FI94192B - Elektrodi - Google Patents

Description

94192

Elektrodi Tämä keksintö koskee elektrodia, jota käytetään yhdessä navassa siirrettäessä korkeajännitteistä tasavirtaa 5 vedenalaisesti, ja joka elektrodi on sovitettu kiinteäksi meren pohjaan toimimaan anodina tai katodina, samalla kun merivesi muodostaa niiden välisen sähköjohtimen.

Elektrodi pystyy vastustamaan käänteistä reaktiota, ja 10 päällyste on muodostettu siten, että virta voi kulkea vastakkaiseen suuntaan ilman elektrodin vahingoittumista. Se voi myös toimia valmiuslaitteena kaksikaapelijärjestelmässä, ts. sitä voidaan käyttää katodina. Erityisen herkässä ympäristössä anodi voidaan suunnitella tuottamaan happea 15 kloorikaasun sijasta, ts. sillä on suuri ylimääräjännite kloorikaasulle.

Rannikolta rannikolle tapahtuvassa suuruusluokaltaan 500 MW:n voimansiirrossa on tavallista käyttää korkeajännite-20 tasavirtaa useistakin syistä, esimerkkinä pienemmät perustamiskustannukset, ja koska tasavirran käyttö mahdollistaa kahden synkronoimattoman vaihtovirtasyöttöjohdon kytkemisen toisiinsa riippumatta syöttöjohdon taajuudesta. Korkeajännitteeseen vaihtovirtasyöttöjohtoon liitetyllä syöttöase-25 maila vaihtojännite tasasuunnataan noin 400 kV:n tasavirraksi. Sitten tasavirta, joka on noin 1,2 kA, johdetaan • meren pohjalla olevan eristetyn kaapelin kautta, kun taas paluu on järjestetty meriveden välityksellä elektrodien (anodi ja katodi) välillä, jotka on asennettu meren pohjaan 30 kummallakin rannikolla. Vastaanottava asema muuttaa tasavirran jännitteeltään halutuksi vaihtovirraksi. Koska käytetään vain yhtä kaapelia, häviöt, joita linjaresistans-si aina aiheuttaa, pienenevät huomattavassa määrin.

35 Aikaisemmin on tunnettu magnetiittisauvojen kytkeminen voimajohtimeen elektrodiksi. Myös grafiittielektrodeja käytetään, jolloin ne suljettu läpäisykykyisiin pusseihin, jotka sisältävät koksia, hienojakeisempien koksiosasten 2 94192 ollessa elektrodin vieressä. Tällä tavalla saadaan suurempi elektrodipinta. Aikaisemmin tunnettujen elektrodien aktii-vipinnat ovat kuitenkin suhteellisen pieniä, mikä aiheuttaa huomattavia tehohäviöitä. Lisäksi tekniikan tason elektro-5 dien järkevä käsittely ja asianmukainen kiinnitys meren pohjaan ei ole mahdollista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada korkeajännitteisen tasavirran siirtoon tarkoitettu elektrodi siten, 10 että elektrodilla olennaisesti suurempi projektiopinta ympäröivään meriveteen nähden tehohäviöiden pienentämiseksi tällä tavalla.

Toisena tarkoituksena on aikaansaada elektrodi, joka on 15 suhteellisen helposti kuljetettavissa, asennettavissa ja kiinnitettävissä, ja joka paikalleen asennettuna mukautuu olennaisesti merenpohjan muotoihin.

Vielä eräänä tarkoituksena on aikaansaada elektrodi, joka 20 on suojattu mekaanista vahingoittumista vastaan, sekä kuljetuksen aikana että kiinnitettäessä ja käytössä, ja joka kestää ympäristön vaikutuksia.

Keksinnön mukaisesti nämä tarkoitukset on saavutettu siten, j 25 että elektrodiin kuuluu ainakin yksi kerros taipuisaa, sähköä johtavaa materaalia, joka kerros on suljettu suojarakenteiden väliin, jotka ovat taipuisaa, mekaanisesti kestävää materiaalia, jolloin ainakin toisessa suojarakenteessa on aukkoja, jotka on sijoitettu sen pintaan, ja 30 joiden kautta merivesi pääsee kosketukseen kerroksen kanssa.

