(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

Transkript

1 (12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE (1) Int Cl. H04B 3/4 (06.01) H01B 11/04 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag (8) Videreføringsdag (24) Løpedag () Prioritet (41) Alm.tilgj (4) Meddelt (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Truls Normann, Stensberggata, 0170 OSLO, Norge Ole A Heggdal, Konvallveien, 147 FINSTADJORDET, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Kabel og system for elektrisk kraft- og signaloverføring. (6) Anførte publikasjoner US 0/ A1, US (7) Sammendrag En kabel (1) for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner, der kabelen til/mellom installasjonen(e), idet nevnte kabel omfatter en langstrakt kabelstreng (1) med et antall elektriske ledere (2A-C) som utstrekker seg som en del av kabelstrengen i hovedsak parallelt i kabelstrengens (1) lengderetning. Kabelen omfatter en kabeltransponeringsdel (4) mellom en første kabellengde (3) og en andre kabellengde (), der transponeringsdelen (4) forbinder hver enkelt elektrisk leder i første kabellengden den med en tilhørende elektrisk leder i den andre kabellengden, slik dannende elektriske kontinuerlige ledere i kabelen, og på en slik måte at kabelen elektriske ledere der det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående ledere i kabelens tverrsnitt er forskjellig i de to nevnte første og andre kabellengder (3, ). Et system for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner benytter kabelen (1) med en kabeltransponeringsdel (4).

2 1 Denne oppfinnelsen vedrører overføring av elektrisk kraft og kommunikasjonssignaler til og mellom elektriske installasjoner, inkludert undervannsinstallasjoner. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en ny elektrisk kabel for bruk i et elektrisk trefase kraftforsyningssystemer og kommunikasjonssystemer for undervannsinstallasjoner, samt et kraftforsynings og/eller kommunikasjonssystem som benytter den nye kabeltypen. Ett eksempel på en kjent kabelstreng og en fremgangsmåte for å fremstille en kabelstreng er vist i norsk patent nr Ved lange kraftforsyningskabler, eksempelvis til undervannsinstallasjoner som kan ligge langt til havs, er det kjent at det oppstår elektriske ubalanser i systemene/kablene p.g.a. de elektriske egenskapene. Slike ubalanser kan ha flere årsaker, eksempelvis nærhetseffekter (eng.: proximity effects), magnetodynamisk kopling med omgivelsene, så vel som gjensidig innvirkning mellom de elektriske lederne i kabelen. Generelt vil summen alle de elektromagnetiske parametere i kraftoverførings- og/eller kommunikasjonssystemet være avgjørende for om slike ubalanser oppstår. 2 Slike ubalanser vil av og til kunne oppstå, særlig i systemer med kabellengder som går opp i et antall kilometer. Ubalansene kan, avhengig av kabellengdene og andre elektriske egenskaper, ha uønskede resultater, eksempelvis såkalte negative sekvensspenninger, som igjen kan medføre økt tap i undervannsinduksjonsmotorer, så vel som uønskede dreiemomentpulseringer i disse motorene. Strømmene og spenningene vil være forskjellige i hver fase, så vel som også motstand og induktans per fase og i kabelskjermen for her fase. Det er følgelig ønskelig å finne frem til tekniske løsninger som kan hjelpe til med å redusere slike ubalanser mest mulig, ideelt fjerner slike ubalanser helt. Fra den tidligere kjente teknikk er det ved høyspenningslinjer som er anbrakt i luftspenn kjent å henge opp de elektriske lederne ved hvert opphengspunkt/høyspentmast slik at posisjonen til elektriske lederne revolverer omkring linjens lengdeakse, sett over et

3 2 antall master. Generelt, så er det kjent å la de elektriske lederne bytte plass i enkelte av eller alle opphengspunktene/-mastene ved hjelp av elektriske koplinger i masten. Slike koplinger er illustrert på Fig. 1, som illustrerer hvordan tre kraftledninger L1, L2 og L3 bytter plass ved opphengs-/koplingspunktene M1 og M2. Koplings-/opphengspunktene er vanligvis mastene som kraftledningene er opphengt i. Et slik arrangement av de elektriske lederne bidrar til å redusere uønskede ubalanser i systemet, eksempelvis induserte spenninger på grunn av eksterne elektriske felter og/eller vekselvirkning mellom de elektriske lederne. Noe analogt så er det også tidligere kjent inne kommunikasjonsteknikken og i Triad trefaseforsyninger å benytte kabler med kontinuerlig twistede ledere for å redusere innvirkning og støy dannet av eksterne elektriske felter. 1 Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en kabel og et system for kraftforsyning og/eller kommunikasjon mellom elektriske installasjoner, spesielt undervannsinstallasjoner, som gir mindre ubalanse i slike kraftforsyninger enn dagens kjente systemer, slik at de negative konsekvensene som resulterer av slike ubalanser reduseres i større grad enn i tidligere systemer og kabelløsninger. 2 I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebrakt en kabel for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner, der kabelen til/mellom installasjonen(e), idet nevnte kabel omfatter en langstrakt kabelstreng med et antall elektriske ledere som utstrekker seg som en del av kabelstrengen i hovedsak parallelt i kabelstrengens lengderetning. Kabelen og systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet slik som angitt i de selvstendige kravene. I en utførelsesform er kabelen i henhold til oppfinnelsen tilpasset slik at de gjennomgående elektriske ledere er anbrakt i et kryssarrangement i transponeringsseksjonen. I en annen utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen omfatter kryssarrangementet kryssing av minst to av de gjennomgående elektriske lederne.

