BRPI1005968A2 - dispositivo de monitoraÇço de linha submarina - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE MONITORAÇçO DE LINHA SUBMARINA. Dispositivo de monitoração de linha submarina compreendendo de uma unidade de diagnóstico adaptada para ser empregada, uma vez em uso, em uma localidade submarina, incorporando um primeiro conector, a unidade de diagnóstico apresentando a capacidade operacional, uma vez em uso, de liberar um sinal indicativo da integridade de uma linha ou dispositivo conectados ao primeiro conector.
Description
"DISPOSITIVO DE MONITORAÇÃO DE LINHA SUBMARINA" Esta invenção está voltada a um dispositivo de monitoração de emprego de linha submarina para a monitoração da integridades das linhas, por exemplo, cabos elétricos, os quais são empregados em ambientes submarinos. Em termos particulares a invenção tem aplicabilidade na monitoração da integridade de cabos submarinos umbilicais flexíveis e e- quipamentos de distribuição de eletricidade utilizados no controle, energização e/ou monito- ramento de operações com equipamento ambientado no fundo do mar, tal como o empre- gado na extração de óleo e gás natural. Contudo, a invenção pode ser utilizada em outras aplicações, tal como em equipamentos usados na geração de eletricidade costeira. Sempre que se procede a extração de fluidos a partir de poços submarinos, é co-
mum se fazer uso de equipamento de controle, localizado, freqüentemente, no leito do mar, no sentido de se controlar, por exemplo, o bombeamento de fluidos para a superfície ou pa- ra controlar uma certa quantidade de outras funções. Normalmente, o equipamento de con- trole é conectado junto a uma instalação remota, por exemplo, na superfície ou em terra, por intermédio de um umbilical através do qual se tem o direcionamento dos sinais de controle e da energia elétrica. O umbilical pode incluir ainda o uso de fibras óticas, mangueiras hidráu- licas ou componentes do gênero.
Sempre que se faz emprego de vários dispositivos de equipamento de controle, como é normalmente o caso, um único umbilical é conectado, normalmente, entre a instala- ção remota e uma unidade ou nodo de distribuição submarina, com cabos separados fazen- do a conexão da unidade de distribuição e dos dispositivos para a distribuição da energia elétrica e dos sinais de controle entre os componentes.
O ambiente submarino torna-se nocivo no que diz respeito aos circuitos elétricos dos dispositivos de equipamento de controle. Quando ocorrem falhas elétricas nos cabos submarinos e/ou nos conectores, torna-se difícil se diagnosticar, freqüentemente, o motivo da falha, ou da localização dessa falha.
A falha mais habitual que surge a partir desse ambiente submarino consiste na fa- lha de isolamento, resultando do ingresso de água. Tal falha pode advir no surgimento de curtos circuitos entre os condutores e/ou no fluxo de corrente a partir do condutor operante ou dos condutores em terra.
Normalmente, a unidade de distribuição umbilical e os cabos de conexão incorpo- ram um grau de redundância de modo que caso venha a ocorrer uma falha em um canal do sistema, a operação pode ser comutada para a retirada daquele canal do serviço.
Em geral, o equipamento ambientado na superfície é empregado para fazer a moni- toração da resistência de isolamento do umbilical e proporcionar com uma indicação da condição desse umbilical. Contudo, sempre que se tem provisão de um transformador ou outra forma de isolador Galvânico, o equipamento ambientado na superfície não pode fazer a monitoração da resistência de isolamento ou de outras falhas na outra lateral do isolador Galvânico.
Algumas peças do equipamento submarino são providas com dispositivos de moni- toração sempre que possam ser monitoradas as linhas de conexão ao equipamento como, por exemplo, uma unidade ou nodo de distribuição. Entretanto, a maior parte do equipamen- to submarino em uso não inclui essa funcionalidade. Consequentemente, a identificação de falhas e a determinação da localização das falhas se baseia fortemente em uma intervenção submarina e isso freqüentemente gera consumo de tempo e processos de custos elevados.