Keksinnön lisäsuoritusmuodot on määritelty alivaatimuksis-sa.

35

Seuraavaksi kuvataan keksinnön suositeltua suoritusmuotoa viittaamalla samalla oheisiin piirustuksiin, joissa: 3 94192

Kuva 1 on päällyskuvanto keksinnön mukaisesta elektrodista, ja

Kuva 2 on osittain leikattu sivukuvanto kuvan 1 elektrodis-5 ta.

Elektrodiin kuuluu kerros 1 taipuisaa, sähköä johtavaa materiaalia, joka on kloorialkalin kestävää. Kerros 1 voi muodostua ohuesta perforoidusta metallilevystä, metalli-10 verkkolevystä tai lankaverkosta. Olennaista on kuitenkin, että kerroksessa on reikiä siten, että ympäröivä merivesi voi elektrodin ollessa paikalleen asennettuna virrata vapaasti kerroksen läpi. Haluttaessa voidaan esim. taipuisuu-den lisäämiseksi käyttää kahta tai useampaa kerrosta yhden 15 kerroksen 1 sijasta.

Sopivia kerroksen 1 materiaaleja ovat esimerkiksi titaani, titaaniseokset ja päällystetty titaani, jolloin päällyste on sellainen, että elektrodi voi toimia sekä anodina että 20 katodina, myös matalissa lämpötiloissa ja vähäsuolaisessa vedessä. Esimerkkeinä titaaniverkon tällaisista päällysteistä voidaan mainita ruotsalaisten patenttien 345 396, 345 970 ja 349 952 mukaiset jalometallioksidit tai niiden seokset tai muut oksideihin tai metalleihin perustuvat 25 päällysteet. Myös päällystettyä titaaniverkkoa, jota myydään tavaramerkillä ELGARD 150 Anode Mesh ja ELGARD 210 Anode Mesh, voidaan sopivasti käyttää. Eräs verkkorakenteiden käytön etu on se, että (projektio-) pinta kasvaa ja siten kaventumahäviöt pienenevät. Nämä häviöt liittyvät 30 virtakentän leikkauspinta-alaan anodin ja katodin välillä, jolloin suuremmalla pinnalla häviöt ovat pienemmät.

Kerrokseen 1 tai kerroksiin hitsataan johtavia nauhoja tai sauvoja, jolloin nämä nauhat tai sauvat kytketään hermeet-35 tisesti voimajohtimen kuparisydämeen (ei esitetty).

Kerros 1 on suljettu suojarakenteiden 2 ja 3 sisään, jotka 4 94192 ovat joustavaa, mekaanisesti kestävää materiaalia, joka on kloorialkalin kestävää. Esimerkkejä sopivista materiaaleista ovat polyolefiinit ja fluorisubstituoidut materiaalit. Kummallakin rakenteella 2, 3 on projektiopinta, joka on 5 olennaisesti saman kokoinen kuin kerroksen 1, ja rakenteet on sovitettu suojaamaan johtavaa kerrosta mekaaniselta vahingoittumiselta, sekä elektrodia kuljetettaessa ja kiinnitettäessä että käytön aikana. Siten rakenne 3 on sovitettu suojaamaan kerrosta 1 vahingoilta, joita meren 10 pohja voisi aiheuttaa, ja rakenne 2 on sovitettu suojaamaan mahdollisilta meren pohjaan tippuvilta esineiltä ja työkaluilta sekä myös kiinnitysvälineitä vastaan silloin, kun ne muodostuvat elektrodiin sovitetuista kivi- tai betonilohka-reista.

15

Alempi rakenne 3 voi muodoltaan olla jatkuva matto, aukoilla tai ilman, kun taas ylempi rakenne voi muodoltaan olla matto, jossa on aukkoja, jotka on olennaisesti tasaisesti jaettu sen pinnan yli. Merivesi on aukkojen kautta koske-20 tuksessa kerroksen 1 kanssa. Rakenteeseen 2 kuuluu suositeltavasta useita samansuuntaisia putkimaisia osia, jotka on yhdistetty toisiinsa ja järjestetty toistensa suhteen ennaltamäärätyin välein.

