EP4200553A1 - Abgrenzeinheit, pipelinesystem sowie verfahren zum betreiben eines pipelinesystems - Google Patents

Abgrenzeinheit, pipelinesystem sowie verfahren zum betreiben eines pipelinesystems

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Publication number
EP4200553A1
EP4200553A1 EP21755757.8A EP21755757A EP4200553A1 EP 4200553 A1 EP4200553 A1 EP 4200553A1 EP 21755757 A EP21755757 A EP 21755757A EP 4200553 A1 EP4200553 A1 EP 4200553A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
delimitation
pipe section
monitoring station
delimitation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21755757.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred KIENLEIN
Tobias Braun
Jens Ehrler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP4200553A1 publication Critical patent/EP4200553A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04—Controlling or regulating desired parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/08—Protection of installations or persons from the effects of high voltage induced in the pipe-line
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F2213/00—Aspects of inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F2213/30—Anodic or cathodic protection specially adapted for a specific object
    • C23F2213/32—Pipes

Definitions

  • the invention relates to a delimiting unit for a pipe section, in particular a pipe section of a pipeline, a pipeline system with a pipeline and a method for operating a pipeline system with a pipe section.
  • Isolating units for pipelines are known and are required to derive currents coupled into the pipeline to the surrounding soil via earth electrodes specially installed for this purpose, as well as the voltage between the pipeline and nearby electrically conductive structures for the purpose of personal and property protection to limit.
  • a delimitation unit for a pipe section in particular a pipe section of a pipeline, with at least one protection component, a control unit for controlling the protection component and a communication unit for communication with a remote monitoring station.
  • the communication unit is set up to receive control commands from the monitoring station.
  • the control unit is arranged to operate the protection components in different operating modes to keep the tension of the pipe section below at least one limit value and to change the operating modes based on control commands received by the communication unit.
  • control unit can receive control commands from a monitoring station by means of the communication unit, the operating modes of the delimitation unit can be adjusted remotely. In this way, real conditions at the location of the delimitation unit can be taken into account and changes in the environment can also be taken into account.
  • a delimitation unit is, for example, an overvoltage protection device that limits transient overvoltages, temporary overvoltages and/or stationary overvoltages to voltages below the respective limit values.
  • a delimitation unit does not feed current into the pipe section. This differs from cathodic corrosion protection systems, which are also used for individual pipe sections of a pipeline.
  • the communication unit can also be part of the control unit.
  • the voltage of the pipe section is the voltage relative to dead earth, i.e. in relation to the delimitation unit thus the voltage between the earth connection and the pipeline connection.
  • the delimitation unit for diverting overvoltages.
  • the delimitation unit according to the invention is set up to divert overvoltages.
  • one of the at least one protective component is power electronics and/or one of the at least one protective component is a spark gap and/or a varistor, as a result of which various overvoltages can be reliably limited.
  • the power electronics are designed to limit temporary and/or stationary overvoltages and/or the spark gap and/or a varistor to limit transient overvoltages.
  • the control unit is set up to determine measured values, in particular the voltage of the pipe section with respect to earth, in particular an earth electrode, the voltage of the pipe section with respect to a reference electrode and/or the current strength of a leakage current, and the at least one protective component depending on the to control measured values. In this way, the delimitation unit can react quickly and differentiated to different situations.
  • the earth electrode is, for example, a device placed in the ground, mostly made of conductive metal, which has the task of actively participating in current conduction.
  • the delimitation unit directs the current flow from the pipeline via the earth electrode into the surrounding soil.
  • a reference electrode is a device used to obtain an accurate determination of the local ground potential. No leakage current is conducted via a reference electrode.
  • a reference electrode can be a special metal part, but can also be a liquid electrode, e.g. made of copper/copper sulphate solution.
  • control unit is set up to determine the measured values using a sampling rate, with the sampling rate being defined by the operating mode. In this way, the required energy of the delimitation unit can be adjusted.
  • control device determines the measured value or measured values over a predetermined period of time and transmits the measured value or measured values to the monitoring station at the end of the period. This means that the measurement data is transmitted cyclically.
  • the time period can be one minute, one hour, one day, one week and/or one month.
  • control unit is set up to transmit the measured values using the communication unit, in particular to the monitoring station and/or a
  • At least one of the operating modes includes a schedule in which different limit values and/or sampling rates are assigned to different times, and/or the at least one control command includes a schedule, at least in part, whereby recurring but time-limited loads on the pipe section can be countered in a targeted manner .
  • the at least one limit value can include at least one value for transient overvoltages, at least one value for temporary overvoltages and/or at least one value for stationary overvoltages.
  • the limit value can also include several values for transient, temporary or stationary overvoltages, for example three values for temporary overvoltages of different durations.
  • the at least one limit value is defined by the operating mode and/or the at least one control command at least partially includes the at least one limit value.
  • control unit is set up to operate the protection components in at least three states, in particular an active state in which the full functionality of the delimitation unit is available, a standby state in which the protection components are only operated to prevent temporary and transient overvoltages , and a passive state in which the protection components are disabled.
  • the delimitation unit can enable maintenance work or measurements to be carried out on the pipe section.
  • the delimitation unit can take measurements in the passive state, i.e. the delimitation unit is not switched off in the passive state.
  • the communication unit can be a communication unit for mobile radio, for example 4G or 5G mobile radio, for a low-energy long-distance network, in particular narrowband loT, and/or for a remote control system, which ensures secure communication.
  • the object is also achieved by a pipeline system having a pipeline with at least one pipe section, at least one delimitation unit as described above, which is electrically connected to a pipe section of the pipeline, and a monitoring station remote from the delimitation unit, which is designed to transmit control commands to the at least to transmit a delimitation unit.
  • the monitoring station is set up in particular to receive measured values from the at least one delimitation unit.
  • the pipeline can have at least one further pipe section and the pipeline monitoring system can have at least one further delimitation unit, the delimitation units each being assigned to one of the pipe sections and being electrically connected to it. It is also conceivable that two or more delimitation units are assigned to a pipe section.
  • the pipeline system has an additional safety device, in particular a contactor, a calculation device, in particular a server, and/or the pipeline system has at least one cathodic corrosion protection system which is electrically connected to a pipe section of the pipeline, in particular also to the delimitation unit is electrically connected.
  • the security or service life of the pipeline system can be further increased and/or the required computing power can be kept available in a decentralized manner.
  • the additional security device can be separate from the demarcation unit.
  • the safety device has an electrical bypass that runs parallel to the delimitation unit and that connects the pipe section and the earth electrode.
  • the contactor which can interrupt the bypass or switch it on, can be provided in the bypass.
  • the server can be a cloud server. Furthermore, the object is achieved by a method for operating a pipeline system, in particular as described above, with a pipe section and a delimitation unit, the method having the following steps: a) transmission of at least one control command from a remote monitoring station to the delimitation unit, and b) Operating at least one protection component of the delimitation unit by a control unit of the delimitation unit in an operating mode that is determined based on the control command.
  • the components of the delimitation unit and/or the pipeline system are designed and set up to carry out the respective steps of the method.
  • the method can have the following steps: a) Determination of at least one measured value by the delimitation unit, in particular a measured value of the voltage of the pipe section with respect to earth, the voltage of the pipe section with respect to a reference electrode and /or the current strength of a leakage current, b) transmission of the measured value to the monitoring station and/or the calculation device by the delimitation unit, c) evaluation of the measured value and determination of a control command for the at least one delimitation unit based on the measured value by the monitoring station and/or the calculation device, and d) transmission of the control command from the monitoring station and/or the calculation device to the at least one delimitation unit.
  • the monitoring station uses the transmitted measured value to determine a load status of the pipe section and/or the maintenance status of the at least one delimitation unit, in particular the status of an earth electrode of the delimitation unit. In this way, necessary maintenance work can be carried out in good time.
