NO20111237A1

NO20111237A1 - Static underwater device

Info

Publication number: NO20111237A1
Application number: NO20111237A
Authority: NO
Inventors: Kjell Olav Stinessen
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-03-13
Also published as: NO334145B1

Abstract

Anordning for operativ forbindelse mellom en fjerntliggende ende av undervanns utleggskabel og undervannslaster, så som pumper, kompressorer og reguleringssystemer, som skiller seg ut ved at anordningen er en statisk frekvenssteppingsanordning, mer spesifikt en statisk oppsteppings- eller nedsteppingsanordning, og den omfatter: en statisk oppsteppings- eller nedsteppingsenhet, minst én gass- og / eller væskefylt trykktank, hvor nevnte enhet eller deler av denne er anordnet, og minst en penetrator for elektrisk tilkopling av nevnte enhet til utenfor trykktanken.Device for operative connection between a remote end of a subsea discharge cable and subsea loads, such as pumps, compressors and control systems, which differ in that the device is a static frequency stuffing device, more specifically a static stuffing or stuffing device, and it comprises: a static stuffing or depressurization unit, at least one gas- and / or liquid-filled pressure tank, wherein said unit or parts thereof are arranged, and at least one penetrator for electrical connection of said unit to outside the pressure tank.

Description

STATISK UNDERVAJsfNSINNRETNTNG STATIC UNDERVAJsfNSINNRETNTNG

Område for oppfinnelsen Field of the invention

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder utstyr for produksjon av petroleum under vann, spesielt utstyr som blir plassert langt vekk fra en tørr toppside eller steder som er på land. Mer spesifikt gjelder oppfinnelsen utstyr for elektrisk kraftoverføring til undervannslaster som kan være plassert langt vekk fra overflateplattformer, eller land, og som krever høy kraftoverføring. Nevnte laster vil typisk være motorer for pumper og kompressorer, som krever regulering av rotasjonshastighet ved å regulere den elektriske frekvensen. The present invention relates to equipment for the production of petroleum underwater, especially equipment that is placed far away from a dry top side or places that are on land. More specifically, the invention relates to equipment for electrical power transmission to underwater loads which may be located far away from surface platforms, or land, and which require high power transmission. Said loads will typically be motors for pumps and compressors, which require regulation of rotation speed by regulating the electrical frequency.

Oppfinnelsen får bukt med de problemene som er forårsaket av Ferranti-effekten og skinneffekten, som derved åpner for lengre utleggslengder undervanns enn det som tidligere har vært oppnåelig. The invention overcomes the problems caused by the Ferranti effect and the skin effect, which thereby opens up longer laying lengths underwater than has previously been achievable.

Bakgrunn for oppfinnelsen oe tidligere teknikk Background for the invention and prior art

I løpet av de siste titalls år har det globale energiforbruket øket eksponentielt, og man kan ikke se for seg noen ende på den økende etterspørselen. Hvormed utnyttelse av fossile brensler tidligere var fokusert på felt som var på land, har den begrensede mengden med olje satt i gang seriøse anstrengelser for å kunne finne og utvinne offshore gass- og oljefelt. Dagens teknikk for produksjon fra offshorefelt, er anvendelse av faste eller flytende bemannede plattformer, og ved tilknytning til undervanns produksjonsrammer med undervannsbrønner til disse plattformene. I noen tilfeller blir produksjonen ledet direkte til en mottaksfasilitet uten en plattform, som er på land. For å kunne opprettholde en tilstrekkelig høy produksjon fra undervannssatellitter til en sentral plattform eller direkte til land, kan det tilveiebringes en trykk-forsterkning ved bruk av en multifasepumpe eller -separasjon, etterfulgt av pumping og kompresjon. Det har også blitt installert pumper på havbunnen for direkte injeksjon av sjøvann inn i reservoaret for trykkstøtte til økt oljeproduksjon. During the last tens of years, global energy consumption has increased exponentially, and one cannot envisage any end to the growing demand. Whereas the exploitation of fossil fuels was previously focused on fields that were on land, the limited amount of oil has initiated serious efforts to be able to find and extract offshore gas and oil fields. Today's technique for production from offshore fields is the use of fixed or floating manned platforms, and by connection to underwater production frameworks with underwater wells to these platforms. In some cases, production is routed directly to a receiving facility without a platform, which is on land. In order to maintain a sufficiently high production from underwater satellites to a central platform or directly to land, a pressure boost can be provided using a multiphase pump or separation, followed by pumping and compression. Pumps have also been installed on the seabed for direct injection of seawater into the reservoir for pressure support for increased oil production.

Det finnes flere fordeler som gir motivasjon for undervannsplassering av pumper og kompressorstasjoner sammenlignet med plassering på plattformer: Sikkerhet for mennesker, ved at man ikke arbeider eller bor på en plattform, og There are several advantages that motivate underwater placement of pumps and compressor stations compared to placement on platforms: Safety for people, by not working or living on a platform, and

ved at man ikke blir fraktet frem og tilbake med helikopter by not being transported back and forth by helicopter

Ingen brann- og eksplosj onsri siko No fire or explosion risk

Ingen utblåsningsrisiko fra produksjonsstigerør opp fra havbunnen til No blowout risk from production risers up from the seabed to

plattformen og ned fra plattformen til havbunnen the platform and down from the platform to the seabed

Sikkerhet mot sabotasje Security against sabotage

Kostnadsbesparelser for både kapital og drift, det vil si reduserte Cost savings for both capital and operation, i.e. reduced

produksjonskostnader for olje og gass production costs for oil and gas

Øket produksjon fordi sugeeffekten fra kompressorer og pumper er nærmere Increased production because the suction effect from compressors and pumps is closer

brønnhodene the wellheads

Utstyret har statiske omgivelsesforhold, det vil si nesten konstant, kald temperatur og nesten konstant lav hastighet på havstrømmer rundt utstyret og ingen bølger, mens temperaturen på plattformene vil kunne variere fra for eksempel - 20 °C til + 30 °C, og vindhastigheten kan være ved orkans styrke kombinert med ekstremt høye bølger The equipment has static ambient conditions, i.e. almost constant, cold temperature and almost constant low speed of ocean currents around the equipment and no waves, while the temperature on the platforms can vary from, for example - 20 °C to + 30 °C, and the wind speed can be at hurricane strength combined with extremely high waves

Det kalde sjøvannet vil kunne bli benyttet til avkjøling av motorer og annet The cold seawater will be able to be used for cooling engines and other things

elektrisk eller elektronisk utstyr og prosessfluider electrical or electronic equipment and process fluids

Ingen visuelle forurensinger No visual pollution

Betydelig lavere vekt, og dermed lavere material- og energimengder ved Significantly lower weight, and thus lower material and energy quantities

fabrikasjon av et undervannsanlegg fabrication of an underwater facility

• Mindre karbondioksid, det vil si klimagass utslipp for fabrikasjon på grunn av mindre materialmengder • Mindre utslipp av karbondioksid ved drift på grunn av at helikoptertransport elimineres og drift av plattform • Mindre utslipp av karbondioksid sammenlignet med plattformer på grunn av at det er elektriske motorer som driver kompressorer og pumper, og forsyning av elektrisk strøm fra land eller plattform • Mindre energiforbruk og utslipp av klimagasser per vektenhet av olje og gass • Less carbon dioxide, i.e. greenhouse gas emissions for manufacturing due to smaller amounts of material • Less emissions of carbon dioxide during operation due to the elimination of helicopter transport and platform operation • Less emissions of carbon dioxide compared to platforms due to the fact that there are electric motors that operates compressors and pumps, and supply of electricity from land or platform • Less energy consumption and emissions of greenhouse gases per unit weight of oil and gas

Ulempen for undervanns kompressorer per 2010 er at ingen har blitt installert og blitt driftet under vann, det betyr at dette er en teknikk som ikke er bevist. Imidlertid er dette kun et spørsmål om tid, og den første kompressorstasjonen under vann vil trolig være i drift i 2015 eller tidligere på grunn av sterke motivasjoner for denne anvendelsen. The downside to underwater compressors as of 2010 is that none have been installed and operated underwater, meaning that this is an unproven technique. However, this is only a matter of time, and the first underwater compressor station will probably be in operation in 2015 or earlier due to strong motivations for this application.

Undervanns trykkforsterkning er en nyere teknologi. Trykkforsterkning under vann hvor det kreves en betydelig undervanns utleggslengde er en svært ny teknologi som bruker moderne teknologi, og som blir stilt opp mot problemer som ikke blir møtt eller som er irrelevante andre steder. Underwater pressure boosting is a newer technology. Underwater pressure boosting where a significant underwater lay length is required is a very new technology that uses modern technology and is being confronted with problems that are not encountered or are irrelevant elsewhere.