Consiste de um objetivo da invenção o fornecimento de um dispositivo de monitora- ção com emprego em linha submarina com vista a poder ser simplificada a detecção da in- tegridade das linhas em ambientações submarinas.
De acordo com a presente invenção, tem-se o fornecimento de um dispositivo de monitoração de linha submarina incorporando uma unidade de diagnóstico adaptada para emprego em uma localização submarina e apresentando um primeiro conector, com a uni- dade de diagnóstico tendo capacidade operacional, em uso, de liberar um sinal indicativo da integridade de uma linha ou dispositivo conectados ao primeiro condutor.
O dispositivo de monitoração pode ser operado de forma vantajosa de tal maneira a dar condições de continuidade operacional da linha ou dispositivo aonde o dispositivo de monitoração é conectado enquanto a unidade de diagnóstico faz a monitoração da sua inte- gridade.
Convenientemente, tem-se provisão adicional de uma unidade de diagnóstico in- corporando, pelo menos, um segundo conector, com capacidade operacional, preferencial- mente, para fazer a liberação de um sinal indicativo da integridade de uma linha ou disposi- tivo conectados ao segundo conector. Em uso, o dispositivo de linha submarina pode ser empregado ou instalado, tempo-
rariamente, entre, por exemplo, uma linha submarina conectada junto ao dispositivo ambien- tado no fundo do mar e uma unidade de distribuição, e pode apresentar capacidade opera- cional para fazer a liberação de sinais indicativos da integridade da linha submarina e dispo- sitivo e da unidade de distribuição, e dos conectores associados. Embora seja feita referên- cia no presente relatório quanto ao emprego temporário do dispositivo, deve-se apreciar que podem ocorrer aplicações aonde seja desejável que o dispositivo tenha condição de se a- presentar instalado por um longo prazo ou em base permanente. Por exemplo, podendo ser instalado em um gabarito com adaptação permanente junto a uma instalação submarina existente.
Preferencialmente, o primeiro e segundo conectores são interconectados eletrica-
mente de maneira a se permitir a transmissão de energia e/ou de sinais entre os mesmos. Tal disposição apresenta a vantagem de que a integridade pode ser monitorada enquanto o dispositivo submarino encontra-se em uso, caso seja assim desejado.
Preferencialmente, a unidade de diagnóstico é provida com uma linha de alimenta- ção interna. Por exemplo, na forma de uma bateria recarregável.
A unidade de diagnóstico pode incluir um visualizador aonde pode ser liberado o si- nal de saída. Alternativa ou adicionalmente a transmissão pode vir a ser feita para uma loca- lização remota. Ainda mais, a unidade pode ser armazenada para uso posterior mediante a remoção do dispositivo a partir da localidade de teste.
A unidade de diagnóstico pode ser operacional para fazer o sensoriamento da pre- sença de uma falha no solo ou falha na resistência de isolamento. Alternativa ou adicional- mente, pode ser dada condição ao sensoriamento de um ou mais parâmetros elétricos, tal como a impedância, voltagem, corrente e/ou energia. A funcionalidade da Reflectometria de Domínio Temporal (TDR) pode ser incluída de modo a auxiliar na identificação da localiza- ção precisa da falha sensoriada, e pode ser usada em conjunto com as técnicas menciona- das anteriormente, caso seja assim desejado. Muito embora a descrição presente esteja relacionada primariamente com estrutu-
ras de distribuição submarina, deve de ser apreciado que a invenção tem igual aplicação junto a outros tipos de instalações submarinas. Por exemplo, ela pode ser utilizada na moni- toração da integridade das linhas fixas na parte externa dos canos, ou ela pode ser usada na monitoração da operação dos equipamentos de instrumentação em fundo de cavidades. A invenção será ainda descrita como forma de exemplo, com referência aos dese-
nhos de acompanhamento aonde:
a Figura 1 compreende de uma vista diagramática ilustrativa de uma típica instala- ção submarina;
a Figura 2 compreende de uma vista semelhante a da Figura 1, ilustrando o uso do dispositivo de uma modalidade da invenção;
a Figura 3 ilustra uma modalidade da invenção; e
a Figura 4 consiste de um diagrama de blocos ilustrando a operação da modalidade das Figuras 2 e 3.
