a corrente de carga útil, esta limitação física reduz a capacidade de transporte de corrente do cabo. Devido à capacitância ser distribuída ao longo do comprimento inteiro do cabo, comprimentos mais longos produzem maiores capacitâncias, portanto resultando em maiores correntes de carregamento.

[005] Tipicamente, bombas de recalque multifásicas requerem motores acionados eletricamente que entreguem uma potência no eixo entre 2 MW e 6 MW. Futuras instalações de recursos de petróleo e gás marítimas irão requerer instalações de bomba em distâncias acima de 50 km a partir da costa. Estas distâncias requerem uma transmissão de energia de alta tensão; entretanto, a transmissão de CA de alta tensão é muito cara quando abastecendo bombas submarinas individuais ou grupos de apenas umas poucas bombas submarinas, onde a energia a ser transmitida é de ou abaixo de 20 MW.

[006] Adicionalmente, motores submarinos que acionam um compressor de gás tipicamente têm uma potência nominal maior (por exemplo, na ordem de 10 ou 15 MW). Como tal, grupos de compressão submarinos podem ser requeridos a transmitir uma potência total da ordem de 50 a 100 MW sobre uma distância de 100 ou 200 km. A transmissão de alta potência sobre uma distância de mais do que 100 km e distribuição da energia submarina é muito desafiadora com a transmissão de CA e sistemas de distribuição devido às altas correntes de carregamento e a grande quantidade de componentes envolvidos no sistema de distribuição.

[007] Em geral, a transmissão de CC pode ser realizada mais eficientemente sobre distâncias longas do que a transmissão de CA. A transmissão de CC de alta tensão (AT) tipicamente requer a utilização de conversores eletrônicos de potência nos sistemas de transmissão que são capazes de conversor entre ATCA e ATCC. Cada comutador do conversor para topologias de conversor de ATCC convencionais é projetado para manipular tensões altas. A tensão nominal do conversor pode variar de dezenas de quilovolts a centenas de quilovolts, dependendo da aplicação. Estes comutadores são configurados tipicamente utilizando uma pluralidade de dispositivos semicondutores conectados em série (por exemplo, tal como transistores bipolares de ponte isolada (IGBTs) e tiristores). Devido ao tamanho e a grande quantidade de componentes envolvidos, terminais de ATCC convencionais não são bem adaptados para instalações submarinas.

[008] Conversores também são requeridos no lado de carga de um sistema de distribuição de energia quando abastecendo motores de velocidade variável adicionalmente à conversão de energia requerida para transmissão de ATCC. Tipicamente, é usado um transformador de alta tensão para reduzir a tensão a partir do nível da transmissão de CA ou CC para o nível de tensão usado no sistema de distribuição de energia de CA. No lado de carga do sistema de distribuição, os conversores convertem a energia a partir de tensão de CA de frequência fixa (reduzida a partir do sistema de transmissão) para uma tensão de CA de frequência variável de motores individuais que têm que ser controláveis sobre ampla variação de velocidade quando acionando bombas ou compressores submarinos.

[009] Arquiteturas modulares empilhadas de conversor de CC são bem adaptadas a aplicações submarinas que requerem transmissão e distribuição sobre distâncias longas. Diferente de outras opções de transmissão de CC, por exemplo, onde a tensão (ligação) de transmissão de cc é controlada, ou seja, mantida quase constante, a corrente (ligação) de transmissão de cc é controlada em um conversor modular empilhado. Uma arquitetura MECC 10 é representada na Figura 1. A arquitetura MECC recebe seu nome a partir do fato de que a arquitetura usa diversos módulos de conversores de cc-cc empilhados e conectados em série, tanto na extremidade de transmissão como na extremidade de recepção da ligação de transmissão tal como representada na Figura 1.

[010] A extremidade de transmissão / conversores do lado superior 12 compreendem um conjunto de conversores de ca-cc 14, que puxam energia a partir da malha ou rede de ca 16. Cada um destes conversores 14 é cascateado por um conversor de cc-cc 18. Estes conversores de cc-cc 18 são conectados em série e são controlados para regular a corrente no cabo de cc 20 que conecta o lado superior 12 à instalação submarina 22. A extremidade de recepção / lado submarino 22 também compreenda diversos conversores de cc-cc 19 conectados em série. Cada um destes conversores 19 é cascateado por um inversor / controlador de motor de cc-ca 24. Estes conversores de cc-cc 19 são controlados para regular a tensão de ligação de cc para aquela requerida pelo controlador de motor à jusante 24. Embora a Figura 1 represente conversores de dois níveis usados para os módulos conversores de ca-cc, cc-cc e cc-ca, deve ser entendido que em níveis altos de potência, pilhas multinível serão usadas para estes módulos conversores.