4 3 I en ytterligere utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen føres én av de gjennomgående elektriske ledere i transponeringsseksjonen over i en tverrsnittsmessig senterseksjon i kabelen i det minste langs en del av transponeringsseksjonens lengde. I nok en ytterligere utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen forskyves én av de gjennomgående elektriske ledere i transponeringsseksjonen tverrsnittsmessig i forhold til de andre elektriske lederne i kabelen slik at nevnte ene gjennomgående elektriske leder har en annen tverrsnittsmessig plassering i forhold til de andre elektriske lederne i en første ende av transponeringsseksjonens lengde i forhold til plasseringen i en andre ende av transponeringsseksjonen. 1 I enda en utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen omfatter kabelen seks elektriske ledere med i hovedsak likt tverrsnitt anbrakt symmetrisk omkring et senter i kabeltverrsnittet, der en første trefaseforsyning utgjøres av tre første elektriske ledere og en andre trefaseforsyning utgjøres av tre andre ledere. I nok enda en utførelse av en kabel i henhold til oppfinnelsen omfatter den seks elektriske ledere, der tre første ledere er anbrakt symmetrisk omkring et senter av kabeltverrsnittet og tre andre elektriske ledere er anbrakt mellom et senter i kabeltverrsnittet og kabelens ytterside, og utenfor nevnte tre første elektriske ledere. 2 I en variant av kabelen i henhold til oppfinnelsen med seks elektriske ledere har de nevnte første elektriske ledere større tverrsnittsdiameter enn nevnte andre elektriske ledere. I nok en ytterligere utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen omfatter en transponeringsdel en dreining eller revolvering av de elektriske lederne. I et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et system for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner, så som en produksjonsdel/senderdel og en forbruksdel/mottakerdel. Kabel omfatter en langstrakt kabelstreng med et antall

5 4 elektriske ledere som utstrekker seg som en del av kabelstrengen i hovedsak parallelt i kabelstrengens lengderetning. Kabelen omfatter i tillegg en kabeltransponeringsdel mellom en første kabellengde og en andre kabellengde, der transponeringsdelen forbinder hver enkelt elektrisk leder i første kabellengden den med en tilhørende elektrisk leder i den andre kabellengden, slik dannende elektriske kontinuerlige ledere i kabelen, og på en slik måte at kabelen elektriske ledere der det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående ledere i kabelens tverrsnitt er forskjellig i de to nevnte første og andre kabellengder. I en utførelsesform av systemet i henhold til oppfinnelsen er en av de elektriske installasjonene er anbrakt under vann. 1 I en annen utførelsesform av systemet i henhold til oppfinnelsen inngår en av de elektriske installasjonene som en del av et system for utvinning av olje og/eller gass som er i det minste delvis plassert på havbunnen. 2 Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedføyde tegninger, der Fig. 1 viser skjematisk et eksempel fra kjent teknikk på bytting av posisjon for elektriske ledere for kraftlinjer som eksempelvis går i luftspenn mellom master. Fig. 2 viser en prinsippskisse for en kabel ifølge oppfinnelsen som omfatter en kabeltransponeringsdel mellom to kabellengder. Fig. 3A-C illustrerer tre sekvenser hver med fire kabeltverrsnittsbilder, der hver sekvens er tverrsnittsbilder langs en kabeltransponeringsdel av en kabel ifølge oppfinnelsen, der, i hver sekvens, to av de elektriske lederne i et trefasearrangement skifter posisjon i tverrsnittet fra første til siste tverrsnittsbilde. Fig. 4 illustrerer hvordan de tre sekvensene vist på Figurene 3A-C kan anbringes etter hverandre langs en kabel, for slike å gi et antall transponeringer av de elektriske lederne langs kabelen.

6 1 2 Fig. A-B Fig. 6 Fig. 7A-B. Fig. 8A-B Fig. 9 Fig. Fig. 11A Fig. 11B Fig. 12 illustrerer prinsipielt kryssing av to elektriske ledere i en transponeringsseksjon av en kabel i følge oppfinnelsen. viser et typisk tverrsnitt av en kabel i henhold til oppfinnelsen som inneholder seks elektriske ledere, et senterelement, og flere plastelementer anbrakt mellom de elektriske lederne og mellom lederne og de ytre kabellag (kappe og eventuelt skjerm). viser en første eksempel på en utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen som har et dobbelt trefasesystem og transponeringsdeler på samme sted for de to trefasessystemene og forskjøvet i forhold til hverandre, henholdsvis. viser en andre eksempel på en utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen som har et dobbelt trefasesystem og transponeringsdeler på samme sted for de to trefasessystemene og forskjøvet i forhold til hverandre, henholdsvis. viser en transponeringsseksjon i en kabel i perspektiv, der kryssende elektriske ledere er illustrert, der én leder ligger delvis i senterområdet i kabeltverrsnittet. illustrerer tre utførelseseksempler av systemer med en kabel i henhold til oppfinnelsen for overføring av elektrisk strøm og/eller signaler. illustrerer kabeltverrsnitt og en første transponering av elektriske ledere i en utførelsesform av en kabel i henhold til oppfinnelsen. illustrerer kabeltverrsnitt og en andre transponering av elektriske ledere i en utførelsesform av en kabel i henhold til oppfinnelsen. illustrerer en dreie- eller revolveringstransponering i en utførelsesform av kabelen i henhold til oppfinnelsen. Begrepet transponeringsdel og transponering brukes i denne beskrivelsen for å uttrykke at de elektriske lederne i en kabel over en definert, begrenset del av kabelen, kalt en transponeringsdel, skifter plass i forhold til hverandre i kabeltverrsnittet. Med andre ord omplasseres eller ombyttes posisjonene ved en transponering for to eller flere elektriske ledere, slik at to elektriske ledere som på en side av en transponeringsdel er ved siden av