Primeiramente com referência a Figura 1 tem-se a parte ilustrada de uma típica ins- talação submarina compreendendo de uma unidade de distribuição submarina 3 operando na distribuição de sinais de controle e energia a partir de uma localidade remota, por exem- plo, via um umbilical 1 e um conjunto de terminação umbilical 2 junto a um série de dispositi- vos de equipamentos submarinos 4. Os conectores de entrada elétrica 6a e os conectores de saída 6b são fornecidos para darem condições a que a unidade de distribuição 3, o con- junto de terminação umbilical 2 e os dispositivos 4 sejam conectados entre si utilizando-se uma série de cabos submarinos ou pontes 5. Os cabos 5 são empregados para a transfe- rência de energia elétrica, podendo eles conduzirem também os sinais de controle. A unidade de distribuição 3 pode ser provida com um conjunto de circuitos de pro- teção elétrica para isolamento de curtos circuitos elétricos advindos, por exemplo, do resul- tado de ruptura do isolamento de um ou mais cabos 5 ou devido a uma falha em um ou mais dos conectores de saída 6b. Ela pode incorporar ainda um transformador para rebaixar as transmissões a alta voltagem, a partir da superfície e do umbilical 1, para baixas voltagens que são melhor condicionadas para uso pelos dispositivos 4.
Conforme mencionado anteriormente, uma falha habitual no equipamento elétrico submarino compreende da perda de resistência de isolamento nos conectores e cabos re- sultando da falha parcial ou plena nas barreiras junto a água do mar. O ingresso de água do mar pode não vir a se manifestar propriamente, de forma direta, como havendo uma condi- ção de corrente excessiva mas, ao longo do tempo, a degradação da integridade do sistema muito provavelmente virá a ocorrer, resultando, finalmente, em uma condição de excesso de corrente. Sempre que existir vários dispositivos 4 conectados a um único umbilical 1, con- forme a ilustração da disposição, então, a monitoração da resistência de isolamento subma- rino a partir da superfície é algo normal. Embora tal monitoração possa detectar a presença de uma falha, ela não pode fazer a identificação da localidade da falha e fornecer o diagnós- tico da natureza e localização da falha precisamente sendo que tipicamente, o conserto dessa falha vem a consumir muito tempo e custo elevado. Um megômetro submarino pode ser empregado em algumas circunstâncias de maneira a se detectar a presença ou Iocaliza- ção de uma falha. Contudo, tal dispositivo necessita de estar desconectado dos dispositivos à serem testados, e da aplicação de altas voltagens no mesmo para detecção da integridade elétrica dos demais componentes. O emprego de tal dispositivo megômetro é inconveniente uma vez que os dispositivos precisam de estarem desconectados e, em algumas circuns- tâncias, pode haver o risco de prejuízos aos mesmos devido a aplicação de altas voltagens aos componentes. Ele não pode ser utilizado nos dispositivos empregados sendo testados na presente aplicação.
