Автоматика для управления скважинными насосами

13/04/2017

Наряду с выбором типа погружного насоса для системы водоснабжения из подземного источника, также важно правильно подобрать систему автоматики.

В данном случае под автоматикой понимается набор элементов, позволяющих предотвратить выход насоса и двигателя из строя. Сюда может входить совокупность командных реле и различные виды защиты. Как правило, выделяют две принципиальные схемы управления функционированием агрегата: по давлению в напорной части трубопровода, по уровню воды (рабочей среды) в резервуаре.

Контроль по давлению

В данной схеме процесс управления осуществляется поступающими командами с реле давления, расположенного на трубопроводе. Производится настройка давления включения агрегата и давления его отключения. Такой принцип используется с мембранными баками и для индивидуальных скважин. Баки нужны для поддержания избыточного давления в сети. Так происходит компенсация гидроударов и малых расходов. Настройка реле производится в соответствии с параметрами насоса и емкости бака. Для предотвращения частого включения оборудования заданный предел должен быть в середине рабочей зоны агрегата. С учетом информации о допустимом количестве включений в установленную единицу времени давление обычно выбирается в диапазоне 1,2-2,5 бар.

В этой схеме применяются промышленные и бытовые реле. Изделия производства Condor, XMP(Telemecanique) и других марок отличают контактные группы, выдерживающие ток до 16А. Однако они не имеют настраиваемой шкалы для регулировки давления, их настройка организована посредством манометра. Преимуществом таких устройств считается низкая стоимость и возможность эксплуатации в силовых цепях. К недостаткам можно отнести малый рабочий ресурс и невысокую точность настройки. Промышленные реле типа FF4 производства KPI(Danfoss) и Condor выгодно выделяются точностью, однако они требуют коммутацию через внешний пускатель. На выбор системы автоматики и электрической схемы оказывает влияние тип реле.

При эксплуатации бытовых устройств достаточно подключить насос напрямую к сети через контактные группы. Преимуществами здесь являются дешевизна и простота. Однако такая экономия влечет дополнительный расход в дальнейшем, это связано с заменой подгоревших либо окислившихся раньше срока реле. Обычно пользователь не может восстановить прежние настройки после замены устройства. Ввиду того, что проверить рабочий режим не удается, это может привести к отказу насоса, что повлечет большие финансовые расходы.

Контроль по уровню

Такая схема актуальная при работе агрегата на водонапорную башню либо для заполнения емкости, из которой потребителю подается вода насосами второго подъема. Обычно внутри емкостей расположены электроды, которые посредством датчика контроля уровня фиксируют нижний предел включения техники и верхний уровень ее отключения при наполнении резервуара. Использование поплавковых выключателей с небольшим рабочим ресурсом менее надежно в подобных системах. Здесь необходимо устройство для аварийного слива, которое срабатывает при переполнении резервуара. Схема применяется в крупных поселках, когда водоснабжение большого села или деревни осуществляется от одной емкости.

Стабильный режим работы насосного агрегата скважинного типа – это главное преимущество этого подхода. Расход подается на величину, определяемую высотой башни и глубиной скважины, и предусматривает дополнительно 1-2 метра на излив. По расходу один цикл соответствует объему башни, при этом учтен расход текущего водозабора. Возможность остановок и пусков на короткое время исключается, что увеличивает срок службы техники. Достаточно квалифицированно выбрать насосное оборудование и произвести пусконаладочные работы. В этом случае стабильность функционирования системы будет обеспечена.

Защита насоса

На практике главной причиной поломки скважинного агрегата считается работа при низком или высоком напряжении. Также это может происходить в результате перегрузки привода и функционирования в режиме «сухого» хода. Каждый производитель в Европе прописывает в документации требования по напряжению, обычно это выглядит так – 1х230 В, либо 3х400 В. Помимо этого, указываются допустимые отклонения от номинала.

Использование стабилизаторов переменного напряжения определенной мощности позволяет обеспечить качественное электропитание насоса. Однако это не выгодно по стоимости, поэтому обычно устанавливается датчик контроля по напряжению. Эти устройства отключают технику при перепадах напряжения и контролируют асимметрию фаз трехфазного двигателя.

