Главная / Окна / Управление насосом: автоматика. Автоматика для скважины: из каких элементов она состоит и для чего необходима

Управление насосом: автоматика. Автоматика для скважины: из каких элементов она состоит и для чего необходима

Бесперебойное автономное водоснабжение загородного дома практически всегда основано на артезианской скважине. Оборудование, использованное для подъема воды с большой глубины, относится к высокотехнологичному сегменту. Учитывая сложность управления системой автономного водоснабжения, для того, чтобы обеспечить стабильность поступления воды к каждой точке водоразбора, необходимо использовать систему автоматического управления.

Наиболее известна система автоматического поддержания давления в водопроводе частного дома. В ней участвуют скважинный насос, реле давления, гидроаккумулятор. Если бы насос качал воду напрямую из скважины в душ или кран на кухне, были бы постоянные скачки давления, а все сантехническое оборудование в скором времени вышло бы из строя из-за гидроударов, создаваемых насосом. Частое включение насоса также негативно сказалось бы на сроке его службы.

Широкий ассортимент управляющих блоков, реле и датчиков для подобных задач сегодня массово производится промышленностью. Вы можете приобрести готовый комплект автоматики. А можете подобрать его поштучно. Это позволяет избежать стандартных решений и собрать более эффективную систему автоматического управления, настроив ее конкретно под Вашу скважину.

Из чего состоит система автоматического управления?

Коллектор распределяет воды по водоразборным точкам в доме и на участке.
Реле давления отслеживает заданные верхний и нижний предел заданного диапазона давления в гидроаккумуляторе, на основании чего включает или выключает насос. Купленное реле может иметь заводские настройки, которые нужно обязательно сверить с требованиями Вашей системы водоснабжения.
Плавный пуск защищает систему водоснабжения от гидроудара, продлевает ресурс насоса.

датчик сухого хода, обратный клапан, коллектор

Манометр информирует об уровне давления в гидроаккумуляторе. Очень важен для выяснения причин неполадок.
Датчик сухого хода выключит насос при падении уровня воды в скважине, а также в любом другом случае, если вода перестанет поступать в насос. Это защитит дорогое оборудование от поломки и от не менее дорогих работ по его ремонту или замене.
Оборудование для защиты насоса от различных негативных событий в электросети (скачки напряжения и т. д.)

Купить готовое или собрать самому?

Как видим, в принципе нет ничего сложного в покупке и установке нескольких отдельных блоков для автоматического управления водоснабжением и для защиты оборудования. Что же предпочесть - готовое заводское или собрать все самому?

Взвесим «плюсы» и «минусы» в каждом случае:

Готовый универсальный блок настроен на конкретный тип оборудования. Если у Вас установлено именно оно, то ничего настраивать не придется.
Не нужно искать в магазинах, собирать и настраивать отдельные узлы и блоки для системы автоматического управления.

Вы получаете заводскую гарантию на купленное изделие.
Цена универсального блока выше, чем альтернативного варианта, собранного из отдельных узлов.
При выходе из строя какой-либо одной функции, универсальный блок управления придется везти в сервис целиком.
Поштучный подбор отдельных узлов и блоков позволяет найти оптимальные модели с характеристиками, которые подходят конкретно для Вашего случая.
При поломке одного узла в собранной системе меняется только вышедший из строя узел. Система управления продолжает работать.
При появлении более совершенной модели того или иного узла замена также происходит быстро, при этом система автоматического управления отключается только на короткое время замены.

Варианты систем автоматического управления

Насос для автономного водоснабжения всегда должен снабжаться системой управления. Это обеспечит не только стабильное поступление воды и Ваше комфортное проживание, но и защитит водоподъемное оборудование от чрезмерного износа и поломок.

Хорошим примером выступают насосные станции, где вся система водоснабжения и все составляющие автоматического управления смонтированы в одном блоке - двигатель, насос, небольшой гидроаккумулятор, датчик давления, манометр, блок управления насосом. Технически данная система не очень сложная, так как насосная станция представляет собой поверхностный насос для подачи воды из неглубоких скважин и колодцев. Однако для решения своей типовой задач - летнее водоснабжение небольшого дома или бани, данный вариант вполне подходит.

При организации водоснабжения из скважины существует этап обустройства. Все оборудование может размещаться либо в кессоне, либо в доме. Так как речь идет о бесперебойном круглогодичном водоснабжении большого дома, элементы системы также имеют большие габариты и требуют больше места для установки. В основном, конечно, полезную площадь занимает гидроаккумулятор, имеющий объем от 100 л до нескольких сот литров. Вариант с кессоном и без кессона имеют свои преимущества и выбираются в соответствии с требованиями заказчика и объективной ситуацией на участке. Например, при высоком уровне грунтовых вод кессон монтировать очень сложно и рекомендуется часть водоподъемной системы устанавливать в доме.