De acordo com uma modalidade da invenção e de acordo com as ilustrações cons- tantes nas Figuras de 2 a 4, um dispositivo de monitoração de linha submarina 9 pode ser provido para atender no diagnóstico de falhas em localidades submarinas. O dispositivo de monitoração de linha 9 compreende de uma unidade de diagnóstico 9a e de primeiro e se- gundo conectores 8, 12. Na disposição ilustrada, o conector 8 é fixado diretamente a um compartimento da unidade de diagnóstico 9a, enquanto o conector 12 é instalado junto a uma extremidade de um cabo 10, o qual, por sua vez, é conectado junto a unidade de diag- nóstico 9a. A natureza dos conectores 8, 12 dá-se de tal forma que o conector 12 pode ser diretamente conectado junto a um dos conectores (representados pelo número 14 na Figura 2) da unidade de distribuição submarina 3 e o conector 8 pode ser diretamente conectado a um dos conectores (representados pelo número 13 na Figura 2) providos na extremidade de um dos cabos (representados pelo número 7 na Figura 2). Deve de se apreciar que na au- sência do dispositivo de monitoração de linha 9, o conector 13 e o conector 14 são conecta- dos diretamente entre si. A presença do dispositivo de monitoração de linha 9 entre os co- nectores 13, 14 possibilita a monitoração da integridade do cabo 7, do conector 13 e do dis- positivo 11 ao qual é conectado o cabo 7, permitindo ainda a monitoração, de modo inde- pendente da integridade do conector 14, da unidade de distribuição 3 e dos componentes localizados a montante dos mesmos.
Desa forma tem-se a projeção do dispositivo de monitoração de linha 9 quanto a sua instalação ou emprego em uma localidade submarina, sendo projetado de tal maneira a estar capacitado a suportar operacionalidade em ambientes antagônicos.
Uma vez em uso, quando feita a medição de uma falha na forma de uma baixa re- sistência de isolamento a partir da superfície, o dispositivo de monitoração de isolamento 9 é empregado sob base temporária junto ao leito do mar muito próximo aos conectores e aos cabos a serem testados, Por exemplo, ele pode ser instalado por meio de um mergulhador ou pelo emprego de um veículo com operação remota (ROV). De acordo com a ilustração, desconecta-se um dos conectores associados com o cabo a ser verificado a partir da distri- buição elétrica 3 e faz-se a conexão junto ao dispositivo 9. O conector 12 provido no cabo do dispositivo 9 é conectado junto ao conector 14 solto provido na unidade de distribui- ção submarina 3. Uma vez que as conexões tenham sido feitas dessa maneira, o dispositivo de monitoração de isolamento de linha submarina 9 pode verificar quaisquer falhas de ruptu- ra no solo. Os testes na resistência de isolamento pode ser efetuados sob níveis de baixas voltagens, tipicamente, não mais elevadas do que a voltagem de funcionamento padrão dos conectores elétricos e cabos submarinos. Consequentemente, a operação de teste não irá resultar em qualquer prejuízo resultante quanto a exposição dos componentes a voltagens mais elevadas conforme pode vir a ocorrer quando da realização de testes. O resultado dos testes podem ser visualizados localmente no dispositivo 9 via uma visualização adequada. Alternativa ou adicionalmente, os resultados podem ser armazenados localmente em um dispositivo de memória provido na unidade de diagnóstico 9a para posterior análise após a recuperação do dispositivo 9. Uma alternativa adicional consiste em que os resultados dos testes podem ser transmitidos para uma localidade remota, por exemplo, via uma conexão por fiação rígida (tanto na forma de cabos óticos ou elétricos), enlaces de comunicações acústicas, ou enlaces de comunicações eletro-magnéticas. Tipicamente, em tal disposição, a localidade remota se daria na forma de uma plataforma hospedeira, uma embarcação lo- calizada na superfície ou um ROV. Caso o resultado do teste indique a existência de uma falha ou que a integridade
elétrica do componente ou componentes testados esteja com mau funcionamento, então o dispositivo de monitoração de isolamento de linha submarina 9 pode fazer a identificação se a falha ocorre no conector 14 ou a montante daquele conector, por exemplo, no interior da unidade de distribuição submarina 3 na unidade de terminação umbilical 2 ou no umbilical 1. De modo semelhante, o dispositivo pode fazer a identificação de se a falha se dá no interior do conector elétrico 13, cabo 7 ou a jusante dos mesmos no dispositivo 11. Em todo caso, mediante a determinação da localização da falha, pode-se proceder a ação remediadora adequada na substituição do componente falho ou se levar a termo a ação padrão apropria- da evitando o uso continuado daquele componente.