Защита привода происходит посредством тепловых токовых реле, которые отключают двигатель при достижении определенного значения тока. Важно знать, что диапазон настройки реле должен в полной мере соответствовать параметрам указанного номинального тока.

Существует два способа защиты насосных агрегатов от «сухого» хода. Первый – посредством датчиков, контролирующих уровень воды в скважине, второй – по значению тока, сдвигу фаз тока и напряжению двигателя.

В отдельных приводах насосов Grundfos данная защита имеется в стандартной комплектации. Недостаток косвенной защиты состоит во включении реле при условии, когда подшипники и проточная часть остаются без охлаждающей среды. Когда производительность оборудования превышает дебет скважины, это негативно отражается на периоде службы насоса. В таком случае стоит использовать электродное реле контроля уровня, которое отключает агрегат до аварии.

В зависимости от условий эксплуатации могут использоваться различные сочетания защитных устройств для управления насосным агрегатом. Весь перечень предлагаемых на рынке устройств данного типа можно классифицировать по трем группам: пускозащитные, собранные на базе печатных плат; блоки контроля и управления на релейной технике; комплексы управления на основе микропроцессорных устройств SK-712(Wilo), SPCU3(Control), MP204-S(Grundfos) или аналогичные.

Механизмы на основе печатных плат считаются конструктивно законченными и предполагают подключение внешнего устройства, которым обычно выступает насос. Он подключается через пускатель либо датчики передающего типа. Эти реле отличает большой перечень контролируемых параметров, среди которых есть: токовая защита, контроль «сухого» хода, защита от перепадов напряжения. Изменить принцип работы прибора ввиду его законченности практически невозможно. При поломке платы требуется ее полная замена, что по стоимости сопоставимо с новым прибором.

Перечень предлагаемых на рынке устройств, основанных на релейной технике, довольно обширен. Он охватывает самые простые SQSK (Grundfos) и шкафы управления, изготовленные индивидуально под требования и условия эксплуатации заказчика. Модуль SQSK это изготовленный в пластиковом корпусе пускатель. Его основанная задача – коммутация датчика давления при токе, не превышающем 4 А. Здесь отсутствует сигнализация настроек или состояния и требуется установка защитного автомата.

Блок защиты и управления Н110, выпускаемый компанией «Гидроланс», изготовлен в водонепроницаемом корпусе из пластика, с габаритами 310?230?130 мм. Крышка корпуса прозрачная съемная, степень защиты – IP65, кабельные вводы для подключения – герметичные. Контактор с настраиваемым датчиком токовой тепловой защиты входит в состав модуля. Устройство контроля напряжения имеет встроенный цифровой вольтметр, который указывает величину питающего напряжения.

При восстановлении питания после перебоев, перезапуск происходит в автоматическом режиме. Вольтметр информирует о причинах сбоя.

Основные преимущества таких приборов заключаются в их надежности и возможности оперативной доработки под нестандартные условия применения. При выходе из строя отдельной детали не требуется полная замена прибора, достаточно устранить причину неполадки.

Наиболее сложными считаются аппараты защиты и управления скважинными насосными агрегатами на основе микропроцессорных контроллеров. Они позволяют следить за показателями сопротивления изоляции, температурой нагрева привода, последовательностью чередования фаз, фазовой асимметрией. Устройства защищают технику от перегрузки, «сухого» хода и перепадов напряжения. Можно вести учет периода работы агрегата и количества потребляемой энергии. Такие приборы достаточно дорогостоящие, они рекомендуются к использованию с насосными агрегатами большой производительности и мощности.

При эксплуатации частотных преобразователей стоит учесть минимальную частоту вращения привода. Этот параметр составляет 20-30% от номинала. При несоблюдении требования может выйти из строя упорный подшипник привода, что повлечет затраты на ремонт техники.

Помимо сказанного, нужно обратить внимание на класс системы управления по влаго- и пылезащите. Он определяется требованиями ГОСТ Р 51321.1-200 и зависит от места установки.