NO176635B

NO176635B - Electrical connector with parts that can be connected underwater

Info

Publication number: NO176635B
Application number: NO892651A
Authority: NO
Inventors: Leon Van Den Steen
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1995-01-23
Also published as: BR8903121A; NO892651D0; GB8815254D0; NL8901595A; GB2222032B; GB2222032A; NO892651L; DE3921044A1; NO176635C

Abstract

Et elektrisk koplingsstykke omfatter deler (18, 19) som kan sammenpasses under vann og som hver omfatter minst én elektrisk kontakt (20; 22 hhv. 21;. 23) som er innstøpt i et legeme av elektrisk isolasjonsmateriale. Minst én koplingsstykkedel (18 hhv. 19) omfatter en buet metallskjerm (24; 26 hhv. 25; 27) som dekker i det minste en del av veggen av et hulrom (35; 36) som er dannet i en overflate av legemet av elektrisk isolasjonsmateriale som vender mot legemet av isolasjonsmateriale i den'andre koplingsstykkedel, idet skjermen (24; 26 hhv. 25; 27) er beregnet a lede elektriske strømmer som kan lekke gjennom et mellomrom mellom legemene av isolasjonsmateriale, slik at kontaktene (20; 22 hhv. 21; 23) beskyttes mot elektrokjemisk korrosjon.An electrical connector comprises parts (18, 19) which can be fitted under water and which each comprise at least one electrical contact (20; 22 and 21; 23, respectively) which is embedded in a body of electrical insulating material. At least one connector part (18 and 19, respectively) comprises a curved metal shield (24; 26 and 25; 27, respectively) which covers at least a part of the wall of a cavity (35; 36) formed in a surface of the body of electrical insulating material facing the body of insulating material in the second connector portion, the shield (24; 26 and 25; 27, respectively) being intended to conduct electrical currents which may leak through a space between the bodies of insulating material so that the contacts (20; 22 and 22, respectively) 21; 23) is protected against electrochemical corrosion.

Description

Oppfinnelsen angår et elektrisk koplingsstykke med deler som kan sammenpasses under vann. The invention relates to an electrical connector with parts that can be fitted together under water.

Mange undervannsanvendelser krever benyttelse av elektriske koplingsstykker med deler som kan sammenpasses eller sammenkoples under vann. Dette er særlig tilfelle ved utstyr som er permanent installert på havbunnen, såsom utstyr som benyttes til å produsere olje og gass fra produksjonsinstallasjoner til havs. Elektriske koplingsstykker med deler som kan sammenpasses under vann, er nødvendige dersom deler i ovennevnte systemer skal gjenvinnes eller opphentes for vedlikehold og/eller reparasjon. Many underwater applications require the use of electrical connectors with parts that can be matched or connected underwater. This is particularly the case with equipment that is permanently installed on the seabed, such as equipment used to produce oil and gas from offshore production installations. Electrical connectors with parts that can be joined underwater are necessary if parts in the above-mentioned systems are to be recovered or retrieved for maintenance and/or repair.

Den eldste type av undervannskoplingsstykke er koplingsstykket av pluggtypen (også betegnet som plugg-til-plugg-eller plugg- og stikkontakt-typen). Denne type er kompakt og i realiteten gjennomsiktig med hensyn til elektriske egenskaper. Denne type koplingsstykke har imidlertid ofte sviktet, både på feltet og ved laboratorieprøving, og det eksisterer en motvilje mot å benytte det i undervannssystemer med lang levetid. Nærmere analyse viser at mange koplingsstykkefeil kan spores tilbake til vanninntrenging i området mellom koplingsstykkedelenes elektriske kontakter. The oldest type of underwater connector is the plug-type connector (also referred to as the plug-to-plug or plug-and-socket type). This type is compact and in reality transparent with regard to electrical properties. However, this type of coupling has often failed, both in the field and in laboratory testing, and there is a reluctance to use it in long-life underwater systems. Closer analysis shows that many connector faults can be traced back to water ingress in the area between the connector parts' electrical contacts.

Overalt hvor vanninntrenging forårsaker en (sjø)vann-lekkasjebane mellom to metaller på forskjellig elektrisk potensial, oppstår elektrokjemiske prosesser, hvilket kan forårsake elektrokjemisk korrosjon, gassutvikling og til slutt total svikt av koplingsstykket. Vanninntrenging i området mellom de elektriske kontakter anses imidlertid for å være et fundamentalt problem ved undervanns-sammenpassbare koplingsstykker av pluggtypen, på grunn av at den kan oppstå ut fra den minste skade på tetninger under sammensetting. Sådan skade kan lett forårsakes av små partikler, såsom sandkorn. Wherever water ingress causes a (sea)water leakage path between two metals at different electrical potential, electrochemical processes occur, which can cause electrochemical corrosion, gas evolution and ultimately total failure of the connector. However, water intrusion in the area between the electrical contacts is considered to be a fundamental problem with submersible plug-type connectors, due to the fact that it can occur from the slightest damage to seals during assembly. Such damage can easily be caused by small particles, such as grains of sand.

