NO327541B1

NO327541B1 - Styrings- og forsyningssystem

Info

Publication number: NO327541B1
Application number: NO20031892A
Authority: NO
Inventors: Klaus Biester; Peter Kunow
Original assignee: Cooper Cameron Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2009-08-03
Also published as: DE50115662D1; BRPI0115053B1; JP2004513595A; KR20030061382A; AU2002212353A1; NO20031892D0; US20090296428A1; CA2427171A1; BR0115053A; EP1338070B1; NO20031892L; US20050185349A1; WO2002037640A1; US7576447B2; DE20018560U1; EP1338070A1; US8212378B2

Description

Oppfinnelsen angår et styrings- og forsyningssystem for elektriske innretninger, omfattende minst én spenningsforsyning og styringsinnretning over havnivå, en undersjøisk kabel som forbinder spenningsforsyningen og styringsinnretningen med de elektriske innretninger, og en styrings- og aktiveringsinnretning som i det vesentlige er tilknyttet de elektriske innretninger på stedet.

Slike styrings- og forsyningssystemer blir f.eks. brukt ved produksjon av na-turgass og mineralolje. I denne forbindelse kan anvendelsen finne sted i forbindelse med boring av brønner på landjorden og til havs.

I forbindelse med maritime brønner er en del av styrings- og forsyningssystemet anordnet på en plattform over havoverflaten. Denne delen er spesielt en spenningsforsyning og styringsinnretning som via en undersjøisk kabel er forbundet med styrings- og aktiveringsinnretningen under havoverflaten, eller også på havbunnen. Styrings- og aktiveringsinnretningen er koplet til forskjellige elektriske innretninger, slik som motorer, elektriske drivanordninger og lignende utstyr via passende forbindelseslinjer.

Med denne type styrings- og forsyningssystem som er kjent i praksis, blir vekselspenning overført gjennom en undersjøisk kabel, hvor amplituden og fre-kvensen til vekselspenningen allerede er valgt slik at f.eks. ved enden av kabelen som er tilknyttet de elektriske innretninger, blir det levert en passende forsyningsspenning til innretningene. For direkte styring av hver innretning kan en separat undersjøisk kabel være tilveiebrakt for hver innretning. Dataoverføringen skjer også via separate undersjøiske kabler.

En ulempe med dette kjente styrings- og forsyningssystemet er at for f.eks. å forsyne en elektrisk innretning med 240 VAC og med en opprinnelig spennings-mating på 600 VAC for overføring av den nødvendige effekt til de elektriske innretninger, og f.eks. en lengde på en undersjøisk kabel på 30 eller 50 km, er det nødvendig med et tverrsnittsareal på fra 100 til 200 mm<2> for kabelen. I tillegg er det nødvendig med datalinjer slik at en undersjøisk kabel med en betydelig diame-ter blir resultatet.

I det ovenstående er det blitt antatt at 240 V vekselstrøm (VAC) er tilstrekkelig for de elektriske innretninger. Det har imidlertid nå vist seg at høyere spenninger er nødvendig, f.eks. for å kunne aktivere servomotorer som elektriske innretninger med høyere effekt, f.eks. til å lukke ventiler ved produksjon av natur-gass eller mineralolje i en tidsperiode på maksimalt ett minutt. Med anvendelsen av slike elektriske innretninger forsynt med høyere spenning, vil tverrsnittsarealet av den undersjøiske kabel med det kjente styrings- og forsyningssystem øke ytterligere.

I tillegg har det vist seg i praksis at ved start av en servomotor som elektrisk innretning, og spesielt for servomotorer med høyere effekt, inntreffer, selv med en langsom startprosess, et retursignal via den undersjøiske kabel til spenningsforsyningen og styringsinnretningen, noe som indikerer startprosessen til servomo-toren som en kortslutning ved enden av kabelen. Dette fører til at systemet auto-matisk slås av som beskyttelse mot kortslutning.

Med det tidligere beskrevne styrings- og forsyningssystem blir det videre oppnådd en virkningsgrad for hele systemet på bare 27% referert til utgangs-effekten.

Med et annet styrings- og forsyningssystem som er kjent i praksis, skjer overføring av vekselspenning også gjennom den undersjøiske kabel. Med dette systemet blir imidlertid en vekselspenning, f.eks. ved 10.000 V, overført via den undersjøiske kabel, og ved styrings- og aktiveringsinnretningen blir den redusert av f.eks. en transformator til de spenningsverdier som de elektriske innretninger krever. I tillegg må et antall kraftkondensatorer brukes til å glatte spenningen igjen etter reduksjonen. For å kunne redusere lederens tverrsnittsareal for den under-sjøiske kabel når det er nødvendig, med dette andre kjente systemet, blir det også benyttet en effektfaktor-korreksjon for å oppnå tilstrekkelig virkningsgrad for det totale systemet. Ytterligere innretninger som er meget komplekse og kostbare, er nødvendige for å gjennomføre denne korreksjonen.

