NO149192B - Elektrisk kobling - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt elektriske koblinger eller kontaktanordninger og spesielt, men ikke utelukkende, koblinger for bruk ved arrangementer for katodisk beskyttelse.

Som kjent er katodisk beskyttelse en teknikk som brukes

for å hindre eller dempe korrosjon av gjenstander i et elektro-kjemisk korrosivt miljø. Mer spesielt brukes teknikken for å hindre eller dempe rusting av stålkonstruksjoner, f.eks. oljebore-rigger som er delvis neddykket i sjøvann. Teknikken innebærer at gjenstanden, for eksempel stålkonstruksjonen, forbindes elektrisk med en elektrode som er innrettet slik at under de herskende be-tingelser bringes gjenstanden til å bli katodisk i forhold til elektroden.

Som eksempel kan man betrakte et tilfelle med en stålkon-struksjon neddykket i sjøvann. Hvis stålkonstruksjonen er forbundet med en sink-elektrode som også er neddykket i vannet, blir det etablert en elektrisk spenningscelle i hvilken stålkonstruksjonen blir katodisk i forhold til sink-elektroden.

Dette hindrer i hovedsaken rusting, men i et slikt arrangement vil sink gå i oppløsning som sink-ioner og til slutt vil alt sink ha gått i oppløsning. Sink-elektroder blir derfor betegnet som "konsumerbare" elektroder. Av åpenbare grunner er dette en ulempe og følgelig har det vært foreslått å anvende ikke-konsumerbare elektroder omfattende f.eks. platinert titan.

Anvendelse av slike elektroder krever en ekstern elektron-kilde, hvilket kan utgjøres av et batteri eller en generator,

hvis positive pol forbindes med den ikke-konsumerbare elektrode og hvis negative pol forbindes med den gjenstand som skal beskyttes.

I tilfelle av en borerigg for eksempel, blir batteriet eller generatoren vanligvis anbragt på riggens plattform og blir ved hjelp av kabler forbundet med et flertall ikke-konsumerbare elektroder plassert på riggen eller på sjøbunnen nær ryggens ben eller føtter. Fordi anoder montert på sjøbunnen for beskyttelse av olje-boringsplattformer medfører elektrode-enheter som er meget store og tunge (f.eks. kan disse ha form av ringer med diameter 3 - 4,5 m og kan være montert på betongsokler med total vekt 20 - 30 tonn), er det ikke praktisk at disse anode-enheter er festet eller forbundet med konstruksjonen ved hjelp av kabler mens konstruksjonen sjøsettes, fundamenteres og utstyres med den vanlige overbygning med tilhørende installasjoner og moduler. Likeledes er det van-skelig når plattformen først befinner seg på dypt vann og er anbragt på bunnen, på økonomisk og pålitelig måte å feste et flertall kabler til konstruksjonen slik at det blir oppnådd sikker-het og ingen mulighet for mekanisk skade.

Det er derfor nødvendig å forbinde rigg- eller plattform-konstruksjonen med elektrodene efter at elektrodene er anbragt på sjøbunnen. Det kan også være nødvendig å kunne frakoble kablene fra elektrodene for reparasjon eller utskiftning. I dette øyemed har det vært foreslått å innsette en eller to løsbare elektriske forbindelser i hver kabel ved en stiv avslutning på konstruksjonen og/eller ved den fjerntliggende anode-enhet. Det er naturligvis også nødvendig å beskytte forbindelsen mot korrosjon og de hittil foreslåtte og anvendte innretninger har vært meget kompliserte, kostbare og vanskelige å holde i drift.

