NO320750B1 - Integrert kommunikasjons- og kraftsystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et integrert kommunikasjons- og kraftsystem i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1. Dette er et system som kombinerer overføring av kraft og signaler via en spesialutformet kabelkonifgurasjon til reguleringsinnretninger offshore, spesielt på havbunnen.

For å redusere utslippet av karbondioksid og andre miljøskadelige gasser har myndighetene oppmuntret til og pålagt bruk av tilførsel av elektrisk strøm fra landbaserte kraftstasjoner til offshoreinstallasjoner. For en havbunnsinstallasjon er strømtilførsel via en kabel fra land vanligvis den eneste mulighet.

I tillegg til krafttilførsel blir offshoreinstallasjoner mer og mer avhengig av data-kommunikasjon med landbaserte anlegg. Dette fordrer overføring av store mengder data mellom installasjonen og land.

Prinsippet med samtidig bruk av kraftoverføringskabler og linjer for kommunikasjons-formål er kjent under uttrykket "comms-on-power" (kommunikasjon over kraMedning) eller PLC (Power Line Carrier). På land har dette vært gjort lenge. Offshore brukes det typisk som et tillegg til fiberoptisk kabel, men kan også installeres som det eneste system. Når det er installert som det eneste system, har det visse tekniske fortrinn, idet det for eksempel kan redusere kravet til antall våte, sammenpassbare koplinger på havbunnen. Kraft og kornmunikasjon fordeles deretter til hver regulermgsinnretning.

Over meget lange avstander - typisk over 100 km - er det vanskelig å gjennomføre en kombinert kraft- og signaloverføring, og signalene utsettes for forstyrrelser fra den elektriske strøm. På land kan dette løses ved å sette inn forsterkere med visse mellom-rom. Offshore er det ikke ønskelig med forsterkere, ettersom dette ville innebære installasjon av meget ømfintlig utstyr på havbunnen, hvor det ville være meget vanskelig å få tilgang til utstyret for vedlikehold.

Et eksempel på kommunikasjon via kraftledninger er vist i US 5949327, der den ene lederen i et trefasearrangement brukes som den ene kommunikasjonssignalveien og en jordleder brukes som den andre kommunikasjonssignalveien. En vesentlig ulempe med å bruke jordlederen som komrnunikasjonssignalleder er at signalene lett vil kunne forstyrres av krypstrømmer og returstrømmer fra krafttilførselen. Dessuten vil signal-overføring via den ene lederen i trefasearrangementet føre til ubalanse i et ellers balansert system.

Et annet eksempel er WO 00/33108. Ifølge denne publikasjonen er flere signalledere galvanisk isolerte i fra hverandre. Det er dessuten tilkoblet strømkilder som gir kraft-tilførsel på signallederne. Det er imidlertid betydelig lavere effekter (1800 W) som skal overføres her enn det som behøves for å forsyne en offshore installasjon. Dette arrangementet vil derfor ikke egne seg til den foreliggende oppfinnelses formål.

Enda et eksempel er vist i US 5444184. Her overføres signalet på et tvinnet par. Kraften overføres som trefase eller énfase der hvert par virker som leder. På denne måten går krafctrømmen samme vei i begge signallederne og skaper mindre forstyrrelser. Imidlertid er ikke lederne for kommunikasjonssignalet galvanisk adskilte. Derved vil det likevel kunne oppstå forstyrrelser.

Den foreliggende oppfinnelse har til hensikt å løse de ovennevnte problemer uten eller i det minste med et vesentlig redusert behov for forsterkning av kornmunikasjons-signalene.

Dette oppnås ved et integrert kommunikasjons- og energisystem som omfatter minst én første transformator som befinner seg på land og minst én andre transformator som befinner seg offshore. Minst ftre ledere forbinder den første transformator med den andre transformator. Fire av nevnte minst fire ledere leder elektrisk kraft og minst én av de nevnte minst fire ledere er galvanisk isolert fra minst én av de andre ledere. Kommunikasjonssignalene ledes i to galvanisk isolerte ledere, som er kjennetegnet ved at lederne for kommunikasjonssignalene danner minst to par ledere i et dobbelt énfasearrangement.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er gitt ved de uselvstendige patentkravene 2-5.

Oppfinnelsen anordner generelle hensyn og gjennomføringer i systemutformingen som gjøres for å oppnå og optimalisere den ovenfor beskrevne dobbeltfunksjon gjennom å bruke et sett med, fortrinnsvis, fire kopperledere for overføring av både kraft og kommunikasjonssignaler.

En ytterligere fordel med den foreliggende oppfinnelse er at bruken av to lederpar gir redundans og stabilitet i forhold til både kraftforsyning og kommunikasjon, hvilket gjør det mulig å opprettholde driften av ICPS'en (Integrated Communications and Power System) etter forekomst av en enkeltfeil.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj under henvisning til de ledsagende tegninger, som viser utførelser av oppfinnelsen, hvor: Figur 1 viser en første utførelse i et såkalt firepols-arrangement (quad); Figur 2 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabel for realisering av arrangementet ifølge figur 1;

Figur 3 viser skjematisk en transformator for bruk i arrangementet i figur 1.