[011] A transmissão de corrente contínua de alta tensão (ATCC) tem vantagens técnicas e comerciais que aumentam com a distância da transmissão de energia. Transmissão de energia submarina é sempre baseada em cabos e umbilicais submarinos de alta tensão (AT). Com o crescimento do comprimento do cabo, a probabilidade de um defeito no cabo aumenta. O reparo de cabos submarinos é cara e tipicamente leva um longo tempo, ou seja, meses em vez de semanas. Em vista do exposto, existe uma necessidade para fornecer um sistema de transmissão ATCC que possa ser mantido operacional independentemente de um defeito no cabo de transmissão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[012] Uma realização da presente invenção compreende uma rede de transmissão / distribuição de energia de corrente contínua (cc) de alta tensão que inclui um lado de fonte de energia e um lado de carga. A rede compreende adicionalmente um cabo de transmissão de energia de cc, um cabo de retorno de energia de cc, um eletrodo de aterramento do lado da fonte associado com cada cabo, um eletrodo de aterramento do lado da carga associado com cada cabo, um par de comutadores de desconexão do lado da fonte associado com cada cabo, e um par de comutadores de desconexão do lado da carga associado com cada cabo. Os cabos de transmissão e retorno são configurados junto com os eletrodos de aterramento correspondentes e comutadores de desconexão para fornecer corrente cc continuamente para o lado de carga através de um caminho de terra durante um defeito no cabo, em que o caminho de terra é paralelo e fica em grande proximidade ao cabo com defeito.

[013] De acordo com outra realização, uma rede de distribuição e transmissão de energia de corrente contínua de alta tensão (ATCC) compreende um sistema de funcionamento sustentado durante defeito no cabo configurado para habilitar um caminho de transmissão de terra da corrente contínua e subsequentemente isolar um cabo de transmissão com defeito a partir da rede ATCC a fim de habilitar o caminho de terra de transmissão de corrente contínua, de modo que a rede de ATCC permaneça operacional durante um defeito no cabo de transmissão. A rede de ATCC de acordo com uma realização é desprovida de e opera na ausência de um barramento neutro. A rede de ATCC de acordo com outra realização também é desprovida de e opera na ausência de disjuntores de cc.

[014] De acordo com ainda outra realização, um sistema de transmissão de energia de corrente contínua de alta tensão (ATCC) compreende uma estrutura de funcionamento sustentado durante defeito no cabo desprovida de um barramento neutro e é configurada para garantir que o sistema de transmissão de energia de ATCC permaneça operacional através de um caminho de terra durante um defeito no cabo de transmissão. Outra realização compreende uma estrutura de funcionamento sustentado durante defeito no cabo desprovida de disjuntores cc e é configurada para garantir que o sistema de transmissão de energia ATCC permaneça operacional através de um caminho de terra durante um defeito no cabo de transmissão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] As características, realizações e vantagens da invenção e outras ficam evidentes a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos em anexo nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes por todos os desenhos, em que: a Figura 1 é um diagrama simplificado que ilustra um sistema de transmissão / distribuição de energia de alta tensão de cc (ATCC) com blocos de construção de conversor de energia modulares empilhados tanto no lado em terra como no lado submarino do sistema de acordo com uma realização da invenção; a Figura 2 ilustra o sistema ATCC representado na Figura 1 que está agora operando em potência total e tensão de transmissão de cc máxima através de um caminho de aterramento durante um defeito no cabo de transmissão de cc; a Figura 3 ilustra o sistema de ATCC representado na Figura 1 que agora está operando em potência total e em uma tensão de transmissão de cc reduzida através de um caminho de aterramento durante um defeito no cabo de transmissão de cc; a Figura 4 ilustra o sistema de ATCC representado na Figura 1 que agora está operando em uma potência reduzida e em uma tensão de transmissão de cc reduzida através de um caminho de aterramento durante um defeito no cabo de transmissão de cc; a Figura 5 é um diagrama simplificado que ilustra um o sistema de ATCC de transmissão / distribuição de energia com blocos de construção de conversor de energia modulares empilhados em tanto no lado em terra como no lado submarino do sistema de acordo com outra realização da invenção; a Figura 6 é um conjunto de gráficos que ilustra parâmetros operacionais durante condições de partida livre de defeitos para um grupo de cargas elétricas para uma realização de um sistema de transmissão / distribuição de ATCC simulado; e a Figura 7 é um conjunto de gráficos que ilustra parâmetros operacionais antes, durante, e subsequente a um defeito no cabo para o grupo de cargas elétricas representado na Figura 6 para um sistema de transmissão / distribuição de ATCC simulado que emprega princípios de funcionamento sustentado durante defeito no cabo de acordo com uma realização.