Teknikkens tilstand i dag er definert i patentpublikasjon WO 2009/015670, som foreskriver anvendelse av et første arrangement av en omformer på den nærliggende enden, toppsidene eller den enden som er på land, av en undervanns utleggskabel og til slutt et andre arrangement av en omformer på den andre enden, den enden som er fjerntliggende undervann, av undervanns utleggskabel en. En variabel hastighets drivmotor, VSD (engelsk: «variable speed drive») foreskrives på hver ende av utleggskabelen. Undervanns variabel hastighets drivmotor kalles også variabel frekvens drivmotor (engelsk: «variable frequency drive», VFD), eller justerbar frekvens drivmotor (engelsk: «adjustable frequency drive», AFD) eller frekvensomformere eller bare omformere, og disse representerer teknikkens tilstand. Verken i WO 2009/015670 eller andre publikasjoner er Ferranti-effekten nevnt, og heller ikke har noen av de problemene som er knyttet til undervanns VSD'er blitt omtalt eller antydet. The state of the art today is defined in patent publication WO 2009/015670, which prescribes the application of a first arrangement of a transducer on the near end, the top sides or the end that is on land, of an underwater laying cable and finally a second arrangement of a transducer on the other end, the end which is remote underwater, of the underwater laying cable one. A variable speed drive motor, VSD (English: "variable speed drive") is prescribed at each end of the extension cable. Underwater variable speed drive motor is also called variable frequency drive motor (English: «variable frequency drive», VFD), or adjustable frequency drive motor (English: «adjustable frequency drive», AFD) or frequency converters or simply converters, and these represent the state of the art. Neither in WO 2009/015670 nor in other publications is the Ferranti effect mentioned, nor have any of the problems associated with underwater VSDs been discussed or hinted at.

Så langt finnes det bare noen få undervanns kompressorer som er i drift. Imidlertid er undervanns kompressorstasjoner under utvikling, og de første forventes å bli installert og komme i drift innen få år. For tiden blir alle undervannspumper og -kompressorer drevet med asynkrone motorer. Utleggsavstanden for installerte pumper er ikke på mer enn omtrent 30 km fra plattformen eller fra land, og så langt har ikke dybdene vært på mer enn 1800 m. Det er kjent at det utføres seriøse studier og prosjekter innen oljeindustrien, som har mål av seg å få til installasjon av kompressorer med en utleggsavstand i en størrelsesorden av 40 til 150 km og ved vanndybder ned til 3000 m eller mer. So far, there are only a few underwater compressors in operation. However, underwater compressor stations are under development and the first are expected to be installed and operational within a few years. Currently, all submersible pumps and compressors are driven by asynchronous motors. The installation distance for installed pumps is not more than about 30 km from the platform or from shore, and so far the depths have not been more than 1800 m. It is known that serious studies and projects are being carried out within the oil industry, which aim to obtain the installation of compressors with a deployment distance in the order of 40 to 150 km and at water depths down to 3000 m or more.

En realistisk motorkraft vil være fra omtrent 200 kW for små pumper, og opp til 15 MW for kompressorer, og i fremtiden vil man kunne se for seg enda større motorer. De undervannnsmotorene som for tiden installeres blir forsynt med strøm via vekselstrømskabler fra det stedet hvor det finnes en strømforsyning, det vil si på en plattform eller på land og, dersom det finnes flere motorer vil hver av motorene ha sin egen kabel og frekvensomformer («variable speed drive», VSD) på den nærliggende enden av kabelen for å kunne regulere hastigheten på hver individuelle motor ved den jjernestliggende enden av kabelen, ref. figur 1 og tabell 2. A realistic motor power will be from approximately 200 kW for small pumps, and up to 15 MW for compressors, and in the future even larger motors can be envisaged. The underwater motors that are currently installed are supplied with power via alternating current cables from the place where there is a power supply, i.e. on a platform or on land and, if there are several motors, each motor will have its own cable and frequency converter ("variable speed drive", VSD) on the nearby end of the cable to be able to regulate the speed of each individual motor at the iron-most end of the cable, ref. figure 1 and table 2.

Innenfor konteksten av denne patentbeskrivelsen betyr den nærliggende enden den enden av kraftoverføringen som er i nærheten av kraftforsyningen. For undervanns anvendelser vil dette være et sted som er toppsiden av en plattform eller på land. Tilsvarende vil den jjernestliggende enden vise til den andre enden av overføringslinjen i nærheten av kraftlastene, typisk motorlaster. Den fjernestliggende enden er ikke nødvendigvis begrenset til den høyspente enden av overføringslinjen. Uttrykket vil kunne utvides til busser eller terminaler med lavere spenning, som er en del av den fjernestliggende stasjonen, så som en alminnelig undervannsbuss på den lavspente siden av en undervanns transformator. Within the context of this patent specification, the proximal end means the end of the power transmission that is in the vicinity of the power supply. For underwater applications this would be a location that is the top side of a platform or on land. Correspondingly, the iron-most end will point to the other end of the transmission line in the vicinity of the power loads, typically motor loads. The far end is not necessarily limited to the high voltage end of the transmission line. The term could be extended to buses or terminals with lower voltage, which are part of the most distant station, such as an ordinary underwater bus on the low-voltage side of an underwater transformer.

Kompressorer og pumper blir ofte driftet ved maksimums hastigheter, som ligger på henholdsvis mellom 4000 til 14000 rpm og mellom 2000 til 5000 rpm. Dermed må den elektriske drivmotoren ha en nominell hastighet i størrelsesorden fra 2000 til 14000 rpm når det blir brukt moderne høyhastighets motorer uten en girkasse mellom motoren og pumpen eller kompressoren. Denne mekaniske hastigheten tilsvarer et elektrisk frekvensområde for det innmatende drevet på omtrent 30 til 230 Hz for det eksempelet som har en to-polet motor. Motorer med flere pol-par vil kunne tillate en lavere maksimumshastighet for de samme elektriske frekvensene. Compressors and pumps are often operated at maximum speeds, which are between 4000 to 14000 rpm and between 2000 to 5000 rpm, respectively. Thus, the electric drive motor must have a nominal speed in the order of 2000 to 14000 rpm when using modern high-speed motors without a gearbox between the motor and the pump or compressor. This mechanical speed corresponds to an electrical frequency range for the input drive of approximately 30 to 230 Hz for the example having a two-pole motor. Motors with more pole pairs will be able to allow a lower maximum speed for the same electrical frequencies.

Figur 1 illustrerer den eneste løsningen som så langt har blitt brukt til overføring av elektrisk strøm til installerte pumper, i noen tilfeller uten omformere mellom VSD og undervannsmotorer, og dette blir referert til som Første løsning. Denne løsningen, med én overføringskabel per motor, har den ulempen at den blir dyr for lange oppskrittinger, for eksempel når de er mer enn 50 km, på grunn av den høye kostnaden for kablene. Figure 1 illustrates the only solution that has so far been used for the transmission of electrical power to installed pumps, in some cases without converters between the VSD and underwater motors, and this is referred to as the First Solution. This solution, with one transmission cable per engine, has the disadvantage that it becomes expensive for long run-ups, for example when they are more than 50 km, due to the high cost of the cables.

En alvorlig teknisk hindring for denne løsningen er at, ved en bestemt undervanns utleggslengde vil det ikke la seg gjøre med å kunne overføre elektrisk strøm, på grunn av at overføringssystemet vil bli elektrisk ustabilt og ubrukelig på grunn av Ferranti-effekten, som vil bli beskrevet senere. Oppfinnelsen vil løse dette problemet av ustabilitet. A serious technical obstacle to this solution is that, at a certain underwater deployment length, it will not be possible to transmit electric current, due to the fact that the transmission system will become electrically unstable and unusable due to the Ferranti effect, which will be described later. The invention will solve this problem of instability.

Figur 2 illustrerer en løsning som har blitt foreslått for overføring av elektrisk strøm til flere laster ved lange oppskrittinger, Løsnin<g>To. Denne løsningen med en felles overføringskabel og et undervanns strømfordelingssystem, som innbefatter en undervanns VSD («Variable Speed Drive») per motor, vil gi en betydelig reduksjon av kabelkostnadene for overføringen, og vil dessuten forebygge problemet med elektrisk ustabilitet ved å begrense strømfrekvensen i overføringskabel en til for eksempel 50-10 Hz, og dessuten vil skinneffekten være akseptabel for slike frekvenser. Frekvensen økes deretter av en VSD for å passe til hastigheten på den motoren som har blitt koplet til VSD'en. Andre Løsning vil imidlertid også ha ulemper. Blant annet vil disse være dyre VSD'er som ikke har blitt dokumentert for bruk under vann, og fordi slike VSD'er vil være satt sammen av mange elektriske og elektroniske komponenter, inkludert et reguleringssystem, som vil være tilbøyelig til å gi en større hyppighet med feil på elektriske overføringer og fordelingssystemer under vann. Figure 2 illustrates a solution that has been proposed for the transmission of electrical current to several loads at long ramps, Solution Two. This solution with a common transmission cable and an underwater power distribution system, which includes an underwater VSD ("Variable Speed Drive") per engine, will provide a significant reduction in cable costs for the transmission, and will also prevent the problem of electrical instability by limiting the power frequency in the transmission cable one to, for example, 50-10 Hz, and furthermore the skin effect will be acceptable for such frequencies. The frequency is then increased by a VSD to match the speed of the motor that has been connected to the VSD. However, other solutions will also have disadvantages. Among other things, these will be expensive VSDs that have not been documented for underwater use, and because such VSDs will be composed of many electrical and electronic components, including a regulation system, which will tend to give a greater frequency with faults on electrical transmissions and distribution systems underwater.

