Application du capteur de courant à effet Hall à la surveillance à distance decontinuchargeingbatterie UPS

Résumé : Face au phénomène de surcharge chronique des batteries d’alimentation sans coupure (UPS) des plateformes autonomes, cet article présente la structure et le principe de fonctionnement d’un système UPS. L’utilisation d’un capteur de courant à effet Hall et d’une configuration de contrôle-commande distribuée (DCS) permet la surveillance à distance de la surcharge des batteries et la détection des anomalies de courant, contribuant ainsi à l’automatisation de la gestion de la plateforme.

Mots clés : Capteur de courant à effet Hall ; Onduleur ; Batterie ; Système de contrôle-commande distribué (DCS)

1. Aperçu

Une plateforme de production pétrolière offshore automatisée est équipée d'un système d'alimentation sans coupure (UPS) de 20 kVA. Depuis sa mise en service, le courant de maintien de charge de la batterie de l'UPS a été excessivement élevé à plusieurs reprises, entraînant une surchauffe prolongée de la batterie. Ceci a un impact considérable sur le fonctionnement normal de l'UPS, compromet sérieusement la sécurité de l'alimentation électrique de la plateforme et peut provoquer des dommages matériels, voire un incendie, engendrant ainsi des risques importants pour la sécurité. Afin de prévenir ces risques, des investissements humains et matériels considérables ont été consentis, la fréquence des inspections de la plateforme a été augmentée et le courant de maintien de charge de la batterie est régulièrement contrôlé pour évaluer son état de fonctionnement. Grâce à des moyens techniques, le signal du courant de maintien de charge est transmis à distance au système de contrôle-commande (DCS) de la salle de contrôle centrale, permettant ainsi une surveillance en temps réel et la détection d'éventuelles anomalies de courant.

2. Structure et principe de fonctionnement d'un onduleur

2.1 Structure de l'UPS

Le système d'alimentation sans coupure (ASI) installé sur la plateforme se trouve dans le local des disjoncteurs de secours, sur la mezzanine. D'une capacité de 20 kVA, il se compose de deux armoires ASI, d'une armoire de dérivation, d'une armoire de distribution électrique et d'un parc de batteries constitué de 170 batteries nickel-cadmium. Ce parc de batteries est installé dans le local dédié et comprend notamment un redresseur, un onduleur, un commutateur de transfert statique et d'autres composants.

1) Redresseur. Cet élément convertit le courant alternatif en courant continu. Le redresseur est contrôlé par son microprocesseur interne afin de redresser le courant alternatif provenant de l'armoire de distribution en un courant continu de haute qualité, lequel est filtré puis fourni à l'onduleur pour la charge d'entretien de la batterie.

2) Onduleur. Contrairement au redresseur, l'onduleur convertit le courant continu (CC) produit par ce dernier en courant alternatif (CA). Son alimentation provient soit du redresseur, soit d'une batterie. Le courant de l'onduleur fournit à la charge une tension alternative sinusoïdale de haute qualité, stable et durable.

3) Commutateur statique. Sa fonction est d'éviter les coupures de courant instantanées, les arcs électriques au niveau des contacts du relais, les risques d'inflammation et autres phénomènes liés à la commutation entre le courant normal et le courant de dérivation. Grâce à ce commutateur statique, le temps de transition est considérablement réduit et inférieur à 0,2 ms.

4) Bloc-batterie. En cas de panne de l'alimentation principale ou du redresseur, la batterie de stockage sert d'alimentation de secours et alimente la charge via l'onduleur.

2.2 Principe de fonctionnement du système UPS : charge et décharge de la batterie

Le processus de charge et de décharge de la batterie d'un système d'alimentation sans coupure (UPS) correspond également à un processus de conversion d'énergie. Lorsque la tension du réseau est normale, l'énergie électrique est convertie en énergie chimique dans la batterie. L'alimentation principale fournit l'énergie nécessaire à la charge et recharge la batterie. Le schéma de charge de la batterie du système UPS est présenté sur la figure 1. En cas de coupure de courant, l'énergie chimique de la batterie est convertie en énergie électrique, et sa décharge permet d'alimenter les charges critiques afin de limiter l'impact sur la production. Le schéma de décharge de la batterie du système UPS est présenté sur la figure 2. Une fois la batterie complètement chargée, sa capacité est suffisante pour alimenter simultanément tous les équipements électriques alimentés par l'UPS pendant 30 minutes.