Пусковой ток насоса: Пусковые токи двигателей скважинных насосов

Пусковые токи двигателей скважинных насосов

19.11.2018

Любой скважинный насос требует профессионального расчёта относительно сети питания. Это значит, что в расчётах должна быть учтена поправка на пусковые токи. Встречаются разные схемы таких расчётов (обычно всё зависит от мощности и конструкции самого насоса). Чаще всего пусковой ток соответствует рабочему значению, умноженному на коэффициент от 3 до 7. Намного реже встречается показатель увеличения в 9 раз.

Разобраться в этом вопросе не так уж сложно. Прежде всего, нужно понять, от каких критериев зависит пусковой показатель. Наибольшее влияние всегда оказывает тип двигателя. Чем устройство крупнее и чем выше его мощность, тем сильнее момент роторной инерции. То есть, для того, чтобы раскрутить более мощный ротор, понадобится больше энергии. В качестве примера можно привести двигатель на половину и на два киловатта. В первом случае рабочий показатель умножают на 3, во втором – на 4. Второй критерий – действующая нагрузка. Чем свободнее вращается ротор, тем меньше будет значение пусковых токов. Это значение стремительно увеличится, как только в систему трубопроводов попадёт мощный водяной столб.

Система множителей

Это примерная зависимость для двигателей устанавливаемых после бурения скважины на одну и три фазы с разной мощностью и периодом разгона 1/10 с.

Мощность (Вт)	Однофазный двигатель, рабочий ток (А)	Однофазный двигатель, пусковой множитель	Трёхфазный двигатель, рабочий ток (А)	Трёхфазный двигатель, пусковой множитель
370	3,95	3,4	1,4	3,7
550	5,8	3,5	2,2	3,5
750	7,45	3,6	2,3	4,7
1100	7,3	4,3	3,4	4,6
1500	10,2	3,9	4,2	5
2200	14	4,4	5,5	4,7

Исходя из данных таблицы, сначала может показаться странным, что количество потребления электричества не соответствует мощности. На самом деле, компании, которые занимаются производством двигателей, обычно указывают ту мощность, которая характеризует вал насоса. На эту мощность, в первую очередь, влияет КПД, а её значение меньше, чем мощность потребляемого электричества. При этом берётся то значение силы тока, которое характеризует работу с полной нагрузкой.

Обычно насос можно включать только определённое количество раз за 60 мин. Это связано с тем, что на обмотке при включении выделяется большое количество тепловой энергии. Если проигнорировать это правило, произойдёт перегрев. Когда перегрев станет критическим, изоляция потеряет свои свойства, между витками произойдёт замыкание и насос станет полностью нерабочим.

Противодействие пусковому току

Конечно, проще всего выполнить запуск при непосредственном подключении к электросети. Однако пусковые токи ставят серьёзные ограничения в работе. Это большой недостаток, с которым вполне возможно бороться.

1. Можно использовать устройство, которое обеспечивает плавный пуск – это самый простой и эффективный способ. Единственный его минус – высокая стоимость преобразователей. Существуют даже модели насосов, в которые уже встроен этот механизм. Принцип его работы заключается в том, что напряжение нарастает постепенно. Таким образом ротор раскручивается, а нагрузка на электросеть практически не изменяется.
2. Установка трансформатора, в котором используется несколько обмоток. Подразумевается поэтапное включение (для стандартных насосов хватает одной-двух секций, ограничивающих токи). После того, как насос начинает работать быстрее, они поочерёдно выходят из цепи. Первое уменьшение напряжения выполняется максимум на половину от общего.
3. Если применяется трёхфазный двигатель, мощность которого превышает 300 Вт, допускается использование схемы пуска «звезда-треугольник». При запуске подключается «звезда», уменьшающая пусковые токи в 3 р., а после того, как устройство разогналось, включается «треугольник».

Почему необходимо обеспечить плавный пуск скважинного насоса

Если взглянуть на погружной насос для скважины с технической точки зрения, придется согласиться с тем, что это очень высокотехнологичный агрегат:

• при незначительных габаритных размерах обеспечивает высокую производительность;
• способен работать длительное время в относительно сложных условиях.

Стоимость скважинного насоса сравнительно высока, монтаж в обсадной колонне – сложен. Отсюда следует вывод: скважинный насос – это оборудование, которое нужно постараться как можно реже ремонтировать и менять. А для этого необходимо создать для него оптимальные условия эксплуатации, тогда оборудование прослужит максимально долго без поломок и сбоев.

