DK142096B - Jævnstrømsbelastningskredsløb. - Google Patents

Description

142098

Den foreliggende opfindelse angår et jævnstrømsbelastningskredsløb med et par indgangsterminaler og indbefattende to elektroder, der er anbragt med indbyrdes afstand i et omgivende milieu indeholdende en elektrolytisk 5 ledende væske, hvor rummet mellem elektroderne er udsat for lokal frembringelse af lave modsatte potentialer, og elektroderne er udsat for modstrøm hidrørende derfra. Opfindelsen er navnlig anvendelig til elektriske strømforsyningsapparater , som er indrettet til at føre store ensret-lo tede strømme gennem jorden ved høj spænding og til at afgive betydelige energimængder til jorden, såsom til behandling på stedet af olie, gas eller mineraler.

Ved behandling af olieførende jordformationer til stimulering eller fremkaldelse af strømning af olie til en 15 oliekilde er det blevet foreslået at føre ensrettet strøm gennem den olieførende formation mellem to elektroder, som er i ledende forbindelse med formationen. En sådan fremgangsmåde er angivet i U.S.A. patentskrift nr. 3.782.465.

Ved fremgangsmåder af den nævnte art gennemløber 2o ensrettet strøm af betydelig størrelse en vej, som indeholder saltvand, der tilføres eller findes i en jordformation. Som et primært eller sekundært resultat af en sådan strømgennemgang kan elektrolytisk virkning bevirke kemisk oxidation, reduktion eller frigivelse af gasser. Selv om 25 materialerne i anoden og katoden kan vælges med henblik på at få mindst mulig elektrolytisk korrosion og nedbrydning under normal strømgennemgang gennem jorden fra anode til katode, er det også ønskeligt at beskytte anoden i tilfælde af, at den ensrettede hovedforsyningsspænding fjernes 3o uden afbrydelse af jævnstrømsbelastningskredsløbet. I

jordstrømledningssystemer, hvor elektroderne er beliggende i betydelig indbyrdes afstand gennem jord, er det muligt, at forskelle i jordpotential kan forårsage returstrøm og skadelig elektrolytisk virkning ved den normalt positive 35 elektrode efter fjernelse af spændingen i den normale gennemgangsretning.

Der kendes et jævnstrømsforsyningskredsløb, jfr.

2 142096

LiSA patentskrift nr. 3.267.288, som er bestemt til anvendelse i f.eks. en campingvogn eller båd, og hvor et batteri anvendes som beredskabskilde og træder i funktion, hvis en fra lysnettet fødet jævnstrømsforsyningskreds's spæn-5 ding falder under batterispændingen. Der er i dette kendte kredsløb ikke nogen mulighed for, at der optræder en mod-emk, og batteriet fungerer blot som en alternativ strømforsyningskilde for at strømforsyne belastningen ved normal driftsspænding.

lo Fra USA patentskrift nr. 2.4o2.494 kendes et ka- todisk beskyttelseskredsløb til forspænding af en nedgravet rørledning, som danner en kontinuerlig leder, ved et lille negativt potential i forhold til den omgivende jord.

I dette kendte kredsløb fås det negative potential, som 15 påtrykkes rørledningen, enten fra en af vinden drevet generator eller fra et batteri, der anvendes til at opretholde strømforsyningen på de tidspunkter, hvor vindens hastighed er utilstrækkelig til at drive generatoren. Der er således også i dette kendte kredsløb tale om at erstatte den 2o normale strømforsyningskilde med en beredskabskilde for at opretholde den fortsatte drift af apparatet, nemlig for til stadighed at holde et bestemt potential på rørledningen i forhold til jord,for at forhindre ødelæggelse af rørledningen forårsaget af elektrolytiske potentialer i rørled-25 ningen og elektriske strømme, som løber deri.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe et kredsløb til at forhindre vending af strømmen i et jævnstrømsbelastningskredsløb gennem ledende fluid og til at forhindre kemisk og elektrolytisk beskadigelse af strømle-3o dende anoder i ensrettede jordstrømledekredsløb. I kredsløbet ifølge opfindelsen anvendes en kraftensretter med højspændingsjævnstrømsudgangsterminaler, som er forbundet med belastningskredsløbets indgangsterminaler, omskiftningsor- . ganer til at deaktivere kraftensretteren uden at afbryde 35 indgangsterminalerne fra belastningskredsløbet, og organer til opretholdelse af en lav ensrettet spænding med normal polaritet over indgangsterminalerne, når kraftensretteren 3 142096 er deaktiveret, hvilke sidstnævnte organer omfatter et lavspændingsbatteri og et ensidigt ledende organ, som er fast forbundet i seriekredsløbsforbindelse over indgangsterminalerne i modspændingsforhold til højspændingsfor-5 syningen gennem kraftensretteren. Når som helst hovedens-retterudgangsspændingen reduceres under batterispændingen, såsom ved afbrydelse eller anden regulering af hovedensretter indgangskreds løbet, vil batteriet med lav spænding ved dette arrangement fortsætte med at levere en forspæn-lo dingsstrøm i den normale retning gennem jævnstrømsbelastningskredsløbet under overvindelse af lave modsatte potentialer, som findes i milieuet, hvori elektroderne er anbragt. Herved forhindres, at der opstår returstrømme med ledsagende skadelig elektrolytisk virkning ved den positi-15 ve elektrode, når den normale strømtilførsel er afbrudt.

