DK172044B1 - Elektrode samt anordning og fremgangsmåde for undervandstransmission af høje jævnspændinger. - Google Patents

Description

DK 172044 B1

Opfindelsen angår en elektrode, der anvendes som den ene pol ved undervandstransmission af høje jævnspændinger, idet et isoleret kabel anvendes for den anden pol, og idet sådanne elektroder er indrettet til at være stationære på havbunden 5 for at tjene som henholdsvis anode og katode, medens havvandet danner den elektriske leder derimellem.

Elektroden er i stand til at modstå en omvendt reaktion, og belægningen er således sammensat, at strømmen kan løbe i den modsatte retning uden at beskadige elektroden. Den kan også 10 tjene som stand-by i et to-kabelsystem, dvs. anvendes som katode. I særligt følsomme omgivelser kan anoden indrettes til at frembringe oxygen i stedet for chlorgas, dvs. den har en stor overspænding over for chlorgas.

For transmission af effekt af størrelsesordenen 500 MW fra 15 kyst til kyst er det almindeligt at anvende høje jævnspændinger af flere årsager, såsom lave installationsomkostninger og som følge af, at brugen af jævnstrømme gør det muligt at forbinde to ikke-synkroniserede vekselspændingsnet indbyrdes uafhængigt af frekvensen af nettene. I en fødestation forbun-20 det til et højspændingsvekselstrømsnet er vekselspændingen ensrettet til omkring 400 kV D.C. Jævnstrømmen, som er på omkring 1,2 kA, er derefter ført gennem et isoleret kabel på havbunden, medens retur(strømmen) effektueres gennem havvandet mellem elektroder (anode og katode) anbragt på havbunden 25 ved hver kyst. Modtagestationen omsætter jævnstrømmen til en vekselstrøm af en ønsket spænding. Eftersom der kun anvendes ét kabel, er de tab, der altid opstår som følge af ledermodstand, reduceret i betydelig grad.

At forbinde magnetitstave som elektroden til effektlederen er 30 kendt teknik. Der er også anvendt grafitelektroder, der er indesluttet i permeable poser indeholdende kul med finere kulfraktioner i nærheden af elektroden. På denne måde er der opnået en større elektrodeoverflade. Den aktive overflade af de hidtidige elektroder er imidlertid forholdsvis lille, DK 172044 B1 2 hvilket giver anledning til betydelige effekttab. Dertil kommer, at en rationel håndtering og en passende fastgørelse af de hidtidige elektroder til havbunden ikke er mulig.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en elektrode for 5 transmission af høje jævnspændinger, hvilken elektrode har en betydelig større projiceret overflade overfor det omgivende havvand for derigennem at reducere effekttabene.

Det er desuden tilsigtet at tilvejebringe en elektrode, som er lettere at transportere, installere og fastgøre, og som i 10 den installerede tilstand i hovedsagen følger havbundens kontur.

Det er endvidere tilsigtet at tilvejebringe en elektrode, som er beskyttet mod mekanisk overlast, både under transport og fastgørelse, og som er resistent overfor omgivelserne.

15 Disse formål er ifølge opfindelsen opnået ved, at elektroden omfatter mindst ét lag af et fleksibelt elektrisk ledende materiale, hvilket lag er indesluttet mellem beskyttende strukturer af et fleksibelt mekanisk, modstandsdygtigt materiale, idet i hvert fald den ene beskyttende struktur har åbninger, 20 som er placeret over overfladen deraf, og hvorigennem havvandet kommer i kontakt med laget.

Fremdeles kan ifølge opfindelsen det elektrisk ledende lag og de beskyttende strukturer være fremstillet af materialer, der er modstandsdygtige overfor chlor-alkali.

25 Endvidere kan ifølge opfindelsen laget udgøres af en perforeret plade, en ekspanderet metalplade eller et trådnet.

Opfindelsen angår også en anordning og en fremgangsmåde for undervandstransmission af høj jævnspænding, i hvilken havvandet tjener som elektrisk leder, idet anordningen omfatter en 30 elektrode ifølge opfindelsen og et isoleret kabel som den DK 172044 B1 3 anden pol.

Opfindelsen vil nærmere blive beskrevet i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en elektrode ifølge opfindelsen set oppefra og 5 fig. 2 den i fig. 1 viste elektrode, set fra siden og delvis i snit.

Elektroden omfatter et lag 1 af et fleksibelt elektrisk ledende materiale, der er resistent over for chlor-alkali. Laget 1 kan have form af en tynd perforeret metalplade, en 10 ekspanderet metalplade eller et trådnet. Det er imidlertid essentielt, at laget har åbninger således, at det omgivende havvand i den installerede tilstand af elektroden frit kan strømme gennem laget. Til opnåelse af f.eks. en forøget fleksibilitet kan der anvendes to eller flere lag i stedet for et 15 lag 1.

