Деякі аспекти застосування сучасних свердловинних насосів

Деякі аспекти застосування сучасних свердловинних насосів

Як зрозуміло, в Росії розвиток водопостачання історично тяжіло до найвищої централізації, заснованої на паркані вод з поверхневих джерел (річок, водосховищ та ін.) До початку XXI століття таким макаром обслуговувалося 80% населення (110 млн чол.) На місцевості 17000 км2. Це було (і залишається) виправданим, адже наша країна володіє найбільшими у світі запасами такого роду. Але, при тому, що їх повну кількість здається невичерпним, до половини населення, особливо що живе в сільській місцевості, відчуває брак високоякісної питної води. Цілі республіки відчувають препядствия і з забезпеченням водою в цілому. Наприклад, мешканець Калмикії отримує всього 24 л / день (проти 300-400 в містечках Центральної Росії).

З іншого боку, Наша батьківщина своєму розпорядженні величезними розвіданими припасами підземних прісних вод високої якості. У перспективі потреба господарсько-питного водопостачання може бути задоволена на 100% за рахунок підземних вод в 62 суб'єктах РФ, наприклад – в Краснодарському і Красноярському краї, Бурятії, на Алтаї і ін У ряді інших регіонів (наприклад, Дагестані, в Хабаровському краї, на Ставропіллі) ці числа складають від чверті до 90% потрібного обсягу. При всьому цьому питна вода з централізованих систем водопостачання з підземними джерелами в 3-4 рази нижче собівартості, ніж від поверхневого паркану.

Все це послужило передумовою облаштування місцевих підземних водозаборів при збереженні централізованої схеми подачі. Толіка їх зараз становить близько 85% загального обсягу водоспоживання на селі. Але більше половини наявних свердловин експлуатуються більше 20-25 років і їх стан близький до критичного. У зв'язку з цим спочатку мається на увазі будівництво нових свердловин і реконструкція діючих. Разом з російськими зануреними насосами, всі величезну популярність отримують зарубіжні, економічні і мають порівняно невеликий зовнішній діаметр, що значно знижує вартість свердловин та їх експлуатації.

Досвід впровадження подібних агрегатів виявив ряд якостей, які потрібно врахувати при підборі, монтажі та експлуатації таких насосів. Зазвичай, вони стосуються проблем, пов'язаних з особливостями російських електромереж, про що і буде розказано нижче.

Стрибки напруги

Незважаючи на те, що постачальники електроенергії стверджують досить жорсткі характеристики, на практиці значення напруги дуже варіюють. Це відбувається з різних причин. Наприклад, поблизу трансформаторів низької напруги його значення буде вище на 3 – 5%. При піковому навантаженні на магістральні проводи через провідникові напруга буде падати, тим на величезну (до 10%) величину.

Такі ситуації дуже шкідливі для електродвигунів. При скачках напруги крутний момент і частота обертання вала електродвигуна відхиляються від власних номінальних значень. У результаті відбувається падіння ККД. Це нарощує споживану потужність, а, як слід, теплоутворення.

Досвід показує, що якщо на електродвигун при повному навантаженні надходить напруга на 10% нижче номінального, то струм вживання зростає приблизно на 5%, а температура електродвигуна – на 20% (рис. 1). У межі (наприклад, при збігу зсуву фаз і стрибка напруги), таке перевищення може затьмарити дуже допустиму температуру ізоляції обмоток, що призведе до короткого замикання і руйнування статора. З'являється в результаті зниженої напруги довгий збільшення температури обмоток мотора призводить до швидкого старіння ізоляції і, як слід, до зменшення терміну служби. При перенапруженні мережі споживана потужність і теплоутворення в обмотках електродвигуна також ростуть.