Selv med den komplette utvidelse av det tidligere nevnte system, er imidlertid virkningsgraden normalt mindre enn 70%, og tverrsnittsarealene for en leder i den undersjøiske kabel beløper seg til omkring 16 eller 26 mm<2> for en lengde på 30, eller henholdsvis 50 km.

Tidligere kjent teknikk beskrives i følgende patentdokumenter: WO A 99/37009 fremlegger et styrings- og forsyningssystem for elektriske innretninger med minst en spenningsforsynings- og styringsinnretning over havnivå, en under-sjøisk kabel som forbinder spenningsforsynings- og styringsinnretningen med elektriske innretninger, og en styrings- og aktiveringsinnretning som er tilknyttet de elektriske innretninger hovedsakelig på stedet, der spenningsforsynings- og styre-innretningen for frembringelse av en likespenning for mating inn i den undersjøiske kabel omfatter en AC/DC omformer. Fra EP A 0 028296 er det kjent en anordning for energi- og måleverdioverføring fra en sentral enhet til en flerhet av målepunk-ter. US A 4 788 448 fremlegger en anordning for energioverføring ved hjelp av likestrøm til en undersjøisk modul som omfatter et par DC/AC-omformere der vek-selpenningen som leveres fra omformerne er en firekantbølgespenning.

Formålet med oppfinnelsen er å forbedre et styrings- og forsyningssystem av den type som er nevnt i innledningen, slik at forsyning blir mulig over større avstander med mindre kompleksitet, høyere virkningsgrad og bedre systembruk.

Dette formålet blir løst i forbindelse med karakteristikkene til det generiske uttrykk i krav 1, slik at spenningsforsynings- og styringsinnretningen for produksjon av en likespenning for mating inn i den undersjøiske kabel omfatter minst én AC/DC-omformer, styrings- og aktiveringsinnretningen er tilknyttet minst én DC/DC- eller DC/AC-omformer for å omforme likespenningen som er overført ved hjelp av den undersjøiske kabel, til en likespenning eller vekselspenning, og den spenning som genereres på denne måten, kan sendes til de elektriske innretninger via forbindelseslinjer.

Dette betyr at i henhold til oppfinnelse blir likespenning overført via lange undersjøiske kabler, hvorved omformingen fra vekselspenning til likespenning eller omvendt fra likespenning til vekselspenning, bare finner sted ved endene av den undersjøiske kabel. Med likespenning og den tilsvarende likestrøm blir bare reell effekt overført via den undersjøiske kabel, og ingen tilsynelatende effekt. Dette betyr at effektfaktoren er 1. På grunn av likespenningsoverføringen langs den un-dersjøiske kabel, er bare små tap til stede, selv ved høye spenninger, sammenlik-net med en overføring av vekselspenning med tidligere kjente systemer.

Med overføringen av likespenning trengs videre bare små tverrsnittsarealer for en leder i den undersjøiske kabel, som kan være bare én ti-del eller mindre av tverrsnittsarealene for overføring av vekselspenning.

På grunn av DC/DC- eller DC/AC-omformeren i området ved styrings- og aktiveringsinnretningen, finner en tilsvarende omforming av likespenningen sted til de nødvendige like- eller vekselspenningsverdier, slik som f.eks. 240V eller 300V med den riktige frekvens, for de elektriske innretninger slik som motorer, drivanordninger og lignende utstyr.

Systemet i henhold til oppfinnelsen er derfor særegent ved sin enkelhet og høyere virkningsgrad (minst 70%), hvorved en betydelig kostnadsbesparelse kan oppnås bare ved den betydelige reduksjon av tverrsnittsarealet til lederne i den undersjøiske kabel.

En enkel spenningskilde for systemet som også normalt kan brukes til andre anvendelser, kan ses i at en vekselspenningskilde blir koplet til spenningsforsynings- og styringsinnretningen for forsyningen med en spesiell 3-faset vekselspenningskilde.

Med de tidligere kjente systemer er det også mulig å overføre data mellom spenningsforsynings- og styringsinnretningen og styrings- og aktiveringsinnretningen. Normalt blir en separat kabel benyttet til dette.

I henhold til oppfinnelsen oppstår en annen fordel ved at likespenningsover-føringen langs den undersjøiske kabel er fri for høye frekvenser, og derfor kan spenningsfrekvenser som direkte svarer til vekselspenningen moduleres på likespenningen på en enkel måte for dataoverføring. Dette kan spesielt finne sted ved at spennings- og styringsinnretningen og styrings- og aktiveringsinnretningen hver oppviser minst én datamodulasjonsinnretning.

