SE469987B - Anordning för kompensering av en växelspänning som uppträder mellan ett medium och en i mediet förlagd metallisk rörledning - Google Patents

Description

4§é 987 1 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en anordning som på ett enkelt och för- delaktigt sätt ger ett gott skydd mot de korrosionsrisker som vid rörled- ningar av inledningsvis angivt slag orsakas av i rörledningarna inducerade växelspänningar.

Vad som kännetecknar en anordning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5.

Fig l visar ett exempel på en anordning enligt uppfinningen, varvid fig la visar ett översiktsschema över anordningen, fig lb visar den i anordningen ingående transformatorn och dennas placering runt rörledningen, samt fig lc åskådliggör den reduktion av spänningen mellan rörledningen och omgivande medium som kan erhållas med hjälp av den i fig la och fig lb visade anord- ningen. Fig 2a visar hur vid en utrustning enligt uppfinningen flera trans- formatorer kan anordnas utefter en sektion av rörledningen, och fig 2b visar den reduktion av spänningen mellan rörledningen och jord som kan er- hållas på detta sätt. Fig 3 visar en alternativ utföringsform där den i anordningen ingående transformatorn matas från en effektförstärkare. Fig Ä visar hur en styrbar transformatorkoppling som ett alternativ kan användas för matning av utrustningens transformator. Fig 5a och fig Bb visar ett alternativt sätt att avkänna den inducerade spänningen i rörledningen och att styra matningsspänningen till den i utrustningen ingående transforma- torn.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Fig la visar ett principschema för en utrustning enligt uppfinningen.

Figuren visar en sektion 1 av en i mark förlagd metallisk naturgasledning 1, vilken är försedd med en elektriskt isolerande beläggning, och vilken är elektriskt isolerad från angränsande rörsektioner med hjälp av elektriskt isolerande kopplingar ll och 12. För att bilda ett mått på den växelspän- ning som kan induceras i sektionen l av elektriska kraftledningar, vilka _ 3 '4s9 987 löper i närheten av och helt eller delvis parallellt med rörsektionen, är en från jord isolerad mätledare 2 anordnad. Denna kan vara anordnad i marken, på marken eller ovanför marken. Mätledaren 2 anordnas lämpligen parallellt med rörledningen och nära invid denna. Mätledarens längd kan vara liten i förhållande till sektionens 1 längd, men om så är önskvärt för att få tillräcklig storlek på mätsignalen från ledaren kan längden hos denna utgöra en väsentlig del av sektionens längd. Ledaren 2 kan jordas i lämplig punkt. Den i ledaren 2 inducerade spänningen us tillförs en mät- förstärkare 3, vars utsignal betecknas med u'S. På grund av mätledarens 2 förläggning parallellt med och nära invid rörsektionen 1 blir signalerna us och u'S ett gott mått på den i rörsektionen på grund av kraftledningens driftström orsakade inducerade spänningen. Signalen u'S från mätförstärka- ren 3 tillförs en absolutvärdesbildare 4 samt en fasdetektor 5. Absolut- värdesbildaren 4 avger en signal U som är proportionell mot amplituden hos den i mätledaren 2 inducerade spänningen us. Fasdetektorn 5 avger en signal Q som är proportionell mot fasskillnaden mellan signalen u'S och en refe- rensspänning uref. Referenssignalen är en växelsignal med samma frekvens som frekvensen i den kraftledning som orsakar de i rörledningen inducerade spänningarna. Som visas i figuren kan referensspänningen enklast erhållas från ett lokalnät 6, vilket tillhör samma kraftnät som den nämnda kraft- ledningen och därmed har samma frekvens som denna.

Signalerna U och Q tillförs en regulator 7, vilken är anordnad att avge en växelspänning Ul med styrbar amplitud och med styrbart fasläge. Regulatorn 7 kan som visas i fig la utgöras av en växelspänningsomriktare, exempelvis en mellanledsomriktare med en från nätet 6 matad styrbar likriktare, ett likspänningsmellanled samt en självkommuterad växelriktare anordnad att avge en växelspänning med styrbar frekvens och därmed med styrbart fasläge.

Vid denna utformning av regulatorn 7 anordnas spänningen U att styra mellanledslikspänningen och därmed amplituden hos spänningen U1, och signalen Q anordnas att styra växelriktaren så att spänningen U1 får ett fasläge pl = Q + n i förhållande till referensspänningen, dvs spänningen U1 ligger i motfas till mätsignalen us.

