Архив / 1996 / №5 / 

Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов

За последние 30 лет промышленностью были освоены три поколения наиболее массовых станций и систем защиты и управления погружными электронасосами: станции типа ПЭТ с обогреваемыми датчиками уровня; системы САУНА со станциями типа ШЭТ с необогреваемыми датчиками уровня; комплектное устройство «Каскад», снабжаемые контактными датчиками уровня воды и блоками управления по давлению воды в водонапорных башнях, работающими совместно с электроконтактными монометрами типа ЭКМ.

Выпуск новых устройств «Каскад» был начат в 1982 году, но уже в 1984 году его конструкция была подвергнута резкой критике. В центральной печати появилась статья «Возьмите миллион», где отмечалась неудовлетворительная работа устройства, приводящая к переливу воды в водонапорных башнях, их обмерзанию, частому выходу из строя электронасосов.

Министерство сельского хозяйства поручило ВИЭСХ разработать работоспособные датчики уровня, а в 1988 году – надежное и эффективное устройство защиты и управления погружными электронасосами, работоспособное в любых климатических зонах страны.

Такой комплект – «Высота» – был разработан и, начиная с 1990 года, начал выпускаться малыми партиями внедренческим предприятием «Практик». Основные технические характеристики рассмотренных устройств приведены в таблице.

Тип 

Электронасосы 
погружные типа ЭЦВ

Степень защиты
шкафов управления
и место установки

Элементная
база

Тип датчика
уровня

Габариты,
мм

Масса 
с датчиком,
кг

системы,
устройства

шкафы
управления

мощность
кВт

номинальный ток

--




САУНА-1
САУНА-11
САУНА-22
САУНА-32
САУНА-45
САУНА-65

Каскад
(1-11)-0-У2
Каскад
(1-11)-3-У2
Каскад
(15-65)-0-У2

Высота




 

ПЭТ-5101 
ПЭТ-5102
ПЭТ-5103
ПЭТ-5104

ШЕТ5801-3
- " -
ШЕТ5801-13
ШЕТ5802-23
- -
ШЭТ5802-33

ЯНН5111

ЯНН5113

ЯНН5121


ЩУЗ2,8…
...
… ЩУЗ90,0

2,8-8 
11-12
22-45
60-65

2-11

22
32
45
65

1-11

1-11

16-65


2,8 …
...
…90,0

 

1.

6,4-20
25-30
47-91
115-130

2 .Систе

2,8-25

49
70
92
130

3.Устройство

2,8-25

2,8-25

36-130

4.

6,4…
...
…180,0

 

Станцияуправления

IР20, в
специальном
помещении
или в шкафу

мы САУНЫ со стан

IР20 и ИР21

- “ -
-  “  - 
-  “  -
-  “  -

“Каскад” со шкафа

IР43 для уста-
новки без поме-
щений (под ко-
зырьком-наве-
сом) 
 

Комплектное   устро

IР54 




 

ния типа ПЭТ

Релейно-
контактная 
- " -
- " -

циями ШЭТ

 Бесконтактная
“Логика-Т” 
-  “  - 
-  “  - 
-  “  -
-  “  -

ми  управле

БОН9200

-  “  -

 -  “  -
 

йство“Высота”

Современно 
релейная без 
применения 
электроники 

Контактные
с электри-
ческим по- 
догревом 
 
 

Контактные
без электрич.
подогрева

-  “  - 
-  “  -

ния  ЯНН

Контактные 

Блок упр.по 
давл. с  ЭКМ
Контактная 
без подогрева
 
 

Электродный 
обогреваемый
36В, 77Вт 
типа ДУО 

435х205х493

700х420х1000
 
 
 

235х589х615
 -  “  - 

250х800х1000

-  “  -
 
 

500х250х600

-  “  -

500х250х900
 
 
 

400х300х200

2 шкафа
400х300х200
400х300х200

25,5
- " -
88
88
 
 

29,5
 -  “  - 

77,5 
-  “  - 
 
 
 

27,5

26

51,5
 
 
 

> 30,0




 

В чем же заключалась неудовлетворительная работа устройства «Каскад»?

Погружной электронасос является агрегатной установкой и состоит из центробежного насоса и водозаполненного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Двигатель является электромеханическим устройством, имеющим такие малонадежные узлы, как статорная обмотка, подшипники, кабельные выводы, уплотнители, манжеты.