Рис. 1. Додаткове споживання струму при коливаннях напруги

При виміряних на клемах електродвигуна коливаннях напруги в межах +6 / -10% від позначеного у фірмовій табличці номінального значення, можна чекати розрахункового терміну служби електродвигуна. Це відбудеться в цьому випадку, якщо споживаний струм не перевищує позначену на фірмовій табличці величину при повному навантаженні, електродвигун в достатній мірі охолоджується і не з'являється ніяких стрибків напруги або асиметрії. У випадках, якщо перепади більше допустимих меж короткострокові, також не слід очікувати значного скорочення терміну служби електродвигуна, якщо тільки значення піків НЕ будуть настільки значні, що це призведе до появи короткого замикання в обмотках статора.

Але при незмінних або тривалих коливаннях напруги вище +6 / -10% слід обрати електродвигун промислового призначення дозволяє досягти застосовного терміну служби і ККД. Наприклад, для складних випадків провідні компанії розробляють особливі серії електродвигунів промислового призначення (зазвичай, потужністю від 2,2 до 22 кВт) з високим ККД. Наприклад, ці електродвигуни вживаються в серійних свердловинних насосах GRUNDFOS, які з успіхом застосовувалися в різних регіонах Росії. Так, у м. Сухий Лог Свердловської області насоси SP-125, обладнані УПП, забезпечують водопостачання містечка та прилеглих селищ і заводу. При тому, що скачки напруги тут не унікальність, обладнання працює без проблем і дозволило знизити електроспоживання на 15%.

Особливістю електродвигунів промислового призначення, разом із завищеним ККД, більш дієве охолодження завдяки більше площі поверхні (на 20 – 30%). Як випливає, вони володіють значно меншою чутливістю до зниженого напрузі, асиметрії фаз і відсутнього остигання (викликається відкладеннями на електродвигуні, викликаними поганою якістю води). З іншого боку, промислові електродвигуни стійкі до корозії.

Необхідно підкреслити, що більшою надійністю володіють електродвигуни промислового призначення, захист яких здійснюється пристроєм МРТ 75 або блоком MP 204.

Асиметрія напруги та струму

Як зрозуміло, при малій асиметрії струму досягається найбільший ККД електродвигуна і довший термін його служби. Ось чому принципова рівномірне навантаження всіх фаз.

У теорії, одноманітне номінальне напруга має подаватися на всі три фази. Зазвичай, поблизу низьковольтних трансформаторів так і відбувається. Але слід врахувати, що для запобігання збільшення або зниження напруги на окремих фазах при повному навантаженні мережі все однофазовий агрегати повинні бути рівномірно розподілені по трьох фазах. Це має бути виготовлено, так як такі пристрої нерідко працюють в режимі частих циклів включення / виключення і можуть стати передумовою асиметрії («перекосу») фаз.

Перекіс фаз може бути викликаний також асиметрією струму в лініях елекропередач, також зношеними або окисленими контакторами. На випадок можливої асиметрії в ланцюзі необхідно до включення електродвигуна в мережу проконсультуватися з представниками енергопостачального підприємства.

Асиметрія струму не повинна перевищувати 5%, а при використанні пульта CU 3 – 10%. Її розраховують за подальшим двома формулами:

Найбільше значення служить в якості вираження асиметрії струму. Ток слід визначати на всіх трьох фазах (рис. 32). Кращим методом підключення буде те, при якому отримують найменшу асиметрію.

Для збереження постійного напрямку обертання валу при зміні методу підключення фази необхідно поміняти бо показано на рис.2 і таблиці.

Рис.2. Коригування асиметрії струму в трифазній погружного електродвигуна 380 В, 50 Гц, 30 А

Маленька асиметрія напруги призводить до великої асиметрії струму в свою чергу викликає нерівномірне нагрівання обмоток статора і призводить до появи жарких зон і точкового нагріву. Цей зв'язок графічно показана на рис.3.