Факторы, влияющие на срок эксплуатации насоса для скважины

Любой электрический двигатель (а насос – это, по сути, электродвигатель) в момент запуска испытывает максимальные нагрузки. Чем реже включается двигатель, тем дольше он прослужит. Именно поэтому в схеме водоснабжения загородного дома предусмотрен накопительный бак – простой или гидроаккумуляторный, – чтобы насос за один цикл работы успел накачать как можно больше воды.

В этом случае в работе водопровода скважинный насос будет задействован только при понижении уровня воды в накопительном баке. При отсутствии емкости с запасом воды, двигатель насоса будет запускаться каждый раз при активации хотя бы одной точки водоразбора.

Второй негативный фактор – пусковые токи, превышающие номинальные в разы. Это связано с инертностью механической части электродвигателя, когда вращение компонентов начинается чуть позднее, чем подача питания. При частых пусках насосного оборудования и постоянном возникновении высоких пусковых токов постепенно из-за высоких тепловых нагрузок снижается защитная функция изоляции обмоток двигателя. А это уже чревато коротким замыканием и, как следствие, поломкой насоса.

Способы компенсации высокого пускового тока

Чтобы снизить величину пускового тока, необходимо предусмотреть установку системы плавного пуска. Предлагаем вашему вниманию два типа систем плавного пуска скважинного насоса:

• Плавный SS-пуск при помощи специального пульта управления скважинными насосами, выпускаемыми отечественными производителями (автоматические станции управления и защиты САУ «Каскад» и «Высота») и зарубежными (Pedrollo, Grundfos и некоторые другие).
• Запуск двигателя скважинного насоса при помощи преобразователя частоты.

Принцип подачи электропитания на насос при помощи электронных станций САУ заключается в автоматическом плавном увеличении напряжения, регулируемым путем фазового управления. При помощи преобразования частоты пусковой ток удерживается на уровне номинального.

Основные функции САУ:

• автоматический (с возможностью переключения на ручной режим) пуск и остановка насоса по команде реле, определяющего уровень воды в накопительном баке;
• дистанционное управление насосом;
• защита насоса и отключение питание при возникновении короткого замыкания, перекосе фаз и перегрузках;
• защита от «сухого хода».

К недостаткам САУ можно отнести высокую стоимость оборудования.

А знаете ли вы?

Некоторые производители скважинных насосов предлагают модели со встроенной системой плавного пуска. Например, Grundfos серий SQ и SQE.

Основные сведения о пусковых (пусковых) токах двигателей и статья NEC 430.52

Основные сведения о пусковых (пусковых) токах двигателей и статья NEC 430.

52

Национальный электротехнический кодекс 2017 г.

Автор: Stan Turkel | 05 марта 2019 г.

Пусковой ток, также называемый «током заторможенного ротора», представляет собой чрезмерный ток, протекающий внутри двигателя и его проводников в течение первых нескольких мгновений после включения (включения) двигателя. Это потребление тока иногда называют «током заторможенного ротора», потому что ток, необходимый при запуске, чтобы начать вращение невращающегося обесточенного вала двигателя, очень похож на экстремальное потребление тока в моменты, когда двигатель перегружен до предела. В обоих случаях потребляемый ток таков, что требуется, когда двигатель пытается преодолеть холостой вал двигателя.

Устройства перегрузки по току, защищающие двигатель и его схемы, должны выдерживать этот кратковременный, , но экстремальный всплеск тока, при этом обеспечивая соответствующую защиту от замыканий на землю и условий перегрузки двигателя.

Это может быть прекрасной чертой для ходьбы.

Пусковой ток двигателя является необходимым условием перегрузки

Итак, что такое пусковой ток двигателя? При первом включении двигателя переменного тока в цепи, питающей двигатель, возникает чрезмерный ток, значительно превышающий уровни тока, указанные на паспортной табличке двигателя. Высокое сопротивление часто встречается при запуске двигателя из статического (холостого) положения, и для начала вращения вала двигателя необходимо чрезмерное потребление тока.

 

Часто во время начального полупериода электрического тока при запуске двигателя (Примечание: полупериод в электрической системе с частотой 60 Гц равен 1/120 секунды продолжительности времени) пусковые токи достигают уровней В 20 раз больше, чем обычные уровни тока, возникающие при нормальной рабочей скорости двигателя. После этого начального броска тока двигатель начинает вращаться. В этот момент начальный пусковой ток спадает, уменьшаясь до уровня тока, равного 4-8-кратному нормальному рабочему току для этого двигателя.

