NL8901595A

NL8901595A - ELECTRIC COUPLING CONSISTING OF WATER COUPLABLE PARTS.

Info

Publication number: NL8901595A
Application number: NL8901595A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1990-01-16
Also published as: NO892651L; NO176635B; NO892651D0; GB2222032A; BR8903121A; GB2222032B; DE3921044A1; NO176635C; GB8815254D0

Description

elektrische koppeling bestaande uitelectric coupling consisting of

ONDER HATER KOPPELBARE DELENLINKABLE PARTS UNDER HATER

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische koppeling bestaande uit delen die onder water kunnen worden gekoppeld en ontkoppeld.The invention relates to an electrical coupling consisting of parts that can be coupled and uncoupled underwater.

Veel onderwatertoepassingen vereisen het gebruik van elektrische koppelingen bestaande uit onder water koppelbare delen. Dit is in het bijzonder het geval bij apparatuur die permanent op de zeebodem is opgesteld, zoals die welke gebruikt wordt voor het winnen van olie en gas op zee. Elektrische koppelingen met onder water koppelbare/ontkoppelbare delen zijn vereist indien, bij bovengenoemde systemen, afzonderlijke delen moeten kunnen worden teruggehaald voor onderhoud en/of reparatie.Many underwater applications require the use of electrical couplings consisting of parts that can be coupled underwater. This is particularly the case with equipment permanently installed on the seabed, such as that used for oil and gas extraction at sea. Electrical couplings with underwater connectable / detachable parts are required if, with the above systems, separate parts must be recoverable for maintenance and / or repair.

Het oudste type onderwater-koppeling is die van het pen-type (ook wel pen-pen-type of pen-bus-type genoemd). Dit type is compact en vrijwel transparant ten aanzien van zijn elektrische kenmerken. Dit type koppeling heeft echter dikwijls gefaald,· zowel in de praktijk als bij laboratoriumproeven, en men staat dan ook weifelend tegenover het gebruik ervan in onderzeesystemen met een lange levensduur. Uitgebreide analyse heeft aangetoond dat veel storingen en gebreken van koppelingen kunnen worden teruggevoerd tot het binnendringen van water in het gebied tussen de elektrische contacten van de koppelingdelen.The oldest type of underwater coupling is that of the pen type (also called pen-pen type or pen-bus type). This type is compact and virtually transparent with regard to its electrical characteristics. However, this type of coupling has often failed, both in practice and in laboratory tests, and is therefore reluctant to use it in long-life submarine systems. Extensive analysis has shown that many coupling faults and defects can be traced back to the ingress of water into the area between the electrical contacts of the coupling parts.

Overal waar het binnendringen van Water een spoor van (zee)waterlekkage veroorzaakt tussen twee metalen met een verschillend, elektrisch potentiaal, ontstaan elektrochemische processen die elektrochemische corrosie, gasontwikkeling en, uiteindelijk, de totale ontregeling van de koppeling kunnen veroorzaken. Het binnendringen van water in het gebied tussen de elektrische contacten wordt echter gezien als een fundamenteel probleem in het geval van onder water koppelbare koppelingen van het pen-type, omdat dit het gevolg kan zijn van de geringste beschadiging aan afdichtingen tijdens het samenvoegen. Een dergelijke beschadiging kan gemakkelijk worden veroorzaakt door kleine deeltjes, zoals zandkorrels.Wherever the penetration of Water causes a trace of (sea) water leakage between two metals with different electrical potential, electrochemical processes arise that can cause electrochemical corrosion, gas development and, ultimately, the total disruption of the coupling. However, the ingress of water into the area between the electrical contacts is considered to be a fundamental problem in the case of pin type underwater couplers as it may result from the slightest damage to seals during joining. Such damage can easily be caused by small particles, such as sand grains.

Een ander type koppeling is de capacitieve koppeling. Deze is uiterst betrouwbaar, hetgeen te danken is aan het principe van het gebruik maken van de aanwezigheid van, (zee)water tussen de elektrische contacten als dielektrisch medium, in plaats van te trachten dit te vermijden. Verder is dit type zeer doelmatig en eenvoudig te construeren.Another type of coupling is the capacitive coupling. This is extremely reliable, which is due to the principle of using the presence of (sea) water between the electrical contacts as a dielectric medium, rather than trying to avoid it. Furthermore, this type is very efficient and easy to construct.

Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een onder water koppelbare elektrische koppeling voor een breed gebied van elektrische vermogens. De uitvinding heeft ook ten doel de gunstige elektrische kenmerken van de elektrische onderwater-koppeling van het pen-type te combineren met de betrouwbaarheid van de capacitieve koppeling. Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een onderwater-koppeling die bestand is tegen enige lekkage langs de afdichtingen tussen de koppelingdelen.An object of the present invention is to provide an underwater coupling electrical coupling for a wide range of electrical powers. It is also an object of the invention to combine the favorable electrical characteristics of the electric underwater coupling of the pin type with the reliability of the capacitive coupling. Another object of the invention is to provide an underwater coupling that is resistant to any leakage along the seals between the coupling parts.

Nog een ander dóel' van de uitvinding is het verbeteren van capacitieve koppelingen teneinde op de juiste wijze rekening te houden met de lekstroom die het gevolg is van gebrekkige afdichtingen tussen de koppelingdelen.Yet another object of the invention is to improve capacitive couplings to properly take into account the leakage current resulting from faulty seals between the coupling members.