7 hverandre i en konfigurasjon, enten har byttet plass eller ikke lenger er ved siden av hverandre på den motsatte siden av den samme transponeringsdelen. 6 1 I det enkleste prinsipp er kabelen i henhold til oppfinnelsen en langstrakt kabelstreng 1 med et antall elektriske ledere 2, på Fig. 2 vises kabelstrengen 1 for enkelhets skyld med én enkelt elektrisk leder 2 som utstrekker seg som en del av kabelstrengen 1 i hovedsak parallelt i kabelstrengens 1 lengderetning. Kabelen omfatter en kabeltransponeringsdel 4 mellom en første kabellengde 3 og en andre kabellengde. Transponeringsdelen 4 forbinder en, flere av, eller alle de elektriske lederne 2 i den første kabellengden 3 med tilhørende elektriske ledere 2 i den andre kabellengden, slik dannende elektrisk ledende, kontinuerlige eller gjennomgående, ledere i kabelen, på en slik måte at det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående ledere i kabelens tverrsnitt er forskjellig i de to nevnte første og andre kabellengder 3,. På Fig. 1 er det vist en enkelt gjenomgående elektrisk leder 2. Vanligvis vil en transponeringsdel 4 være i området - meter lang, mens det kan være opptil flere kilometer mellom hver transponeringsdel. 2 Det er en vesentlig egenskap ved oppfinnelsen at forholdet mellom de elektriske lederne 2 i kabeltverrsnittet endres på kontrollert måte ved hjelp av transponeringsdelene 4 på helt bestemte lokasjoner langs kabelen 1, m.a.o. kan kabelen med transponeringene betraktes som en kontinuerlig kabellengder avbrutt stedvis av diskontinuiteter i form transponeringer, der de gjennomgående lederne skifter plass i kabelens tverrsnitt. Forholdet mellom de elektriske lederne 2 vil vanligvis være uendret i de lange kabellengdene mellom transponeringsdelene 4. Produksjonsmessig er dette praktisk og kostnadsmessig gunstig at kabelens tverrsnitt holdes uendret over de lange kabellengder mellom transponeringsdelene 4. Oppfinnerne har erfart at slike transponeringer av de elektriske lederne i stor grad kan bevirke til fjerning av eller i de minste til vesentlig reduksjon av de ovennevnte ubalanser. Simuleringsverktøy for elektromagnetiske systemer vil kunne gi anvisninger på hvilket antall transponeringsdeler og hvilken fordeling av slike transponeringsdeler som gir gode resultater. Generelt antyder søkerens erfaring at jo flere transponeringer som legges inn langs en kabel, desto mer vil de ovennevnte ubalansene reduseres. Det

8 7 skal imidlertid nevnes at normalt vil man kunne forvente at en forbedring med hensyn på nevnte problem, det vil si en reduksjon i ubalansene, oppnås allerede med et lite antall transponeringer langs kablene. Antallet transponeringsdeler vil imidlertid begrenses av praktiske og kostnadshensyn, ettersom hver transponeringsdel har en gitt lengde og med økende kompleksitet for kabelen øker også kostnadene ved produksjon. 1 For å illustrere hvordan det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående elektriske ledere 2 kan endre posisjon i kabeltverrsnittet ved hjelp av transponeringsdelen 4, vises det først til Fig. 3A-C og Fig. 4, som kan sees i sammenheng. Fig. 3A viser fire tverrsnitt ved etter hverandre påfølgende posisjoner langs kabelen, betegnet I, II, III og IV, for ett eksempel på en transponeringsseksjon 4. Transponeringsseksjonen på Fig. 3A kan eksempelvis være en første 4 transponeringsseksjon langs en kabel, slik som illustrert på Fig. 4. Etter en første transponeringsseksjon kan det i en avstand d 1 følge en andre 4 transponeringsseksjon. Etter den andre 4 transponeringsseksjonen følger i en avstand d 2 en tredje 4 transponeringsseksjon. Avstandene d 1 og d 2 mellom transponeringsseksjonene kan variere fra i området noen hundre meter til en eller flere kilometer, avhengig av hvilken konfigurasjon som finnes optimal, enten ved simulering eller praktiske forsøk i hvert enkelt tilfelle. 2 I detalj kan en transponeringsseksjon 4 beskrives som følger. Med henvisning til Fig. 3A så er tverrsnitt I et typisk tverrsnitt for en kabel i overgangen mellom en vanlig kabellengde, eksempelvis kabellengdene 3 og på Fig. 1, og en første ende 7 av en transponeringsseksjon 4. Kabelen består av seks elektriske ledere anbrakt omkring en sentralkjerne 6. Tre av de elektriske lederne, 2A, 2B, 2C betegner tre ledere som utgjør et første elektrisk trefasesystem. På samme vis kan de tre øvrige ledere i en slik sekslederkabel danne et andre trefasessystem. Sentralkjernen 6 i kabelen vil normalt omfatte et materialstykke, eksempelvis et sylinderformet langstrakt plaststykke som utfyller det sentrale området i kabelen. I transponeringsseksjonen 4 er sentralkjernen helt eller delvis fjernet, slik at kabelen definerer et åpent sylindrisk område langs i det minste en del av transponeringsseksjonen. Det vises så ved tverrsnitt II hvordan