Этот уменьшенный, но все же сильно завышенный ток поддерживается лишь кратковременно, поскольку двигатель быстро достигает полной рабочей скорости, после чего ток падает до своего нормального рабочего уровня.

 

Пусковой ток и компоненты двигателя

При рассмотрении пускового тока полезно понять, что происходит внутри асинхронного двигателя переменного тока при первом включении. Мы знаем, что обмотки статора находятся под напряжением сразу после подачи питания. Переменный ток (AC), подаваемый на эту обмотку, создает переменное магнитное поле, а затем индуцирует это поле в роторе.

 

Разница в магнитных полях между обмоткой статора (стационарная группа медных обмоток внутри двигателя) и обмоткой ротора (обмотка вращающегося вала) вносит наибольший вклад в начальный пусковой ток при запуске. Как только ротор начинает вращаться, а затем догоняет магнитное поле статора, разница между двумя полями уменьшается, и пусковой ток падает пропорционально.

Конечно, мы знаем, что стандартный асинхронный двигатель переменного тока всегда имеет степень скольжения или ; два магнитных поля никогда полностью не синхронизируются, поскольку ротор всегда в некоторой степени отстает от поля обмотки статора. Это «скольжение» двигателя определяется как процентов от скольжения , а конечный крутящий момент, передаваемый валом двигателя, является результатом магнитной силы, индуцированной на валу двигателя, за вычетом этого скольжения.

 

Защита цепей двигателя

Национальный электротехнический кодекс требует нескольких уровней защиты при установке систем управления двигателем. Эта защита необходима для цепи питания двигателя (

защита от короткого замыкания и замыкания на землю ), ответвленной цепи двигателя ( защита от короткого замыкания и замыкания на землю ), а также защита двигателя от перегрузки, где ток течет к двигатель измеряется на каждой отдельной фазе цепи, питающей этот узел двигателя.

Понимание потенциального пускового тока двигателя (пусковой ток), в дополнение к номинальному напряжению двигателя, номинальной мощности (л.с.) и номинальному току при полной нагрузке (FLA) в сочетании с NEC, дает нам информация, необходимая для правильного подбора защиты от перегрузки по току/перегрузке для данного двигателя.

Хотя мы хотим, чтобы OCPD (устройство защиты от перегрузки по току),

, будь то автоматический выключатель или предохранитель , обеспечивало максимальную защиту от короткого замыкания и перегрузки, нам также нужно игнорировать эти защитные устройства, в течение короткого периода времени, неизбежный пусковой ток, возникающий при запуске двигателя.

Автоматические выключатели с обратнозависимой выдержкой времени и предохранители с задержкой срабатывания, доступные для использования с разрешения, приведенного в 430.52 NEC, делают возможной эту защиту от короткого замыкания на землю в сочетании с защитой от перегрузки . Как автоматический выключатель с обратнозависимой выдержкой времени, так и предохранитель с выдержкой времени рассчитаны на то, чтобы выдерживать эти огромные пусковые токи в течение нескольких сотых долей секунды, необходимых для прохождения начального запуска двигателя. Выключатели с обратнозависимой выдержкой времени достигают этого за счет использования атрибута, называемого «кривой срабатывания», который, по существу, позволяет экстремальному, преувеличенному току оставаться на выключателе в течение до полсекунды или дольше, при этом все еще выполняя мгновенное отключение контактов выключателя, когда обнаружено прямое протекание тока короткого замыкания на землю.

 

Увеличение тока предохранителя или автоматического выключателя в диапазоне от 225 % до 400 % номинального тока цепи, доступное в Таблице 430.52, мало что делает для сопротивления вышеупомянутому пусковому току. Однако , это позволило увеличить размер устройства перегрузки по току (автоматического выключателя или предохранителя), но поддерживает цепь в течение нескольких секунд сразу после этого начального пускового тока, поскольку ток спадает и снижается до нормального рабочего тока.

Встроенные свойства задержки, присутствующие в этих двух типах устройств максимального тока, в сочетании с увеличением размера, разрешенным для этих же устройств (разрешенным в T430.52), позволяют ответвленной цепи двигателя выдерживать мгновенная бомбардировка экстремальными пусковыми токами, возникающими при запуске двигателя.