De elektrische koppeling volgens de onderhavige uitvinding omvat twee van elkaar scheidbare delen. Elk koppelingdeel omvat ten minste één elektrisch contact dat gevat is in een lichaam van elektrisch isolatiemateriaal, waarbij genoemd contact op zodanige wijze elektrisch verbonden kan worden met een elektrisch contact van het andere koppelingdeel, dat de oppervlakken van de omringende lichamen van elektrisch isolatiemateriaal naar elkaar toe zijn gekeerd. Verder omvat ten minste één van de koppelingdelen een holle ruimte, die in genoemd oppervlak gevormd is nabij genoemd contact, een gebogen metalen scherm, dat ten minste een deel van de wand van de holle ruimte in de nabijheid van het elektrische contact bedekt, en middelen voor het aanpassen van de elektrische potentiaal van genoemd scherm aan de elektrische potentiaal van het aangrenzende elektrische contact van hetzelfde koppelingdeel.The electrical coupling of the present invention comprises two separable parts. Each coupling part includes at least one electrical contact contained in a body of electrical insulating material, said contact being electrically connected to an electrical contact of the other coupling portion in such a manner that the surfaces of the surrounding electrical insulating material bodies face each other are turned. Furthermore, at least one of the coupling parts comprises a hollow space formed in said surface near said contact, a curved metal shield covering at least a portion of the cavity wall in the vicinity of the electrical contact, and means for adapting the electrical potential of said screen to the electrical potential of the adjacent electrical contact of the same coupling member.

In een geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding is het gebogen metalen scherm, of zijn de gebogen metalen schermen, toegepast in combinatie met een capacitieve koppeling. Elk koppelingdeel omvat ten minste één elektrisch contact dat gevormd wordt door een elektrode die gevat is in een lichaam van een elektrisch isolatiemateriaal, waarbij genoemd contact of genoemde elektrode zodanig is geplaatst, dat wanneer het ene koppelingdeel in het andere koppelingdeel wordt gestoken, de contacten of elektroden van beide koppelingdelen naar elkaar toe zijn gericht, waarbij een holle ruimte gevuld met zeewater of enig ander geleidend medium tussen de delen wordt overgelaten. Bovendien is het zo dat, wanneer de beide koppelingdelen aan elkaar zijn gekoppeld, de oppervlakken van de omringende lichamen van elektrisch isolatiemateriaal naar elkaar toe zijn gericht.In a suitable embodiment of the invention, the curved metal screen, or the curved metal screens, are used in combination with a capacitive coupling. Each coupling part comprises at least one electrical contact formed by an electrode contained in a body of an electrical insulating material, said contact or said electrode being placed such that when one coupling part is inserted into the other coupling part, the contacts or electrodes of both coupling parts are directed towards each other, leaving a hollow space filled with sea water or any other conductive medium between the parts. Moreover, when the two coupling parts are coupled together, the surfaces of the surrounding bodies of electrical insulating material are facing each other.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de bijbehorende tekeningen, waarbij:The invention will now be further elucidated with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 een conventionele onder water koppelbare koppeling toont,Fig. 1 shows a conventional underwater coupling coupling,

Fig. 2 een detail toont van de elektrische contacten van de in Fig. 1 getoonde koppeling,Fig. 2 shows a detail of the electrical contacts of the circuits shown in FIG. 1 coupling shown,

Fig. 3 een detail toont van een koppeling volgens de uitvinding, waarbij de contacten van beide koppelingdelen elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm van nagenoeg gelijke grootte, Fig. 4 een detail toont van een variant, waarbij de contacten van beide koppelingdelen elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm van verschillende grootte,Fig. 3 shows a detail of a coupling according to the invention, wherein the contacts of both coupling parts are each provided with a curved metal screen of substantially equal size, FIG. 4 shows a detail of a variant, in which the contacts of both coupling parts are each provided with a curved metal screen of different sizes,

Fig. 5 een detail toont van een variant, waarbij de contacten van slechts één van beide koppelingdelen elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm,Fig. 5 shows a detail of a variant, in which the contacts of only one of the two coupling parts are each provided with a curved metal screen,

Fig. 6 een detail toont van een paar gebogen metalen schermen van een koppeling volgens de uitvinding,Fig. 6 shows a detail of a pair of curved metal shields of a coupling according to the invention,

Fig. 7 een koppeling volgens de uitvinding toont welke drie elektrische contacten omvat,Fig. 7 shows a coupling according to the invention comprising three electrical contacts,

Fig. 8 een koppeling volgens de uitvinding toont welke een intredend en een ontvangend elektrisch contact omvat,Fig. 8 shows a coupling according to the invention comprising an entering and a receiving electrical contact,

Fig. 9 een detail toont van een capacitieve koppeling volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de contacten van béide koppelingdelen elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm van nagenoeg gelijke grootte,Fig. 9 shows a detail of a capacitive coupling according to the present invention, wherein the contacts of both coupling parts each have a curved metal screen of substantially equal size,

Fig. 10 een detail toont van een variant van een capacitieve koppeling, waarbij de elektroden van slechts één koppelingdeel elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm,Fig. 10 shows a detail of a variant of a capacitive coupling, wherein the electrodes of only one coupling part each have a curved metal screen,

Fig. 11 een capacitieve koppeling volgens de uitvinding toont, welke twee stellen van cilindrische elektroden omvat, waarbij de elektroden van het intredende deel elk voorzien zijn van een gebogen metalen scherm, dat een integrerend deel van de elektrode is, enFig. 11 shows a capacitive coupling according to the invention comprising two sets of cylindrical electrodes, the electrodes of the entering part each having a curved metal shield, which is an integral part of the electrode, and

Fig. 12 een capacitieve koppeling volgens de uitvinding toont, welke één stel naar elkaar toe gerichte elektroden omvat, waarvan er één omringd is door een gebogen metalen scherm dat een integrerend deel van de elektrode is.Fig. 12 shows a capacitive coupling according to the invention comprising one set of electrodes facing each other, one of which is surrounded by a curved metal shield which is an integral part of the electrode.