I det som følger nå vil de iboende elektriske problemene med den eksisterende Første løsningen ( figur 1) bli beskrevet, med en motor på den fjernestliggende enden av en lang kabel, og en Tredje løsning, illustrert i figur 3, med flere motorer på den fjernestliggende enden av en felles lang overføring og en felles VSD ved den nærliggende enden. In what follows now, the inherent electrical problems of the existing First solution (Figure 1) will be described, with a motor on the farthest end of a long cable, and a Third solution, illustrated in Figure 3, with several motors on the farthest end end of a common long transfer and a common VSD at the proximal end.

For en lang utleggsavstand fra strømforsyning til last, i en størrelsesorden av 50 km eller mer, vil påvirkningen fra undervannskabelen være så sterk at et slikt system enda ikke har blitt laget for en begrenset last, så som en enkelt motor. Linjens induktans og motstand innebærer et stort spenningstap fra strømforsyningen til lasten. Det er kjent at et slikt spenningstap vil være selvforsterkende, og vil kunne føre til null spenning ved den fjernestliggende enden. Jo lengre utleggsavstanden er, jo høyere må overføringsspenningen være for å kunne redusere det spenningstapet som er langs overføringslinjen. Imidlertid har en kabel en høy kapasitans, og en lang vekselstrømskabel vil utvise en betydelig såkalt Ferranti-effekt. Ferranti-effekten er et kjent fenomen, hvor den kapasitive ladningsstrømmen på linjen eller kabelen øker med linjens lengde og nivået for spenningen. Ved en utleggslengde på 100 km, vil ladningsstrømmen i en kabel kunne være høyere enn laststrømmen, hvilket gjør det vanskelig å rettferdiggjøre et slikt ineffektivt overføringssystem. Et mer kritisk resultat vil være at ikke-last spenningen vil være omtrent 50 % høyere enn tilførselsspenningen ved den nærliggende enden som ville ha ødelagt kabelen og transformatoren og forbindelsene på den fjernestliggende enden. Ved et plutselig fall ville spenningen på den fjernestliggende enden hoppe til dette høye nivået. I tillegg vil det være en transient topp på for eksempel 50 %, som gir noe slikt som 100 % totalt, se Tabell 1 nedenfor hvor verdier som er markert med fet kursiv skrift er over spenningsklassemarginen for isolasjonen. For a long installation distance from power supply to load, in the order of 50 km or more, the influence from the underwater cable will be so strong that such a system has not yet been designed for a limited load, such as a single engine. The line's inductance and resistance imply a large voltage loss from the power supply to the load. It is known that such a voltage loss will be self-reinforcing, and could lead to zero voltage at the farthest end. The longer the laying distance is, the higher the transmission voltage must be in order to reduce the voltage loss along the transmission line. However, a cable has a high capacitance, and a long AC cable will exhibit a significant so-called Ferranti effect. The Ferranti effect is a well-known phenomenon, where the capacitive charge current on the line or cable increases with the length of the line and the level of the voltage. At a laying length of 100 km, the charging current in a cable could be higher than the load current, which makes it difficult to justify such an inefficient transmission system. A more critical result would be that the no-load voltage would be about 50% higher than the supply voltage at the near end which would have destroyed the cable and the transformer and connections at the far end. In the event of a sudden drop, the voltage at the far end would jump to this high level. In addition, there will be a transient peak of, for example, 50%, giving something like 100% in total, see Table 1 below where values marked in bold italics are above the voltage class margin for the insulation.

Dagens system med utleggsavstander i størrelsesorden av 30 km har ikke dette problemet, fordi det fortsatt er mulig å få til en utleggslengde og elektrisk last i kombinasjon under vann. Today's system with outlay distances of the order of 30 km does not have this problem, because it is still possible to achieve an outlay length and electrical load in combination underwater.

Ferranti-effekten og skinneffekten - noen vurderinger: The Ferranti effect and the leather effect - some considerations:

Ferranti-effekten er en økning av en spenning, som oppstår på den fjernestliggende enden av en lang overføringslinje, i forhold til den spenningen som er ved den nærliggende enden, og som forekommer når linjen er ladet men når det er en svært liten last eller når lasten er frakoplet. Denne effekten oppstår på grunn av spenningstapet over linjeinduktansen (på grunn av ladningsstrømmen) som er i fase med de spenningene som er på den enden som sender. Av denne grunn vil både kapasitans og induktans være ansvarlig for at dette fenomenet oppstår. Ferranti-effekten vil være mer fremhevet jo lengere linjen er og jo høyere spenning som blir anvendt. Den relative spenningsøkningen vil være proporsjonal med kvadratet av linjens lengde. The Ferranti effect is an increase in voltage, which occurs at the far end of a long transmission line, relative to the voltage at the near end, which occurs when the line is charged but when there is a very small load or when the load is disconnected. This effect occurs due to the voltage loss across the line inductance (due to the charging current) which is in phase with the voltages on the transmitting end. For this reason, both capacitance and inductance will be responsible for this phenomenon occurring. The Ferranti effect will be more pronounced the longer the line is and the higher the voltage applied. The relative voltage increase will be proportional to the square of the line length.

På grunn av høy kapasitans vil Ferranti-effekten være mye mer fremhevet for undergrunns- og undervannskabler, selv over korte lengder, sammenlignet med luftspente overføringslinjer. Due to high capacitance, the Ferranti effect will be much more pronounced for underground and underwater cables, even over short lengths, compared to overhead transmission lines.

En foreslått ligning for å kunne bestemme Ferranti-effekten for et gitt system er: A suggested equation to be able to determine the Ferranti effect for a given system is:

hvor: where:

Vf = den fjernestliggende spenningen Vf = the farthest voltage

vn= den nærliggende spenningen vn= the nearby voltage

co = 2x3,14xf co = 2x3.14xf

f = frekvens f = frequency

C = linjens kapasitans C = line capacitance

L = linjens induktans L = line inductance

1 = linjens lengde 1 = the length of the line

l<2>= linjens lengde i kvadrat l<2>= the squared length of the line

I litteraturen vil det også kunne bli funnet andre uttrykk for Ferranti-effekten, men i alle fall er det enighet om at effekten øker med overføringsfrekvensen, kabelkapasitans, kabellengde og spenning. In the literature, it will also be possible to find other expressions for the Ferranti effect, but in any case it is agreed that the effect increases with the transmission frequency, cable capacitance, cable length and voltage.

Ut fra ovenstående ligning kan det sluttes at Ferranti-effekten for en lang linje kan bli kompensert for med en passende reduksjon i elektriske frekvensen. Dette er årsaken til Andre løsning med en undervanns VSD. Overføringsfrekvensen kan for eksempel være den vanlige europeiske frekvensen på 50 Hz. From the above equation, it can be concluded that the Ferranti effect for a long line can be compensated for with a suitable reduction in electrical frequency. This is the reason for the Second solution with an underwater VSD. The transmission frequency can be, for example, the common European frequency of 50 Hz.

En annen fordel med lav overføringsfrekvens vil være en sterk reduksjon av den elektriske skinneffekten for overføringskabelen, det vil si bedre utnyttelse av tverrsnittsarealet på kabelen. I praksis vil overføring av en høyfrekvent elektrisitet, for eksempel 100 Hz eller mer over lengre avstander, for eksempel 100 km eller mer, være prohibitivt på grunn av skinneffekten og den tilsvarende høye motstanden i kabelen. Another advantage of a low transmission frequency will be a strong reduction of the electrical skin effect for the transmission cable, i.e. better utilization of the cross-sectional area of the cable. In practice, the transmission of a high-frequency electricity, for example 100 Hz or more over longer distances, for example 100 km or more, would be prohibitive due to the skin effect and the correspondingly high resistance in the cable.

Påvirkningen fra Ferranti-effekten og skinneffekten må naturligvis beregnes fra tilfelle til tilfelle, for å kunne vurdere om de er akseptable eller ikke for overføring ved en gitt frekvens. Det er en etterspørsel etter å få frem elektriske kraftoverføringssystemer under vann, som vil være gunstige med hensyn til de ovenfor nevnte problemene, og uten å introdusere VSD'er under vann. The influence from the Ferranti effect and the skin effect must of course be calculated on a case-by-case basis, in order to assess whether they are acceptable or not for transmission at a given frequency. There is a demand to provide underwater electric power transmission systems that will be beneficial with respect to the above mentioned problems and without introducing underwater VSDs.