  • the monitoring station and/or the calculation device can use the at least one measured value to estimate at least one expected future value and use the future value to determine an adjusted limit value, an adjusted schedule, an adjusted sampling rate or an adjusted state, in particular the monitoring station creates and transmits to the delimitation unit the control command that takes into account the adjusted limit value, the adjusted schedule or the adjusted state.
  • the delimitation unit determines at least one measured value, in particular a measured value of the voltage of the pipe section with respect to earth, the voltage of the pipe section with respect to a reference electrode and/or the current strength of a leakage current, and the monitoring station and/or the delimitation unit activates the additional safety device, in particular if the Measured value exceeds a safety threshold, whereby safety is further increased.
  • the contactor is switched so that the bypass becomes conductive and earths the pipe section directly via the earth electrode.
  • FIG. 1 shows a pipeline system according to the invention with several delimitation units according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of a delimitation unit according to FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • a pipeline system 10 is shown schematically in FIG.
  • the pipeline system has a pipeline 12, a monitoring station 14, a calculation device 16, a number of delimitation units 18, a number of cathodic corrosion protection systems 20 (KKS) and at least one additional safety device 21 with a contactor 22.
  • the pipeline 12 has a plurality of pipe sections 24 which are each connected to one another by an insulating piece 26 .
  • the monitoring station 14 is provided at a distance from the pipeline 12 and has at least one control computer 28 and a communication module 30 .
  • the monitoring station 14 is, for example, a control room for pipeline control, for example a control room of the operator of the pipeline 12.
  • the computing device 16 is a computer, for example a server, which is also decentralized, i. H. in a cloud.
  • the calculation device 16 is designed separately from the monitoring station 14 . However, it can also be part of the monitoring station 14, for example the control computer 28, as shown in broken lines in FIG.
  • Two delimiting units 18 each are assigned to one of the pipe sections 24 and are electrically connected to it.
  • the KKS 20 and the additional safety devices 21 are also assigned to one of the pipe sections 24 of the pipeline 12 .
  • the KKS 20 are connected to the respective pipe section 24 in a manner known per se to the pipe section 24 for corrosion protection.
  • the safety devices 21 are electrically connected to the respective KKS 20 or the respective delimitation unit 18 of the associated pipe section 24 .
  • the additional safety device 21 has, for example, an electrical bypass 23 which runs parallel to the delimitation unit 18 and which connects the pipe section 24 and the earth electrode 37 .
  • the contactor 22 is provided in the bypass 23 and can interrupt the bypass 23 or switch it on.
  • the pipe section 24 can be electrically connected directly to the earth electrode 37 via the bypass 23 - given the appropriate position of the contactor 22 .
  • the KKS 20 can also be electrically connected to the delimiting unit 18 of the respective pipe section 24 .
  • a delimitation unit 18 is shown schematically as an example.
  • the delimitation unit 18 has a housing 32 and an earth electrode 37 . Furthermore, the delimitation unit 18 can have a reference electrode 34 and/or an antenna 36 .
  • the housing 32 has, for example, a pipeline connection 38 and a ground connection 40 and can have a reference electrode connection 42 and/or an antenna connection 44 .
  • the delimitation unit 18 has a plurality of protective components 46 , a control unit 48 and a communication unit 50 within the housing 32 .
  • protective components 46 are power electronics 52 and a spark gap 54 and/or a varistor 55.
  • the power electronics 52 are designed to limit temporary and/or stationary overvoltages and the spark gap 54 and/or the varistor 55 to limit transient overvoltages.
  • the protective components 46 i. H. the power electronics 52 and the spark gap 54 or the varistor 55 are electrically connected to the control unit 48 for control purposes.
  • the delimitation unit 18 is electrically connected to the pipeline by means of the pipeline connection 38 and grounded by means of the grounding connection 40 .
  • the protective components 46 and the control unit 48 are connected in parallel and are therefore each provided between the pipeline connection 38 and the grounding connection 40 .
  • the delimitation unit 18 is grounded via the ground electrode 37 which is connected to the ground connection 40 .
  • the earth electrode 37 is, for example, a rod made of conductive metal that is placed in the ground and is intended to actively participate in the conduction of electricity.
  • the reference electrode 34 is intended to determine the local ground potential. This means that no leakage current is passed through them.
  • the reference electrode 34 can be a metal part, but it can also be a liquid electrode made from a copper/copper sulfate solution.
  • a reference electrode 34 is present, it is connected to the control unit 48 via the reference electrode connection 42 .
  • the communication unit 50 is electrically connected to the control unit 48 and can in particular be part of the control unit 48 .
  • the communication unit 50 can be electrically connected to the antenna 36, for example via the antenna connection 44.
  • the antenna 36 it is also conceivable for the antenna 36 to be embodied within the housing 32, for example on a printed circuit board such as the printed circuit board of the control unit 48.
  • the communication unit 50 is a communication unit for mobile radio, for example 4G or 5G mobile radio, for a low-power wide-area network (also called low-power wide-area network, LPWAN or LPN), in particular narrowband loT, and/or for a telecontrol system.
  • a low-power wide-area network also called low-power wide-area network, LPWAN or LPN
  • narrowband loT narrowband loT
  • the communication module 30 of the monitoring station 14 is also a communication unit for mobile radio, for a low-energy long-distance network and/or for a telecontrol system.
  • the control unit 48 can be connected electrically to the KKS 20 and/or the corresponding contactor 22 of the associated pipe section 24 via suitable further connections 56 for control purposes.
  • the delimitation unit 18, more precisely the control unit 48 is set up to determine measured values, for example the voltage of the pipe section 24 with respect to earth, ie the earth electrode 37, the voltage of the pipe section 24 with respect to the reference electrode 34 and/or the current strength of a leakage current from pipe section 24 to earth electrode 37.
  • the measured values can be determined by the control unit 48 with a sampling rate and stored in the control unit 48 .
  • the measurement data does not include, for example, the current that is introduced into the pipe section 24 by the KKS 20 .
  • the control unit 48 is set up to operate and therefore to control the protective components 46, that is to say the power electronics 52 and the spark gap 54 or the varistor 55.
  • At least one limit value is stored in the control unit 48, which includes a value for transient overvoltages, a value for temporary overvoltages and a value for stationary overvoltages .
  • overvoltages can also be defined within a type of overvoltage depending on the duration of a current surge. For example, temporary overvoltages are divided into areas with three different durations, with a different value being stored as the limit value for each of these areas.
  • control unit 48 is set up to deactivate individual, several or all protective components 46 .
  • control unit can activate all protection components 46 (active state), so that the full functionality of the delimitation unit 18 is available.
  • the control unit 48 can also operate the protective components 46 only to prevent temporary and transient overvoltages, for example by controlling the power electronics 52 and the spark gap 54 or the varistor 55 in such a way that only the limit values for temporary and transient overvoltages are monitored (standby state).
  • control unit 48 can run in a passive state in which the protection components 46 are switched off. In the passive state, however, measurements by the control unit 48 are still possible. That is, the demarcation unit 18 is not completely turned off.
  • controller 48 may include one or more schedules that include specific times within a week, month, year, or other timing, different thresholds, sample rates, or states for measurements.
  • the control unit 48 can thus operate the protection components 46 with different limit values and/or sample rates, based on different schedules and in different states, so that different operating modes are possible.
  • An operating mode includes, for example, a threshold, a schedule, a sampling rate, and/or a condition.
  • the individual components in particular the monitoring station 14, the delimitation unit 18, in particular the communication unit 50 and the control unit 48, carry out the method illustrated in FIG.
  • the individual components in particular the monitoring station 14, the delimitation unit 18, the control unit 48 and the communication unit 50 are of course set up to carry out the steps of the method.
  • step S1 the delimitation unit 18, more precisely the control unit 48, determines a measured value.