Den kjente teknikk kan anses representert ved US-patent

3 210 720. Dette angir at kontaktdeler av han-typen, henholdsvis hun-typen, skal lages av kobber, messing eller et annet elektrisk ledende materiale. Dersom slike deler av kobber eller messing skulle utsettes for sjøvann i form av en anode, - hvilket ville skje hvis slike deler skulle brukes i en kabelkobling for en anodisk polarisert anode - ville disse ganske enkelt gå i oppløsning. I patentskriftet er det understreket at det må fin-nes en forsegling av de nevnte han- henholdsvis hun-deler, for å beskytte selve den elektriske kontakt eller forbindelse. Patentskriftet er således utelukkende opptatt av forseglede koblinger og anvender kobber eller messing som typiske elektrisk ledende kontaktdeler. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en elektrisk kobling mellom to elektriske kabler til bruk i saltvannsomgivelser, særlig for katodiske beskyttelsessystemer, hvilken kobling er av den type som. dannes av to deler i berøring med saltvannet, nemlig omfattende en første del med et første parti i samvirke med en av kabellederne og en annen del med et første parti i samvirke med den annen av kabellederne og et annet parti for elektrisk samvirke med et komplementært annet parti på den første del. Det nye og særegne ved den elektriske kobling ifølge oppfinnelsen består i at den første og den annen del hver er laget av niob og de elektriske anleggsflater på i det minste ett av de andre partier omfatter et materiale utvalgt fra den gruppe som består av metaller av platina-gruppen, legeringer av metaller av platina-gruppen og elektrisk ledende oksyder av metaller av platina-gruppen.

Det utvalgte metall-materiale bør ha en gjennomslagsspen-ning høyere enn den spenning som vil foreligge i den elektriske leder under drift og materialet må utvelges i henhold til dette. Metallet fra platinagruppen, den nevnte legering eller det nevnte oksyd omfatter fortrinnsvis platina selv, eller en platina/iridium-legering (f.eks. en legering inneholdende omkring 70% platina og omkring 30% iridium).

I en praktisk utførelse er den første og den annen del langstrakt og har et stort sett sirkulært tverrsnitt. I denne utførelse er et første endeparti av hver kontaktdel innrettet til å forbindes med en leder, f.eks. en flertråds leder i en til-hørende elektrisk kabel. Det er en fordel at hvert første endeparti er utvendig gjenget for elektrisk og mekanisk sammenkobling med en innvendig gjenget hylse, f.eks. av messing. Eventuelt,

og f.eks., kan hvert første endeparti ha et kobberbelegg som en hylse, f.eks. av messing, er loddet eller festet til på annen måte, hvilken hylse også loddes eller festes på annen måte til kabellederen. Når den første og den annen del er laget av niob, kan kobberbelegget påføres ved samtidig ekstrusjon med tildan-nelse av niob-delene mens kobberet deretter fjernes f.eks. ved å etses bort unntatt i det område hvor forbindelsen med messing-hylsen skal opprettes. Det kobberbelagte endeparti av hver del kan utgjøre ett stykke sammen med resten av hver del eller det kan utformes separat med påfølgende befestigelse til den gjen-værende del av hvert parti, f.eks. ved friksjonssveising. Den sistnevnte metode for tilkobling av kabel-lederne til de to deler av kontaktanordningen har den fordel at man eliminerer meka-

niske sammenføynings!later eller -grenseskikt. Som allerede an-gitt, kan de elektriske anleggsflater på de første endepartier (f.eks. i en av de nettopp beskrevne, praktiske utførelser, de utvendige gjenger) omfatte et metall av platina-gruppen, en legering av to eller flere metaller av platinagruppen eller et elektrisk ledende oksyd av et metall i platinagruppen. Et slikt

metall, en slik legering eller et slikt oksyd er tilstede som et lag eller skikt av dette på ventilmetallet. Platinagruppe-metallet, -legeringen eller -oksydet kan påføres ved belegning av det område av kontaktanordningen som skal dekkes med en oppløsning inneholdende en varme-dekomponerbar komposisjon av platinagruppe-metallet, og oppvarmning av komposisjonen over dennes gjennomslagstemperatur for å danne platinagruppemetallet. Hvis dette metall oppvarmes over sin gjennomslagstemperatur i luft eller

