Плавный пуск глубинного насоса - Клуб органического земледелия

О том, как классно иметь дома скважину знают все. Это удобно и эффективно, пока ничего не сломается. А проблемы рано или поздно дадут о себе знать, и по закону подлости, в самый неподходящий момент. Отказываться от скважины и копать колодец — не вариант. Лучше предотвратить возможные аварии и защититься от них заранее.

Какой вариант водоснабжения лучше для частного дома

Вода со скважины поднимается специальным глубинным насосом. В зависимости от конструкции водоснабжения, она закачивается в специальный резервуар — гидроаккумулятор или подается прямо в водопровод.

Система с резервуаром больше подходит для частного дома. Например, для семьи из 3-4 человек в среднем хватает 70 л на день. Для такого водоснабжения понадобится: 50-литровый гидроаккумулятор на соответствующий объем, реле давления и насос со скоростью перекачивания 1 м3/ч. Все вместе будет стоить 100$.

Но, для отеля на 12 номеров такой вариант — нерентабельный, потому что понадобится резервуар размером как целый номер. 500-литровый гидроаккумулятор обойдется в 400$ и будет занимать много полезного пространства. Дешевле и эффективнее купить частотный преобразователь за 150-200$.

Водоснабжение с частотным преобразователем

Частотник регулирует обороты электромотора в зависимости от давления в водопроводе. Это работает по такому принципу:

На водопроводную трубу ставится реле давления, подключенное к частотному преобразователю;
Система включается в сеть и частотник плавно меняет характеристики тока насоса;
За счет этого он постепенно выходит на номинальные обороты;
При заполнении в трубах растет давление, и реле подает сигнал на частотник, уменьшающий скорость подкачки.

Какие преимущества такой системы?

Удобство для пользователя

Например, когда посетитель в отельном номере принимает душ, давление в водопроводе падает, и насос работает быстрее. Когда кран закручен, электромотор работает на малых оборотах, чтобы вода не стекала с труб. Так, если Вы открутите кран, она мгновенно начнет течь под нужным напором.

При включении каждый электродвигатель потребляет в 3-4 раза больше электричества — возникает пусковой ток. В этот момент сетевая нагрузка составляет соответственно 300-400% от номинальной. Пик держится доли секунды, пока электромотор не выйдет на нормальные обороты. Чем это опасно?

Вернемся к нашему отелю. Чтобы перебои с электроэнергией не оставили посетителей без благ цивилизации, любой ответственный хозяин установит генератор. Предположим, что мощность резервного источника будет 20 кВт, из которых 10 кВт сразу уйдет на освещение, кондиционеры, розетки с ноутбуками и т.д.

Мощность насоса — 5 кВт, но так как его пусковой ток равен 3 номинальным, на старте он возьмет все 15 кВт. Генератор может предоставить только 10 кВт, но электродвигателю этого будет мало. Такая нагрузка выведет генератор из строя, и в результате отель останется без света и воды.

Частотный преобразователь снимает пусковой ток. Если бы в предыдущем примере был частотник, нагрузка на генератор не превысила бы 15 кВт и он бы работал в безопасном режиме.

Длительный срок службы насоса

Пусковой ток вредит не только сети, но и электромотору. Каждый раз при включении он работает в нештатном режиме и кратковременно выдерживает нагрузку, на которую не рассчитан. Резкие пуски и остановки увеличивают износ электромотора. Частотный преобразователь делает плавную остановку, чем увеличивает срок эксплуатации в два раза.

Подобрать частотный преобразователь для скважинного насоса можно самостоятельно в интернет магазине компании АксиомПлюс (которая специализируется на подобном электрооборудовании любой сложности) или там же связаться по контактным номерам со специалистом.

Устройство плавного пуска для частного дома

УПП отличается от частотника тем, что оно не регулирует обороты, а только плавно включает и выключает электромотор. Чаще применяется для маломощных аналогов до 2 кВт. Синхронизируется с реле давления. Принцип срабатывания аналогичный частотнику: давление в трубах падает — насосный мотор включается, если поднимается до критического уровня — плавно выключается.

Что Вам даст УПП:

Автоматическую подкачку — трубы всегда будут наполнены, а при откручивании крана вода мгновенно потечет под нужным напором;
Отсутствие пусковых токов — не будут выбивать автоматы при каждом включении;
Увеличенный срок службы электромотора.

Система водоснабжения с мембранным баком

Мы уже выяснили что для небольшого дома такая система обойдется дешевле предыдущей. Учитывая, что стоимость 50-литрового гидробака 60$ (ссылка на каталог гидроаккумуляторов с ценами), покупать вместо него частотник за 150$ нет смысла.