Figurer Figures

Oppfinnelsen er illustrert med figurer, hvor The invention is illustrated with figures, where

Figurer 1-3 illustrerer utførelsesformer av tidligere teknikk, og Figures 1-3 illustrate prior art embodiments, and

Figurer 4, 5 og 6 illustrerer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen. Figures 4, 5 and 6 illustrate embodiments of the present invention.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Oppfinnelsen tilveiebringer en innretning for operativ tilkopling mellom en undervanns utleggskabels fjernestliggende ende og undervannslaster så som pumper, kompressorer og reguleringssystemer, som skiller seg ut ved at innretningen vil være en statisk innretning for stepping av frekvensen, mer spesifikt en statisk oppsteppings- eller nedsteppingsanordning, og at den omfatter: The invention provides a device for operative connection between an underwater laying cable's farthest end and underwater loads such as pumps, compressors and regulation systems, which differs in that the device will be a static device for stepping the frequency, more specifically a static stepping-up or step-down device, and that it includes:

en statisk oppsteppings- eller nedsteppingsenhet, a static padding or padding device,

minst én gass- og / eller væskefylt trykktank hvor nevnte enhet eller deler av denne er anordnet i, og at least one gas- and / or liquid-filled pressure tank in which said unit or parts thereof are arranged, and

minst én penetrator for elektrisk kopling av nevnte enhet til utenfor trykktanken. at least one penetrator for electrical connection of said unit to the outside of the pressure tank.

Innretningen er fortrinnsvis en passiv frekvensoppsteppingsanordning, som ikke har midler for aktiv undervannsregulering eller -justering på stedet. The device is preferably a passive frequency jamming device, which does not have means for active underwater regulation or adjustment on site.

Mer foretrukket, innretningen vil være en undervanns statisk More preferably, the device will be an underwater static one

frekvensoppsteppingsanordning (engelsk: «Subsea Static Frequency Step-up Device», SSFSD) som omfatter passive komponenter i fast tilstand, for undervannsplassering ved den fjernestliggede enden av en undervanns utleggskabel koplet til minst en kraftkilde ved utleggskabelens nærliggende ende ved et tørt sted på land eller en toppside, og utleggslengen er lang, som betyr at den er lang nok til å kunne forårsake problemer på grunn av Ferranti-effekten ved de frekvens- og kraftnivåene som er mulig for undervanns pumpe- og kompressormotorer, og hvor innretningen via utleggskabelen tar i mot en inngang av elektrisk kraft ved en tilstrekkelig lav frekvens til å kunne ha en frequency step-up device (English: "Subsea Static Frequency Step-up Device", SSFSD) comprising passive components in a solid state, for underwater placement at the remote end of an underwater laying cable connected to at least one power source at the near end of the laying cable at a dry location on land or a topside, and the extension length is long, which means that it is long enough to cause problems due to the Ferranti effect at the frequency and power levels possible for underwater pump and compressor motors, and where the installation via the extension cable receives an input of electrical power at a sufficiently low frequency to be able to have a

stabil overføring, og hvor innretningen, som er operativt koplet til undervannsmotoren, leverer en utgang av elektrisk frekvens, ampere og spenning som vil kunne la seg gjøre for drift av de tilkoblede motorene, og innretningen blir satt inn i en trykktank eller et - hus som vil være fylt med væske eller gass eller begge deler. stable transmission, and where the device, which is operatively connected to the underwater motor, delivers an output of electrical frequency, amperes and voltage that will be capable of operating the connected motors, and the device is inserted into a pressure tank or a housing which will be filled with liquid or gas or both.

Ingen tidligere undervanns trykkforsterkningssystemer har tatt hensyn til Ferranti-effekten. Tidligere systems versjon med en undervanns VSD vil derfor kunne være ubrukelig i mange applikasjoner, siden isolasjonen på utleggskabelen kan bli ødelagt av en ukontrollert høy spenning på den fjernestliggende enden på grunn av Ferranti-effekten. Særtrekket om en «passiv elektrisk frekvensoppsteppings eller -nedsteppings-(eller steppings-) anordning», betyr at anordningen ikke skal og ikke kan bli justert på stedet, under drift eller ved et hvilken som helst tidspunkt ved systemets levetid, anordningen er en passiv slaveenhet, nemlig en passiv frekvensoppsteppingsanordning eller en passiv frekvensnedsteppingsanordning, i motsetning til en undervanns VSD. En undervanns VSD er svært kompleks, stor og kostbar, - den er typisk omtrent 12 m høy, 3 m i diameter og veier rundt 200 tonn. I motsetning til dette, vil den passive anordningen være mye mindre og enklere, og vil typisk være omtrent 6 m lang og 2 - 3 m i diameter, med en vekt på rundt 50 tonn. Anordningens pålitelighet har blitt anslått å være flere ganger bedre enn den for en undervanns VSD. Dette er på grunn av at en undervanns VSD er svært kompleks, og selv om alle komponenter i en undervanns VSD vil være av topp kvalitet, vil i praksis det store antallet av komponenter og kompleksitet føre til en dårligere pålitelighet. Kostnaden for anordningen eller et system av oppfinnelsen vil bli betydelig redusert sammenlignet med de systemene som har dagens teknikk av en undervanns VSD. Uttrykket andre laster omfatter strøm til reguleringssystemer og andre laster som ikke nødvendigvis er knyttet til trykkforsterkning. No previous underwater pressure boosting systems have taken the Ferranti effect into account. The previous system's version with an underwater VSD would therefore be unusable in many applications, since the insulation on the extension cable could be destroyed by an uncontrolled high voltage at the far end due to the Ferranti effect. The feature of a "passive electrical frequency step-up or step-down (or stepping) device" means that the device shall not and cannot be adjusted on site, during operation or at any time during the lifetime of the system, the device is a passive slave device , namely a passive frequency step-down device or a passive frequency step-down device, as opposed to an underwater VSD. An underwater VSD is very complex, large and expensive, - it is typically about 12 m high, 3 m in diameter and weighs around 200 tonnes. In contrast, the passive device will be much smaller and simpler, and will typically be about 6 m long and 2 - 3 m in diameter, weighing around 50 tonnes. The reliability of the device has been estimated to be several times better than that of an underwater VSD. This is because an underwater VSD is very complex, and although all components in an underwater VSD will be of top quality, in practice the large number of components and complexity will lead to poorer reliability. The cost of the device or a system of the invention will be significantly reduced compared to the systems that have the current technique of an underwater VSD. The term other loads includes power for control systems and other loads which are not necessarily linked to pressure amplification.

Driftsfrekvensen for utleggskabelen må tas i betraktning, hvor det blir tatt hensyn til Ferranti-effekten og de elektriske tapene. Isolasjon er et nøkkelelement. Mest foretrukket vil dimensjoner på ledere og isolasjon, og valg av driftsfrekvens, være slik at ved den fjernestliggende enden av kabelen vil Ferranti-effekten, ved det maksimale under drift, øke spenningen like mye som det elektriske tapet, og kabelutformingen blir forenklet. Den veiledningen som har blitt tilveiebragt i dette dokumentet, kombinert med god teknisk praksis, antas å være tilstrekkelig for å få en ordentlig utforming av utleggskabelen, inkludert valg av driftsfrekvens: Løsningen bør kunne finnes for hvert enkelt tilfelle. Anordningen i henhold til oppfinnelsen blir da bli utformet for å kunne omforme driftsfrekvensen for utleggskabelen til driftsfrekvensen for undervannslastene, det vil si undervannskompressorer eller -pumper eller, mer spesifikt, motorene som er for undervannskompressorer eller -pumper. The operating frequency of the laying cable must be taken into account, where the Ferranti effect and the electrical losses are taken into account. Insulation is a key element. Most preferably, dimensions of conductors and insulation, and choice of operating frequency, will be such that at the furthest end of the cable the Ferranti effect, at its maximum during operation, will increase the voltage as much as the electrical loss, and the cable design will be simplified. The guidance that has been provided in this document, combined with good technical practice, is believed to be sufficient to obtain a proper design of the laying cable, including the choice of operating frequency: the solution should be found for each individual case. The device according to the invention will then be designed to be able to convert the operating frequency of the laying cable to the operating frequency of the underwater loads, i.e. underwater compressors or pumps or, more specifically, the motors for underwater compressors or pumps.

Ytterligere utførelsesformer og særtrekk har blitt definert i de avhengige kravene. De særtrekkene som har blitt beskrevet eller illustrert i dette dokumentet vil kunne bli innbefattet i oppfinnelsens anordning i en hvilken som helst kombinasjon, og hver slik kombinasjon vil være en utførelsesform av oppfinnelsen. Motivasjonen for slike kombinasjoner vil være basert på det som har blitt beskrevet eller blitt illustrert, eller kombinasjonene vil være opplagte for fagpersoner på området ette å ha studert dette dokumentet grundig. Additional embodiments and features have been defined in the dependent claims. The features that have been described or illustrated in this document can be included in the device of the invention in any combination, and each such combination will be an embodiment of the invention. The motivation for such combinations will be based on what has been described or illustrated, or the combinations will be obvious to those skilled in the art having studied this document thoroughly.