Egnede materialer for laget 1 er f.eks. titan, titanlegeringer og belagt titan, idet belægningen er således, at elektroden kan tjene både som anode og som katode, også ved lave temperaturer og lav saltholdighed. Som eksempler på en sådan 20 belægning på et titannet nævnes ædelmetal, oxider eller blandinger deraf jf. svenske patenter nr. 345.396, nr. 345.970 og nr. 349.952 eller andre belægninger baseret på oxider eller metaller. Belagte titannetværk, der fås under varemærkebetegnelsen ELGARD 150 anodegitre og ELGARD 210 anodegitre vil 25 også med fordel kunne anvendes. En fordel ved anvendelse af netværksstrukturer er, at den (projicerede) overflade er forøget, og tabene af koncentration er således reduceret. Disse tab refererer til tværsnitsarealet af strømfeltet mellem anoden og katoden, idet en større overflade giver mindre tab.

30 Ledende bånd eller stave svejses til laget 1 eller lagene, hvilke bånd eller stave er hermetisk forbundet til kobberker- DK 172044 B1 4 nen af effektlederen (ikke vist).

Laget 1 er indesluttet mellem beskyttelsesstrukturer2 og 3 af et fleksibelt, mekanisk resistent materiale, der er resistent over for chlor-alkali. Eksempler på egnede materialer er po-5 lyolefiner og fluor-substituerende materialer. Hver af strukturerne 2, 3 har en projiceret overflade, der er af i hovedsagen samme størrelse som overfladen af laget 1, og strukturerne er indrettet til at beskytte det ledende lag mod mekanisk beskadigelse, både når elektroden transporteres og fast-10 gøres, og når den er i brug. Strukturen 3 er således indrettet til at beskytte laget 1 mod beskadigelser, der kunne være forårsaget af havbunden, og strukturen 2 er indrettet til at beskytte mod genstande og værktøjer, der tabes i havet, lige såvel som mod fastgørelsesorganer, når disse består af blokke 15 af sten eller cement, der er indrettet til elektroden.

Den nedre struktur 3 kan have form af en kontinuert måtte med eller uden åbninger, medens den øvre struktur kan have form af en måtte med åbninger, der er i hovedsagen ligeligt fordelt over overfladen deraf. Gennem åbningerne er havvandet i 20 kontakt med laget 1. Strukturen 2 omfatter fortrinsvis et antal parallelle rørformede organer, der er forbundet indbyrdes, og er arrangeret med en forudbestemt indbyrdes adskillelse. I en foretrukken udførelsesform som vist i fig. 1 og 2 omfatter den øvre struktur separate rørformede organer 5, der 25 er indbyrdes forbundet ved hjælp af tovformede fastgørelsesorganer 6. Strukturen omfatter mindst to fastgørelsesorganer 6, fortrinsvis tre eller flere, der er arrangeret vinkelret på og strækker sig gennem det rørformede organ 5. Mellem størstedelen af naboorganerne er der fortrinsvis men ikke 30 nødvendigvis arrangeret afstandsdele 7, hvorigennem fastgørelsesorganerne 6 udstrækker sig. Den nedre struktur 3 kan selvfølgelig være af samme udformning, som den øvre struktur 2 som vist i fig. 2.

DK 172044 B1 5

De to strukturer 2, 3, der indeslutter laget 1, er indbyrdes forbundet ved hjælp af forbindelsesorganer 8, der mellem to par af rørformede organer 5 er i indgreb med fastgørelsesorganet 6, der ligger på linie dermed, idet de to par af rør-5 formede organer 5 ikke har mellemliggende afstandsdele 7.

Alle organerne 5-8 i strukturerne 2 og 3 er fremstillet af materialer, der er resistente overfor chlor-alkali, såsom polyolefiner, fluor-substituerende materialer eller lignende, eftersom elektroden skal kunne tjene som anode eller alter-10 nativt katode, af hvilken årsag elektrodens omgivelser indeholder chlorgas eller er alkalisk.

Eftersom både laget 1 (eller lagene) og strukturerne 2 og 3 er fleksible, kan elektroden lagres og transporteres i en oprullet tilstand, der letter en håndtering deraf, især ef-15 tersom den projicerede overflade kan være ekstremt stor, op til flere tusinde m2. Udformningen indebærer også, at elektroden er forholdsvis let at anbringe på havbunden ved afrulning. Fleksibiliteten af elektroden gør det også muligt i stor udstrækning at følge konturerne af havbunden.

20 Derudover kan elektroden fastgøres til havbunden ved hjælp af blokke af sten eller beton fastgjort til elektroden. Alternativt kan en af eller begge strukturene 2 og 3 være forsynet med sænkelodder (ikke vist), især når fastgørelse ved hjælp af blokke ikke vil kunne praktiseres. Med henblik på fastgø- 25 relse, er det også muligt at udfylde nogle af de rørformede organer 5 med beton eller lignende materiale.

