Пристрій захисту заглибного електродвигуна водяного насоса

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний для захисту заглибного електродвигуна водяного насоса, в основному в сільському господарстві при заборі води зі свердловини. Відомий пристрій для захисту електродвигуна з приводом насоса, що містить датчик температури, джерело напруги, фільтр нижніх частот, перший акумулятор, блок регулювання і генератор імпульсів [І]. Вхід фільтра нижніх частот призначений для підключення до нульової точки вторинної обмотки силового трансформатора. Датчик температури, установлений поблизу статорних обмоток заглибного електродвигуна, приєднаний послідовно з діодом між нульовою точкою обмотки електродвигуна і його заземленим корпусом. Блок регулювання виконаний у вигляді дво х блоків порівняння, виходи яких підключені до виконавчих механізмів. Цей пристрій дозволяє виключити вплив опору ізоляції на вимір температури нагрівання статорних обмоток електродвигуна. Недоліком даного пристрою є відсутність у ньому елементів захисту заглибного електродвигуна від зриву подачі електронасоса, контрольованого по тиску в свердловині, що може привести до виникнення в насосі "сухого тертя", підвищення газового фактора рідини, що відкачується і, отже, до погіршення охолодження двигуна і силового кабелю. Відома станція керування і захисту, що складає з фазочутливого приладу захисту ФУЗ-М, універсального двохпозиційного регулятора УДР-2, що містить блок живлення, логічний елемент АБО і вузол керування, блок контролю опору ізоляції, перемикач режимів роботи, сигнальної лампи зниженого опору ізоляції, автоматичного вимикача, електромагнітного пускача, амперметра [2]. Ця станція має такі недоліки: 1. Не здійснюється попередній аналіз мережі, сигнал про зниження опору ізоляції обмотки статора електродвигуна не впливає на роботу станції в цілому, опір ізоляції живильного кабелю не оцінюється через що можливе включення агрегату в аварійному режимі; 2. Сигнал будь-якої аварійної ситуації запам'ятовується і самозапуск агрегату не можливий навіть після поновлення нормальних умов роботи, зникнення живильної напруги скидає сигнал аварії і знову можливе включення агрегату в аварійному режимі; 3. Частота пусків не обмежується, хоча заводами-виготовлювачами електродвигунів передбачається не більш двох-трьох п усків у годину, інакше електродвигун перегріється; 4. Станція має занадто високу чутливість до асиметрії живильних напруг для реальних умов у сільському господарстві і тому дає багато помилкових спрацьовувань. Найбільш близьким по технічній сутності до пропонованого винаходу є станція керування і захисту заглибних електронасосних агрегатів "Чарівниця-1", що складається з автоматичного вимикача, блоку контролю фазних струмів, електромагнітного пускача, блоку аналізу мережі, блоку живлення, виконавчого блоку, блоку контролю опору ізоляції електродвигуна, блоку обробки сигналів, блоку логіки, блоку індикації і настроювання, таймера і вимірювальних перетворювачів [3]. Використання попереднього аналізу мережі, оцінка опору ізоляції обмоток статора електродвигуна і живильного кабелю, а також обмеження кількості невдалих пусків підряд зводить до мінімуму імовірність включення агрегату на свідомо аварійний режим. Проведення аналізу фазних струмів і аналіз мережі під час роботи агрегату підвищують надійність і зменшують імовірність помилкових спрацьовувань. Пуск і зупинка агрегату за сигналом таймера спрощує керування агрегатами, що працюють безпосередньо на кільцеву мережу. Недоліком даного пристрою є недостатній ступінь захисту електродвигуна через можливий перегрів його обмоток. Крім того, при використанні пристрою-прототипу здійснюється обмеження частоти пусків агрегату на визначений час. Так, за ГОСТ 10428 повинно бути тільки 2 пуски на годину, що збільшує час перебування електродвигуна у відключеному стані. Причому частота пусків обмежена підвищеною температурою електродвигуна і необхідністю її зниження до припустимого рівня. Тривала зупинка электронасосного агрегату не забезпечує забір води зі свердловини, що сповільнює наповнення спеціальної ємності і збільшує час відсутності подачі води споживачам. Задачею винаходу є підвищення ефективності захисту заглибного електродвигуна водяного насоса і скорочення часу перебування електродвигуна у відключеному стані. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої захисту заглибного електродвигуна водяного насоса, що включає автоматичний вимикач, вхід якого зв'язаний з мережею, а вихід - із блоком живлення, блоком аналізу мережі і вимірювальним блоком, електромагнітний пускач, вихід якого зв'язаний з електродвигуном, вимірювальний перетворювач верхнього, нижнього рівнів і сухого ходу, блок контролю опору ізоляції, вхід якого зв'язаний з виходом електромагнітного пускача, блок аналізу мережі, входи якого зв'язані з виходами автоматичного вимикача і виходом блоку контролю опору ізоляції, а вихід - із блоком обробки сигналів, входи якого зв'язані з виходами блоку контролю фазних струмів, блоку аналізу мережі і блоку живлення, а виходи - із блоком логіки, блоком індикації і настроювання, вимірювальним перетворювачем і таймером, вхід якого зв'язаний із блоком обробки сигналів, а вихід - із блоком логіки, відповідно до пропонованого винаходу додатково введені блок контролю температури обмотки електродвигуна, що реагує на гранично припустиме перевищення температури, вхід якого з'єднаний з виходом електромагнітного пускача, а вихід - із блоком аналізу мережі, та блок світлової індикації, що з'єднаний з виходом блока контролю опору ізоляції, який показує три рівня опору ізоляції: високий, допустимо понижений та низький, шляхом, відповідно, відсутності свічення, блимання і постійного свічення індикатора. Введення у відомий пристрій блоку контролю температури обмотки, що реагує на неприпустиме перевищення температури, забезпечує додатковий захист заглибного електродвигуна при пуску. Зазначений блок не дозволяє запустити електродвигун, що знаходиться в перегрітому стані. Така ситуація може статися після "сухого ходу" або після декількох невдалих пусків. Блок контролю температури обмотки електродвигуна в пристрої захисту так само, як і блок контролю опору ізоляції, працює на принципі виміру опору перед пуском. При цьому блок контролю опору ізоляції вимірює опір між корпусом і обмоткою електродвигуна, реагуючи на неприпустиме зниження опору ізоляції, а блок контролю температури вимірює опір обмотки між фазами електродвигуна, реагуючи на неприпустиме перевищення її опору через нагрівання. Оскільки опір мідних обмоток від температури має лінійний характер, то по кратності збільшення опору можна судити про кратність збільшення температури. Уведення блоку контролю температури обмотки дозволяє здійснювати запуск електродвигуна не фіксоване число раз (2 пуски в годину за ГОСТ 10428) поза залежністю від його температурного стану, а за фактом його реальної температури. За рахунок цього можна скоротити тривалість перебування електродвигуна у відключеному стані і здійснювати його запуск відразу ж або з невеликим інтервалом затримки, як тільки температура його обмоток знизиться до припустимого рівня. Введення блоку світлової індикації, що з'єднаний з виходом блока контролю опору ізоляції, який показує три рівня опору ізоляції: високий, допустимо понижений та низький шляхом, відповідно відсутності свічення, блимання і постійного свічення індикатора, дозволяє оператору легко і наочно оцінити рівень опору ізоляції електродвигуна та прийняти необхідне рішення. На фіг. представлена блок-схема пристрою захисту заглибного електродвигуна водяного насоса. Пристрій захисту заглибного електродвигуна водяного насоса (на фіг. не показаний) складається з автоматичного вимикача 1, блоку контролю фазних струмів 2, електромагнітного пускача 3, блоку аналізу мережі 4, блоку живлення 5, виконавчого блоку 6, блоку контролю опору ізоляції 7, блоку обробки сигналів 8, блоку логіки 9, блоку індикації і настроювання 10, таймера 11, вимірювальних перетворювачів 12, блоку контролю температури обмотки 13 і електродвигуна 14. Блок контролю опору ізоляції 7 з'єднаний з блоком світлової індикації 15, що показує три рівня опору ізоляції. Блок б містить виконавче реле, що керує обмоткою електромагнітного пускача 3, контакти якого здійснюють включення і відключення електродвигуна 14. Контакти пускача 3 керуються його обмоткою (на фіг. цей зв'язок показаний штриховою лінією). Вхід автоматичного вимикача 1 зв'язаний з мережею, а вихід - із блоком аналізу мережі 4, із блоком живлення 5, з виконавчим блоком б і блоком контролю фазних струмів 2. Входи блоку контролю опору ізоляції 7 і блоку контролю температури обмотки 13 з'єднані з виходом електромагнітного пускача 3, а виходи блоків 7 і 13 з'єднані з входом блоку аналізу мережі 4. Входи блоку обробки сигналів 8 з'єднані з виходами блоку аналізу мережі 4, блоку живлення 5 і блоку контролю фазних стр умів 2, а виходи блоку 8 з'єднані з входами блоку логіки 9, таймера 11, вимірювальних перетворювачів 12 і блоку індикації і настроювання 10. Входи блоку логіки 9 з'єднані з