Den elektriske frekvensen for anordningens inn- og utgang vil være forskjellige. Forskjellen vil være ved et fast tallforhold for passive anordninger. Inngangsfrekvensen, driftsfrekvensen for utleggskabelen, vil være i området 0,1 - 150 Hz, så som 2-60 eller 4 - 50 Hz eller 5-40 Hz, mens utgangsfrekvensen vil være i området 0,1 -350 Hz, så som 30 - 300 eller 50 - 250 Hz eller 50 - 200 Hz, Undervannsinnretningen vil kunne bli anordnet i ett eller flere hus, som ett eller flere elementer, imidlertid må alle deler kunne stå i mot det barske undervannsmiljøet uten at det må feile. Med den foreliggende oppfinnelsen vil langtidskostnaden og påliteligheten for nevnte anordning, og tilhørende systemer, bli betydelig forbedret i forhold til det som for tiden vil kunne oppnås med for eksempel undervanns turtallsregulerte drivmotorer i fast tilstand. The electrical frequency of the device's input and output will be different. The difference will be a fixed numerical ratio for passive devices. The input frequency, the operating frequency of the laying cable, will be in the range 0.1 - 150 Hz, such as 2-60 or 4 - 50 Hz or 5-40 Hz, while the output frequency will be in the range 0.1 - 350 Hz, such as 30 - 300 or 50 - 250 Hz or 50 - 200 Hz, The underwater device will be able to be arranged in one or more houses, as one or more elements, however all parts must be able to withstand the harsh underwater environment without it having to fail. With the present invention, the long-term cost and reliability of said device, and associated systems, will be significantly improved compared to what can currently be achieved with, for example, underwater speed-regulated drive motors in a solid state.

I tillegg tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av en undervanns statisk steppingsanordning for å kunne omforme de karakteristiske strømkarakteristikkene for en undervanns utleggskabel til en elektrisk kraftskarakteristikk som er mulig for drift av tilkoplet undervannsutstyr, et system med minst én undervanns steppingsanordning i henhold til oppfinnelsen anordnet på den fjernestliggende enden av en undervanns utleggskabel, og en fremgangsmåte for å drifte nevnte system, ved reguleringsjusteringer bare for systemgjenstander ved slike steder som en tørr toppside eller på land. In addition, the invention provides the use of an underwater static stepping device to be able to transform the characteristic current characteristics of an underwater laying cable into an electrical power characteristic that is possible for the operation of connected underwater equipment, a system with at least one underwater stepping device according to the invention arranged at the farthest end of an underwater laying cable, and a method of operating said system, by regulatory adjustments only for system items at such locations as a dry topside or on land.

Oppfinnelsens utførelsesform med frekvensoppsteppin<g>for å kjøre vekselstrømsmotorer The embodiment of the invention with frequency stepping<g>for driving alternating current motors

En utførelsesform av oppfinnelsen, den Fjerde løsningen, har blitt vist i figur 4 og 5. det viktigste særtrekket ved denne utførelsesformen vil være en introduksjon av en undervanns frekvensoppsteppingsanordning (F SD), plassert under vann ved den fjernestliggende enden av overføringskabel en og med en kort avstand til de motorene som kjører kompressorene og pumpene. Kort avstand i denne sammenheng betyr nære nok til å kunne holde et akseptabelt ohmsk motstandstap, og dermed krafttap, mellom FSD'en og motorene, og det betyr også kort nok til å unngå de problemene som oppstår på grunn av Ferranti-effekt og ustabilitet. Det er viktig å merke seg at undervanns FSD'er ikke direkte vil regulere frekvensen til å passe driftshastighjeten for motorer, ved å ha et lokalt reguleringssystem som justerer hastigheten i henhold til behov. Variasjon av hastighet i henhold til produksjonsbehovet ved stasjonær tilstand, oppstart og stopp, og ramping av hastighet ned og opp, blir gjort med VSD'en ved den nærliggende endeoverflaten (toppside på plattform eller på land), langt unna undervanns FSD'ene. FSD'ene er ganske enkelt slaver av VSD'en, og deres formål vil bare være en oppstepping av den overføringsfrekvensen, som er gitt av VSD'en med en eller annen multippel. An embodiment of the invention, the Fourth Solution, has been shown in Figures 4 and 5. The most important feature of this embodiment will be the introduction of an underwater frequency stepping device (F SD), placed underwater at the farthest end of the transmission cable and with a short distance to the motors that drive the compressors and pumps. Short distance in this context means close enough to be able to keep an acceptable ohmic resistance loss, and thus power loss, between the FSD and the motors, and it also means short enough to avoid the problems that arise due to Ferranti effect and instability. It is important to note that underwater FSDs will not directly regulate the frequency to suit the operating speed of motors, having a local regulation system that adjusts the speed according to need. Variation of speed according to production demand at steady state, start and stop, and ramping of speed down and up is done with the VSD at the near end surface (top side on platform or on land), far away from the subsea FSDs. The FSDs are simply slaves to the VSD, and their purpose will only be a padding of the transmission frequency, which is given by the VSD by some multiple.

Undervanns statisk frekvensoppsteppingsanordning Underwater static frequency jamming device

En utførelsesform av en undervanns F SD er en undervanns fast-trinns statisk VSD (SVSD) blitt tilveiebragt slik at, når den har blitt modifisert til passe til det enkle formålet av å være en oppsteppingsanordning for overføringsfrekvensen, kan den bli laget i en forenklet versjon med en akseptabel høy robusthet, pålitelighet og tilgjengelighet. En opplagt forenkling synes å være at reguleringssystemets datamaskin, for å stille inn oppsteppingsforholdet, vil kunne bli plassert på overflaten og bli koplet til eller integrert inn i reguleringssystemet for overflate-VSD'en, som egentlig regulerer hastigheten på motorene. Den eneste funksjonen for undervanns statisk frekvensoppsteppingsanordning (SSFSD) er oppstepping av overføringsfrekvensen med et oppsteppingsforhold, n : 1. Det vil ikke være noe behov for en veldig rask respons lokalt til SSFSD'en, og som derfor vil tillate at den blir plassert ved en nærliggende ende. One embodiment of an underwater F SD is an underwater fixed-stage static VSD (SVSD) has been provided so that, once modified to suit the simple purpose of being a transmit frequency padding device, it can be made in a simplified version with an acceptably high level of robustness, reliability and availability. An obvious simplification seems to be that the control system's computer, in order to set the stuffing ratio, can be placed on the surface and be connected to or integrated into the control system for the surface VSD, which actually regulates the speed of the engines. The only function of the underwater static frequency jamming device (SSFSD) is jamming the transmit frequency with a jamming ratio, n : 1. There will be no need for a very fast response locally to the SSFSD, which will therefore allow it to be placed at a near end.

Et reguleringssystem som blir plassert på overflaten er opplagt mye lettere å vedlikeholde og reparere enn en som blir plassert under vann, og vil derfor betydelig øke påliteligheten for SF SD'en. A regulation system that is placed on the surface is obviously much easier to maintain and repair than one that is placed underwater, and will therefore significantly increase the reliability of the SF SD.

En opplagt fordel med en SSFSD vil være at oppsteppingsforholdet kan bli nullstilt ved visse tidspunkter dersom dette er fordelaktig, for eksempel ved å øke tallforholdet fra 2 : 1 til 3 : 1. Inngangssignalet til reguleringssystemet for SSFSD'en vil være overføringsfrekvensen, og utgangen er et signal som stepper opp frekvensen for den elektriske kraften ut fra SFSD'en med et innstilt tallforhold som passer til den virkelige hastigheten for motoren(e). An obvious advantage of an SSFSD would be that the stuffing ratio can be reset to zero at certain times if this is beneficial, for example by increasing the ratio from 2 : 1 to 3 : 1. The input signal to the regulation system for the SSFSD will be the transmission frequency, and the output is a signal that steps up the frequency of the electrical power output from the SFSD by a set number ratio that matches the actual speed of the motor(s).

Også i dette tilfelle vil det generelle uttrykket være: Also in this case, the general expression will be:

fs.u=n x ft, hvor fs.u=n x ft, where

n: en multippel som ikke nødvendigvis renger å være et heltall, men kan settes til en hvilken som helst ønskelig verdi, for eksempel 2,3. n: a multiple which does not necessarily need to be an integer, but can be set to any desired value, for example 2.3.

En SSFSD kan, alternativt til å sette et frekvensforhold, bli programmert til å steppe opp frekvensen med en bestemt tillagt økning, for eksempel legge til 100 Hz i en overføringsfrekvens på 50 Hz, eller i et mer generisk uttrykk: fs.u= ft+ Afa, hvor: An SSFSD can, alternatively to setting a frequency ratio, be programmed to step up the frequency by a certain added gain, for example adding 100 Hz to a transfer frequency of 50 Hz, or in a more generic expression: fs.u= ft+ Afa , where:

ft: overføringsfrekvensen, Hz ft: transmission frequency, Hz

fs.u: oppsteppet frekvens = input frekvens til motorer, Hz fs.u: blocked frequency = input frequency to motors, Hz

fa : tillagt frekvens, Hz fa : added frequency, Hz

Noen elementer av en praktisk løsning vil kunne innbefatte: Some elements of a practical solution could include:

De komponentene som er i SSFSD kan bli satt sammen i en trykktank fylt opp med en egnet væske, for eksempel isolerende olje som også avkjøler de elektroniske og elektriske komponentene. The components that are in the SSFSD can be put together in a pressure tank filled with a suitable liquid, for example insulating oil that also cools the electronic and electrical components.

