Эксплуатация электрооборудования

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ И НАЛАДКА ЗАЩИТ СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ “КАСКАД”

Цель работы: изучить схему, принцип работы и конструкцию станции управления погружными электродвигателями “Каскад”. Освоить методику ее настройки.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В качестве источников водоснабжения в сельском хозяйстве преимущественно используются артезианские скважины, подъем воды, из которых осуществляется погружными электронасосными агрегатами.

Они имеют значительный напор, выпускаются с разной подачей, что позволяет выбрать насос, наиболее отвечающий показателям, получаемым в итоге расчетов водопотребления.

Конструктивно погружной электронасосный агрегат представляет собой многоступенчатый центробежный насос, вал которого непосредственно соединен с погружным водозаполненным двигателем типа ПЭДВ (АДП, ЭЦВ).

Насосный агрегат имеет значительную длину (1...2метра) при относительно малом диаметре, этот размер ограничивается диаметром обсадных труб скважины, куда опускается насос вместе с насосным трубопроводом.

Обмотка статора погружного электродвигателя выполнена проводом ПЭВВП с усиленной водостойкой изоляцией (эмаль и дополнительное покрытие из поливинилхлоридного пластиката). Обладая водостойкостью, изоляция обмотки статора в то же время имеет низкую предельную температуру нагрева не более 70⁰С.

Положение с нагревом электродвигателей усугубляется еще и тем, что из-за малого диаметра и значительной длины они нагреваются неравномерно (зона более высоких температур располагается посредине статора).

Указанные причины обуславливают высокую чувствительность погружных электродвигателей к перегрузкам и ограничивают число пусков их в час (как правило, не более трех).

К защите электродвигателей от анормальных режимов, в том числе от перегрузок, выдвигают особые требования.

Заказчики, как правило, получают оборудование в комплекте, включающем электронасосный агрегат, станцию автоматического управления и провода для подключения погружного электродвигателя.

Устройство комплектное “Каскад”, его назначение

Предназначено для управления и защиты центробежных скважинных насосов водоподъема и дренажа с погружными электродвигателями мощностью от 1 до 65кВт.

Подключается к трехфазным цепям с изолированной и глухозаземленной нейтралью с номинальным напряжением переменного тока 380В, частотой 50Гц.

Обеспечивает автоматическое, местное и дистанционное управление в режиме водоподъема и дренажа.

Защищает электронасос от технологической перегрузки, неполнофазного режима, заклинивания рабочего колеса насоса или ротора электродвигателя, коротких замыканий в электродвигателе или питающем кабеле, ухода воды из скважины.

Устройство состоит из ящика управления типа ЯНН и датчиков, обеспечивающих автоматический режим работы устройства. Схема крепления датчиков уровня и “сухого хода” приведена на рисунке 1.

Внутри ящика ЯНН смонтирована пусковая и защитная аппаратура (силовая и логическая части ящика).

Логическая часть схемы управления выполнена в виде блока управления типа БОН9200, состоящего из функциональных ячеек втычного исполнения.


Рисунок 1 – Схема крепления датчиков уровня и “сухого хода”: а) для устройства водоподъема- датчика “сухого хода”; б) для устройства с автоматическим управлением в режиме дренажа; 1 – электронасос; 2 - кабель к электронасосу; 3 - хомут и пояс; 4 – хомут; 5 - труба нагнетательная; 6 – провод; 7 - датчик “сухого хода”; 8 - датчик нижнего уровня; 9 - датчик верхнего уровня.
Технические характеристики

Устройство в зависимости от типа ящика управления, выполняет следующие функции:

- автоматический пуск и останов электронасоса в режиме дренажа и водоподъема в зависимости от уровня воды соответственно в скважине или водонапорной башне (для устройства с автоматическим управлением по уровню);

- автоматический пуск электронасоса за время не более 15 минут при снижении давления воды в напорном трубопроводе до определенной величины и автоматический останов электронасоса через время не более 90 минут, устанавливаемое потребителем в зависимости от объема водонапорной башни (для устройств с автоматическим управлением по давлению);

- местный пуск и останов электронасоса;

- дистанционный пуск и останов электронасоса;

