Энергетический модуль Капсула

Описание

Энергетический модуль «Капсула» позволяет обеспечить автономное электроснабжение широкого спектра оборудования, располагаемого на трассе трубопроводов, за счет комплексного использования нетрадиционных источников энергии.

Главная задача предлагаемых решений — гарантированное обеспечение электроснабжением требуемой мощности.

«Капсула» способна заряжать аккумулятор емкостью 1-2 Ач, который, в свою очередь, используется для периодической краткосрочной работы измерительного и телекоммуникационного оборудования, устанавливаемого в контрольно-измерительных пунктах или колонках (КИП/КИК — размещаются над трубопроводом с интервалом в 500 — 1000 метров) в зонах повышенной и высокой коррозионной опасности, а также в точках пересечения с автомобильными и железными дорогами (требование государственных и отраслевых стандартов).

Для зарядки аккумулятора используется защитный потенциал, присутствующий на стальном трубопроводе, который находится под катодной электрохимической защитой.

«Капсула» в комплекте с оборудованием передачи данных по стальному трубопроводу может размещаться в герметичном корпус под землей. «Капсула» является абсолютно инновационным продуктом по сравнению с используемыми в настоящее время батарейными источниками питания (требуется замена или подзарядка, слабо защищены от хищений). Величина входного тока заряда «Капсулы» не превышает 10 мА (при потенциале «труба — земля» 1 В) и может регулироваться в меньшую сторону, что абсолютно не влияет на качество катодной защиты (типовая величина тока катодной защиты 1 — 50 А на трубопроводах старше 10 лет).

Комбинация «Капсулы» и сверхмалопотребляющего модема на базе технологии LPWAN (например, XNB или LoRaWAN) являются безусловно лучшим решением для создания распределенной системы дистанционного мониторинга стальных подземных трубопроводов.

Технология

«Капсула» — источник питания, использующий токи катодной защиты.

1. Идеология «Energy harvesting»:

  • в качестве источника энергии используется разница между защитным потенциалом стального подземного трубопровода и потенциалом заземляющего контура (достаточно малая величина);
  • уровень напряжения для зарядки аккумулятора достигается каскадом повышающих преобразователей;
  • величина «отбираемого» тока регулируется в зависимости от режимов работы станций катодной защиты (СКЗ) и состояния изоляции трубопровода (создается искусственный «дефект», который не должен повлиять на параметры катодной защиты);
  • три варианта изделия, ориентированные на различные характеристики катодной защиты и типа подключаемого оборудования:

Версия 1:

  • работа в диапазоне потенциала труба-земля: 0,5 — 3 В;
  • технология поддержания максимальной мощности на входе;
  • регулировка величины отбираемой мощности (от 10 до 400мВт);
  • отключаемый выход для питания контроллера (3,3 В; 300мА);
  • защита аккумулятора от перезаряда и переразряда.

Версия 2:

  • добавлены стабилизированные выходы 1,8 и 3,3 В, выходной ток до 200 мА

Версия 3:

  • работа в диапазоне потенциала труба-земля: 0,3 — 5 В;
  • повышенная выходная мощность (до 2Вт);

2. «Долгоживущий» аккумулятор:

  • используется литий-железо-фосфатный или литий-титанатный аккумулятор, что позволяет не проводить его замену в течение всего срока работы изделия;
  • применяемые типы аккумуляторов способны заряжать при отрицательных температурах;

3. Специализированный измерительный модуль:

  • накопленная в аккумуляторе энергия используется для питания малопотребляющего измерительного модуля, который включается периодически (от нескольких раз в стуки до нескольких раз в месяц), делает замеры с подключенных датчиков и сохраняет данные в цифровом формате;

4. Специализированный телекоммуникационный модуль:

  • накопленная в аккумуляторе энергия используется для питания малопотребляющего телекоммуникационного модуля, который включается после проведения цикла измерения или в случае срабатывания аварийной или охранной сигнализации. По завершении передачи модуль отключается;
  • в качестве способа передачи данных используется технология LPWAN или собственная технология передачи данных по паре «труба-земля»;

5. Специальный тип размещения:

  • все изделие изготавливается в герметичном корпусе, который, в свою очередь, надежно закрепляется в подземной части контрольно-измерительного пункта (КИП) непосредственно на производстве, а кабели уже подключаются к клеммной площадке. Это, во-первых, обеспечивает безопасность и комфортный температурный режим и летом, и зимой, и, во-вторых, существенно экономит время при монтаже на трассе;