[016] Embora as figuras dos desenhos identificadas acima apresentem realizações alternativas, também são contempladas outras realizações da presente invenção, como observado na discussão. Em todos os casos, esta invenção apresenta realizações ilustradas a título de representação e não de limitação. Várias outras modificações e realizações podem ser vislumbradas por técnicos no assunto dentro do escopo dos princípios desta invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[017] Uma vantagem geral da topologia de corrente contínua modular empilhada (MECC) representada nas Figuras 1 a 4 descrita em detalhes adicionais neste documento é que a tensão de transmissão não é controlada e pode ser determinada para qualquer valor abaixo da tensão máxima de operação. Apenas a corrente de anel desta topologia de conversores conectados em série é controlada, ao contrário de sistemas de ATCC convencionais.

[018] Os presentes inventores reconheceram que este sistema de corrente cc controlada de cabo geminado pode ser configurado para fornecer uma rede de transmissão / distribuição de ATCC capaz de sustentar a operação de equipamento elétrico de modo que, sem limitação, um motor submarino que aciona um compressor / bomba localizado distante da costa, mesmo durante um defeito no cabo elétrico de transmissão.

[019] De acordo com uma realização ilustrada na Figura 2, uma rede de transmissão / distribuição de energia de corrente contínua (cc) de alta tensão 30 compreende um lado de fonte de energia 32 e um lado de carga 34. A rede 30 compreende adicionalmente um condutor de transmissão de energia de cc 36, um condutor de retorno de energia de cc 38 (ambos tipicamente integrados em um cabo submarino de cc), um eletrodo de aterramento do lado da fonte 40 associado com cada cabo 36, 38, um eletrodo de aterramento do lado da carga 42 associado com cada cabo 36, 38, um par de comutadores de desconexão do lado da fonte 44, 46 associado com cada cabo 36, 38, e um par de comutadores de desconexão do lado da carga 44, 46 associado com cada cabo 36, 38. Os cabos de transmissão e retorno 36, 38 são configurados junto com os eletrodos de aterramento correspondentes 40, 42 e com os comutadores de desconexão 44, 46 para fornecer corrente cc continuamente para o lado de carga 34 através de um caminho de terra 48 durante um defeito no cabo, em que o caminho de terra 48 é paralelo e fica em grande proximidade ao cabo com defeito. Os eletrodos de aterramento sistema de transmissão / distribuição de ATCC adequados para uso para implementar as realizações descritas neste documento são bem conhecidos, e, portanto, detalhes adicionais com respeito a estes eletrodos de aterramento não são descritos neste documento para preservar a brevidade e melhorar a clareza com respeito ao entendimento dos princípios apresentados neste documento.

[020] Mais especificamente, em vez de empregar um comutador inversor tal como aquele empregado em um sistema de transmissão / distribuição de ATCC convencional, o sistema de transmissão / distribuição de ATCC 30 emprega dois desconectores distintos 44, 46 em cada extremidade de cabo / eletrodo de aterramento 40, 42. Quando é detectado um defeito no cabo, por exemplo, por meio de detecção de uma corrente na resistência de aterramento R0 50, um dos desconectores 44 em cada extremidade do cabo com defeito, que são configurados juntos com um desconector correspondente 46 como uma chave de aterramento com controle de fechamento em cada extremidade, é fechado instantaneamente para habilitar o fluxo de corrente através do caminho de terra 48. Os tempos de fechamento de comutador adequados podem ser realizados em menos do que 20 mseg usando dispositivo de manobra disponível comercialmente. Desta forma, é habilitado um caminho paralelo de corrente cc, desviando do cabo defeituoso. Durante um período de tempo subsequente ao fechamento dos comutadores 44, o cabo defeituoso e o terra compartilham a corrente cc. Em seguida ao fechamento dos comutadores 44, os comutadores correspondentes 46 em cada extremidade do cabo com defeito são abertos, comutando totalmente a corrente cc para o caminho de terra 48 e isolando o cabo defeituoso.