Fig. 1 toont een conventionele, cilindervormige, uit twee contacten bestaande koppeling van het pen-type. De oppervlakken 10, 11 en 12 tussen de twee koppelingdelen zijn op zodanige wijze nauwkeurig passend gemaakt, dat de contactparen 2,6 en 3,7 voldoende ten opzichte van elkaar en ten opzichte van het (zee)-water zijn afgedicht. Gewoonlijk wordt dit bereikt door gebruik te maken van veerkrachtige isolatie-elementen, zoals rubber afdichtingen. In de praktijk kan een geringe beschadiging van de afdichtingen echter al lekkage van elektrische stroom tussen de contacten veroorzaken. Fig. 1 zal thans in, detail worden besproken. Het intredende deel 1 is voorzien van contactringen 2 en 3. Het ontvangende deel 5 heeft ook twee contactringen 6 en 7, welke, wanneer het intredende koppelingdeel 1 in het ontvangende deel 5 wordt gestoken, in contact zijn met de contactringen 2 en 3 van het intredende koppelingdeel 1. Via kabel/koppelingbeëin-digingsvoorzieningen (niet getoond) zijn de contactringen 2,3 en 6,7 inwendig verbonden met, respectievelijk, stroomkernen 13,14 en 15,16 van de elektrische kabels 4 en 8. Teneinde te zorgen voor een goed contact, is één contactring per paar voorzien van een veerkrachtig element. Dit is in de techniek bekend en zal niet nader worden toegelicht. Het ontvangende koppelingdeel 5 is voorzien van een kanaal 9 teneinde het mogelijk te maken dat tijdens het samenvoegen water uit het ontvangende deel wordt af gevoerd. Teneinde de contactparen 2,6 en 3,7 ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de omgeving voldoende te isoleren, dient een toereikende afdichting aanwezig te zijn. Deze afdichting moet worden verkregen van de oppervlakken 10, 11 en 12, die voorzien zijn van afdichtingen (niet afzonderlijk getoond) . In de praktijk echter zal een geringe beschadiging van de afdichting al lekkage van elektrische stroom tussen de contacten veroorzaken.Fig. 1 shows a conventional pin-type cylindrical two-contact coupling. The surfaces 10, 11 and 12 between the two coupling parts are precisely fitted in such a way that the contact pairs 2,6 and 3,7 are sufficiently sealed against each other and with respect to the (sea) water. Usually this is achieved by using resilient insulating elements, such as rubber seals. In practice, however, minor damage to the seals can already cause leakage of electric current between the contacts. Fig. 1 will now be discussed in detail. The entering part 1 is provided with contact rings 2 and 3. The receiving part 5 also has two contact rings 6 and 7, which, when the entering coupling part 1 is inserted into the receiving part 5, are in contact with the contact rings 2 and 3 of the entering coupling part 1. Via cable / coupling terminating arrangements (not shown), the contact rings 2,3 and 6,7 are internally connected to, respectively, power cores 13,14 and 15,16 of the electric cables 4 and 8. In order to provide good contact, one contact ring per pair is provided with a resilient element. This is known in the art and will not be further elucidated. The receiving coupling part 5 is provided with a channel 9 to enable water to be drained from the receiving part during the joining together. In order to sufficiently isolate contact pairs 2,6 and 3,7 from each other and from the environment, an adequate seal must be provided. This seal must be obtained from surfaces 10, 11 and 12, which are provided with seals (not shown separately). In practice, however, minor damage to the seal will already cause leakage of electric current between the contacts.

De onvolkomen afdichting tussen het intredende en het ontvangende koppelingdeel is in Fig. I symbolisch aangegeven door een ringvormige ruimte tussen de twee delen.The imperfect seal between the entering and receiving coupling portion is shown in FIG. I symbolically indicated by an annular space between the two parts.

Een detail van Fig. 1, dat een deel van de contactringen en de omringende afdichtingen toont, is weergegeven in Fig. 2. De afdichting 11 tussen de twee contactparen 2,6 en 3,7 is onvolkomen, en eventueel aanwezig (zee)water tussen de twee oppervlakken leidt ertoe dat er elektrische stroom weglekt tussen de contactparen. De elektrische stroom, die de weg van de minste weerstand volgt, concentreert zich in de gebieden 15 en 16, waardoor plaatselijk hoge veldsterkten bij de grenslaag tussen het metaal en het (zee)water worden veroorzaakt. Dit zal uiteindelijk door elektrochemische corrosie tot een defecte koppeling leiden.A detail of Fig. 1, showing part of the contact rings and the surrounding seals, is shown in FIG. 2. The seal 11 between the two contact pairs 2,6 and 3,7 is imperfect, and any (sea) water present between the two surfaces leads to electric current leakage between the contact pairs. The electric current, which follows the path of least resistance, concentrates in the regions 15 and 16, causing locally high field strengths at the interface between the metal and the (sea) water. This will eventually lead to a defective coupling due to electrochemical corrosion.