Den interne oljen vil kunne være trykkbalansert med det omgivende sjøvannet, eller trykket vil kunne bli holdt på et nivå som på mellom én bar og omgi vel sestrykket, bestemt av trykktoleransen for komponentene. The internal oil will be able to be pressure balanced with the surrounding seawater, or the pressure will be able to be maintained at a level of between one bar and the surrounding well see pressure, determined by the pressure tolerance of the components.

Reguleringssystemet vil kunne bli plassert inne i trykkhuset, men det vil være mer gunstig å ha det i en separat ekstern kapsel. Reguleringssystemet vil kunne bli plassert på overflaten (toppsides eller på land). The regulation system could be placed inside the pressure housing, but it would be more advantageous to have it in a separate external capsule. The regulation system will be able to be placed on the surface (top side or on land).

Alternativt til en væskefylt tank, vil det kunne bli brukt en tank fylt opp med inert, tørr gass, for eksempel tørr nitrogen. Trykket innenfor huset vil kunne bli valgt fra i området av én bar og opp til det som er likt med det omgivende vanntrykket eller høyere. Fordelen med høyt trykk er at varmekapasiteten på gassen vil øke med trykket og vil derfor gi en bedre avkjøling. En annen fordel med høyt trykk er også at man vil få et redusert krav til veggtykkelsen og en lavere belastning på flenser og tetninger. Dsom trykket velges tett opp til det som er likt med det omgivende sjøvannstrykket, vil de kravene som følger i forhold til trykktank, flenser og tetninger være tilsvarende en væskefylt trykkbalansert tank. Det vil være den trykktoleransen for de komponentene som skal være inne i tanken (det vil si elektroniske, elektriske, og andre) som vil være avgjørende for trykkbegrensningen. As an alternative to a liquid-filled tank, a tank filled with inert, dry gas, for example dry nitrogen, could be used. The pressure inside the house will be able to be selected from in the range of one bar up to that which is equal to the surrounding water pressure or higher. The advantage of high pressure is that the heat capacity of the gas will increase with the pressure and will therefore provide better cooling. Another advantage of high pressure is that you will get a reduced requirement for wall thickness and a lower load on flanges and seals. As the pressure is chosen close to what is equal to the surrounding seawater pressure, the requirements that follow in relation to the pressure tank, flanges and seals will be equivalent to a liquid-filled pressure-balanced tank. It will be the pressure tolerance for the components that will be inside the tank (that is, electronic, electrical and others) that will be decisive for the pressure limitation.

Dersom det er gunstig, vil komponentene i en SSFSD kunne bli segregert på en optimal måte i samsvar med deres toleranser for: væske, trykksatt væske og trykksatt gass. De komponentene vil kunne bli anordnet i tanker på den følgende måten: De mest robuste komponentene kan bli installert i en tank fylt opp med trykksatt væske. Komponenter som er tolerante for væsker, som har lav toleranse for trykk, kan bli installert i en annen lavtrykks væskefylt tank. If it is favorable, the components of an SSFSD will be able to be segregated in an optimal way according to their tolerances for: liquid, pressurized liquid and pressurized gas. Those components can be arranged in tanks in the following way: The most robust components can be installed in a tank filled with pressurized liquid. Liquid tolerant components that have low pressure tolerance can be installed in another low pressure liquid filled tank.

Komponenter som ikke tolererer væske, men tolererer høytrykks gass kan bli installert i en høytrykks tank. Components that do not tolerate liquid but tolerate high pressure gas can be installed in a high pressure tank.

Passende avkjøling må anvendes for de forskjellige tankene. Appropriate cooling must be used for the different tanks.

Komponenter i de forskjellige tankene vil bli koplet som nødvendig, med ledninger som går gjennom penetratorer i tankveggene. Undervanns koplingsenheter, som er i stand til å gå i pardannelse, vil også kunne bli anordnet mellom tankene for å få de installerbare og opphentbare hver for seg. Components in the various tanks will be connected as necessary, with wires passing through penetrators in the tank walls. Underwater coupling units, capable of pairing, will also be able to be arranged between the tanks to make them installable and retrievable separately.

Det skal nevnes at den ovenfor beskrevne segregeringen, for å få til et optimalt arrangement av komponentene i en SSFSD i forskjellige tanker, hvor det blir tatt hensyn til nødvendig antall penetratorer og koplingsenheter, også vil kunne bli anvendt for undervanns variabel hastighets drivmotorer (VSD). It should be mentioned that the segregation described above, in order to achieve an optimal arrangement of the components of a SSFSD in different tanks, where the necessary number of penetrators and coupling units are taken into account, will also be able to be used for underwater variable speed drive motors (VSD). .

Hver trykktank eller hvert trykkhus omfatter minst en penetrator, så som en penetrator for hver fase av inn og ut, eller en felles penetrator for henholdsvis fasene inn og ut, eller en felles penetrator for alle faser inn og ut. Each pressure tank or each pressure housing comprises at least one penetrator, such as one penetrator for each phase of in and out, or a common penetrator for the phases in and out respectively, or a common penetrator for all phases in and out.

Noen vurderinger Some reviews

Et viktig punkt ved oppfinnelsen vil være at, selv om det typisk blir brukt en VSD på den nærliggende enden, det ikke er viktig å kunne være i stand til å foreta en rask justering av frekvensen på motorlastene. Motorens hastighet vil langsom bli justert i løpet av årene, mens reservoaret produserer og felttrykket gradvis blir redusert, som dermed vil kreve økende kraft, det vil si motorhastighet. Dette faktum vil gi anledning til, for eksempel, en midlertidig ramping ned av motorer som går, for å kunne kople til en motor til. Alternativt vil den ubrukte motoren kunne bli koplet direkte på lasten dersom beregningene har vist at dette vil kunne være mulig å gjøre med hensyn til strømtopper eller andre forstyrrelser i strømoverføringssystemet. Avhengig av antall motorer som allerede er i gang, vil det kunne være fordelaktig å midlertidig redusere frekvensen før DOL-starten (DOL: «direct online»). Om nødvendig, vil strømmen kunne bli slått av når man starter en ekstra motor, og oppstart og oppramping av hastigheten for alle motorer samtidig. I en kompressorstasjon vil et annet alternativ kunne være å sette alle pumper og kompressorer i sirkulasjon før man starter opp en kompressor eller en pumpe som har blitt stanset, og deretter starte opp den enheten som har stanset, og når denne har nådd den ønskede hastigheten, sette alle kompressorer og pumper online i en produksjonsmodus. An important point of the invention will be that, although a VSD is typically used on the near end, it is not important to be able to make a quick adjustment of the frequency of the motor loads. The engine speed will slowly be adjusted over the years, while the reservoir produces and the field pressure is gradually reduced, which will thus require increasing power, i.e. engine speed. This fact will give rise to, for example, a temporary ramping down of running engines, in order to be able to connect another engine. Alternatively, the unused motor could be connected directly to the load if the calculations have shown that this would be possible to do with regard to power peaks or other disturbances in the power transmission system. Depending on the number of engines already running, it may be advantageous to temporarily reduce the frequency before the DOL start (DOL: «direct online»). If necessary, the power can be switched off when starting an additional motor, and starting and ramping up the speed for all motors at the same time. In a compressor station, another option would be to put all pumps and compressors into circulation before starting up a compressor or a pump that has been stopped, and then start up the unit that has stopped, and when this has reached the desired speed, put all compressors and pumps online in a production mode.

De ovenfor nevnte anordningene og fremgangsmåtene gjør det mulig å håndtere Ferranti-effekten og skinneffekten, og dermed gi en betydelig forlengelse av avstanden for statisk undervanns høyspent strømoverføring. The above-mentioned devices and methods make it possible to deal with the Ferranti effect and the skin effect, thus providing a significant extension of the distance for static underwater high-voltage power transmission.

Dermed vil maksimalt praktisk utleggsavstand kunne bli øket svært mye uten å introdusere undervanns VSD'er med lokal undervannsregulering av frekvensen. I både figur 4 og 5 har oppsteppingsanordningene ikke et lokalt reguleringssystem som varierer frekvensen og dermed hastigheten på motorene i henhold til produksjonen, de har verken regulering av nedrampingen for frekvens for å legge til en drift av motorer som har stanset eller har direkte regulering av oppramping for frekvensen for å få den virkelige hastigheten på motoren til å passe med produksjonen. Thus, the maximum practical laying distance can be increased very much without introducing underwater VSDs with local underwater regulation of the frequency. In both Figures 4 and 5, the back-up devices do not have a local control system that varies the frequency and thus the speed of the motors according to the production, they neither have control of the ramp-down for frequency to add an operation of stopped motors or have direct control of the ramp-up for the frequency to make the real speed of the motor match the output.

