BRPI0721565A2

BRPI0721565A2 - sistema de suprimento de energia

Info

Publication number: BRPI0721565A2
Application number: BRPI0721565-7A
Authority: BR
Inventors: Klaus Biester; Peter Kunow
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2013-01-22
Also published as: US8638005B2; NO341115B1; US20100127566A1; WO2008125137A1; NO20092852L; EP2149185A1; EP2149185B1

Abstract

SISTEMA DE SUPRIMENTO DE ENERGIA. A presente invenção refere-se a um sistema de suprimento de energia, para ser usado, particularmente, em uma produção marítima de petróleo/gás natural, que compreende pelo menos uma unidade de conversão de voltagem 1 transferência de dados, disposta acima do nível do mar, e um meio elétrico, tais como um estrangulador, uma válvula de comporta, uma árvore de produção, uma unidade de comunicação 1 controle de energia e similares, disposto abaixo do nível do mar, que são conectados eletricamente entre si por uma conexão de cabo pelo menos para suprimento de energia. Para aperfeiçoar esse sistema de suprimento de energia, em uma manei- ra que esse sistema tenha uma estrutura simples e cada unidade de conver- são de voltagem 1 transferência de dados possa também proporcionar maior energia por um período de tempo predeterminado, ou durante operação contínua, uma pluralidade de unidades de conversão de voltagem 1 transferência de dados é disposta modularmente, e pelo menos um módulo de suprimento de energia adicional pode ser conectado a elas, para aumentar o suprimento de energia e a energia elétrica, respectivamente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE SUPRIMENTO DE ENERGIA".

A presente invenção refre-se a um sistema de suprimento de energia a ser usado, particularmente, na produção marítima de petróleo e gás natural, compreendendo pelo menos uma unidade de conversão de vol- tagem / transferência de dados, disposta, particularmente, acima do nível do mar, e um meio elétrico disposto abaixo do nível do mar, tal como uma árvo- re de produção submarina compreendendo um estrangulador, uma válvula de comporta, um meio de controle / comunicação de energia ou similares. Esses meios são ligados pelo menos para suprimento de energia, por meio de uma conexão de cabo.

Na produção marítima de petróleo / gás natural, uma respectiva construção em alto-mar, tal como uma unidade construtiva e de produção, é usualmente ligada a uma plataforma de produção. Essa plataforma é ligada aos respectivos meios de um sistema de produção submarino. As partes desse sistema de produção são estranguladores, válvulas de comporta, bombas, atuadores ou similares, como parte de, por exemplo, uma árvore de produção submarina. Recentemente, esses diferentes componentes não têm sido mais operados hidraulicamente ou, pelo menos, não têm sido operados exclusivamente hidraulicamente, mas têm sido operados eletricamente ou, pelo menos, controlados eletricamente. Consequentemente, um suprimento com energia elétrica entre a plataforma em alto-mar e o sistema de produção submarino, e, possivelmente, também uma respectiva comunicação de da- dos, são possíveis.

Com a finalidade de suprir energia, a plataforma de produção compreende a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados. Essa unidade é ligada ao sistema de produção submarino e aos seus com- ponentes por meio de conexão de cabo.

Usualmente, uma transmissão de uma energia predeterminada definida pela unidade de conversão de voltagem / transferência de dados, que é, por exemplo, algum kW a algum kV, ocorre. Se um suprimento de energia mais alto se torna necessário, mesmo por um curto período de tem- po, esse requisito pode não ser usualmente cumprido com os sistemas de suprimento de energia conhecidos. Isso significa que o suprimento de ener- gia se mantém constante, de modo que se um componente adicional for co- nectado, o suprimento de energia é reduzido para todos os componentes conectados em torno do suprimento de energia desse componente conecta- do, e um suprimento suficiente de todos os componentes não é garantido.

A invenção aperfeiçoa um sistema de suprimento de energia do tipo mencionado acima, pelo fato de que tem uma estrutura simples e cada meio de conversão de voltagem / transferência de dados também pode pro- porcionar mais energia por um período de tempo predeterminado ou também durante operação contínua.

Essa vantagem pode ser manifestada, por exemplo, pelos as- pectos da reivindicação 1.

De acordo com a invenção, uma pluralidade de unidades de conversão de voltagem / transferência de dados é disposta modularmente, e pelo menos um módulo de suprimento de energia adicional, para aumentar o suprimento de energia ou a energia elétrica que pode ser ligada a essas uni- dades. Isso permite, por um lado, uma simples adaptação do número de u- nidades de conversão de voltagem / transferência de dados, pelo fato de que, dependendo das necessidades e da demanda de energia do sistema de produção submarino com os seus componentes, outros meios de transferên- cia de dados / conversores de voltagem são usados ou removidos ou, pelo menos, mantidos em uma operação de emergência, no caso de uma menor demanda de energia. Ao mesmo tempo, o módulo de suprimento de energia pode ser

ligado a cada unidade de conversão de voltagem / transferência de dados individual, de modo que uma maior saída de energia, por um período de tempo predeterminado ou durante operação contínua, é possível.

É possível que o módulo de suprimento de energia seja ligado a cada unidade de conversão de voltagem / transferência de dados, ou que também várias unidades de conversão possam ser conectadas. É também concebível que uma pluralidade de módulos de suprimento de energia possa ser ligada a uma unidade de conversão de voltagem / transferência de da- dos, e a energia pode ser assim aumentada, por exemplo, escalonadamente em torno de uma quantidade determinada de kW. Isso se aplica analoga- mente às outras unidades de conversão de energia / transferência de dados.