Zoals reeds eerder uiteengezet, kan een geringe beschadiging van een afdichting al lekkage van elektrische stroom veroorzaken. De onderhavige uitvinding heeft derhalve betrekking op een methode waarmee de koppeling kan worden voorzien van middelen die erop gericht zijn een dergelijke lekkage te overleven. Het principe is getoond in Fig. 3. Deze figuur toont, evenals Fig. 2, een dwarsdoorsnede van de grens tussen het intredende deel 18 èn het ontvangende deel 19 van de koppeling. Verder toont de figuur contactparen 20,21 en 22,23 en de afdichting 28 daartussen. Bovendien zijn beide koppelingdelen voorzien van gebogen metalen schermen 24, 25, 26 en 27 welke, hetzij direct hetzij via een gelijkstroombron, verbonden zijn met de contactringen 20 tot en met 23, en wel als volgt: 25 is verbonden met 21, 24 met 20', 27 met 23 en 26 met 22. Indien er stroomlekkage plaatsvindt over de afdichting 28, zal het zich niet langer concentreren op kleine gebieden van de contactparen 20,21 en 22,23, maar zal deze stroom weglekken tussen de metalen schermen 24 tot en met 27. De buiging van deze schermen is zodanig gekozen, dat er boven de metaaloppervlakken een nagenoeg constante stroomdichtheid wordt verkregen. Door het kiezen van het juiste materiaal, de juiste frequentie en het juiste specifieke oppervlak van de schermen 24 tot en met 27, kan een ontwerp worden bereikt dat lekkage van een wisselstroom over de afdichting 28 gedurende lange perioden, overleeft, terwijl daarbij praktisch geen elektrochemische degradatie optreedt. Aangezien de toelaatbare stroomdichtheid bij een metaal/elektrolyt-grensvlak toeneemt met de gebruikte frequentie, Zal de minimum schermgrootte afnemen met de frequentie.As previously explained, minor damage to a seal can already cause leakage of electric current. The present invention therefore relates to a method by which the coupling can be provided with means aimed at surviving such a leak. The principle is shown in Fig. 3. This figure shows, as does Fig. 2, a cross-section of the boundary between the entering part 18 and the receiving part 19 of the coupling. Furthermore, the figure shows contact pairs 20,21 and 22,23 and the seal 28 between them. In addition, both coupling parts are provided with curved metal shields 24, 25, 26 and 27 which, either directly or via a direct current source, are connected to the contact rings 20 to 23, as follows: 25 is connected to 21, 24 to 20 27, with 23 and 26 with 22. If current leaks across the seal 28, it will no longer focus on small areas of contact pairs 20, 21 and 22, 23, but will leak this current between the metal shields 24 to and 27. The bending of these screens is chosen such that a substantially constant current density is obtained above the metal surfaces. By choosing the correct material, frequency, and specific surface area of screens 24 to 27, a design can be achieved that survives leakage of an alternating current across the seal 28 over long periods of time, while practically eliminating electrochemical degradation occurs. Since the allowable current density at a metal / electrolyte interface increases with the frequency used, the minimum screen size will decrease with the frequency.

De contactringen en de daarmee overeenkomende schermen zoals getoond in Fig. 3, kunnen rechtstreeks, op galvanische wijze, worden gekoppeld, of via een gelijkstroombron. De directe koppeling is het eenvoudigst, maar vereist aandacht met betrekking tot elektrochemische corrosie. Zulke corrosie kan worden vermeden door: (1) het kiezen van metalen die verenigbaar zijn ten aanzien van hun potentiaal in (zee)water. Beperkingen zijn dat goud de voorkeur kan genieten als contactmateriaal en een ander metaal de voorkeur geniet als materiaal voor de schermen. Er wordt echter vanuitgegaan dat men goud kan legeren met zilver, waardoor het verenigbaar wordt met andere metalen.The contact rings and the corresponding screens as shown in Fig. 3, can be coupled directly, galvanically, or through a DC power source. The direct coupling is the simplest, but requires attention regarding electrochemical corrosion. Such corrosion can be avoided by: (1) choosing metals that are compatible with their potential in (sea) water. Limitations are that gold may be preferred as the contact material and another metal is preferred as the material for the screens. However, it is believed that one can alloy gold with silver, making it compatible with other metals.

Een andere mogelijkheid is dat de schermen gemaakt worden van hetzelfde materiaal als dat van de contactringen, bijvoorbeeld goud (of een ander materiaal met een goudlaag). In dat geval is het mogelijk de contactringen en de elektroden als één geïntegreerd deel te maken.Another possibility is that the screens are made of the same material as that of the contact rings, for example gold (or another material with a gold layer). In that case it is possible to make the contact rings and the electrodes as one integrated part.

(2) het aanbrengen van een extra afdichting tussen de contactringen en de schermen. De locatie van deze afdichtingen is aangegeven met de cijfers 30 en 31.(2) providing an additional seal between the contact rings and the shields. The location of these seals is indicated by the numbers 30 and 31.