En annen koplingsstykketype er det kapasitive koplingsstykke. Dette har meget god pålitelighet, hvilket skyldes prinsippet med anvendelse av tilstedeværelsen av (sjø)vann mellom de elektriske kontakter som et dielektrisk medium, i stedet for å forsøke å unngå dette. Videre har det høy effektivitet og er enkelt å montere. Another connector type is the capacitive connector. This has very good reliability, which is due to the principle of using the presence of (sea) water between the electrical contacts as a dielectric medium, instead of trying to avoid this. Furthermore, it has high efficiency and is easy to install.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et undervanns-sammenpassbart, elektrisk koplingsstykke for et stort område av effektytelser. Det er også et formål med oppfinnelsen å kombinere de gunstige elektriske egenskaper til det elektriske undervannskoplingsstykke av pluggtypen med påliteligheten til det kapasitive koplingsstykke. Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et undervannskoplingsstykke som er tolerant overfor en viss lekkasje over tetningene mellom koplingsstykkedelene. It is an object of the invention to provide an underwater compatible electrical connector for a wide range of power outputs. It is also an object of the invention to combine the favorable electrical properties of the plug-type underwater electrical connector with the reliability of the capacitive connector. It is another object of the invention to provide an underwater coupling which is tolerant of some leakage across the seals between the coupling parts.

Enda et annet formål med oppfinnelsen er å forbedre kapasitive koplingsstykker slik at de på passende måte svarer for den lekkasjestrøm som skriver seg fra mangelfulle tetninger mellom koplingsstykkedelene. Yet another object of the invention is to improve capacitive coupling pieces so that they adequately respond to the leakage current that results from defective seals between the coupling piece parts.

Det elektriske koplingsstykke ifølge oppfinnelsen omfatter to atskillbare deler. Hver koplingsstykkedel omfatter minst én elektrisk kontakt som er innstøpt i et legeme av et elektrisk isolerende materiale, idet kontakten kan sammenkoples elektrisk med en elektrisk kontakt i den andre koplingsstykkedel på en slik måte at overflatene av de omgivende legemer av elektrisk isolerende materiale vender mot hverandre. Videre omfatter minst én av koplingsstykkedelene en fordypning eller et hulrom som er dannet i den nevnte overflate nær kontakten, en buet metallskjerm som dekker i det minste en del av hulrommets vegg i nærheten av den elektriske kontakt, og en anordning for tilpassing av skjermens elektriske potensial til det elektriske potensial av den tilgrensende, elektriske kotakt i den samme koplingsstykkedel. The electrical connector according to the invention comprises two separable parts. Each connector part comprises at least one electrical contact which is embedded in a body of an electrically insulating material, the contact being able to be connected electrically with an electrical contact in the other connector part in such a way that the surfaces of the surrounding bodies of electrically insulating material face each other. Furthermore, at least one of the connector parts comprises a recess or cavity formed in the said surface near the contact, a curved metal shield covering at least part of the wall of the cavity near the electrical contact, and a device for matching the electrical potential of the shield to the electrical potential of the adjacent electrical coact in the same connector part.

I en passende utførelse av oppfinnelsen er den buede metallskjerm eller de buede metallskjermer anbrakt på et kapasitivt koplingsstykke. Hver koplingsstykkedel omfatter minst én elektrisk kontakt som er dannet av en elektrode som er innstøpt i et legeme av et elektrisk isolasjonsmateriale, idet kontakten eller elektroden er beliggende slik at kontaktene eller elektrodene i begge koplingsstykkedeler vender mot hverandre når koplingsstykkedelen sammenpasses med den andre koplingsstykkedel, slik at det derimellom etterlates et hulrom som er fylt av sjøvann eller et annet ledende medium. Etter sammenpassing av begge koplingsstykkedeler vender dessuten overflatene av de omgivende legemer av elektrisk isolasjonsmateriale mot hverandre. In a suitable embodiment of the invention, the curved metal screen or the curved metal screens are placed on a capacitive connecting piece. Each connector piece part comprises at least one electrical contact which is formed by an electrode embedded in a body of an electrical insulating material, the contact or electrode being located so that the contacts or electrodes in both connector piece parts face each other when the connector piece part is matched with the other connector piece part, as that a cavity is left in between which is filled with seawater or another conductive medium. Furthermore, after matching both connector parts, the surfaces of the surrounding bodies of electrical insulating material face each other.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et konvensjonelt undervanns-sammenpassbart koplingsstykke, fig. 2 viser i detalj de elektriske kontakter i koplingsstykket på fig. 1, fig. 3 viser en detalj av et koplingsstykke ifølge oppfinnelsen, hvor begge koplingsstykkdelers kontakter er forsynt med buede metallskjermer av tilnærmet lik størrelse, fig. 4 viser en detalj av en variant hvor begge koplingsstykkedelers kontakter er forsynt med buede metallskjermer av forskjellig størrelse, fig. 5 viser en detalj av en variant hvor kontaktene til bare den ene av begge koplingsstykkedeler er forsynt med buede metallskjermer, fig. 6 viser i detalj et par buede metallskjermer i et koplingsstykke ifølge oppfinnelsen, fig. 7 viser et koplingsstykke ifølge oppfinnelsen omfattende tre elektriske kontakter, og fig. 8 viser et koplingsstykke ifølge oppfinnelsen omfattende en elektrisk hannkontakt og en elektrisk hunnkontakt; fig. 9 viser en detalj av et kapasitivt koplingsstykke ifølge oppfinnelsen hvor begge koplingsstykkedelers kontakter er forsynt med buede metallskjermer av tilnærmet lik størrelse, fig. 10 viser en detalj av en variant av et kapasitivt koplingsstykke hvor bare den ene koplingsstykkédels elektroder er forsynt med buede metallskjermer, fig. 11 viser et kapasitivt koplingsstykke ifølge oppfinnelsen omfattende to sett av sylindriske elektroder av hvilke hanndelens elektroder er forsynt med buede metallskjermer som utgjør integrerte deler av elektrodene, og fig. 12 viser et kapasitivt koplingsstykke ifølge oppfinnelsen omfattende ett sett av flate-mot-flate-elektroder av hvilke den ene er omgitt av en buet metallskjerm som utgjør en integrert del av elektrodene. The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where fig. 1 shows a conventional underwater mating connector, fig. 2 shows in detail the electrical contacts in the connector in fig. 1, fig. 3 shows a detail of a coupling piece according to the invention, where both coupling piece parts' contacts are provided with curved metal shields of approximately the same size, fig. 4 shows a detail of a variant where both connector parts' contacts are provided with curved metal shields of different sizes, fig. 5 shows a detail of a variant where the contacts of only one of both connector parts are provided with curved metal shields, fig. 6 shows in detail a pair of curved metal shields in a coupling piece according to the invention, fig. 7 shows a connecting piece according to the invention comprising three electrical contacts, and fig. 8 shows a connector according to the invention comprising a male electrical contact and a female electrical contact; fig. 9 shows a detail of a capacitive coupling piece according to the invention where both coupling piece parts' contacts are provided with curved metal shields of approximately the same size, fig. 10 shows a detail of a variant of a capacitive coupling piece where only one of the coupling piece's electrodes is provided with curved metal shields, fig. 11 shows a capacitive coupling piece according to the invention comprising two sets of cylindrical electrodes of which the electrodes of the male part are provided with curved metal shields which form integral parts of the electrodes, and fig. 12 shows a capacitive coupling piece according to the invention comprising a set of face-to-face electrodes, one of which is surrounded by a curved metal shield which forms an integral part of the electrodes.