[021] O processo de comutação acima vantajosamente não requer o uso de um disjuntor de cc uma vez que a corrente é comutada para um caminho paralelo de baixa resistividade através da terra. É notável que a rede de transmissão / distribuição de energia de corrente contínua (cc) de alta tensão 30 não emprega um barramento neutro com os eletrodos de aterramento quando desviando de um cabo defeituoso. O processo de comutação acima adicionalmente permite vantajosamente que uma equipe de serviço tenha acesso ao cabo defeituoso e repare ou substitua a seção defeituosa do cabo. Durante o processo de reparo / substituição, a transmissão de energia de cc pode permanecer em operação com um cabo agora operando em potencial de terra sem impactar negativamente a operação de cargas elétricas tais como motores submarinos. O sistema de transmissão / substituição 30, por exemplo, continua em uma realização a operar sem o uso de cabo de transmissão superior 36 em que o cabo de retorno inferior 38 agora opera em -60 quilovolts (kV).

[022] A Figura 3 ilustra o sistema ATCC 30 representado na Figura 2 que agora está operando em potência total e em uma tensão de transmissão de cc reduzida de -40 kV através do caminho de aterramento 48 durante um defeito no cabo de transmissão de cc; enquanto que a Figura 4 ilustre o sistema de ATCC 30 representado na Figura 2 que agora está operando em uma potência reduzida e em uma tensão de transmissão de cc reduzida de -30 kV através do caminho de aterramento 48 durante um defeito no cabo de transmissão de cc.

[023] Os presentes inventores reconheceram que aumentar a corrente de transmissão para manter a operação do sistema a despeito de um defeito no cabo de transmissão é possível uma vez que os sistemas tais como sistemas de transmissão de MECC tipicamente têm margem térmica. A sessão transversal do cabo de cc de transmissão 36, 38 é determinada pela queda de tensão aceitável, ou seja, perda ôhmica, em vez de por limites térmicos. Portanto, a operação em potência nominal pode continuar sem ter que exceder uma tensão de operação desejada tal como 40 kV representada na Figura 3 para uma realização. Uma vantagem particular de um sistema de controle e proteção MECC implementado de acordo com os princípios descritos neste documento é que correntes de defeito de cc altas não podem ocorrer nesta topologia de transmissão corrente controlada. Portanto, desconectores de baixo custo e uma estrutura de aterramento de eletrodo comparavelmente de baixo custo podem ser usados nos terminais do conversor.

[024] A Figura 5 é um diagrama simplificado que ilustra um sistema de transmissão / distribuição de energia de cc de alta tensão 70 com blocos de construção de conversor de energia modulares empilhados tanto no lado em terra 32 como no lado submarino 34 do sistema de acordo com outra realização da invenção. Pode ser visto que o sistema de ATCC 70 é desprovido tanto de disjuntores de cc como de quaisquer barramentos neutros uma vez que os princípios da operação não requerem estas características. O sistema de ATCC 70 opera de maneira similar a aquele descrito neste documento com referência às Figuras 1 a 4. Os comutadores 72 e 74 operam se ocorre um defeito de terra com o cabo de transmissão 36; enquanto que os comutadores 76 e 78 operam se um ocorre defeito de terra com o cabo de retorno 38. Cada comutador 72 a 78 compreende dois desconectores distintos configurados como uma chave de aterramento com controle de fechamento em cada extremidade de cabo / eletrodo de aterramento 40, 42. Quando um defeito no cabo é detectado, por exemplo, por meio de detecção de uma corrente na resistência de aterramento R0 50, um dos desconectores de comutador em cada extremidade do cabo com defeito é fechado instantaneamente para habilitar o fluxo de corrente através do caminho de terra. Durante um período de tempo subsequente ao fechamento do primeiro conjunto de desconectores de comutador, o cabo defeituoso e a terra ficam compartilhando a corrente cc. em seguida ao fechamento do primeiro conjunto de desconectores de comutador, um segundo desconector em cada extremidade do cabo com defeito é aberto, comutando totalmente a corrente cc para o caminho de terra e isolando o cabo defeituoso.