9 8 1 elektrisk leder 2B føres inn i det åpne sylindriske området dannet av den fjernede sentralkjernen 6. Der hvor elektriske leder 2B ligger i den åpne kabelkjernen, dannes et nytt åpnet område der elektrisk leder 2B er fjernet. Elektrisk leder 2A kan forflyttes i tverrsnittet slik at den inntar den posisjon som elektrisk leder 2B hadde ved den ene enden 7 av transponeringsseksjonen 4, se tverrsnitt III. Videre så kan elektrisk leder 2B deretter flyttes i tverrsnittet slik at den inntar den posisjon i kabeltverrsnittet som elektrisk leder 2A hadde ved begynnelsen 7 av transponeringsseksjonen 4, se tverrsnitt IV. Tverrsnitt IV viser den tverrsnittskonfigurasjon som kabelen får i den andre enden 8 av transponeringsseksjonen, der transponeringsseksjonen går over i en andre kabellengde. Således gir transponeringsseksjonen 4 en transponering eller endring av det innbyrdes forhold mellom (eller posisjonen for) de elektriske lederne 2A, 2B og 2C i kabelen. I praksis viser Fig. 3A hvordan transponeringsseksjonen oppnår at de to elektriske ledere 2A og 2B kan bytte plass i kabeltverrsnittet. På samme måte illustrerer Fig. 3B, illustrert ved tverrsnittene IV, V, VI og VII, hvordan de to elektriske lederne 2A og 2C kan bytte plass i tverrsnittet. På lignende måte viser Fig. 3C, illustrert ved tverrsnittene hvordan de to elektriske lederne 2B og 2C kan bytte plass i kabeltverrsnittet. Fig. 3A-C viser tre grunnleggende transponeringsseksjoner 4 for et trefasesystem som i prinsippet gjør det mulig å la alle de tre lederne bytte plass med hvilken som helst av de andre lederne i kabeltverrsnittet ved bruk av en eller flere transponeringsseksjoner. På Fig. 4 kan eksempelvis transponeringsseksjon 4 være den som er illustrert på Fig. 3A, transponeringsseksjon 4 være den som er illustrert på Fig. 3B og transponeringsseksjon 4 være den som er illustrert på Fig. 3C. 2 Det vises så til Fig. A som viser en skisse av tre av de elektriske lederne 2A, 2B og 2C i en trefaseforsyningskrets i en kabel 1 der to elektriske ledere benevnt 2A og 2B krysser hverandre ved en transponeringsdel 4. Transponeringsdelen 4 ligger mellom en første kabeldel 3 og en andre kabeldel. Fig. B viser en alternativ illustrasjon av kryssingen på Fig. A. De to kryssende elektriske ledere 2A og 2B er vist ved firkanter og sirkler, henholdsvis. Den elektriske leder 2C løper gjennom transponeringsdelen 4 uten at dens posisjon i kabeltverrsnittet endres. Senterelementet 6 i kabelen er fjernet i transponeringsdelen 4. I transponeringsdelen 4 er det innplassert flere fyllelementer 6, som eksempelvis kan være laget av plast, delvis for bedre å definere posisjoneringen av

10 9 de elektriske lederne i transponeringsseksjonen og delvis for å holde lederne bedre på plass. Fyllelementene 6 vil typisk ha et tverrsnitt som varierer i de elektriske ledernes lengderetning, for å fylle tomrommene omkring lederne 2A og 2B idet disse bytter plass i transponeringsseksjonen. Som et alternativ til tillagde fyllelementer 6, så kan tomrommet mellom de elektriske lederne 2 i transponeringsdelen 4 fylles med et plastskum eller lignende. 1 2 Fig. 6 illustrerer ett tverrsnitt av en kabel 1 ifølge oppfinnelsen, sett utenfor transponeringsdelene. Seks elektriske ledere er anbrakt omkring et senterelement 6. Tre elektriske ledere 2A, 2B og 2C danner lederne i en første trefaseforsyningskrets A, se Fig. 7A-B og 8A-B, og de tre øvrige elektriske lederne 2D, 2E og 2F danner en andre trefaseforsyningskrets B. I tverrsnittet vil det også være et senterelement 6 som vanligvis løper i hele kabelens lengde, men kan være brutt eller modifisert i transponeringsdelen 4. Selv om enkelte av figurene antyder at senterelementet 6 er helt brutt i transponeringsdelen 4, så kan varianter av oppfinnelsen omfatte et modifisert senterelement 6 i transponeringsdelen 4. Et antall fyllelementer 9, eksempelvis laget i et plastmateriale, utfyller det øvrige volumet mellom de elektriske lederne 2 og kabelyttersiden 11. Forsterkningselementer, eksempelvis i form av langsgående metalldeler, kan være lagt inn i kabelen 1 ved produksjonen, som illustrert i tverrsnittet til venstre på Figur 6. For å gjøre det mulig å la de elektriske lederne 2A-2F bytte plass i transponeringsdelene 4, bør senterelementets 6 diameter være en del større enn diameteren til de elektriske lederne 2A-F for å tillate at de elektriske lederne lett kan passere de delene av fyllelementene 9 som peker innover mot senterelementet 6 (eventuelt det åpne senterområdet definert av det manglende senterelementet 6). Figur 7A illustrerer en kabel 1 som går over en avstand på 12 km. Kabeltverrsnittet endres for hver tredje kilometer, idet det er plassert en transponeringsdel 4 for hver 3 km langs kabelen. Lengden på 3 km mellom hver transponering er her valgt som et eksempel, og det vil forstås at mange andre avstander kan benyttes, eksempelvis 1 km, 1, km 2 km og 2, km. Avstanden mellom transponeringsdelene 4 kan også variere langs kabelen 1. På denne figuren betegner bokstaven A en første trefaseforsyning og bokstaven B en andre trefaseforsyning, der hver trefaseforsyning bruker tre av de