Den av regulatorn 7 alstrade spänningen UI tillförs en transformator 8. Som närmare visas i fig lb har denna transformator en järnkärna 81 med ring- format eller rektangulärt tvärsnitt, vilken omsluter rörledningen 1. Järn- kärnan är lämpligen utförd av orienterad plåt och kan utföras lindad av en 469 987 ” enda sammanhängande plåtremsa. Alternativt kan kärnan utgöras av ett antal sammanlagda plåtar med sina plan vinkelräta mot rörlednignens längdaxel. På kärnan är som schematiskt visas i fig lb anordnad en primärlindning 82, -till vilken spänningen U1 från regulatorn 7 anslutes. Lindningen 82 och regulatorn 7 dimensioneras så att lämpliga ström- och spänningsnivåer erhålles. Exempelvis kan lindningen 82 bestå av tio varv, spänningen U1 ha ett effektivvärde av storleksordningen 100 V och strömmen genom transforma- torns primärlindning ha ett effektivvärde på ca 13 A.

Rörledningen 1 fungerar som en envarvig sekundärlindning till transforma- torn 8, och i rörledningen induceras en emk E2 = Ul/Nl = k-U/N1. Denna emk ligger som framgår av det ovanstående i motfas till den i rörledningen av kraftledningen inducerade emkzn. Dessa båda emkzer kommer alltså att mot- verka varandra, och vid korrekt utförande och justering av utrustningen enligt uppfinningen kan en i det närmaste fullständig undertryckning er- hållas av de i rörledningen 1 av kraftledningsströmmen inducerade spän- ningarna. Konstanten k i uttrycket ovan väljs och injusteras i regler- systemet så att önskad grad av undertryckning erhålles av den i rörled- ningen inducerade spänningen. Konstanten k kan bestämmas genom beräkning, mätning eller genom praktiska prov.

Signalen från mätledaren 2 kan om så anses erforderligt filtreras i ett bandpassfilter avstämt till kraftledningens frekvens, detta för att eli- minera inverkan av i mätledaren uppträdande spänningar som härrör från andra källor än kraftledningen.

Fig lc visar spänningen i rörledningen i förhållande till jord som funktion av avståndet x från ledningssektionens ena ände. Sektionen antas ha längden l och vara jordad vid sin mittpunkt, exempelvis genom en skada på led- ningens elektriska isolation. Den i figuren med a betecknade kurvan visar den spänning som skulle orsakas av en kraftledning som löper parallellt med ledningssektionen utefter hela dess längd. Spänningen får ett maximalvärde 1 um vid sektionens ändpunkter. Om en transformator 8 enligt uppfinningen anordnas vid ledningssektionens mittpunkt och anordnas att i rörledningen inducera en emk med beloppet um får spänningen det med kurvan b visade förloppet. Som framgår av figuren reduceras den maximala spänningen mellan rörledningen och jord med en faktor 2. f» 5 4469 987 Om denna reduktion inte anses tillräcklig kan en ytterligare reduktion er- hållas genom att flera transformatorer enligt uppfinningen anordnas utefter ledningssektionen. Fig 2a visar ett sådant exempel där tre transformatorer Sa; 8b och 8b anordnas jämnt fördelade utefter sektionens längd. Transfor- matorernas primärlindningar är parallellt anslutna till regulatorn 7 och matas sålunda med spänningen Ul. I fig Zb visar kurvan c den spänning som erhålles mellan rörledningen och jord. Som synes erhålles i detta fall en reduktion av den maximala spänningen med en faktor U.

Fig 3 visar en alternativ utföringsform av utrustningen enligt uppfin- ningen. Signalen u'S från mätförstärkaren 3 tillförs en teckenvändande effektförstärkare 9, vars utsignal Ul tillförs transformatorn 8. Signalen - U kommer genom teckenvändningen i förstärkaren 9 att ligga i motfas till 1 'signalen u's, och genom lämplig inställning av förstärkarens förstärk- ningsfaktor kan i princip en fullständig undertryckning erhållas av de i rörledningen 1 inducerade spänningarna. Förstärkaren 9 kan exempelvis vara en switchad effektförstärkare av i och för sig känt slag.