- обеспечивает селективность запуска электронасоса с регулируемой выдержкой времени (нижний предел времени 2с ± 2с, верхний предел не менее 30с.) в местном режиме автоматического управления по уровню;

- автоматическое отключение электронасоса при понижении уровня воды в скважине ниже контрольного значения (защита от “сухого хода”);

- отключение электронасоса при перегрузках, к.з. (в схеме устройства или на линии электродвигатель - автоматический выключатель) и при неполнофазном режиме;

- исключение повторного автоматического запуска электронасоса после срабатывания любого вида зашиты;

- селективность самозапуска электронасоса при кратковременном исчезновении и дальнейшем появлении напряжения;

- световую сигнализацию с расшифровкой аварийного отключения электронасоса (кроме отключения электронасоса автоматическим выключателем);

- контроль тока нагрузки электронасоса в одной из фаз;

- возможность передачи аварийного сигнала за пределы устройства (без его расшифровки).

Технические характеристики ящика управления приведены в таблице 1.
Таблица 1. - Технические характеристики устройства “Каскад”

Наименование параметра	Величина параметра
Частота, Гц Напряжение главной цепи, В Напряжение цепей управления, В Сопротивление изоляции, измеренное в холодном состоянии мегомметром на 500В, не менее, МОм Степень защиты Показатели надежности: - полный средний срок службы; - наработка на отказ; - среднее время восстановления работоспособности	50 ± 2% 380 + 10% -15% 15В постоянного тока 220В переменного тока 10 IP43 10 лет не менее 10000ч не более 2ч

Защитные характеристики устройства приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Защитные характеристики устройства “Каскад”

Наименование параметра	Время, с
Срабатывание защиты: - при токе (1,35 ± 0,1)IНОМ - при токе (1,7 – 2) IНОМ или обрыве одной из фаз - при токе пуска - при токе к.з. - при “сухом ходе”, не более	10 – 30 0 – 25 3 – 5 без выдержки времени 0,5

Принципиальная схема устройства

На рисунке 2 приведена принципиальная электрическая схема бесконтактной станции управления насосными установками типа “Каскад”.

Схема может работать в автоматическом режиме от датчиков нижнего SL2 и верхнего SL1 уровня воды либо от реле давления SР (электроконтактного манометра), реагирующего на давление столба воды в баке башни или в воздушно-водяном котле.

Универсальным переключателем SА5 выбирается тот или иной режим работы:

- при положении “АУ” - схема работает от датчиков уровня или реле давления;

- при положении “О” - отключение схемы;

- при положении “1” - местное управление;

- при положении “ДУ” - схема работает от реле телемеханического включения “ТВ” или отключения “ТО”.

В режиме автоматического управления по уровню в блоке управления устанавливают ячейку уровня ЯУУ, универсальный переключатель SA6 устанавливают в положение “В” (водоподъем) или в положение “Д” (откачка дренажных вод).

При положении “В” переключателя SА6, если вода в баке находится ниже датчика нижнего уровня, то контактыSL1 и SL2 разомкнуты, транзистор VТ3 закрыт, а сигнал включения электродвигателя М от насоса с резистора R22 через диод VD13 и резистор R6 подается на затвор транзистора VТ3. Этот транзистор открывается с выдержкой времени, устанавливаемой цепочкой R6 - C6 (от 2 до 30с), и открывает транзистор VТ4. Это приводит к срабатыванию промежуточного реле КV, включающего своим контактом КV:1 магнитный пускатель КМ, а следовательно, и электродвигатель М насоса. Включение электродвигателя М запоминается и поддерживается с помощью ячейки памяти образованной диодом VD7, так как через этот диод поступает на затвор транзистора VТ3 отрицательный потенциал.

При достижении водой датчика верхнего уровня ею замыкаются контакты SL1 этого датчика, и сигнал подается на транзистор VТ6, который открывается, закрывает транзистор VТ7 и открывает транзисторы VТ11 и VТ12. На коллекторе последнего увеличивается отрицательный потенциал, который через диоды VD14 и VD8 закрывает транзистор VТ14. В связи с этим катушка промежуточного реле КV обесточивается и с помощью магнитного пускателя КМ выключает электродвигатель М насоса, который остается отключенным до тех пор, пока уровень воды в баке не, опустится ниже контактов SL2, после чего цикл работы насосной установки повторяется.