Принцип работы системы с резервуаром простой:

Вода закачивается в бак, чем увеличивает давление воздуха на мембрану;
По достижению выставленного уровня срабатывает реле и отключает насос;
Когда Вы откроете кран, гидробак начнет истощаться;
Внутри резервуара упадет давление, на что среагирует реле и снова сцепит контакты.

Есть ли смысл брать бак большего объема?

Разница в стоимости между баками разной емкости большая. Например, у производителя Roda 50-литровый бак стоит 60$, а 80-литровый — 100$. Исходя из этого возникает вопрос: на что влияет емкость бака?

С меньшим гидробаком насос будет чаще срабатывать, чтобы закачать воду. На производительность водоснабжения это никак не повлияет. В частном доме Вы не почувствуете разницу, будет гидробак на 24л, 50л или 100л — из крана будет течь одинаково.

Но, как только пропадет электричество — проявится разница. Вода не будет набираться, но гидробак останется заполненным. Она продолжит поступать в трубы под давлением. Но, мембрана «выдавит» не полную емкость. Так, например, 50-литровый бак самостоятельно выдаст 40л воды, а 100-литровый — 80л.

Сложность в том, что неизвестно, сколько времени у Вас не будет света — час, два или сутки. В этот временной промежуток вода не будет поступать в бак, и чем больше ее останется внутри, тем лучше. Поэтому, выбирайте объем по своему расходу. Для семьи из 3-4 человек хватит 50-литрового бака. 40 литров в среднем хватит на полдня, а при экономном потреблении — на сутки.

УПП для системы с гидроаккумулятором

В данной схеме водоснабжения не регулируются обороты двигателя. Он включается, заполняет бак и отключается, повторяя это систематически. Но, как быть с пусковыми токами?

В частных домах ставят маломощные насосы — до 1,5 кВт. Тем не менее на старте они потребляют 4 кВт. На первый взгляд, это не так и много. Но, учитывая что в доме пользуются и другой электротехникой (холодильник, кондиционер, электроплита), пиковая нагрузка достигнет 6-7 кВт.

Если у Вас стоит автомат на 25А — он расцепит сеть. И вся техника перестанет работать. Если это случится, когда Вас не будет дома, потечет холодильник и зальет кухню. При повторном включении история будет повторяться.

Чтобы предотвратить «кухонный апокалипсис», нужно убрать пусковые токи. Сделать это можно с помощью уже известного Вам УПП.

Есть ли смысл для водоснабжения стоимостью 100$ покупать УПП за 160$? Конечно — нет, потому что, в случае поломки дешевле купить новый насос, чем защищать этот. Но, с другой стороны, если у Вас стоит качественный итальянец за 300$, то лучше все-таки его защитить. Так он прослужит на 5 лет дольше, и скачков в сети не будет. Покупать УПП или нет — решать Вам, этот вопрос больше зависит от рентабельности покупки.

Важно! УПП увеличит срок эксплуатации, но не защитит от неправильной работы и скачков электричества.

Как защитить насос

В ходе эксплуатации он может столкнуться с рядом проблем: сухой ход, попадание песка, поломка винта и т.д. При каждой нештатной ситуации, электромотор работает неправильно, что может вывести его из строя. Самый простой способ предотвратить поломку — поставить реле защиты электродвигателя, его еще называют универсальный блок защиты (УБЗ).

От чего защищает УБЗ?

Блок защиты срабатывает в двух ситуациях:

При возникновении проблемы в насосе, например при сухом ходе, когда электромотор начинает неправильно потреблять электричество. Реле фиксирует это и отключает его от сети;
Если авария случилась в самой электросети, из-за чего, например, начались скачки напряжения. Реле чувствует их и расцепляет контакты.

Дорогие модели уже идут с защитой от сухого хода и других нештатных ситуаций. Набор функций можно изучить в инструкции. Если отсутствует какая-либо защита, нужно поставить УБЗ. Тем более его стоимость небольшая — от 20$.

УБЗ защитит от перепадов напряжения, перегрузки сети, но не от короткого замыкания, которое может «убить» не только электромотор, но и УПП, реле установленные на линии. Чтобы этого не произошло, поставьте автоматический выключатель.

От коротких замыканий защитит только автомат

Выбирайте его по мощности насоса. Номинал автомата указывается в амперах. Чтобы свести ватты и амперы к единственной величине воспользуйтесь одной из двух формул:

для 220-вольтовой сети — I = P/U;
для 380-вольтовой — I = P/(U√3 cos φ).