Fig 4 visar hur som ett alternativ en transformatorkoppling kan användas för alstrande av matningsspänningen till transformatorn 8. Kopplingen inne- fattar två enfastransformatorer 22 och 23. Transformatorn 22 har sin pri- märlindning ansluten till faserna S och T hos lokalnätet 6, och transforma- torn 23 har sin primärlindning ansluten mellan fasen R och nätets noll- ledning O. Amplituden hos varje transformators utspänning är styrbar, kontinuerligt eller i steg. Transformatorerna kan exempelvis utgöras av servomotordrivna vridtransformatorer eller av transformatorer som är för- sedda med stegkopplare. I den visade kopplingen kommer utspänningen UA från transformatorn 23 att vara 900 fasvriden i förhållande till utspänningen UB från transformatorn 22. Eftersom de båda transformatorernas sekundärlind- ningar är seriekopplade kommer deras utspänningar att adderas vektoriellt, och deras vektorsumma utgör matningsspänningen U1 till transformatorn 8. Om varje transformators utspänning kan varieras från maximal amplitud i ett fasläge till maximal amplitud i motsatt fasläge, kan utspänningen U1 på känt sätt styras godtyckligt säväl till amplitud och fasläge inom alla fyra kvadranterna. För styrning av transformatorerna tillförs signalerna U och Q (se fig la) en styrenhet 21, vilken avger styrsignaler sl och s2 till transformatorernas ställdon. Styrdonet kan exempelvis avge sådana styr- signaler sl och s2 till transformatorerna att dessas utspänningar blir: 46§ 987 5 A Usin(ç + n) C! n Ci || Ucos(ç + K) På detta sätt åstadkommes att matningsspänningen till transformatorn 8 får amplituden U och ett fasläge som är i motfas till den i rörledningen 1 inducerade växelspänningen.

Styrningen av utrustningen enligt uppfinningen kan utföras på andra sätt än det ovan beskrivna. Exempelvis kan som visas i fig 5a spänningen mellan rörledningen och jord avkännas i en eller ett flertal utefter rörledningen fördelade punkter. I exemplet i fig Sa görs detta genom att mätförstärkare 31, 32, 33 är anslutna mellan jord och punkterna Pl, P2, P3 på rörled- ningen: Mätförstärkarnas utsignaler u's1, u's2, u's3 tillförs en optime- ringsenhet 34 (fig 5b). Denna avger i sin tur en styrsignal s3 till regula- torn 7. Styrsignalen s3 påverkar amplitud och fasläge hos den av regulatorn alstrade spänningen Ul, vilken tillförs transformatorn 8. Optimerings- enheten 34 kan exempelvis utgöras av en på lämpligt sätt programmerad dator anordnad att via styrsignalen s3 påverka spänningen Ul på sådant sätt i beroende av mätsignalerna att risken för korrosion hos rörledningen minime- ras. Optimeringsenheten kan exempelvis bilda medelvärdet av mätsignalerna och genom successiva försök variera amplitud och fasläge hos spänningen U1 till dess att nämnda medelvärde får ett minimum. I stället för att som nu beskrivits minimera medelvärdet av mätsignalerna kan givetvis någon annan för korrosionsrisken representativ storhet bildas och minimeras. Som ett alternativt exempel kan den storhet som minimeras utgöras av den av mät- signalerna som har det största absolutvärdet.

Insignalen eller insignalerna till optimeringsenheten ßü i fig 5b behöver givetvis inte bildas på det i fig 5a visade sättet. I ett alternativt ut- förande kan exempelvis insignalerna till optimeringsenheten utgöras av mätsignalen eller mätsignalerna från en eller flera mätledare 2 av det i fig 1 visade slaget.

I fig 2a visas hur flera från en gemensam spänningskälla matade transforma- torer kan utplaceras längs den aktuella rörledningssektionen för att uppnå en kraftigare reduktion av de inducerade spänningarna. Alternativt kan samma verkan uppnås genom att flera kompletta utrustningar av det i fig la visade slaget utplaceras längs rörledningssektionen.