Обследование причин [1] отказов погружных электродвигателей показал, что на долю статорных обмоток приходится 79,5% всех отказов. Основными причинами выхода из строя статорных обмоток является: неудовлетворительное качество напряжения питающей сети (до 39,1%), межвитковое замыкание и замыкание обмотки на корпус (до 22,6%), другими словами, значительная доля отказов приходится на повреждение обмоток, связанных с неполнофазными режимами, электрическими перегрузками, т.е. неудовлетворительными условиями работы электродвигателей. Ежегодно по этим причинам выходят из строя 50-70% насосов, замена каждого из которых в среднем обходится в 6-7 млн.рублей. По этой причине эксплуатация погружных электронасосов без специальных устройств (станций) защиты и управления запрещена.

Организация защит от потери фазы в сети и от опасных режимов, вызванных симметричными либо несимметричными перегрузками в двигателе, различается принципиально. Первая не требует запоминания при срабатывании и должна автоматически включать электронасос при восстановлении полнофазного режима в сети. Вторая требует такого запоминания для последующего выяснения причины опасного режима. В этом случае электродвигатель включается вручную оператором после выявления и устранения причины аварийной ситуации.

В устройстве «Каскад» отсутствует раздельная защита, применяется единственная защита, реагирующая на токи в фазах двигателя и работающая с запоминанием.

В результате электронасос, как правило, выключен, и в башни, и в резервуары не поступает вода.

В условиях полнофазного режима сети нередко наблюдается несимметрия напряжений, превышающая нормы. Эти отклонения имеют переменный характер и зачастую кратковременны. Так, измерения, произведенные в Чеховском и Раменском районах Московской области, показали, что в течение 10-15 минут коэффициент обратной последовательности менялся от 0,65 до 4,89%, а нулевой – от 1,13 до 4,79%. Как показали результаты проведенных исследований, применяемая в устройствах «Каскад» защита с запоминанием, реагируя на перегрузки, связанные с кратковременно возникающей несимметрией, приводит к неоправданным простоям электронасоса.

Погружной электронасос – это агрегатная электроустановка с определенными характерными параметрами, поэтому для такой установки необходима индивидуальная защита, характеристики которой полностью согласуются с характеристиками защищаемого электродвигателя на всем диапазоне его нагрузок от номинального тока Iн до пускового Iп. Согласно [2], время-токовая характеристика защиты должна совпадать или располагаться в непосредственной близости от перегрузочной характеристики двигателя.

Время-токовые характеристики защиты погружных электродвигателей и их  перегрузочные характеристики
Время-токовые характеристики защиты погружных электродвигателей и их перегрузочные характеристики

Для оценки свойств защиты устройства «Каскад» были рассчитаны перегрузочные характеристики погружных электродвигателей типа ПЭДВ по методике, изложенной в [2]. Результаты расчета в виде заштрихованной области (1) для электродвигателей мощностью 2,8 - 22 кВт приведены на рисунке, а также время-токовая характеристика защиты (2) устройства «Каскад» [2].

Как видно на рисунке, защита в устройстве «Каскад» для области малых перегрузок дает неоправданно малые выдержки времени, приводящие к частым отключениям электронасоса (с запоминанием) и недоиспользованию двигателя по нагреву.

В результате действия защиты электродвигатель отключается уже через 20 с., хотя мог безаварийно подавать воду в башню 10-15 мин.

В области больших перегрузок время выдержки защиты также недостаточно, что препятствует нормальному пуску электродвигателя. В устройстве «Каскад» функцию формирования времени выдержки, а значит и формы время-токовой характеристики защиты, выполняет R-C цепочка, заряд которой во времени проходит в соответствии с экспоненциальным законом, который определяет форму характеристики.

Как показали исследования зависимости формы от параметров зарядной цепочки, подобрать такую цепочку, которая обеспечила бы форму время-токовой характерис-тики защиты, соответствующую форме перегрузочной характеристики двигателя, невозможно. Она либо не совпадает в зоне больших перегрузок КI (3), либо в зоне малых КI (4), либо вообще в значительной части характеристики (5). В этом заключается принципиальный недостаток организации защиты в рассматриваемом устройстве.

Сельские электрики не удовлетворены действием защиты в устройстве «Каскад» и зачастую отключают ее, оставляя электронасос вовсе незащищенным от аварийных режимов.

(Продолжение следует).

Литература

1. Ахмедов А.Д. К вопросу эксплуатацион-ной надежности погружных двигателей //Промышленная энергетика, 1987, № 7, с. 14-16.
2. Славин Р.М. Режимы работы и защиты автоматических установок животноводческих ферм. М.: Машиностроение, 1965.

Александр Гришин
к.т.н., зав.лабораторией ВИЭСХ