Een alternatief kan zijn om het potentiaalverschil tussen de metalen van de contactringen en de schermen te compenseren door het toevoegen van een externe gelijkstroombron. De gelijkstroom-bronnen kunnen worden geplaatst aan het andere eind van de kabels 4 en 8 in Fig. 1 indien deze kabels voorzien zijn van extra geleiders voor de schermen» Hierdoor wordt de koppeling echter nog complexer en ontstaat er het probleem van mogelijke spanningsverschillen over de tegenover elkaar opgestelde schermen (bijvoorbeeld 24 en 25) vanwege het verschil in de gelijkstroom-bronnen aan de kabeleinden. Daarom wordt directe koppeling geprefereerd.An alternative may be to compensate for the potential difference between the metals of the contact rings and the shields by adding an external DC power source. The DC sources can be placed at the other end of cables 4 and 8 in Fig. 1 if these cables are equipped with additional conductors for the screens »However, this makes the coupling even more complex and creates the problem of potential voltage differences across the opposing screens (for example 24 and 25) due to the difference in the DC sources at the cable ends. Therefore, direct coupling is preferred.

In Fig. 3 is te zien dat de schermen 24 en 26 ongeveer dezelfde grootte hebben als de schermen 25 en 27. In de praktijk kunnen verschillende afmetingen worden gekozen, zoals getoond in Fig. 4. Scherm 37 is aanzienlijk kleiner dan scherm 38.In FIG. 3 it can be seen that the screens 24 and 26 are approximately the same size as the screens 25 and 27. In practice, different sizes can be selected, as shown in FIG. 4. Screen 37 is considerably smaller than screen 38.

Het kan zelfs de voorkeur genieten dat slechts één van de koppelingdelen wordt uitgerust met schermen. Zulk een variant is getoond in Fig. 5. In dit specifieke geval heeft alleen het intredende deel 39 holle ruimten 40 en 41 met schermen 42 en 43. Het ontvangende koppellngdeel 44 heeft een cilindrisch afdich-tingsoppervlak 45. Een dergelijke constructie vereenvoudigt het reinigen van het ontvangende deel, bijvoorbeeld door een waterstraal. Bovendien is het intredende deel dikwijls het terughaal-bare deel in een onderwater-opstelling. Derhalve bevinden de enige beschermende, gebogen metalen schermen zich in het terug-haalbare deel, en zij kunnen worden geïnspecteerd en, indien nodig, worden vernieuwd.It may even be preferable that only one of the coupling parts be equipped with screens. Such a variant is shown in Fig. 5. In this particular case, only the entering part 39 has cavities 40 and 41 with screens 42 and 43. The receiving coupling part 44 has a cylindrical sealing surface 45. Such a construction simplifies cleaning of the receiving part, for example by a water jet . In addition, the entering part is often the retrievable part in an underwater arrangement. Therefore, the only protective, curved metal screens are in the retrievable part, and they can be inspected and renewed if necessary.

Zoals in het voorafgaande is aangegeven, is de buiging van de schermen zodanig gekozen dat een nagenoeg constante stroomdichtheid over de metaaloppervlakken wordt verkregen. Teneinde grenseffecten te vermijden, kunnen de randen van de schermen 34 (in Fig. 3) worden afgerond (niet getoond). Indien de afdichting 28 een plat vlak zou zijn, dan zou de ideale dwarsdoorsnede van de schermen 24,25 en 26,27 een cirkelvormige sector vormen met de grenzen 32 en 33 van de afdichting 28, waarbij de holle ruimten 35 en 36 samenvallen met het centrum van de cirkels.As indicated above, the bending of the screens is selected to provide a substantially constant current density across the metal surfaces. In order to avoid border effects, the edges of the screens 34 (in Fig. 3) can be rounded (not shown). If the seal 28 were a flat plane, then the ideal cross-section of the screens 24,25 and 26,27 would form a circular sector with the boundaries 32 and 33 of the seal 28, the cavities 35 and 36 coinciding with the center of the circles.

In de praktijk heeft het vlak van de afdichting 28 een cilindrische vorm en is in benedenwaartse richting omgebogen. Dit heeft tot gevolg dat de optimale dwarsdoorsnede iets verschilt van een echte cirkel. Fig. 6 toont de werkelijke dwarsdoorsnede 50 van de schermen vergeleken met de zuivere cirkelvormige sector 51..In practice, the face of the seal 28 has a cylindrical shape and is bent downward. As a result, the optimal cross section differs slightly from a real circle. Fig. 6 shows the actual cross section 50 of the screens compared to the pure circular sector 51 ..

Het materiaal waarvan de schermen worden gemaakt moet bestand zijn tegen, bij voorkeur, de hoogst mogelijke stroomdichtheden bij het metaal/(zee)water-grensvlak. Verschillende metalen en legeringen zijn geschikt, zoals titaan, goud, platina, Hastelloy-C en Monel. Teneinde maximaal toelaatbare stroomdichtheden te verkrijgen, wordt aanbevolen de metaaloppervlakken van de schermen te zandstralen, waardoor het effectieve oppervlak zo groot mogelijk wordt gemaakt. Toelaatbare stroomdichtheden voor 2 gezandstraald titaan kan 8, 80 en 800 mA/cm zijn, bij respectievelijk 50, 1000, en 10.000 Hz.The material from which the screens are made must be able to withstand, preferably, the highest possible current densities at the metal / (sea) water interface. Different metals and alloys are suitable, such as titanium, gold, platinum, Hastelloy-C and Monel. In order to obtain maximum allowable current densities, it is recommended to sandblast the metal surfaces of the shields to maximize the effective area. Permissible current densities for 2 sandblasted titanium can be 8, 80 and 800 mA / cm, at 50, 1000, and 10,000 Hz, respectively.