Условия размещения автоматики

Выбирая вариант обустройства скважины, учитывайте, что:

Насосную станцию размещайте как можно ближе к скважине или колодцу. Это облегчит подъем воды.
Насосная станция при работе довольно сильно шумит. Установите ее в отдельном техническом помещении, подвале и т.д. Если предполагается зимнее водоснабжение, помещение и подвал должны быть теплыми.
Автоматика должна размещаться как минимум в непромерзающем помещении, то есть температура должна быть выше 0 С в самые суровые морозы.
При сомнениях в обеспечении положительного температурного режима на месте размещения автоматики и водоподъемного оборудования, следует дополнительно утеплить кессон, построить над скважиной отапливаемый павильон и т.д.
Доступ к автоматике и остальному водоподъемному оборудованию должен быть свободным в любое время суток и сезон года.

Вариантов обустройства скважин достаточно много. Вы можете не только подобрать блоки и узлы для автоматического управления системой автономного водоснабжения самостоятельно, но также выбрать лучшее место для ее размещения.

Независимо от глубины, дебита, интенсивности водозабора скважина и установленное оборудование для подачи воды нуждается в дополнительной защите. Нет возможности визуально контролировать уровень, чистоту, давление воды, соответствие показателей электросети эталонным. Правильно выбранная, установленная и настроенная автоматика для скважинного насоса – это защита электрооборудования, существенно увеличивающая срок службы водоподающих устройств.

Оптимизация потребления электроэнергии: насос включается на время, необходимое для набора определенного количества воды в бак.
Обеспечение достаточного постоянного давления в системе водоснабжения.
Защита стенок скважины от осыпания в результате работы мотора насоса при низком дебите.
Предохранение оборудования от поломок по причине сухого хода, попадания механических частиц.
Контроль состояния двигателя: отключение при превышении показателей максимальной температуры, напряжения, давления.

Насосное оборудование с автоматической защитой

Автоматическая защита скважины: виды систем

Автоматика в оборудовании скважины подбирается в зависимости от типа и мощности используемых насосов: погружные устройства требуют выбора специальных компактных герметичных элементов, для наружных систем используют реле, датчики для установки в помещениях.

Кардинально отличаются схемы установки датчиков, реле для систем с использованием гидроаккумуляторной емкости и водопроводов, подключенных непосредственно к скважине.

Схема расположения системы защиты и гидроаккумулятора скважины

Обустройство скважины насосным оборудованием и автоматикой выполняют одновременно. Учитывают:

Тип насосных устройств, мощность.
Производительность источника и интенсивность использования.
Необходимый уровень защиты: возможно применение сложных многоуровневых автоматизированных систем.

Защита с поплавковыми элементами: контроль уровня

Самая простая система автоматики для домашней или дачной скважины, которую можно смонтировать своими руками – поплавковая с контролем уровня. Принцип работы защиты: двигатель насоса отключается от сети принудительно после превышения максимально допустимого уровня в емкости: расширительном или накопительном баке. Мотор автоматически включается при падении уровня ниже минимально допустимого.

Простая поплавковая система

Используют 2 разных типа датчиков:

Пластиковые контейнерные для наружных баков.
Герметичные, малого диаметра поплавковые элементы для погружения в скважину — при использовании в комплекте с погружным насосом вне накопителя.

Главное преимущество поплавковой защиты – низкая стоимость и простота монтажа. Еще один довод в пользу применения контроля уровня: двигатель работает в четком режиме. Система защищена от частого включения, коротких периодов работы, которые неблагоприятно сказываются на сроке службы насоса. Вода набирается в бак до определенного уровня, и следующее включение двигателя происходит только после использования большей части объема емкости.

В качестве дополнительной защиты водозабора с баком малого объема простую поплавковую схему дополняют контролем рабочего давления, устанавливая датчики и реле.

Добавлено реле защиты, поплавковые датчики встроены в бак

Система контроля давления: защита насоса

Автоматические блоки контроля параметров давления используют:

В качестве защиты домашних систем водозабора с применением погружного оборудования: реле монтируют на трубопроводе.
При обустройстве индивидуального водоснабжения с использованием мембранной емкости (бака) с наружным или внутрискважинным насосом.

Готовые автоматические модули с реле и манометром

Принцип работы автоматики для скважинного насоса с контролем и регулировкой давления прост. Устанавливаются минимальные и максимальные значения давления. При падении показателя до нижнего параметра происходит автоматическое включение мотора. Двигатель отключается после достижения верхнего предустановленного допустимого предела. Фактически, двигатель работает только в определенном диапазоне рабочего давления.

Используют реле с пружинной регулировкой. Настройка минимального и максимального значения рабочего давления выполняется вручную. Степень сжатия металлической пружины определяет верхний показатель, дополнительной гайкой регулируют минимально допустимый уровень.

Главный недостаток бюджетных устройств – сложности настройки. Приходится использовать манометр, но добиться тонкой регулировки невозможно. Кроме того, бытовые реле не обладают достаточной надежностью, быстро выходят из строя и не защищают насос от холостой работы.

Специальные промышленные реле выпускают со встроенными манометрами, выведенными на поверхность регуляторами, которые позволяют добиться точной установки параметров, дополнительными датчиками защиты от сухой работы.