  • the control unit 48 then transmits the measured value using the communication unit 50 and the antenna 36.
  • the transmission can take place directly after the measurement. However, it is also conceivable that measurements are taken at intervals of the sampling rate over a predetermined period of time and the measurements are transmitted collectively. This cyclic transmission of measurement data saves energy.
  • the measured values are transmitted by means of the communication unit via a mobile radio network, a low-energy long-distance network or a telecontrol system.
  • FIG. 1 only shows the case of wireless transmission by means of mobile radio or a Low-energy long-distance network (each symbolized by the transmission tower 58) shown symbolically.
  • the measured values are received by the monitoring station and/or the calculation device 16 (step S3) and a control command is generated based on the measured values (step S4).
  • the control command contains, for example, an instruction to the control unit 48 to change the operating mode, i.e. a changed limit value or values of the limit value, a changed sampling rate, a changed schedule and/or a changed state for operating the protection components 46.
  • control command is then transmitted to the delimitation unit 18 in step S5.
  • the communication unit 50 and the communication module 30 are used again, which transmit the control commands accordingly.
  • step S6 the control unit 48 evaluates the control command and, if necessary, changes the operating mode of the protection components 46 based on the contents of the received control command. In other words, the control unit 48 now operates the protection components 46 in an operating mode that is determined on the basis of the control command.
  • control unit 48 also controls the protective components 46 independently depending on the measured value, i. H. without and before a control command was transmitted, for example when a limit value for an overvoltage is exceeded (step S7).
  • the monitoring station 14 and/or the delimitation unit 18 can activate the additional safety device 21, such as the contactor 22, if the measured value exceeds a safety threshold value.
  • the safety threshold can differ from the limit value.
  • the delimitation unit 18 switches the contactor 22 independently, e.g. in the event of a defect in the delimitation unit 18.
  • the monitoring station 14 can send a command to the delimitation unit 18 to activate or switch the contactor 22, whereupon the delimitation unit 18 switches the contactor 22 accordingly.
  • step S4 the control command can be determined by the monitoring station 14 and/or the calculation device 16 in various ways.
  • step B1 the monitoring station 14 determines a maintenance status of the delimitation unit 18, in particular a status of the earth electrode 37.
  • the monitoring station 14 determines an operating mode of the delimitation unit 18 that is optimally adapted to the maintenance status (step B2) and then determines a control command that causes the control unit 48 to change the operation mode to the previously determined optimal operation mode (step B3).
  • the monitoring station 14 can initiate maintenance of the corresponding delimitation unit 18 if the load condition determined in step B1 requires maintenance (step B4).
  • the monitoring station 14 can also use the measured values to determine the load status of the pipe section 24 assigned to the corresponding delimitation unit 18 (step P1) and determine modified limit values based on the load status (i.e. the voltages or currents that occur) (step P2).
  • the monitoring station 14 can access the calculation device 16 .
  • the calculation device 16 can receive the measured values directly from the delimitation unit 18 and transmit changed limit values to the monitoring station 14 according to stored algorithms.
  • step P3 the monitoring station 14 uses the changed limit values to determine a control command.
  • control commands can be transmitted to the KKS 20 by means of the monitoring station 14 or by the delimitation unit 18 itself in order to achieve improved control of the KKS 20 .
  • the calculation device 16 can receive the measured values.
  • the monitoring station 14 forwards the measured values to the calculation device 16 .
  • the calculation device 16 determines in step Z1, based on the current measured values of the same and/or another delimitation unit 18 and optionally measured values from the past, expected future values of the corresponding measured value, for example a future expected voltage of the pipe section 24 compared to the reference electrode 34 or the earth and/or a current strength of the leakage current.
  • the past measured values can be measured values from the immediate past, but also measured values that were measured at the same point in time in a schedule, for example on a specific day of the week at a specific time.
  • the calculation device 16 determines in step Z2 an adjusted limit value, an adjusted schedule, an adjusted sampling rate or an adjusted status and transmits this to the monitoring station 14.
  • the monitoring station 14 determines a corresponding control command in step Z3.
  • the calculation device 16 carries out a simulation based on the measured values obtained. In this way it is possible for the operating mode of the delimitation unit 18 to be adapted to the actual conditions on site and not just based on estimated values.
  • the monitoring station 14 can create a control command that is not based on the measured values received. If, for example, maintenance of certain pipe sections 24 is to be carried out, the monitoring station 14 can send a control command to the send corresponding delimitation unit 18 to adjust the operating mode accordingly.
  • the monitoring station 14 or the computing device 16 can set up a schedule which, for example, reduces the sampling rate for weekend days, which can save energy.
  • the measured values transmitted enable a comparison between simulation results and real system data, which can also be used to improve or calibrate simulations.

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Abstract

Eine Abgrenzeinheit (18) für einen Rohrabschnitt (24), insbesondere einen Rohrabschnitt (24) einer Pipeline (12), hat wenigstens eine Schutzkomponente (46), eine Steuereinheit (48) zur Steuerung der Schutzkomponente (46) und eine Kommunikationseinheit (50) zur Kommunikation mit einer entfernten Überwachungsstation (14). Die Kommunikationseinheit (50) ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Steuerbefehl von der Überwachungsstation (14) zu empfangen. Die Steuereinheit (48) ist dazu eingerichtet, die Schutzkomponenten (46) in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, um die Spannung des Rohrabschnitts (24) unterhalb wenigstens eines Grenzwerts zu halten, und die Betriebsmodi aufgrund des durch die Kommunikationseinheit (50) empfangenen Steuerbefehls zu ändern. Ferner ist ein Pipelinesystem (10) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems (10) gezeigt.

Description

Abgrenzeinheit, Pipelinesystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems
Die Erfindung betrifft eine Abgrenzeinheit für einen Rohrabschnitt, insbesondere einen Rohrabschnitt einer Pipeline, ein Pipelinesystem mit einer Pipeline sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems mit einem Rohrabschnitt.
Abgrenzeinheiten für Pipelines sind bekannt und werden dazu benötigt, auf die Pipeline eingekoppelte Ströme gegen das umgebende Erdreich über speziell zu diesem Zweck eingebrachte Erder abzuleiten, sowie die Spannung zwischen der Pipeline und in der Nähe befindlichen, elektrisch leitenden Strukturen zum Zwecke des Personen- und Sachschutzes zu begrenzen.
Bisher bekannte Abgrenzeinheiten wurden mit vorbestimmten Grenzwerten, Abtastraten und gegebenenfalls Zeitplänen betrieben, deren genaue Werte auf Schätzungen und Simulationen beruhten. Aufgrund dessen sind die Grenzwerte, Zeitpläne oder Abtastraten nicht auf den realen Einsatz optimiert und es kann nicht auf Änderungen in der Umgebung der Pipeline reagiert werden.
Dies führt zu einem weniger effizienten Betrieb der Abgrenzeinheit und somit des gesamten Pipelinesystems.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Abgrenzeinheit, ein Pipelinesystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems bereitzustellen, das einen effektiven und flexiblen Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abgrenzeinheit für einen Rohrabschnitt, insbesondere einen Rohrabschnitt einer Pipeline, mit wenigstens einer Schutzkomponente, einer Steuereinheit zur Steuerung der Schutzkomponente und einer Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit einer entfernten Überwachungsstation. Die Kommunikationseinheit ist dazu eingerichtet, Steuerbefehle von der Überwachungsstation zu empfangen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Schutzkomponenten in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, um die Spannung des Rohrabschnitts unterhalb wenigstens eines Grenzwerts zu halten, und die Betriebsmodi aufgrund von durch die Kommunikationseinheit empfangenen Steuerbefehlen zu ändern.