Para aumentar ainda mais as possibilidades de adaptação e ser

capaz de possivelmente adaptar a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados a outras condições em uma maneira simples, cada unidade de conversão de voltagem / transferência de dados pode ser estru- turada modularmente com submódulos compostos de pelo menos um con- versor de voltagem e/ou suprimento de energia e/ou modem de dados e/ou interface de dados / comunicação. É possível que essas subunidades modu- Iares sejam intercambiáveis de uma maneira simples e que, por exemplo, um modem de dados em uma unidade modular seja substituído por um dife- rente modem de dados. Isso se aplica analogamente aos outros submódu- los.

Quando do suprimento das respectivas unidades do sistema de produção submarino, um suprimento de voltagem contínua é vantajoso. Para proporcionar as respectivas voltagens no nível desejado e no tipo de volta- gem desejada, o conversor de voltagem pode ser um conversor CA / CC. No entanto, é também possível que apenas o valor da voltagem seja modifi- cado pelo conversor de voltagem, por exemplo, por um conversor CC / CC.

Se um suprimento do suprimento de energia for implementado por meio de um suprimento de energia universal (UPS), uma voltagem trifá- sica de 415 V é usualmente suprida às diferentes unidades de conversão de voltagem / transferência de dados. Uma conversão da voltagem em volta- gem contínua com o nível desejado é, então, implementada pelo respectivo conversor de voltagem, como um submódulo.

O suprimento de energia da unidade de conversão de voltagem / transferência de dados pode ser uma unidade trifásica com conexões alter- nadas.

Um simples suprimento de uma série de unidades de conversão de voltagem / transferência de dados e módulos de suprimento de energia pode ser implementado, se forem todos conectados por um barramento de energia com o suprimento de energia elétrica trifásica UPS, em que essas conexões são implementadas pelo respectivo suprimento de energia.

As unidades de conversão de voltagem / transferência de dados não apenas servem para suprir os diferentes componentes do sistema de produção submarino com energia, mas também para transmitir, vantajosa- mente, sinais ou dados em ambas as direções. Isso pode ser, por exemplo, implementado pelo fato de que o modem de dados é um modem de linha, que alimenta os respectivos dados ou sinais à conexão de cabo ou os extrai dela.

Em outras unidades de conversão de voltagem / transferência de dados, esse modem de dados pode ser também um modem de fibra de vi- dro, em que a transmissão dos sinais ou dados é conduzida por fibras de vidro. É também concebível que ambos os tipos de modems são usados ou podem ser pelo menos intercambiados entre si. Cada modem forma um res- pectivo submódulo.

Para transferir energia e dados ou sinais também por maiores distâncias, a conexão de cabo pode compreender pelo menos um cabo coa- xial. É também possível que a conexão de cabo compreenda uma pluralida- de desses cabos coaxiais, cada um dos quais sendo conectado a uma uni- dade de conversão de voltagem / transferência de dados separada.

Para simplificar o acoplamento de energia elétrica e/ou dados à respectiva conexão de cabo, a unidade de conversão de voltagem / transfe- rência de dados pode compreender um acoplador de linha, para acoplar vol- tagem elétrica e dados de acoplamento à conexão de cabo.

Tanto para monitorar o suprimento de energia, bem como as necessidades de energia, uma unidade de controle de conversão de volta- gem pode ser designada ao conversor de voltagem. Essa unidade pode também servir para compensação de energia reativa, isto é, para correção de fator de potência (PFC).

Uma simples realização de um respectivo barramento de energia pode ser feita pelo fato de que esse barramento é formado como um trilho de barramento de energia. Esse trilho de barramento de energia pode ser conectado de uma maneira simples conhecida por si aos respectivos módu- los ou submódulos e outros adaptadores de linhas de alimentação.

Diferentes interfaces de dados / comunicação podem ser usadas para comunicação com os diferentes módulos ou submódulos. Essa trans- missão de dados pode ser implementada, por exemplo, assincronamente ou serialmente, tal como CAN (Rede de Área de Controlador), em que, nesse aspecto, uma respectiva interface CAN é usada como um submódulo.

Uma vez que é possível que os dados ou sinais sejam transmiti- dos de acordo com um diferente protocolo da parte externa da unidade de conversão de voltagem / transferência de dados, uma unidade de conversão de protocolo de barramento pode ser conectada a montante da interface de comunicação / dados. Um exemplo é uma porta Ethernet / CAN, como a uni- dade de conversão de protocolo de barramento. Dessa maneira, as redes CAN podem ser acopladas com as redes Ethernet, em que a transferência dos dados e sinais é conduzida, por exemplo, por um meio de controle cen- tral por uma rede Ethernet para as unidades de conversão de voltagem / transferência de dados e módulos de suprimento de energia individuais. É também possível implementar um acoplamento direto por TCP / IP, em vez de um acoplamento a uma rede Ethernet, ou usar conjuntamente ambas as oportunidades.

Para que seja possível conectar um respectivo módulo de su- primento de energia à unidade de conversão de voltagem / transferência de dados, essa unidade pode compreender um controlador para conectar pelo menos um módulo de suprimento de energia ao acoplador de linha. Em ra- zão disso, o controle da conexão da unidade de conversão de voltagem / transferência de dados é conduzido, por exemplo, por uma chave associada a ela. Os respectivos controles de comando podem ser transferidos pelo meio de controle central, pela rede Ethernet, para a respectiva interface de dados / comunicação, após conversão do protocolo de barramento.

Para que seja possível controlar a conexão de uma maneira simples da parte externa e, particularmente, pelo meio de controle central, uma interface de dados, particularmente uma interface CAN1 pode ser asso- ciada ao controlador. Essa pode ser a interface CAN mencionada acima, de modo que possivelmente apenas uma interface CAN é usada para cada uni- dade de conversão de voltagem / transferência de dados.