[025] Os eletrodos de aterramento de alta potência são caros. Os mesmos têm que ser projetados para habilitar um caminho de corrente de baixa impedância para terra em um ambiente de água salgada / ambiente de terra e evitar reações eletromecânicas, por exemplo, corrosão. Uma vantagem da topologia mostrada na Figura 5 é que apenas dois eletrodos de aterramento são necessários, um no lado superior e um no lado submarino do sistema de transmissão de energia de CC.

[026] Outra forma de alcançar custos aceitáveis para os eletrodos de aterramento mostrados nas Figuras 1 a 5 é para projetá-los para apenas um período de operação limitado, por exemplo, oito semanas. Sua vida de projeto pode ser limitada ao(s) período(s) de tempo necessário(s) para reparar um cabo submarino defeituoso. Os eletrodos de terra têm que fornecer apenas um caminho de corrente de baixa impedância para terra se ocorreu um defeito no cabo que ainda não foi reparado. Isto é diferente de uma aplicação de transmissão de corrente CC de AV monopolar convencional onde os eletrodos de terra são extremamente caros devido aos mesmos terem que ser projetados para habilitar um caminho de corrente de baixa impedância para terra para mais do que 10 anos.

[027] Na explicação sumarizada, as realizações de uma rede de transmissão / distribuição de energia de corrente contínua de alta tensão foram descritas neste documento incluindo um lado de fonte de energia 32 e um lado de carga 34. A rede 30, 70 compreende adicionalmente um cabo de transmissão de energia de cc 36, um cabo de retorno de transmissão de energia de cc 38, pelo menos um eletrodo de aterramento do lado da fonte 40, pelo menos um eletrodo de aterramento do lado da carga 42, um par de comutadores de desconexão do lado da fonte 44, 46 associado com cada cabo 36, 38, e um par de comutadores de desconexão do lado da carga 44, 46 associado com cada cabo 36, 38. Os cabos de transmissão e retorno 36, 38 são configurados juntos com os eletrodos de aterramento correspondentes 40, 42 e com os comutadores de desconexão 44, 46 para fornecer corrente cc para o lado de carga 34 continuamente através de um caminho de terra 48 durante um defeito no cabo, em que o caminho de terra 48 é paralelo e fica em grande proximidade ao cabo com defeito. O uso de caminhos de terra é familiar para e conhecido pelos técnicos no assunto de sistemas de transmissão / distribuição de ATCC, e, portanto, detalhes adicionais com respeito a estes caminhos de terra não são descritos neste documento para preservar a brevidade e melhorar a clareza com respeito ao entendimento dos princípios apresentados neste documento.

[028] A Figura 6 é um conjunto de gráficos que ilustra parâmetros operacionais durante as condições de partida livre de defeitos para um grupo de cargas elétricas para uma realização de um sistema de transmissão / distribuição de ATCC simulado. Os três gráficos no lado esquerdo da Figura 6 representam a potência do sistema de transmissão, tensão do sistema de transmissão e corrente de sistema de transmissão respectivamente. Os três gráficos no lado direito da Figura 6 representam a potência do motor de carga, velocidade do motor de carga e torque de folga de ar do motor de carga respectivamente e mostram que a estabilidade operacional é realizada em aproximadamente oito segundos a partir da partida. Uma partida real deve ser realizada em minutos, em vez de segundos, com taxas de aceleração muito menores, mas isto não é relevante para os resultados de simulação.