Il ~ , 469 987 De i fig 1 och 3 visade mätledarna 2 utgör ett sätt att bilda en storhet som utgör ett mått på den i rörledningen inducerade spänningen. Även andra sätt är tänkbara. Den inducerade spänningen i rörledningen är ju till storlek och fasläge direkt beroende av kraftledningens belastningsström. I det fall där det är möjligt och lämpligt att mäta denna ström kan den direkt användas som ett mått på den i rörledningen inducerade spänningen I ovanstående beskrivning har stillatigande förutsatts att belastnings- strömmen i kraftledningen, och därmed den i rörledningen inducerade spän- ningen, är en ren sinusström utan övertoner. I praktiken kan övertoner förekomma i nämnda belastningsström och inducera växelspänningar av mot- svarande frekvenser i rörledningen, vilka spänningar på samma sätt som grundtonen kan orsaka korrosionsrisker. Den i fig 3 visade utföringsformen av uppfinningen kommer automatiskt att medföra en kompensation även av inducerade övertoner, eftersom den transformatorn påtryckta spänningen Ul utgör en teckenvänd avbildning av den från mätledaren 2 erhållna mätsigna- len us. Övertoner i den inducerade spänningen kan givetvis kompenseras även på andra sätt. Exempelvis kan sålunda både grundton och aktuella övertoner med hjälp av bandpassfilter separeras ur mätsignalen och bestämmas var för sig till amplitud och fasläge, varefter den önskade spänningen U1 för undertryckande av samtliga avkända toner syntetiseras på lämpligt sätt med hjälp av lämpliga elektroniska kretsar.

Som ett alternativ till den i fig 1 visade strömriktarkopplingen 7 och till den i fig H visade transformatorkopplingen kan en kaskadkoppling av en induktionsregulator och en vridtransformator användas, varvid induktions- regulatorn används för styrning av fasläget hos matningsspänningen till transformatorn 8 och vridtransformatorn används för styrning av spänningens amplitud.

Claims (10)

469' es? PATENTKRAV

1. Anordning för kompensering av en växelspänning som uppträder mellan ett medium och en i mediet förlagd metallisk rörledning (1), vilken är omgiven av ett skikt eller en mantel av elektriskt isolerande material, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen innefattar a) en transformator (8) med en rörledningen omslutande kärna (81) och en på kärnan anbringad lindning (82), b) första organ (2, 3, 4, 5) anordnade att bilda en storhet (U, F) som motsvarar den i rörledningen uppträdande växelspänningen, c) spänningsgenererande organ (7) anordnade att tillföras nämnda storhet, att i beroende av denna alstra en växelspänning (UI) och att tillföra denna spänning till transformatorlindningen på sådant sätt att spänningen mellan mediet och rörledningen påverkas för reduktion av risken för korrosion hos rörledningen.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första organ innefattar en i huvudsak parallellt med rörledningen förlagd mätledare (2) och att nämnda storhet bildas ur den i mätledaren inducerade spänningen (us).

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första organ innefattar amplitudkännande organ (4), anordnade att bilda en mot amplituden hos den inducerade spänningen svarande amplitudsignal (U), samt fasvinkelkännande organ (5) anordnade att bilda en mot fasläget hos den inducerade spänningen svarande faslägessignal (F), vilka signaler är anordnade att tillföras nämnda spänningsgenererande organ (7), vilket i sin tur är anordnat att alstra och tillföra transformatorn (8) en spänning (Ul) med en mot amplitudsignalen svarande amplitud och ett mot faslägessignalen svarande fasläge.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fasvinkelkännande organ (5) är anordnade att bilda faslägessignalen i bero- ende av fasläget hos den i mätledaren inducerade spänningen i förhållande till en referensväxelspänning (uref), samt att nämnda spänningsgenererande organ (7) är anordnat att alstra en växelspänning (U1 med samma frekvens som referensspänningen och med ett av faslägessignalen (F) beroende ). fasläge i förhållande till referenssignalen (uref IK CW 2 469 987

5. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första organ innefattar organ (31, 32, 33, 34) anordnade att avkänna spänningen mellan rörledningen och det omgivande mediet i en eller ett flertal punkter (P1, P2, P3) utefter rörledningen och att i beroende av de avkända spänningsvärdena (u's1, u's2, u's3) bilda en styrstorhet (s3) för styrning av det spänningsgenererande organet (7).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den innefattar ett flertal transformatorer (Sa, Sb, 8c) för- delade längs rörledningen.

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d av att trans- formatorerna matas från en gemensam spänningskälla (7).

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att det spänningsgenererande organet (9) utgörs av en effekt- förstärkare.

9. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d av att det spänningsgenererande organet (7) utgörs av en statisk ström- riktarkoppling.

10. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d av att det spänningsgenererande organet (21, 22, 23) utgörs av en styrbar transformatorkoppling (21, 22, 23).