(12) PATENT (19) NO (11) 32871 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. H04B 3/4 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 0426 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 04.11.30 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 02.06.17 (30) Prioritet (41) Alm.tilgj 03.12.18 (4) Meddelt.0.03 (62) Avdelt fra 022909, med inndato 02.06.17 (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 132 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Olav Bakka, Morgedalsveien 43, 1.3, 0378 OSLO, Norge Truls Norman, Urtegaten 6B, Leilighet 700, 0187 OSLO, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Integrert kommunikasjons- og kraftsystem (6) Anførte publikasjoner US 949327 A (7) Sammendrag For å unngå signalforstyrrelser ved kommunikasjon via elektriske høyspentkabler for tilførsel av elektrisk kraft til offshore installasjoner benyttes kraftledninger som er galvanisk isolert fra hverandre. Dette kan for eksempel gjøres ved å benytte en trefasekabel pluss en enkeltleder.
1 Den foreliggende oppfinnelse vedrører et integrert kommunikasjons- og kraftsystem i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1. Dette er et system som kombinerer overføring av kraft og signaler via en spesialutformet kabelkonfigurasjon til reguleringsinnretninger offshore, spesielt på havbunnen. For å redusere utslippet av karbondioksid og andre miljøskadelige gasser har myndighetene oppmuntret til og pålagt bruk av tilførsel av elektrisk strøm fra landbaserte kraftstasjoner til offshoreinstallasjoner. For en havbunnsinstallasjon er strømtilførsel via en kabel fra land vanligvis den eneste mulighet. I tillegg til krafttilførsel blir offshoreinstallasjoner mer og mer avhengig av datakommunikasjon med landbaserte anlegg. Dette fordrer overføring av store mengder data mellom installasjonen og land. 1 Prinsippet med samtidig bruk av kraftoverføringskabler og linjer for kommunikasjonsformål er kjent under uttrykket comms-on-power (kommunikasjon over kraftledning) eller PLC (Power Line Carrier). På land har dette vært gjort lenge. Offshore brukes det typisk som et tillegg til fiberoptisk kabel, men kan også installeres som det eneste system. Når det er installert som det eneste system, har det visse tekniske fortrinn, idet det for eksempel kan redusere kravet til antall våte, sammenpassbare koplinger på havbunnen. Kraft og kommunikasjon fordeles deretter til hver reguleringsinnretning. 2 30 Over meget lange avstander typisk over 0 km er det vanskelig å gjennomføre en kombinert kraft- og signaloverføring, og signalene utsettes for forstyrrelser fra den elektriske strøm. På land kan dette løses ved å sette inn forsterkere med visse mellomrom. Offshore er det ikke ønskelig med forsterkere, ettersom dette ville innebære installasjon av meget ømfintlig utstyr på havbunnen, hvor det ville være meget vanskelig å få tilgang til utstyret for vedlikehold. Et eksempel på kommunikasjon via kraftledninger er vist i US 949327, der den ene lederen i et trefasearrangement brukes som den ene kommunikasjonssignalveien og en jordleder brukes som den andre kommunikasjonssignalveien. En vesentlig ulempe med
2 å bruke jordlederen som kommunikasjonssignalleder er at signalene lett vil kunne forstyrres av krypstrømmer og returstrømmer fra krafttilførselen. Dessuten vil signaloverføring via den ene lederen i trefasearrangementet føre til ubalanse i et ellers balansert system. Et annet eksempel er WO 00/338. Ifølge denne publikasjonen er flere signalledere galvanisk isolerte i fra hverandre. Det er dessuten tilkoblet strømkilder som gir krafttilførsel på signallederne. Det er imidlertid betydelig lavere effekter (1800 W) som skal overføres her enn det som behøves for å forsyne en offshore installasjon. Dette arrangementet vil derfor ikke egne seg til den foreliggende oppfinnelses formål. 1 Enda et eksempel er vist i US 444184. Her overføres signalet på et tvinnet par. Kraften overføres som trefase eller énfase der hvert par virker som leder. På denne måten går kraftstrømmen samme vei i begge signallederne og skaper mindre forstyrrelser. Imidlertid er ikke lederne for kommunikasjonssignalet galvanisk atskilte. Derved vil det likevel kunne oppstå forstyrrelser. Den foreliggende oppfinnelse har til hensikt å løse de ovennevnte problemer uten eller i det minste med et vesentlig redusert behov for forsterkning av kommunikasjonssignalene. Dette oppnås ved de trekk som er angitt i den kjennetegnende delen av krav 1. 2 Oppfinnelsen anordner generelle hensyn og gjennomføringer i systemutformingen som gjøres for å oppnå og optimalisere den ovenfor beskrevne dobbeltfunksjon gjennom å bruke et sett med, fortrinnsvis, fire kopperledere for overføring av både kraft og kommunikasjonssignaler. 30 Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj under henvisning til de ledsagende tegninger, som viser utførelser av oppfinnelsen, hvor: Figur 1 viser en alternativ utførelse i en 3-fase pluss enkeltkabel-arrangement;
