NO323961B1 - Eksplosjonssikkert elektrisk system - Google Patents

Description

EKSPLOSJONSSIKKERT ELEKTRISK SYSTEM

Den foreliggende oppfinnelse angår eksplosjonssikre elektriske systemer, særlig, men ikke nødvendigvis, eksplosjonssikre elektriske systemer til bruk på en oljeplattform.

I miljøer hvor frie, eksplosjonsfårlige gasser, damp og væs-ker er tilstede, eller hvor det er en risiko for at de kan være tilstede, må det være en stram kontroll på hvilke typer av utstyr som kan opereres. Ett slikt miljø er det som finnes i nærheten av et brønnhode på en olje- og gassplattform hvor potensielt eksplosive gasser og damper med sannsynlighet vil være tilstede. Liknende risikable miljøer finnes i mange fabrikker og raffinerier.

Elektrisk utstyr kan være i stand til å skape en gnist som kan antenne en eksplosjonsfårlig gass eller damp og er derfor gjenstand for meget strenge sikkerhetskrav. Disse kravene spesifiserer for eksempel maksimum tillatt spenning og strøm-styrke. Det er forventet at utstyr som tilfredsstiller disse kravene ikke vil generere en gnist i tilfelle det oppstår en kortslutning (eller andre feil så som kabelbrudd eller feil-kopling av en ledning til en kopling). En annen potensiell tennkilde er overoppheting. Derfor er det også spesifisert sikkerhetskrav for kabeldiameter (resistans) for å minimali-sere effektene av motstandsvarme. Andre krav kan for eksempel være integriteten av kabinettet til et elektrisk system og integriteten og strukturen til elektriske koplinger.

Utstyr som tilfredsstiller de relevante sikkerhetskrav beteg-nes "egensikkert". Bruken av slikt utstyr krever ingen spesi-elle sikkerhetsforanstaltninger slik som innkapsling i en lukket innstøpning og/eller bruk innenfor en inaktiv atmosfæ-re. Problemer oppstår hvor det er ønskelig å operere to eller flere egensikre systemer i umiddelbar nærhet av hverandre, og hvor systemenes kombinerte ytelse overskrider den egensikre

ytelse.

Det vil forstås at grensene for egensikkerhet legger strenge begrensninger på ytelsene til et elektrisk utstyr (i praksis kan kun 3 Watt være tilgjengelig for et enkelt egensikkert system). Spesielt med tanke på den økende automatiseringen av brønnhodeoperasjoner (slik som sammenskruing og fraskruing av produksjonsrør), blir grensene mer og mer brysomme.

Fra det amerikanske patent US 4,958,256 er et kjent en eks-plos jonssikker elektrisk innretning som omfatter eksplosjonssikker inndeling som skiller et eksplosjonssikkert kammer hvor ledninger kommer inn, fra et eksplosjonssikkert kammer for elektriske komponenter. US 4,958,256 innehar trekkene frå ingressen i det forliggende krav 1.

Formålet med,den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et eksplosjonssikkert kabinett til elektrisk utstyr, som er i stand til på en sikker måte å huse elektrisk utstyr som bru-ker en relativt stor mengde energi.

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebrakt et eksplosjonssikkert system til bruk på en olje- eller gassplattform, hvor systemet innbefatter: en stiv ytre innkapsling;

minst én intern vegg for å dele innkapslingens innside inn i

minst to kammer, hvor tilstøtende kammer kommuniserer via et hull anordnet for å ta imot en signalledning;

elektriske komponenter plassert i hvert av nevnte kammer;

en kraft- og databuss som passerer gjennom nevnte hull for tilveiebringelse av kraft til nevnte elektriske komponenter, og for kommunisering av data mellom elektriske komponenter i ulike kammer; og

kraft- og databussen innbefatter midler for i det vesentlige å elektrisk isolere de elektriske komponentene i hver av nevnte kammer fra busskabelen, og fra komponenter i de andre kammer, idet komponentene inne i hvert av kamrene tilfredsstiller kravene til egensikkerhet.

