UPSバッテリーの連続充電のリモート監視におけるホール電流センサの応用

概要：無人プラットフォームのUPSバッテリーのフロート充電が何度も過剰になる現象に着目し、UPSシステムの構造と動作原理を紹介する。ホール電流センサとDCS構成を適用することで、UPSバッテリーのフロート充電のリモート監視と異常電流故障警報を実現し、無人プラットフォームの自動管理プロセスを促進する。

キーワード：ホール電流センサ、UPS、バッテリー、DCS

1 概要

洋上無人石油生産プラットフォームには、20KVAのUPS装置が設置されています。プラットフォームの稼働開始以来、UPSバッテリーのフロート充電電流が何度も高くなり、バッテリーが長時間異常高温状態となり、UPSの正常な使用に大きな影響を与え、石油生産プラットフォームの電力供給の安全性を著しく損ない、機器の損傷や火災を引き起こす可能性があり、非常に大きな安全上の危険が生じています。この問題による潜在的な機器および安全上の危険を回避するため、多大な人的および物的コストを投じ、無人プラットフォームの点検頻度を増やし、バッテリーのフロート電流値を定期的に検出してバッテリーの動作状態を判断しています。技術的な手段により、バッテリーのフロート充電電流信号は中央制御室のDCSに遠隔送信され、電流値のリアルタイム監視や異常電流故障警報に便利です。

2. UPSの構造と動作原理

2.1 UPSの構造

プラットフォームに設置されているUPS装置は、プラットフォームの中二階デッキにある非常用スイッチ室に設置されており、容量は20kV・Aです。UPSキャビネット2台、バイパス電源キャビネット1台、負荷分配キャビネット1台、およびニッケルカドミウム電池170個からなるバッテリーパックで構成されています。バッテリーパックはバッテリー室に設置されており、主な構成要素は整流器、インバータ、静的切替スイッチ、バッテリーなどです。 

1) 整流器。交流を直流に変換する装置です。整流器は内蔵のマイクロプロセッサによって制御され、配電盤からの交流を高品質の直流に整流します。整流された直流はフィルタリングされた後、インバータに供給され、バッテリーパックをフロート充電します。

2) インバータ。整流器の機能とは異なり、インバータは整流器によって変換された直流を交流に変換し、その電源は整流器またはバッテリーから供給されます。インバータ電流は、負荷に必要な高品質で耐久性があり安定した交流正弦波電圧を供給します。

3) 静的切替スイッチ。この機能は、通常電流とバイパス電流の切り替え時に発生する瞬間的な電源遮断やリレー接点のアーク放電、点火などの現象を防止するものです。静的スイッチを採用することで、切替スイッチの切り替え時間を0.2ms以内に大幅に短縮できます。

4) バッテリーパック。主電源または整流器が故障した場合、蓄電池はバックアップ電源として機能し、インバータを介して負荷に電力を供給します。

2.2 UPSシステムのバッテリー充電および放電の動作原理

UPSシステムバッテリーの充電および放電プロセスもエネルギー変換プロセスです。グリッド電圧が正常に動作している場合、電気エネルギーはバッテリーの化学エネルギーに変換されます。主電源は負荷に電力を供給し、バッテリーを充電します。UPSシステムバッテリーの充電図を図1に示します。主電源が突然停電した場合、バッテリーの化学エネルギーは電気エネルギーに変換され、バッテリーの放電によって重要な負荷に電力が供給され、生産への影響が軽減されます。UPSシステムのバッテリー放電図を図2に示します。バッテリーが完全に充電されると、その容量はUPSで給電されるすべての電気機器に同時に30分間電力を供給するのに十分です。