Погружной датчик сухого хода. Как правильно обустроить защиту от сухого хода для насосной станции. Когда оно эффективно
Сухой ход насоса – это работа агрегата при отсутствии требуемого количества перекачиваемой жидкости. Если вода или другая жидкость заканчивается, то срабатывает защита насоса от сухого хода. Она может быть представлена в виде нескольких разных устройств, самым распространенным из которых считается реле сухого хода для насоса.
Датчик сухого хода для насоса – принцип работы и устройство
Существует несколько наиболее распространенных устройств, главная задача которых заключается в защите насосов от работы на сухом ходу. К ним относится:
- Реле защиты сухого хода;
- Датчик контроля объема перекачиваемой жидкости;
- Датчик количества воды – поплавок.
Каждый из перечисленных приборов применяется в различных насосах с разными задачами и функциями. Наиболее часто используемым при производстве насосов является реле защиты сухого хода. Оно обладает достаточно простой конструкцией, однако показывает высокую эффективность при работе центробежных, вихревых и других типов оборудования.
Реле представляет собой простой электромеханический прибор, призванный контролировать давление внутри трубопровода. Как только давление становится меньше минимально допустимых пределов, электрическая цепь мгновенно разомкнется и агрегат выключиться.
В устройство реле входит реагирующая на колебания давления чувствительная мембрана и группа контактов, которая в нормальном состоянии находится в разомкнутом положении. С палением давления мембрана начинает давить на контакты, что приводит к их замыканию и прекращению подачи электроэнергии к мотору насоса.
Каждый датчик сухого хода для насоса рассчитан на работу в среде с определенным давлением. В зависимости от установок завода-изготовителя, оборудование может работать в границах от 0,1 до 0,6 атмосфер. Как правило, реле устанавливается на поверхности вне корпуса насоса, однако есть устройства, вмонтированные внутрь прибора.
Установка защитного реле в систему с гидроаккумулятором – стоит ли рисковать?
Защитное реле будет нормально функционировать с любым трубопроводом, в конструкции которого отсутствует гидроаккумулятор. С другой стороны можно ставить реле и в паре с гидроаккумулятором, однако такой монтаж не даст полноценной защиты от работы на сухом ходу.
Причина этому кроется в принципе работы и особенностях строения датчика: защитное реле следует монтировать перед гидравлическим аккумулятором и реле давления жидкости. При этом между защитным устройством и перекачивающим агрегатом устанавливается клапан сухого хода.
В таком случае мембрана реле будет находиться под воздействием постоянного давления, создаваемого гидроаккумулятором. Это довольно типичная схема, но в большинстве случаев она не способна помочь в защите насоса. Например, рассмотрим такой случай: при включенном насосе, который выкачивает жидкость из практически пустой емкости, остатки жидкости остались в гидроаккумуляторе. Так как нижний порог давления выставлен производителем в границах 0,1 атмосфер, то фактически давление есть, но насос будет работать вхолостую.
В результате этого мотор насоса прекратит свою работу лишь в тех случаях, когда гидроаккумулятор станет полностью пустым, или когда сам двигатель перегорит. Как вывод, можно сказать, что системы с гидроаккумуляторами лучше снабжать другими защитными устройствами.
Как подключить датчик сухого хода – правильный порядок действий
Подключение реле сможет выполнить каждый, кто имеет малейшее понятие в работе электрических приборов. В первую очередь потребуется снять защитную крышку устройства. Под ней находятся 4 контакта – два на вход и два на выход. Схема подключения на вход «L1» и «L2» и на выход «M» непосредственно насоса представлена на изображении ниже:
Следует помнить, что сечение проводов, питающих насос, должно соответствовать мощности агрегата. Розетка обязательно должна иметь заземление.