Dadurch, dass die Steuereinheit mittels der Kommunikationseinheit Steuerbefehle von einer Überwachungsstation empfangen kann, können die Betriebsmodi der Abgrenzeinheit aus der Entfernung angepasst werden. Auf diese Weise kann auf reale Gegebenheiten am Standort der Abgrenzeinheit Rücksicht genommen werden und auch Änderungen in der Umgebung berücksichtigt werden.
Eine Abgrenzeinheit ist beispielsweise eine Überspannungsschutzvorrichtung, die transiente Überspannungen, temporäre Überspannungen und/oder stationäre Überspannungen auf Spannungen unterhalb jeweiliger Grenzwerte begrenzt. Insbesondere speist eine Abgrenzeinheit keinen Strom in den Rohrabschnitt ein. Dies stellt einen Unterschied zu kathodischen Korrosionsschutzsystemen dar, die ebenfalls für einzelne Rohrabschnitte einer Pipeline zum Einsatz kommen.
Die Kommunikationseinheit kann auch Teil der Steuereinheit sein.
Beispielsweise ist die Spannung des Rohrabschnitts die Spannung gegenüber unbelasteter Erde, d.h. in Bezug auf die Abgrenzeinheit somit die Spannung zwischen dem Erdungsanschluss und dem Pipelineanschluss.
Grundsätzlich handelt es sich erfindungsgemäß also um eine Abgrenzeinheit zur Ableitung von Überspannungen. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Abgrenzeinheit eingerichtet, Überspannungen abzuleiten.
In einer Ausgestaltung ist eine der wenigstens einen Schutzkomponente eine Leistungselektronik und/oder eine der wenigstens einen Schutzkomponente ist eine Funkenstrecke und/oder ein Varistor, wodurch verschiedene Überspannungen zuverlässig begrenzt werden können.
Beispielsweise ist die Leistungselektronik zur Begrenzung temporärer und/oder stationärer Überspannungen und/oder die Funkenstrecke und/oder ein Varistor zur Begrenzung transienter Überspannungen ausgebildet. In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Messwerte, insbesondere die Spannung des Rohrabschnitts gegenüber der Erde, insbesondere einem Erder, die Spannung des Rohrabschnitts gegenüber einer Referenzelektrode und/oder die Stromstärke eines Ableitstroms, zu ermitteln, und die wenigstens eine Schutzkomponente in Abhängigkeit des Messwerts anzusteuern. Auf diese Weise kann die Abgrenzeinheit schnell und differenziert auf verschiedene Situationen reagieren.
Beim Erder handelt es sich beispielsweise um eine ins Erdreich eingebrachte Einrichtung, meist bestehend aus leitfähigem Metall, die die Aufgabe hat, sich aktiv an einer Stromführung zu beteiligen. Üblicherweise leitet die Abgrenzeinheit den Stromfluss von der Pipeline über den Erder in das umgebende Erdreich.
Eine Referenzelektrode ist zum Beispiel eine Einrichtung, die dazu dient, eine genaue Bestimmung des lokalen Erdpotentials zu ermitteln. Über eine Referenzelektrode wird kein Ableitstrom geführt. Eine Referenzelektrode kann ein spezielles Metallteil sein, kann aber auch eine Flüssigkeitselektrode sein, z.B. aus Kupfer/Kupfersulfatlösung.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Messwerte mit einer Abtastrate zu bestimmen, wobei die Abtastrate durch den Betriebsmodus festgelegt ist. Auf diese Weise kann die benötigte Energie der Abgrenzeinheit eingestellt werden.
Beispielsweise bestimmt das Steuergerät den Messwert oder die Messwerte über einen vorgegebenen Zeitraum und übermittelt den oder die Messerwerte am Ende des Zeitraums an die Überwachungsstation. Somit erfolgt eine zyklische Übermittlung der Messdaten.
Der Zeitraum kann eine Minute, eine Stunde, ein Tag, eine Woche und/oder ein Monat sein.
Um eine zuverlässige Übertragung zu gewährleisten, ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Messwerte mittels der Kommunikationseinheit zu übertragen, insbesondere an die Überwachungsstation und/oder eine
Berechnungsvorrichtung. In einer Ausgestaltung umfasst wenigstens einer der Betriebsmodi einen Zeitplan, in dem verschiedenen Zeiten verschiedene Grenzwerte und/oder Abtastraten zugeordnet sind, und/oder der wenigstens eine Steuerbefehl umfasst einen Zeitplan zumindest teilweise, wodurch wiederkehrende, aber zeitlich begrenzte Belastungen des Rohrabschnitts gezielt begegnet werden kann.
Um verschieden auf unterschiedliche Arten von Überspannungen zu reagieren, kann der wenigstens eine Grenzwert wenigstens einen Wert für transiente Überspannungen, wenigstens einen Wert für temporäre Überspannungen und/oder wenigstens einen Wert für stationäre Überspannungen umfassen.
Der Grenzwert kann auch mehrere Werte für transiente, temporäre oder stationäre Überspannungen umfassen, beispielsweise drei Werte für temporäre Überspannungen unterschiedlicher Dauer.
Zur Anpassung des Grenzwertes ist der wenigstens eine Grenzwert durch den Betriebsmodus festgelegt und/oder der wenigstens eine Steuerbefehl umfasst den wenigstens einen Grenzwert zumindest teilweise.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Schutzkomponenten in wenigstens drei Zuständen zu betreiben, insbesondere einem aktiven Zustand, in dem die volle Funktionalität der Abgrenzeinheit zur Verfügung steht, einem Bereitschaftszustand, in dem die Schutzkomponenten nur zur Verhinderung temporärer und transienter Überspannungen betrieben werden, und einem passiven Zustand, in dem die Schutzkomponenten deaktiviert sind. Auf diese Weise kann die Abgrenzeinheit Wartungsarbeiten oder Messungen am Rohrabschnitt ermöglichen.
Beispielsweise kann die Abgrenzeinheit im passiven Zustand Messungen vornehmen, d.h. die Abgrenzeinheit ist im passiven Zustand nicht abgeschaltet.
Die Kommunikationseinheit kann eine Kommunikationseinheit für Mobilfunk, beispielsweise 4G- oder 5G-Mobilfunk, für ein Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk, insbesondere Narrowband-loT, und/oder für ein Fernwirksystem sein, wodurch eine sichere Kommunikation gewährleistet ist. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Pipelinesystem mit einer Pipeline mit wenigstens einem Rohrabschnitt, wenigstens einer Abgrenzeinheit wie zuvor beschrieben, die mit einem Rohrabschnitt der Pipeline elektrisch verbunden ist, und einer von der Abgrenzeinheit entfernten Überwachungsstation, die dazu ausgebildet ist, Steuerbefehle an die wenigstens eine Abgrenzeinheit zu übermitteln.
Die zur Abgrenzeinheit genannten Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das Pipelinesystem und umgekehrt.
Die Überwachungsstation ist insbesondere dazu eingerichtet, Messwerte von der wenigstens einen Abgrenzeinheit zu erhalten.
Selbstverständlich kann die Pipeline zumindest einen weiteren Rohrabschnitt haben und das Pipelineüberwachungssystem kann zumindest eine weitere Abgrenzeinheit haben, wobei die Abgrenzeinheiten jeweils einem der Rohrabschnitte zugeordnet und mit diesem elektrisch verbunden sind. Denkbar ist auch, dass je zwei oder mehr Abgrenzeinheiten einem Rohrabschnitt zugeordnet sind.
In einer Ausgestaltung weist das Pipelinesystem eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung, insbesondere einen Schaltschütz, eine Berechnungsvorrichtung, insbesondere einen Server, auf und/oder dass das Pipelinesystem weist wenigstens ein kathodisches Korrosionsschutzsystem auf, das mit einem Rohrabschnitt der Pipeline elektrisch verbunden ist, insbesondere auch mit der Abgrenzeinheit elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise kann die Sicherheit bzw. Lebensdauer des Pipelinesystems weiter erhöht werden und/oder benötigte Rechenleistung dezentral vorgehalten werden.