En spesiell enkel og effektiv type datamating kan ses ved at datamodulasjonsinnretningen til spenningsforsynings- og styringsinnretningen er anordnet etter DC/DC- eller AC/DC-omformeren.

En egnet innmating av informasjon eller data kan inntreffe direkte i området ved datamodulasjonsinnretningen via passende innmatingsinnretninger. Det er imidlertid også den mulighet at en egnet data- og signal-mating inntreffer fra en mer fjerntliggende posisjon. For å oppnå dette kan spennings- og styringsinnretningen tilkoples en ekstern dataoverføringsinnretning. De riktige data kan over-føres gjennom denne til datamodulasjonsinnretningen eller mottas fra den.

For å kunne motta eller mate inn data på en enkel og analog måte, også i området ved styrings- og aktiveringsinnretningen, kan datamodulasjonsinnretningen i styrings- og aktiveringsinnretningen være anordnet foran DC/DC- eller DC/AC-omformeren.

På denne måten blir dataene matet inn og også fremskaffet fra likespenningen.

For å hindre forekomsten av høye strømmer, og der hvor det passer, av skade på de relevante elektriske innretninger, spesielt på havbunnen, kan en overstrømstyringsinnretning være tildelt DC/DC- eller DC/AC-omformeren.

Med en DC/DC-omformer på havbunnen, blir den høye direktespenningen på noen tusen volt som er matet fra overflaten, splittet opp i passende likespenninger for forsyning av de enkelte innretninger på havbunnen.

For å være sikker på at de elektriske innretninger blir forsynt med egnede spenningsverdier, kan DC/AC-omformeren være induktivt koplet til en innretning for måling av vekselspenning, spesielt med en shuntspenningsregulator. På grunn av skjønnspenningsregulatoren kan systemet f.eks. kjøres under full spenning også før aktivering av de elektriske innretninger, slik at shuntspenningsregulatoren tar over den dynamiske belastningsregulering og så kan redusere spenningen til passende lave verdier.

På grunn av den induktive kopling blir det oppnådd, som en ytterligere ka-rakteristikk ved oppfinnelsen, at egnede pluggforbindelser eller andre forbindelser mellom undersjøiske kabler og elektriske innretninger ikke blir operert med likespenning. Det er generelt kjent at selv liten fuktighet er farlig for overføring av likespenning, og spesielt saltvann virker som et galvanisk element med likespenning og vil meget hurtig ødelegge metalliske kontaktoverflater. For å holde prisen på slike forbindelser lav, finner den induktive kopling sted under havnivå, og den føl-gende passasje av spenningen inntreffer gjennom vekselspenning for hvilke de vanlige, kjente maritime elektriske kontaktanordninger kan brukes.

Ved å bruke de vanlige elektriske kontaktanordninger blir det også mulig å gjenvinne og hente opp alle de tilkoplede deler fra under havnivå, og f.eks. å over-hale dem og bruke dem på nytt senere. I henhold til oppfinnelsen er en fast og ikke-løsbar forbindelse mellom f.eks. den undersjøiske kabel og passende innretninger, ikke nødvendig.

For den induktive kopling kan det brukes en transformator som, f.eks., også direkte utfører omformingen av likespenningen til vekselspenningsverdier for de elektriske innretninger.

En slik transformator kan omfatte to separate, store, hovedsakelig symmetriske og innbyrdes tilknyttede spole-halvkjerner.

For å kunne utveksle data samtidig over luftgapet mellom spolehalvkjeme-ne, kan en datamodulasjonsinnretning være tilordnet hver spolehalvkjerne for overføring av data.

For å styre og overvåke omformingen av likespenningen til vekselspenning og for å styre og overvåke i det minste de passende datamodulasjonsinnretninger for spolehalvkjernene, kan en koplingsstyringsinnretning innrettet for å styre datamodulasjonsinnretningene, DC/AC-omformeren og/eller innretningen for måling av vekselspenning tildeles hver spolehalvkjerne. Et retursignal til spenningsforsynings- og styringsinnretningen for å regulere vekselspenningen, kan leveres fra innretningen for måling av vekselspenning, hvorved retursignalet inntreffer via de passende koplingsstyringsinnretninger, datamodulasjonsinnretningene for spolehalvkjernene, datamodulasjonsinnretningen for styrings- og aktiveringsinnretningen, den undersjøiske kabel og datamodulasjonsinnretningen for spenningsforsynings- og styringsinnretningen. På denne måten er en kontinuerlig toveis data-utveksling mellom spenningsforsynings- og styringsinnretningen og styrings- og aktiveringsinnretningen mulig.

Med en enkel utførelsesform uten ytterligere styringsinnretninger kan innretningen for måling av vekselspenning være koplet til de elektriske innretninger for å forsyne disse.