11 elektriske lederne i en sekslederkabel. De to trefaseforsyningene på Fig. 7A har transponeringsdeler 4 på samme sted langs kabelen, mens på Fig. 7B er transponeringsdelene 4 for trefasesystem A forskjøvet i kabelens lengderetning i forhold til transponeringsdelene for trefasesystem B. Avhengig av de elektriske egenskaper for systemet, så kan en av disse variantene ved simulering eller praktiske forsøk vise seg å gi minst ubalanser i systemet det kabelen benyttes. Det vil for en fagmann på området være åpenbart etter å ha satt seg inn i prinsippet bak denne oppfinnelsen slik som fremlagt i den foreliggende beskrivelse, å innse at et antall av kabellengdene på Fig. 7A-B kan følge på hverandre slik at lengder på n x 12 km (n et heltall) er mulig. Fig 8A-B illustrerer eksempelvis en dobling av lengden til 24 km. 1 Fig. 9 illustrerer i perspektiv hvordan to av de elektriske lederne 2A og 2B krysser hverandre i en transponeringsseksjon 4. Det er også her illustrert hvordan senterelementet 6 er avbrutt i transponeringsdelen 4. De øvrige elektriske lederne, eksempelvis leder 2C passerer transponeringsdelen 4 uten å endre posisjon i kabeltverrsnittet. For å fremstille en kabel i henhold til denne oppfinnelsen vises det til norsk patentsøknad nr. 9689, som har ført til norsk patent nr Dette patentet beskriver i detalj en maskin og en fremstillingsmåte for en kabelstreng, som ved noen tilpasninger også kan benyttes til å fremstille kabelen ifølge denne oppfinnelsen. 2 Tre varianter av et system i henhold til oppfinnelsen for å overføre elektrisk strøm mellom installasjoner og som benytter en kabel i henhold til oppfinnelsen er illustrert på Fig.. En kabel 1 i henhold til denne oppfinnelse går mellom en kraftkilde og en kraftforbruker. Kabelen 1 inneholder som vist på de tre øverste versjonene en, to eller tre transponeringsdeler 4. Antallet transponeringsdeler 4 kan variere fra anvendelse til anvendelse, og avhenger av de elektriske egenskapene til kraftkilden, kraftforbrukerne, kabelen, samt omgivelsene til disse. På samme vis kan den beste fordeling av transponeringsdeler 4 langs kabelen 1 variere fra anvendelse til anvendelse. Som en generell regel vil ubalanser i systemet bli desto mer redusert, jo flere transponeringer

12 som benyttes langs kabelen. I praksis vil antallet mulige transponeringsdeler 4 være begrenset ettersom hver transponeringsdel 4 behøver en gitt lengde av kabelen Nederst på Fig. er det vist en variant der kabelen mellom kraftkilden og kraftforbrukeren er koblet sammen av to kabeldeler, der de to kabeldelene kan ha nokså ulike elektriske egenskaper eller der kabeldelene kan ha nokså forskjellige egenskaper. Eksempelvis kan det være nødvendig å benytte spesielle typer kabler dersom kraftforbrukeren er plassert svært langt under vannoverflaten, for eksempel flere hundre meter. Den delen av kabelen som går dypest, den siste lengde frem til kraftforbrukeren kan være av en annen type enn den kabelen som går fra kraftprodusenten (som kanskje er på land) ut et stykke på sjøen og et til en viss dybde ned i sjøen, der en spesiell type kabel må kobles på, eksempelvis ved hjelp av en koblingsenhet 12, for å nå helt ned til de aktuelle dybder. I koblingsenheten vil det også kunne legges inn en transponering av de elektriske lederne, slik at det ved koblingen blir både et skjøtepunkt og en transponering. 2 I kraftkabler eller Power Umbilicals for typiske offshoreanvendelser kan en dobbelt trefasekraftforsyning være utført ved hjelp av en kabel der en første trefaseforsyning for overføring av høye elektriske effekter bruke tre elektriske ledere med et forholdsvis stort ledertverrsnitt plassert symmetrisk omkring sentrum av kabeltverrsnittet. Utenfor disse høyeffektskablene kan det være plassert en andre trefaseforsyning som inkluderer minst tre elektriske ledere med et tverrsnitt som er en del mindre enn tverrsnittet for høyeffektslederne. En slik konfigurasjon kan være aktuell der det ønskelig å ha ett første kraftforsyningssystem for installasjonsdeler som krever store elektriske effekter, og et andre kraftforsyningssystem for de deler av en installasjon som krever mindre effekter. Transponeringsdeler langs er kabel som har to slike systemer i den samme kabelen bidrar til å redusere eller i beste fall å fjerne mulige forstyrrelser fra høyeffektsforsyningen til laveffektsforsyningen. Fig. 11A-B illustrerer hvordan transponering av de elektriske lederne i denne andre trefaseforsyningen for lave effekter ved å benytte området mellom de tykkere høyeffektslederne som ligger nærmere kabelens senterområde, og kabelens ytre