Die zusätzliche Sicherheitseinrichtung kann separat von der Abgrenzeinheit sein.
Beispielsweise weist die Sicherheitseinrichtung einen elektrischen Bypass auf, der parallel zur Abgrenzeinheit verläuft und der den Rohrabschnitt und Erder verbindet. Im Bypass kann der Schaltschütz vorgesehen sein, der den Bypass unterbrechen oder leitend schalten kann.
Der Server kann ein Cloud-Server sein. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems, insbesondere wie zuvor beschrieben, mit einem Rohrabschnitt und einer Abgrenzeinheit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Übermitteln von wenigstens einem Steuerbefehl von einer entfernten Überwachungsstation zur Abgrenzeinheit, und b) Betreiben von wenigstens einer Schutzkomponente der Abgrenzeinheit durch eine Steuereinheit der Abgrenzeinheit in einem Betriebsmodus, der anhand des Steuerbefehls bestimmt ist.
Die zur Abgrenzeinheit und/oder zum Pipelinesystem genannten Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
Insbesondere sind die Komponenten der Abgrenzeinheit und/oder des Pipelinesystems dazu ausgebildet und eingerichtet die jeweiligen Schritte des Verfahrens durchzuführen.
Um die Abgrenzeinheit in Abhängigkeit der Situation vor Ort steuern zu können, kann das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen: a) Bestimmen wenigstens eines Messwertes durch die Abgrenzeinheit, insbesondere eines Messwerts der Spannung des Rohrabschnitts gegenüber der Erde, der Spannung des Rohrabschnitts gegenüber einer Referenzelektrode und/oder der Stromstärke eines Ableitstroms, b) Übermitteln des Messwertes an die Überwachungsstation und/oder die Berechnungsvorrichtung durch die Abgrenzeinheit, c) Auswerten des Messwertes und Bestimmen eines Steuerbefehls für die zumindest eine Abgrenzeinheit anhand des Messwertes durch die Überwachungsstation und/oder die Berechnungsvorrichtung, und d) Übermitteln des Steuerbefehls von der Überwachungsstation und/oder der Berechnungsvorrichtung an die zumindest eine Abgrenzeinheit.
In einer Ausgestaltung bestimmt die Überwachungsstation anhand des übermittelten Messwerts einen Belastungszustand des Rohrabschnitts und/oder den Wartungszustand der zumindest einen Abgrenzeinheit, insbesondere den Zustand eines Erders der Abgrenzeinheit. Auf diese Weise können notwendige Wartungsarbeiten rechtzeitig vorgenommen werden. Um das Pipehnesystem energiesparender zu betreiben, kann die Überwachungsstation und/oder die Berechnungsvorrichtung anhand des wenigstens einen Messwertes wenigstens einen erwarteten Zukunftswert abschätzt und anhand des Zukunftswerts einen angepassten Grenzwert, einen angepassten Zeitplan, eine angepasste Abtastrate oder einen angepassten Zustand ermitteln, insbesondere wobei die Überwachungsstation den Steuerbefehl, der den angepassten Grenzwert, den angepassten Zeitplan oder den angepassten Zustand berücksichtigt, erstellt und an die Abgrenzeinheit übermittelt.
Beispielsweise bestimmt die Abgrenzeinheit wenigstens einen Messwert, insbesondere einen Messwert der Spannung des Rohrabschnitts gegenüber der Erde, der Spannung des Rohrabschnitts gegenüber einer Referenzelektrode und/oder der Stromstärke eines Ableitstroms, und die Überwachungsstation und/oder die Abgrenzeinheit aktiviert die zusätzliche Sicherheitseinrichtung, insbesondere falls der Messwert einen Sicherheitsschwellwert übersteigt, wodurch die Sicherheit weiter gesteigert wird.
Beispielsweise wird bei der Aktivierung der Sicherheitseinrichtung der Schaltschütz geschaltet, sodass der Bypass leitend wird und den Rohrabschnitt direkt über den Erder erdet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Pipelinesystem mit mehreren erfindungsgemäßen Abgrenzeinheiten,
Figur 2 eine Detailansicht einer Abgrenzeinheit gemäß Figur 1 , und
Figur 3 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist ein Pipelinesystem 10 schematisch dargestellt.
Das Pipelinesystem weist eine Pipeline 12, eine Überwachungsstation 14, eine Berechnungsvorrichtung 16, mehrere Abgrenzeinheiten 18, mehrere kathodische Korrosionsschutzsysteme 20 (KKS) sowie wenigstens eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung 21 mit einem Schaltschütz 22 auf. Die Pipeline 12 hat eine Vielzahl an Rohrabschnitten 24, die jeweils durch em Isolierstück 26 miteinander verbunden sind.
Die Überwachungsstation 14 ist entfernt von der Pipeline 12 vorgesehen und weist wenigstens einen Steuerungsrechner 28 sowie ein Kommunikationsmodul 30 auf.
Die Überwachungsstation 14 ist beispielsweise eine Messwarte zur Pipelinesteuerung, beispielsweise eine Messwarte des Betreibers der Pipeline 12.
Die Berechnungsvorrichtung 16 ist ein Computer, beispielsweise ein Server, der auch dezentral, d. h. in einer Cloud, ausgebildet sein kann.
Die Berechnungsvorrichtung 16 ist im gezeigten Fall separat von der Überwachungsstation 14 ausgebildet. Sie kann jedoch auch Teil der Überwachungsstation 14, beispielsweise des Steuerungsrechners 28 sein, wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist.
Je zwei Abgrenzeinheiten 18 sind einem der Rohrabschnitte 24 zugeordnet und elektrisch mit diesem verbunden. Ebenfalls sind die KKS 20 und die zusätzlichen Sicherheitseinrichtungen 21 einem der Rohrabschnitte 24 der Pipeline 12 zugeordnet.
Die KKS 20 sind mit dem jeweiligen Rohrabschnitt 24 in an sich bekannter Weise zum Korrosionsschutz mit dem Rohrabschnitt 24 verbunden.
Die Sicherheitseinrichtungen 21 sind mit dem jeweiligen KKS 20 bzw. der jeweiligen Abgrenzeinheit 18 des zugeordneten Rohrabschnitts 24 elektrisch verbunden.
Die zusätzliche Sicherheitseinrichtung 21 weist beispielsweise einen elektrischen Bypass 23 auf, der parallel zur Abgrenzeinheit 18 verläuft und der den Rohrabschnitt 24 und den Erder 37 verbindet. Im Bypass 23 ist der Schaltschütz 22 vorgesehen, der den Bypass 23 unterbrechen oder leitend schalten kann. In anderen Worten kann über den Bypass 23 - bei entsprechender Stellung des Schaltschütz 22 - der Rohrabschnitt 24 direkt mit dem Erder 37 elektrisch verbunden sein. Die KKS 20 können ebenfalls mit der Abgrenzeinheit 18 des jeweiligen Rohrabschnitts 24 elektrisch verbunden sein.
In Figur 2 ist eine Abgrenzeinheit 18 beispielhaft schematisch dargestellt.
Die Abgrenzeinheit 18 weist ein Gehäuse 32 und einen Erder 37 auf. Ferner kann die Abgrenzeinheit 18 eine Referenzelektrode 34 und/oder eine Antenne 36 aufweisen.
Das Gehäuse 32 weist beispielsweise einen Pipelineanschluss 38 und einen Erdungsanschluss 40 auf und kann einen Referenzelektrodenanschluss 42 und/oder einen Antennenanschluss 44 aufweisen.
Innerhalb des Gehäuses 32 weist die Abgrenzeinheit 18 mehrere Schutzkomponenten 46, eine Steuereinheit 48 sowie eine Kommunikationseinheit 50 auf.