en annen oksygen-holdig atmosfære, vil det under visse betingel-ser danne et elektrisk ledende oksyd av et metall i platinagruppen slik det er velkjent for fagfolk. Platinagruppemetallet eller legeringsskiktet blir fortrinnsvis påført ved elektroplette-ring av platinagruppe-metallet eller -legeringen på den overflate som skal belegges, og om nødvendig bragt til å diffundere inn i

overflaten ved hjelp av påfølgende varmebehandling. Det kan med fordel anvendes en totrinns-belegning for å avstedkomme et hardt, vedheftende og ledende grenseskiktlag. Om nødvendig kan passende sperrelag anbringes på partier av kontaktanordningen for å hindre overflødig belegning under elektropletteringen. Skiktet eller laget av platinagruppe-metall, -legering eller -oksyd sik-rer at det blir en elektrisk kontinuitet mellom lederne og ventilmetallet, som hvis luft kommer til, ville danne et metallok-sydbelegg med elektrisk motstand på dette eller disse. Etter at lederne er forbundet med sine respektive deler av kontaktanordningen, kan forbindelsen beskyttes f.eks. ved innstøpning i en elektrisk isolerende harpiks eller plasttype.

I den praktiske utførelse som er omtalt ovenfor, er det annet endeparti av den første del innrettet til elektrisk å forbindes med det annet endeparti på den annen del. Eksempler på hensiktsmessige typer av kobling mellom de to deler er gjenging, spade- eller laskforbindelse og pinne/sokkel-forbindelse, idet eksempler på de sistnevnte to metoder er beskrevet mer i detalj senere under henvisning til tegningene.

De elektriske anleggsflater på i det minste ett av og fortrinnsvis begge de nevnte andre partier, omfatter et platinagruppemetall, en legering eller et oksyd som har form av et skikt på niob-delen, hvilket skikt kan påføres slik som beskrevet ovenfor. Den ovenfor omtalte totrinns elektropletteringsprosess er spesielt fordelaktig for glidende flater, dvs. overflatene på gjenger og på pinner eller plugger og sokler. I en praktisk ut-førelse av kontaktanordningen omfatter hvert endeparti en flat seksjon parallell med kontaktanordningens lengdeakse og omfattende en tapp som stikker ut i rett vinkel fra den flate seksjon og med et hull som har større diameter enn tappen, hvilket arrangement er utført slik at når de to kontaktanordninger bringes sammen, føres tappen på den ene gjennom hullet i den annen slik at det kan brukes passende mutre for å klemme de to partier sammen. Tappene og mutrene er fortrinnsvis laget av det samme materiale som kontaktanordningen og gjengene på tappene og mutrene kan være belagt med et skikt av et platinagruppemetall, en tilsvarende legering eller et tilsvarende oksyd eller med et skikt av et oksyd av ventilmetall for å redusere eller forhindre rivning. Fortrinnsvis er hullet plassert i de ytre områder av kontaktanordningen slik at tappen befinner seg nærmere det første endeparti enn hullet.

Anvendelse av en elektrisk kobling eller kontaktanordning ifølge denne oppfinnelse gjør det mulig å oppnå en forholdsvis enkel, billig og korrosjons-motstandsdyktig forbindelse mellom elektriske ledere i et undersjøisk miljø, spesielt ved arrangementer for katodisk beskyttelse. Videre skal det bemerkes at forbindelsen lett kan adskilles.

To foretrukne utførelser av en elektrisk kontaktanordning konstruert i overensstemmelse med denne oppfinnelse skal nå be-skrives som eksempel under henvisning til tegningen, hvor: Fig. er et perspektivriss av en utførelsesform av kontaktanordningen,

fig. 2 er et perspektivriss av en annen utførelsesform av kontaktanordningen,

fig. 3 er et lengdesnitt gjennom en forbindelse mellom en kabelleder og den ene del av kontaktanordningen på fi. 1 og 2, og

fig. 4 er et lengdesnitt gjennom en kabelleder og den ene del av en kontaktanordning ifølge oppfinnelsen.

På de forskjellige tegningsfigurer er tilsvarende eller identisk like elementer betegnet med samme henvisningstall.