Caso seja necessário, o dispositivo 9 pode ser instalado, temporariamente, em uma gama de posições possibilitando o teste de boa parte ou de toda a instalação submarina. Em acréscimo a identificação da existência ou não de uma falha no solo ou falha na
resistência de isolamento de linha, ou se a integridade elétrica está com mau funcionamen- to, o dispositivo de monitoração de isolamento de linha submarina 9 pode fazer a medição, visualização, registro ou transmissão do valor medido da resistência de isolamento entre qualquer condutor elétrico e o solo. Além disso, outros parâmetros elétrico suplementares no interior da rede de trabalho de distribuição elétrica podem ser sensoriados e liberados. Es- ses parâmetros podem incluir a impedância, a voltagem, corrente e energia. Tais medições podem auxiliar no diagnóstico de qualquer falha sensoriada. Conforme procedido quanto ao teste da resistência de isolamento, a liberação desses testes pode ser visualizada localmen- te, ou armazenada para futura análise ou transmitida para uma localidade remota, por e- xemplo, para análise e diagnóstico de falha em tempo real.
Além disso, a funcionalidade da Reflectometria de Domínio temporal (TDR) pode ser incluída de modo a auxiliar na identificação da localidade precisa da falha sensoriada. Caso seja incorporada, a funcionalidade do TDR pode permitir a identificação da localidade da falha, caso a localidade da falha ocorram nas proximidades junto ao dispositivo 9, e ainda caso a localidade de falha se dê a uma longa distância do dispositivo 9. A funcionalidade do TDR pode ser otimizada para questionamento distanciado através do uso de larguras de pulsos fixos ou variáveis.
A Figura 4 compreende de um diagrama de blocos elétrico simplificado ilustrando a natureza da unidade de diagnóstico 9a. Uma característica importante da unidade de diag- nóstico é que o primeiro e segundo conectores 8, 12 são conectados entre si no interior da unidade de diagnóstico 9a resultando em que o dispositivo 11 pode continuar a ser operado substancialmente na maneira padrão enquanto está o teste está sendo realizado. De acordo com a ilustração, a unidade de diagnóstico 9a pode conter dois circuitos de monitoração de isolamento de linha 16a, 16b separados possibilitando o sensoriamento independente das condições de localização de equipamento tanto a montante quanto a jusante do dispositivo.
A unidade de diagnóstico 9a contém, convenientemente, sua própria fonte de ali- mentação interna 18 com capacidade operacional para energizar os circuitos ali localizados e, de acordo com a ilustração, ela inclui um visualizador 20 com capacidade operacional para a liberação de sinais indicativos da integridade elétrica do sistema sendo testado. Con- forme mencionado anteriormente, ocorrem circunstâncias aonde uma visualização interna pode não se fazer necessária uma vez que os parâmetros sensoriados podem ser simples- mente armazenados em uma memória interna ou transmitidos diretamente junto a uma loca- lidade remota ao invés de serem visualizados. Deve de ser apreciado que a natureza preci- sa do conjunto de circuitos no interior da unidade de diagnóstico 9a não é de importância para a presente invenção e pode ocorrer uma ampla gama de formatos. A disposição ilus- trada no diagrama de blocos da Figura 4 compreende tão somente de um exemplo. Conforme anteriormente salientado, através do emprego do dispositivo de monito-
ração de emprego de linha ou com localização submarina, é possível o teste a jusante de equipamentos de transformadores ou de outros tipos de equipamentos de isolamento galvâ- nico, tal tipo de teste não é possível estando o dispositivo localizado na superfície.
Embora o dispositivo tenha sido descrito como estando conectado em alinhamento junto a linhas ou equipamentos juntos a ambos conectores do dispositivo, deve de ser apre- ciado que este não precisa ser sempre o caso e o dispositivo pode apresentar equipamento ou uma linha conectada para somente o seu primeiro conector. De fato, em algumas dispo- sições pode haver provisão somente de um conector.