В режиме дренажа (SА6 - в положении “Д”) автоматическое включение электродвигателя М насоса производится контактами SL1 датчика верхнего уровня., а отключение - контактами SL2 датчика нижнего уровня.

В режиме автоматического управления по давлению вместо ячейки ЯУУ устанавливают ячейку ЯУД с реле давления SР. В эту ячейку входят: формирователь времязадающих импульсов, счетчик импульсов и схема совпадения. Все эти узлы собраны на логических элементах - триггерах и элементах И-НЕ.

При снижении уровня, а, следовательно, и статического давления воды, контакты реле давления SР замыкаются и подают отрицательный потенциал питания. Начинают работать генератор и счетчик импульсов ячейки ЯУД. Через определенное число импульсов (осуществляющих выдержку времени на включение электродвигателя М насоса не более 15 мин) с выхода “Вых.” ячейки ЯУД на базу транзистора VТ4 подается сигнал положительной полярности (через диод VD8). Этот транзистор открывается, включается промежуточное реле КV, срабатывает магнитный пускатель KM и запускается электродвигатель М насоса.


Рисунок 2 – Принципиальная схема и схема включения станции “Каскад”
При работе последнего давление повышается, и контакты реле давления SР размыкаются, на отрицательный потенциал питания ячейки ЯУД теперь подается через транзистор VТ4 и диод VD15. Через определенное время (устанавливается в пределах до 90 минут специальным задающим устройством в ячейке ЯУД) сигнал на выходе “Вых.” исчезает, транзистор VТ4 закрывается, и промежуточное реле KV отключает магнитный пускатель КМ и электродвигатель М насоса. После снижения давления воды процесс повторяется.

В режиме местного включения (универсальный переключатель SА5 -переводят в положение “I”) или телемеханическом (SА5 - в положение “ДУ”) отрицательный потенциал подается непосредственно или через контакты промежуточного реле КV2 на затвор транзистора VТ3, открывает его и транзистор VТ4. Далее схема работает аналогично работе от датчиков уровня воды.

При местном отключении универсальный переключатель SА5 переводят в положение “0”. В этом случае как и телемеханическом отключении контактами промежуточного реле КV1, отрицательный потенциал подается на транзистор VТ4 и закрывает его, что приводит к отключению промежуточного реле КV, магнитного пускателя КМ и электродвигателя М насоса.

В схеме предусмотрена защита электродвигателя при перегрузке, неполнофазном режиме, коротком замыкании и “сухом ходе” - работе электродвигателя без воды.

При ненормальных режимах повышается напряжение на потенциометре R и это напряжение через цепочку выдержки времени R1-С1, обратно пропорциональную значению вышеуказанного напряжения на потенциометре R, подается на затвор транзистора VT1, открывая его и транзистор VТ2. В связи с этим отрицательный сигнал через диоды VD3 и VD8 закрывает транзистор VТ4 и в результате отключается электродвигатель М насоса (одновременно загорается сигнальная лампа НL5 – “Перегрузка”). Автоматическое повторное включение электродвигателя насоса предупреждает имеющаяся в схеме цепь обратной связи, состоящая из резистора R4 и диода VD2.

Защита электронасоса от сухого хода осуществляется с помощью датчика наличия воды SL3 в скважине и полупроводникового преобразователя сигнала. При нормальной работе насоса датчик SL3 омывается водой, и его контакты замкнуты. Если вода в скважине отсутствует, контакты SL3 размыкаются, транзистор VТ5 закрывается, а транзистор VТ9 и VТ10 -открываются. Отрицательный потенциал через транзистор VТ10 и диоды VD4, VD8 закрывает транзистор VТ4, что приводит к отключению электродвигателя М насоса (загорается сигнальная лампа НL4 “Сухой ход”). Этот сигнал запоминается. При появлении воды открывается транзистор VТ5, транзисторы VТ9 и VТ10 остаются открытыми за счет обратной связи через диод VD12.

В связи с этим предупреждается автоматическое повторное включение электродвигателя М насоса. Этот электродвигатель может быть повторно включен оперативным персоналом лишь после выяснения и устранения причин его отключения.