Автоматический блок пресс-контроля

Проточные устройства: максимальный контроль и точная настройка

Производители оборудования и автоматики для скважин выпускают многофункциональные электронные блоки, которые комплексно защищают насосные станции.

По сложности схем и принципу работы можно условно разделить промышленные автоматические блоки на 3 категории:

Оборудование скважины автоматикой своими руками: инструкция

Сложность оборудования скважины насосом и автоматикой – в необходимости точных расчетов мощности электронасосов, совместимости материалов, соблюдении технологии и правил монтажа. От того, насколько верны расчеты при планировании схемы водоснабжения, зависит долговечность работы оборудования, бесперебойность подачи воды, срок службы скважины. Самостоятельная установка допускается только при подборе элементов равной мощности одного производителя, спроектированных для монтажа в единую систему.

Классическая схема монтажа автоматики для индивидуального скважинного насоса в загородном доме, которую можно выполнить своими руками

Подготовка материалов и выбор места для установки

Место для установки оборудования выбирают, исходя из типа насоса: для наружных необходима дополнительная звукоизоляция. В любом случае электрооборудование необходимо разместить в защищенном от воды и мороза помещении. Подходят подвальные, цокольные помещения, кессоны, изолированные от атмосферного воздействия.

Для создания простой автоматической системы понадобятся:

Реле давления, датчик сухого хода, манометр.
Запорная арматура: краны (вентили).
Трубы подходящего диаметра.
Соединительные элементы, переходники, тройники, разветвители.
Изоляционная лента для герметизации соединений.

Элементы автоматики и сопутствующие материалы

Схема монтажа и настройка защитной системы

Реле устанавливают непосредственно на трубе перед входом в аккумуляторный бак. Перед регулятором давления проводит монтаж датчика защиты от сухой работы. Соединение элементов на тройнике тщательно изолируют, обязательно проверяют герметичность. Есть релейные блоки, которые устанавливаются на корпус бака.

Порядок подсоединения релейного блока

После первичной установки необходимо провести проверку контактной группы, подключить провод питания. Обязательно провести кабель заземления. Собранный блок подключают к насосу, включают в сеть.

Готовое к подключению реле

Настройку и регулировку необходимо проводить после проверки работоспособности подключенных устройств.

Устанавливают допустимые значения рабочего давления

Видео: сборка и подключение насосного оборудования

Идеально, если все работы, от выбора места для скважины и до запуска водопроводной системы, проводят профессионалы. Мастера учитывают характеристики скважины, ее производительность. С учетом всех параметров подбирают оптимальную фильтрационную схему, тип насосного устройства. Комплексно планируют использование подходящей автоматической системы защиты. В этом случае возможность ошибки при выборе или монтаже исключена.

Экономить на автоматике также нельзя: цена испорченного насоса, стоимость демонтажа и установки нового оборудования значительно превышает стоимость надежного блока. Современные системы можно оборудовать средствами дистанционного контроля и управления.

Даже самая простая система водоснабжения, состоящая из насоса, гидробака и пары клапанов, не сможет обойтись без хотя бы простенькой автоматики, контролирующей работу всех элементов и обеспечивающей защиту от выхода их из строя. По мере того, как конструкции насосов становятся дороже и сложнее, требуется использовать все более «умную» и надежную автоматику для насоса, производство которой постепенно оформляется в отдельное самостоятельное направление.

Что включает в себя автоматика для скважинного насоса

Кроме функций управления электродвигателем, на автоматику возложено несколько дополнительных задач, это защита и предупреждение последствий от разгона насоса при отсутствии воды и предупреждение возможных проблем в электрических цепях асинхронных двигателей.

В систему автоматического включения-выключения и защиты входят:

Реле давления или аналогичное устройство, предназначенное для запуска мотора при падении давления в системе водопровода до минимального уровня и выключения после подъема напора до рабочей величины;
Автоматическое устройство защиты двигателя от разрушительного режима без воды в насосной части агрегата;
Защита обмоток двигателя от перегрева обмоток и перекоса фаз электросети.

К сведению! Все элементы автоматики для насоса можно разбить три группы - для систем с гидроаккумулятором, без него и универсальные защитные устройства.

Современные системы автоматики для погружного насоса

Сегодня, независимо друг от друга, успешно эксплуатируются три поколения систем автоматики:

Наиболее простая и доступная в самостоятельном обслуживании механическая автоматика для насоса;
Второе поколение, более совершенные электромеханические системы управления и защиты важнейших элементов. Сейчас это наиболее популярный и современный вариант подключения насоса к автоматике;
Электронные устройства на основе микрочипов, цифровой техники и импульсного метода управления работой двигателя насосного агрегата.

К сведению! Последнее поколение используется преимущественно на дорогих моделях погружных насосов с частотным управлением оборотами двигателя.