Fig. 1 viser et konvensjonelt tokontakters koplingsstykke av pluggtypen med sylindrisk konstruksjon. Overflatene 10, 11 og 12 mellom begge koplingsstykkedeler er nøyaktig tilpasset for i tilstrekkelig grad å isolere kontaktpar 2, 6 og 3, 7 fra hverandre og fra (sjø)vannet. Vanligvis oppnås dette ved hjelp av fjærende isolasjonselementer, dvs. tetninger. I praksis kan imidlertid en mindre skade på tetningene forårsake lekkasje av elektrisk strøm mellom kontaktene. Fig. 1 skal nå beskrives nærmere. Hanndelen 1 er forsynt med kontaktringer 2 og 3. Hunndelen 5 har også to kontaktringer 6 og 7 som, når hannkoplingsstykkedelen 1 er innført i hunndelen 5, er i kontakt med hannkoplingsstykkedelens kontaktringer 2 og 3. Via kabel/koplingsstykke-avslutningsmontasjer (ikke vist) er kontaktringene 2, 3 og 6, 7 innvendig tilkoplet til henholdsvis effektkjerner eller effektledere 13, 14 og 15, 16 i elektriske kabler 4 og 8. For å sikre skikkelig kontakt, er den ene kontaktring pr. par forsynt med et fjærende element. Dette er kjent teknikk og vil ikke bli beskrevet nærmere. Hunnkoplingsstykkedelen 5 er forsynt med en kanal 9 for å tillate vann å utdrives fra hunndelen under sammensetting. For å isolere kontaktparene 2, 6 og 3, 7 tilstrekkelig fra hverandre og fra omgivelsene, må fyllestgjørende tetning være anordnet. Dette må oppnås fra overflatene 10, 11 og 12 som er forsynt med tetninger (ikke spesielt vist). I praksis kan imidlertid en mindre skade på tetningene forårsake lekkasje av elektrisk strøm mellom kontaktene. Ufullkommenheten av tetningen mellom hann- og hunn-koplingsstykkedelene er på fig. 1 symbolsk vist ved hjelp av et ringformet mellomrom mellom begge deler. Fig. 1 shows a conventional two-contact connector of the plug type with a cylindrical construction. The surfaces 10, 11 and 12 between both connector parts are precisely adapted to sufficiently isolate contact pairs 2, 6 and 3, 7 from each other and from the (sea) water. Usually this is achieved by means of resilient insulating elements, i.e. seals. In practice, however, minor damage to the seals can cause leakage of electrical current between the contacts. Fig. 1 will now be described in more detail. The male part 1 is provided with contact rings 2 and 3. The female part 5 also has two contact rings 6 and 7 which, when the male connector part 1 is inserted into the female part 5, are in contact with the male connector part contact rings 2 and 3. Via cable/connector termination assembly (not shown) the contact rings 2, 3 and 6, 7 are internally connected to power cores or power conductors 13, 14 and 15, 16 respectively in electrical cables 4 and 8. To ensure proper contact, one contact ring per couple provided with a resilient element. This is known technique and will not be described in more detail. The female connector part 5 is provided with a channel 9 to allow water to be expelled from the female part during assembly. In order to isolate the contact pairs 2, 6 and 3, 7 sufficiently from each other and from the surroundings, a filling seal must be provided. This must be achieved from the surfaces 10, 11 and 12 which are provided with seals (not particularly shown). In practice, however, minor damage to the seals can cause leakage of electrical current between the contacts. The imperfection of the seal between the male and female coupling parts is in fig. 1 symbolically shown by means of an annular space between both parts.

