Безконтактні станції керування насосними агрегатами

Розвиток систем керування баштовими водонасосними установками вимагає впровадження ефективних та надійних засобів керування і захисту електронасосного агрегату. Так в релейно-контактних схемах керування, для захисту електродвигуна насоса замість автоматичних вимикачів і теплових струмових реле використовують пристрої фазочутливого захисту ФУЗ.

На заміну релейно-контактним станціям керування водонасосними установками з заглибним електронасосним агрегатом використовують безконтактні станції. Вони дорожчі, але подорожчання окупається збільшенням терміну служби і надійності роботи як самої системи керування, так і електродвигуна. Серед найбільш розповсюджених це станції керування "Каскад" та "УСУЗ".

Комплектний пристрій "Каскад" призначений для автоматичного, місцевого і дистанційного керування відцентровими заглибними електронасосними агрегатами у режимі водопідйому чи дренажу та захисту електродвигунів потужністю 1 – 200 кВт.

Пристрій у залежності від типу шафи керування виконує такі функції:

• автоматичний пуск і зупинка електронасоса в режимі дренажу і водопідйому в залежності від рівня води в свердловині чи в водонапірній башті;

• автоматичний пуск електронасоса в режимі водопідйому в залежності від тиску стовпа води водонапірної башти й автоматичний зупинку електронасоса в цьому режимі через час не більш 90 хв;
  
• місцевий пуск і зупинка електронасоса;
  
• дистанційний пуск і зупинка електронасоса;
  
• селективність пуску електронасоса з регульованою витримкою часу. Нижня межа часу 2с ±2с, верхня границя менш 30 с. Селективність забезпечується в місцевому режимі і режимі автоматичного керування за рівнем;
  
• відключення електронасоса при перевантаженнях, коротких замиканнях і неповнофазному режимі;
  
• автоматичне відключення електронасоса при зниженні води в свердловині нижче контрольованого значення за час не більш 0,5с для пристрою потужністю 4,5 кВт і вище;
  
• виключення автоматичного повторного запуску електронасоса після спрацьовування будь-якого виду захисту;
  
• світлову сигналізацію з розшифровкою аварійного відключення електронасоса (крім відключення при коротких замиканнях і відключення при неповнофазному режимі);
  
• контроль навантаження в одній з фаз двигуна;
  
• можливість передачі аварійного сигналу за межі пристрою;
  
• самозапуск електронасоса при короткочасному зникненні і подальшій появі напруги з регульованою витримкою часу у місцевому режимі і режимі автоматичного керування за рівнем.
  

Рисунок 2.1.9. Функціональна схема пристрою "Каскад": QF- автоматичний вимикач; Тр1-Тр3 - трансформатори струму із швидким насиченням; KM - електромагнітний пускач; М - електродвигун насосного агрегату; ДСХ - датчик "су­хого ходу"; ЧЗ - чарунка захисту; ЧЖ - чарунка живлення; РВВм, РВВ - відповідно контакти виконавчих реле вмикання і вимикання електронасосного агрегату в режимі дистанційного керування; КВУ, КНУ - відповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівнів води; ДТВ - датчик тиску води у напірному трубопроводі; SА1 - перемикач режимів роботи; ЧК – чарунка керування; ЧКР - чарунка керування за рівнем води; ЧКТ - чарунка керування за тиском води; P1 - вихідне реле блока логіки; НL1, НL2 - сигнальні лампи.

Принцип роботи пристрою "Каскад" досить чітко пояснює функціональна схема (рисунок 2.1.9). Режим керування пристроєм "Каскад" місцевий, автоматичний чи дистанційний задається перемикачем SА1. При автоматичному керуванні за рівнем води у водонапірній башті управління електронасосом виконується датчиками КВР, КНР (відповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівня) при подачі відповідного сигналу в чарунку ЧКР, яка видає сигнал про вмикання чи вимикання до вихідного вузла ЧУ. З витримкою часу (можна встановити від 2 до 30 с) спрацьовує реле Р1 і вмикає електромагнітний пускач КМ.

Для реалізації режиму "Дренаж" перемикач SА2 встановлюють у відповідне положення (в ящиках, які не мають тумблера "Водопідйом" і "Дренаж" ці режими можна встановити перемичками на платі між точками 78 –79 і 72 – 73 для режиму "Водопідйом" або між точками 72 –78 і 73 – 79 для режиму "Дренаж"). Для режиму "Дренаж" датчики рівня встановлюють каналі. Алгоритм керування протилежний режиму "Водопідйом" - насос вмикається при високому рівні води у каналі і вимикається при низькому.

Рисунок 2.1.10. Принципова електрична схема ящика керування ЯГ5102 – 347Б1У2 комплектного пристрою "Каскад".

У режим роботи за тиском пристрій "Каскад" можна перевести, замінивши чарунку ЧКР чарункою ЧКТ в ящику керування ЯНН 5100. Ящики модифікацій ЯГ 5102, ЯЛ5102, ЯЛ 5101 мають окреме виконання для режимів керування за рівнем чи тиском. При керуванні за тиском води у напірному трубопроводі, якщо рівень води у водонапірній башті знижується зменшується статичний тиск водяного стовпа у трубопроводі. При цьому ДТВ замикає свій контакт, а чарунка ЧКТ видає сигнал, що запам’ятовується, підсилюється і надходить до вихідного вузла. Вимикання насоса наступить через певний час, що потрібний для заповнення баку водою ( 5; 14; 24; 33; 43; 52; 62; 71; 80; 90хв ). Указані витримки часу можна встановити за допомогою перемички на роз’ємі "Час роботи насоса". Повторне вмикання насоса здійснюється за командою реле тиску (електроконтактного манометра).