Die Schutzkomponenten 46 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Leistungselektronik 52 und eine Funkenstrecke 54 und/oder einen Varistor 55.
Dabei ist die Leistungselektronik 52 zur Begrenzung temporärer und/oder stationärer Überspannungen und die Funkenstrecke 54 und/oder den Varistor 55 zur Begrenzung transienter Überspannungen ausgebildet.
Hierzu sind die Schutzkomponenten 46, d. h. die Leistungselektronik 52 und die Funkenstrecke 54 bzw. der Varistor 55 mit der Steuereinheit 48 elektrisch zur Steuerung verbunden.
Zur Ableitung von Überspannungen ist die Abgrenzeinheit 18 mittels des Pipelineanschlusses 38 mit der Pipeline elektrisch verbunden und mittels des Erdungsanschlusses 40 geerdet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schutzkomponenten 46 sowie die Steuereinheit 48 parallel geschaltet und somit jeweils zwischen dem Pipelineanschluss 38 und dem Erdungsanschluss 40 vorgesehen.
Die Erdung der Abgrenzeinheit 18 erfolgt über den Erder 37, der mit dem Erdungsanschluss 40 verbunden ist. Der Erder 37 ist beispielsweise ein ins Erdreich eingebrachter Stab aus leitfähigem Metall, der dazu vorgesehen ist, sich aktiv an der Stromführung zu beteiligen.
Die Referenzelektrode 34 ist hingegen dazu vorgesehen, das lokale Erdpotenzial zu ermitteln. Über sie wird somit kein Ableitstrom geführt. Die Referenzelektrode 34 kann ein Metallteil sein, aber auch eine Flüssigkeitselektrode aus einer Kupfer/Kupfersulfatlösung sein.
Wenn eine Referenzelektrode 34 vorhanden ist, ist diese über den Referenzelektrodenanschluss 42 mit der Steuereinheit 48 verbunden.
Die Kommunikationseinheit 50 ist mit der Steuereinheit 48 elektrisch verbunden und kann insbesondere Teil der Steuereinheit 48 sein.
Die Kommunikationseinheit 50 kann mit der Antenne 36 elektrisch verbunden sein, beispielsweise über den Antennenanschluss 44. Denkbar ist jedoch auch, dass die Antenne 36 innerhalb des Gehäuses 32 ausgeführt ist, beispielsweise auf einer Leiterplatte, wie der Leiterplatte der Steuereinheit 48.
Die Kommunikationseinheit 50 ist eine Kommunikationseinheit für Mobilfunk, beispielsweise 4G- oder 5G-Mobilfunk, für ein Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk (auch Low Power Wide Area Network, LPWAN oder LPN genannt), insbesondere Narrowband- loT, und/oder für ein Fernwirksystem.
Dementsprechend ist auch das Kommunikationsmodul 30 der Überwachungsstation 14 eine Kommunikationseinheit für Mobilfunk, für ein Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk und/oder für ein Fernwirksystem.
Die Steuereinheit 48 kann über geeignete weitere Anschlüsse 56 mit dem KKS 20 und/oder dem entsprechenden Schaltschütz 22 des zugeordneten Rohrabschnitts 24 elektrisch zur Steuerung verbunden sein.
Die Abgrenzeinheit 18, genauer gesagt, die Steuereinheit 48, ist dazu eingerichtet, Messwerte zu ermitteln, beispielsweise die Spannung des Rohrabschnitts 24 gegenüber der Erde, d. h. dem Erder 37, die Spannung des Rohrabschnitts 24 gegenüber der Referenzelektrode 34 und/oder die Stromstärke eines Ableitstroms vom Rohrabschnitt 24 zum Erder 37. Die Messwerte können mit einer Abtastrate von der Steuereinheit 48 ermittelt werden und in der Steuereinheit 48 gespeichert werden.
Die Messdaten umfassen beispielsweise nicht den Strom, der vom KKS 20 in den Rohrabschnitt 24 eingeleitet wird.
Die Steuereinheit 48 ist dazu eingerichtet, die Schutzkomponenten 46, also die Leistungselektronik 52 sowie die Funkenstrecke 54 bzw. den Varistor 55 zu betreiben und daher anzusteuern.
Um transiente Überspannungen, temporäre Überspannungen und stationäre Überspannungen zwischen dem zugeordneten Rohrabschnitt 24 und der unbelasteten Erde zu begrenzen, ist in der Steuereinheit 48 wenigstens ein Grenzwert hinterlegt, der einen Wert für transiente Überspannungen, einen Wert für temporäre Überspannungen und einen Wert für stationäre Überspannungen umfasst.
Selbstverständlich können innerhalb einer Art der Überspannung noch weitere Werte in Abhängigkeit der Dauer eines Stromstoßes definiert sein. Beispielsweise sind temporäre Überspannungen in Bereiche mit drei verschiedenen Dauern unterteilt, wobei für jeden dieser Bereiche ein unterschiedlicher Wert als Grenzwert hinterlegt ist.
Außerdem ist die Steuereinheit 48 dazu eingerichtet, einzelne, mehrere oder alle Schutzkomponenten 46 zu deaktivieren.
Beispielsweise kann die Steuereinheit alle Schutzkomponenten 46 aktivieren (aktiver Zustand), sodass die volle Funktionalität der Abgrenzeinheit 18 zur Verfügung steht.
Auch kann die Steuereinheit 48 die Schutzkomponenten 46 lediglich zur Verhinderung temporärer und transienter Überspannungen betreiben, beispielsweise die Leistungselektronik 52 und die Funkenstrecke 54 bzw. den Varistor 55 derart ansteuern, dass nur die Grenzwerte für temporäre und transiente Überspannungen überwacht werden (Bereitschaftszustand).
Zudem kann die Steuereinheit 48 einen passiven Zustand fahren, in dem die Schutzkomponenten 46 abgeschaltet sind. Im passiven Zustand sind jedoch noch Messungen durch die Steuereinheit 48 möglich. Das heißt, die Abgrenzeinheit 18 ist nicht vollständig ausgeschaltet.
Auch kann in die Steuereinheit 48 einen oder mehrere Zeitpläne umfassen, die bestimmten Zeiten innerhalb einer Woche, eines Monats, eines Jahres oder in anderer zeitlicher Einteilung, verschiedene Grenzwerte, Abtastraten oder Zustände für Messungen umfassen.
Die Steuereinheit 48 kann somit die Schutzkomponenten 46 mit verschiedenen Grenzwerten und/oder Abtastraten, anhand verschiedener Zeitpläne und in verschiedenen Zuständen betreiben, sodass verschiedene Betriebsmodi möglich sind. Ein Betriebsmodus umfasst beispielsweise einen Grenzwert, einen Zeitplan, eine Abtastrate und/oder einen Zustand.
Zum Betrieb des Pipelinesystems 10 führen die einzelnen Komponenten, insbesondere die Überwachungsstation 14, die Abgrenzeinheit 18, insbesondere die Kommunikationseinheit 50 und die Steuereinheit 48, das in Figur 3 dargestellte Verfahren aus.
Die einzelnen Komponenten, insbesondere die Überwachungsstation 14, die Abgrenzeinheit 18, die Steuereinheit 48 und die Kommunikationseinheit 50 sind selbstverständlich dazu eingerichtet, die Schritte des Verfahrens durchzuführen.
In Schritt S1 bestimmt die Abgrenzeinheit 18, genauer gesagt, die Steuereinheit 48, einen Messwert.
Anschließend übermittelt die Steuereinheit 48 den Messwert mithilfe der Kommunikationseinheit 50 und der Antenne 36.
Die Übermittlung kann direkt im Anschluss an die Messung erfolgen. Denkbar ist jedoch auch, dass über einen vorbestimmten Zeitraum in Abständen der Abtastrate Messungen vorgenommen werden und die Messungen gesammelt übermittelt werden. Diese zyklische Übermittlung von Messdaten spart Energie.