En detalj av fig. 1, som viser en del av kontaktringene og de omgivende tetninger, er vist på fig. 2. Tetningen 11 mellom de to kontaktpar 2, 6 og 3, 7 er mangelfull, og eventuelt (sjø)vann mellom de to overflater tillater elektrisk strøm å lekke mellom kontaktparene. Den elektriske strøm, som følger banen med lavest impedans, konsentrerer seg i områdene 15 og 16, slik at den forårsaker høye lokale feltstyrker i grensesjiktet mellom metall og (sjø)vann. Dette vil til slutt forårsake svikt av koplingsstykket på grunn av elektrokjemisk korrosjon. A detail of fig. 1, which shows part of the contact rings and the surrounding seals, is shown in fig. 2. The seal 11 between the two contact pairs 2, 6 and 3, 7 is defective, and any (sea) water between the two surfaces allows electric current to leak between the contact pairs. The electric current, which follows the path of lowest impedance, concentrates in areas 15 and 16, so that it causes high local field strengths in the boundary layer between metal and (sea) water. This will eventually cause failure of the connector due to electrochemical corrosion.

Det ble foran omtalt at en liten skade på en tetning kan forårsake lekkasje av elektriske strømmer. Den foreliggende oppfinnelse angår derfor en metode for å forsyne koplingsstykket med midler for å overleve sådan lekkasje. Prinsippet er illust-rert på fig. 3. Liksom fig. 2 viser figuren et tverrsnitt av grenseområdet mellom koplingsstykkets hanndel 18 og hunndel 19. Videre viser figuren kontaktpar 20, 21 og 22, 23 og den mellomliggende tetning 28. I tillegg er imidlertid begge koplingsstykkedeler forsynt med buede metallskjermer 24, 25, 26, 27 som, enten direkte eller via en likespenningskilde, er koplet til kontaktringene 20-23 på følgende måte, nemlig slik at 25 er koplet til 21, 24 til 20, 27 til 23 og 26 til 22. Dersom strømlekkasje opptrer over tetningen 28, vil den ikke lenger konsentrere seg på små områder av kontaktparene 20, 21 og 22, 23, men vil gå mellom metallskj ermene 24-27. Krumningen av disse skjermer er valgt slik at en i hovedsaken konstant strømtetthet oppnås over metalloverflåtene. Ved hjelp av passende material-valg, driftsfrekvens og overflateareal av skjermene 24-27 kan det oppnås en konstruksjon som overlever lekkasje av en vekselstrøm over tetningen 28 i lange perioder, praktisk talt uten forekomst av elektrokjemisk forringelse. På grunn av at den tillatelige strømtetthet ved en metall/elektrolytt-grenseflate øker med frekvensen avtar den minimale skjermstørrelse med frekvensen. It was mentioned earlier that a small damage to a seal can cause leakage of electrical currents. The present invention therefore relates to a method for supplying the coupling piece with means to survive such leakage. The principle is illustrated in fig. 3. Like fig. 2, the figure shows a cross-section of the boundary area between the male part 18 and the female part 19 of the connector. Furthermore, the figure shows contact pairs 20, 21 and 22, 23 and the intermediate seal 28. In addition, however, both connector parts are provided with curved metal shields 24, 25, 26, 27 which , either directly or via a direct voltage source, is connected to the contact rings 20-23 in the following way, namely so that 25 is connected to 21, 24 to 20, 27 to 23 and 26 to 22. If current leakage occurs across the seal 28, it will not longer concentrate on small areas of the contact pairs 20, 21 and 22, 23, but will go between the metal screens 24-27. The curvature of these shields is chosen so that an essentially constant current density is achieved over the metal surfaces. By means of suitable material selection, operating frequency and surface area of the shields 24-27, a construction can be achieved which survives the leakage of an alternating current across the seal 28 for long periods, practically without the occurrence of electrochemical deterioration. Because the allowable current density at a metal/electrolyte interface increases with frequency, the minimum screen size decreases with frequency.

Kontaktringene og de tilsvarende skjermer kan som vist på fig. 3 sammenkoples direkte, galvanisk eller via en likespenningskilde. Den direkte kopling er den enkleste, men krever oppmerksomhet med hensyn til elektrokjemisk korrosjon. Sådan korrosjon kan unngås på følgende måte: (1) Ved å velge kompatible eller forenlige metaller med hensyn til deres potensial i (sjø)vann. Begrensninger er at gull kan foretrekkes som kontaktmateriale og et annet som materiale for skjermene. Det overveies imidlertid at gull kan legeres med sølv for å bli forenlig med noen andre metaller. Alternativt kan skjermene være konstruert av det samme materiale som kontaktringene, for eksempel gull (eller et annet materiale med et gullbelegg). I dette tilfelle er det mulig å konstruere kontaktringene og elektrodene som én sammenhengende del. (2) Ved å tilveiebringe en ekstra tetning mellom kontaktringene og skjermene. Beliggenheten av disse tetninger er vist ved 30 og 31. The contact rings and the corresponding screens can, as shown in fig. 3 are connected directly, galvanically or via a direct voltage source. The direct connection is the simplest, but requires attention with regard to electrochemical corrosion. Such corrosion can be avoided in the following way: (1) By choosing compatible or compatible metals with regard to their potential in (sea) water. Limitations are that gold may be preferred as contact material and another as material for the screens. However, it is considered that gold can be alloyed with silver to become compatible with some other metals. Alternatively, the shields may be constructed of the same material as the contact rings, for example gold (or another material with a gold coating). In this case, it is possible to construct the contact rings and the electrodes as one continuous part. (2) By providing an additional seal between the contact rings and screens. The location of these seals is shown at 30 and 31.