Como já mencionado, o controle do controlador pode ser direta-

mente implementado pelo meio de controle central. No entanto, é também possível que um divisor seja associado a esse meio, que é conectado por uma conexão de dados pelo menos com o meio de conexão de cada meio de conversão de voltagem / transferência de dados. Cada uma dessas uni- dades pode ser controlada separadamente por esse meio de conversão, pa- ra conectar um ou vários módulos de suprimento de energia.

Nesse aspecto, essa conexão de dados pode ser um barramen-

to Ethernet.

Para que seja possível controlar os módulos de suprimento de energia antes da, ou durante, a conexão, a unidade divisora pode ser conec- tada com os módulos de suprimento de energia conectáveis. Essa conexão pode ser conduzida consequentemente pelo barramento de Ethernet.

Os módulos de suprimento de energia são também dispostos modularmente e são modularmente estruturados de submódulos, em que esse módulo de suprimento de energia, no caso de ser um submódulo, com- preende pelo menos um suprimento de energia e/ou um conversor de volta- gem e/ou uma interface de dados / comunicação e/ou uma unidade de con- versão de voltagem.

Como já mencionado, a unidade divisora pode ser parte de um meio de controle central, ou pode ser conectada a ele. É também possível operar a unidade divisora diretamente manualmente para conectar, por e- xemplo, os respectivos módulos de suprimento de energia.

É possível conectar um respectivo circuito entre a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados e o respectivo meio elétrico do sistema de produção submarino por uma outra conexão de cabo. No en- tanto, é também possível que pelo menos um anodo submarino seja associ- ado ao meio de conversão de voltagem / transferência de dados, e pelo me- nos um catodo submarino seja associado ao meio elétrico, em que a água do mar, entre os anodo e catodo submarinos, forma uma seção de circuito de um circuito fechado para as linhas eletrônicas entre os mesmos.

Na produção de petróleo e gás natural, é usualmente necessário que todas as respectivas partes sejam proporcionadas redundantemente. Essa pode ser conduzida de acordo com a invenção, pelo fato de que o sis- tema de suprimento de energia é estruturado redundamente de vários meios de conversão de energia / transferência de dados e módulos de sistema de suprimento de energia conectáveis, em que, por exemplo, dois sistemas se- parados, com os respectivos módulos e submódulos, possam ser proporcio- nados. A redundância também continua no setor do sistema de suprimento de energia com os respectivos meios elétricos, de modo que existam siste- mas independentes.

Os submódulos ou módulos únicos do sistema de suprimento de energia, que podem ser facilmente trocados e manuseados, podem ser for- mados como elementos de inserção para um sistema de plano básico. O trilho de barramento de energia, um barramento Ethernet ou similares, pode ser parte do sistema de plano básico.

Pode também provar ser necessário que não apenas um respec- tivo suprimento pela conexão de cabo dos meios elétricos individuais ocorra, mas que uma descarga, particularmente da conexão de cabo formada como o cabo coaxial, seja vantajosa para descarregar uma capacitância carregada possivelmente correspondente. Essa pode ser também implementada pela unidade de conversão de voltagem / transferência de dados e, particular- mente, pelo controlador por meio de chaves, pelo fato de que a conexão de cabo pode ser conectada à terra pela unidade de conversão de voltagem / transferência de dados.

O sistema de suprimento de energia pode ser também estrutu- rado pelo fato de que não apenas um meio elétrico é conectado a cada uma das unidades de conversão de voltagem / transferência de dados. Em vez disso, vários meios elétricos podem ser também conectados em paralelo e/ou em série com a conexão de cabo e, desse modo, com a respectiva uni- dade de conversão de voltagem / transferência de dados. Esse meio, o meio elétrico, pode ser também estruturado modularmente, em que o número de módulos é praticamente limitado pelo número de endereços disponíveis.

Para que seja possível comutar diretamente a outras unidades de conversão de voltagem / transferência de dados ou módulos de supri- mento de energia conectáveis, esses módulos podem ser proporcionados como módulos de reserva. Servem virtualmente como unidades de reserva, que, no caso de falha de uma unidade operacional, podem assumir rapida- mente as suas funções. Basicamente, apenas a conexão de cabo do módulo falho tem que ser conectada no módulo reserva. É também concebível, quando todos os cabos coaxiais são comutados como uma matriz clássica, que o cabo coaxial é conectado eletricamente ao respectivo módulo reserva, por seleção dos respectivos pontos matrizes.

Finalmente, deve-se notar que os submódulos de função idênti- ca possam ter a mesma estrutura, isto é, que, por exemplo, uma interface CAN ou uma unidade de conversão de protocolo de barramento possa ser usada em cada unidade de conversão de voltagem / transferência de dados ou em cada módulo de suprimento de energia. Isso se aplica analogamente aos outros submódulos. Por adição de mais outros módulos de suprimento de energia ou unidades de conversão de voltagem / transferência de dados, o sistema de suprimento de energia pode ser estendido em uma maneira modular ou pode, possivelmente, ser minimizado. Por meio dessa estrutura modular de acordo com a invenção, várias alternativas de combinação da transferência de energia e dados são possíveis. Os diferentes módulos ou submódulos são relativamente pequenos e podem ser ligados entre si.

Deve-se também notar que uma energia máxima sob água é usualmente apenas requerida quando da iniciação do meio elétrico, particu- larmente os atuadores elétricos e um suprimento básico pelas unidades de conversão de voltagem / transferência de dados é, de outro modo, possível sem conexão dos módulos de suprimento de energia. É também concebível que diferentes submódulos são proporcionados como módulos de reserva, de modo que possam ser simplesmente comutados de um submódulo nesse módulo reserva, sem que todo o sistema tenha que ser desligado. O submó- dulo pode ser então substituído, pelo fato de que fica, por exemplo, ligado inativo por meio de um software e é, depois, desconectado para reparo, por exemplo, como um cartão de conexão.