13 12 overflate 12. For å frigjøre et område i kabeltverrsnittet der transponeringen av de elektriske lederne kan utføres, fjernes fortrinnsvis fyllelementer i kabelen 1 i en transponeringsdel 4, på samme måte som det tidligere ble beskrevet hvordan senterelementet 6 ble fjernet i transponeringsdelen 4 for å gi rom for transponeringen. Fig. 11A illustrerer hvordan de to elektriske lederne 2A og 2B kan skifte plassering i kabeltverrsnittet langs en transponeringsdel 4, nokså likt hvordan det tidligere er vist på Fig. 3A og Fig. 4 hvordan de samme elektriske lederne skifter plass. Fig. 11B illustrerer hvorledes de elektriske lederne 2A og 2C kan skifte plass i kabeltverrsnittet langs en transponeringsdel 4, nokså likt hvordan det tidligere er illustrert på Fig. 3C og Fig 4 hvordan de samme elektriske lederne skifter plass. 1 Kabelen i henhold til oppfinnelsen kan også omfatte en eller flere dreinings- eller revolveringstransponeringer, som illustrert på Fig. 12, der det er vist tre tverrsnitt for en kabel i henhold til oppfinnelsen og der overgangene R 1-4 og R 2-4 indikerer hvorledes samlingen av de tre elektriske lederne 2A,2B, 2C dreies posisjonsmessig i kabeltverrsnittet langs en transponeringsdel 4, slik at de elektriske ledernes posisjon i kabeltverrnittet på en kontrollert måte endrer posisjon i sett i kabelens tverrsnitt langs en transponeringsdel. I overgangen R1-4 dreies samlingen av elektriske ledere 2A,2B,2C 1 grader mot klokken omkring et senterpunkt S for samlingen slik at alle lederne bytter posisjon samtidig i en transponeringsdel. Overgangen R2-4 illustrerer en ytterligere dreining på 1 grader mot klokken. 2 I kabler og systemer i henhold til oppfinnelsen kan slike dreie- eller revolveringstransponeringsdeler være lagt inn i enkelte posisjoner langs kabelen. Slike dreie- eller revolveringstransponeringer kan også lages ved produksjonen av kabelen, slik at kabelens diameter holdes konstant. Antallet og posisjonen til slike transponeringer i et installert system kan eventuelt forhåndsbestemmes ved hjelp av simuleringer av systemets elektriske oppførsel, slik at det kan lages en kabel med de ønskede innebygde transponeringer i de posisjoner langs kabelen som er ønskelig.

14 13 Selv om det i denne beskrivelsen er lagt hovedvekt på kraftforsyningsdelen, så vil det være mulig å benytte det samme prinsipp med transponering av de elektriske lederne i en kommunikasjonsforbindelse, enten en slik kommunikasjonsforbindelse går i en separat kabel, eller den er integrert i den samme kabelen som kraftforsyningen. Foreliggende oppfinnelse er fordelaktig å benytte ved elektrisk forsyning og/eller distribusjon og/eller kommunikasjon til/mellom elektriske installasjoner, eksempelvis mellom boreplattformer, oljeutvinnings- og produksjonsplattformer og tilhørende utstyr. Den elektriske kabelen i henhold til oppfinnelsen gir en mer stabil strømforsyning til elektriske pumper, kompressorer, subsea-kontrollsystemer og lignende installasjoner. I kommunikasjonsledere reduseres støyproblemer ved bruk av en kabel i henhold til denne oppfinnelse. 1 Spesielt gunstig er det at overført effekt, strømstyrker og frekvenser for strømmen som går i kablene til/mellom installasjoner kan varieres med mindre risiko for at ubalanser dermed oppstår i systemene. En annen fordel med oppfinnelsen er at det er mulig, ved forholdsvis enkle tilpasninger av kjente produksjonsmidler, å tilrettelegge produksjon av en kabel med transponeringsdeler som beskrevet her, uten at dette gir unødig store forsinkelser i produksjonen. Transponeringsdelene innbygges i kabelen ved å benytte det rom som er tilgjengelig innenfor kabelens vanlige diameter, slik at det ikke blir nødvendig å øke kabeldiameteren for å få plass til transponeringer. 2 En spesielt gunstig fordel med oppfinnelsen er at det ikke er nødvendig å legge inn skjøter i kabelen for å oppnå en transponering av kabelens elektriske ledere. Ved systemplanlegging kan det bevisst også legges inn transponeringer i eventuelle nødvendige kabelskjøter, slik at antallet transponeringer langs en kabel kan økes ytterligere. Antall og plasseringer av transponeringer kan også legges inn i systemplanleggingsverktøy, slik at det ved planlegging kan tas hensyn til et systems og de enkelte komponentenes elektriske egenskaper, dersom slike er kjent.