. . 25 Kuvissa 1 ja 2 esitetyssä suositellussa suoritusmuodossa ylempään rakenteeseen 2 kuuluu erillisiä putkimaisia osia 5, jotka on liitetty toisiinsa köysimäisillä kiinnitysväli-neillä 6. Rakenteeseen kuuluu ainakin kahdet kiinnitysväli-neet 6, suositeltavasta kolmet tai useammat, jotka on 30 järjestetty poikittain putkiosien 5 suhteen ja ulottuvat niiden läpi. Useimpien vierekkäisten osien 5 väliin on suositeltavasti, mutta ei välttämättä, järjestetty välike-osat 7, joiden läpi kiinnitysvälineet 6 ulottuvat. Alara-kenne 3 voi luonnollisesti olla rakenteeltaan samanlainen 35 kuin ylärakenne 2, kuten kuvassa 2 on esitetty.

Kerroksen 1 sisäänsä sulkevat kaksi rakennetta 2, 3 on 5 94192 liitetty toisiinsa yhteysvälineillä 8, jotka on kahden putkiosaparin 5 välissä kiinnitetty kiinnitysvälineisiin 6, jotka ovat toisiinsa kohdistettuja, jolloin näillä kahdella putkiosaparilla 5 ei ole välissään välikeosia 7.

5

Kaikki rakenteisiin 2 ja 3 kuuluvat elimet 5-8 on valmistettu kloorialkalia kestävistä materiaaleista, kuten poly-olefiineista, fluorisubstituoiduista materiaaleista tai vastaavista, koska elektrodi on tarkoitettu toimimaan 10 anodina tai vaihtoaehtoisesti katodina, mistä syystä elektrodin ympäristö sisältää kloorikaasua tai on alkalinen.

Koska sekä kerros 1 (tai kerrokset) että rakenteet 2 ja 3 ovat taipuisia, elektrodi voidaan varastoida ja kuljettaa 15 rullattuna, mikä helpottaa sen käsittelyä, varsinkin koska projektiopinta voi olla erittäin suuri, aina useisiin tuhansiin neliömetreihin asti. Rakenne mahdollistaa myös sen, että elektrodi on suhteellisen helppo sijoittaa meren pohjalle rullaamalla se auki. Elektrodin taipuisuus sallii 20 myös sen mukautumisen suurelta osin merenpohjan muotoihin.

Lisäksi elektrodi voidaan kiinnittää meren pohjaan elektrodiin kiinnitetyillä kivi- tai betonilohkareilla. Vaihtoehtoisesti voidaan toinen tai molemmat rakenteet 2 ja 3 . 25 varustaa painoilla (ei esitetty), varsinkin silloin kun lohkarekiinnitys ei ole käytännössä mahdollista. Kiinnitystä varten osa putkiosista 5 on myös mahdollista täyttää betonilla tai vastaavalla materiaalilla.

30 Keksinnön mukainen elektrodi on tarkoitettu korkeajännitteiselle tasavirralle, esim. 1,2 kA:n kun siirretään 400 kV:n jännitettä, ja sillä on erittäin suuri pinta, kuten edellä on esitetty. Käytännön syistä elektrodi valmistetaan noin 10-30 m2:n moduuleiksi, jotka levitetään ja liitetään 35 yhteen monikertojen muodostamiseksi. Monikertojen koko (joskus ne voivat olla hyvinkin suuria) määräytyy olosuhteiden mukaan. Suuri pinta pienentää sekä siirtohäviöitä 6 94192 tekniikan tasoon verrattuna, että myös vähentää kloorinmuo-dostuksen haittoja muihin rakenteisiin verrattuna, johtuen anodin suuresta pinnasta.