Uma concretização vantajosa da invenção vai ser explicada a

seguir em detalhes por meio das figuras anexadas no desenho.

A figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de suprimento de energia compreendendo dois sistemas de redundância.

A figura 2 mostra uma vista ampliada de um sistema de redun- dância de acordo com a figura 1.

A figura 3 mostra uma vista ampliada de unidade de conversão de voltagem / transferência de dados de acordo com as figuras 1 e 2.

A figura 4 mostra uma vista ampliada de um módulo de supri- mento de energia de acordo com as figuras 1 e 2. A figura 1 mostra um diagrama esquemático de um suprimento

de energia 1, que é estruturado como um sistema de suprimento de energia modular 30 e que forma no total um sistema de suprimento de energia e da- dos 30, para meios de comunicação / controle de energia 39, particularmen- te dispostos no fundo do mar, e outros meios elétricos. Na concretização mostrada, um meio de controle central 26 controla dois sistemas redundan- tes 43, 44, cada um deles sendo composto de vários primeiro e segundo módulos 31, 32. Os primeiros módulos 31 são unidades de conversão de voltagem / transferência de dados 3 e os módulos secundários 32 são módu- los de suprimento de energia conectáveis 6, que servem como módulos de amplificação de energia conectáveis 35. Cada unidade de conversão de vol- tagem / transferência de dados 3 é conectada por uma conexão de cabo 5 com um meio elétrico 4 no fundo do mar, em que os primeiro e segundo mó- dulos 31, 32 são dispostos acima do nível do mar 2, por exemplo, em uma plataforma de produção ou similares. Esses meios elétricos 4 incluem, por exemplo, um meio de co-

municação / controle de energia 39, que é conectado diretamente à conexão de cabo 5. Esse meio 39 serve para suprir e controlar energia elétrica de pelo menos um meio de controle local 40, que é conectado com uma plurali- dade de dispositivos elétricos para a produção de petróleo / gás natural, tais como válvulas, estranguladores, atuadores e similares. É também possível que vários desses meios de controle locais sejam conectados em série e/ou em paralelo com o meio de comunicação / controle de energia 39.

As unidades de conversão de voltagem / transferência de dados 3, como o primeiro módulo 31, cobrem uma necessidade básica de energia dos respectivos meios no fundo do mar. Quando a necessidade de energia aumenta, uma conexão de pelo menos um módulo de suprimento de energia 6, como o módulo secundário 32, do sistema de suprimento de energia 1 ocorre. Alimentam a energia elétrica deles também na respectiva conexão de cabo 5, entre a unidade de conversão de voltagem / transferência de da- dos 3 e o meio de comunicação / controle de energia associada 39.

O respectivo circuito entre a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados 3 e/ou o módulo de suprimento de energia 6 e o meio de comunicação / controle de energia 39 é fechado pelos anodos submari- nos 27 e os catodos submarinos 28 e a água do mar localizada entre eles. Esse anodo submarino 27 é associado a cada um dos primeiro e segundo módulos 31, 32, respectivamente, e um catodo submarino 28 é associado a cada meio de comunicação / controle de energia 39. Os anodos submarinos 27 são conectados por outras conexões de cabo ao módulo associado, en- quanto que o catodo submarino 28 pode ser formado por uma parte do alo- jamento ou todo o alojamento do respectivo meio de comunicação / controle de energia 39.

Para simplificar o caso, a figura 1 não mostra todas as conexões

de cabo 5 ou outros detalhes dos respectivos módulos 31, 32, em que esses outros detalhes resultam das figuras mencionadas abaixo.

As respectivas conexões entre o meio de controle local 40 e os dispositivos eletrônicos ou elétricos são apenas mostradas esquematica- mente, em que os respectivos dispositivos elétricos ou eletrônicos podem ser associados ao respectivo furo de sondagem ou aos respectivos equipa- mentos de árvores de Natal. A figura 2 mostra os respectivos primeiro e segundo módulos 31, 32 para pelo menos um sistema em mais detalhes em que, para simplificar o caso, a respectiva conexão aos, e a representação dos anodos submarinos 27 foram omitidas.

Para simplificar ainda mais o caso, o meio de controle 26 não é

mostrado na figura 2, mas apenas uma unidade divisora 20, que pode ser parte do meio de controle central de que é pelo menos associada a ele.

Na figura 2, os primeiro e segundo módulos 31, 32, de acordo com a figura 1, são caracterizados como unidades de conversão de volta- gem / transferência de dados 3 e módulos de suprimento de energia 6, em que cada módulo é composto de submódulos.

Esse primeiro módulo 31 ou unidade de conversão de voltagem / transferência de dados 3 é conectado no lado de entrada para suprimento de voltagem com um suprimento de energia universal, na forma, por exemplo, de um suprimento de energia elétrica trifásica com a conexão 36. Isso supre energia elétrica ou voltagem trifásica e também uma conexão à terra 29. O suprimento é implementado por um barramento de energia 12, que pode ser disposto na forma de um trilho de barramento de energia 16. O barramento de energia 12 é conectado ao suprimento de energia 8 e 23, respectivamen- te, das unidades de conversão de voltagem / transferência de dados 3 ou dos módulos de suprimento de energia 6. Os conversores de voltagem 7, na forma de um conversor CA / CC, e os respectivos conversores de voltagem, também usualmente como conversores CA / CC, são conectados ao respec- tivo suprimento de energia, como o subprimeiro módulo, nos vários módulos, como outros submódulos. Uma unidade de controle de conversão de volta- gem 15 é associada aos respectivos conversores de voltagem 7 e 24, res- pectivamente, a dita unidade de conversão de voltagem também servindo para a compensação de energia reativa, isto é, para compensação do fator de potência.

