KR20030069201A - 수중 파이프라인 전력 송전 - Google Patents

Abstract

수중 파이프라인 전력 송전 시스템은 파이프라인(1)과, 제1 위치에서 파이프라인에 연결된 전력 공급부(4)와, 제2 위치에서 파이프라인에 설치된 로드부(5)를 파이프라인에 연결하는 연결 수단을 포함한다. 로드부(5)는 연결되자마자 전력 공급부(4)로부터 파이프라인(1)을 통해서 전력을 공급받을 수 있다. 파이프라인은 각각의 임피던스 수단을 통해서 파이프라인에 전기적으로 연결된 복수개의 음극 보호 양극(2)을 구비한다.

Description

수중 파이프라인 전력 송전{SUBSEA PIPELINE POWER TRANSMISSION}

수중 파이프라인 시스템을 사용하는 여러 경우에 있어서, 일반적인 의미로서의 멀리 떨어진 위치에 있는 장비를 작동시킬 필요가 있다. 다시 말하면, 비록 그와 같은 장비가 파이프라인에 인접하게 설치된다 해도 임의의 다른 설비 또는 기반시설(infrastructure)에는 가까이 위치하지 못한다. 그러한 설비 요소로는, 예를 들어 파이프라인 시스템의 유지 또는 작동을 감시하기 위한 센서가 있다.

여러가지 문제들 중 한 가지는, 상기한 바와 같이 멀리 떨어져 있는 설비 요소에 적절한 전력원을 제공해야 하는 점이다. 배터리들이 사용될 수 있지만, 제한된 수명, 비용, 및 환경 문제를 포함한 여러 이유들로 인하여 그렇게 썩 매력적인 것은 못되었다.

본 발명은 수중 파이프라인 전력 송전 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 출원에서는 일반적으로 통용되고 있는 "수중(subsea)"이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 임의의 수면 아래의 모든 위치를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 수중 파이프라인 시스템을 개략적으로 보이고 있는 도면이다.

본 발명의 목적은 수중 파이프라인 시스템을 통해서 멀리 떨어져 있는 장비에 전력을 공급하는 방법, 시스템 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 파이프라인과, 제1 위치에서 파이프라인에 연결된 전력 공급부와, 로드부가 전력 공급부로부터 파이프라인을 통해서 전력을 공급받을 수 있도록 하기 위해 제2 위치에서 파이프라인에 설치된, 로드부를 파이프라인에 연결하는 연결 수단을 포함하고, 파이프라인은 각각의 임피던스 수단을 통해서 파이프라인에 전기적으로 연결된 복수개의 음극 보호 양극을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전 시스템이 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 복수개의 음극 보호 양극을 구비한 파이프라인을 따라 전력을 송전하는 수중 파이프라인 전력 송전 방법에 있어서,

전력을 제1 위치에서 파이프라인에 인가하는 단계와,

제공되는 로드부를 제2 위치에서 파이프라인에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고, 각 양극은 각각의 임피던스 수단을 통해서 파이프라인에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 파이프라인에 장착하기 위해 설치된 희생 방식용 양극과 한 단자가 양극에 연결되고 다른 단자가 파이프라인에 연결되게 구성된 임피던스 수단을 포함하는 양극 설비와;

파이프라인에 전기적으로 연결되게 설치된 전력 공급부를 포함하는 수중 파이프라인 전력 송전 시스템 또는 방법에서 사용하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 파이프라인에 장착되게 배열된 희생 방식용 양극과, 한 단자가 양극에 연결되고 다른 단자가 파이프라인에 연결되게 구성되어있는 임피던스 수단을 포함하는 수중 파이프라인 전력 송전 시스템에서 사용하기 위한 양극 설비가 제공된다.

상기 양극 설비는 로드부가 임피던스 수단을 가로질러 연결될 수 있게 하는 추가 단자를 포함한다.

임피던스 수단은 인덕턴스 수단(inductance means)을 포함할 수 있다. 바람직하게 임피던스 수단은 필터 수단을 포함한다. 특히 필터 수단을 포함할 때, 임피던스 수단은 하나 이상의 선택된 주파수 범위 내에서는 시간 가변성 신호에 대하여 높은 임피던스를 제공하고 하나 또는 다수의 선택된 범위 밖에서는 신호에 대하여 낮은 임피던스를 제공하도록 구성될 수 있다. 임피던스의 실수 부분(real part)이 실질적으로 영(0)이 되도록 임피던스 수단이 구성될 수 있다. 이것이 의미하는 바는, 임피던스 수단을 통과하는 신호의 직류 성분에 대한 감쇠가 적게 발생하거나 혹은 전혀 발생하지 않는다는 것이다.