I — номинальный ток (А);
P — нагрузка потребителя на сеть (Вт);
U — напряжение сети (В);
cos φ — коэффициент мощности (указывается в техническом паспорте).

Например, если у вас «однофазник» на 1,5 кВт, при включении к нему будет течь ток:

1500Вт / 220В = 6,8А.

Для удобства можете воспользоваться таблицей подбора автоматов

В данном случае лучше поставить автомат на 8А, чем на 6А. Если Вы поставите более слабый автомат, от нагревания будет срабатывать термомагнитный расцепитель.

Стоит такой автомат 3-7$. Учитывая, что он защищает электротехники, как минимум, на сотню долларов, это — выгодное вложение.

Вы защитите водоснабжение от короткого замыкания, но что если случится утечка тока? Автомат от нее не защищает, а УБЗ ее банально не увидит. Значит, нужно поставить УЗО.

УЗО для защиты Вашего кошелька

Утечки тока случаются из ряда причин:

Неправильно подобран кабель. Подключать нужно специальным глубинным полиэтиленовым кабелем. Если вместо него кинуть кабель из ПВХ, изоляция продержится год или два, но потом разгерметизируется и оголенный провод окажется в воде;
Некачественный монтаж, например, в месте удлинения провод потеряет герметичность и на оголенный участок попадет жидкость;
Разгерметизация корпуса из-за механических повреждений, плохой сборки и т.д. Из-за этого вода попадет на токоведущие части и случится утечка.

Чем она опасна? На первый взгляд, ничем, так как само водоснабжение заземлено. Техника не испортится и Вас не ударит током. Но, из-за аварии электричество будет уходить в землю, что проявится в платежках. Притом, Вы сами можете не знать в чем причина, но платить будете в разы больше. Чтобы не рисковать, застрахуйте кошелек и поставьте УЗО. Оно стоит всего 10$. Если не поставите, в случае аварии будете терять 20-30$ каждый месяц.

Предположим, что у Вас кабель подобран правильно, монтаж сделан идеально, а насос собирали под микроскопом дюжина ученых, тогда не ставьте УЗО — оно Вам не понадобится. Во всяком случае, никакие нормы не говорят о том, что там необходимо УЗО. Это прежде всего страховка, и ставить его или нет — решайте сами.

Если Вы решили ставить и УЗО, и автомат, установите лучше дифавтомат. По сути, это два устройства в одном корпусе — защищает одновременно от коротких замыканий и утечек. По цене выйдет то же самое, но проще монтируется и занимает меньше места в щитке.

Дифавтомат безопасно расцепит фазу в случае аварии. Но, не стоит забывать о безопасном включении и выключении и в базовом режиме. В этом Вам поможет контактор.

Для какого насоса нужен контактор?

В бытовых скважинах применяются маломощные аналоги и контакторы на них не ставят. Насос подключается напрямую к реле давления, а оно уже коммутирует цепь.

Что будет, если соединить линию на высокой нагрузке, с учетом пусковых токов, скажем так, 3-4 кВт? Контактная поверхность перегреется и начнет оплавлять корпус. Хуже, если возникнет электрическая дуга. История закончится коротким замыкание и пожаром.

При номинальной мощности 2 кВт или больше, подключать напрямую — опасно!

Контактная поверхность реле не рассчитана на высокую нагрузку. Установите контактор — это простое устройство, работающее по такому принципу:

Реле подает слаботочный сигнал на контактор;
Контактор коммутирует цепь с высокой нагрузкой;
При повторном сигнале, разрывает цепь.

Контактор гасит электрическую дугу и берет на себя нагрузку при коммутации цепи. Даже если номинальная мощность всего 1 кВт, постоянная нагрузка при включениях увеличит износ расцепителя в реле. Чтобы этого не произошло, поставьте минимальный контактор (пускатель) на 6А. Подойдет даже самый дешевый стоимостью в пару долларов. Подобрать можно там же — в АксиомПлюс.

Что будет, если не защитить систему подачи воды?

Чтобы водоснабжение дома было бесперебойным и эффективным, ему все же нужна защита. Бесспорно, насос — главный элемент в системе, но каким бы дорогим и качественным он не был, его ничего не спасет от короткого замыкания.

Аварии случаются не только под водой, но и в погружном кабеле и даже сети дома. Сложно предугадать, что сломается первым. Чтобы не играть в лотерею, лучше защититесь от всего и сразу.

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.

Есть множество причин для включения бытовых насосов через устройство плавного пуска.