Outros submódulos, que são também usados nas unidades de

conversão de voltagem / transferência de dados 3 e nos módulos de supri- mento de energia 6 ilustrados são unidades de conversão de protocolo de barramento 18 e interfaces de dados / comunicação 10 e 25, respectivamen- te.

As respectivas unidades de protocolo de barramento 18 são co- nectadas à unidade divisora 20 por uma linha de conexão de dados 21. A linha de conexão de dados 21 é formada como um barramento Ethernet 22, na concretização mostrada. Para converter o respectivo protocolo da rede Ethernet em um protocolo de uma rede diferente, que é usado dentro dos diferentes módulos, as unidades de conversão de protocolo de barramento 18 são proporcionadas. Essas unidades servem particularmente para a con- versão dos protocolos Ethernet em protocolos CAN. Os respectivos protoco- los convertidos podem ser então transmitidos para as interfaces CAN 17 dentro de cada módulo, em que essas interfaces CAN 17 formam as respec- tivas interfaces de dados / comunicação 10 e 25, respectivamente. Essa in- terface CAN 17 pode ser proporcionada centralmente para todos os submó- dulos ou também para cada submódulo. A unidade de conversão de protoco- lo de barramento 18 empregada também possibilita que as unidades de con- versão de voltagem / transferência de dados individuais 3 se comuniquem internamente por diferentes protocolos relativamente entre si, ainda se co- municando, por exemplo, por meio de protocolo comum. Uma transmissão de sinais para controlar, por exemplo, a unida-

de de conversão de voltagem 15, um controlador 19 ou também modems de dados 9, é implementada pela respectiva interface.

O controlador 19 controla um meio de comutação 45, que é tam- bém proporcionado em cada meio de conversão de voltagem / transmissão de dados 3. Pelo meio de comutação 45, um acoplamento de um ou vários dos módulos de suprimento de energia 9 ocorre para aumentar o suprimento de energia pelas respectivas conexões de cabo 5, vide também a figura 1. Um acoplamento da linha e dos sinais ou dados é implementado nessa co- nexão por meio de um acoplador de linha 14, que é conectado aos respecti- vos modens de dados 9, ao conversor de voltagem 7 e ao meio de comuta- ção 45.

A respectiva conexão de cabo 5 pode ser formada, por exemplo, como um cabo coaxial 13, que pode ser usado vantajosamente tanto para transmitir energia elétrica, bem como sinais e dados.

Dependendo do tipo de transmissão, o modem de dados 9 pode ser formado diferentemente. Uma possibilidade é um modem de linha 37, que acopla os dados e sinais pelos acopladores de linha 14 no cabo coaxial 13. Se em vez do, ou em combinação com o cabo axial, for usado um cabo de fibra de vidro, o modem de dados 9 pode ser formado como um modem de fibra de vidro 38. O respectivo modem de dados 9 também forma um submódulo.

Nesta conexão, é possível que o modem de linha 37 e o modem

de fibra de vidro 38 sejam usados alternativamente, ou também em combi- nação.

Em relação aos diferentes módulos, deve-se notar que eles po- dem ser formados como cartões de ligação, que podem ser acoplados em um plano básico de cada módulo, em que, por exemplo, o barramento de energia 12 e o barramento Ethernet 22 possam ser integrados no plano bá- sico, e o contato com o respectivo barramento pode ser diretamente estabe- lecido plugando nos respectivos cartões de ligação.

Em relação ao modem em linha, deve-se também notar que es- se modem serve para transmitir e receber dados e sinais pela rede de su- primento de energia, em que esses dados e sinais podem ser acoplados ne- le por meio de uma respectiva modulação do suprimento de energia.

No que diz respeito à unidade de conversão de protocolo de bar- ramento 18, deve-se também notar que essa unidade pode ser formada, por exemplo, como um denominado processador de ativação a frio ou porta E- thernet - CAN, que executa uma respectiva conversão de protocolo de E- thernet em CAN e vice-versa. Essa conversão de protocolo é necessária para a conexão de diferentes sistemas ou redes de barramentos de campos diferentes e é usada para aplicações de controle à base de rede em USB, Ethernet, CAN, TCP/IP.

Os módulos secundários 32, vide a figura 1, ou os módulos de suprimento de energia 6 são também conectados pela unidade de conversão de protocolo de barramento 18 com o barramento Ethernet 22, e, desse mo- do, com a unidade divisora 20. Isso não apenas transmite os dados para operação do meio de comutação 45 para o meio de conversão de voltagem / transferência de dados 3, mas também dados para os módulos, que são de- pois, por exemplo, supridos à unidade de controle de conversão de voltagem 15, para compensação de energia reativa. As unidades dentro dos módulos pode receber suprimento de energia do respectivo módulo, por exemplo.

De acordo com a figura 2 e nas figuras 3 e 4 seguintes, pode-se notar que, de acordo com a invenção, não apenas uma estrutura modular do sistema de suprimento de energia composto de unidades de conversão de voltagem / transferência de dados 3 e módulos de suprimento de energia 6, existe, mas que esses próprios primeiro e segundo módulos 31, 32 são tam- bém estruturados modularmente, de modo que uma simples extensão do sistema de suprimento de energia 1 por módulos adicionais, ou uma modifi- cação de cada um dos primeiro e segundo módulos por outros submódulos é possível. É também possível dispor adicionalmente alguns dos primeiros módulos e/ou secundários na operação de emergência, que são apenas u- sados no caso de falha de um módulo. Os respectivos submódulos de cada módulo podem ser rapidamente trocados, por exemplo, para trocar um sub- módulo danificado ou modificar a estrutura de um módulo. Todos os respec- tivos submódulos são estruturados similarmente, isto é, que, por exemplo, uma unidade de conversão de protocolo de barramento 18 de um módulo de suprimento de energia 6 pode ser também usada para uma unidade de con- versão de voltagem / transferência de dados 3, em que isso é análogo para os outros submódulos.

