Applicazione del sensore di corrente di Hall nel monitoraggio remoto della carica continua della batteria di un UPS.

Abstract: Considerato il fenomeno per cui la carica di mantenimento della batteria UPS di una piattaforma senza equipaggio raggiunge spesso valori eccessivi, viene presentata la struttura e il principio di funzionamento del sistema UPS. Attraverso l'applicazione di un sensore di corrente di Hall e una configurazione DCS, si realizza il monitoraggio remoto della carica di mantenimento della batteria UPS e l'allarme di anomalie di corrente, favorendo così la gestione automatizzata della piattaforma senza equipaggio.

Parole chiave: sensore di corrente di Hall; UPS; batteria; DCS

1 Panoramica

Una piattaforma petrolifera offshore non presidiata è dotata di un gruppo di continuità (UPS) da 20 kVA. Fin dall'entrata in funzione della piattaforma, la corrente di carica di mantenimento della batteria dell'UPS è risultata ripetutamente troppo elevata, causando un prolungato surriscaldamento della batteria stessa. Ciò ha un impatto significativo sul normale funzionamento dell'UPS, compromettendo seriamente la sicurezza dell'alimentazione elettrica della piattaforma e rischiando di danneggiare le apparecchiature o addirittura di provocare incendi, con conseguenti gravi rischi per la sicurezza. Per evitare potenziali danni alle apparecchiature e rischi per la sicurezza, sono stati investiti ingenti capitali, aumentando la frequenza di ispezione delle piattaforme non presidiate e monitorando regolarmente il valore della corrente di mantenimento della batteria per valutarne lo stato di funzionamento. Grazie a un sistema tecnico, il segnale della corrente di carica di mantenimento della batteria viene trasmesso in remoto al sistema DCS della sala di controllo centrale, consentendo il monitoraggio in tempo reale del valore di corrente e l'attivazione di allarmi in caso di anomalie.

2. Struttura e principio di funzionamento dell'UPS

2.1 Struttura dell'UPS

Il gruppo di continuità (UPS) installato sulla piattaforma è situato nella sala quadri di emergenza sul ponte mezzanino della piattaforma, con una capacità di 20 kV · A. È composto da due armadi UPS, un armadio di bypass, un armadio di distribuzione del carico e un pacco batterie composto da 170 batterie al nichel-cadmio. Il pacco batterie è installato nella sala batterie e i suoi componenti principali includono raddrizzatore, inverter, interruttore di trasferimento statico, batterie e altri componenti. 

1) Raddrizzatore. È un elemento che converte la corrente alternata in corrente continua. Il raddrizzatore è controllato da un microprocessore interno che raddrizza la corrente alternata proveniente dal quadro elettrico in corrente continua di alta qualità, la quale viene filtrata e quindi fornita all'inverter per la carica di mantenimento del pacco batterie.

2) Inverter. Contrariamente alla funzione del raddrizzatore, l'inverter converte la corrente continua (CC) convertita dal raddrizzatore in corrente alternata (CA), e la sua fonte di alimentazione proviene dal raddrizzatore stesso o da una batteria. La corrente dell'inverter fornisce al carico la tensione sinusoidale CA di alta qualità, stabile e durevole richiesta.

3) Interruttore di trasferimento statico. La sua funzione è quella di prevenire l'interruzione istantanea dell'alimentazione e la formazione di archi elettrici, accensioni e altri fenomeni causati dalla commutazione tra corrente normale e corrente di bypass. Grazie all'adozione dell'interruttore statico, il tempo di transizione dell'interruttore di trasferimento si riduce notevolmente, attestandosi entro 0,2 ms.

4) Pacco batterie. In caso di guasto dell'alimentazione principale o del raddrizzatore, la batteria di accumulo funge da alimentazione di riserva e fornisce energia al carico tramite l'inverter.

2.2 Principio di funzionamento della carica e scarica della batteria del sistema UPS

Anche il processo di carica e scarica della batteria di un sistema UPS è un processo di conversione energetica. Quando la tensione di rete funziona normalmente, l'energia elettrica viene convertita in energia chimica nella batteria. L'alimentazione principale fornisce energia al carico e carica la batteria. Lo schema di carica della batteria di un sistema UPS è mostrato in Figura 1. In caso di improvvisa interruzione dell'alimentazione principale, l'energia chimica della batteria viene convertita in energia elettrica e la scarica della batteria fornisce energia ai carichi importanti per ridurre l'impatto sulla produzione. Lo schema di scarica della batteria di un sistema UPS è mostrato in Figura 2. Una volta che la batteria è completamente carica, la sua capacità è sufficiente per alimentare contemporaneamente tutte le apparecchiature elettriche alimentate dall'UPS per 30 minuti.