Det ensidigt ledende organ forhindrer udladning af batteriet gennem det elektriske kredsløb indbefattende de i jorden anbragte elektroder under normal drift ved anvendelse af den store ensrettede strømkilde.

2o I det beskrevne forspæhdingsstrømkredsløb kan ladningen på batteriet med lav spænding opretholdes ved hjælp af en sædvanlig batteriladeensretter, som forsynes fra en vekselstrømskilde gennem en skilletransformator. I en foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen er det en-25 sidigt ledende organ en diode, som er indkoblet i spærrestilling i forhold til kraftensretterens udgangsspænding, og et impedanselement med høj resistans er indkoblet i shuntkredsløbsforbindelse med dioden for at levere ladestrøm til batteriet, når kraftensretterens udgangsspænding 3o overstiger batterispændingen. Gennem dette strømbegrænsen- de impedanselement kan forspændingsbatteriet oplades fra hovedkraftensretteren, når ensretterudgangsspændingen overstiger batterispændingen, idet forspændingsstrømmen, som leveres af batteriet til anoden, naturligvis går gen-35 nem blokeringsdioden.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser et skematisk kredsløbs- 4 142096 diagram over et jordstrømsforsyningsapparat ifølge opfindelsen. Det på tegningen viste strømforsyningsapparat er bestemt til at føre ensrettet strøm gennem en jordformation lo mellem en positiv elektrode eller anode 11 og en 5 jordet katode 12, hvor begge elektroder er i ledende forbindelse med formationen. Anoden 11 og katoden 12 er forbundet med henholdsvis den positive og den negative udgangsklemme 13 og 14 på en højspændingskraftensretter 15.

En manuelt betjenelig afbryder 16 er indsat mellem den polo sitive udgangsklemme 13 og anoden 11. Kraftensretteren 15 strømforsynes gennem et indgangskredsløb 18 fra en egnet vekselstrømsforsyningskilde, der er vist ved et par forsyningsklemmer 19. Som eksempel er indgangskredsløbet 18 vist med en skilletransformator 2o og en autotransformator 15 21 med variabel spænding. Indgangskredsløbet 18 indeholder også en afbryder 22, der kan betjenes manuelt eller automatisk for at slutte eller afbryde strømforsyningen af kraftensretteren 15 under normal drift.

Til illustration af et jævnstrømsbelastnings-2o kredsløb, som opfindelsen navnlig er anvendelig til, kan jordformationen lo være et olieførende jordlag af skiferier eller sand, der sædvanligvis er beliggende i en betydelig afstand under jordens overflade og således tander det normale grundvandsspejl. Vandet, som er indeholdt i forma-25 tionen, er sædvanligvis af overvejende saltholdig karakter, men kan også indeholde andre salte og mineraler. Hvis vandindholdet i formationen er utilstrækkeligt til at bære den ønskede størrelse af strømmen, kan yderligere saltvand eller anden forenelig elektrolyt tilføres formationen, f.eks.