Na figura 3, um primeiro módulo ou uma unidade de conversão de voltagem / transferência de dados 3 é mostrada em escala ampliada para explicação adicional, os números de referência similares caracterizam nes- sas figuras, como em todas as figuras remanescentes, partes idênticas, e são explicadas parcialmente em detalhes apenas em conjunto com a figura.

O primeiro módulo 31 forma um módulo de suprimento de ener- gia / transferência de dados 34 com diferentes submódulos, tais como um suprimento de energia 8, um controlador 19, um conversor de voltagem 7 na forma de um conversor CA / CC 11, uma unidade de controle de conversão de voltagem 15 e um modem de dados 9. O modem de dados 9 pode ser um modem de linha 37 e/ou um modem de fibra de vidro 38.

Dependendo do tipo de transmissão de dados e sinais, um ou

outro dos modems 37, 38 é usado. Os submódulos de acordo com a figura 3 a serem controlados, vide, particularmente, os números de referência 15 e 9, compreendem uma conexão com uma interface de dados / comunicação 10, na forma, por exemplo, de uma interface CAN 17. Essa interface pode ser também proporcionada separadamente para cada um dos submódulos men- cionados previamente. Cada interface de dados / comunicação 10 é conec- tada à unidade de conversão de protocolo 18, que, por exemplo, conduz a conversão de protocolo entre a rede Ethernet e a rede CAN.

No lado de saída, o primeiro módulo 31 tem um acoplador de linha 14, por meio do qual energia e dados / sinais são acoplados à conexão de cabo 5. A energia acoplada nele pode ser suprida como suprimento pri- mário, diretamente do conversor de voltagem 7 do primeiro módulo, ou tam- bém com maior energia por conexão a pelo menos um módulo de suprimen- to de energia por meio do meio de comutação 45. Por conexão de um ou de uma pluralidade desses módulos de suprimento de energia 6, vide também a figura 4, o suprimento de energia pode ser aumentado, por exemplo, nas etapas de uns poucos kW além do suprimento primário pelos conversores de voltagem 7, e, desse modo, pelo primeiro módulo 31.

A transferência da energia dos módulos de suprimento de ener- gia 6, como os módulos secundários 32, é conduzida por uma linha de cone- xão 42, que pode ser também formada como uma linha de barramento. To- dos os módulos de suprimento de energia 6 são conectados com a linha de barramento 42. Na figura 4, dois módulos de suprimento de energia 6 são mostrados como os módulos secundários 32 das figuras 1 e 2 em escala ampliada, para explicação adicional.

Cada módulo de suprimento de energia 6 compreende um con- versor de voltagem 24 como os submódulos, que podem ser formados como um conversor CA / CC, uma unidade de controle de conversão de voltagem e uma interface de dados / comunicação 25 associada. Essa interface fica em conjunto com a unidade de conversão de protocolo de barramento 18, em que uma conversão do protocolo Ethernet em um protocolo CAN é conduzida pelo último. A unidade de conversão de protocolo de barramento 18 é conectada à unidade divisora 20 por uma conexão de dados, na forma de um barramento Ethernet 22. As diferentes saídas CAN da unidade de conversão de protocolo de barramento 18 são conectadas, em um lado, com a interface de dados / comunicação 25, e, em outro lado, por um barramento CAN 46 à outra das unidades de conversão de protocolo de barramento 18. Dessa maneira, apenas um módulo de suprimento de energia 6 é conectado à unidade divisora 20 pelo barramento Ethernet 22, enquanto que os módu- los de suprimento de energia são conectados entre si pelo barramento 46, para controle adicional de acordo com os sinais recebidos pela unidade divi- sora 20.

Cada um dos módulos de suprimento de energia 6 tem também um suprimento de energia 23, que é conectado ao barramento de energia 12 e, por esse barramento de energia, à conexão 36, vide a figura 2, a ser co- nectada a um suprimento de energia elétrica trifásica. O sistema de suprimento de energia de acordo com a invenção

vai ser descrito sucintamente por meio das figuras em anexo.

O sistema de suprimento de energia é totalmente estruturado redundantemente, vide os diferentes sistemas 43 e 44. Ambos os sistemas são completamente independentes e são controlados e conduzidos pelo meio de controle central 26 subordinado por meio de software instalado res- pectivamente. O suprimento dos sistemas 43, 44 é também implementado separadamente por meio de dois meios de suprimento de energia universais independentes, vide a conexão 36 na figura 2.

Apenas alguns dos primeiro e segundo módulos são mostrados nas figuras, em que o número deles também pode ser aumentado ou reduzi- do, dependendo da necessidade.

Um primeiro módulo é conectado por uma conexão de cabo com o meio de comunicação / controle de energia 39 no fundo do mar ou pelo menos abaixo do nível do mar. Os meios abaixo do nível do mar são estrutu- rados modularmente, e, dependendo dos endereços disponíveis para ende- reçar cada meio, mais ou menos meios podem ser proporcionados.

A estrutura modular do sistema de suprimento de energia é con-

tinuado em cada um dos primeiro e segundo módulos, em que todos os submódulos 8, 19, 7, 15, 10, 9 ou 18, bem como 23, 24, 25 são idênticos em construção, isto é, desde que exista a mesma função, por exemplo, cada suprimento de energia 18 pode substituir um diferente suprimento de energia 18, como submódulo.