Рис. 3. Залежність між асиметрією струму, напруги і температурою

Гармоніки напруги

У звичайному порядку, мережа забезпечує споживачів синусоїдальним напругою по всіх трьох фазах. Але до придбаного на електростанції синусоидальному напрузі в розподільній системі додаються додаткові гармоніки, що також може погано впливати на роботу електродвигуна. Основними джерелами гармонік на практиці стають п'ять головних причин:

– Перетворювач частоти без фільтра. На виході перетворювачів частоти типу PWM (широтно-імпульсна модуляція), що не споряджених LC або RC-фільтрами, виходить вихідна напруга, істотно відрізняється від бездоганної синусоїди. Піки напруги залежно від виконання перетворювачів здатні досягати 850 – 1200 В (при довжині з'єднувального кабелю 100 м).

З подовженням кабелю, що з'єднує перетворювач частоти з електродвигуном, ці піки зростають. При довжині кабелю 200 м вони домагаються 1700 – 2400 В, тобто множаться. Результатом такого зростання стає зниження терміну служби електродвигуна. З цієї причини перетворювач частоти слід забезпечувати мінімум RC-фільтром, що дозволить забезпечити кращий термін служби електродвигуна.

Сучасні перетворювачі частоти, споряджені індуктивно-ємнісними (LC) або резистивної-ємнісними (RC) фільтрами, можна так міцно захистити запобіжниками, що при з'єднанні перетворювача частоти з електродвигуном кабелем довжиною до 100 м не виникне жодних піків напруги вище 850 В. У цих критеріях практично будь-який сучасний електродвигун має прийнятний термін служби.

– Прилади, що забезпечують плавний запуск електродвигуна. Від приєднаного до електродвигуна УПП, надходить несинусоїдних струм, що створює в мережі перешкоди. Але, так як час прискорення / уповільнення електродвигуна дуже коротко, на практиці ці перешкоди непримітні. Якщо ж фаза запуску триває більше 3 с, то температура обмоток електродвигуна зростає і, як слід, знижується його термін служби.

– Контактори для великих машин. Запуск великих машин здійснюється методом прямого підключення DOL або методом «зірка-трикутник». При всьому цьому може відбутися іскровий розряд. У разі, якщо контактори розімкнені, це робить значимі піки напруги, які небезпечні для погружних електродвигунів в дуже слабенькою мережі.

– Конденсатори в промислових установках. У промислових установках встановлюються складні прилади регулювання з численними конденсаторами великої ємності, які повертають піки напруги в мережу. Небезпека для заглибних електродвигунів ці піки представляють тільки у випадку дуже слабенькою мережі.

– Удар блискавки. Поразка високовольтної мережі робить перепади напруги, які почасти поглинаються через блискавковідвід на трансформаторній підстанції і відводяться на шину заземлення. Якщо удар блискавки потрапив у низьковольтну мережу, то небезпека появи стрибків напруги від 10 до 20 кВ існує тільки для розподільної шафи насоса.

Якщо шафа управління і сам електродвигун не захищені, відповідно, громовідводом і заземленням, то установка може бути пошкоджена. У тих областях, де часті удари блискавки, кращий метод захисту електродвигунів занурювальних насосів полягає в тому, щоб на приводний стороні головного вимикача встановити блискавковідвід і з'єднати його з стрижневим заземлювачем або, по можливості, з водопідіймальної трубою свердловини в цьому випадку, якщо ця труба зроблена зі сталі.

Необхідно підкреслити, що сучасні заглибні електродвигуни, наприклад – GRUNDFOS MS 402, мають клас захисту ізоляції до 15 кВ. Це – найбільше значення напруги, яка може пройти через електродвигун, наприклад, при ударах блискавки поблизу нього. Тому немає необхідності в додатковій блискавкозахисту, хоча тут не враховуються прямі удари блискавки, що малоймовірно.

Впровадження сучасного насосного обладнання – не данина моді, а вимога часу. Подібні агрегати надійні, мають найвищий ККД, стрімко окупаються і здатні забезпечити вражаючу економію електроенергії. І для того щоб максимально ефективно використовувати ці достоїнства, потрібно врахувати накопичений досвід експлуатації в складних російських умовах.

Джерело: gradostroitel.com.ua