Порядок работы устройства “Каскад”

Автоматическое управление по уровню

1 - Режим водоподъема

Для включения устройства в работу необходимо:

- переключатель SА5 “Режим работы” установить в положение “АУ”;

- включить автоматический выключатель QF2.

При отсутствии воды в баке водонапорной башни (контакты КВУ и КНУ датчика уровней не омываются водой) произойдет включение электронасоса. При достижении уровня воды контакта КВУ электронасос отключится. В дальнейшем циклы включения - отключения электронасоса в зависимости от уровня воды в баке водонапорной башни будут автоматически повторятся.

2 - Режим дренажа

Для включения устройства в работу необходимо:

- переключатель SА5 “Режим работы” установить в положение “АУ”;

- включить автоматический выключатель QF2.

Если уровень дренажных вод в скважине достигает контакта КВУ, включается электронасос. При понижении уровня дренажных вод ниже контакта КНУ произойдет отключение электронасоса. Повышение уровня дренажных вод сопровождается повторением цикла работы устройства.

3 - Местное управление

- Местное управление электронасосом осуществляется с ящика управления. Для остановки электронасоса необходимо перевести переключатель SА5 “Режим работы” в положение “0”, для включения в положение “1”.

- Контроль за работой электронасоса производить по амперметру РА2, установленному на ящике управления.

- При наличии аварийного режима происходит автоматическое отключение электронасоса и на ящике управления загорается лампа НL4 “Сухой ход” или НL5 “Перегрузка” (в зависимости от характера аварийного режима).

Для включения устройства, в работу после аварийного отключения необходимо:

- отключить устройство от питающей сети с помощью автоматического выключателя QF2;

- устранить причину аварии;

- включить автоматический выключатель QF2.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА

На рабочем месте находятся:

- станция управления “Каскад”;

- датчики уровня воды;

- устройство токовой нагрузки для исследования защитных функций станции управления погружными электродвигателями;

- секундомер;

- прибор Ц4300;

- электродвигатель типа 4А, Р = 1,1кВт;

- соединительные провода.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить схему станции управления погружными электродвигателями типа “Каскад”, исследовать их работу и защитные функции.

2. Освоить методику настройки защит станции управления “Каскад” и поиска возможных неисправностей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить принципиальную схему станции управления погружными •электродвигателями типа “Каскад” (рисунок 2).

2. Произвести настройку уставки защиты по реальному номинальному току (I_НОМ) двигателя по следующей методике.

2.1. Собрать электрическую схему подключения (рисунок 3).

2.2. Установить переключатель SА5 – “Режим работы” в положение “1” при местном управлении (рисунок 2).

2.3. Установить перемычку в гнезда “Настройка защиты” блока БОН 9201.

2.4. Подключить прибор Ц4300 с пределом измерения до 30В постоянного тока к гнезду “0” и левому гнезду “Настройка защиты” блока БОН 9201.

2.5. Включить автоматический выключатель QF1 щита №4, убедиться, что загорелась лампочка “Сеть”. Запустить электродвигатель, включив автоматический выключатель QF2 – “Напряжение”.

2.6. Медленно вращая потенциометр “Уставка защиты” добиться срабатывания защиты от перегрузки (загорается сигнальная лампа HL5 – “Перегрузка”) электродвигатель отключается. Записать величину напряжения срабатывания по прибору Ц4300.

2.7. Выключить автоматические выключатели QF1 и QF2 – “Напряжение”. Снять перемычку с гнезд “Настройка защиты”.

2.8. Включить автоматические выключатели QF1, QF2 – “Напряжение”, установить потенциометром “Уставка защиты” напряжение в 1,23 раза меньше, чем напряжение, замеренное в п.6. Этим достигается настройка тока срабатывания защиты 1,35I_НОМ.



Рисунок 3 – Схема подключения устройства “Каскад”
2.9. Выключить автоматические выключатели QF1 и QF2 – “Напряжение”, установить переключатель SA5 – “Режим работы” в положение “0”.

3. Исследовать защитные функции станции управления погружными электродвигателями “Каскад” по следующей методике.

