Aplicación del sensor de corriente Hall en la monitorización remota decontinuocargaengde batería de UPS
Resumen: Ante el fenómeno de que la carga flotante de la batería del SAI en plataformas no tripuladas es excesiva en repetidas 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 del DCS, se logra la monitorización remota de la carga flotante de la batería del SAI y la alarma de fallo por corriente anormal, lo que facilita la gestión automática de la plataforma no tripulada.
Palabras clave: Sensor de corriente Hall; SAI; Batería; DCS
1 Descripción general
Una plataforma petrolera desatendida en alta mar está equipada con un sistema UPS de 20 kVA. Desde su puesta en funcionamiento, la corriente de carga flotante de la batería del UPS ha sido excesiva en repetidas ocasiones, lo que ha provocado que la batería se encuentre en un estado de temperatura anormalmente alta durante un tiempo prolongado. Esto afecta considerablemente el uso normal del UPS, afectando gravemente la seguridad del suministro eléctrico de la plataforma, pudiendo causar daños en los equipos o incluso incendios, además de generar importantes riesgos potenciales para la seguridad. Para evitar posibles riesgos para los equipos y la seguridad causados por este problema, se han invertido importantes recursos humanos y materiales, se ha incrementado la frecuencia de inspección de las plataformas no tripuladas y se ha detectado regularmente el valor de la corriente flotante de la batería para evaluar su estado de funcionamiento. Mediante técnicas avanzadas, la señal de la corriente flotante de la batería se transmite remotamente al DCS de la sala de control central, lo que facilita la monitorización en tiempo real del valor de la corriente y la alarma de fallos por corriente anormal.
2 Estructura y principio de funcionamiento del SAI
2.1 Estructura del SAI
El sistema SAI 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 SAI, un armario 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 estático, batería y otros componentes.
1) Rectificador. Es un elemento que convierte la corriente alterna en corriente continua. El rectificador está controlado por su microprocesador interno para rectificar la corriente alterna del armario de distribución en corriente continua de alta calidad, la cual se filtra y se suministra al inversor para la carga de flotación del paquete de baterías.
2) Inversor. A diferencia del rectificador, el inversor convierte la CC generada por el rectificador en CA, y su fuente de alimentación proviene del rectificador o de la batería. La corriente del inversor proporciona a la carga la tensión de onda 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, la formación de arcos eléctricos 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 tan solo 0,2 ms.
4) Batería. 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 SAI también es un proceso de conversión de energía. Cuando la tensión de red funciona con normalidad, la energía eléctrica se convierte en energía química de la batería. La fuente de alimentación principal alimenta la carga y carga la batería. El diagrama de carga de la batería del sistema SAI 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 alimenta cargas importantes, reduciendo el impacto en la producción. El diagrama de descarga de la batería del sistema SAI se muestra en la Figura 2. Una vez cargada por completo, la batería tiene capacidad suficiente para alimentar simultáneamente todos los equipos eléctricos alimentados por el SAI 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 CA, CC, pulsos y otras señales complejas. Gracias al principio de efecto Hall, las señales transformadas pueden ser captadas directamente por diversos dispositivos de adquisición, como DCS, AD, DSP, PLC, instrumentos secundarios, etc. Ofrece rápida respuesta, amplio rango de medición de corriente, alta precisión, alta capacidad de sobrecarga, buena linealidad y alta capacidad antiinterferente, entre otras ventajas.
3.2 Parámetros técnicos del sensor de corriente Hall
| Parámetros | índice | ||
| Sala abierta / Sala cerrada | Sala | ||
| Producción | Valor nominal | Voltaje: ±5 V/±4 V | corriente: 4～20 mA |
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| Tensión de desplazamiento cero (corriente) | voltaje: ±20 mV | corriente: ±0,05 mA |
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| Deriva de tensión (corriente) de compensación | Voltaje: ≤±1,0 mV/℃ | corriente: ±0,04 mA/℃ |
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| Linealidad | ≤0,2 %FS | |
| Fuerza | CC ±15 V | 24 V CC | |
| Ancho de banda | 0～20 kHz |
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| tiempo de respuesta | ≤5us | ≤1 ms | |
| Resistencia a la compresión | Se permite una tensión soportada de frecuencia de potencia de 2500 V CA entre la entrada, la salida y la fuente de alimentación. | ||
| Clase | 1.0 | ||
| Ambiente | Temperatura | Trabajo: -25℃～+70℃; Almacenamiento: -40℃～+85℃ | |
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| Humedad | ≤95 % HR, lugares sin condensación ni gases corrosivos | |
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| Altitud | ≤3500 m | |
3.3 Sensor de corriente Hall conectado al DCS
El sensor de corriente Hall convierte directamente la corriente medida del circuito principal en una señal de salida de corriente CC de 4 ~ 20 mA en proporción lineal. El sensor de corriente Hall está instalado en el puerto inferior del disyuntor de batería del armario de distribución del SAI en la sala de distribución de emergencia. Este sensor convierte la corriente de carga flotante de la batería en una señal de corriente CC de 4 ~ 20 mA que puede ser aceptada por la tarjeta analógica DCS.
Defina el canal de entrada analógica de 4 ~ 20 mA recién accedido en la computadora superior 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, las imágenes y los gráficos, e instale el programa para implementar la función de monitoreo remoto de la corriente de carga flotante de la batería del SAI desde la sala de control central. Finalmente, al comparar el valor de la corriente de carga flotante de la batería medido in situ con el valor de la corriente de carga flotante mostrado en la interfaz hombre-máquina del DCS, se confirma la precisión del valor obtenido por el DCS.
3.4 efecto de la aplicación
Al agregar un sensor de corriente Hall, se logra la recolección de la corriente de carga flotante de la batería del UPS de la plataforma no tripulada, y se realiza el monitoreo remoto en línea de la corriente de carga flotante de la batería por parte de los DC colocando cables y configurando la sala de control central, lo que fortalece la gestión de equipos importantes de la plataforma no tripulada.
Los datos de funcionamiento de la corriente de flotación de la batería se transmiten remotamente al DCS, lo que facilita al personal de servicio en la sala de control central la monitorización inicial del valor de la corriente de flotación de la batería. Al mismo tiempo, al configurar el valor de alarma del parámetro, se enviará una alarma cuando la corriente de flotación de la batería sea anormal, lo que permite obtener información de inmediato y disponer de tiempo suficiente para la atención de emergencia. El proyecto reduce eficazmente la frecuencia de inspección de la plataforma no tripulada, reduce los costes humanos y materiales de su gestión, evita daños en la batería causados por la corriente de flotación anormal e incluso incendios, y promueve la gestión automática de la plataforma no tripulada.
4. Conclusión
El sensor de corriente Hall convierte la corriente de carga flotante de la batería en una señal de corriente de 4 ~ 20 mA, que la tarjeta de medición analógica del DCS puede aceptar. De esta manera, se transmite la corriente de carga flotante de la batería del SAI al DCS de forma remota. El operador puede observar el valor de la corriente de carga flotante de forma rápida e intuitiva en la pantalla de operación del DCS. El proyecto cuenta con una sólida base teórica y de hardware. No solo tiene un gran valor de aplicación, sino que también tiene una amplia relevancia promocional, lo que proporciona una experiencia práctica de referencia para la monitorización en línea de equipos de campo en el futuro.
Hora de publicación: 17 de agosto de 2022