3 Figur 2 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabel for realisering av arrangementet i figur 1; Figur 1 viser en måte å arrangere lederne på i et trefasearrangement med en ekstra enkeltleder. Koplingene anordnes og koples på vanlig måte for å oppnå det ønskede optimum for ICPS-systemet (Integrated Communications and Power System). 3-fase + 1-ledersystemet kan brukes over lengre avstander enn et firepols-arrangementet der hvor kabelisolasjonen har en ytre halvleder. Som vist på figur 1, forsynes ICPS med kraft i land-/dekkenden 1, og kraften tas ut i havbunnsenden 2 via belastningsutjevnende flerviklingstransformatorer 3 og 4. 1 I utførelsen på figur 1 har transformatoren 3 en trefase-primærvikling 16 og en trefasesekundærvikling 17. Trefase-sekundærviklingen 17 er koplet til tre ledere 18, 19 og. Parallelt med de tre ledere 18, 19, befinner det seg en enkeltleder 21. I hver ende av lederne 18 21 er et filter 12. Transformatoren 4 har en trefase-primærvikling 22 og en flerhet av énfasesekundærviklinger 1. Hver av sekundærviklingene er utstyrt med et filter 12. Når det gjelder utførelsen på figur 1, fordeler sekundærviklingene 1 kraft og signaler til forskjellig utstyr på installasjonen. 2 Figur 2 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en kabel som rommer ledere 18 21 på figur 1. På denne figur betegner L1, L2 og L3 henholdsvis ledere 18, 19 og, og S betegner enkeltlederen 21. ICPS ets funksjon og egenskaper kan beskrives som følger: 30 Elektrisk kraft med fast frekvens tilføres primærviklingen for å sende strøm gjennom og betjene regulerings- og kommunikasjonsutstyr på havbunnen. Krafttilkoplingen er forskjellig fra tilkoplingen for comm s on power. I 3-fase + 1-ledersystemet tilføres
4 kraft i form av en standard trefase-tilførsel. En egen kjerne/leder som kun brukes for comms on power -systemet, danner en del av forsyningskabelen. Overføring av kommunikasjonssignaler innenfor et bestemt frekvensbånd skjer via de samme ledersett som brukes til kraftoverføring i enheten. Kraft og kommunikasjonssignaler skilles i begge kabelender ved å avslutte i spesialutformede filtre. Kabelen som går fra en kraftkilde som befinner seg på land eller på et overstell (topside), koples til en spesialutformet, flerviklings-nettransformator i havbunnsenden. 1 Som anskueliggjort ved hjelp av tverrsnittet på figur 2, befinner ikke enkeltlederen seg i nærheten av de tre ledere som brukes til kraftforsyning. Avstanden mellom enkeltlederen og de tre kraftledere bestemmes av et antall faktorer som for eksempel: - forsyningskabelens minste utvendige diameter, - laveste kapasitans, laveste induktans. Fordelen er at avstanden mellom de tre ledere og den frittstående leder kan varieres, følgelig kan induktansen for comms -systemet optimaliseres. Utformingen av den undersjøiske flerviklingstransformator som vises på figur 1, sikrer at alle havbunnsplasserte reguleringsenheter er galvanisk atskilt, og at konsekvensen av en enkeltfeil dermed begrenser seg til den sviktende forbruker.
P a t e n t k r a v 1. Integrert kommunikasjons- og energisystem omfattende minst én første transformator som befinner seg på land, minst én andre transformator som befinner seg offshore, minst fire ledere, hvorav minst tre forbinder den første transformator med den andre transformator, idet minst tre av nevnte ledere leder elektrisk kraft og minst én av nevnte ledere er galvanisk isolert fra minst én av de andre ledere, idet kommunikasjonssignalene ledes i to galvanisk isolerte ledere, lederne danner et trefasearrangement pluss en enkeltleder, der de tre lederne som danner trefasearrangementet samlet danner den ene lederen for kommunikasjonssignalene og der enkeltlederen danner den andre lederen for kommunikasjonssignalene, k a r a k t e r i s e r t v e d at enkeltlederen kun benyttes for overføring av kommunikasjonssignaler.