Uit Fig. 3 is het duidelijk dat, bij het loskoppelen van de koppeling, de holle ruimten 36 en 35 zichtbaar worden in, respectievelijk, het intredende en het ontvangende deel. Men kan overwegen deze holle ruimten te vullen met enig poreus materiaal, waarbij het binnendringen van (zee)water wordt toegelaten, teneinde te voorkomen dat de holle ruimten worden opgevuld met bijvoorbeeld gruis. Een poreus materiaal tussen twee metalen elektroden in een elektrolyt vertraagt de ionenoverdracht en dientengevolge de elektrochemische corrosie, welke bekend is uit de elektrochemie. Het gebruik van dit poreuze materiaal heeft echter twee nadelen: (1) het materiaal kan vuil worden. Het zal moeilijk te reinigen zijn, aangezien stof en vet in het poreuze materiaal zullen binnendringen en de poriën zullen verstoppen, waardoor de schermen ineffectief worden gemaakt. (2) De conditie van de schermen kan niet meer worden onderzocht. Derhalve verdient het in het algemeen de voorkeur de holle ruimten open te laten en ze voorafgaand aan installatie te reinigen.From fig. 3, it is clear that, upon disconnection of the coupling, the cavities 36 and 35 become visible in the entering and receiving parts, respectively. It can be considered to fill these cavities with some porous material, allowing the penetration of (sea) water, in order to prevent the cavities from being filled with, for example, grit. A porous material between two metal electrodes in an electrolyte retards ion transfer and, consequently, the electrochemical corrosion known from electrochemistry. However, the use of this porous material has two drawbacks: (1) the material can become dirty. It will be difficult to clean as dust and grease will penetrate the porous material and clog pores, making the screens ineffective. (2) The condition of the screens can no longer be investigated. Therefore, it is generally preferred to leave the cavities open and clean them prior to installation.

Fig. 7 toont een driefasen-uitvoering van de koppeling volgens de onderhavige uitvinding, waarbij drie elektrische contactparen 71, 72 en 73 elk omringd zijn door twee paar metalen schermen 75.Fig. 7 shows a three-phase embodiment of the coupling of the present invention, wherein three electrical contact pairs 71, 72 and 73 are each surrounded by two pairs of metal shields 75.

Fig. 8 toont een alternatieve uitvoeringsvorm. Deze koppeling is voorzien van één enkel contactpaar. Het intredende deel 80 heeft een.contactpen 81, beschermd door een omringend scherm 82. Het contact 83 van het ontvangende deel 84 wordt beschermd door een omringend scherm 85. De afdichting wordt verkregen door O-ring 86.Fig. 8 shows an alternative embodiment. This coupling is provided with a single contact pair. The entering portion 80 has a contact pin 81 protected by a surrounding shield 82. The contact 83 of the receiving portion 84 is protected by a surrounding shield 85. The seal is obtained by O-ring 86.

Fig. 9 toont een detail van een capacitieve koppeling, waarbij de contacten omringd zijn door gebogen metalen schermen in beide koppelingdelen 90 en 91. Wanneer de twee koppelingdelen in elkaar worden gestoken, dan zullen de contacten, welke hierna zullen worden aangeduid als elektroden, 92 en 93, naar elkaar toe zijn gericht, waarbij tijdens het in elkaar koppelen een holle ruimte 94 overblijft, welke opgevuld wordt met zeewater, of enig ander geleidend fluïdum. De elektroden geleiden elektrische stroom, volgens het principe van capacitieve koppeling, hetgeen een bestaande techniek is. De impedantie van de elektroden veroorzaakt een kleine spanningsverlaging, in het algemeen 1 tot 2 Volt. Dit veroorzaakt de aanwezigheid van een elektrisch veld tussen de twee elektroden 92 en 93. In het ideale geval, dat wil zeggen wanneer er geen lekkage over de afdichtingsoppervlakken 95 plaatsvindt, zullen de lijnen 96 van het elektrisch-veld loodrecht tussen de twee elektroden 92 en 93 lopen. Indien echter de afdichting tussen de oppervlakken 95 onvolkomen is, en uitgaande van de bestaande techniek waarbij geen holle ruimten 97 met gebogen metalen schermen 98 en 99 aanwezig zijn, zal de elektrische stroom uit een aangrenzend paar elektroden via de onvolkomen afdichting tussen de oppervlakken 95 weglekken naar de elektroden 92 en 93. Deze lekstroom zal zich concentreren in de elektrode-grensgebieden 100, waardoor een inhomogene stroömverdeling over de oppervlakken van de elektroden wordt veroorzaakt. Derhalve moet de koppeling beneden zijn optimale vermogen werken, omdat de stroomdichtheid beneden een bepaalde maximumgrens over de totale oppervlakken van de elektroden moet blijven. In het onderhavige geval, echter, bevinden de holle ruimten 97, welke gebogen metalen schermen 98 en 99 omvatten, zich op een vooraf gekozen, afstand van de elektroden 92 en 93, tussen de elektroden en de afdichtingsoppervlakken 95. Scherm 99 is elektrisch gekoppeld, op een wijze zoals hiervoor beschreven, aan elektrode 92, en evenzo is scherm 98 gekoppeld aan elektrode 93. Lekstromen die voortvloeien uit onvolkomen afdichtingsoppervlakken 95 zullen van de elektroden 92 en 93 worden weggeleid door de schermen 98 en 99.Fig. 9 shows a detail of a capacitive coupling, the contacts being surrounded by curved metal shields in both coupling parts 90 and 91. When the two coupling parts are plugged together, the contacts, which will hereinafter be referred to as electrodes, 92 and 93 , facing each other, leaving a cavity 94 during coupling together, which is filled with sea water, or some other conductive fluid. The electrodes conduct electric current, according to the principle of capacitive coupling, which is an existing technique. The impedance of the electrodes causes a small voltage drop, generally 1 to 2 volts. This causes the presence of an electric field between the two electrodes 92 and 93. Ideally, that is, when there is no leakage across the sealing surfaces 95, the lines 96 of the electric field will be perpendicular between the two electrodes 92 and 93. 93 walking. However, if the sealing between the surfaces 95 is imperfect, and based on the prior art where cavities 97 with curved metal screens 98 and 99 are not present, the electrical current will leak from an adjacent pair of electrodes through the imperfect seal between the surfaces 95 to the electrodes 92 and 93. This leakage current will concentrate in the electrode boundary regions 100, causing an inhomogeneous flow distribution across the surfaces of the electrodes. Therefore, the coupling must operate below its optimum power because the current density must remain below a certain maximum limit over the total surfaces of the electrodes. In the present case, however, the cavities 97, which include curved metal screens 98 and 99, are located at a preselected distance from the electrodes 92 and 93, between the electrodes and the sealing surfaces 95. Screen 99 is electrically coupled, in a manner as described above, to electrode 92, and likewise screen 98 is coupled to electrode 93. Leakage currents arising from imperfect sealing surfaces 95 will be diverted from electrodes 92 and 93 by screens 98 and 99.