For å måle den vekselspenning som leveres av DC/AC-omformeren på en enkel måte ved hjelp av innretningen for måling av vekselspenning og for å forsyne de elektriske innretninger med egnede spenningsverdier, kan innretningen for måling av vekselspenning spesielt måle amplituden til vekselspenningen.

I denne forbindelse er det fordelaktig hvis den vekselspenning som leveres av DC/AC-omformeren, f.eks. er en rektangulær bølgespenning. Med denne spenningen kan de forskjellige elektriske innretninger forsynes med en stabil spenning og tilstrekkelig effekt.

En separat spenningsstabilisering, f.eks. ved å benytte et Zener-diodearrangement, er ikke lenger nødvendig på grunn av innretningen for måling av vekselspenning med shuntspenningsregulator i henhold til oppfinnelsen, fordi den vekselspenning som leveres av denne kretsen, allerede er statisk og dynamisk stabilisert.

For overføring av likespenningen og også de elektriske signaler langs den undersjøiske kabel, kan kabelen med fordel være laget av koaksiale ledere. Disse oppviser optimale egenskaper med hensyn til dempning og immunitet med hensyn til utstrålt støy, og de muliggjør en høy dataoverføringshastighet på fra minst 100 til 600 kBaud. Videre kan toveis overføring av data langs den undersjøiske kabel også utføres på en enkel måte.

Transformatoren kan være realisert slik at luftgapet mellom de to spolehalvkjernene f.eks. er høyst 4 mm eller spesielt høyst 2 mm. I tillegg kan passende materialer for spolehalvkjernene brukes, som ikke er følsomme for angrep av sjø-vann, slik som arrangementet av korrosjonsbestandig transformator-stålblikk eller plastinnkapslede, magnetiske pulverblandinger for de riktige spolekjernemateri-aler.

For å kunne føre data i retning av spenningsforsynings- og styringsinnretningen direkte fra de elektriske retninger eller innretningen for måling av vekselspenning, kan shuntspenningsregulatoren være realisert toveis.

På grunn av anvendelsen av likespenning eller likestrøm i henhold til oppfinnelsen, og de resulterende, mulige små tverrsnittsarealer av lederne i den un-dersjøiske kabel, er det også mulighet for at hver elektrisk innretning kan ha en separat forbindelsesleder i den undersjøiske kabel. I denne forbindelse må det bemerkes at en elektrisk enhet, f.eks. en enkelt motor eller en enkelt drivanordning også kan være en egnet trestruktur eller gruppe av elektriske motorer, drivanordninger eller andre elektriske innretninger.

En enkel egnet kopling av data, også flerkanals, kan realiseres ved at systemet oppviser en multiplekserinnretning for dataoverføring.

Foreliggende oppfinnelse er et styrings- og forsyningssystem for elektriske innretninger med minst én spenningsforsynings- og styringsinnretning over havnivå, en undersjøisk kabel som forbinder spenningsforsynings- og styringsinnretningen med de elektriske innretningene og en styrings- og aktiveringsinnretning som er tilknyttet de elektriske innretninger hovedsakelig på stedet. Oppfinnelsen kjennetegnes ved at spenningsforsynings- og styringsinnretningen for frembringelse av en likespenning for innmating i den undersjøiske kabel omfatter minst én AC/DC-omformer, at styrings- og aktiveringsinnretningen omfatter minst én DC/DC eller DC/AC-omformer for å omforme likespenningen som er overført over den undersjøiske kabel til en likespenning eller en vekselspenning, og at den spenning som derved genereres, sendes til de elektriske innretninger via en forbindelseslinje. Data overføres til styrings- og aktiveringsinnretningen sammen med likespenningen langs den undersjøiske kabel og brukes til å styre anordninger innenfor styrings- og aktiveringsinnretningen og utveksles mellom styrings- og aktiveringsinnretningen og minst én undersjøisk, elektronisk modul som inneholder en egnet elektronikk for å styre ulike utstyrsdeler under vannoverflaten og spesielt på havbunnen, så som ventiler, utblåsningssikringer, aktuatorer og liknende utstyr. En vekselspenningskilde kan være koplet til spenningsforsynings- og styringsinnretningen for å forsyne den med spesielt en 3-faset vekselspenning. Spenningsforsynings- og styringsinnretningen og styrings- og aktiveringsinnretningen hver kan omfatte minst én datamodulasjonsinnretning. Datamodulasjonsinnretningen i spenningsforsynings- og styringsinnretningen kan være posisjonert etter AC/DC-omformeren. Spenningsforsynings- og styringsinnretningen kan være koplet til en ekstern dataoverføringsinnretning. Datamodulasjonsinnretningen i styrings- og aktiveringsinnretningen kan være anbrakt etter DC/DC- eller DC/AC-omformeren. En overstrømregulator kan være anordnet i forbindelse med DC/DC- eller DC/AC-omformeren. DC/AC-omformeren kan være induktivt koplet til en innretning for måling av vekselspenning, spesielt med en shuntspenningsregulator. En transformator kan være innrettet for induktiv kopling mellom minst DC/AC-omformeren og innretningen for måling av vekselstrøm. Transformatoren kan omfatte to separate spolehalvkjerner som er hovedsakelig symmetriske og tildelt hverandre. En datamodulasjonsinnretning for overføring av data kan være tildelt hver spolehalvkjerne. En koplingsstyringsinnretning innrettet for styring av datamodulasjonsinnretningene i DC/AC-omformeren og av innretningen for måling av vekselspenning kan være tildelt hver spolehalvkjerne. Innretningen for måling av vekselspenning er koplet til de elektriske innretninger gjennom forbindelseslinjen. Spesielt kan amplituden til vekselspenningen måles ved hjelp av innretningen for måling av vekselspenning. Vekselspenningen som leveres av DC/AC-omformeren kan være en firekantbølgespenning. Vekselspenningen som leveres av innretningen for måling av vekselspenning med shuntspenningsregulatoren kan være statisk og dynamisk stabilisert. Overføringen av data langs den undersjøiske kabel kan utføres i begge retninger. Systemet kan også ha et luftgap mellom spolehalvkjernene på maksimalt 4 mm, og helst maksimalt 2 mm bredde. Shuntspenningsregulatoren kan være toveis utformet. En separat forbindelseslinje kan være anordnet i den under-sjøiske kabel for hver enhet med elektriske innretninger. Systemet kan omfatte en multiplekserinnretning for dataoverføringen.