Som det fremgår av fig. 1, består kontaktanordningen av

to halvdeler, nemlig en handel 1 og en hundel 2. Handelen 1 omfatter en endeparti 3 for tilkobling til en flertråds leder eller en kabel med en enkelt kjerne (se figur 3), et mellomparti 4 og et endeparti 5 i form av en pinne eller plugg tilpasset hundelen 1, hvor alle tre partier 3, 4 og 5 utgjør ett stykke og er laget av niob. Endepartiet 3 er utvendig forsynt med gjenger som er på-ført et skikt 20 av platina. Kabellederen kan forbindes indirekte med endepartiet 3 ved hjelp av en innvendig gjenget messinghylse (ikke vist) som kabellederen loddes inn i. Et slikt arrangement gir en elektrisk og mekanisk sikker forbindelse mellom lederen og hundelen 1.

Mellompartiet 4 er utvendig utformet med rifler 7 og et flertall flenser 8 innrettet i hovedsaken til å danne en forholdsvis lang krypevei for å bidra til å hindre at sjøvann trenger inn i kabelforbindelsen og for å bedre vedheftningen av en omgivende harpiks som til slutt blir omstøpt rundt forbindelsen slik som nevnt nedenfor. Dette kan bli oppnådd for eksempel ved eventuelt eller i tillegg å etse, sandblåse og/eller tildanne ringformede spor i partiet 4.

Endepartiet 5 omfatter også et ytre skikt 21 av platina som med fordel påføres ved hjelp av den totrinns belegningsprosess som er beskrevet ovenfor.

Hundelen 2 av kontaktanordningen omfatter et endeparti

9 for tilkobling til den flertråds leder i en annen kabel med enkelt kjerne (se figur 3), et mellomparti 10 og et sylindrisk sokkelparti 11 for med presspasning å oppta endepartiet 5 av handelen 1. Partiene 9 og 10 på hundelen 2 er identiske med partiene 3 og 4 på handelen 1 og som på sistnevnte del er alle tre partier 9, 10 og 11 utført i ett stykke av niob.

I det sylindriske sokkelparti 11 er det tildannet et flertall langsgående slisser 12 og et sentralt parti av hver gjen-stående niob-strimmel er deformert svakt innad slik at den minste innvendige diameter av sokkelpartiet 11 er mindre enn den utvendige diameter av endepartiet 5 på handelen 1. De deformerte strim-ler av niob er radielt ettergivende slik at innføring av partiet 5 i sokkelpartiet 11 resulterer i en tettsluttende presspasning mellom de to partier. Den innvendige overflate i sokkelpartiet 11 har også et platinaskikt 13.

Kontaktanordningen på figur 2 har likhet med den på figur 1 bortsett fra at endepartiene 14 og 15 (som tilsvarer partiene 5 og 11 på figur 1) har form av flate spade- eller laskseksjoner. Som en integrerende del av partiet 14 er det tildannet en gjenget, fremspringende tapp 17 og et hull 18, mens partiet 15 er forsynt med en komplementær, gjenget, fremspringende tapp 17' og et hull 18'.

Begge de gjengede fremspring eller tapper er platinerte (fortrinnsvis ved hjelp av den forannevnte totrinns metode). Dette reduserer i betydelig grad enhver rivning når mutrene blir skrudd inn på tappene 17'. Elektrisk forbindelse opprettes mellom de to deler av kontaktanordningen ved å anbringe de to partier 14 og 15 på hverandre slik at gjengetappen 17 går gjennom hullet 18' og gjengetappen 17' går gjennom hullet 18. Forbindelsen mellom de to partier 14 og 15 sikres ved hjelp av mutre (ikke vist)

på tappene 17 og 17'. De samvirkende flater på partiene 14 og 15 omfatter platina som har form av skikt 19, 19' på niob-underlaget.