Hierzu werden die Messwerte mittels der Kommunikationseinheit über ein Mobilfunknetz, ein Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk oder ein Fernwirksystem übermittelt. In Figur 1 ist aus Gründen der Übersicht lediglich der Fall einer drahtlosen Übertragung mittels Mobilfunk oder eines Niedrigenergieweitverkehrnetzwerks (jeweils symbolisiert durch den Sendemast 58) symbolisch dargestellt.
Die Messwerte werden von der Überwachungsstation und/oder der Berechnungsvorrichtung 16 empfangen (Schritt S3) und anhand der Messwerte ein Steuerbefehl generiert (Schritt S4).
Der Steuerbefehl enthält beispielsweise eine Anweisung an die Steuereinheit 48, den Betriebsmodus zu ändern, d.h. einen geänderten Grenzwert bzw. geänderte Werte des Grenzwerts, eine geänderte Abtastrate, einen geänderten Zeitplan und/oder einen geänderten Zustand zum Betreiben der Schutzkomponenten 46.
Der Steuerbefehl wird dann im Schritt S5 an die Abgrenzeinheit 18 übermittelt. Hierzu kommen wieder die Kommunikationseinheit 50 und das Kommunikationsmodul 30 zum Einsatz, die die Steuerbefehle entsprechend übersenden.
In Schritt S6 wertet die Steuereinheit 48 den Steuerbefehl aus und ändert gegebenenfalls den Betriebsmodus der Schutzkomponenten 46 anhand der Inhalte des empfangenen Steuerbefehls. In anderen Worten betreibt die Steuereinheit 48 die Schutzkomponenten 46 nun in einem Betriebsmodus, der anhand des Steuerbefehls bestimmt ist.
Selbstverständlich steuert die Steuereinheit 48 die Schutzkomponenten 46 in Abhängigkeit des Messwerts auch selbstständig an, d. h. ohne und bevor ein Steuerbefehl übermittelt wurde, beispielsweise wenn ein Grenzwert für eine Überspannung überschritten wird (Schritt S7).
Außerdem ist es möglich, dass die Überwachungsstation 14 und/oder die Abgrenzeinheit 18 die zusätzliche Sicherheitseinrichtung 21 , wie den Schaltschütz 22 aktiviert, falls der Messwert einen Sicherheitsschwellwert übersteigt. Der Sicherheitsschwellwert kann sich dabei vom Grenzwert unterscheiden.
Beispielsweise schaltet die Abgrenzeinheit 18 den Schaltschütz 22 selbstständig, z.B. im Falle eines Defektes der Abgrenzeinheit 18. Auch kann die Überwachungsstation 14 einen Befehl an die Abgrenzeinheit 18 senden, den Schaltschütz 22 zu aktivieren oder zu schalten, woraufhin die Abgrenzeinheit 18 den Schaltschütz 22 entsprechend schaltet.
Der Steuerbefehl kann in Schritt S4 von der Überwachungsstation 14 und/oder der Berechnungsvorrichtung 16 auf verschiedene Weisen bestimmt werden.
Beispielsweise ermittelt die Überwachungsstation 14 im Schritt B1 einen Wartungszustand der Abgrenzeinheit 18, insbesondere einen Zustand des Erders 37. Anschließend ermittelt die Überwachungsstation 14 einen Betriebsmodus der Abgrenzeinheit 18, der optimal auf den Wartungszustand angepasst ist (Schritt B2) und bestimmt daraufhin einen Steuerbefehl, der die Steuereinheit 48 dazu veranlasst, den Betriebsmodus zu dem zuvor bestimmten optimalen Betriebsmodus zu ändern (Schritt B3).
Außerdem kann die Überwachungsstation 14 eine Wartung der entsprechenden Abgrenzeinheit 18 veranlassen, wenn der in Schritt B1 ermittelte Belastungszustand eine Wartung erforderlich macht (Schritt B4).
Auch kann die Überwachungsstation 14 anhand der Messwerte den Belastungszustand des der entsprechenden Abgrenzeinheit 18 zugeordneten Rohrabschnitts 24 ermitteln (Schritt P1 ) und anhand des Belastungszustands (d. h. der auftretenden Spannungen oder Ströme), geänderte Grenzwerte bestimmen (Schritt P2).
Hierzu kann die Überwachungsstation 14 auf die Berechnungsvorrichtung 16 zurückgreifen. Alternativ kann die Berechnungsvorrichtung 16 die Messwerte direkt von der Abgrenzeinheit 18 erhalten und der Überwachungsstation 14 geänderte Grenzwerte gemäß hinterlegten Algorithmen übermitteln.
In Schritt P3 bestimmt die Überwachungsstation 14 anhand der geänderten Grenzwerte einen Steuerbefehl.
Außerdem können anhand der Messwerte mittels der Überwachungsstation 14 oder von der Abgrenzeinheit 18 selbst, Steuerbefehle an das KKS 20 übermittelt werden, um eine verbesserte Steuerung des KKS 20 zu erreichen.
In einer weiteren Möglichkeit zur Generierung des Steuerbefehls gemäß Schritt S4 kann die Berechnungsvorrichtung 16 die Messwerte erhalten. Alternativ kann die Überwachungsstation 14 die Messwerte an die Berechnungsvorrichtung 16 weiterleiten.
Die Berechnungsvorrichtung 16 ermittelt dann in Schritt Z1 , anhand der aktuellen Messwerte der gleichen und/oder einer anderen Abgrenzeinheit 18 sowie optional Messwerte der Vergangenheit, erwartete Zukunftswerte des entsprechenden Messwerts, zum Beispiel eine zukünftig erwartete Spannung des Rohrabschnitts 24 gegenüber der Referenzelektrode 34 oder der Erde und/oder einer Stromstärke des Ableitstroms.
Die vergangenen Messwerte können dabei unmittelbar zurückliegende Messwerte sein, aber auch Messwerte, die zu einem gleichen Zeitpunkt in einem Zeitplan, beispielsweise an einem bestimmten Wochentag zu einer bestimmten Uhrzeit, gemessen wurden.
Anhand des erwarteten Zukunftswerts ermittelt die Berechnungsvorrichtung 16 in Schritt Z2 einen angepassten Grenzwert, einen angepassten Zeitplan, eine angepasste Abtastrate oder einen angepassten Zustand und übermittelt diesen an die Überwachungsstation 14.
Die Überwachungsstation 14 bestimmt dann in Schritt Z3 einen entsprechenden Steuerbefehl.
In anderen Worten nimmt die Berechnungsvorrichtung 16 eine Simulation, basierend auf den erhaltenen Messwerten vor. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Betriebsmodus der Abgrenzeinheit 18 an die tatsächlichen Gegebenheiten vor Ort angepasst ist und nicht nur auf abgeschätzten Werten beruht.
Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Simulation selbst anhand der erhaltenen Messwerte verbessert wird, beispielsweise im Falle, dass die Simulation auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basiert.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Überwachungsstation 14 einen Steuerbefehl erstellt, der nicht auf erhaltenen Messwerten beruht. Soll beispielsweise eine Wartung von bestimmten Rohrabschnitten 24 durchgeführt werden, kann die Überwachungsstation 14 einen Steuerbefehl an die entsprechende Abgrenzeinheit 18 senden, um den Betriebsmodus entsprechend anzupassen.
Beispielsweise kann anhand der vergangenen Werte und der erwarteten zukünftigen Werte ermittelt werden, dass die Belastung des Rohrabschnitts 24 zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Woche sinkt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Rohrabschnitt 24 in der Nähe eines Gewerbegebietes liegt, in dem am Wochenende nicht gearbeitet wird. In diesem Falle kann die Überwachungsstation 14 oder die Berechnungsvorrichtung 16 einen Zeitplan erstellen, der beispielsweise die Abtastrate für Tage an Wochenenden reduziert, wodurch Energie eingespart werden kann.