5 Päällyste on toimintakykyinen myös silloin, kun elektrodi uppoaa hiekkaan, mutaan, ym.

Elektrodin aktiivipintaa voidaan kasvattaa siten, että kerroksen ylä- ja/tai alapuolelle sen välittömään läheisyy-10 teen sijoitetaan kerros johtavaa ainesta, esim. murskattua grafiittia.

Keksintö ei rajoitu edellä kuvattuun ja piirustuksessa esitettyyn, vaan sitä voidaan modifioida monin eri tavoin 15 oheisten vaatimusten puitteissa.

i

Claims (14)

1. Elektrodi, jota käytetään yhdessä navassa siirrettäessä korkeajännitteistä tasavirtaa vedenalaisesti ja joka elekt- 5 rodi on sovitettu kiinteäksi meren pohjaan toimimaan anodina tai katodina, samalla kun merivesi muodostaa anodin ja katodin välisen sähköjohtimen, tunnettu siitä, että elektrodiin kuuluu ainakin yksi kerros (1) taipuisaa, sähköä johtavaa materaalia, joka kerros (1) on suljettu 10 suojarakenteiden (2, 3) väliin, jotka ovat taipuisaa, mekaanisesti kestävää materiaalia, jolloin ainakin toisessa suojarakenteessa (2) on aukkoja (4), jotka on sijoitettu sen pintaan, ja joiden kautta merivesi pääsee kosketukseen kerroksen (1) kanssa. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että sähköä johtava kerros (1) ja suojarakenteet (2,3) ovat kloorialkalin kestävää materiaalia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että kerros (1) muodostuu perforoidusta metallilevystä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi, tunnettu , 25 siitä, että kerros (1) muodostuu verkkometallilevystä tai lankaverkosta.

5. Jonkin patenttivaatimuksien 1-4 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että kerros on valmistettu titaanista, 30 titaaniseoksesta tai päällystetystä titaanista.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että kerros on valmistettu titaanista, joka on päällystetty yhdellä tai useammalla jalometallioksidilla 35 tai jollakin muulla sopivalla katalyyttisella päällysteellä, joka perustuu sekä metalliin että oksidiin tai niiden seoksiin. 8 94192

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että ainakin toiseen suojarakenteeseen (2) kuuluu useita välin päässä toisistaan olevia putkimaisia elimiä (5), jotka ulottuvat samansuuntaisina ja ovat 5 toisiinsa yhdistettyjä.

7 94192

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että useimpien putkimaisten elimien (5) väliin on järjestetty välikeosia (7), ja että putkimaiset elimet (5) 10 ja välikeosat (7) on yhdistetty toisiinsa köysimäisillä, läpikulkevilla kiinnitysvälineillä (6).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että suojarakenteet (2,3) on yhdistetty toisiinsa 15 yhdysvälineillä (8).

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että yhdysvälineet (8), välikeosat (7), jos niitä käytetään, ja kiinnitysvälineet (6) on valmistettu 20 kloorialkalia kestävistä materiaaleista kuten polyolefii-neista, fluorisubstituoiduista materiaaleista tai vastaavista .

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen elektrodi, . 25 tunnettu siitä, että ainakin toisessa suojarakenteessa (2) on painoja, ja/tai että osa putkimaisista elimistä (5) on täytetty betonilla tai vastaavalla materiaalilla.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen elektrodi, 30 tunnettu siitä, että sen aktiivipintaa on kasvatettu siten, että kerroksen (1) ylä- ja/tai alapuolelle sen kanssa kosketukseen on sijoitettu johtavaa materiaalia, esim. murskattua grafiittia oleva kerros.

13. Laite korkeajännitteisen tasavirran siirtämiseksi vedenalaisesta, jossa merivesi toimii sähköjohtimena, : tunnettu siitä, että laitteessa on toisena elektrodina 9 94192 jonkin patenttivaatimuksien 1-12 mukainen elektrodi ja toisena elektrodina eristetty kaapeli.

14. Menetelmä korkeajännitteisen tasavirran siirtämiseksi 5 vedenalaisesta, tunnettu siitä, että käytettään jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukaista elektrodia.