[029] A Figura 7 é um conjunto de gráficos que ilustra os parâmetros operacionais antes, durante, e subsequentes a um defeito no cabo para o grupo de cargas elétricas representado na Figura 6 para um sistema de transmissão / distribuição de ATCC simulado que emprega princípios de funcionamento sustentado durante o defeito no cabo de acordo com uma realização. Embora um defeito no cabo através de, por exemplo, um arco pode ser difícil de ser detectado na corrente ou tensão, por exemplo, cabo de 600 km, ~42 Ohms, durante o estágio inicial do defeito, este defeito contatará o potencial de tensão na localização do defeito à resistência de aterramento 50 representada nas Figuras 2 e 5, assumindo uma resistência baixa através da água / terra ou conhecimento aproximado desta resistividade. Esta queda de tensão ou o fluxo de corrente na resistência de aterramento podem ser usados para disparar o funcionamento sustentado no defeito de cabo contatando os eletrodos de aterramento 40, 42 e aumentando a corrente de transmissão para manter o sistema ativo tal como representado na Figura 7. De acordo com uma realização, a resistência de aterramento 50 é instalada em terra. De acordo com outra realização, a resistência de aterramento tem um valor maior do que aproximadamente 10 kOhms. De acordo com ainda outra realização, a queda de tensão ao longo da resistência de aterramento pode ser empregada para determinar a localização do defeito.

[030] Embora os princípios de funcionamento sustentado no defeito de cabo descritos neste documento possam não ser adequados para aplicações transmissão / distribuição de energia de ATCC permanentes, os mesmos são particularmente úteis para manter a operação do sistema de transmissão / distribuição de ATCC durante períodos de tempo para repar e / ou substituir cabos de ATCC com defeito. Uma vez que reparar um cabo submarino, por exemplo, tipicamente requer um longo período de tempo, ou seja, semanas em vez de dias, é especialmente vantajoso implementar um sistema de transmissão de ATCC que possa ser mantido operando a despeito de um defeito no cabo de transmissão.

[031] Embora não óbvio a partir das Figuras, em alguns casos as cargas submarinas podem estar a dezenas de quilômetros de distância umas das outras e conectadas por um cabo de cc. As quatro (4) cargas submarinas representadas na Figura 1, por exemplo, podem estar dezenas de km distantes uma da outra e interconectadas por um cabo de cc de comprimento significativo. Nesta realização, a tecnologia e princípios de funcionamento sustentado no defeito de cabo descritos neste documento também podem ser aplicados para alcançar os resultados desejados. Portanto, a tecnologia de funcionamento sustentado no defeito de cabo é aplicada dentro do sistema de distribuição submarino (significando entre as cargas individuais que são remotas umas às outras).

[032] Embora apenas certas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas neste documento, muitas modificações e mudanças ocorrerão para os técnicos no assunto. Portanto deve ser entendido que as reivindicações em anexo são destinadas a cobrir todas estas modificações e mudanças como estando dentro do real escopo da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE CORRENTE CONTÍNUA DE ALTA TENSÃO, o sistema compreendendo: um lado de fonte de energia (32) para aumentar um nível de corrente cc a um nível de tensão cc fixo; um lado de carga (34), o lado da fonte (32) e o lado de carga (34) cada um compreende uma arquitetura de corrente contínua modular empilhada, o sistema sendo caracterizado pelo lado de carga (34) compreender uma pluralidade de cargas submarinas; um condutor de transmissão de energia de cc (36); um condutor de retorno de energia de cc (38); um eletrodo de aterramento do lado da fonte (40); um eletrodo de aterramento do lado da carga (42); um par de comutadores do lado da fonte (44, 46) associados com cada condutor; e um par de comutadores do lado da carga (44, 46) associados com cada condutor, em que o lado da fonte de energia (32), os condutores de transmissão e retorno (36, 38) são configurados juntos com os eletrodos de aterramento correspondentes (40, 42), comutadores do lado da fonte (32) e comutadores do lado da carga (34) para habilitar um caminho de terra de corrente contínua entre o lado de fonte de energia (32) e o lado de carga (34), e subsequentemente aumentar sem interrupção, um nível de corrente contínua transmitida a um nível fixo de tensão contínua a partir do lado de fonte de energia (32) para o lado de carga (34) através do caminho de terra de corrente contínua durante um defeito no condutor de transmissão de energia cc (36) ou no condutor de retorno de energia cc (38), em que o caminho de terra de corrente contínua é paralelo a e em grande proximidade ao condutor com defeito.

2. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma resistência de aterramento (50) configurada para fornecer uma queda de tensão suficiente para determinar uma localização do defeito no cabo associada com o sistema.