3o ved pumpning gennem anodehullet eller en anden åbning, som er ført gennem formationen i anodeområdet. Strøm, som ledes gennem jorden ved hjælp af en sådan saltholdig elektrolyt, frembringer elektrolytisk virkning, uanset om en sådan virkning er det primære formål med strømgennemgangen 35 eller ikke. Ved en sådan virkning vil klor- og oxygenatomer vandre hen mod anoden for at danne saltsyre og fri oxygen i dette område. Natriumioner vil vandre hen mod katoden

1420 9G

5 og forene sig med hydroxylradikaler til dannelse af natriumhydroxid og frigørelse af natrium og hydrogen i katodeområdet. For at beskytte anoden 11 mod angreb af kemiske grundstoffer eller forbindelser i området og mod 5 elektrolytisk korrosion er det ønskeligt, at anoden er dannet af eller belagt med et materiale, som har en stor modstandsdygtighed overfor elektrolytisk korrosion og mod kemisk angreb af grundstoffer og forbindelser i anodeområdet.

lo Anodebelægningsmaterialer, som er udvalgt for at beskytte anoden 11 imod kemisk og elektrolytisk nedbrydning under dens normale funktion som positiv elektrode i forhold til katoden 12, er sandsynligvis følsomme for elektrolytisk eller anden beskadigelse, hvis de udsættes for 15 strøm i modsat retning, som kan forekomme, hvis spændingen fjernes fra højspændingsklemmerne 13 og 14, samtidig med at belastningskredsløbet forbliver tilsluttet. En sådan returstrøm kan f.eks. fremkomme som følge af forskelle i jordpotential, der forekommer naturligt eller som følge af 2o den fremadrettede strømgennemgang, som påtrykkes fra klemmerne 13 og 14. Under forhold, hvor strømmen går i modsat retning, således at anodeelektroden virker som katode, vil oxygenioner og klor vandre hen mod den normalt katodiske elektrode og vil bevirke oxidation af elektrodemetallet og 25 dannelse af saltsyre. Hydrogen og eventuelt andre ioner vandrer hen mod den normalt anodiske elektrode og har tendens til at fremkalde dens nedbrydning.

I det på tegningen viste højspændingsjævnstrøms-forsyningskredsløb for stor effekt er det ønskeligt at 3o starte, afbryde eller på anden måde regulere gennemgangen af jævnstrøm gennem belastningskredsløbet ved hjælp af afbryder- og reguleringsorganer, som er anbragt i indgangs-kredsløbet for kraftensretteren 15, idet det vil forstås, at afbrydelse og regulering af vekselstrøm udføres lettere, 35 end det er muligt med højspændt jævnstrøm. Af denne grund er det ønskeligt, at jævnstrømsbelastningskredsløbet forsynes fra en ensretterkilde, og at jævnstrømsudgangsklem- 142096 6 merne på ensretteren sædvanligvis forbliver forbundet med belastningskredsløbet. Afbryderen 16 er derfor bestemt til kun at anvendes under unormal drift, såsom når det er nødvendigt at fjerne anoden 11 fra anodehullet for reparation 5 eller vedligeholdelse. Under normal drift styres størrelsen af jævnstrømmen i jordlaget lo mellem elektroderne 11 og 12 ved hjælp af regulertransformatoren 21, og gennemgangen af jævnstrøm indledes eller afbrydes ved hjælp af afbryderorganerne 22.

lo Når jævnstrøm i den fremadgående retning afbrydes ved åbning af afbryderen 22 for at udkoble kraftensretteren 15, forbliver jævnstrømskredsløbet mellem klemmerne 13 og 14 upåvirket og udsat for gennemgang af returstrøm som beskrevet ovenfor. For at forhindre gennemgang af ensret-15 tet returstrøm er det ønskeligt over udgangsklemmerne 13 og 14 at anbringe en tilsvarende polet spændingskilde for lav ensrettet spænding vist som et batteri 3o. Da batteriet 3o, kun er bestemt til at levere en lille forspændingsstrøm til jævnstrømsbelastningskredsløbet, kan det have langt 2o mindre spænding end middelspændingen eller den maksimale driftsspænding på klemmerne 13 og 14. F.eks. kan ensretterudgangsklemmerne 13 og 14 være bestemt til under drift at levere en ensrettet spænding af størrelsesordenen flere hundrede til flere tusinde volt, medens batteriet 3o kan 25 være af størrelsesordenen lo-2o volt. For at forhindre beskadigelse af batteriet 3o ved for stor returstrøm er det derfor nødvendigt i serie med det og over udgangsklemmerne 13 og 14 at anbringe et ensidigt ledende element, såsom en blokeringsensretter 31, der er indkoblet til kun 3o at være ledende for strøm fra batteriet 3o.