Ved at de to hull er plassert i avstand fra tilkoblingen til ledningen eller kabelen blir strømfordelingen gjennom kontaktanordningen forbedret i sammenligning med det motsatte arrangement hvor tappen er plassert utenfor hullet i avstand fra tilkoblingen til kabellederen. I sistnevnte tilfelle vil tverrsnitts-arealet av kontaktanordningen bli betydelig redusert som følge av hullets nærvær.

På figur 3 er det gjengede parti 3 på hver del 1, 2 av kontaktanordningen elektrisk og mekanisk forbundet med en til-hørende kabelleder 22 (som kabelisolasjonen 23 er fjernet fra)

ved hjelp av en messinghylse 24. Det ene endeparti av hylsen 24 er innvendig gjenget for samvirke med en skruegjenge 6 på partiet 3. Den annen ende av hylsen 24 har et hulrom for å motta lederen 22 som loddes inn i hylsen ved hjelp av en loddeforbindelse 25.

På-figur 4 omfatter det første endeparti på hver del 1, 2 et sylindrisk parti 26 laget f.eks. av niob og festet med en frik-sjonssveis 27 til resten av kontaktanordningen. Når dimensjoner og omkostninger tillater det, kan partiet 26 være utført i ett stykke med resten av denne del av kontaktanordningen. Den ene ende av partiet 26 har et kobberbelegg 28 som omfatter en metallurgisk binding mellom kobber og niob.

Niob-partiet 26 kan være fullstendig belagt med kobber tilveiebragt gjennom en sand-ekstruderingsprosess hvorefter kobber etses av for å efterlate belegget 28. Den belagte del av partiet 26 blir opptatt i et hulrom i en messinghylse 29 og er festet i denne ved hjelp av en loddeforbindelse 30. Kabellederen 22 festes til hylsen 29 på den måte som er beskrevet ovenfor under henvisning til figur 3.

Efter sammenkobling av kablene og kontaktanordningen blir forbindelsen innkapslet for å beskytte denne, f.eks. med en forut tildannet mantel eller en elektrisk isolerende harpiks.

Det^foretrekkes at platinametallet eller annet egnet motstandsdyktig materiale ikke dekker hele overflaten av enheten. Grun-nen til dette er at den platinerte overflate under drift vil fri-gjøre klor ved innkobling som anode i sjøvann, eller vil frigjøre oksygen i ferskvann. Utviklingen av klor kan føre til en lokal oppbygning av en sterkt sur oppløsning rundt kontaktanordningen, spesielt hvis denne er neddykket i slam ved sjøbunnen. Hvis niob tillates å .forbli i avdekket tilstand, vil det hurtig danne en isolerende oksydfilm ved anodisering og denne oksydfilm vil effektivt gjøre kontaktanordningen inert.

Det vil innsees at den normale metode til å adskille kontaktanordningen vil omfatte avbrytelse av den strøm som går gjennom kontaktanordningen, for å gjøre det mulig for en dykker eller en annen passende utstyrt person å opprette, eventuelt bryte forbindelsen under vann. Kontaktanordningen ifølge oppfinnelsen har den fordel at den er enkel å fremstille, lett å anvende og pålitelig i drift sammenlignet med langt mer kompliserte, tungvinte og kostbare kontaktanordninger som idag brukes i tilknytning til elektriske forbindelser under vann ved anoder for katodisk beskyttelse .

Claims (1)

1. Elektrisk kobling mellom to elektriske kabler til bruk i saltvannsomgivelser, særlig for katodiske beskyttelsessystemer, hvilken kobling dannes av to deler i berøring med saltvannet, nemlig omfattende en første del med et første parti i samvirke med en av kabellederne og en annen del med et første parti i samvirke med den annen av kabellederne og et annet parti for elektrisk samvirke med et komplementært annet parti på den første del,

   karakterisert ved at den første (1) og den annen (2) del hver er laget av niob og de elektriske anleggsflater (5, 11, 14, 15) på i det minste ett av de andre partier omfatter et materiale (21) utvalgt fra den gruppe som består av metaller av platina-gruppen, legeringer av metaller av platina-gruppen og elektrisk ledende oksyder av metaller av platina-gruppen.