I det følgende blir en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen forklart mer detaljert basert på figurene på de vedføyde tegninger.

Det følgende er vist:

Fig. 1a-c er et skjematisk diagram av forskjellige styrings- og forsyningssystemer som en sammenlikning, hvor styrings- og forsyningssystemet i henhold til oppfinnelsen er illustrert på fig. 1c; Fig. 2 er et blokkskjema over styrings- og forsyningssystemet i henhold til oppfinnelsen, som på fig. 1c. Fig. 1 viser forskjellige styrings- og forsyningssystemer der de på fig. 1a og 1b er kjent i praksis.

Med styrings- og forsyningssystemet i henhold til fig. 1a er en spenningsforsynings- og styringsinnretning 3 med passende spenningskilde- og multiplekserinnretning 25 anordnet over havoverflaten 4. Spenningsforsyningen skjer via vekselspenning som blir overført direkte via en undersjøisk kabel 5 til en styrings- og aktiveringsinnretning 6. Denne er anordnet under havnivå og er forbundet via forbindelseslinjer 26 til passende elektriske innretninger 2 eller elektriske enheter 24. En slik elektrisk enhet 24 kan utgjøres av den gruppe med elektriske innretninger 2, som f.eks. er anordnet i form av en trestruktur og blir styrt og akti-vert på felles basis.

En datakabel 27 er anordnet for dataoverføringen mellom spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3 og styrings- og aktiveringsinnretningen 6. Denne er fortrinnsvis sammensatt av koaksiale ledere.

Normalt blir en vekselspenning på maksimalt 600 volt overført langs den undersjøiske kabel 5. For forsyningen av de elektriske innretninger med 240 volt vekselspenning og riktig effekt, må tverrsnittsarealer, på minst 175 mm<2> for passende ledere være anordnet i den undersjøiske kabel, for, f.eks., en lengde på 50 km.

Styrings- og aktiveringsinnretningen 6 innbefatter minst én motoraktive-ringsinnretning 31 og et styringssystem 32. De forskjellige motorer, som elektriske innretninger 2, kan her brukes til å aktivere ventiler, utblåsningsventiler og lignende utstyr som blir brukt ved produksjon av mineralolje eller gass på havbunnen.

Med det andre kjente styrings- og forsyningssystem i henhold til fig. 1b skjer også overføring av vekselspenning langs den undersjøiske kabel 5.1 dette tilfelle blir imidlertid en vekselspenning på maksimalt 10.000 volt overført, som blir redusert foran styrings- og aktiveringsinnretningen 6 ved hjelp av en egnet transformator 33 til de spenningsverdier som disse elektriske innretningene trenger. Også med dette kjente systemet er det anordnet en separat dataleder 27 i form av en koaksialkabel eller lignende. Styrings- og aktiveringsinnretningen 6 i henhold til fig. 1b krever kostbare kraftkondensatorer 34 for å glatte den reduserte vekselspenning på riktig måte. Med dette systemet, som med systemet i henhold til fig. 1a, er det i tillegg nødvendig med effektfaktorkorreksjonsinnretninger for å senke den tilsynelatende effekten til systemet. Slike korreksjonsinnretninger er vanligvis ganske kostbare og består av kondensatorer eller lignende.