15 14 Systemoppførsel kan simuleres og ved eventuelle indikasjoner på at elektriske ubalanser kan oppstå, kan man forsøke å øke antallet transponeringer som legges inn i systemet. En spesielt attraktiv anvendelse av kabelen og systemet i henhold til oppfinnelsen er ved utvinning og produksjon av olje og/gass til havs, spesielt ved bruk av undervannsinstallasjoner som står fast på havbunnen, der elektrisk kraft og elektriske signaler ønskes ført ned til opptil flere hundre meters havdyp ved hjelp av forholdsvis lange kabelstrenger som samtidig også kan strekke seg helt til fastlandet. Et ytterligere fordelaktig aspekt ved foreliggende oppfinnelse er at man i transponeringsdelen 4 ikke behøver å skjøte kabelen 1, man bare bytter fysisk plass på elementene/kablene som transponeres 4. Dette øker påliteligheten til kablene og overføringssystemet. 1 Dette gjør også at man etter en transponering 4 (over en relativt kort lengde, typisk 2- m) beholder denne nyopprettede fysiske plasseringen av de transponerte elementene over en relativt lang lengde for disse transponerte elementene (som er en del av kraftkabelen / "umbilical" / "power umbilical"), typisk over noen hundre meter til flere km. Deretter kommer eventuelt en ny transponeringsde 4, osv. Dette innebærer at man slipper å stanse opp umbilical/kraftkabelproduksjonen oftere enn for hver transponering, og dette har fordeler i forhold til kostnader/produksjonstid. 2 Definisjon for denne søknaden: En umbilical, eller navlestrengskabel, er en kabel som typisk kan omfatte signalkabler (quads eller parkabler eller triader), kraftkabler (enten triader eller flere enfasekabler), fiberopiske kaber og olje/hydrauliske rør (plast eller stål), samt eventuelt "flow lines" / olje- eller gassrørledning(er). I tillegg kan det være styrkeelementer som karbonfiber eller stål wire. Disse elementene er slått sammen i en overordnet "kabel" som da utgjør "Umbilical" / "Power Umbilical". Dette er kjent teknikk. I det tilfelle at man har for eksempel mer standard 3-fase kraftkabler som er ferdig "twistede" rundt sin egen akse på en trommel, må disse inn i sentrum av umbilicalen for

16 1 1 å unngå/minimere antall skjøter (de kan da kjøres gjennom umbilicalproduksjonen kontinuerlig, og at man da evtentuelt legger noen umbilical-elementer omkring andre elementer (eksempelvis kabler, signalkabler, rør, fiberoptiske linjer, styrkelementer etc). Dersom tverrsnittet på umbilical'en er av en slik karakter at 3-fase kablene som skal inn må plasseres utenfor sentrum av umbilical'en, betyr dette at man i produksjonen må ha kabelen på relativt små tromler med en gitt kapasitet. En trefase (kraft)kabel fyller mer på en slik bobbin / trommel enn en enfase (kraft)kabel, og følgelig må tromlene byttes oftere. Dette medfører oftere skjøting enn for enfasekabler på bobbins, noe som drar ned påliteligheten til 3-fasekablene. Når man da istedenfor legger inn enfase kraftkabler i umbilical'en blir skjøtingen sjeldnere, og dette trekker opp påliteligheten, samt at kostnadene blir mindre fordi man ikke trenger å stanse produksjonslinjen så ofte. Dette sparer også tid i forhold til gjennomføringen. Når man nå altså har enfasekabler istedenfor trefasekabler, må altså disse enfasekablene transponeres ved enkelte steder langs umbilical'en / kraftkabelen for å oppnå ønsket elektromagnetisk balanse i kraft/overføringssystemene. Poenget er altså da at denne transponeringen bare gjøres så ofte som nødvending, men ikke kontinuerlig (basert på system simuleringer), og dette sparer produksjonskostnader. Transponeringene kan kombineres med skjøt dersom dette logistikkmessig er gunstig, fordi transponeringsstedet sammenfaller med nødvendig bytting av bobbinene/tromlene med enfasekabler. 2 Etter transponeringen kjøres så "umbilical" / "power umbilical" produksjonen videre uten stans før nødvendig. Dette betyr at kablene (høyspent eller lavspent / høy eller lav effekt / signal) som har blitt transponert, i den kontinuerlige lange lengden før neste transponering ikke behøver å bytte plass rent fysisk i forhold til hverandre. Dette betyr at man med denne oppfinnelsen oppnår et effektivt system som ikke behøver kontinuerlig tvisting av kablene, som både er kostnadsmessig / produksjonsmessig gunstig, og også elektrosystemmessing gunstig.

17 16 Ifølge denne oppfinnelsen er det frembrakt en kabel og et system for overføring av elektrisk kraft og signaler som gjør bruk av nevnte kabel og dens transponeringsdeler, slik at ubalanser i det elektriske systemet reduseres og i de beste tilfeller nesten helt fjernes, idet at transponeringene bevirker til at posisjonen til de enkelte elektriske ledere i kabelens tverrsnitt kan varieres på et utall måter over kabelens lengde. Dette gir mulighet for en utjevning av eventuelle impedansforskjeller for de enkelte elektriske ledere som i tradisjonelle kabler forårsakes av den enkelte elektriske leders faste plassering i kabeltverrsnittet, den faste plassering i forhold til de andre elektriske ledere og muligens også fast plassering i forhold til omgivelser som innvirker på de elektriske egenskapene til kabelen.