Utførelsesformene av den ytre innkapsling i den foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller de relevante krav til eksplosjonssikkerhet, noe den/de indre vegg(er) også gjør. Hvert kammer, som innkapslingens indre rom er delt inn i, er i stand til å huse elektrisk utstyr som tilfredsstiller kravene til egensikkerhet.

Fortrinnsvis er den, eller hver, indre vegg stiv.

Fortrinnsvis er nevnte ytre innkapsling og den, eller hver, stive innvendige vegg laget av et i det vesentlige ikke-ledende materiale, eller av et ledende materiale i hvilket tilfelle innkapslingen og/eller veggen(e) er koplet til null-potensial. Alternativt kan innkapslingen og de interne vegger være belagt med, eller beskyttet i, et ikke-ledende materiale, eller et ledende materiale koplet til nul1-potensial.

Fortrinnsvis er nevnte signalledning anordnet slik at den i bruk kopler sammen alt elektrisk utstyr i kamrene. Imidlertid er hullet lite nok til å forhindre passasje av materiell som kan resultere i at en kortslutning oppstår mellom det elektriske utstyret i kamrene. Den ene, eller hver, signalledning kan være en elektrisk ledning, for eksempel en flatkabel. Alternativt kan ledningen utgjøres av optiske fibre. Ledningen kan være armert.

Fortrinnsvis innbefatter nevnte elektriske ledning minst én strømforsyningsledning. Aller helst er nevnte strømfor-syningsledning parallellkoplet til det elektriske utstyr i hvert kammer og går gjennom nevnte hull(er).

Fortrinnsvis innbefatter hvert kammer et skillegrensesnitt koplet mellom det elektriske utstyret som oppbevares i kammeret, og signalledningen(e) som går inn i kammeret. Skillegrensesnittet kan være et optisk grensesnitt, et magnetisk grensesnitt, og/eller en elektrisk isoleringskrets. Et slikt arrangement forhindrer overføring av overskytende energi mellom kamrene, mens overføring av data muliggjøres.

Innkapslingen har typisk et hull i seg hvorigjennom signal-ledningen forbinder innkapslingens innside til eksternt utstyr, for eksempel en fjernstyringsenhet og en strømforsy-ning.

Ifølge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebrakt et eksplosjonssikkert elektrisk system, hvor systemet innbefatter: en flerhet av kabinett hvor hvert kabinett har en stiv ytre innkapsling som inneholder elektrisk utstyr, og det elektriske utstyret har et skillegrensesnitt; og en signalledning som strekker seg mellom minst to kabinett og er koplet til de minst to kabinetters skillegrensesnitt for å tillate at data overføres mellom det elektriske utstyret via skillegrensesnittene, hvori det elektriske utstyret som er anbrakt inne i hvert kabinett, er egensikkert. For å få en bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse, og for å vise hvordan denne kan settes ut i livet, vil det nå vises til et utførelseseksempel med følgende tegninger hvor; Figur 1 illustrerer et eksplosjonssikkert system; Figur 2 illustrerer en elektrisk skillekrets av systemet i figur 1; og Figur 3 illustrerer et alternativt eksplosjonssikkert system. Figur 1 illustrerer et elektrisk system 1 som er designet for å imøtekomme kravene til eksplosjonssikkerhet i EN50014 (ge-nerelle Ex regler) og EN50020 (egensikkert utstyr), for bruk 1 brønnhodemiljøet på en olje- eller gassplattform. Systemet innbefatter en ytre innkapsling 2 som er av sterk, stiv ikke-elektrostatisk plast og ikke-ledende materiale (alternativt kan innkapslingen 2 være av et ledende materiale, i hvilket tilfelle innkapslingen må være tilkoplet null-potensial, for eksempel jording eller felles null-potensial). Innkapslingen er i stand til å tåle de sjokk som er tilbøyelige til å oppstå i arbeidsmiljøet. Det innvendige rommet til innkapslingen 2 er delt inn i tre kammer 3 ved hjelp av to interne vegger

4, 5. Disse veggene 4, 5 er fremstilt av det samme materialet som innkapslingen 2, og er dermed i stand til å tåle de samme sjokk som denne. Veggene 4, 5 er integrert i innkapslingen 2, men er forsynt med et lite, avlangt hull 6, 7 som kommuniserer mellom tilstøtende kammer 3.