Настройка подключенного защитного реле
Реле сухого хода для насосной станции или бытового насоса нужно не только подключить, но и правильно настроить. Под этим следует понимать регулировку зависимости и жесткости между включенными контактами и площадкой, которая поддается воздействию рабочего давления. Отрегулировать эти характеристики можно за счет изменения жесткости пружины, которую нужно ослабить или сжать путем поворачивания гаек. Ниже в качестве примера представлено расположение этих гаек в реле РДМ-5. Большинство других современных защитных устройств обладают схожей конструкцией, и регулировочные гайки на них расположены таким же образом.
По заводским настройкам минимальное давление для срабатывания реле составляет 1,4 атм. Максимальное давление, при этом, равно 2,8 атмосферы. Если требуется изменить порог минимального давления, то для этого гайку «2» нужно закрутить по часовой стрелке. При этом будет увеличиваться и верхний порог давления. Разница между ними всегда будет составлять 1,4 атмосфер.
Если требуется настроить разницу между нижним и верхним порогом давления, то для этого необходимо покрутить гайку «1». При вращении ее по часовой стрелке это значение будет увеличиваться, а против часовой стрелки – уменьшаться.
Защитные реле LP 3 – описание и характеристики
Устройство этой модели типа hydrostop используются в системах водоснабжения, и предназначается для отключения скважинных и поверхностных насосов в автоматическом режиме. Отключение приборов осуществляется открыто сразу же после падения уровня жидкости ниже допустимых пределов. К основным техническим характеристикам реле относится:
- Максимальный уровень коммутируемого тока – 16 А;
- Диапазон температур перекачиваемой воды – от 1 до 40 °C;
- Диапазон давлений при работе – от 0,5 до 2,8 атмосфер;
- Электрическая защита класса IP44.
На эту модель реле типа производитель предоставляет гарантию сроком на 1 год. Устройство показывает надежность и эффективную защиту насосов при эксплуатации.
Что такое «сухой ход» насоса? Это - аварийный режим работы, при котором электродвигатель вращается, но вода в помпу не попадает либо поступает в недостаточном количестве. Конструкция насоса такова, что роль смазывающей и охлаждающей жидкости в нём играет перекачиваемая среда. Нет охлаждения и смазки - электрические компоненты двигателя перегреваются, движущиеся детали подвергаются повышенному износу. Без воды работающая помпа может выйти из строя уже через несколько минут, поломка будет весьма дорогостоящей в ремонте. Чтобы исключить возможность функционирования в аварийном режиме, нужна защита скважинного насоса от сухого хода.
Для погружных насосов сухой ход обусловлен отсутствием или недостаточным количеством воды на уровне водозаборных отверстий помпы в скважине или колодце. Перечислим причины, которые могут его вызвать:
- Падение уровня воды ниже критического в результате неправильного выбора высоты подвеса помпы в рабочей колонне. Не был проведен соответствующий расчёт динамического уровня либо неверно измерен дебит скважины. При активном водоразборе помпа начинает «подхватывать» воздух.
Погружной насос должен размещаться ниже динамического уровня воды
- Деградация ранее нормально функционировавшей скважины, вследствие чего снизилось количество воды, которое она может выдать (упал дебит источника).
Если источник не пересох полностью, уровень воды временно падает, потом восстанавливается и не всегда хозяева могут заметить, что оборудование периодически работает в аварийном режиме.
Если скважина или колодец неглубоки (до 10 м), для подачи воды может использоваться поверхностная помпа. В этом случае сухой ход может возникнуть не только из-за падения уровня воды. Причиной могут послужить негерметичность всасывающего патрубка либо его засор.
Защита оборудования и финансовые расходы
Немного про деньги:
- Скважинный вибрационный насос «Ручеёк» или его аналог стоит около 3000 рублей. Примерно в ту же сумму обойдётся его защита от сухого хода, если все работы по установке и подключению вы выполните самостоятельно. Есть ли смысл вкладываться в дополнительное оборудование при столь дешёвой помпе?
