Aplicación del sensor de corriente Hall en la monitorización remota de la carga continua de la batería de un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida).
Resumen: Ante el fenómeno de que la carga flotante de la batería del SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) de la plataforma no tripulada sea excesiva en múltiples ocasiones, se presenta la estructura y el principio de funcionamiento del sistema SAI. Mediante la aplicación de un sensor de corriente Hall y la configuración de un sistema de control distribuido (DCS), se logra la monitorización remota de la carga flotante de la batería del SAI y la alarma de fallos por corriente anómala, lo que optimiza el proceso de gestión automática de la plataforma no tripulada.
Palabras clave: Sensor de corriente Hall; UPS; Batería; DCS
1. Descripción general
Una plataforma petrolífera marina no tripulada está equipada con un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) de 20 kVA. Desde su puesta en marcha, la corriente de carga flotante de la batería del UPS ha sido excesiva en repetidas ocasiones, provocando que la batería se encuentre en un estado de temperatura anormalmente alta durante un tiempo prolongado. Esto afecta gravemente al funcionamiento normal del UPS, compromete seriamente la seguridad del suministro eléctrico de la plataforma y puede provocar daños en los equipos o incluso incendios, con un alto riesgo potencial para la seguridad. Para evitar estos riesgos, se han realizado importantes inversiones en recursos humanos y materiales, se ha aumentado la frecuencia de inspección de las plataformas no tripuladas y se monitoriza periódicamente el valor de la corriente flotante de la batería para determinar su estado de funcionamiento. Mediante tecnología avanzada, la señal de corriente de carga flotante de la batería se transmite de forma remota al sistema de control distribuido (DCS) de la sala de control central, lo que facilita la monitorización en tiempo real del valor de la corriente y la activación de alarmas por corriente anómala.
2. Estructura y principio de funcionamiento de un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida)
2.1 Estructura de UPS
El sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) instalado en la plataforma se encuentra en la sala de interruptores de emergencia, en la entreplanta, y tiene una capacidad de 20 kV·A. Consta de dos armarios UPS, un armario de alimentación de derivación, un armario de distribución de carga y un paquete de baterías compuesto por 170 baterías de níquel-cadmio. El paquete de baterías está instalado en la sala de baterías y sus componentes principales incluyen rectificador, inversor, interruptor de transferencia estática, batería y otras piezas.
1) Rectificador. Es un elemento que convierte la corriente alterna en corriente continua. El rectificador, controlado por su microprocesador interno, rectifica la corriente alterna proveniente del armario de distribución, transformándola en corriente continua de alta calidad. Esta corriente se filtra y se suministra al inversor para la carga flotante de la batería.
2) Inversor. A diferencia del rectificador, el inversor convierte la corriente continua (CC) que este genera en corriente alterna (CA), y su fuente de alimentación proviene del propio rectificador o de una batería. La corriente del inversor proporciona a la carga la tensión sinusoidal de CA necesaria, de alta calidad, duradera y estable.
3) Interruptor de transferencia estático. Su función es evitar la interrupción instantánea del suministro eléctrico, el arco eléctrico en los contactos del relé, la ignición y otros fenómenos causados por la conmutación entre la corriente normal y la corriente de derivación. Tras la adopción del interruptor estático, el tiempo de transición del interruptor de transferencia se reduce considerablemente a menos de 0,2 ms.
4) Paquete de baterías. En caso de fallo de la fuente de alimentación principal o del rectificador, la batería de almacenamiento funciona como fuente de alimentación de respaldo y suministra energía a la carga a través del inversor.
2.2 Principio de funcionamiento de la carga y descarga de la batería del sistema UPS
El proceso de carga y descarga de la batería del sistema UPS también implica la conversión de energía. Cuando la tensión de la red eléctrica funciona con normalidad, la energía eléctrica se convierte en energía química en la batería. La fuente de alimentación principal suministra energía a la carga y carga la batería. El diagrama de carga de la batería del sistema UPS se muestra en la Figura 1. En caso de un fallo repentino de la fuente de alimentación principal, la energía química de la batería se convierte en energía eléctrica, y la descarga de la batería proporciona energía a las cargas importantes para minimizar el impacto en la producción. El diagrama de descarga de la batería del sistema UPS se muestra en la Figura 2. Una vez que la batería está completamente cargada, su capacidad es suficiente para alimentar simultáneamente todos los equipos eléctricos alimentados por el UPS durante 30 minutos.