Elektroden ifølge opfindelsen er beregnet til høj jævnspændingsstrøm, f.eks. 1,2 kA ved transmission af en spænding på 400 kV og har en ekstremt stor overflade som før nævnt. Af 30 praktiske årsager er elektroden fremstillet i moduler på omkring 10-30 m2, der er udlagt og forbundet til dannelse af multipla. Størrelsen af disse multipla (i nogle tilfælde kan de være meget store) er bestemt af omstændighederne. Den DK 172044 B1 6 store overflade reducerer ikke kun transmissionstabene sammenlignet med den kendte teknik; den reducerer også ulemperne ved chlorproduktion sammenlignet med andre udformninger som følge af den store overflade af elektroden.

5 Belægningen er også operativ, når elektroden er sænket i grus, mudder osv.

Den aktive overflade af elektroden kan forøges derved, at laget af en ledende substans eksempelvis knust grafit er påført over og/eller under laget i umiddelbar nærhed deraf.

10 Opfindelsen er ikke begrænset til det ovenfor beskrevne og på tegningen viste, men kan modificeres på mange måder indenfor beskyttelsesomfanget af de vedføjede krav.

Claims (14)

1. Elektrode, der kan anvendes som den ene pol ved undervandstransmission af høj jævnspænding, idet elektroden er 5 indrettet til at være stationær på havbunden for at tjene som anode eller katode, medens havvandet danner den elektriske leder mellem anoden og katoden, kendetegnet ved, at elektroden omfatter mindst et lag (1) af et fleksibelt elektrisk ledende materiale, hvilket lag (1) er indesluttet 10 mellem beskyttende strukturer (2, 3) af et fleksibelt mekanisk modstandsdygtigt materiale, idet i hvert fald den ene beskyttende struktur (2) har åbninger (4) , som er placeret over overfladen deraf, og hvorigennem havvandet kommer i kontakt med laget (1) .

2. Elektrode ifølge krav l, kendetegnet ved, at det elektrisk ledende lag (1) og de beskyttende strukturer (2, 3) er fremstillet af materialer, der er modstandsdygtige overfor chlor-alkali.

3. Elektrode ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet 20 ved, at laget (1) udgøres af en perforeret metalplade.

4. Elektrode ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at laget udgøres af en ekspanderet metalplade eller et trådnet.

5. Elektrode ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, 25 at laget er fremstillet af titan, en titanlegering eller belagt titan.

6. Elektrode ifølge krav 5, kendetegnet ved, at laget er fremstillet af titan, der er belagt med et eller flere ædelmetaloxider eller en anden egnet katalytisk belæg- 30 ning baseret på metal og oxid eller blandinger deraf. DK 172044 B1 8

7. Elektrode ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at mindst én beskyttelsesstruktur (2) omfatter et antal indbyrdes adskilte rørformede organer (5), der udstrækker sig i parallel og er forbundet indbyrdes.

8. Elektrode ifølge krav 7, kendetegnet ved, at afstandsdele (7) er anbragt mellem de fleste af de rørformede organer (5) , og at de rørformede organer (5) og afstandsdelene (7) er forbundet indbyrdes ved hjælp af tovlignende gennemgående fastgørelsesorganer (6).

9. Elektrode ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at beskyttelsesstrukturerne (2, 3) er forbundet indbyrdes ved hjælp af forbindelsesorganer (8).

10. Elektrode ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at forbindelsesorganerne (8), de eventuelle afstandsdele 15 (7) og fastgørelsesorganerne (6) er fremstillet af materia ler, der er resistente overfor chlor-alkali, såsom polyolefi-ner, fluor-substituerende materialer eller lignende.

11. Elektrode ifølge et af kravene 1-10, kendetegnet ved, at mindst én beskyttende struktur (2) omfatter 20 sænkelodder, og/eller nogle af de rørformede organer (5) i elektroden er fyldt med cement eller lignende.

12. Elektrode ifølge et af kravene l-ll, kendetegnet ved, at dens aktive overflade er forøget ved, at et lag af en ledende substans, eksempelvis knust grafit er på- 25 ført over og/eller under laget (1) i kontakt dermed.

13. Anordning for undervandstransmission af høj jævnspænding, i hvilken havvandet tjener som elektrisk leder, idet anordningen omfatter en elektrode ifølge et af kravene l - 12 og et isoleret kabel som den anden pol. DK 172044 B1 9

14. Fremgangsmåde til undervandstransmission·af høj jævnspænding, kendetegnet ved, at der er anvendt en elektrode ifølge et af kravene 1 - 12. 5