Embora a descrição anterior compreenda o uso do dispositivo de monitoração de Ii- nha em conjunto com o equipamento utilizado na extração de óleo ou gás natural a partir de localizações submarinas, deve de se apreciar que a invenção é aplicável junto à outras apli- cações. Por exemplo, ela pode ser usada em aplicações com geração de eletricidade na costa aonde as voltagens concernentes podem se apresentar significativamente mais eleva- das do que aquelas experimentadas na aplicação descrita anteriormente. Obviamente, pode ser necessário a feitura de modificações apropriadas junto aos componentes de maneira a se ter condições de tal emprego. Além do mais, a utilização não está restrita as estruturas de distribuição, podendo se fazer uso de uma ampla gama de outras aplicações.
Fez-se referência a descrição anterior quanto a instalação temporária do dispositi- vo. Deve de se apreciar, contudo, que o dispositivo pode vir a ser instalado por um longo período ou sob base permanente em algumas circunstâncias. Por exemplo, no caso de ser um gabarito de instalação permanente junto a uma instalação existente aonde não tenha havido prévia inclusão de tal funcionalidade de diagnóstico.
Uma ampla gama de modificações e alterações da disposição descrição posterior- mente podem ser efetuadas sem haver o desvio do escopo da invenção.
Claims (16)
1. Dispositivo de monitoração de linha submarina, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico ser adaptada para ser empregada, uma vez em uso, em uma locali- dade submarina, incorporando um primeiro conector, com a unidade de diagnóstico tendo capacidade operacional, uma vez em uso, de liberar um sinal indicativo da integridade de uma linha ou de dispositivo conectado junto ao primeiro conector.
2. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser adaptado para permitir a sua operacionalidade de tal maneira a possibilitar pela continuidade da operação da linha ou do dispositivo ao qual o dispositivo de monitoração se apresenta conectado, enquanto que a unidade de diagnóstico faz a monitoração de sua integridade.
3. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico incluir ainda um segundo conector.
4. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico ter ainda capacidade operacional para liberação de um sinal indicativo da integridade de uma linha ou de um dispositivo co- nectado junto ao segundo conector.
5. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato do primeiro e segundo conectores serem interconectados ele- tricamente de maneira a permitirem a transmissão da energia e/ou dos sinais entre os mes- mos.
6. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda um cabo conectando o segundo conec- tor junto a unidade de diagnóstico.
7. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico ser provida com uma fonte de ali- mentação interna.
8. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato da fonte de alimentação compreender de uma bateria recarre- gável.
9. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do dispositivo de diagnóstico incluir uma visualização em que o sinal de saída pode ser liberado.
10. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda de mecanismo de transmissão em que o sinal de saída pode ser transmitido para uma localidade remota.
11. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -10, CARACTERIZADO pelo fato do mecanismo de transmissão consistir de um mecanismo de transmissão eletromagnético ou hidro-acústico.
12. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda mecanismo de memória para o ar- mazenamento do sinal de saída.
13. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -1, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico ter capacidade operacional para sensoriar uma ruptura no solo ou na condição da resistência de isolamento da linha das li- nhas ou dos dispositivos.
14. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -1, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico incorporar a funcionalidade da Reflectometria de Domínio temporal (TDR) de modo a vir em auxílio na identificação da lo- calidade precisa de uma falha sensoriada.
15. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -1, CARACTERIZADO pelo fato da unidade de diagnóstico ter capacidade operacional para sensoriar um ou mais dos parâmetros elétricos das linhas ou dispositivos.
16. Dispositivo de monitoração de linha submarina, de acordo com a reivindicação -, CARACTERIZADO pelo fato do parâmetro elétrico sensoriado ser selecionado a partir de uma lista contendo a impedância, voltagem, corrente e/ou energia.
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