Автоматика погружного насоса с гидроаккумулятором

Наиболее известной системой автоматики, обеспечивающей безаварийное подключение скважинного насоса, является реле давления. Очень простое и понятное, оно позволяет достаточно долго и надежно эксплуатировать насос, при этом неважно, где находится агрегат - на поверхности или в скважине. Конструкция реле представляет собой нехитрую «качельку» с мембраной и двумя пружинами. Установить и отрегулировать такую автоматику мог любой мало-мальски знакомый с техникой человек.

Из-за относительно низкой точности и большой инертности работы мембраны реле автоматики работало только в паре с гидроаккумулятором.

Некоторые конструкции реле давления имели рычаг - датчик сухого хода. Если при работе насосного агрегата пропадала вода, давление резко падало, и сжатие основной пружины размыкало контакт электропитания. Такая автоматика не имела электрических рабочих элементов, поэтому работала очень надежно, но только на относительно чистой от песка и взвеси воде. Примерно раз в полгода реле давления приходилось подстраивать, а при засорении - разбирать и чистить.

Правильное и мгновенное срабатывание защиты автоматики при работе насоса на сухом ходу имело принципиальное значение для центробежных насосов, таких как «Водолей» или «Водомет», так как часть подшипникового узла и резиновых уплотнений вала охлаждалась проточной водой. А по мере накопления грязи внутри мембраны реле давления приходилось устанавливать и регулировать пороги срабатывания автоматики все чаще.

Погружной насос для колодца обычно имел дополнительный поплавковый датчик, реагирующий на падение уровня воды ниже критического. Поплавок не всегда адекватно отражал уровень воды, а из-за постоянного нахождения в колодезной воде мог потерять плавучесть. Поэтому нужно было установить дополнительный пенопластовый блок, но точность и скорость срабатывания все равно была невысокой.

Дорогие модели немецких и итальянских погружных и поверхностных насосов имели встроенные датчики разряжения или понижения давления на всасывающем тракте, действующие по принципу вакуумного автомата, установленного на водяной помпе. При нормальном заборе воды давление во всасывающем тракте было значительно меньше, чем давление окружающей среды. Если в приемную часть насоса попадал воздух, мембрана автоматики размыкала электропитание оборудования.

Сегодня чаще всего используют готовые сборные комплексы автоматики, такие как «Джилекс Краб». Они спроектированы с учетом недостатков старых элементов автоматики. Вместо нескольких отдельных блоков и реле компания «Джилекс» предлагает готовый блок, который нужно просто установить на погружной или поверхностный насос.

На смену обычным реле давления приходят более новые и надежные блоки автоматики по типу «Акваробот Турбипресс», блока производства компании «UniPump», чаще всего используемые на насосах типа «Водолей». Датчик сухого хода, электроконтактное реле и индикатор давления собраны в одном корпусе. Устройство используется на любых погружных и поверхностных насосных системах только в комплекте с гидроаккумулятором.

Из электрической принципиальной схемы видно, насколько усложнилась электроника управления и принцип работы, но установка устройства на насос осталась относительно несложной и доступной для выполнения своими руками.

Важно! Такой блок автоматики при установке на насос в обязательном порядке должен оборудоваться обратным клапаном.

Автоматика для работы без гидроаккумулятора

Новое поколение приборов управления, автоматики и защиты систем водоснабжения ориентировано на установку и использование насосных агрегатов в системе водоснабжения без гидроаккумуляторов. Причин отказа от гидробака было немало, например, слабый начальный напор давления при открытии крана, появление в воде запаха резины, необходимость в периодических регулировках. Поэтому для водоснабжения двухэтажных коттеджей с большим количеством точек потребления воды производители предложили более современный вариант управления насосом.

Основу системы автоматики второго поколения составляют два принципиально новых устройства - датчик потока и пресс-контроль.

Конструктивно оба элемента могут быть объединены в один блок автоматики или выполнены в виде самостоятельных приборов. Датчик давления или пресс-контрольный сенсор настраивается на нормальное давление в водопроводе. При открытии крана автоматика включает насос и регулирует его производительность по показаниям датчика расхода воды. В этом случае автоматикой подается столько воды, сколько вытекает через кран. Блок комплектуется полноценной микропроцессорной платой, позволяющей максимально точно регулировать расход и давление воды.

Одним из типичных вариантов насосной автоматики является продукция концерна «ItalTecnica» модель «Brio TOP». Электроника оснащена защитой от скачков напряжения и давления воды, режима сухого хода, что позволяет рассчитывать на длительный срок эксплуатации данной автоматики. Современный блок обладает очень высокой гибкостью настроек и режимов срабатывания. Например, можно установить временную задержку в 10-15 секунд между открытием крана и запуском двигателя, программно установить режим «авария», что позволит блокировать подачу воды в случае аварийного прорыва водопровода.

К особенностям данного блока можно отнести возможность работы как совместно с гидробаком, так и без него. Установка «Brio TOP» очень проста, достаточно «врезать» блок в трубу водопровода между насосом и потребителями, как на схеме.