Отечественный «Ручеёк» дёшев, так что тратиться на его защиту едва ли стоит
- Дорогие скважинные насосы изначально оснащены защитой, причём зачастую многофункциональной. К примеру, на всех моделях Grundfos имеется защита не только от сухого хода, но и от перегрузки, перегрева, скачков напряжения в сети и реверса осевого смещения. В стоимость качественного оборудования от хорошего производителя входит необходимая автоматика для предупреждения его работы в аварийном режиме. Отдельно о защите беспокоиться нет необходимости, при монтаже на расчётную глубину дополнительные датчики не нужны - «всё включено».
Качественное оборудование уже укомплектовано необходимой автоматикой, в дополнительной защите не нуждается
- Оборудование средней ценовой категории также может быть защищено от работы без воды. Датчики сухого хода могут располагаться внутри корпуса или быть выносными. Для колодцев это не имеет значения, а для узкой скважины предпочтителен встроенный вариант, меньше опасность повреждения. Что касается нижней ценовой категории, здесь необходимо внимательно изучать комплектацию, читать паспорт изделия. Чем дешевле насос, тем выше шанс, что защита в нём будет отсутствовать. Для многих моделей она поставляется опционально. В любом случае перед покупкой необходимо точно выяснить у продавца, есть ли в конкретной модели защита от сухого хода. Если нет, добавьте к стоимости дешёвой помпы цену дополнительного оборудования и его монтажа - получите сумму реальных расходов.
- Большинство комплектных водопроводных станций, где используется поверхностный насос, имеет защитную автоматику. Однако и здесь следует интересоваться комплектацией конкретной модели.
Когда требуется защита скважинного насоса от сухого хода
Никаких нормативных требований для частных застройщиков по поводу защиты оборудования для индивидуального водоснабжения нет. Ваше личное дело, тратить ли на это деньги.
Тем, кто может это себе позволить, рекомендуем приобрести качественное оборудование, изначально оснащённое всей необходимой автоматикой. Поручить монтаж грамотным инсталляторам и в дальнейшем спать спокойно, не сталкиваясь ни с какими проблемами.
Тем же, кто вынужден экономить, предлагаем подойти к вопросу рационально. Всегда ли нужна дополнительная защита скважинного насоса, не оснащённого ей изначально?
На наш взгляд, на даче, где помпа используется для полива и умывания в ручном режиме и хозяева всегда имеют возможность заметить, что вода перестала поступать из трубы или шланга, защита скважинных насосов не является строго обязательной функцией. Электропитание можно отключить, выдернув вилку из розетки. Не очень удобно, зато бесплатно.
Иное дело, если водопровод функционирует в автоматическом режиме. Включается автополив сада, когда хозяев нет дома, наполняется большая ванна, работает стиральная или посудомоечная машина в то время, когда все члены семьи смотрят телевизор. Тем, кто хочет иметь комфортабельный жилой дом и не иметь проблем с водоснабжением, советуем не экономить и защиту установить.
Дорогостоящее инженерное оборудование полноценного индивидуального жилого дома необходимо защищать от работы в аварийных режимах
Автоматика для защиты от сухого хода
Возможно, кто-то из наших читателей решит заняться подбором и установкой оборудования для водоснабжения самостоятельно. Защита скважинного насоса от сухого хода своими руками может быть выполнена с применением различных технических решений. Защита обеспечивается датчиками (реле), отключающими электропитание до либо после возникновения аварийного режима. Давайте разберёмся, какие бывают датчики сухого хода, как они работают и каким образом устанавливаются:
Измерение уровня воды
Первая группа датчиков измеряет уровень воды в скважине или колодце:
- Реле давления, измеряющее динамику изменения уровня воды в скважине. В его состав входит два датчика, расположенных на разных уровнях. Один отслеживает минимально возможный для функционирования помпы уровень воды и отключает электропитание при его понижении. Другой расположен на уровне, гарантирующем стабильное поступление воды в водозаборное отверстие. Когда вода поднимается до этой отметки, помпа автоматически включается.