Et alternativ kan være å kompensere for potensial-forskjellen mellom metallene i kontaktringene og skjermene ved tilføyelse av en ytre likespenningskilde. Likespenningskilder kan opprettholdes ved de andre ender av kablene 4 og 8 på fig. 1 dersom disse kabler er forsynt med ekstra ledere for skjermene. Dette gjør imidlertid koplingsstykket mer sammensatt, og det skaper problemet med mulige, små spenningsforskjeller over motstående skjermer (f.eks. 24 og 25) på grunn av forskjell i likespenningskildene ved kabelendene. Det anbefales derfor direkte kopling. An alternative could be to compensate for the potential difference between the metals in the contact rings and the shields by adding an external DC voltage source. DC voltage sources can be maintained at the other ends of cables 4 and 8 in fig. 1 if these cables are provided with extra conductors for the screens. However, this makes the connector more complex, and it creates the problem of possible small voltage differences across opposite shields (eg 24 and 25) due to differences in the DC voltage sources at the cable ends. Direct connection is therefore recommended.

På fig. 3 er skjermene 24, 26 vist å ha tilnærmet samme størrelse som skjermene 25, 27. I praksis kan det velges forskjellige størrelser, som vist på fig. 4. Skjermen 37 er betydelig mindre enn skjermen 38. In fig. 3, the screens 24, 26 are shown to have approximately the same size as the screens 25, 27. In practice, different sizes can be selected, as shown in fig. 4. The screen 37 is significantly smaller than the screen 38.

Det kan også foretrekkes at bare den ene av koplingsstykkedelene utstyres med skjermer. En sådan variant er vist på fig. 5. I dette spesielle tilfelle har bare hanndelen 39 hulrom 40 og 41 med skjermer 42 og 43. Hunnkoplingsstykkedelen 44 har en sylindrisk tetningsoverflate 45. En sådan konstruksjon letter rengjøring av hunndelen, for eksempel ved hjelp av en vannstråle. Videre er hanndelen ofte den gjenvinnbare eller opptakbare del i en undervannsinstallasjon. De eneste beskyttende, buede metallskjermer er følgelig bare anordnet i den opptakbare del, og de kan inspiseres og om nødvendig fornyes. It may also be preferred that only one of the connector parts be equipped with screens. Such a variant is shown in fig. 5. In this particular case, only the male part 39 has cavities 40 and 41 with screens 42 and 43. The female coupling piece part 44 has a cylindrical sealing surface 45. Such a construction facilitates cleaning of the female part, for example by means of a water jet. Furthermore, the male part is often the recoverable or recordable part in an underwater installation. The only protective, curved metal shields are therefore only provided in the recordable part, and they can be inspected and, if necessary, renewed.

Slik som angitt foran, velges skjermenes krumning slik at en i hovedsaken konstant strømtetthet oppnås over metalloverflåtene. For å unngå grenseeffekter, kan kantene av skjermene 34 (på fig. 3) være avrundet (ikke vist). Dersom tetningen 28 skulle være et flatt plan, ville de ideelle tverrsnitt av skjermene 24, 25 og 26, 27 danne sirkelsektorer hvor tetningens 28 grenser 32 og 33 til hulrommene 35, 36 er sammenfallende med sirklenes sentra. As indicated above, the curvature of the shields is chosen so that an essentially constant current density is achieved over the metal surfaces. To avoid boundary effects, the edges of the screens 34 (in Fig. 3) may be rounded (not shown). If the seal 28 were to be a flat plane, the ideal cross-sections of the screens 24, 25 and 26, 27 would form circular sectors where the borders 32 and 33 of the seal 28 to the cavities 35, 36 coincide with the centers of the circles.

I praksis har tetningens 28 plan sylindrisk form og er krummet nedover. Dette forårsaker at det optimale tverrsnitt er noe forskjellig fra en sann sirkel. Fig. 6 viser det virkelige tverrsnitt 50 av skjermene sammenliknet med den ekte sirkelsektor 51. In practice, the 28 plane of the seal has a cylindrical shape and is curved downwards. This causes the optimal cross-section to be somewhat different from a true circle. Fig. 6 shows the real cross-section 50 of the screens compared to the real circular sector 51.

Det materiale som skjermene er konstruert av, må fortrinnsvis være i stand til å motstå de høyest mulige strøm-tettheter ved metall/(sjø)vann-grenseflaten. Forskjellige metaller og legeringer er passende, såsom titan, gull, platina, Hastelloy-C og Monel. For å oppnå maksimale tillatelige strøm-tettheter, anbefales det å sandblåse skjermenes metalloverflater for således å maksimere det effektive overflateareal. Tillatelige strømtettheter for sandblåst titan kan være 8, 80 og 800 mA/cm<2> ved henholdsvis 50, 1000 og 10 000 Hz. The material from which the screens are constructed must preferably be able to withstand the highest possible current densities at the metal/(sea)water interface. Various metals and alloys are suitable, such as titanium, gold, platinum, Hastelloy-C and Monel. In order to achieve maximum permissible current densities, it is recommended to sandblast the screens' metal surfaces in order to maximize the effective surface area. Permissible current densities for sandblasted titanium can be 8, 80 and 800 mA/cm<2> at 50, 1000 and 10,000 Hz respectively.