Som nevnt i seksjonen om «Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere teknikk», vil As mentioned in the section on "Background of the invention and prior art", will

hastigheten på kompressorene typisk kunne spenne fra for eksempel 4000 til 14000 rpm og fra for eksempel 2000 til 5000 rpm for pumpene. Når kompressor- og pumpemotorer i en kompresjonsstasjon i henhold til oppfinnelsen (Fjerde og Femte løsning) blir tilført med den samme frekvensen med en felles overføringskabel, vil hastigheten for pumpene lett kunne bli justert til den ønskede hastigheten av halvparten av kompressorhastigheten ved å bruke fire-polete, eller flere-polete, motorer for pumpene, og to-polete motorer for kompressorene. Dersom pumpene brukes til regulering av væskenivået i en separator i en kompressorstasjon, vil en passende variabel netto the speed of the compressors could typically range from, for example, 4,000 to 14,000 rpm and from, for example, 2,000 to 5,000 rpm for the pumps. When compressor and pump motors in a compression station according to the invention (Fourth and Fifth solution) are supplied with the same frequency with a common transmission cable, the speed of the pumps can easily be adjusted to the desired speed of half the compressor speed by using four- pole, or multi-pole, motors for the pumps, and two-pole motors for the compressors. If the pumps are used to regulate the liquid level in a separator in a compressor station, a suitable variable net will

fremadgående strømning for pumpen kunne bli anordnet med resirkulering og bli utstyrt med ventiler for strømningsregulering. forward flow for the pump could be provided with recirculation and be fitted with valves for flow regulation.

Hastigheten for pumpene vil derfor kunne bli regulert på følgende eventuelle måter: Dedikert SSFSD for hver pumpemotor. The speed of the pumps will therefore be able to be regulated in the following possible ways: Dedicated SSFSD for each pump motor.

En felles SSFSD for flere pumpemotorer. A common SSFSD for several pump motors.

Kjøre pumpemotorene på samme frekvens som kompressorene, men med det dobbelte antallet av poler, og som fører til en halvering av rotasjonshastigheten. Run the pump motors at the same frequency as the compressors, but with twice the number of poles, which leads to a halving of the rotation speed.

Kjøre pumpene på den samme overføringsfrekvensen. Run the pumps at the same transmission frequency.

Generelt kan antall SSFSD'er være fra én per motor til en stor felles enhet for alle motorer, eller et eller annet i mellom, for eksempel én SSFSD per store kompressormotor og én felles enhet for nokså små motorer eller, som nevnt ovenfor, ingen SSFSD for pumpemotorene. In general, the number of SSFSDs can be from one per engine to a large common unit for all engines, or something in between, for example one SSFSD per large compressor engine and one common unit for fairly small engines or, as mentioned above, no SSFSD for the pump motors.

Noen foreslåtte kombinasjoner av overflateplasserte VSD'er, antall undervanns drivmotorer og antall 3-fase overføringslinjer Some suggested combinations of surface-located VSDs, number of underwater propulsion motors and number of 3-phase transmission lines

En 3-fase overføringslinje består av tre individuelle kabler som er isolerte og buntet sammen. For en lang undervannsoverføring med mer enn én motor, for eksempel to kompressorer, er det med den foreliggende teknologien mulig å bunte sammen overføringslinjer for flere SSFSD'er, for eksempel seks kabler i bunten, i tilfelle av to SSFSD'er. Dette vil redusere utleggjngskostnadene for linjene, og har den fordelen av å kunne tillate individuell frekvensregulering av to eller flere motorer Ml, M2 og så videre, ved den fjernestliggende endene av de linjene som har blitt buntet sammen. A 3-phase transmission line consists of three individual cables that are insulated and bundled together. For a long underwater transmission with more than one engine, for example two compressors, with the present technology it is possible to bundle together transmission lines for several SSFSDs, for example six cables in the bundle, in case of two SSFSDs. This will reduce the laying costs for the lines, and has the advantage of being able to allow individual frequency regulation of two or more motors Ml, M2 and so on, at the farthest ends of the lines that have been bundled together.

I tabell 2 er det forklart betydningen av de gjenstandene som er i figurene. Table 2 explains the meaning of the items in the figures.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det vises til Figur 4, som illustrerer en spesifikk utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Node 1 blir koplet til en kilde for elektrisk kraft; kilden er et lokalt strømnett eller, for eksempel, et lokalt kraftgenereringssystem. En VSD 3 er tilkopling til en strømkilde. En VSD-inngang transformator 2 blir ofte koplet mellom, for å kunne justere tilførselsspenningen, for eksempel 13,8 kV for en plattform til den klassifiserte VSD-spenningen, for eksempel 6 kV. Transformatoren vil kunne være en integrert del av VSD'en, slik som tilbys av noen leverandører. Normalt vil det være nødvendig med en oppsteppingstransformator 4 for å kople VSD3 til den høyspente overføringslinjen 5, som i det eksempelet med en undervannsapplikasjon består av en kabel. En typisk spenning som anvendes på kabelen kunne for eksempel være omtrent 120 kV. Kabelen blir lagt ned i havet for å kunne strekke seg fra den nærliggende enden 8 til undervanns fjernestliggende ende 9; kabelen har en operativ lengde hvor Ferranti-effekten begynner å bli observert inntil der hvor den sterkt dominerer laststrømmen. Dette kan bli oversatt til lengde i størrelsesorden av 20 km, til 100 km og trolig mer enn dette, diktert av stedet og egenskapene for undervannslastene. På den fjernestliggende enden 9 av kabelen anordnes en undervanns transformator 6, som stepper ned spenningen til for eksempel 20 kV som passer for kretsbryterne 7, 7', 7", 7"', etterfulgt av transformator 13, 13', 13", 13"', som stepper ned til for eksempel 6 kV som passer som driftsspenningen for SSFSD'er, som også er en passende spenning for motorene Ml, M2, M3, M4. Det er illustrert fire undervannsmotorer, som for eksempel vil kunne være to kompressormotorer Ml, M2 og to pumpemotorer M3, M4. Nedsteppingstransformatorene er i prinsippet valgfrie, fordi nedsteppingstransformatore 6 (ref. figurer 4 og 5) direkte kan steppe ned den spenningen som vil være egnet for undervanns SSFSD'ene, slik som illustrert i figur 5. Å inkludere 13,13',13" og 13"' er et spørsmål om optimalisering av kraftfordelingssystemet på den fjernestliggende enden. Reference is made to Figure 4, which illustrates a specific embodiment of the present invention. Node 1 is connected to a source of electrical power; the source is a local power grid or, for example, a local power generation system. A VSD 3 is connected to a power source. A VSD input transformer 2 is often connected in between, in order to adjust the supply voltage, for example 13.8 kV for a platform to the rated VSD voltage, for example 6 kV. The transformer could be an integrated part of the VSD, as offered by some suppliers. Normally, a step-up transformer 4 would be required to connect VSD3 to the high voltage transmission line 5, which in the example of an underwater application consists of a cable. A typical voltage applied to the cable could, for example, be approximately 120 kV. The cable is laid in the sea to be able to extend from the near end 8 to the underwater farthest end 9; the cable has an operational length where the Ferranti effect begins to be observed until where it strongly dominates the load current. This can be translated into lengths of the order of 20 km, to 100 km and probably more than this, dictated by the location and characteristics of the underwater loads. On the farthest end 9 of the cable, an underwater transformer 6 is arranged, which steps down the voltage to, for example, 20 kV which is suitable for the circuit breakers 7, 7', 7", 7"', followed by transformer 13, 13', 13", 13 "', which steps down to, for example, 6 kV which is suitable as the operating voltage for SSFSDs, which is also a suitable voltage for motors Ml, M2, M3, M4. Four underwater motors are illustrated, which could for example be two compressor motors Ml, M2 and two pump motors M3, M4. The step-down transformers are in principle optional, because step-down transformers 6 (ref. Figures 4 and 5) can directly step down the voltage that will be suitable for the underwater SSFSDs, as illustrated in Figure 5. Including 13,13',13" and 13"' is a matter of optimization of the power distribution system at the far end.

De undervanns SSFSD'ene i figurer 4-6 stepper opp overføringsfrekvensen med et ønskelig trinn opp. The underwater SSFSDs in Figures 4-6 step up the transmission frequency by a desirable step up.

Det skal understrekes at nøkkelkomponentene i kraftoverføringssystemene av figurer 4 - 6 er kraftkilden 1, variabel hastighet drivmotor (VSD) 3, overføringskabelen 5 og 16. De andre komponentene, det vil si oppsteppings- og nedsteppingstransformatorene, 2, 4, 6 og 14, 13', 13" og 13"' og kretsbryterne 15, 7, 7', 7", 7"', er inkludert i samsvar med behovet fra tilfelle til tilfelle. It should be emphasized that the key components of the power transmission systems of Figures 4 - 6 are the power source 1, the variable speed drive motor (VSD) 3, the transmission cable 5 and 16. The other components, i.e. the step-up and step-down transformers, 2, 4, 6 and 14, 13 ', 13" and 13"' and the circuit breakers 15, 7, 7', 7", 7"', are included in accordance with the need from case to case.

