Aplicação do sensor de corrente Hall no monitoramento remoto decontínuocobraringda bateria UPS

Resumo: Considerando o fenômeno de alta tensão de flutuação da bateria do sistema UPS em plataformas não tripuladas, este artigo apresenta a estrutura e o princípio de funcionamento de um sistema UPS. Através da aplicação de um sensor de corrente Hall e da configuração de um sistema DCS, é possível realizar o monitoramento remoto da tensão de flutuação da bateria do UPS e o alarme de falhas de corrente anormal, o que promove o processo de gerenciamento automático da plataforma não tripulada.

Palavras-chave: Sensor de corrente Hall; UPS; Bateria; DCS

1 Visão geral

Uma plataforma de produção de petróleo offshore não tripulada está equipada com um sistema UPS de 20 kVA. Desde que a plataforma entrou em operação, a corrente de flutuação da bateria do UPS tem apresentado valores excessivamente altos em diversas ocasiões, causando superaquecimento prolongado da bateria. Isso impacta significativamente o funcionamento normal do UPS, afetando seriamente a segurança do fornecimento de energia da plataforma de produção de petróleo e podendo causar danos aos equipamentos ou até mesmo incêndios, representando um grande risco potencial à segurança. Para evitar esses riscos, foram investidos consideravelmente em recursos humanos e materiais, a frequência de inspeções da plataforma não tripulada foi aumentada e o valor da corrente de flutuação da bateria passou a ser monitorado regularmente para avaliar seu estado operacional. Através de recursos técnicos, o sinal da corrente de flutuação da bateria é transmitido remotamente para o DCS (Sistema de Controle Distribuído) da sala de controle central, facilitando o monitoramento em tempo real do valor da corrente e o alarme de falhas por corrente anormal.

2. Estrutura e princípio de funcionamento de um UPS

2.1 Estrutura do UPS

O sistema UPS instalado na plataforma está localizado na sala de distribuição de emergência no mezanino da plataforma, com capacidade de 20 kV·A. É composto por dois gabinetes UPS, um gabinete de alimentação de bypass, um gabinete de distribuição de carga e um conjunto de baterias com 170 baterias de níquel-cádmio. O conjunto de baterias está instalado na sala de baterias e seus principais componentes incluem retificador, inversor, chave de transferência estática, bateria e outras peças.

1) Retificador. É um componente que converte corrente alternada em corrente contínua. O retificador é controlado por um microprocessador interno que retifica a corrente alternada proveniente do painel de distribuição, transformando-a em corrente contínua de alta qualidade. Essa corrente é filtrada e, em seguida, fornecida ao inversor para manter a carga de flutuação do conjunto de baterias.

2) Inversor. Ao contrário da função do retificador, o inversor converte a corrente contínua (CC) gerada pelo retificador em corrente alternada (CA), sendo sua fonte de energia proveniente do próprio retificador ou de uma bateria. A corrente do inversor fornece à carga a tensão senoidal de CA necessária, de alta qualidade, durável e estável.

3) Chave de transferência estática. Sua função é evitar a interrupção instantânea do fornecimento de energia e o arco voltaico nos contatos do relé, ignição e outros fenômenos causados ​​pela comutação entre a corrente normal e a corrente de bypass. Após a adoção da chave estática, o tempo de transição da chave de transferência é significativamente reduzido para menos de 0,2 ms.

4) Banco de baterias. Em caso de falha da fonte de alimentação principal ou do retificador, a bateria funciona como fonte de alimentação de reserva e fornece energia à carga através do inversor.

2.2 Princípio de funcionamento do sistema UPS: carregamento e descarregamento de baterias

O processo de carga e descarga da bateria de um sistema UPS também é um processo de conversão de energia. Quando a tensão da rede elétrica funciona normalmente, a energia elétrica é convertida em energia química da bateria. A fonte de alimentação principal fornece energia à carga e carrega a bateria. O diagrama de carga da bateria de um sistema UPS é mostrado na Figura 1. Em caso de falha repentina da rede elétrica, a energia química da bateria é convertida em energia elétrica, e a descarga da bateria fornece energia para cargas importantes, minimizando o impacto na produção. O diagrama de descarga da bateria de um sistema UPS é mostrado na Figura 2. Após a bateria estar totalmente carregada, sua capacidade é suficiente para alimentar todos os equipamentos elétricos alimentados pelo UPS por 30 minutos consecutivos.