Для самых простых и доступных вибрационных моделей погружных насосов выпускаются блоки автоматики по типу «Пампэла ВиСтан-3». Этот электронный блок предназначен для максимально комфортного управления насосами типа «Малыш» или «Водолей-3». Так же, как и в случае с «Brio TOP», автоматика позволяет плавно управлять запуском вибрационного насоса по команде датчиков давления и расхода. Относительная недорогая и надежная конструкция прекрасно подойдет для колодца дачи или загородного участка. Схема подключения приведена на рисунке.

Автоматика на основе частотного преобразования тока

Самой современной системой управления погружными насосами на сегодняшний день являются частотные преобразователи хода погружного насоса. Отличительной чертой такой схемы является использование тока разной частоты для максимально плавного разгона и остановки двигателя насоса. Таким образом, исключаются гидроудары и обратный ток воды из системы водоснабжения. Так же, как и в предыдущем случае, расход воды и давление в системе водоснабжения корректируется по показаниям датчиков потока и пресс-контроля. Но любое увеличение напора или расхода воды происходит максимально плавно, что обеспечивает высокую экономичность насоса.

В качестве примера можно привести российский вариант блока автоматики с частотным управлением хода насоса - «UNIPUMP ВАРУНА». Система обеспечена всеми возможными уровнями защиты от скачков напряжения, сухого хода, аварийного хода, короткого замыкания и избыточного давления воды в водопроводе. Стоимость такой системы - более 20 тыс рублей.

Заключение

Несмотря на большое количество предложений на рынке самых современных блоков автоматики для погружных насосов, потребители не спешат отказываться от простых и надежных механических реле давления и гидробаков. Во-первых, цена на современные системы управления и автоматики зачастую равна или даже превышает стоимость обычных насосов, что серьезно ограничивает спрос, во-вторых, ремонт и наладка простой механики в разы дешевле, чем услуги профильных специалистов, а значит, говорить о полном отказе от гидробаков и реле давления еще рано.

При обустройстве водоснабжения, использующего подземные ресурсы, грамотно выбрать для него автоматику предельно важно.

Под понятием «автоматика для скважин» подразумевают комплекс устройств, состоящий из:

управляющих реле;
силового электрического блока;
различных защитных систем, предназначение которых – пресечь опасность поломки мотора и самого насоса.

Автоматическое управление насосом

Чаще всего используются две схемы контроля над запуском/остановкой погружного насоса:

по объему воды в накопительном баке;
по уровню давления в водопроводе.

Контролирование работы по уровню воды

Такая схема используется при работе погружных насосов на водонапорные сооружения либо для заполнения специального резервуара, из которого вода к потребителям качается дополнительным насосом.

Внутри накопительных баков монтируются особые датчики уровня. Они, при помощи командных реле, следят за нижним и верхним порогом наполнения резервуара. В зависимости от объема воды, реле дают команды на запуск или остановку насоса. Датчики могут быть поплавковыми или электродными. Первые менее надежны, т.к. их рабочий ресурс невелик.
Емкость запаса воды нужно обязательно оснащать аварийным переливом, на случай, если она переполнится.

Обратите внимание!
Главное достоинство такой схемы – это стабильность работы насоса.
Гидравлика при этом постоянна, т.к. номинальное расходование рассчитано на высоту, состоящую из глубины скважины, высоты водонапорной башни и 1/2 метров излива.
Каждый цикл равен по расходованию всему объему бака/башни, он учитывает расход текущего водо-разбора.
Предотвращается опасность дерганий мотора, это увеличивает его срок службы.

Статьи по теме:

Управление насосом по давлению

Согласно такой схеме, насосом управляют команды реле, которое монтируется на трубопроводе. На нем задаются две величины: давление, при котором следует включить либо отключить насос.
Данная автоматическая подача воды из скважины чаще всего применяется для индивидуальных скважин, в отличие от предыдущей схемы, характерной на коллективных системах водоснабжения.
Как правило, в данном случае применяются ресиверы (мембранные баки). Они нужны, чтоб держать необходимое избыточное давление в системе, а также компенсировать малые расходы и гидравлические удары.
Очень важно грамотно настроить реле, исходя из параметров насоса и объема ресивера. Чтоб качающий агрегат излишне часто не срабатывал, надо задать верхний и нижний пороги давления, исходя из средней зоны характеристик насоса. Гистерезис величин надо подбирать от 1.2 бар до 2.5, учитывая данные о максимуме включений насоса в определенное время.

Реле давления, которые используются в подобной схеме, делятся на промышленные и бытовые аналоги.

Первые из них оснащены мощными контактными группами и могут выдержать силу тока до 16 ампер. Однако они не имеют настроечной шкалы, показывающей диапазон давлений для регулировки.
Поэтому для настройки подобных реле необходим манометр.
Достоинство таких устройств для скважины — возможность использования в силовых электрических цепях для прямого контроля насоса. Помимо этого, промышленные приборы имеют высокую надежность и точность.
Минусы – небольшая точность настраивания и малый рабочий ресурс, из-за воздействия сильных пусковых токов. Устройства обладают слаботочными контактами, нуждаются в коммутировании через наружный пускатель.

Инструкция требует для эксплуатации насоса совместно с промышленным типом реле использовать шкафы управления, имеющие приборы для дополнительной защиты либо без таковых.