Ut fra fig. 3 er det klart at hulrommene 36 og 35, når koplingsstykket koples fra hverandre, blir synlige i henholdsvis hann- og hunndelen. Man kan overveie å fylle disse hulrom med ett eller annet porøst materiale som tillater (sjø)vannet å trenge gjennom, slik at man unngår at hulrommene fylles med avfall. Et porøst materiale mellom to metallelektroder i en elektrolytt bremser ioneoverføringen og følgelig elektrokjemisk korrosjon, hvilket er kjent fra elektrokjemien. Anvendelse av dette porøse materiale har imidlertid to ulemper: (1) Materialet kan forurense eller tilsmusse. Det vil være vanskelig å rengjøre når smuss og smørefett trenger inn i materialets porer og tilstopper porene, og således gjør skjermene ineffektive. (2) Skjermenes tilstand kan ikke lenger undersøkes. Følgelig foretrekkes det generelt å la hulrommene forbli åpne og gjøre dem rene forut for installasjon. Fig. 7 viser en trefaseutførelse av koplingsstykket ifølge oppfinnelsen hvor tre elektriske kontaktpar 71, 72, 73 hvert er omgitt av to par metallskjermer 75. Fig. 8 viser en alternativ utførelse. Dette koplingsstykke er en konstruksjon med et eneste kontaktpar. Hanndelen 80 har en kontaktplugg 81 som er beskyttet av en omgivende skjerm 82. Hunndelens 84 kontakt 83 er beskyttet av en omgivende skjerm Based on fig. 3, it is clear that the cavities 36 and 35, when the coupling piece is disconnected from each other, become visible in the male and female parts respectively. You can consider filling these cavities with some kind of porous material that allows the (sea) water to penetrate, so that you avoid the cavities being filled with waste. A porous material between two metal electrodes in an electrolyte slows down the ion transfer and consequently electrochemical corrosion, which is known from electrochemistry. Use of this porous material, however, has two disadvantages: (1) The material can contaminate or soil. It will be difficult to clean when dirt and grease penetrates the pores of the material and clogs the pores, thus rendering the screens ineffective. (2) The condition of the screens can no longer be examined. Accordingly, it is generally preferred to leave the cavities open and to clean them prior to installation. Fig. 7 shows a three-phase version of the connector according to the invention where three electrical contact pairs 71, 72, 73 are each surrounded by two pairs of metal shields 75. Fig. 8 shows an alternative version. This connector is a construction with a single contact pair. The male part 80 has a contact plug 81 which is protected by a surrounding shield 82. The female part 84's contact 83 is protected by a surrounding shield

85. Tetningen oppnås ved hjelp av en 0-ring 86. 85. The seal is achieved using an 0-ring 86.

Fig. 9 viser en detalj av et kapasitivt koplingsstykke hvor kontaktene er omgitt av buede metallskjermer i begge koplingsstykkedeler 90 og 91. Når begge koplingsstykkedeler er sammenpasset, ligger kontakter 92 og 93, som i det følgende vil bli betegnet som elektroder, overfor hverandre, slik at det derimellom er dannet et hulrom 94 som fylles opp med sjøvann, eller et annet ledende fluidum, under sammenpassing. Elektrodene leder elektrisk strøm i overensstemmelse med prinsippet for kapasitiv kopling, hvilket er tidligere kjent teknikk. Elektrodenes impedans forårsaker et lite spenningsfall, typisk 1 til 2 V. Dette forårsaker at et elektrisk felt er til stede mellom de to elektroder 92 og 93. I det ideelle tilfelle, dvs. dersom ingen lekkasje opptrer over tetningsflåtene 95, vil de elektriske feltlinjer 96 krysse perpendikulært mellom de to elektroder 92 og 93. Dersom imidlertid tetningen mellom overflatene 95 er mangelfull, og dersom man går ut fra tidligere kjent teknikk hvor ingen hulrom 97 med buede metallskjermer 98 og 99 er til stede, vil elektrisk strøm lekke fra et tilgrensende par av elektroder via den mangelfulle tetning mellom overflatene 95 til elektrodene 92 og 93. Denne lekkasjestrøm vil konsentrere seg i de elektriske grenseområder 100, slik at det frembringes en uhomogen strømfordeling over elektrodenes overflater. Koplingsstykket må følgelig arbeide under sin optimale effektytelse, på grunn av at strømtettheten må forbli under en viss maksimumsgrense over hele overflatene av elektrodene. I det foreliggende tilfelle er imidlertid hulrom 97, omfattende buede metallskjermer 98 og 99, beliggende på en på forhånd valgt avstand fra elektrodene 92 og 93, mellom elektrodene og tetningsflåtene 95. Skjermen 99 er på en måte som er beskrevet foran, koplet elektrisk til elektroden 92, og likeledes er skjermen 98 koplet til elektroden 93. Lekkasjestrømmer som oppstår på grunn av mangelfulle tetningsf later 95, vil bli ledet bort fra elektrodene 92 og 93 ved hjelp av skjermene 98 og 99. Strømtettheten mellom elektrodene 92 og 93 er nå blitt homogen, og koplingsstykket kan derfor drives med sin fulle effektytelse. Fig. 9 shows a detail of a capacitive connector where the contacts are surrounded by curved metal shields in both connector parts 90 and 91. When both connector parts are matched, contacts 92 and 93, which will be referred to as electrodes in the following, face each other, as that a cavity 94 is formed in between, which is filled with seawater, or another conductive fluid, during matching. The electrodes conduct electric current in accordance with the principle of capacitive coupling, which is previously known technology. The impedance of the electrodes causes a small voltage drop, typically 1 to 2 V. This causes an electric field to be present between the two electrodes 92 and 93. In the ideal case, i.e. if no leakage occurs across the sealing rafts 95, the electric field lines 96 cross perpendicularly between the two electrodes 92 and 93. If, however, the seal between the surfaces 95 is insufficient, and if one proceeds from prior art where no cavity 97 with curved metal screens 98 and 99 is present, electric current will leak from an adjacent pair of electrodes via the defective seal between the surfaces 95 of the electrodes 92 and 93. This leakage current will concentrate in the electrical boundary areas 100, so that an inhomogeneous current distribution is produced over the surfaces of the electrodes. The connector must therefore operate below its optimum power performance, due to the fact that the current density must remain below a certain maximum limit over the entire surface of the electrodes. In the present case, however, cavity 97, comprising curved metal screens 98 and 99, is located at a preselected distance from the electrodes 92 and 93, between the electrodes and sealing rafts 95. The screen 99 is, in a manner described above, electrically connected to the electrode 92, and likewise the shield 98 is connected to the electrode 93. Leakage currents that occur due to insufficient sealing surfaces 95 will be led away from the electrodes 92 and 93 by means of the shields 98 and 99. The current density between the electrodes 92 and 93 has now become homogeneous , and the coupling can therefore be operated with its full power output.

