تطبيق مستشعر تيار هول في المراقبة عن بعد للشحن المستمر لبطارية UPS

ملخص: نظراً لارتفاع معدل شحن بطارية نظام الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) في المنصات غير المأهولة بشكل متكرر، تم استعراض بنية نظام UPS ومبدأ عمله. ومن خلال استخدام مستشعر تيار هول ونظام التحكم الموزع (DCS)، تم تحقيق المراقبة عن بُعد لشحن بطارية UPS وإطلاق إنذارات أعطال التيار غير الطبيعية، مما يُعزز عملية الإدارة الآلية للمنصة غير المأهولة.

الكلمات المفتاحية: مستشعر تيار هول؛ نظام الطاقة غير المنقطع (UPS)؛ بطارية؛ نظام التحكم الموزع (DCS)

1. نظرة عامة

تم تجهيز منصة إنتاج نفط بحرية غير مأهولة بمجموعة من أجهزة UPS بقدرة 20 كيلو فولت أمبير. منذ بدء تشغيل المنصة، كان تيار الشحن العائم لبطارية UPS مرتفعًا جدًا في كثير من الأحيان، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية بشكل غير طبيعي لفترات طويلة، وهو ما أثر سلبًا على الاستخدام الطبيعي لجهاز UPS، وهدد سلامة إمداد الطاقة لمنصة إنتاج النفط، وقد يتسبب في تلف المعدات أو حتى نشوب حريق، مما يشكل مخاطر جسيمة على السلامة. لتجنب هذه المخاطر المحتملة على المعدات والسلامة، تم استثمار مبالغ كبيرة في الموارد البشرية والمادية، وزيادة وتيرة فحص المنصات غير المأهولة، والكشف الدوري عن قيمة تيار الشحن العائم للبطارية لتقييم حالتها. يتم نقل إشارة تيار الشحن العائم للبطارية عن بُعد إلى نظام التحكم الموزع (DCS) في غرفة التحكم المركزية، مما يسهل مراقبة قيمة التيار في الوقت الفعلي وإطلاق إنذارات الأعطال.

2- بنية ومبدأ عمل نظام UPS

2.1 هيكل نظام UPS

يقع جهاز UPS المُجهز على المنصة في غرفة مفاتيح الطوارئ في الطابق النصفي للمنصة، بسعة 20 كيلوفولت أمبير. ويتكون من خزانتين لجهاز UPS، وخزانة طاقة احتياطية، وخزانة توزيع أحمال، وحزمة بطاريات تضم 170 بطارية نيكل-كادميوم. تُركّب حزمة البطاريات في غرفة البطاريات، وتشمل مكوناتها الرئيسية مقوم التيار، ومحول التيار، ومفتاح التحويل الثابت، والبطارية، وأجزاء أخرى. 

1) المقوم. هو عنصر يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر. يتم التحكم في المقوم بواسطة معالج دقيق داخلي لتقويم التيار المتردد القادم من لوحة التوزيع إلى تيار مستمر عالي الجودة، والذي يتم ترشيحه ثم تزويده إلى العاكس لشحن البطارية.

2) العاكس. على عكس وظيفة المقوم، يقوم العاكس بتحويل التيار المستمر الذي يحوله المقوم إلى تيار متردد، ويستمد طاقته من المقوم أو البطارية. يوفر تيار العاكس للحمل الجهد المطلوب عالي الجودة والمتين والمستقر على شكل موجة جيبية مترددة.

3) مفتاح التحويل الثابت. وظيفته منع انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ، وتكوّن الشرارة الكهربائية، والاشتعال، وغيرها من الظواهر الناتجة عن التبديل بين التيار العادي وتيار التجاوز. بعد استخدام المفتاح الثابت، ينخفض ​​زمن انتقال مفتاح التحويل بشكل كبير إلى أقل من 0.2 مللي ثانية.

4) حزمة البطارية. في حالة تعطل مصدر الطاقة الرئيسي أو المقوم، تعمل بطارية التخزين كمصدر طاقة احتياطي وتزود الحمل بالطاقة من خلال العاكس.

2.2 مبدأ عمل نظام UPS لشحن وتفريغ البطارية

تُعدّ عملية شحن وتفريغ بطارية نظام UPS عملية تحويل طاقة. فعندما يكون جهد الشبكة الكهربائية طبيعيًا، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية في البطارية. ويقوم مصدر الطاقة الرئيسي بتزويد الأحمال بالطاقة وشحن البطارية. يوضح الشكل 1 مخطط شحن بطارية نظام UPS. في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ عن مصدر الطاقة الرئيسي، تتحول الطاقة الكيميائية في البطارية إلى طاقة كهربائية، ويُستخدم تفريغ البطارية لتوفير الطاقة للأحمال المهمة، مما يقلل من تأثير انقطاع التيار على الإنتاج. يوضح الشكل 2 مخطط تفريغ بطارية نظام UPS. بعد اكتمال شحن البطارية، تكون سعتها كافية لتزويد جميع الأجهزة الكهربائية التي يعمل بها نظام UPS بالطاقة لمدة 30 دقيقة متواصلة.