Figurer 1 viser en måte å anordne lederne på; et firepolssystem (quad) med to par ledere. Koplingen anordnes og koples på vanlig måte for å oppnå det ønskede optimum forICPS-systemet.

Som vist på figur 1, forsynes ICPS med kraft i land-/dekkenden 1, og kraften tas ut i havbunnsenden 2 via belastningsutjevnende flerviklingstransformatorer 3 og 4.

I utførelsen på figur 1 har transformatoren 3 en primærvikling 5 og to sekundærviklinger 6 og 7. Sekundærviklingene er koplet til respektive lederpar 8,9 og 10,11. Begge sekundærviklinger 6,7 er utstyrt med et filter 12. Transformatoren 4 har to primærviklinger 13 og 14 og en flerhet av sekundærviklinger 15. Hver av primær-viklingene 13,14 og hver av sekundærviklingene 15 er utstyrt med et filter 12.

Sekundærviklingene 15 fordeler kraft og signaler til forskjellig utstyr på installasjonen.

Hver av sekundærviklingene er utstyrt med et filter 12. Når det gjelder utførelsen på figur 1, fordeler sekundærviklingene 15 kraft og signaler til forskjellig utstyr på installasjonen.

Figur 2 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom kabelen som rommer ledere 8 -11 på figur 1. På denne figuren betegner ILI og 1L2 to ledere 8, henholdsvis 9, og 2L1 og 2L2 betegner de to ledere 10, henholdsvis 11.

Lederne er fortrinnsvis integrert i en felles kabel lik den som beskrives i norsk patentsøknad nr. 2002 0781.

Figur 3 viser skjematisk en transformator som brukes som transformator 4 på figur 1. Transformatoren omfatter en jernkjeme 23, en første primærvikling 13, en andre primærvikling 14 og en flerhet av sekundærviklinger 15.

ICPS'ets funksjon og egenskaper kan beskrives som følger:

Elektrisk kraft med fast frekvens tilføres primærviklingen for å sende strøm gjennom og betjene regulerings- og kommunikasjonsutstyr på havbunnen. Krafttilkoplingen er forskjellig fra tilkoplingen for "comm's on power".

Kraften med fast frekvens overføres på to isolerte kopperlederpar anordnet i en enkelt kabel. Hvert par får tilførsel fra en dedikert nettransformatorvikling, hvilket betyr at de to par er galvanisk atskilt fra hverandre. Et filter for innføring av kommunikasjonssignalene er koplet inn mellom hver transformatorvikling og lederpar.

Overføring av kommunikasjonssignaler innenfor et bestemt frekvensbånd skjer via de samme ledersett som brukes til kraftoverføring i enheten.

Kraft og kommunikasjonssignaler skilles i begge ender av kabelen ved å avslutte i spesialutformede filtre.

Kabelen som går fra en kraftkilde som befinner seg på land eller på et overstell (topside), koples til en spesialutformet, flervildm<g>snettransforrnator i havbunnsenden.

En integrert kraft- og signalkabel med fire isolerte kopperledere i faste radialposisjoner i forhold til hverandre langsetter hele kabelens lengde, som vist ved hjelp av tverrsnittet på figur 3. Lederne brukes som vist i par, både når det gjelder kraftforsyning og kommunikasjonssignaler. Signalene bruker én leder i hvert par, og benytter således galvanisk atskilte signalledere med minimal forstyrrelse av signalet.

Utformingen av den undersjøiske flerviklingstransformator som vises på figur 1, sikrer at alle havbunnsplasserte reguleringsenheter er galvanisk atskilt, og at konsekvensen av en enkeltfeil dermed begrenser seg til den sviktende forbruker.

De delte prirnærviklingskoplingene, vikling IL merket ILI, 1L2 og vikling 2L merket 2L2,2L1 (se figur 3), medfører at enhver reguleringsenhet kan forsynes fra begge lederpar for kraftforsyning, hvilket dermed begrenser effekten av en enkeltfeil til et enkelt av disse par. (I det tradisjonelle tilfelle med en enkelt primærvikling og parallellkoplete lederpar for kraftforsyning, ville man miste denne robustheten.)

Claims (5)

1. Integrert kommunikasjons- og energisystem omfattende minst én første transformator som befinner seg på land, minst én andre transformator som befinner seg offshore, minst fire ledere, som forbinder den første transformator med den andre transformator, idet fire av nevnte minst fire ledere leder elektrisk kraft og minst én av de nevnte minst fire ledere er galvanisk isolert fra minst én av de andre ledere, idet kommunikasjonssignalene ledes i to galvanisk isolerte ledere, karakterisert ved at lederne for kommunikasjonssignalene danner minst to par ledere i et dobbelt énfasearrangement.

2. System ifølge krav 1, der lederne er integrert i én felles kabel.

3. System ifølge krav 2, omfattende fire isolerte kopperledere i faste radialposisjoner i forhold til hverandre langsetter hele kabelens lengde.

4. System ifølge krav 2, omfattende filtre i ender av kabelen for å skille kommunikasjons- og kraftsignaler.

5. System ifølge krav 1, der et par av lederne er galvanisk isolert fra et annet par av lederne.