인덕턴스 수단과 특히 필터 수단을 사용하게 되면, 금속 구조물을 전력 송전용으로 사용할 때에 여러 이점을 제공하는데, 그 이유는 인덕턴스 수단과 필터 수단이 전력 공급을 위해 사용된 시간 가변성 신호에 대하여는 높은 임피던스를 제공하여서 손실을 줄이는 반면에 음극 보호를 위해 사용된 전류에 대하여는 낮은 임피던스를 제공하기 위해서 선택되기 때문이다. 단지 신호를 감지할 수 있도록 하는 시도만하는 것보다는 전력 송전시의 손실을 최소화시키는 것이 특히 중요하다. 실제 시스템을 제공함에 있어서는 손실을 현실적인 수준으로 제한할 필요가 있다.

이하에서는 본 발명을 구체화 한 파이프라인 시스템을 개략적으로 도시한 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 대해 단지 예시적인 방식으로 설명한다.

도 1은 각각의 필터 수단(3)을 통해서 파이프라인(1)에 전기적으로 연결된 다수의 양극(2)이 제공되어 있는 파이프라인(1)을 포함한 수중 파이프라인 시스템을 보이고 있다.

전력 공급부(4)는 파이프라인(1)의 일 단부쪽에 전기적으로 연결된다. 일반적으로 전력 공급부는 그 전력 공급부(4)의 설치로 인해 문제가 생기지 않도록 하면서 양호한 기반시설이 마련된 주요 설비나 또는 임의의 다른 장소에 위치된다.

비록 상세하게 도시하지 않았지만, 파이프라인 시스템에는 본 발명의 기술 분야에서 보통 실시되는 바와 같이 양극(2)이 필수 부분을 형성하는 음극 보호 시스템이 제공된다. 파이프라인(1)에서 흐르는 음극 보호 전류는 내식성을 향상시키기 위해 직류로 한다. 따라서, 각각의 양극에 제공된 필터 수단(3)은 직류에 대하여 실질적으로 제로 임피던스를 갖도록 하여 설치된다.

한편, 필터 수단(3)은 전력 공급부(4)에서 공급되는 전력 공급 전류에 대하여 아주 높은 임피던스를 갖도록 하여 설치된다. 이러한 시스템에서, 전력 공급 수단은 일반적으로 30 내지 100 Hz 수준의 주파수를 갖는 전류를 인가한다. 필터 수단(3)은 상기와 같은 범위 내의 적당한 주파수를 갖는 신호에 대하여 높은 임피던스를 제공하도록 하여 설치된다. 필터 수단(3)은, 파이프라인이 전송 시스템으로서 작용할 때에 (양극이 없는) 파이프라인의 특성 임피던스보다 큰 적어도 2차수 크기의 임피던스를 상기 전송 주파수에서 제공할 수 있도록 설계될 수 있다. 이는 음극 보호 전류가 실질적으로 방해받지 않는 상태로 양극으로 흐를 수 있고 그러면서도 파이프라인(1)으로부터 발생되는 손실은 전력 공급 전류가 관계되어 있는 한은 크게 감소된다는 것을 의미한다.

전력을 전송하기 위해 사용된 전류 주파수는 두 개의 주요 인자에 관계하여 선택된다. 주파수가 낮을 수록 필터 수단에 있어서는 더 큰 크기와 고가의 구성 요소가 필요하게 되고, 주파수를 증가시키게 되면 파이프라인에 스킨 효과의 문제를 야기하게 된다. 스킨 효과가 성능을 떨어뜨리기 시작하는 주파수는 파이프의 시험 길이에 의거하여 실험실적으로 결정될 수 있지만 가장 통상적인 파이프에 있어서는 50 내지 100Hz의 범위에 있을 것으로 예상된다.