Den omtalte montasje ifølge fig. 9 har én ulempe. Spenningsforskjellen på typisk 1 til 2 V mellom elektrodene 92 og 93 vil også fremkomme over skjermene 98 og 99. Dette forårsaker at en elektrisk strøm flyter mellom skjermene. Feltlinjene 101 for denne strøm er vist på figuren. Denne strøm kommer i tillegg til lekkasjestrømmen for hvilken feltlinjene 102 også er vist. Strømtettheten på skjermenes 98 og 99 overflater vil følgelig være ikke-homogen og mye høyere enn dersom de bare ville lede lekkasjestrømmen. The mentioned assembly according to fig. 9 has one drawback. The voltage difference of typically 1 to 2 V between the electrodes 92 and 93 will also appear across the screens 98 and 99. This causes an electric current to flow between the screens. The field lines 101 for this current are shown in the figure. This current is in addition to the leakage current for which the field lines 102 are also shown. The current density on the screens 98 and 99 surfaces will consequently be non-homogeneous and much higher than if they would only conduct the leakage current.

Dette problem kan løses ved å utelate den ene av skjermene, som vist på fig. 10. I dette arrangement er strøm-tettheten mellom koplingsstykkedelenes 112 og 113 elektroder 110 og 111 homogen, på grunn av tilstedeværelsen av skjermen 114 som er koplet til elektroden 110 og er beliggende i hulrommet 115. Lekkasjestrømmen fra de mangelfulle tetningsf later 116 vil nå på passende måte fordele seg over overflaten av skjermen 114, hvilket er vist ved hjelp av feltlinjene 117. This problem can be solved by omitting one of the screens, as shown in fig. 10. In this arrangement, the current density between the electrodes 110 and 111 of the connector parts 112 and 113 is homogeneous, due to the presence of the screen 114 which is connected to the electrode 110 and is located in the cavity 115. The leakage current from the defective sealing surfaces 116 will reach suitably distributed over the surface of the screen 114, which is shown by the field lines 117.

Av de grunner som er omtalt foran, har foretrukne utførelser av kapasitive koplingsstykker ifølge oppfinnelsen en buet metallskjerm i bare én av de to koplingsstykkedeler. For the reasons discussed above, preferred embodiments of capacitive connectors according to the invention have a curved metal shield in only one of the two connector parts.

Fig. 11 viser et eksempel på et kapasitivt koplingsstykke med to par av sylindriske elektroder 130, 131 med et mellomliggende lag 134 av sjøvann, eller et annet ledende fluidum. Hunnkoplingsstykkedelens 133 elektroder 131 er forsynt med buede metallskjermer 132. Metallskjermene danner integrerte deler med elektrodene 131. Elektrodene 131 strekker seg kort utenfor elektrodene 130, for å holde den strøm som flyter mellom elektrodene 130 og metallskjermene 132, så lav som mulig. Fig. 11 shows an example of a capacitive coupling piece with two pairs of cylindrical electrodes 130, 131 with an intermediate layer 134 of seawater, or another conductive fluid. The electrodes 131 of the female connector part 133 are provided with curved metal shields 132. The metal shields form integral parts with the electrodes 131. The electrodes 131 extend briefly outside the electrodes 130, to keep the current flowing between the electrodes 130 and the metal shields 132 as low as possible.

Fig. 12 viser en utførelse med et eneste elektrodepar av et kapasitivt flate-mot-flate-koplingsstykke hvor en buet metallskjerm 140 er en integrert del av den øvre elektrode 141. Diameteren av den øvre elektrode er vesentlig større enn diameteren av bunnelektroden 142. Tetningen er oppnådd ved hjelp av en 0-ring 143. Fig. 12 shows an embodiment with a single electrode pair of a capacitive face-to-face connector where a curved metal shield 140 is an integral part of the upper electrode 141. The diameter of the upper electrode is substantially larger than the diameter of the bottom electrode 142. The seal is achieved by means of an 0-ring 143.