Монтируя бытовое реле, вполне достаточно подсоединить насос прямо, при помощи его контактных групп, к электросети. Простая конструкция и невысокая цена прибора делают его популярным среди покупателей.

Обратите внимание!
Однако эта экономия нивелируется дополнительными тратами, связанными с заменой реле, которые не отличаются долговечностью.
Кроме этого, даже если вы поставите новое устройство своими руками, восстановить его нужные настройки и проверить работу, вряд ли сможете.

Защитные устройства для насоса

Главные причины поломок скважинных насосов:

их эксплуатация при пониженном/повышенном напряжении в электросети;
перегрузки мотора;
их работа на холостом ходу, иными словами — без воды.

Методы обеспечения защиты

Лучший метод сделать питание насоса качественным – использовать стабилизаторы переменного напряжения . Часто автоматика артскважин включает в себя реле, контролирующее напряжение. Оно выключает насос при перепадах напряжения и регулирует асимметрию и последовательность фаз на трехфазных моторах.

От перегрузок электродвижки защищаются тепловыми (токовыми) реле . Они выключают агрегат, когда достигается заданная величина тока. Важно, чтоб разброс настроек такого реле совпадал с номиналом тока насоса.
От холостого хода насосы защищаются двумя методами . Напрямую – по объему воды в баке/башне, при помощи электродных или поплавковых датчиков. Опосредованно – по величине тока либо изменению фаз и напряжения тока электродвигателя, при помощи реле.

Минус косвенного типа защиты — ее вторичность. Управляющее реле реагирует лишь в том случае, когда подшипники и проточный блок уже остаются без воды, которая их охлаждает и смазывает.

Когда производительность насоса выше дебета скважины, такое происходит несколько раз в день. Это уменьшает срок службы погружного насоса. Поэтому желательно поставить электродное устройство для контроля объема. Оно дает возможность выключить насос до возникновения аварии.

Типы защитных приборов

Для защиты и управления насосом можно применять разные виды и комбинации устройств.

Они делятся на 3 категории:

пускозащитные приборы, основой которых являются печатные платы QA-50B или QA-60C;
релейные управляющие блоки;
устройства на основе микропроцессоров.

Приборы на основе печатных плат – это конструктивно и функционально завершенные устройства.

Они требуют подсоединения наружного оборудования: собственно насоса, нередко через пускатель (магнитный), реле давления, датчики уровня и пр.
Они имеют широкий выбор регулируемых опций и параметров: токовая (тепловая) защита, компенсация перепадов напряжения, контроль холостого хода и нагрузок на мотор и т.д.
Следует учесть, что вследствие законченности устройства, поменять логику его работы не представляется возможным.
Кроме этого, нередко модели не имеют опции смены значений реагирования по некоторым параметрам. Если плата выходит из строя, то нужно менять ее всю. По стоимости это почти то же самое, что купить новое устройство.

Релейная автоматика на скважину очень разнообразна. Это могут быть и самые простые устройства и шкафы, в которых расположены приборы, регулирующие работу нескольких насосов.

Достоинства такой разновидности устройств:

относительная надежность и простота конструкции;
быстрая и легкая модернизация для нестандартного использования;
если какой-либо элемент прибора сломается, то меняется только он.

Приборы, регулирующие работу и защищающие насосы, которые имеют основой микропроцессорные контроллеры, являются наиболее современными и сложными.

Они дают возможность контролировать следующие параметры эксплуатации агрегата:

величину сопротивления его изоляции;
температуру электромотора;
последовательность чередования и асимметрию фаз;
компенсируют пониженное/повышенное напряжение в сети;
защищают движок от перегрузок и холостого хода;
дают возможность учитывать время работы устройства и количество потребляемой при этом энергии.

Вывод

На данный момент эксплуатацию как индивидуальных, так и коллективных скважин сложно себе представить без использования функциональной и защитной автоматики. Она дает возможность повысить эффективность водоснабжения и увеличить долговечность применяемого при этом оборудования. Ознакомьтесь с публикуемым видео в этой статье. Оно содержит много полезной информации.

Под автоматикой в данном случае подразумевают совокупность командных реле, силовой электрической части и различные виды защит, задача которых – уберечь электродвигатель и сам прибор от выхода из строя. В этой статье мы рассмотрим системы управления насосами. Наиболее широко распространены две основные схемы управления работой насоса: по уровню рабочей среды (воды) в накопительном резервуаре и по давлению в напорном трубопроводе.

Управление насосом: контроль по уровню

Первая схема управления работой насоса применяется при работе устройства на водонапорную башню или для наполнения емкости, откуда вода к потребителю подается уже насосами второго подъема. Внутри емкостей устанавливаются специальные датчики уровня (электроды), которые с помощью реле контроля уровня отслеживают нижний (включение насоса) и верхний (отключение насоса при заполнении резервуара) уровни. Применение в данной схеме поплавковых выключателей вместо электродов менее надежно, что обусловлено их небольшим рабочим ресурсом. Обязательно предусматривается устройство аварийного слива при переполнении резервуара (сигнализации переполнения обычно не применяется). Данная схема характерна для крупных поселковых скважин, когда от одной емкости осуществляется водоснабжение целого дачного поселка, села, деревни.