3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela resistência de aterramento (50) ter um valor maior do que 10 kOhms.

4. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente duas ou mais resistências de aterramento (50) configuradas para fornecer um fluxo de corrente suficiente para determinar uma localização do defeito no cabo associado com o sistema.

5. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado por pelo menos uma resistência de aterramento (50) ter um valor maior do que 10 kOhms.

6. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo par de comutadores do lado da fonte (44, 46) e comutadores do lado da carga (44, 46) serem associados com cada um dos condutores e serem configurados juntos para habilitar o compartilhamento de corrente cc entre um condutor com defeito e o caminho de terra antes de isolar o condutor com defeito a partir do sistema.

7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo lado da fonte compreender geração de energia a partir de fontes de energia renováveis.

8. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos condutores de transmissão e retorno (36, 38) serem adicionalmente configurados juntos com os eletrodos de aterramento correspondentes (40, 42), comutadores do lado da fonte (44, 46) e comutadores do lado da carga (44, 46) para isolar o condutor com defeito a partir do sistema subsequente para habilitar o caminho de terra.

9. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo cabo de transmissão de energia de cc ser maior do que 200 km em comprimento.

10. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA DE CORRENTE CONTÍNUA DE ALTA TENSÃO compreendendo: um lado de fonte de energia (32) para aumentar um nível de corrente cc a um nível de tensão cc fixo; um lado de carga (34), o lado da fonte (32) e o lado de carga (34) cada um compreende uma arquitetura de corrente contínua modular empilhada, o sistema sendo caracterizado pelo lado de carga (34) compreender uma pluralidade de cargas submarinas; um condutor de transmissão de energia de cc (36); um condutor de retorno de energia de cc (38); um sistema de funcionamento sustentado durante defeito no cabo configurado para habilitar um caminho de transmissão de terra de corrente contínua a partir do lado de fonte de energia (32) para o lado de carga (34), e subsequentemente isolar um condutor de transmissão de energia cc (36) com defeito ou um condutor de retorno de energia cc (38) com defeito dentre os condutores de retorno de energia cc (38) e de transmissão de energia cc (36) a partir da rede a fim de habilitar o caminho de terra de transmissão de corrente contínua, de modo que um nível de corrente contínua transmitida para o lado de carga (34) a um nível fixo de tensão contínua é aumentado a um nível de tensão fixo sem interrupção durante uma falha no condutor de transmissão de energia cc (36) ou no condutor de retorno de energia cc (38), em que o sistema de funcionamento sustentado durante defeito no cabo compreende: um par de primeiros comutadores (44, 46) associados com uma primeira extremidade do cabo com defeito; um par de segundos comutadores associados com uma segunda extremidade do cabo com defeito, em que um primeiro comutador e um segundo comutador são configurados para habilitar o caminho de terra de transmissão de corrente contínua não mais do que 20 ms após uma primeira ocorrência do defeito no cabo, e ainda em que o primeiro comutador remanescente e o segundo comutador remanescente são configurados para desabilitar o cabo com defeito da rede não mais do que 100 ms após a habilitação do caminho de terra de transmissão de corrente contínua.

11. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por compreender adicionalmente uma resistência de aterramento (50) configurada para fornecer uma queda de tensão suficiente para determinar uma localização do defeito no cabo associado com a rede.

12. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pela resistência de aterramento (50) ter um valor maior do que 10 kOhms.

13. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por compreender adicionalmente duas ou mais resistências de aterramento (50) configuradas para fornecer um fluxo de corrente suficiente para determinar uma localização do defeito no cabo associado com o sistema.

14. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por pelo menos uma resistência de aterramento (50) ter um valor maior do que 10 kOhms.

15. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo caminho de terra de transmissão de corrente contínua compreender um par de eletrodos de aterramento configurados para fornecer um caminho de terra de transmissão de corrente contínua paralelo e em grande proximidade ao cabo de transmissão com defeito.

16. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo cabo de transmissão com defeito ser maior do que 200 km em comprimento.

17. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo sistema de funcionamento sustentado durante defeito no cabo compreender não mais do que um eletrodo de aterramento em cada um do lado de transmissão de energia e o lado de distribuição da rede.

18. REDE DE DISTRIBUIÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo sistema de funcionamento sustentado durante defeito no cabo ser desprovido de disjuntores cc.