Med systemet i henhold til fig. 1b og for riktige spenningsverdier og effekter for de elektriske innretninger på havbunnen, trengs det tverrsnittsarealer for ledere i den undersjøiske kabel på f.eks. minst 75 mm<2> for en lengde på 50 km, eller med effektfaktorkorreksjon et tverrsnittsareal på minst 26 mm<2> for en lengde på 50 km.

I henhold til oppfinnelsen og som vist på fig. 1c blir vekselspenning ikke overført via den undersjøiske kabel 5, men i stedet blir det brukt likespenning. Spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3 oppviser minst én AC/DC-omformer 7 som om omformer en passende vekselspenning fra en vekselspenningskilde 9, se fig. 2, til likespenning. I området ved styrings- og aktiveringsinnretningen 6 er det anordnet en DC/DC- eller DC/AC-omformer 8 analogt for omforming av likespenningen til likespenning eller vekselspenning. Siden en likespenning i henhold til oppfinnelsen blir overført gjennom den undersjøiske kabel 5, skjer det tilsvarende ingen overføring av høyfrekvente spenninger slik at signaler for data-overføring kan moduleres på likespenningen på en enkel måte. Dette finner sted ved hjelp av multiplekserinnretningen 25 og ved hjelp av en passende kabelkopler 34. Demodulering av dataene inntreffer fortrinnsvis i området ved styrings- og aktiveringsinnretningen 6.

Med realisering av omformeren 8 som en DC/DC-omformer skjer en omforming av den høye likespenning som er overført gjennom den undersjøiske kabel 5, på riktig måte til de riktige likespenninger som er nødvendig for forsyning av den riktige innretning på havbunnen. I denne forbindelse må det bemerkes at med en likespenningsforsyning av innretningen på havbunnen, blir en egnet data-utveksling med denne innretningen forenklet fordi passende datasignaler kan moduleres på likespenningssignalet på enkel måte.

I det følgende blir styrings- og forsyningssystemet 1 i henhold til fig. 1c beskrevet mer detaljert basert på et blokkskjema på fig. 2.

Med utførelsesformen av styrings- og forsyningssystemet 1 i henhold til oppfinnelsen og som vist på fig. 2, er en spenningsforsynings- og styringsinnretning 3 anordnet over havoverflaten 4 og en styrings- og aktiveringsinnretning 6 under denne havoverflaten 4. Forbindelsen mellom disse to er realisert ved hjelp av en undersjøisk kabel 5.

Spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3 omfatter minst én AC/DC-omformer 7 og en datamodulasjonsinnretning 10. Videre er en styringsinnretning 28 på overflaten, ved hjelp av hvilken styringen av AC/DC-omformeren 7 og også av datamodulasjonsinnretningen 10 skjer, tildelt begge de tidligere nevnte enheter.

Spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3 er koplet til en vekselspenningskilde 9 som tilveiebringer en trefaset vekselspenning. Videre er spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3 koplet til en dataoverføringsinnretning 11 som kan være posisjonert i avstand fra spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3, men som likevel er en del av styrings- og forsyningssystemet 1. Styringen av det komplette systemet og overvåkning av dette kan skje gjennom dataover-føringsinnretningen 11.

De piler som er vist mellom de forskjellige enheter i systemet, indikerer gjennom pilretningen en overføring av spenning eller data, hvorved en toveis data-overføring vanligvis er mulig.

Styrings- og aktiveringsinnretningen 6 er posisjonert under havoverflaten 4 og f.eks. på havbunnen. Den omfatteren datamodulasjonsinnretning 12 for demodulering av de data som er overført gjennom den undersjøiske kabel 5, men også for å modulere passende data på den spenning som sendes gjennom den under-sjøiske kabel 5 når slike data blir overført i motsatt retning fra styrings- og aktiveringsinnretningen 6 til spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3.

Etter datamodulasjonsinnretningen 12 omfatter styrings- og aktiveringsinnretningen 6 en DC/AC-omformer 8. Ved å benytte denne, blir likespenningen som er overført gjennom den undersjøiske kabel 5, omformet tilbake til en passende vekselspenning. En overstrømsregulator 13 er tildelt DC/AC-omformeren 8. Etter omforming av likespenningen til vekselspenning ved hjelp av DC/AC-omformeren 6, skjer en induktiv overføring av vekselspenningen til en innretning 14 for måling av vekselspenning. Den induktive overføring skjer gjennom en transformator 16 som består av to spolehalvkjerner 17,18. Et luftgap 23 er dannet mellom disse spolehalvkjernene.