상기한 바와 같은 장치 구성에 의해, 전력 공급부(4)로부터 멀리 떨어진 위치에 있는 전력을 필요로 하는 설비 요소부, 즉 로드부(5)가 파이프라인(1)에 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로드부(5)는, 파이프라인(1)에 예를 들어 직접 연결 방식으로 연결되고 개별 접지 단자(E)를 갖출 수 있고, 아니면 특정 양극(2)에 부속된 필터 수단(3) 중 어느 한 필터 수단을 가로 질러서 직접 연결될 수 있고 이 때 구동 장비는 양극(2)에 또는 그 근처에 설치된다.

파이프라인(1)과 양극(2) 사이에 적당한 임피던스 수단, 바람직하기로는 본실시예에서 처럼 필터 수단(3)을 설치하면, 상기한 바와 같은 형태의 전력 공급 시스템을 쓸 수 있다. 예를 들어, 임피던스 수단(3)이 제공되지 않는 경우에는, 상기한 바와 같은 방식에 의한 수중 파이프라인을 통한 전력 공급은 단지 300 내지 400미터의 거리에만 가능하게 된다. 그러나, 필터 수단을 포함하면, 예를 들어 10킬로미터의 거리에 걸쳐 전력을 이송시킬 수 있다. 현재 시스템에서 전력의 손실은 일반적으로 킬로미터 당 0.5 내지 1dB 정도이고, 그러하기 때문에 만약 전력 공급부(4)가 파이프라인(1)에 150 와트를 인가하게 되면, 전력 공급부(4)로부터 10킬로미터 거리에 떨어진 로드부는 50 내지 15 와트 정도의 전력을 끌어당길 수 있을 것이다. 양극으로부터의 누출을 효과적으로 저지시킴으로써 10 킬로미터에 걸친 수중 파이프라인에 대한 전력 송전 능력이 10⁴배의 개선을 가져온다는 결론을 내릴 수 있다.

송전용의 파이프라인(1)에 교류 전류가 인가된다 해도 그 전류 신호는 필요에 따라 공지 기술을 이용하여 직류 신호로 국부적으로 변환시킬 수 있다는 점을 알아야 한다.

Claims (9)

1. 파이프라인과, 제1 위치에서 파이프라인에 연결된 전력 공급부와, 로드부가 전력 공급부로부터 파이프라인을 통해서 전력을 공급받을 수 있도록 하기 위해 제2 위치에서 파이프라인에 설치된, 로드부를 파이프라인에 연결하는 연결 수단을 포함하고, 상기 파이프라인은 각각의 임피던스 수단을 통해서 파이프라인에 전기적으로 연결된 복수개의 음극 보호 양극을 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 수단은 하나 이상의 선택된 주파수 범위 내에서는 시간 가변성 신호에 대하여 높은 임피던스를 제공하고 하나 또는 다수의 선택된 범위 밖에서는 신호에 대하여 낮은 임피던스를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 임피던스 수단은, 상기 임피던스 수단을 관통해서 통과하는 신호의 직류 성분에 대한 감쇠가 적게 발생하거나 혹은 전혀 발생하지 않도록 하기 위해서, 임피던스의 실수 부분이 실질적으로 영(0)이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 임피던스 수단이 인덕턴스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 임피던스 수단이 필터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템.
6. 복수개의 음극 보호 양극을 구비한 파이프라인을 따라 전력을 송전하는 수중 파이프라인 전력 송전 방법에 있어서,

   전력을 제1 위치에서 파이프라인에 인가하는 단계와,

   제공되는 로드부를 제2 위치에서 파이프라인에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고,

   각 양극은 각각의 임피던스 수단을 통해서 파이프라인에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 복수개의 음극 보호 양극을 구비한 파이프라인을 따라 이루어진 수중 파이프라인 전력 송전방법.
7. 파이프라인에 장착하기 위해 배열된 음극 보호 양극과 한 단자가 양극에 연결되고 다른 단자가 상기 파이프라인에 연결되게 구성된 임피던스 수단을 포함하는 양극 설비와;

   파이프라인에 전기적으로 연결되게 설치된 전력 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템 또는 방법에서 사용하기 위한 장치.
8. 파이프라인에 장착되게 설치된 음극 보호 양극과, 한 단자가 양극에 연결되고 다른 단자가 상기 파이프라인에 연결되게 구성된 임피던스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템에서 사용하기 위한 양극 설비.
9. 제8항에 있어서, 로드부가 상기 임피던스 수단을 가로질러 연결될 수 있게 추가 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파이프라인 전력 송전시스템에서 사용하기 위한 양극 설비.