Nu is de stroomdichtheid tussen de elektroden 92 en 93 homogeen geworden, en derhalve kan de koppeling op zijn volle vermogen werken.Now the current density between the electrodes 92 and 93 has become homogeneous, and therefore the coupling can operate at full power.

De in Fig. 9 besproken uitvoeringsvorm heeft één nadeel. Het spanningsverschil van in het algemeen 1 of 2 Volt tussen de elektroden 92 en 93 zal ook optreden over de schermen 98 en 99. Hierdoor komt er tussen de schermen een elektrische stroom te lopen. De veldlijnen 101 van deze stroom zijn in deze figuur getoond. Deze stroom is er naast de lekstroom, waarvan de veldlijnen 102 eveneens zijn getoond. Derhalve zal de stroomdichtheid aan het oppervlak van de schermen 98 en 99 niet-homogeen zijn en veel hoger dan wanneer zij alleen de lekstroom zouden geleiden.The one shown in FIG. 9 discussed embodiment has one drawback. The voltage difference of generally 1 or 2 Volts between electrodes 92 and 93 will also occur across screens 98 and 99. This causes an electric current to flow between the screens. The field lines 101 of this current are shown in this figure. This current is in addition to the leakage current, the field lines 102 of which are also shown. Therefore, the current density at the surface of the screens 98 and 99 will be non-homogeneous and much higher than if they would conduct the leakage current alone.

Dit probleem kan worden opgelost door het weglaten van één van de schermen, zoals getoond in Fig, 10. In deze opstelling is de stroomdichtheid tussen de elektroden 110 en 111 van de koppe-lingdelen 112 en 113 homogeen, vanwege de aanwezigheid van het scherm 114, dat verbonden is met de elektrode 110 en geplaatst is in de holle ruimte 115. De lekstroom uit de onvolkomen afdichtingsoppervlakken 116 zal zich nu op de juiste wijze verdelen over het oppervlak van het scherm 114, hetgeen is aangegeven door de veldlijnen 117.This problem can be solved by omitting one of the screens, as shown in Fig. 10. In this arrangement, the current density between the electrodes 110 and 111 of the coupling parts 112 and 113 is homogeneous, due to the presence of the screen 114 which is connected to the electrode 110 and placed in the cavity 115. The leakage current from the imperfect sealing surfaces 116 will now properly distribute over the surface of the screen 114, as indicated by the field lines 117.

Om redenen zoals hierboven vermeld, hebben bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvormen van capacitieve koppelingen volgens de onderhavige uitvinding slechts in één van de twee koppeling-delen een gebogen metalen scherm.For reasons as mentioned above, preferred embodiments of capacitive couplings of the present invention have a curved metal shield in only one of the two coupling parts.

Fig. 11 toont een voorbeeld van een capacitieve koppeling welke twee paar cilindrische elektroden 130 en 131 heeft, met daartussen een laag zeewater 134, of enig ander geleidend medium. De elektroden 131 van het ontvangende koppelingdeel 133 zijn elk voorzien van een gebogen metalen scherm 132. De metalen schermen vormen een geïntegreerd deel van de elektroden 131. De elektroden. 131 strekken zich uit tot voorbij de elektroden 130, teneinde ervoor te zorgen dat de tussen de elektroden 130 en de metalen schermen 132 lopende stroom zo gering mogelijk is.Fig. 11 shows an example of a capacitive coupling having two pairs of cylindrical electrodes 130 and 131 with a layer of sea water 134 or some other conductive medium between them. The electrodes 131 of the receiving coupling part 133 are each provided with a curved metal shield 132. The metal shields form an integrated part of the electrodes 131. The electrodes. 131 extend beyond electrodes 130 to ensure that the current flowing between electrodes 130 and metal screens 132 is as small as possible.