Innretningen 14 for måling av vekselspenning blir spesielt brukt til å be-stemme amplitudeverdiene av vekselspenningen og en shuntspenningsregulator 15 er tildelt måleinnretningen. Denne tilveiebringer en passende statisk og dynamisk stabilisering av vekselspenningen, hvorved shuntspenningsregulatoren 15 blir toveis og sammen med innretningen 14 for måling av vekselspenning er posisjonert på utgangen fra transformatoren 16. Den stabiliserte vekselspenning blir så ført til en undersjøisk spenningskilde 30 som de forskjellige elektriske innretninger 2 eller enheter 24 er tilkoplet via elektriske forbindelseslinjer 26.

En datamodulasjonsinnretning 19, 20 samt en koplingsstyringsinnretning 21, 22 er tildelt hver av spolehalvkjernene 17,18. Overføringen av data skjer via datamodulasjonsinnretningene 19, 20 og koplingsstyringsinnretningene 21, 22 blir brukt til styring av de forskjellige datamodulasjonsinnretninger 12, 19, 20 så vel som innretningen 14 for måling av vekselspenning med shuntspenningsregulatoren 15. Videre blir koplingsstyringsinnretningen 21, 22 brukt til utveksling av data, f.eks. med innretningen 14 for måling av vekselspenning og den tilhørende shuntspenningsregulator 15, og f.eks. med en undersjøisk elektronikkmodul 29. Denne elektronikkmodulen inneholder den riktige elektronikk for styring av de forskjellige utstyrsenheter under havnivå og spesielt på havbunnen, slik som ventiler, sikker-hetsventiler mot utblåsing, drivanordninger og lignende utstyr. Generelt er den riktige elektronikk anordnet redundant i elektronikkmodulen.

I det følgende skal prinsippet for funksjonsmåten av styrings- og forsyningssystemet 1 i henhold til oppfinnelsen, beskrives kort basert spesielt på fig. 2.

I henhold til oppfinnelsen skjer forsyning av styrings- og aktiveringsinnretningen 6 med likespenning gjennom den undersjøiske kabel 5. Her blir likespenningen omformet til vekselspenning ved hjelp av en passende DC/AC-omformer 8 bare når den når enden av den lange undersjøiske kabel. Over havoverflaten blir en trefaset vekselspenning omformet ved hjelp av en AC/DC-omformer til f.eks. en utgangsspenning på fra 3000 til 6000 V. Spenningsverdien er avhengig av effektbehovene til systemet.

Den stabile og filtrerte likespenning blir så ført til de koaksiale ledere i den undersjøiske kabel, hvorved første datasignaler blir modulert på spenningen via en egnet datamodulasjonsinnretning, slik som et modem eller en lignende innretning.

Siden koaksiale ledere oppviser optimale egenskaper med hensyn til dempning og elektrisk støy, er høye dataoverføringshastigheter på minst 100 til 600 kBaud mulig ved å bruke slike ledere.

På havbunnen eller under havoverflaten skjer en demodulering av datasig-nalene ved bruk av en egnet datamodulasjonsinnretning, igjen slik som et modem. Omforming av spenningen skjer så ved hjelp av en DC/AC-omformer til, f.eks., en firekantbølge-spenning på 300 V med en frekvens på 20 kHz. Denne vekselspenningen kan overføres over vanlig forbindelsesutstyr til de forskjellige elektriske innretninger. Bare svak filtrering er nødvendig, uten store elektrolytiske kondensatorer. Transformatoren 16 som brukes til omforming av vekselspenningen fra DC/AC-omformeren til de riktige spenningsverdier, omfatter to spolehalvkjerner 18,19, som er atskilt med et luftgap. Spolehalvkjernene er tilordnet hverandre, kan atskilles fra hverandre og er utformet innbyrdes symmetriske. Denne transformatoren tilveiebringer den induktive kopling.

Så følger en måling av amplituden til firekantbølgespenningen ved hjelp av innretningen 14 for måling av vekselspenning, som videre er forbundet med en shuntspenningsregulator 15. En statisk og dynamisk stabilisering av utgangsspen-ningen blir stort sett tilveiebrakt ved hjelp av disse to innretningene i transfor-matorutgangen. Eventuelle tap fra transformatoren og andre innretninger i styrings- og aktiveringsinnretningen 6 kan spres direkte ved kontakt med havvannet via passende veggkonstruksjon på innretningene.

Dataoverføring fra måleinnretningen 14 via datamodulasjonsinnretningen 20 og 19 og via den ytterligere datamodulasjonsinnretning 12 og tilbake til spenningsforsynings- og styringsinnretningen 3, er mulig for å regulere spenningsforsyningen.

Ved å bruke passende beregninger for de nødvendige spenningsverdier og effekter, kan et ledertverrsnittsareal på bare omkring 2 mm2 fremkomme for, f.eks., en lengde på 50 km med undersjøisk kabel i forbindelse med spenningsstyrings-og forsyningssystemet i henhold til oppfinnelsen. Dette er et betydelig lavere tverrsnittsareal enn med systemer som er kjent i praksis, se fig. 1a og 1b.