Обычно погружной или поверхностный насос подключают через электромеханическое или электронное реле, блок автоматики или магнитный пускатель. Во всех перечисленных случаях сетевое напряжение подаётся на насос путем замыкания контактов, то есть через прямое подключение. Это означает, что на обмотки статора электродвигателя мы подаём полное сетевое напряжение, а ротор в это время ещё не вращается. Это приводит к появлению мгновенного мощного вращательного момента на роторе электродвигателя насоса.

Читайте также: Петуния дэдди орхид фото

Такая схема подключения характеризуется следующими явлениями при запуске насоса:

Скачки тока через статор (соответственно, и через подводящие провода), так как ротор короткозамкнутый.
В упрощённом понимании мы имеем короткое замыкание на вторичной обмотке трансформатора. По нашему опыту, в зависимости от насоса, производителя и нагрузки на валу, импульсный пусковой ток может превышать рабочий ток от 4 до 8, а на отдельных экземплярах и до 12 раз.

Резкое появление вращающего момента на валу.
Это оказывает негативное воздействие на пусковую и рабочую обмотки статора, подшипники, керамические и резиновые уплотнители, существенно увеличивая их износ и уменьшая ресурс службы.

Появление резкого вращающего момента на валу приводит к резкому повороту корпуса скважинного насоса относительно трубопроводной системы.
Мы неоднократно бывали свидетелями того, как из-за этого скважинный насос отсоединялся от трубопроводов и падал в скважину. В случае насосной станции на базе поверхностного насоса, установленного на платформу гидроаккумулятора, это приводит к разбалтыванию крепёжных гаек и разрушению сварных точек и швов гидроаккумулятора. Также при прямом включении насоса сокращается срок службы водопроводной и запорной арматуры, особенно в местах их соединения.

Принято считать, что гидроаккумулятор убирает гидроудары в системе водоснабжения.
Это действительно так, но гидроудары исчезают в трубопроводах только начиная от места подключения гидроаккумулятора. В промежутке между насосом и гидроаккумулятором при прямом подключении насоса гидроудар остаётся. В итоге на промежутке от насоса до гидроаккумулятора мы имеем все последствия гидроудара на все части насоса и на трубопроводную систему.

В системах фильтрации воды гидроудары, возникающие при прямом подключении насоса, значительно сокращают срок службы фильтрующих элементов.

Если локальная электросеть слабая, то о запуске насоса мощностью более 1кВт при прямом подключении узнают и Ваши соседи по резкому спаду напряжения в сети в момент включения насоса.
Если локальная сеть КРАЙНЕ СЛАБА, и Ваш сосед тоже получает удовольствие от жизни, подключив к сети все доступные электрические приборы, то скважинный насос, погружённый на большую глубину, может и не запуститься. Такой скачок напряжения может вывести из строя электронные приборы, подключённые в сеть. Известны случаи, когда при запуске насоса выходил из строя напичканный электроникой дорогостоящий холодильник.

Чем чаще включается насос, тем меньше его ресурс службы.
Частые запуски через прямое подключение приводят к выходу из строя пластмассовых муфт скважинных насосов, соединяющих электродвигатель с насосной частью.

Мы с Вами прошлись по проблемам, которые возникают при запуске насоса без устройства плавного пуска (УПП).

Необходимо отметить, что и при выключении насоса без УПП с прямой схемой подключенияесть негативные моменты:

При выключении насоса также происходит гидроудар в системе, но теперь уже по причине резкого снижения вращающего момента на валу насоса, что равносильно созданию мгновенного разряжения.

Резкое снижение вращающего момента на валу насоса также приводит к повороту корпуса насоса, но в противоположную сторону.
Вспомним о трубопроводах и резьбовых соединениях насоса.

В обычных бытовых насосах электродвигатели являются асинхронными и имеют явно выраженный индуктивный характер.
Если мы резко прерываем подачу тока через индуктивную нагрузку, то происходит резкий скачок напряжения на этой нагрузке по причине непрерывности тока. Да, мы размыкаем контакт, и всё высокое напряжение должно остаться на стороне насоса. Но при любом механическом размыкании контакта присутствует так называемый «дребезг контактов», и импульсы высокого напряжения попадают в сеть, а значит попадают и в приборы, подключенные в это время к сети.

Таким образом, при прямом подключении насоса происходит повышенный износ механических и электрических частей насоса (как при запуске, так и при отключении). Также страдают приборы, включенную в эту же сеть, и уменьшается ресурс работы систем фильтрации и водопроводной арматуры.

PDF. Инструкция на устройство плавного пуска насоса «EXTRA Акваконтроль УПП-2,2С»
JPG. Схема подключения УПП-2,2С после механического реле типа РДМ
JPG. Схема управления УПП-2,2С с помощью сигнального кабеля