Det vil nu ses, at batteriet 3o, der virker som en beredskabs- eller forspændingskilde for jævnstrømsforsyning, kun vil blive anvendt sjældent. Det er derfor ønskeligt at tilvejebringe organer til at holde batteriet 35 i en normalt opladet tilstand under dets beredskabsstilling. Selv om dette kan ske ved over batteriet at forbinde et sædvanligt batteriladeapparat, er det ønskeligt til 7 U2096 opladningsformål at anvende den normalt højere spænding, som tilføres klemmerne 13,14 af ensretteren 15. Dette opnås ved at anbringe en strømbegrænsende impedans 32 med stor modstand i parallelforbindelse med blokeringsensret-5 teren 31. Det vil ses, at når kraftensretteren 15 er virksomt forbundet med sit indgangskredsløb for at levere en høj, men variabel ensrettet spænding over sine udgangsklemmer 13 og 14, vil ladestrøm blive tilført gennem seriekredsløbet bestående af den strømbegrænsende modstand lo 32 og batteriet 3o, idet modstanden 32 optager hovedparten af spændingsfaldet i ladekredsløbet. Modstanden 32 kan gøres tilstrækkeligt stor til, at ladestrømmen er meget lille og kan tilføres batteriet 3o over lange tidsrum uden beskadigelse. Fortrinsvis er imidlertid et relæ 35, 15 der virker i afhængighed af batterispændingen, anbragt for at afbryde modstanden 32, så længe batterispændingen overstiger en forudbestemt værdi, der angiver fuldt opladet tilstand. Når batteriet 3o skal anvendes for at levere strøm i fremadgående retning til jævnstrømsbelastnings-2o kredsløbet gennem blokeringsdioden 31, kortslutter den lave modstand i gennemgangsretningen af dioden 31 effektivt den strømbegrænsende modstand 32, så at nogen nævneværdig forspændingsstrøm ikke går gennem modstanden.

Claims (5)

142096 Patentkrav.

1. Jævnstrømsbelastningskredsløb med et par indgangsterminaler (13,14) og indbefattende to elektroder (11,12), der er anbragt med indbyrdes afstand i et omgiven- 5 de milieu indeholdende en elektrolytisk ledende væske, hvor rummet mellem elektroderne er udsat for lokal frembringelse af lave modsatte potentialer, og elektroderne er udsat for modstrøm hidrørende derfra, kendetegnet ved en kraftensretter (15) med højspændingsjævnstrømsudgangslo terminaler, som er forbundet med belastningskredsløbets indgangsterminaler (13,14), omskiftningsorganer (22) til at deaktivere kraftensretteren (15) uden at afbryde indgangsterminalerne (13,14) fra belastningskredsløbet, og organer til opretholdelse af en lav ensrettet spænding med normal 15 polaritet over indgangsterminalerne (13,14), når kraftensretteren (15) er deaktiveret, hvilke sidstnævnte organer omfatter et lavspændingsbatteri (3o) og et ensidigt ledende organ (31), som er fast forbundet i seriekredsløbsforbindelse over indgangsterminalerne (13,14) i modspændingsfor-2o hold til højspændingsforsyningen gennem kraftensretteren.

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at højspændingsudgangsterminalerne på kraftensretteren (15) er fast forbundet med belastningskredsløbets indgangsterminaler (13,14), og at deaktiveringsorganerne om- 25 fatter afbryderorganer (22) til at afbryde energitilførslen til kraftensretterens indgangskredsløb.

3. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at elektroderne (11,12) er i ledende forbindelse med en elektrisk ledende jordformation indeholdende saltvand. 3o 4. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den høje spænding på kraftensretterens (15) udgangsterminaler er af størrelsesordenen mindst flere hundrede volt, og at lavspændingen på batteriet (3o) er betydeligt mindre end loo volt.

5. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det ensidigt ledende organ er en diode (31), som er indkoblet i spærrestilling i forhold til kraftensrette-