As respectivas unidades submarinas são supridas com a energia necessária pelos primeiro e segundo módulos. Desde que uma carga de ba- se ou alguns kW sejam suficientes, o suprimento de uma unidade de con- versão de voltagem / transferência de dados 3 para a unidade submarina associada ocorre. Se a carga de base não é mais suficiente, uma conexão de um ou de uma pluralidade de módulos de suprimento de energia 6 ocorre, pela qual o suprimento básico pode ser aumentado nas etapas de, por e- xemplo, alguns kW. Esse aumento do suprimento de energia é, por exemplo, necessário se uma válvula submarina for aberta por um atuador. O fecha- mento pode ser, nesse aspecto, implementado por um meio dependente de energia, tal como uma mola ou similares.

É possível que alguns dos primeiro e segundo módulos fiquem em operação de emergência e são usados apenas no caso de falha ou ma- nutenção de um dos outros módulos. Todos os primeiro e segundo módulos são conectados pelo bar-

ramento de energia 12 à conexão 36 para suprimento de voltagem. Além do mais, um barramento Ethernet 22 existe no lado de entrada, o dito barra- mento suprindo todos os módulos com dados e sinais para controlar e coor- denar os mesmos por meio de um software. Cada módulo tem uma unidade de conversão de protocolo de barramento 18, na forma de uma porta Ether- net - CAN ou processador de ativação a frio, para que seja possível conduzir uma conversão de protocolo entre a rede Ethernet e a rede CAN. Os respec- tivos sinais são depois encaminhados para a interface CAN 17, que também existe em todos os módulos.

Os respectivos submódulos podem compreender esse terminal CAN, em que os submódulos são, por exemplo, formados como cartões de ligação para um respectivo plano básico com barramento de suprimento de energia associado.

No lado de saída, todos os módulos são conectados com a linha de conexão 42, que pode ser também formada como um barramento.

Um acoplamento na linha coaxial 13, como conexão de cabo nas unidades submarinas, é implementado pelo acoplador de energia 14. O aco- plamento é não apenas implementado com relação ao suprimento de ener- gia, mas também com relação aos dados e sinais a serem trocados. O su- primento de energia pode ser variado por conexão dos respectivos módulos de suprimento de energia 6, vide o meio de comutação 45 com o controlador 19.

Nessa conexão, deve-se também notar que cada cabo coaxial pode ser também conectado pela unidade de conversão de voltagem / trans- ferência de dados associada com a terra 29. Pode ser, por exemplo, usado para descarregar a linha coaxial, para que seja possível descarregar as e- nergias estáticas armazenadas por essa linha à terra.

O acoplador de linha 14 também serve para acoplamento nos dados e sinais, que são modulados além do mais para transmissão de ener- gia, consultar as indicações feitas acima. Desse modo, cada unidade subma- rina pode ser controlada individualmente. No todo, um sistema de suprimento de energia é obtido, no qual

todas as possíveis combinações de transferência de energia e dados podem ser feitas de uma maneira simples e rápida por uso de módulos e submódu- los. Além do mais, o sistema de suprimento de energia é muito variável e à prova de falha, devido ao uso de mais ou menos módulos e por uso dos res- pectivos submódulos, em que por razões de redundância, submódulos simi- lares podem ser, por exemplo, também proporcionados em cada módulo, de modo que um desses submódulos pode rapidamente substituir um submódu- Io falho por meio de software ou reacoplamento de cabos.

Ainda que a invenção possa ser suscetível a várias modificações e formas alternativas, as concretizações específicas foram mostradas por meio de exemplo nos desenhos e foram descritas em detalhes no presente relatório descritivo. No entanto, deve-se entender que a invenção não é in- tencionada para ser limitada às formas particulares descritas. A invenção é para cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que cabem nos espírito e escopo da invenção, como definidos pelas reivindicações em anexo apresentadas a seguir. Adicionalmente, o uso do termo "presente in- venção" ou "invenção" se refere, de uma maneira geral, a concretizações exemplificativas da invenção reivindicada e, como tal, meios descritivos sub- sequentes não são requisitos necessários para cada concretização abrangi- da pelas reivindicações desse pedido de patente.

Claims

1. Sistema de suprimento de energia (1), para ser usado, parti- cularmente, em uma produção marítima de petróleo / gás natural, compre- endendo pelo menos uma unidade de conversão de voltagem / transferência de dados (3), disposta, particularmente, acima do nível do mar (2), e um meio elétrico (4), tal como um estrangulador, uma válvula de comporta, uma árvore de produção, um meio de comunicação / controle de energia ou simi- lares, disposto abaixo do nível do mar, que são conectados entre si por uma conexão de cabo (5) pelo menos para suprimento de energia, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de unidades de conversão de voltagem / transferência de dados (3) é disposta modularmente, e pelo menos um mó- dulo de suprimento de energia (6) adicional pode ser conectado a essas uni- dades, para aumentar o suprimento de energia e a energia elétrica, respecti- vamente.

2. Sistema de suprimento de energia de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizado pelo fato de que cada unidade de conversão de vol- tagem / transferência de dados (3) é estruturada modularmente de pelo me- nos um conversor de voltagem (7) e/ou um suprimento de energia (8, 23) e/ou um modem de dados (9) e/ou uma interface de dados / comunicação (10).

3. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o conver- sor de voltagem (7) é um conversor CA / CC (11).

4. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o supri- mento de energia (8, 23) é uma unidade trifásica com conexão alternada (36) para um suprimento de energia elétrica trifásica.

5. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um bar- ramento de energia (12) é disposto para conexão entre o suprimento de e- nergia (8) e a conexão alternada (36).

6. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o modem de dados (9) é um modem de linha (37).

7. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o modem de dados (9) é um modem de fibra de vidro (38).

8. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a conexão de cabo compreende pelo menos um cabo coaxial (5, 13).

9. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados (3) compreende um aco- plador de linha (14), para acoplar voltagem elétrica e dados na conexão de cabo (5).

10. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma uni- dade de conversão de voltagem (15) é associada ao conversor de voltagem (7).

11. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o conver- sor de voltagem (7) compreende uma correção do fator de potência.

12. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o barra- mento de energia (12) é formado como um trilho de barramento de energia (16).

13. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a interface de dados / comunicação (10) é uma interface CAN (17).

14. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma uni- dade de conversão de protocolo de barramento (18) é disposta a montante da interface de dados / comunicação (10).

15. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de conversão de protocolo de barramento (18) é uma porta Ethernet / CAN.

16. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada uni- dade de conversão de voltagem / transferência de dados (3) compreende um controlador (19) para conectar pelo menos um módulo de suprimento de e- nergia (6) no acoplador de linha (14).

17. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma inter- face de dados, particularmente uma interface CAN (17), é associada ao con- trolador (19).

18. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma uni- dade divisora (20) é conectada por uma conexão de dados (21) pelo menos ao controlador (19) de cada unidade de conversão de voltagem / transferên- cia de dados (3).

19. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a conexão de dados (21) é um barramento Ethernet (22).

20. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade divisora (20) é conectada aos módulos de suprimento de energia conectá- veis (6).

21. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de suprimento de energia (6) compreende pelo menos um suprimento de energia (8, 23) e/ou um conversor de voltagem (24) e/ou uma interface de dados / comunicação (25) e/ou uma unidade de conversão de voltagem (15).

22. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade divisora (20) é conectada à interface de dados / comunicação (25), particu- larmente pelo barramento Ethernet (21, 22).

23. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade divisora (20) é conectada a um meio de controle central (26).

24. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo me- nos um anodo submarino (27) é associado à unidade de conversão de volta- gem / transferência de dados (3) e pelo menos um catodo submarino (28) é associado ao meio elétrico (4), em que a água do mar, entre o anodo e o catodo submarinos, forma uma seção de circuito de um circuito fechado, en- tre o anodo e o catodo, para a linha eletrônica.

25. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de suprimento de energia é estruturado redundantemente de várias unida- des de conversão de voltagem / transferência de dados (3) e módulos de suprimento de energia conectáveis (6).

26. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que todos os módulos individuais do sistema de suprimento de energia são formados co- mo elementos de inserção em um sistema de plano básico.

27. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a conexão de cabo (5) pode ser conectada à terra (29) pela unidade de conversão de voltagem / transferência de dados (3).

28. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma plura- lidade de meios elétricos (4) é conectada em paralelo e/ou em série com a conexão de cabo (5).

29. Sistema de suprimento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de conversão de voltagem / transferência de dados (3) e/ou os módulos de suprimento de energia conectáveis (6) são dispostos como módulos de e- mergência.

30. Sistema de suprimento de energia modular, para ser usado, particularmente, em uma produção marítima de petróleo / gás natural, com- preendendo meios de conversão de voltagem / transferência de dados (3), como os primeiros módulos (1), e módulos de suprimento de energia conec- táveis (6), como os módulos secundários (32), em que cada primeiro módulo (31) é conectado por uma conexão de cabo a um meio elétrico (4), tais como um estrangulador, uma válvula de comporta, uma árvore de produção, uma unidade de comunicação e controle de energia e similares, disposto abaixo do nível do mar, em que um de uma pluralidade de módulos (32), para au- mentar a energia elétrica, pode ser conectado seletivamente a cada primeiro módulo (31).

31. Sistema de suprimento de energia modular de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o módulo secundário (32) pode ser conectado pelo primeiro módulo (31).

32. Sistema de suprimento de energia modular de acordo com a reivindicação 30 ou 31, caracterizado pelo fato de que a energia elétrica adi- cional pode ser transferida pelo módulo secundário (32) pela conexão de cabo (5), conectada ao primeiro módulo (31).

33. Sistema de suprimento de energia e dados, para uso na pro- dução marítima de petróleo / gás natural, compreendendo vários módulos de suprimento de energia e dados (34) e módulos de suprimento de energia conectáveis (35), em que cada módulo de suprimento de energia e dados (33) é conectado por uma conexão de cabo (5) a pelo menos um meio elétri- co, tais como um estrangulador, uma válvula de comporta, uma árvore de produção e um meio de comunicação e controle de energia, disposto abaixo do nível do mar, para transmitir dados e energia elétrica.

34. Sistema de suprimento de energia e dados de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que o módulo de suprimento de energia (35) pode ser conectado seletivamente pelo módulo de suprimento de energia e dados (34).

35. Sistema de suprimento de energia e dados de acordo com a reivindicação 33 ou 34, caracterizado pelo fato de que o módulo de supri- mento de energia e dados (34) é formado como uma unidade de conversão de voltagem / transferência de dados (3) de pelo menos uma interface de dados / comunicação (10), e/ou um suprimento de energia (8, 23), e/ou um conversor de voltagem (7), e/ou um modem de dados (9).

36. Sistema de suprimento de energia e dados de acordo com qualquer uma das reivindicações 33 a 35, caracterizado pelo fato de que a energia elétrica do módulo de suprimento de energia conectável (35) pode ser adicionalmente transferida pela conexão de cabo (5), conectada ao mó- dulo de suprimento de energia e dados (34).