Energética XXI. Junio-julio 2024

Medidas de tensión y corriente en aplicaciones de H 2 : el problema del aislamiento El hidrógeno está tomando una posición relevante como fuente de energía limpia. Por su origen y características el hidrógeno es una fuente de energía limpia sin emisiones. Permite ser almacenada, lo que abre las puertas a aplicaciones móviles y a sistemas de almacenamiento de energía. El hidrógeno como combustible puede ser obtenido como subproducto de procesos químicos industriales o bien creado con energía eléctrica procedente de fuentes renovables. Los electrolizadores separan las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis obteniendo así el combustible. KOLBI E l electrolizador, en sus distintas va- riantes y tecnologías, está construi- do como una agrupación de celdas donde tienen lugar una serie de reacciones químicas para generar hidrógeno mediante electrólisis, esta electrólisis está alimentada por una fuente de energía eléctrica. Estas celdas se agrupan en stacks que, en función de su potencia se pueden alimentar de ten- siones de hasta 1000V. Los sistemas de control vigilan y monito- rizan las tensiones de las celdas individua- les o bien de sus agrupaciones en stacks, convirtiendo las tensiones de celdas o stacks en señales analógicas normalizadas que van a los sistemas de control. En este punto aparece la problemática de los aisla- mientos. Los convertidores de señal ana- lógicos interconectan un sistema de alta tensión con un sistema de control en baja tensión, típicamente de 24V. Las medicio- nes necesarias en las celdas (0-2V) o en los stacks (0-100V típico) pueden estar “monta- das” a niveles de tensión elevados al estar las celdas y stacks conectadas en serie. En medidas de corriente por Shunt, las caídas de tensión de orden de mV, pueden estar “montadas” a niveles de 1000V. Si ambos sistemas comparten el mismo potencial de tierra, se corre el riesgo de conectar la parte de alta tensión con los sistemas de control, normalmente a baja tensión. Esta situación provocaría graves daños a los sistemas de control dimensionados para trabajar a baja tensión. Para evitar estas situaciones es de vital importancia que el elemento que in- terconecta estos dos circuitos sea capaz de realizar su conversión de señal con la preci- sión y velocidad requerida, pero sobre todo asegurando que el nivel del lado de la alta tensión no se transmitirá al circuito de con- trol. El asilamiento de estos convertidores, amplificadores o elementos de interfaz es la barrera que nos permite separar de forma segura ambos circuitos. La norma EN/IEC/UL 61010-1 establece los requerimientos de seguridad en equipos de medida operando hasta 1000V. En esta nor- ma se define la tensión de trabajo (working voltage, rated isolation voltage) como la tensión máxima permitida de forma perma- nente entre dos circuitos. Esta tensión o de- pende únicamente del diseño y construcción de los equipos, sino también del entorno y condiciones de uso, definidas por los grados de polución PD y la categoría de sobreten- sión OV. La tensión de prueba (rated impulse volta- ge) asegura que los equipos pueden sopor- tar la tensión de trabajo en todas las condi- ciones y en límites máximos. Este parámetro se usa también como medida de robustez eléctrica en la separación de circuitos siendo varias veces superior a la tensión de trabajo. La tabla1 relaciona todos estosparámetros. Para aplicaciones en electrolizadores don- de se deben medir tensiones bajas (en cel- das) o tensiones en stacks (hasta 100V) se pueden usar convertidores analógicos de alto aislamiento. Los convertidores de KNICK P27000 y P29000 tienen un aislamiento básico de 1000V, pudiendo trabajar con las tensiones de los electrolizadores. El rango de medida de los convertidores P27000 llega hasta 100V por lo que puede usarse para medir tensio- nes en celdas y stacks. La serie P29000 puede medir tensiones de hasta 1000V por lo que puede medir la tensión total del sistema o agrupaciones de celdas por encima de 100V. La medida de corriente con shunts, donde la caída de tensión es de mV, pero situado a potenciales altos de hasta 1000V, puede también ser medida con los convertidores P29000. La misma situación se da en la medida de temperatura. Las sondas de temperatura trabajan con niveles de tensión de mV. Los amplificadores y convertidores con alto ais- lamiento permiten llevar de forma segura es- tas señales a los sistemas de control ◉ TABLA 1 Hidrógeno y gases renovables 62 ENERGÉTICA XXI · 237 · JUN/JUL 24