Kostnaden for lange undervannskabler og undervanns VSD'er vil være svært stor, og undervanns VSD'er i figur 2 har en negativ innvirkning på systempålitelighet så vel som at de er dyre. En felles overføringskabel sammenlignet med den løsningen som er i figur 1 vil derfor representere en betydelig besparelse på investeringene. The cost of long underwater cables and underwater VSDs will be very high, and underwater VSDs in Figure 2 have a negative impact on system reliability as well as being expensive. A common transmission cable compared to the solution in figure 1 will therefore represent a significant saving on investment.

Det skal nevnes at selv om én felles overføringskabel vil være gunstig ut fra kostnadshensyn, vil det ikke være noen tekniske problemer med å ha én overføringskabel for hver SSFSD. Dette vi kunne være den optimale løsningen for mellomliggende utleggslengder, for eksempel 35 til 75 km, det vil si opp til de avstandene hvor kabelkostnaden ikke blir prohibitiv. Med én VSD per overføringskabel, det vil si én VSD per undervannsmotor, fører dette til individuell hastighetsregulering for hver motor. It should be mentioned that although one common transmission cable would be advantageous from a cost perspective, there would be no technical problems with having one transmission cable for each SSFSD. This could be the optimal solution for intermediate installation lengths, for example 35 to 75 km, that is up to the distances where the cable cost does not become prohibitive. With one VSD per transmission cable, i.e. one VSD per underwater motor, this leads to individual speed control for each motor.

Kondensert beskrivelse av oppfinnelsen undervanns oppsteppingsanordning Det er problematisk, eller til og med ikke mulig, å overføre høyspent høy-effekts elektrisitet ved høy frekvens, for eksempel mer enn 100 Hz, over lange undervanns oppsteppingsavstander, for eksempel mer enn 10 km, for å forsyne motorer som opererer ved høy hastighet for undervannspumper og -kompressorer. Dette er på grunn av Ferranti-effekten som kan bure over spenning og ustabilitet i overføringssystemet, så vel som den skinneffekten som skaper stor ohmsk motstand, og følgelig stort tap av spenning og effekt. Condensed Description of the Invention Underwater Stumping Device It is problematic, or even impossible, to transmit high-voltage high-power electricity at high frequency, for example more than 100 Hz, over long underwater stumbling distances, for example more than 10 km, to supply motors operating at high speed for underwater pumps and compressors. This is due to the Ferranti effect which can carry over voltage and instability in the transmission system, as well as the skin effect which creates large ohmic resistance, and consequently large loss of voltage and power.

Undervanns variabel hastighet drivmotorer, hvor overføringsfrekvensen kan være lav, for eksempel 50 Hz, tilveiebringer en løsning på dette. Imidlertid vil de være de store, og være utstyrt med en stor mengde med sensitive, skjøre elektriske og elektroniske komponenter og reguleringssystem, som i tillegg til å gjøre dem dyre også antas å kunne ha en høy hyppighet med feil. Underwater variable speed drive motors, where the transmission frequency can be low, for example 50 Hz, provide a solution to this. However, they will be the big ones, and be equipped with a large amount of sensitive, fragile electrical and electronic components and control systems, which, in addition to making them expensive, are also believed to have a high frequency of failure.

Oppfinnelsen tilbyr en løsning på dette ved å ha VSD'en med sitt reguleringssystem på overflaten (på en plattform eller på land), og som da har enkle undervanns frekvensoppsteppingsanordninger i nærheten av undervannsmotorene. Disse anordningene regulerer ikke direkte frekvensen i den elektriske strømmen på motorene, men deres eneste funksjon er å steppe opp overføringsfrekvensen, som vil være variabel og være innstilt til en frekvens i samsvar med behovet for motorene, med et egnet forholdstall. The invention offers a solution to this by having the VSD with its regulation system on the surface (on a platform or on land), and which then has simple underwater frequency blocking devices in the vicinity of the underwater motors. These devices do not directly regulate the frequency of the electric current on the motors, but their only function is to step up the transmission frequency, which will be variable and set to a frequency in accordance with the needs of the motors, with a suitable ratio.

Dersom statiske oppsteppingsanordninger brukes, kan de bli forenklet sammenlignet med undervanns variable hastighets drivmotorer. Blant andre ting, vil reguleringssystemet for oppsteppingen kunne bli plassert på overflaten, og vil enten kunne bli koplet til den overflate-plasserte VSD'en eller bli integrert inn i den. If static plugging devices are used, they can be simplified compared to underwater variable speed drive motors. Among other things, the control system for the padding will be able to be placed on the surface, and will either be able to be connected to the surface-placed VSD or be integrated into it.

Claims

1. Device for operative connection between a remote end of an underwater laying cable and underwater loads, such as pumps, compressors and regulation systems, characterized in that the device is a static frequency stepping device, more specifically a static stepping or step-down device, and that it comprises: a static stepping device or step-down unit, at least one gas- and / or liquid-filled pressure tank, where said unit or parts thereof are arranged, and at least one penetrator for electrical connection of said unit to the outside of the pressure tank.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device is a passive frequency jamming device, in a solid state, which has no means for active underwater regulation or adjustment on site.

3. Device according to claim 1, wherein the device is an underwater static frequency blocking device (SSFSD) comprising solid state passive components, for underwater placement at a remote end of an underwater laying cable which is connected to at least one power source at the proximal end of the laying cable at a dry place on land or top side, the extension length is long, which means long enough to cause problems due to the Ferranti effect at the frequency and power levels possible for underwater motors for pumps and compressors, and where the device via the extension cable takes against electrical power at a sufficiently low frequency to be able to have a stable transmission, and the device, which is operatively connected to the underwater motor, delivers an output of electrical frequency, amperes and voltage that shall be possible for the operation of the connected motors, and the device will be installed in a pressure tank or housing that has been filled with liquid or gas.

4. Device according to claim 3, characterized in that the pressure tank or housing has been filled with liquid.

5. Device according to claim 4, characterized in that the liquid will be an insulating oil.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the liquid cools down the electronic and electrical components.

7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that the internal pressure can be at a level that is between one bar and the ambient pressure.

8. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized by the fact that the internal oil is pressure-balanced with the surrounding seawater.

9. Device according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the liquid is cooled by an external cooling circuit with heat exchange to the surrounding seawater.

10. Device according to claim 9, characterized in that the pump for the cooling circuit is a pump with an electric motor.

11. Device according to claim 1, characterized in that the housing has been filled with an inert gas.

12. Device according to claim 11, characterized in that the pressure within the housing can be selected from the range from one bar up to that which is equal to the surrounding water pressure or higher.

13. Device according to claims 11 and 12, characterized in that there is at least one fan to circulate the gas through an external heat exchanger.

14. Device according to claims 1 to 13, characterized in that the components of the device are segregated in an optimal way according to their tolerance for: liquid, pressurized liquid and pressurized gas.

15. Device according to claim 14, characterized in that the components are arranged in tanks in the following way: the most robust components are installed in a tank filled with pressurized liquid liquid-tolerant components that have a low tolerance for pressure are installed in a other low-pressure liquid-filled tank components which do not tolerate liquid, but which tolerate high pressure, become installed in a high pressure tank components that only tolerate low pressure gas are installed in a tank with low pressure gas.

16. Device according to claim 14, characterized in that it includes suitable means for cooling the various tanks.

17. Device according to any one of claims 14 to 16, characterized in that the components in the different tanks are connected via wires that pass through penetrators in the tank walls.

18. Device according to claim 17, characterized in that underwater pair-forming coupling units are arranged on the tanks.

19. Invention according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the device is an underwater static frequency stepping device (SSFSD) which steps up the transmission frequency with a set stepping ratio, n : 1.

20. Device according to claim 19, characterized in that the stuffing ratio can be set to zero.

21. Device according to claim 19, characterized in that the SSFSD steps up the frequency with a specific added increase.

22. Device according to claim 19, characterized in that the regulation system for the SSFSD is placed on the surface.

23. Device according to claim 19, characterized in that the regulation system for the SSFSD is placed in a separate external capsule.

24. Device according to claim 19, characterized in that the regulation system for the SSFSD is placed inside the pressure housing.

25. Device according to any one of claims 1 to 24, characterized in that it will be connected to the remote end of an underwater laying cable, a VSD will be connected at the proximal end of the underwater laying cable to be able to adjust the Ferranti power and losses, thereby adjusting the output frequency of the device up and down to provide the desired speed of the connected load, such as motors for compressors or pumps.

26. Device according to any one of claims 1 to 25, characterized in that the transmission frequency from the power source at the near end is fixed.

27. Device according to any one of claims 19 to 24, characterized in that there is one SSFSD per engine.

28. Device according to any one of claims 1 to 26, characterized in that there are several motors connected to one underwater device.

29. Device according to any one of claims 1 to 26 and with two or more SSFSDs, characterized in that the SSFSDs are connected to bundled transmission lines.