Главное преимущество, которое достигается при таком подходе, – стабильный режим работы. Гидравлика постоянна: номинальный расход подается на высоту, определяемую глубиной скважины, высотой башни и дополнительно предусматривает еще 1–2 м – на излив. Один цикл соответствует по расходу полному объему башни с учетом расхода текущего водоразбора. Исключена возможность кратковременных пусков-остановов, что продлевает срок эксплуатации оборудования. Достаточно грамотно подобрать электронасос под требуемые параметры, один раз квалифицированно произвести пусконаладку, и стабильная работа системы обеспечена.

Управление насосом: контроль по давлению

По второй схеме насос управляется командами от реле давления, установленного на трубопроводе. На самом реле настраиваются два параметра: давление включения насоса и давление, при котором он должен отключиться. Данная схема управления насосом характерна для индивидуальных скважин и обычно используется вместе с мембранными баками, предназначенными для поддержания необходимого избыточного давления в сети, компенсации гидравлических ударов и малых расходов. Чрезвычайно важно произвести правильную настройку реле в соответствии с характеристиками устройства и объемом мембранного бака. Чтобы насос не включался слишком часто, заданный предел давлений должен лежать в средней зоне рабочей характеристики. Гистерезис значений выбирается в диапазоне 1,2–2,5 бар с учетом данных о максимально допустимом количестве включений в определенный период времени.

Реле давления, применяющиеся в этой схеме, можно условно разделить на бытовые и промышленные. Первые, реле MDR фирмы Condor, XMP (Telemecanique) и др., имеют мощные контактные группы, способные выдерживать ток до 16 А, но не оборудованы шкалой настройки с указанием регулируемого диапазона давлений. Настройка таких реле производится с помощью манометра. Преимуществами реле данного типа являются их относительная дешевизна и возможность применения в силовых цепях (непосредственно для управления насосом). Недостатками – невысокая точность настройки и небольшой рабочий ресурс – вследствие влияния больших пусковых токов. Промышленные реле, FF4 фирмы Condor и KPI (Danfoss), отличаются повышенной точностью и надежностью, но имеют слаботочные контакты и требуют организации коммутации через внешний пускатель. Тип реле влияет на выбор дальнейшей электрической схемы и системы автоматики.

При использовании бытовых устройств достаточно напрямую подключить насос через его контактные группы к сети. Простота и дешевизна данного варианта привлекают многих покупателей, однако иных преимуществ это не дает. Более того, подобная экономия средств влечет за собой дополнительные затраты в процессе эксплуатации на замену преждевременно вышедшего из строя реле (подгорели или окислились контакты). Сам пользователь, поставив новое реле, вряд ли сможет восстановить прежние настройки и проверить режим работы, что, в худшем случае, может привести к отказу устройства. Известная поговорка «скупой платит дважды» здесь не работает: заплатить при поломке насоса придется трижды – за подъем прибора, ремонт и, в третий раз, за опускание его в скважину и ввод в эксплуатацию. Для работы насоса с промышленным реле необходимы промежуточные устройства (различные варианты шкафов управления с устройствами дополнительной защиты или без них).

Защита насоса

Как показывает практика, основными причинами выхода скважинного насоса из строя являются работа при повышенном или пониженном напряжении питания в электрической сети, перегрузка электродвигателя и работа в режиме «сухого» хода, т.е. без воды. Любой европейский производитель указывает в технической документации требования по питающему напряжению (в Европе стандартно это 1×230 или 3×400 В) и допустимые отклонения относительно номинала.

Радикальный способ обеспечить качественное электропитание насоса – это применение стабилизаторов переменного напряжения соответствующей мощности, что затратно. Чаще всего в систему автоматики управления наососм устанавливают реле контроля напряжения. Данная автоматизация устройства отключает насос при падении напряжения и перенапряжении, а также могут контролировать последовательность и асимметрию фаз (для трехфазных двигателей). Наличие в реле временной задержки по включению обеспечивает защиту от частых скачков напряжения в сети.

Защита электродвигателя от перегрузки осуществляется с помощью тепловых токовых реле, отключающих его при достижении установленного значения тока. Очень важно, чтобы диапазон настройки токового реле соответствовал номинальному току насоса.

Защита насоса от «сухого» хода может осуществляться двумя способами: непосредственно – по уровню воды в скважине с помощью датчиков (электродов) или поплавков и косвенно – по значению тока или сдвигу фаз тока и напряжения электродвигателя с помощью специальных реле. В некоторых двигателях, MS 3 насосов SQ фирмы Grundfos, этот элемент защиты уже стандартно встроен. Недостатком косвенной защиты является именно ее «вторичность»: реле срабатывает только тогда, когда проточная часть и подшипники уже остались без воды, смазывающей и охлаждающей их. В случае, если производительность устойства превышает дебет самой скважины, подобная ситуация может возникать несколько раз в сутки, что негативно сказывается на его сроке службы. В этой ситуации настоятельно рекомендуется использовать электродное реле контроля уровня, которое позволяет отключить насос еще до возникновения аварийной ситуации.