Hvert kammer 3 inneholder elektrisk utstyr 8, som for eksempel innbefatter ett eller flere kretskort og tilkoplede komponenter. Hver enkelt del av det elektriske utstyret tilfredsstiller kravene til egensikkerhet. Et elektrisk skillegrensesnitt 9 er koblet til, eller integrert i, hvert kretskort. Figur 2 viser mer detaljert to kammer i det elektriske system 1 som inneholder hvert sitt elektriske utstyr

(system 1 og 2) . Systemene 1 og 2 er koplet til en strømfor-synings- og databuss (se under) ved hjelp av hver sin skillekrets som innbefatter en diode, og kondensator og induktor arrangementer.. En diode (Dl, D2) i hvert system tillater at kraft strømmer fra strømforsyningsledningen på bussen og til systemet, men ikke i motsatt retning.

Elektriske ledninger i form av flatkabler 10 er koplet mellom skillegrensesnittene 9 ved tilliggende kammer 3. Samlet sett danner kablene 10 (via skillegrensesnittene 9) en strømforsy-nings- og databuss. Kablene 10 passerer gjennom hullene 6, 7. Hullene 6, 7 er dimensjonert slik at det ikke er mulig for små biter av metall eller andre materialer å passere gjennom dem. Dette forhindrer en mulig kortslutning i å oppstå mellom tilstøtende kammer 3.

Ett av kamrene 3 har et hull 11 tildannet i veggen for å tillate en elektrisk kopling 12 i å føres inn i kammeret 3 fra utsiden av systemet 1. Denne koplingen 12 er koplet til en ekstern fjernstyringsenhet og strømforsyning (ikke vist). I tillegg til datakontakter innbefatter koplingen 12 strømfor-syningskontakter (AC eller DC). Koplingen 12 er koplet til skillegrensesnittet 9 i et første av kamrene 3 via en armert flatkabel 13. Kraft og data er overført til (og fra) hvert av kamrene 3 via bussen (dannet av kablene 10, 13 og skillegrensesnittene 9) .

Det vil være forstått at elektrisk kraft koples tvers over et skillegrensesnitt 9, fra en kabel 10, 13 og til et kretskort, mens overføring av kraft i motsatt retning er forhindret. Imidlertid tillater skillegrensesnittet 9 toveis overføring av data, når det er nødvendig. Bruken av skillegrensesnitt 9 tillater i noen tilfeller at kabelen 10, 13 ikke er en Ex-system-del, så lenge som hvert av kamrene 3 inneholder et egensikkert system.

Figur 1 illustrerer en LCD-skjerm 14' anbrakt ved et endepar-ti av kabinettet 1. Mens LCD-skjermen 14' for eksempel kan bli penetrert av et objekt som tvinges inn i den, vil det være forstått at objektet vil, av den interne veggen 5, være forhindret i passere fra det til LCD-skjermens 14' nærmest-liggende kammer (3) og til det mellomliggende kammer (3). Dermed vil det ikke oppstå noen kortslutning mellom kamrene 3. Figur 3 illustrerer et alternativt eksplosjonssikkert system 14 egnet for bruk i brønnhodemiljøet på en olje- eller 1 gassplattform. Systemet innbefatter tre separate kabinett 15 som hver har en ytre innkapsling 16 som er av sterk, stiv plast og ikke-ledende materiale. Innsiden av hvert kabinett 15 inneholder elektrisk utstyr 17 og et skillegrensesnitt 18. På den måten tilsvarer hvert kabinett 15 i det vesentlige et kammer 3 i systemet 1 beskrevet med referanse til figurene 1 og 2. Det elektriske utstyret 17 i hvert kabinett 15 tilfredsstiller kravene til egensikkerhet. Elektriske koplinger (ikke vist) som er anordnet gjennom hver innkapsling 16, muliggjør, sammen med flatkabler 19, kommunikasjon mellom det elektriske utstyret 17 i hvert av kabinettene 15. En elektrisk kopling 20 i ett av kabinettene 15 er koplet til en ekstern fjernstyringsenhet og strømforsyning (ikke vist) med en kabel 21 som forbinder koplingen 20 til innkapslingens skillegrensesnitt 18. Strøm og data blir kommunisert mellom kamrene 15 ved hjelp av bussen som utgjøres av kablene 19 og skillegrensesnittet 18.