3.1. Собрать схему для исследования защитных функций станции управления “Каскад” (рисунок 4).

3.2. Установить переключатель SА5 – “Режим работы” в положение “1” при местном управлении (рисунок 2).

3.3. Включить автоматический выключатель QF1, установив перед этим рукоятку ЛАТРа в нулевое положение (вольтметр РV1 показывает “0”).

3.4. Включить тумблер SА4, рукояткой ЛАТРа установить по амперметру РА1 ток перегрузки I_ПЕР = 1,35I_НОМ. Включить электронный секундомер.

3.5. После срабатывания защиты (загорается сигнальная лампа HL5 – “Перегрузка”) снять показания секундомера, вольтметра РV1 и амперметра РА1.



Рисунок 4 – Схема исследования защитных функций станции управления “Каскад”
3.6. Отключить схему от сети вводным автоматическим выключателем QF1, тумблер SA4 установить в положение “Выключен”.

3.7. Сравнить полученное в опыте время срабатывания защиты с указанным значением в таблице 2 для той же кратности перегрузки.

3.8. Если время срабатывания защиты, полученное в опыте больше допускаемых пределов, указанных в таблице 2, следует произвести перестройку защиты (п.п.2.1…2.9.). После настройки защиты ее следует вновь опробовать (п.п.3.1…3.5.).

4. Исследовать работу станции управления “Каскад” в режиме “Дренаж”, имитируя наполнение и опорожнение скважины с помощью тумблеров SA1…SA3.

4.1. Собрать электрическую схему (рисунок 5).

4.2. Переключатель SA5 – “Режим работы” установить в положение “АУ” (автоматическое управление), тумблеры SA1, SА2, SА3 в положение “Выключен”. Подать напряжение, включив автоматические выключатели QF1, QF2 (рисунок 2).

4.3. Тумблер SA3 поставить в положение “Включен”, при этом загорается сигнальная лампа HL3 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание водой контактов датчика сухого хода “СХ”), электродвигатель насоса не включается.

4.4. Тумблер SA2 поставить в положение “Включен”, при этом загорается сигнальная лампа HL2 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание водой контактов датчика нижнего уровня “НУ”), электродвигатель насоса не включается.

4.5. Тумблер SА1 поставить в положение ”Включен”, при этом загорается сигнальная лампа HL1 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание водой контактов датчика верхнего уровня “ВУ”), включается электродвигатель насоса.

4.6. Через определенное время (10с) тумблер SА1 поставить в положение “Выключен”, гаснет лампа “HL1” (имитируется опорожнение скважины и размыкание контактов датчика “ВУ”), электродвигатель насоса не отключается.

4.7. Тумблер SА2 (через 10с) поставить в положение “Выключен”, гаснет лампа “HL2” (имитируется опорожнение скважины и размыкание контактов датчика “НУ”), электродвигатель насоса отключается.

Повышения уровня дренажных вод в скважине сопровождается повторением цикла работы устройства.

4.8. Проверить срабатывание защиты от сухого хода электронасоса, для чего:

- тумблер SА2 поставить в положение “Включен”, тумблер SА3 в положение “Выключен”, при этом загораются сигнальные лампы HL2, HL4 (имитируется опорожнение скважины, размыкание контактов датчика “СХ”, несрабатывания контакта датчика “НУ”, аварийный режим – “сухой ход”), электродвигатель насоса отключается.


Рисунок 5 – Схема подключения станции управления “Каскад” для исследования ее работы в режиме “Дренаж”
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать:

- наименование работы и ее цель;

- технические характеристики станции управления погружными электродвигателями “Каскад”;

- электрические схемы;

- записи по выполненным опытам в соответствии с разделом “Порядок выполнения работы”;

- выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Назначение, устройство и принцип действия устройства “Каскад”.

Технические характеристики станции управления “Каскад”.

Защитные характеристики станции управления “Каскад”.

Работа схемы в разных режимах.
ЛИТЕРАТУРА

1. Пястолов А.А., Мешков А.Д., Вахрамеев А.Л. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования. - М.: Колос, 1981.

2. Костенко С.И., Хан Д.М. Эксплуатация погружных насосов. - М.: Россельхозиздат, 1977.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.