[发明专利]海底熔断器组件

说明书

技术领域

本发明涉及适于操作在加压环境中的海底熔断器组件，以及涉及包括这种熔断器组件的电气装置。

背景技术

传统地，石油平台被用于离岸石油和天然气开采。在离岸石油平台的操作中，可能有必要安装水下电子设备，例如用于控制海底采油树或海底井喷防止器的功能。近年来，建造了海底处理设施，其中诸如电动泵和气体压缩机之类的处理设备被重新安置到海床。海底处理设施可能需要电网以及控制、监测和通信系统。需要确保的是，所安装的设备甚至在例如超过1000米或甚至2000米的极大的水深处在海水所施加的高压力下都能可靠地操作。

为了保护设备不过流或短路，可安装熔断器，在通过熔断器的电流变得过大时，该熔断器中断电连接。常规熔断器包括熔断器主体和熔断器元件，所述熔断器主体可由陶瓷、玻璃、塑料、玻璃纤维等制成。熔断器元件通常是金属条或金属丝，并且被连接在熔断器的两个电气端子之间。在超过额定电流的电流下，熔断器元件熔化，由此中断该电路。因此，可隔离存在故障的电路，由此可防止对该系统的其他电气部件的损坏。

对于提供用于海底应用的熔断器来说，常规熔断器可被设置在耐压罐中，该耐压罐被保持在大约一个大气压的压力下。该罐需要是厚壁的，以便耐受在超过2000米的水深下的高压力。还需要能够桥接这种高压差的复杂穿透件，以提供穿过该罐的壁至熔断器的电连接。提供用于海底应用的熔断器的该方案由于所述罐和穿透件因而是非常成本高昂的，并且还需要可观量的空间。该罐也是十分沉重的。

近来，提出了将电气部件设置在压力补偿罐中的方案。所述罐填充有介电液体，并且在该罐内部保持几乎等于周围水压的压力。标准的熔断器通常与这种环境不相容。发明人已经发现，介电液体急剧地改变了常规熔断器的属性。熔断器仍将能够在被触发时断开电流，但是这将导致熔断器内部的爆炸，该爆炸可能对于其他部件有害（例如，由于冲击波或碎片）。此外，爆炸的燃烧产物可能严重地污染周围的介电液体。这可能导致暴露于介电液体的其他部件失效。因此，在加压环境中不能使用常规熔断器。

期望提供一种用于海底应用的熔断器，该熔断器是紧凑的并且相对轻质的。该熔断器还应当能够操作在加压环境中，尤其是介电液体环境中。此外，如果熔断器能够以相对低的成本被制造那么将是有利的。

发明内容

因此，需要提供一种用于海底应用的改进的熔断器，该熔断器消除了上述缺点中的至少一些。

该需求是借助独立权利要求的特征来满足的。从属权利要求描述了本发明的优选实施方式。

根据本发明的一方面，提供了一种适于操作在加压环境中的海底熔断器组件。该海底熔断器组件包括适于填充有介电液体的壳体以及压力补偿器，该压力补偿器包括用于执行压力补偿、尤其用于壳体的内侧和壳体的外侧之间的压力平衡的柔性元件。压力补偿器被安装到壳体。压力补偿器（具体地，压力补偿器的柔性元件）适于密封壳体中的开口。海底熔断器组件还包括第一穿透件、第二穿透件和熔断器，每个穿透件都穿过壳体的壁，用于将第一电导体和第二电导体分别引入到壳体内，所述熔断器设置在壳体内并且被连接在第一和第二电导体之间。该组件构造成使得该壳体的内侧相对于壳体的外侧被密封。

由于熔断器被限制在壳体内并且相对于外界被密封，因此当熔断器被触发时（即，熔断器烧断/熔断时）可防止对壳体外部的部件的损坏。具体地，该壳体可提供对壳体外侧的大致不透液体或甚至不透流体的密封。此外，如果熔断器在填充有介电液体的壳体中爆炸，那么可防止从爆炸产生的燃烧产物对壳体外侧的介电液体的污染。由于壳体包括压力补偿器，即该壳体是压力补偿壳体，所以该壳体可部署在加压环境中，而不需要厚壁来耐受大的压差。因此，该壳体可能是紧凑且相对轻质的。借助例如相对于壳体的外侧密封壳体中的开口的压力补偿器的柔性元件，可实现壳体的外侧与壳体的内侧之间的压力平衡。此外，穿透件仅需要耐受小的压差，这进一步降低了复杂性和技术需要。因此，该熔断器组件可成本有效地被制造。

在一个实施方式中，压力补偿器适于在海底熔断器组件被部署在加压环境中时能够使壳体内侧的压力与壳体外侧的压力相等。因此，该压力补偿器执行壳体的内侧和壳体的外侧之间的压力补偿。在一个实施方式中，压力补偿器的柔性元件相对于壳体的外侧密封壳体的开口。该柔性元件可以是可变形的，以这种方式使得柔性元件的变形导致了由该壳体界定的体积的变化。由于被介电液体填充的体积的变化导致了相应的压力变化，因此该压力可以通过柔性元件的变形来均衡（即，壳体内侧的压力与壳体外侧的压力相平衡）。