Следующее руководство поможет вам сделать правильный выбор защиты CB.

Для стандартной защиты от короткого замыкания с помощью автоматического выключателя с обратнозависимой выдержкой времени мы используем следующее:

1. Используйте таблицы с 430.247 по 430.250 для определения FLC двигателя. (Обратите внимание, что мы не используем информацию с паспортной таблички двигателя).
2. Из таблицы 430.52 находим правильное максимальное значение уставки для стандартной защиты от короткого замыкания
3. Умножаем FLC двигателя на значение в таблице 430.52
4. Мы округляем ближайший стандартный рейтинг, указанный в Таблице 240.
   6(A).

В соответствии с разделом Кодекса 430.52(C)(1)(c) мы находим исключение из разрешений, предоставленных для определения параметров автоматического выключателя с обратнозависимой выдержкой времени, указанных в Таблице 430.52. Читаем: Если номинал автоматического выключателя, определенный T430.52, недостаточен для пускового тока (пускового тока), испытываемого двигателем, электрику разрешается еще больше увеличить размер автоматического выключателя, до максимального 400% для нагрузок, которые не превышают 100 ампер. И максимум до 300% для нагрузок, которые больше 100 ампер.

Плавкие предохранители, используемые вместо автоматических выключателей

Что касается предохранителей, выбранных в качестве устройства максимального тока, вместо автоматического выключателя с обратнозависимой выдержкой времени, мы

по-прежнему используем Таблицу 430.52 для начального выбора, но существуют дополнительные и более строгие правила, которые существуют для увеличения размеров этих предохранителей за пределами Таблицы. , чтобы преодолеть пусковой ток. Эти дополнительные правила и ограничения приведены в разделе Кодекса 430.52(C)(1).

Способ пуска

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором, используемые для центробежных насосов (см. Асинхронный двигатель ) имеют высокие пусковые токи.

Для двигателей мощностью менее 4 кВт используются методы прямого пуска и плавного пуска, в то время как методы звезда-треугольник , автотрансформатор , плавный пуск и преобразователь частоты предпочтительны для двигателей мощностью более 4 кВт. .

Прямой пуск

Для прямого пуска три обмотки двигателя с самого начала подключаются по схеме треугольник. Это означает, что к остановленному двигателю немедленно прикладывается полное сетевое напряжение, т. е. весь пусковой момент доступен с самого начала. Рабочая скорость будет достигнута в течение очень короткого периода времени.

Этот метод пуска является наиболее благоприятным для двигателя, даже если пусковой ток увеличивается в 8 раз по сравнению с номинальным током. Поскольку это может привести к серьезной нагрузке на сеть электропитания, когда задействованы более мощные двигатели, и вызвать провалы напряжения для соседних устройств, важно соблюдать положения, изданные энергоснабжающими компаниями, для прямого пуска двигателей мощностью более 5,5 кВт в общественных местах. сеть низкого напряжения (400 В).

На практике двигатели мощностью до 7,5 кВт также запускаются напрямую. См. рис. 1 Способ пуска

Пуск по схеме звезда-треугольник

Пуск по схеме звезда-треугольник используется для привода машин с высоким моментом инерции и ограничения пускового тока асинхронного двигателя  соединенного по схеме треугольник .
При пуске по схеме звезда-треугольник обмотка якоря изначально подключается к сети питания по схеме звезда и в этой схеме двигатель разгоняется до нужной скорости. Теоретически при переключении требуется дельта-ток, который соответствует текущей частоте вращения.

В результате пусковой ток снижается на 1/3 по сравнению с прямым пуском треугольником. То же соотношение применимо и к крутящему моменту. См. рис. 2, 4 Способ пуска

Пуск по схеме «звезда-треугольник» может использоваться только для трехфазных двигателей, соединения обмоток которых не соединены внутри, а выведены наружу отдельно. Соединение треугольником может быть установлено только после того, как машина разогналась до скорости, чтобы было реализовано целевое снижение пускового или пускового тока. Крутящий момент, создаваемый звездообразной конфигурацией, должен быть достаточным для разгона ведомой машины примерно до ее номинальной скорости. Переключение со звезды на треугольник может осуществляться вручную или автоматически.

На практике конфигурация звезда-треугольник включает схему контактора, которая позволяет переключать соединения обмотки двигателя между внешними проводниками и точкой звезды.