Fig. 12 toont een uitvoeringsvorm van een capacitieve koppeling van het zogenaamde "face-to-face" type met slechts één enkel elektrodepaar, welke voorzien is van een metalen scherm 140 dat een geïntegreerd deel uitmaakt van de bovenste elektrode 141. De diameter van de bovenste elektrode is aanzienlijk groter dan die van de onderste elektrode 142. De afdichting wordt verkregen door 0-ring 143.Fig. 12 shows an embodiment of a capacitive coupling of the so-called "face-to-face" type with only a single electrode pair, which is provided with a metal shield 140 which is an integrated part of the top electrode 141. The diameter of the top electrode is considerably larger than that of the lower electrode 142. The seal is obtained by O-ring 143.

Het zal duidelijk zijn dat het gebruik van gebogen metalen schermen als geïntegreerd deel van de elektrode of het contact ook kan worden toegepast bij de koppeling van het pen-type zoals getoond in de Figuren 1-8. In dat geval is het gebogen metalen scherm, of zijn de gebogen metalen schermen, gevormd door koepel-vormige randen aan de grenzen van één of meer contacten.It will be appreciated that the use of curved metal shields as an integrated part of the electrode or contact can also be applied to the pin type coupling as shown in Figures 1-8. In that case, the curved metal screen, or the curved metal screens, are formed by dome-shaped edges at the boundaries of one or more contacts.

Uit deze voorbeelden zal het voor deskundigen duidelijk zijn dat er talloze uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding mogelijk zijn. Derhalve zal het ook duidelijk moeten zijn dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding zoals getoond in de bijbehorende tekeningen alleen dienen ter illustratie.From these examples, it will be apparent to those skilled in the art that numerous embodiments of the present invention are possible. Therefore, it should also be understood that the embodiments of the invention as shown in the accompanying drawings are for illustrative purposes only.

Claims

An electrical coupling consisting of two parts that can be coupled under water, each coupling part comprising at least one electrical contact which is contained in a body of an electrical insulating material, which said contact can be electrically connected in such a way to an electrical contact of the other coupling part that the surfaces of the surrounding bodies of electrical insulating material face each other; at least one of the coupling parts further comprising: a hollow space formed in said surface near said contact, a curved metal screen covering at least a portion of the cavity wall in the vicinity of the electrical contact, and means for adapting the electrical potential of said screen to the electrical potential of the adjacent electrical contact of the same coupling member.

Coupling according to claim 1, wherein each coupling part comprises a plurality of electrical contacts, and each contact is accompanied by at least one hollow space containing a curved metal screen.

Coupling according to claim 1, wherein both coupling parts comprise a hollow space near each contact, said space being positioned such that adjacent cavities form a bounded space during use, and each of said adjacent cavities forming a curved metal screen contains at least part of the cavity wall in the vicinity of the electrical contact.

Coupling according to claim 3, wherein the coupling parts have a coaxial orientation, the electrical contacts consist of metal contact rings located on opposite sides of a circular interface between the coupling parts, the cavities consist of annular grooves formed in the adjacent cylindrical surfaces of the bodies of an insulating material, and the metal screens consisting of dome rings.

Coupling according to claim 4, wherein each contact ring of at least one coupling part is accompanied by a pair of hollow spaces each containing a curved metal screen, and wherein the hollow spaces of each pair are located on opposite sides of the contact ring.

Coupling according to claim 1, wherein one coupling part is provided with at least one entering electrical contact projecting into a receiving electrical contact located in a recess in the body of an electrical insulating material of the other coupling part, the bodies of the insulating material have substantially flat surfaces facing each other; and an annular space formed in at least one of said surfaces at a predetermined distance from said contacts.

Coupling according to claim 6, wherein both coupling parts each comprise a hollow space, and each hollow space is in the form of an annular trough, and wherein the side of each hollow space in the vicinity of the adjacent contact is covered with a bent metal screen, and wherein the bend of each screen is selected to distribute leakage currents evenly across the surface of the screens.

Coupling according to any one of the preceding claims, wherein each screen is galvanically coupled to an adjacent electrical contact of the same coupling part.

Coupling according to any one of the preceding claims, wherein the shields are made of a metal or alloy which is compatible with the material of the contacts with respect to the electrical potential in an aqueous medium.

Coupling according to claim 2, wherein adjacent screens are made of dissimilar metals or alloys, and wherein seals are present between the contacts and the screens to prevent galvanic corrosion of the screens and contacts.

Coupling according to claim 2, wherein adjacent screens are made of the same metal and separated by an open space of a predetermined width.

Coupling according to claim 2, wherein said shields are connected to adjacent electrical contacts via an on-site DC power source.

Coupling according to claim 2, wherein adjacent screens are made of dissimilar metals or alloys and wherein the screens and contacts are connected via separate electrical conductors to remote DC sources of such capacitance that galvanic potential differences between the metals or alloys of the screens and contacts can be received. '

Coupling according to claim 2, wherein said cavities are open and filled with water when the coupling is immersed under water.

Coupling according to claim 2, wherein said cavities are filled with a porous medium, said porous medium absorbing such an amount of water as the coupling is immersed under water so as to obtain constant current densities over the screens.

Coupling according to claim 1, wherein the contacts are formed by electrodes of a capacitive coupling, said electrodes being separated from each other by an open space which is filled with water during use.

Coupling according to claim 1, wherein the curved metal shield, or the shields, forms an integral part of the contact at the boundary between the contact and the surface of the surrounding electrical insulating material body.