Электрическая схема работы реле защиты от сухого хода, сигналы поступают от двух датчиков, расположенных в рабочей колонне скважины
- Поплавковый датчик, измеряющий уровень воды в колодце. Датчик располагается в герметичном воздухонаполненном кожухе (поплавке), закреплён на корпусе погружного насоса. Он плавает в толще воды выше водозаборного отверстия. При снижении уровня воды опускается. Когда отметка преодолевает нижний допустимый предел, давление воды на поплавок исчезает, реле размыкает электрическую цепь. Если в состав оборудования не входит дополнительная автоматика, помпу с поплавковой защитой после её срабатывания приходится включать вручную.
На современных скважинных насосах поплавковые выключатели практически не встречаются: в узкой обсадной трубе просто нет места для поплавка. Зато погружные помпы для колодцев, где нет ограничения по габаритам, очень часто оснащаются поплавковыми датчиками
Датчики и реле, измеряющие уровень воды непосредственно в скважине и колодце, хороши тем, что отключение насоса происходит ещё до критического падения уровня воды. Таким образом, сухой ход полностью исключён и оборудование всегда работает в штатном режиме.
Датчики давления и потока
Датчики, реагирующие на характеристики потока, создаваемого помпой, уступают системе контроля по уровню воды в плане оперативности. Датчики потока и давления отключают насос уже после того, как прокачка воды остановилась. Правда, период работы в аварийном режиме недолог. Тем не менее это не лучшее решение. Зато такая защита насосов для скважин дешевле, к тому же их установка, ремонт и замена, если такая необходимость возникнет, происходит проще.
- Датчик давления, устанавливаемый на выходном патрубке (подающей трубе) после насоса. В общем случае датчик настраивается на значение в 0,5 бар, меньшее давление при работающем двигателе помпы считается критическим. Если значение давления опускается ниже - электрическая цепь размыкается. Для управления помпой (включения-выключения) в паре с гидроаккумулятором в любом случае необходимо устанавливать реле давления. Зачастую реле давления совмещается с датчиком защиты в одном устройстве, что удешевляет автоматику.
Датчики давления для включения насоса и защиты его от сухого хода подключаются к выходному патрубку и питающей электродвигатель цепи последовательно
Датчик давления имеет настраиваемую пружинную конструкцию
- Датчик потока, также размещается на выходном патрубке. Скорость потока воды при работающей помпе падает ниже допустимой - она отключается.
Датчик потока определяет скорость движения воды по изгибу мембраны (пластины)
Датчики давления и потока устанавливают не в скважине, а перед входом в гидроаккумулятор. Могут использоваться как с погружными, так и с поверхностыми насосами.
Защита от сухого хода по электрическим параметрам насоса
Перечисленные выше датчики и реле должны непосредственно контактировать с перекачиваемой средой. Существует техническое решение, при котором нет нужды монтировать измерительные приборы в рабочую колонну либо устанавливать их в трубопровод. Такая защита насосов для скважин основана на считывании электрических параметров двигателя помпы. Когда во всасывающее отверстие поступает жидкость, электродвигатель работает в штатном режиме и его коэффициент мощности cos φ стремится к номинальному значению 0,7…0,8. Вода перестаёт поступать, прокачка прекращается - cos φ падает до уровня 0,25…0,4.
График изменения cos φ в зависимости от режима работы помпы
Специальное реле контроля на основании параметров напряжения и силы тока вычисляет коэффициент мощности электродвигателя и производит его отключение в случае падения значения cos φ ниже критического. В зависимости от мощности двигателя помпы и модели реле, автоматику подключают напрямую либо через трансформатор. Надёжность этого способа защиты довольно высока, но не все специалисты считают её 100%-й.
Реле коэффициента мощности электродвигателя TELE G2CU400V10AL10 может использоваться как в однофазных, так и в трёхфазных сетях
Как правильно выбрать защиту от сухого хода, какой датчик или реле установить? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Каждое из технических решений имеет свои плюсы и минусы. Следует учитывать глубину скважины, параметры насоса, наличие гидроаккумулятора, тип автоматики управления, совместимость оборудования. Возможно и даже желательно дублирование в одной системе функции защиты от сухого хода различными приборами при условии, что они построены на различных принципах измерения параметров.