Det vil innses at anvendelsen av buede metallskjermer som en integrert del av elektroden eller kontakten også kan anvendes på de pluggtype-koplingsstykker som er vist på fig. 1-8. I dette tilfelle er den buede metallskjerm eller de buede metallskjermer dannet ved hjelp av kuppelformede kanter ved grensene av én eller flere kontakter. It will be appreciated that the use of curved metal shields as an integral part of the electrode or contact can also be applied to the plug type connectors shown in FIG. 1-8. In this case, the curved metal screen or curved metal screens are formed by domed edges at the boundaries of one or more contacts.

Claims

1. An electrical connector with two parts (18, 19) that can be fitted together under water, each connector part (18, 19) comprising at least one electrical contact (20, 22) which is embedded in a body of an electrically insulating material, the contact (20, 22) can be electrically connected to an electrical contact (21, 23) in the second connector part (18, 19) in such a way that the surfaces of the surrounding bodies of electrically insulating material face each other, CHARACTERIZED BY the fact that at least one of the connector parts (18, 19) further comprise a cavity (35, 36) which is formed in said surface near said contact (20, 21, 22, 23),

a curved metal screen (24, 25, 26, 27) covering it at least a part of the wall of the cavity (35, 36) in the vicinity of the electrical contact (20, 21, 22, 23), and a device for matching the electrical potential of the screen (24, 25, 26, 27) to the electrical potential of the adjacent electrical contact (20, 21, 22, 23) in the same connector part (18, 19).

2. Connector according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT each connector part (18, 19) comprises a number of electrical contacts (20, 21, 22, 23), each contact being accompanied by at least one cavity (35, 36) containing a curved metal screen (24, 25, 26, 27).

3. Connector according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT both connector parts (18, 19) near each contact (20, 21, 22, 23) comprise a cavity (35, 36) which is located such that adjacent cavities (35, 36) at use forms a confined space, and each of the adjacent cavities (35, 36) contains a curved metal screen (24, 25, 26, 27) covering at least part of the wall of the cavity (35, 36) in the vicinity of the electrical contact (20, 21, 22, 23).

4. Connector according to claim 3, CHARACTERIZED IN THAT the connector parts (18, 19) have a coaxial orientation, that the electrical contacts (20, 21, 22, 23) consist of metal contact rings which are located on opposite sides of a cylindrical dividing plane between the connector parts (18, 19), that the cavities (35, 36) consist of annular grooves formed in adjacent cylindrical surfaces of the bodies of insulating material, and that the metal shields (24, 25, 26, 27) consist of domed or domed rings.

5. Connector according to claim 4, CHARACTERIZED IN THAT each contact ring (20, 21, 22, 23) of at least one connector part (18, 19) is accompanied by a pair of cavities (35, 36) containing a curved metal screen (24, 25 , 26, 27), as the cavities for each pair are located on opposite sides of the contact ring.

6. Connector according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT one connector part (80, 84) is provided with at least one electrical male contact (81) which penetrates into an electrical female contact (83) which is located in a recess in the body of electrical insulating material of the second connector part (80, 84), the bodies of insulating material having mainly flat surfaces facing each other, and an annular cavity is formed in at least one of said surfaces at a predetermined distance from the contacts (81, 83).

7. Connector according to claim 6, CHARACTERIZED IN THAT both connector parts (80, 84) comprise a cavity, each cavity having the form of an annular channel, and the side of each cavity near the adjacent contact (81, 83) being covered of a curved metal screen (82, 85), the curvature of each screen (82, 85) being chosen so that leakage currents are equally distributed over the surfaces of the screens (82, 85).

8. Connector according to one of the preceding claims, CHARACTERIZED IN THAT each screen (82, 85) is galvanically connected to an adjacent electrical contact (81, 83) in the same connector part.

9. Connector according to one of the preceding claims, CHARACTERIZED IN THAT the shields (82, 85) are made of a metal or an alloy that is compatible with the material of the contacts (81, 83) with respect to their electrical potential in an aqueous environment.

10. Connector according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT adjacent shields (82, 85) are constructed of different metals or alloys, and that seals are arranged between the contacts (81, 83) and the shields (82, 85) to prevent galvanic corrosion of the screens (82, 85) and the contacts (81, 83).

11. Connecting piece according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT adjacent screens (24, 25, 26, 27) are constructed of the same metal and are separated from each other by means of an open gap of predetermined width.

12. Connector according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT the screens (24, 25, 26, 27) are connected to the adjacent electrical contacts (20, 21, 22, 23) via a local direct voltage source.

13. Connector according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT adjacent shields (24, 25, 26, 27) are constructed of different metals or alloys and the shields (24, 25, 26, 27) and the contacts (20, 21, 22, 23) via separate electrical conductors is connected to distant direct voltage sources of such a size that the galvanic potential difference between the metals or alloys in the shields and contacts is compensated.

14. Connecting piece according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT the cavities (35, 36) are open and filled with water when the connecting piece is immersed in a body of water.

15. Connector according to claim 2, CHARACTERIZED IN THAT the cavities (35, 36) are filled with a porous medium, the porous medium absorbing a sufficient amount of water to achieve constant current densities across the screens when the connector is immersed in a body of water.

16. Connector according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the contacts (20, 21, 22, 23) are formed by electrodes in a capacitive connector, the electrodes being separated by a space which is filled with water during use.