18 17 P a t e n t k r a v 1 1. Kabel for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner, der kabelen strekker seg til/mellom installasjonen(e), idet nevnte kabel omfatter en langstrakt kabelstreng (1) med et antall elektriske ledere (2) som utstrekker seg som en del av kabelstrengen i kabelstrengens (1) lengderetning, k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte antall elektriske ledere i det minste i en første og en andre kabellengde (3, ) strekker seg i hovedsak innbyrdes parallelt og parallelt med kabelstrengens lengderetning, og at kabelen omfatter en kabeltransponeringsdel (4) mellom en første kabellengde (3) og en andre kabellengde () der forholdet mellom de elektriske lederne (2) ikke endrer seg over kabellengdene (3,), der transponeringsdelen (4) forbinder hver enkelt elektrisk leder i den første kabellengden med en tilhørende elektrisk leder i den andre kabellengden, slik dannende elektriske kontinuerlige ledere i kabelen, og på en slik måte at det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående ledere i kabelens tverrsnitt er forskjellig i de to nevnte første og andre kabellengder (3,). 2. Kabel ifølge krav 1, der de gjennomgående elektriske ledere (2) er anbrakt i et kryssarrangement i transponeringsdelen (4). 3. Kabel ifølge krav 2, der kryssarrangementet omfatter kryssing av minst to av de gjennomgående elektriske lederne Kabel ifølge krav 3, der én av de gjennomgående elektriske ledere (2) i transponeringsdelen (4) føres over i en tverrsnittsmessig senterseksjon i kabelen i det minste langs en del av transponeringsdelens lengde.. Kabel ifølge krav 3, der én av de gjennomgående elektriske ledere (2) i transponeringsdelen (4) forskyves tverrsnittsmessig i forhold til de andre elektriske lederne i kabelen slik at nevnte ene gjennomgående elektriske leder har en annen tverrsnittsmessig plassering i forhold til de andre elektriske lederne i en første ende av transponeringsdelens lengde i forhold til plasseringen i en andre ende av transponeringsdelen.

19 18 6. Kabel i følge krav 1, omfattende en sentralkjerne (6), der sentralkjernen (6) er helt eller delvis fjernet i transponeringsdelen (4), derved definerende et åpent område i det minste i en del av en transponeringsdelen (4) hvori det eventuelt er innført en elektrisk leder (2). 7. Kabel ifølge ett av de foregående kravene, omfattende seks elektriske ledere (2) med i hovedsak likt tverrsnitt anbrakt symmetrisk omkring et senter i kabeltverrsnittet, der en første trefaseforsyning (A) utgjøres av tre første elektriske ledere (2A,2B,2C) og en andre trefaseforsyning (B) utgjøres av tre andre ledere (2D,2E,2F). 8. Kabel ifølge ett av de foregående kravene, omfattende seks elektriske ledere (2), der tre første ledere (2D,2E,2F) er anbrakt symmetrisk omkring et senter av kabeltverrsnittet og tre andre elektriske ledere (2A,2B,2C) en anbrakt mellom et senter i kabeltverrsnittet og kabelens ytterside, og utenfor nevnte tre første elektriske ledere (2D,2E,2F) Kabel i følge krav 8 der nevnte første elektriske ledere (2D,2E,2F) har et større tverrsnitt enn nevnte andre elektriske ledere (2A,2B,2C).. Kabel ifølge ett av de foregående kravene der en transponeringsdel (4) omfatter en dreining - eller revolvering (R 1-4, R 2-4) av de elektriske lederne (2). 11. Kabel ifølge ett av de foregående kravene der kabelen i det minste delvis er anbrakt nedsenket i vann System for overføring av elektrisk strøm til/mellom elektriske installasjoner, så som en produksjonsdel/senderdel og en forbruksdel/mottakerdel, der kabelen til/mellom installasjonen(e) i det minste delvis er under vann, idet nevnte kabel omfatter en langstrakt kabelstreng (1) med et antall elektriske ledere (2) som utstrekker seg som en del av kabelstrengen i kabelstrengens (1) lengderetning, k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte antall elektriske ledere i det minste i en første og en andre kabellengde (3, ) strekker seg i hovedsak innbyrdes parallelt og parallelt med kabelstrengens lengderetning, og at kabelen omfatter en kabeltransponeringsdel (4) mellom en første kabellengde (3) og en andre kabellengde () der forholdet mellom de elektriske lederne (2) ikke endrer seg over kabellengdene (3,), og der transponeringsdelen (4) forbinder hver enkelt elektrisk leder i den første kabellengden den med en tilhørende elektrisk leder i

20 19 den andre kabellengden, slik dannende elektriske kontinuerlige ledere i kabelen, og på en slik måte at det innbyrdes forhold mellom de gjennomgående ledere i kabelens tverrsnitt er forskjellig i de to nevnte første og andre kabellengder (3,). 13. System ifølge krav 12, der en av de elektriske installasjonene er anbrakt under vann. 14. System ifølge krav 13, der en av de elektriske installasjonene inngår som en del av et system for utvinning av olje og/eller gass og som i det minste delvis er plassert på havbunnen.

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33