Auf diese Weise ist es möglich, das Pipelinesystem 10 sowohl effizient zu betreiben als auch vorausschauend Wartungen an einzelnen Abgrenzeinheiten 18 vornehmen zu können. Außerdem kann anhand der Messwerte die Sicherheit der Anlage auf besonders einfache Weise dokumentiert werden, beispielsweise die Einhaltung des Personenschutzes.
Zudem wird durch die übermittelten Messwerte ein Vergleich zwischen Simulationsergebnissen und realen Anlagedaten möglich, der auch zur Verbesserung bzw. Kalibrierung von Simulationen verwendet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Abgrenzeinheit für einen Rohrabschnitt (24), insbesondere einen Rohrabschnitt (24) einer Pipeline (12), mit wenigstens einer Schutzkomponente (46), einer Steuereinheit (48) zur Steuerung der Schutzkomponente (46) und einer Kommunikationseinheit (50) zur Kommunikation mit einer entfernten Überwachungsstation (14), wobei die Kommunikationseinheit (50) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Steuerbefehl von der Überwachungsstation (14) zu empfangen, wobei die Steuereinheit (48) dazu eingerichtet ist, die Schutzkomponenten (46) in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, um die Spannung des Rohrabschnitts (24) unterhalb wenigstens eines Grenzwerts zu halten, und die Betriebsmodi aufgrund des durch die Kommunikationseinheit (50) empfangenen Steuerbefehls zu ändern.
2. Abgrenzeinheit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine der wenigstens einen Schutzkomponente (46) eine Leistungselektronik (52) ist und/oder dass eine der wenigstens einen Schutzkomponente (46) eine Funkenstrecke (54) und/oder ein Varistor (55) ist.
3. Abgrenzeinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (48) dazu eingerichtet ist, Messwerte, insbesondere die Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber der Erde und/oder die Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber einer Referenzelektrode (34) und/oder die Stromstärke eines Ableitstroms, zu ermitteln, und die wenigstens eine Schutzkomponente (46) in Abhängigkeit des Messwerts anzusteuern.
4. Abgrenzeinheit gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (48) dazu eingerichtet ist, die Messwerte mit einer Abtastrate zu bestimmen, wobei die Abtastrate durch den Betriebsmodus festgelegt ist.
5. Abgrenzeinheit gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (48) dazu eingerichtet ist, die Messwerte mittels der Kommunikationseinheit (50) zu übertragen, insbesondere an die Überwachungsstation (14) und/oder eine Berechnungsvorrichtung (16).
6. Abgrenzeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Betriebsmodi einen Zeitplan umfasst, in dem verschiedenen Zeiten verschiedene Grenzwerte und/oder Abtastraten zugeordnet sind, und/oder dass der wenigstens eine Steuerbefehl einen Zeitplan zumindest teilweise umfasst.
7. Abgrenzeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Grenzwert wenigstens einen Wert für transiente Überspannungen, wenigstens einen Wert für temporäre Überspannungen und/oder wenigstens einen Wert für stationäre Überspannungen umfasst.
8. Abgrenzeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Grenzwert durch den Betriebsmodus festgelegt ist und/oder dass der wenigstens eine Steuerbefehl den wenigstens einen Grenzwert zumindest teilweise umfasst.
9. Abgrenzeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (48) dazu eingerichtet ist, die Schutzkomponenten (46) in wenigstens drei Zuständen zu betreiben, insbesondere einem aktiven Zustand, in dem die volle Funktionalität der Abgrenzeinheit (18) zur Verfügung steht, einem Bereitschaftszustand, in dem die Schutzkomponenten (46) nur zur Verhinderung temporärer und transienter Überspannungen betrieben werden, und einem passiven Zustand, in dem die Schutzkomponenten (46) deaktiviert sind.
10. Abgrenzeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (50) eine Kommunikationseinheit für Mobilfunk, beispielsweise 4G- oder 5G-Mobilfunk, für ein Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk, insbesondere Narrowband-loT, und/oder für ein Fernwirksystem ist.
11. Pipelinesystem mit einer Pipeline (12) mit wenigstens einem Rohrabschnitt (24), wenigstens einer Abgrenzeinheit (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die mit dem Rohrabschnitt (24) der Pipeline (12) elektrisch verbunden ist, und einer von der Abgrenzeinheit (18) entfernten - 19 -
Überwachungsstation (14), die dazu ausgebildet ist, Steuerbefehle an die wenigstens eine Abgrenzeinheit (18) zu übermitteln.
12. Pipelinesystem gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pipelinesystem (10) eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung (21 ), insbesondere einen Schaltschütz (22), eine Berechnungsvorrichtung (16), insbesondere einen Server, aufweist und/oder dass das Pipelinesystem (10) wenigstens ein kathodisches Korrosionsschutzsystem (20) aufweist, das mit dem Rohrabschnitt (24) der Pipeline (12) elektrisch verbunden ist, insbesondere auch mit der Abgrenzeinheit (18) elektrisch verbunden ist.
13. Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems (10), insbesondere gemäß Anspruch 1 1 oder 12, mit einem Rohrabschnitt (24) und einer Abgrenzeinheit (18), mit den folgenden Schritten: a) Übermitteln von wenigstens einem Steuerbefehl von einer entfernten Überwachungsstation (14) zur Abgrenzeinheit (18), und b) Betreiben von wenigstens einer Schutzkomponente (46) der Abgrenzeinheit (18) durch eine Steuereinheit (48) der Abgrenzeinheit (18) in einem Betriebsmodus, der anhand des Steuerbefehls bestimmt ist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Bestimmen wenigstens eines Messwertes durch die Abgrenzeinheit (18), insbesondere eines Messwerts der Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber der Erde und/oder der Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber einer Referenzelektrode (34) und/oder der Stromstärke eines Ableitstroms, b) Übermitteln des Messwertes an die Überwachungsstation (14) und/oder die Berechnungsvorrichtung (16) durch die Abgrenzeinheit (18), c) Auswerten des Messwertes und Bestimmen eines Steuerbefehls für die zumindest eine Abgrenzeinheit (18) anhand des Messwertes durch die Überwachungsstation (14) und/oder die Berechnungsvorrichtung (16), und - 20 - d) Übermitteln des Steuerbefehls von der Überwachungsstation (14) und/oder der Berechnungsvorrichtung (16) an die zumindest eine Abgrenzeinheit (18).
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsstation (14) anhand des übermittelten Messwerts einen Belastungszustand des Rohrabschnitts (24) und/oder den Wartungszustand der zumindest einen Abgrenzeinheit (18), insbesondere den Zustand eines Erders (37) der Abgrenzeinheit (18), bestimmt.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsstation (14) und/oder die Berechnungsvorrichtung (16) anhand des wenigstens einen Messwertes wenigstens einen erwarteten Zukunftswert abschätzt und anhand des Zukunftswerts einen angepassten Grenzwert, einen angepassten Zeitplan, eine angepasste Abtastrate oder einen angepassten Zustand ermittelt, insbesondere wobei die Überwachungsstation (14) den Steuerbefehl, der den angepassten Grenzwert, den angepassten Zeitplan oder den angepassten Zustand berücksichtigt, erstellt und an die Abgrenzeinheit (18) übermittelt.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgrenzeinheit (18) wenigstens einen Messwert bestimmt, insbesondere einen Messwert der Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber der Erde und/oder der Spannung des Rohrabschnitts (24) gegenüber einer Referenzelektrode (34) und/oder der Stromstärke eines Ableitstroms, und die Überwachungsstation (14) und/oder die Abgrenzeinheit (18) die zusätzliche Sicherheitseinrichtung (21 ) aktiviert, insbesondere falls der Messwert einen Sicherheitsschwellwert übersteigt.
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