виходами блоку обробки сигналів 8, таймера 11, вимірювальних перетворювачів 12 і блоку індикації і настроювання 10, а виходи блоку 9 з'єднані з входами виконавчого блоку 6, блоку індикації і настроювання 10. Входи електромагнітного пускача 3 з'єднані з виходами блоку контролю фазних струмів 2 і виконавчого блоку 6, а виходи пускача 3 з'єднані з електродвигуном 14. Блок світлової індикації 15 шляхом відсутності свічення, блимання або постійного свічення показує три рівня опору ізоляції: високий допустимо понижений і аварійно низький. Якщо опір ізоляції перевищує 5МОм, то блок 15 показує високий рівень опору, якщо опір знаходиться у діапазоні від 5МОм до 0,5МОм, то блок 15 показує допустимо понижений рівень опору, а якщо опір ізоляції нижче 0,5МОм, то блок 15 показує аварійно низький рівень опору. Пристрій захисту заглибного електродвигуна водяного насоса працює таким чином. Автоматичним вимикачем 1 подають живлення на блок аналізу мережі 4 і блок живлення 5. При цьому на блок аналізу мережі 4 надходять сигнали з блоку контролю опору ізоляції 7 і блоку контролю температури обмотки 13. Блоки 7 і 13 подають постійні напруги на обмотки статора електродвигуна і вимірюють спадання напруги, відповідно, між обмоткою і корпусом і між фазами обмотки. Зазначене падіння напруги пропорційне відповідному опору. Інформація з блоку контролю опору ізоляції 7 поступає на блок світлової індикації 15. Якщо опір ізоляції перевищує 5 МОм, то блок 15 показує високий рівень опору шляхом відсутності свічення індикатора блоку 15. Якщо опір знаходиться у діапазоні від 5МОм до 0,5МОм, то блок 15 показує допустимо понижений рівень ізоляції шляхом блимання індикатора. Якщо опір ізоляції нижче 0,5МОм, то блок 15 показує аварійно низький рівень опору шляхом постійного свічення індикатора. У випадку зниження опору ізоляції обмотки статора щодо корпуса електродвигуна 14 або підвищення температури цієї обмотки, що регіструється за підвищенням її опору до гранично припустимого значення, вихідний сигнал із блоку аналізу мережі 4 буде аналогічним сигналу асиметрії живильних напруг. З блоку 4 си гнал надходить через блок обробки сигналів 8 на блок логіки 9. З блоку 5 живлення надходить через блок обробки сигналів 8 на блок логіки 9, таймер 11 і на вимірювальні перетворювачі 12. У випадку подачі на блок логіки 9 відповідних сигналів таймером 11 або вимірювальними перетворювачами 12 (верхнього або нижнього рівня) і відсутності сигналу аварії з блоку 4 протягом 5-10 хвилин (задається блоком індикації і настроювання 10) блоком логіки 9 подається сигнал на виконавче реле блоку 6, після чого спрацьовує електромагнітний пускач 3 і в роботу включається блок контролю фазних струмів 2, сигнал від якого через блок обробки сигналів 8 подається на блок логіки 9 і на блок індикації і настроювання 10. Відключення електродвигуна 14 у нормальному режимі здійснюється за сигналами таймера 11 або вимірювальних перетворювачів 12 (верхнього або нижнього рівня), а в аварійному режимі - за сигналами від блоків 4, 2 або 12 (а саме від вимірювального перетворювача сухого ходу). Рівень припустимих фазних стр умів задається блоком індикації і настроювання 10 при настроюванні пристрою захисту, а відбудування від пускових струмів здійснюється блоком обробки сигналів 8. У випадку аварійного відключення заглибного електродвигуна 14 пристрій захисту переходить у режим аналізу мережі, виміру опору ізоляції і температури обмотки і через заданий проміжок часу після зниження температури до припустимого рівня знову спробує включити електродвигун. Причому постійна або періодична несправність будуть обнулювати відлік заданого проміжку часу. Кількість можливих невдалих пусків підряд задається блоком 10. При досягненні заданого числа невдалих пусків підряд спроб запуску електродвигуна 14 більше не буде, і блок 10 видасть сигнал аварії. Тестовий режим запускається кнопкою блоку індикації і настроювання 10. При цьому аналіз мережі, вимір опору ізоляції і температури обмотки статора електродвигуна виконується за 10-20 секунд, після чого виконується самоконтроль блоку логіки 9 (при негативному результаті самоконтролю блок 10 видасть сигнал аварії), скидається рахунок невдалих пусків підряд і електродвигун запускається. Джерела інформації: 1. А.с. СССР №1302369, МКИ Н02Н 7/08, 1985г. 2. Грундулис А.О. За щита электродвигателей в сельском хозяйстве. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1988. - 111с. 3. Патент України №40823 А (деклараційний), МПК7 Н02Н7/08, 2001г., заявка №2000063515, 15.08.2001, Бюл. №7 (прототип).