3. Aplicación del sensor de corriente Hall en el diseño de monitorización remota de la corriente de carga flotante de la batería del SAI.
3.1 Principio de funcionamiento del sensor de corriente Hall
El sensor de corriente Hall se aplica principalmente al aislamiento y la conversión de señales CA, CC, de pulso y otras señales complejas. Mediante el principio del efecto Hall, las señales transformadas pueden ser captadas directamente por diversos dispositivos de adquisición, como DCS, AD, DSP, PLC, instrumentación secundaria, etc. Ofrece ventajas como un tiempo de respuesta rápido, un amplio rango de medición de corriente, alta precisión, gran capacidad de sobrecarga, buena linealidad y una fuerte resistencia a las interferencias.
3.2 Parámetros técnicos del sensor de corriente Hall
3.3 Sensor de corriente Hall conectado al DCS
El sensor de corriente Hall puede convertir directamente la corriente medida del circuito principal en una señal de corriente continua de 4 a 20 mA de forma lineal. Se instala un sensor de corriente Hall en el puerto inferior del interruptor del circuito de la batería del armario de distribución del SAI en la sala de distribución de emergencia, que convierte la corriente de carga flotante de la batería en una señal de corriente continua de 4 a 20 mA que puede ser aceptada por la tarjeta analógica del sistema de control distribuido (DCS).
Defina el canal de entrada analógica de 4 a 20 mA recién accedido en la computadora principal de la sala de control central para configurar el rango de parámetros, el valor de alarma y la tendencia histórica, y asígnelo al controlador correspondiente. Utilice el software de configuración de imágenes para configurar los parámetros, imágenes y gráficos, e instale el programa para habilitar la función de monitoreo remoto de la corriente de carga flotante de la batería del UPS desde la sala de control central. Finalmente, al comparar el valor de la corriente de carga flotante de la batería medido en el sitio con el valor de la corriente de carga flotante que se muestra en la interfaz hombre-máquina del DCS, se confirma que el valor recopilado por el DCS es preciso.
3.4 Efecto de la aplicación
Mediante la incorporación de un sensor de corriente Hall, se logra la recopilación de la corriente de carga flotante de la batería del SAI de la plataforma no tripulada, y se realiza la monitorización remota en línea de la corriente de carga flotante de la batería mediante CC, tendiendo cables y configurando la sala de control central, lo que refuerza la gestión de los equipos importantes de la plataforma no tripulada.
Los datos de funcionamiento de la corriente flotante de la batería se transmiten remotamente al DCS, lo que facilita al personal de guardia en la sala de control central la monitorización inmediata de dicho valor. Asimismo, mediante la configuración del valor de alarma, se activa una alerta cuando la corriente flotante de la batería es anómala, lo que permite obtener información de inmediato y disponer de tiempo suficiente para una intervención de emergencia. Este proyecto reduce eficazmente la frecuencia de inspección de la plataforma no tripulada, disminuye los costes humanos y materiales de su gestión, evita los daños en la batería causados por una corriente flotante anómala e incluso incendios en la plataforma, y promueve la automatización del proceso de gestión de la plataforma no tripulada.
4. Conclusión
El sensor de corriente Hall se utiliza para convertir la corriente de carga flotante de la batería en una señal de corriente de 4 a 20 mA, compatible con la tarjeta de medición analógica del DCS. De esta forma, se transmite remotamente la corriente de carga flotante de la batería del SAI al DCS. El operador puede visualizar el valor de la corriente de carga flotante de forma rápida e intuitiva en la pantalla del DCS. El proyecto cuenta con una sólida base teórica y de hardware. No solo posee un alto valor práctico, sino también un gran potencial de difusión, proporcionando una valiosa experiencia práctica para la monitorización en línea de equipos de campo en el futuro.
Fecha de publicación: 1 de noviembre de 2022