Спеціальна чарунка ЧЗ здійснює захист електродвигуна від перевантажень та сухого ходу із світловою сигналізацією причини вимкнення - лампи «Перевантаження» та ”Сухий хід”. Для електронасосних агрегатів потужністю до 4,5 кВт не передбачається контроль "сухого ходу”, а тому відсутній датчик ДСХ і сигнальна лампа "Сухий хід”. Затискач за номером 36 у цьому випадку з’єднується з нульовим N.

Принципова електрична схема ящика керування ЯГ5102 – 347Б1У2 (рисунок 2.1.10) передбачає автоматичне управління по рівню електронасосом в режимі "Водопідйому ". Також станція передбачає місцеве та дистанційне керування електронасосом. Всі функції автоматичного управління, сигналізацію і захист електродвигуна від аварійних режимів виконує блок управління Е1FQ.

При автоматичному управлінні в режимі "Водопідйому", якщо рівень води в водонапірній башті знижується нижче встановленого рівня ( контакт нижнього рівня КНР розімкнутий) з блока управління поступить сигнал на включення реле K1, яке своїм контактом включить магнітний пускач К2. Електронасос почне працювати. При досягненні водою верхнього рівня КВР, сигнал поступає на вхід блока управління, реле К1 вимкнеться і своїми контактами вимкне пускач К2, електродвигун зупиниться.

Дистанційне управління забезпечується за допомогою реле виконання включення РВВм і реле виконання вимкнення РВВ, які в комплект поставки не входять.

Місцеве управління виконується установкою відповідного режиму перемикачем S1.

Захист електронасоса від аварійних режимів виконується вузлом захисту E2P блока управління. Сигнал захисту електронасоса при перевантаженнях, неповнофазному режимі, коротких замиканнях в електродвигуні чи кабелі живлення формується в трансформаторах струму Т1-Т3. Захист електронасоса від перевантажень побудований по принципу часової обернено залежної від струму характеристиці, тобто чим більше струм перевантаження, тим менше струм спрацювання захисту. При перевантаженнях струм, що протікає в первинній обмотці трансформатора струму збільшується. Відповідно збільшується величина сигналу, який поступає на вхід блока управління. Досягнувши відповідного при налагодженні рівня спрацювання захисту блок управління вимикає реле К1. При цьому пускач К2 електронасоса вимикається. При знижені рівня води в свердловині нижче контрольного значення ( контакту ДСХ ) спрацьовує захист від "сухого ходу". В пристрої передбачено дублюючий захист електронасоса від перевантажень і коротких замикань, який виконаний за допомогою автоматичного вимикача QF1.

Універсальна станція керування і захисту "УСУЗ" призначена для автоматичного керування і захисту електродвигунів заглибних насосних агрегатів потужністю 0,4 - 11кВт, у якій можуть використовуватися датчики будь-якого принципу (електродні датчики рівня, реле тиску, електроконтактний манометр).

Рисунок 2.1.11. Функціональна схема універсальної станції керування і захисту (УСУЗ) заглибних електронасосних агрегатів.

Станція забезпечує захист електродвигуна від будь-яких перевантажень з витримкою часу, від неповнофазних режимів, від «сухого ходу», а також сигналізує про зниження опору ізоляції обмоток електродвигуна.

Станція містить такі основні блоки й елементи (рисунок 2.1.11.): блок А1 - фазочутливий пристрій захисту ФУЗ-М; блок А2 - універсальний двохпозиційний регулятор УДР-2 , що складається з блоку живлення (А2.1), логічного елемента «АБО» (А2.2) і вузла керування (А2.3); блок АЗ - елементи контролю опору ізоляції. До одного входу блоку А2 можуть бути приєднанні електродний датчик рівня води, реле тиску, електроконтактний манометр (один з приладів), а до іншого – датчик "сухого ходу" (якщо він не встановлюється, то клеми 5-6 з’єднуються перемичкою).

При автоматичному режимі керування вмикають автоматичний вимикач QF1. Тумблер SА1 ставиться в положення «А». Команди на вмикання і вимикання магнітного пускача КМ1 формує двохпозиційний регулятор УДР-2 (блок А2) за допомогою електродних датчиків рівня SL1, SL2 (реле тиску, чи електроконтактного манометра).

У ручному режимі керування тумблер SА1 ставлять у положення "Р", вмикають тумблер S2, що контактами S2.1 вмикають котушку магнітного пускача КМ1 у мережу. При цьому захист електродвигуна не працює. У ручний режим роботи установку короткочасно може переводити електромонтер, що обслуговує її.

Станція керування може працювати при несправних чи відсутності датчиків рівня води в башті чи датчиків тиску. Для цього необхідно тумблер SА1 встановити в режим "А", тумблер S2 у положення "Вкл.", який розташований на бічній стінці шафи. При цьому забезпечуються всі захисти двигуна.

При перевантаженнях, неповнофазних режимах і коротких замиканнях виробляється сигнал у блоці А1. Контакти вихідного реле блоку захисту спрацьовують і своїми контактами, подають сигнал у блок А2. Двигун з визначеною витримкою часу відключається від мережі.

Контроль опору ізоляції обмоток заглибного електродвигуна здійснюється блоком АЗ у періоди, коли двигун відключений від мережі. При цьому струм протікає по ланцюзі: L3.1 - FU1- VD1 - R1 (чи R2) - SА1 - опір ізоляції двигуна -N. При зниженні опору ізоляції на резисторі R1 (R2) зростає спадання напруги до величини запалювання неонової лампи НL1. Спочатку перемикачем SА1 підключається резистор R1. Загоряння лампи НL1 сигналізує про зниження опору ізоляції. Перемикач SА1 переводиться на резистор R2, якщо лампа НL1 гасне агрегат експлуатувати допускається. При запалюванні лампи (включений R2) двигун необхідно ремонтувати.