I begge utførelsesformene som er beskrevet over, kan det komplette systemet 1, 14 ha en høyere elektrisk nominell ytelse enn det som er normalt for et enkelt stykke utstyr, forutsatt at det elektriske utstyret i hvert individuelle kammer 3 (eller kabinett 15 i utførelsesformen i figur 3) er egensikkert, med henblikk på graden av isolasjon (både meka-nisk og elektrisk) mellom kamrene 3 (eller kabinettene 15).

Det vil forstås av en fagmann på området at forskjellige mo-difikasjoner kan gjøres på de ovenfor beskrevne utførelses-formene uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelse, hvilket omfang bestemmes av de etterfølgende patentkrav. For eksempel kan den, eller hver, innkapsling fremstilles av et ledende materiale (for eksempel metall), forutsatt at innkapslingen(e) er koplet til jordledning. Begge løsningene vil forhindre gnister i å bli generert av elektrisk aktivitet. Systemene beskrevet over kan kombineres sammen, for eksempel i en reol, for å frembringe et "super system", med en felles buss som forbinder systemene.

Claims (6)

1. Et eksplosjonssikkert system (1) til bruk på en olje-eller gassplattform, hvor systemet (1) innbefatter: en stiv ytre innkapsling (2); minst én intern vegg (4,5) for å dele innkapslingens (2) innside inn i minst to kammer (3), hvor tilstøtende kammer (3) kommuniserer via et hull (6, 7) anordnet for å ta imot en signalledning (10) ; elektriske komponenter (8) plassert i hvert av nevnte kammer (3) ; en kraft- og databuss som passerer gjennom nevnte hull (6, 7) for tilveiebringelse av kraft til nevnte elekt- J riske komponenter (8), og for kommunisering av data mellom elektriske komponenter (8) i ulike kammer; og kraft- og databussen innbefatter midler for i det vesentlige å elektrisk isolere de elektriske komponentene .(8) i hver av nevnte kammer (3) fra busskabelen (10, 13), og fra komponenter (8) i de andre kammer (3), karakterisert ved at komponentene (8) inne i hvert av kamrene (3) tilfredsstiller kravene til egensikkerhet.

2. System (1) i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte interne vegg (4, 5) er stiv.

3. System (1) i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at nevnte ytre innkapsling (2) og den, eller hver, interne vegg (4, 5) er fremstilt av et i det vesentlige ikke-ledende materiale, eller av et ledende materiale der innkapslingen (2) og/eller veggene (4, 5) er koplet til null-potensial.

4. System (1) i henhold til hvilket som helst av de foregå-ende krav, karakterisert ved at hullet (6, 7) er lite nok til å forhindre passasje av materialer som kan resultere i at en kortslutning oppstår mellom de elektriske komponenter (8) i kamrene (3).

5. System (1) i henhold til hvilket som helst av de foregå-ende krav, karakterisert ved at nevnte midler for i det vesentlige å elektrisk isolere elektriske komponenter i hvert av nevnte kammer innbefatter et skillegrensesnitt.

6. Et eksplosjonssikkert elektrisk system (14) til bruk på en olje eller gass plattform, hvor systemet (14) innbefatter: en flerhet av kabinett (15), hvor hvert kabinett (15) har en stiv ytre innkapsling (16) som inneholder elektrisk utstyr (17); og en kraft- og databuss som strekker seg mellom minst to kabinett (15) og innbefatter et skillegrensesnitt (18) inne i hvert av kabinettene (15), for tilkopling til det elektriske utstyret (17), for derved å forsyne kraft til det elektriske utstyret (17) og å muliggjøre at data kan sendes mellom det elektriske utstyret (17) via skillegrensesnittet (18) , karakterisert ved at kraftytelsen til hvert kabinett (15) er tilsvarende eller mindre enn en eksplosjonssikker ytelse, mens syste-mets (14) kraftytelse overskrider den eksplosjonssikre ytelse.