I tillegg er høye dataoverføringshastigheter mulige på grunn av den enkle modulering og demodulering med hensyn til likespenningen og koaksialkabelen som brukes. Ved hjelp av de innretninger som brukes i systemet i henhold til oppfinnelsen, fremkommer det en stabil forsyningsspenning og høy systempålitelighet.

Claims

1. Styrings- og forsyningssystem (1) for elektriske innretninger (2) med minst én spenningsforsynings- og styringsinnretning (3) over havnivå (4), en undersjøisk kabel (5) som forbinder spenningsforsynings- og styringsinnretningen med de elektriske innretningene (2) og en styrings- og aktiveringsinnretning (6) som er tilknyttet de elektriske innretninger (2) hovedsakelig på stedet, karakterisert ved at spenningsforsynings- og styringsinnretningen (3) for frembringelse av en likespenning for mating inn i den undersjøiske kabel (5) , omfatter minst én AC/DC-omformer (7), at styrings- og aktiveringsinnretningen (6) omfatter minst én DC/DC eller DC/AC-omformer (8) for å omforme likespenningen som er overført over den undersjøiske kabel (5) til en likespenning eller en vekselspenning, og at den spenning som derved genereres, sendes til de elektriske innretninger (2) via en forbindelseslinje (26), idet data overføres til styrings-og aktiveringsinnretningen (6) sammen med likespenningen langs den undersjøis-ke kabel (5) og hvor dataene brukes til å styre anordninger (14,15) innenfor styrings- og aktiveringsinnretningen (6) og utveksles mellom styrings- og aktiveringsinnretningen (6) og minst én undersjøisk elektronisk modul (29) som inneholder en egnet elektronikk for å styre ulike utstyrsdeler under vannoverflaten og spesielt på havbunnen, så som ventiler, utblåsningssikringer, aktuatorer og liknende utstyr.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at en vekselspenningskilde (9) er koplet til spenningsforsynings- og styringsinnretningen (3) for å forsyne den med spesielt en 3-faset vekselspenning.

3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at spenningsforsynings- og styringsinnretningen (3) og styrings- og aktiveringsinnretningen (6) hver omfatter minst én datamodulasjonsinnretning (10, 12, 19, 20).

4. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at datamodulasjonsinnretningen (10) i spenningsforsynings- og styringsinnretningen (3) er posisjonert etter AC/DC-omformeren (7).

5. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at spenningsforsynings- og styringsinnretningen (3) er koplet til en ekstern dataoverføringsinnretning (11).

6. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at datamodulasjonsinnretningen (12) i styrings- og aktiveringsinnretningen (6) er anbrakt etter DC/DC- eller DC/AC-omformeren (8).

7. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en overstrømregulator (13) er anordnet i forbindelse med DC/DC- eller DC/AC-omformeren (8).

8. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at DC/AC-omformeren (8) er induktivt koplet til en innretning (14) for måling av vekselspenning, spesielt med en shuntspenningsregulator (15).

9. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en transformator (16) er innrettet for induktiv kopling mellom minst DC/AC-omformeren (8) og innretningen (14) for måling av vekselstrøm.

10. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at transformatoren omfatter to separate spole-halvkjerner (17,18) som er hovedsakelig symmetriske og tildelt hverandre.

11. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved aten datamodulasjonsinnretning (19, 20) for over-føring av data, er tildelt hver spolehalvkjerne (17,18).

12. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en koplingsstyringsinnretning (21, 22), innrettet for styring av datamodulasjonsinnretningene (19, 20) i DC/AC-omformeren (8) og av innretningen (14) for måling av vekselspenning, er tildelt hver spolehalvkjerne (17, 18).

13. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at innretningen (14) for måling av vekselspenning er koplet til de elektriske innretninger gjennom forbindelseslinjen (26).

14. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at spesielt amplituden til vekselspenningen måles ved hjelp av innretningen (14) for måling av vekselspenning.

15. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den vekselspenning som leveres av DC/AC-omformeren (8) er en firkantbølge-spenning.

16. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den vekselspenning som leveres av innretningen (14) for måling av vekselspenning med shuntspenningsregulatoren (15), er statisk og dynamisk stabilisert.

17. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at overføringen av data langs den undersjøiske kabel (5) utføres i begge retninger.

18. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at et luftgap (23) mellom spolehalvkjernene (17,

18) maksimalt er 4 mm, og helst maksimalt 2 mm bredt.

19. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at shuntspenningsregulatoren (15) er toveis utformet.

20. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en separat forbindelseslinje er anordnet i den undersjøiske kabel (5) for hver enhet (24) med elektriske innretninger (2).

21. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at systemet (1) omfatter en multiplekserinnretning (25) for dataoverføringen.