В зависимости от конкретной ситуации для управления и защиты скважинным насосом могут использоваться различные комбинации и типы защитных устройств, выпускаемых как самими заводами-изготовителями насосного оборудования, так и другими производителями. Рассмотрим предлагаемые на сегодня на рынке изделия.

Устройства для управления насосом

Условно их можно разделить на три группы: пускозащитные устройства, собранные на базе печатных плат – QA/50B, QA/60C фирмы Maniero, SK-701 компании Wilo и др.; блоки управления на релейной технике – SK 277 (Wilo), «Гидромат» H110-H311 («Гидроланс») и т.п.; системы управления на базе микропроцессорных устройств – SPCU3 (Control) MP204-S (Grundfos), SK-712 (Wilo) или аналогичные.

Устройства на базе печатных плат являются функционально и конструктивно законченными изделиями и требуют подключения внешнего устройства – собственно насоса часто через пускатель и передающие датчики (уровня, реле давления и т.д.). Они отличаются большим набором контролируемых параметров и функций (тепловая токовая защита, защита от скачков напряжения, контроль «сухого» хода с помощью электродов и по нагрузке электродвигателя и т.п.), которые не всегда используют. Благодаря законченности изменить логику работы прибора практически невозможно. В некоторых устройствах отсутствует возможность изменения значений срабатывания по определенным параметрам. В случае выхода платы из строя требуется ее замена целиком, что сопоставимо со стоимостью нового прибора.

Спектр представленных на рынке устройств на релейной технике достаточно широк – от самых простых, SQSK (Grundfos), до шкафов управления несколькими насосами, изготавливаемых непосредственно по требованиям конкретного заказчика. Модуль SQSK представляет собой обычный пускатель в пластиковом корпусе. Его функция – только коммутация реле давления при токе не более 4 А. Практически этот блок защищает больше не сам насос, а реле давления. Отсутствует сигнализация состояния или настроек. Требуется установка внешнего защитного автомата.

Блок управления и защиты Н110 производства компании «Гидроланс» имеет пластиковый водонепроницаемый корпус размерами 310×230×130 мм, с откидывающейся съемной прозрачной крышкой, класс защиты IP65, герметичные кабельные вводы для подключения. В состав модуля входит контактор с настраиваемым реле тепловой токовой защиты, устройство контроля напряжения со встроенным цифровым вольтметром, показывающим значение питающего напряжения, лампы сигнализации режимов работы, защитный автомат для внутренней цепи управления, двухпозиционный выключатель режима «Вкл./Выкл.».

В качестве опции блок может быть оснащен одним или двумя реле контроля уровня RM4LG фирмы Schneider Electric и клеммами для подключения электродов. Аппаратная «начинка» устройства обеспечивает защиту от всех основных опасностей для скважинного насоса: при работе с перегрузкой срабатывает токовая защита; при просадке или скачке напряжения питания реле контроля размыкает цепь управления и не дает насосу включаться, пока напряжение не нормализуется; при восстановлении питания перезапуск производится автоматически. Цифровой вольтметр показывает действующее напряжение, сигнализирует о причине сбоя, что удобно для конечного потребителя.

Преимуществами приборов данного типа, как следует из комментариев и отзывов, являются их относительная простота и надежность, возможность быстрой модернизации и переделки для нестандартных применений, в случае выхода из строя какой-то детали меняется только отказавшая деталь.

Устройства управления и защиты скважинных насосов на базе микропроцессорных контроллеров – самые сложные. Они позволяют контролировать такие параметры работы насоса, как величина сопротивления изоляции, температура электродвигателя, фазовая асимметрия и последовательность чередования фаз, защищают насос от повышенного и пониженного напряжения, перегрузки и «сухого» хода, позволяют вести учет времени работы насоса и количества потребляемой электроэнергии. Существует возможность связи и контроля работы насоса через стандартные интерфейсы с модемом или компьютером. Это самые дорогостоящие приборы, и применять их рекомендуется с насосами большой мощности и производительности, когда стоимость возможного ремонта насоса может намного превысить стоимость самой автоматики. Настройка, запуск и ввод в эксплуатацию вышеуказанных устройств без специалистов практически невозможны.

В случае применения в системах управления частотных преобразователей необходимо учитывать минимальную частоту вращения электродвигателя. Эта характеристика указывается в технической документации к насосу и составляет обычно 20–30 % номинала. В случае несоблюдения данного требования существует большая вероятность, что произойдет выход из строя упорного подшипника электродвигателя насоса.

Кроме всего вышесказанного, отдельное внимание необходимо уделить классу выбираемой системы управления по пыле и влагозащищенности в зависимости от места установки (см. ГОСТ Р 51321.1-2000 «Устройства комплектные низковольтные распределения и управления»).

"АКВА-ТЕРМ" № 3 (37) 2007