Видео: 100% защита насоса от сухого хода
Видео будет полезно тем, кто планирует устанавливать оборудование для водоснабжения самостоятельно.
Если вы не готовы сами углублённо изучать особенности индивидуального водоснабжения, рекомендуем расчёт необходимых параметров оборудования, его подбор и монтаж доверить специалистам. В этом случае можно быть уверенным, что защита скважины и дорогостоящей техники выполнена на должном уровне.
Насосное оборудование, обслуживающее трубопроводные системы, по которым транспортируется жидкая среда, особенно нуждается в защите в тот момент, когда падает давление жидкости или она вообще перестает поступать. Для обеспечения такой защиты в ситуациях, когда в насос не подается перекачиваемая им жидкость, его оснащают автоматическими датчиками – реле сухого хода. Для насосной станции могут использоваться различные типы таких устройств.
Почему насосное оборудование надо защищать от сухого хода
Из какого бы источника ни перекачивал воду электронасос, это оборудование может оказаться в ситуации, когда жидкость перестанет в него поступать. Именно такие ситуации приводят к тому, что насосная станция начинает работать на холостом (или, как чаще говорят, на сухом) ходу. Негативным последствием работы насоса в таком режиме является даже не бесполезная трата электроэнергии, а интенсивный нагрев оборудования, что в итоге приводит к деформации элементов его конструкции и быстрому выходу из строя. Вода одновременно выступает в роли смазывающей и охлаждающей жидкости, поэтому ее наличие внутри насоса просто необходимо.
По указанной причине наличие реле, обеспечивающего защиту от сухого хода скважинного насоса (или циркуляционного), является практически обязательным. Большинство современных моделей насосного оборудования имеет встроенные реле. Однако стоят подобные насосы очень дорого. По этой причине пользователи часто приобретают реле, защищающие от сухого хода, отдельно.
Основные средства защиты
Чтобы обеспечить защиту насоса от сухого или холостого хода, используют устройства различного типа, основная задача которых состоит в том, чтобы прекратить функционирование оборудования в тот момент, когда в него перестает поступать вода. Сюда, в частности, относятся:
- реле защиты насоса от сухого хода;
- датчик потока воды;
- реле давления с опцией защиты по сухому ходу;
- датчики, контролирующие уровень жидкости в источнике водоснабжения, в качестве которых могут применяться поплавковые выключатели или реле контроля уровня.
Различия между собой всех вышеперечисленных устройств заключаются как в их конструктивном исполнении и принципе действия, так и в сферах их применения. Чтобы понять, в каких ситуациях применение того или иного типа реле, защищающего насосное оборудование от сухого хода, наиболее целесообразно, следует познакомиться с каждым из них более подробно.
Характеристики реле защиты насоса от сухого хода
Датчик сухого хода для насоса относится к устройствам электромеханического типа, контролирующим, есть ли в системе, по которой транспортируется вода, давление. Если уровень давления оказывается ниже нормативного порога, такое реле автоматически останавливает работу насосного оборудования, размыкая цепь его электрического питания.
Реле сухого хода для насоса состоит из:
- мембраны, являющейся одной из стенок внутренней камеры датчика;
- контактной группы, обеспечивающей смыкание и размыкание цепи, по которой электрический ток поступает к двигателю насоса;
- пружины (степенью ее сжатия регулируется давление, при котором реле будет срабатывать).
Основные элементы реле «сухого хода»
Принцип, по которому работает такое реле защиты от сухого хода, заключается в следующем.
- Под давлением потока воды в системе, если его уровень соответствует нормативному значению, мембрана устройства выгибается, воздействует на контакты и замыкает их. Электрический ток в таком случае поступает на двигатель насоса, и последний работает в штатном режиме.
- Если напора воды недостаточно или она вообще не поступает в систему, мембрана возвращается в свое исходное состояние, размыкая цепь электрического питания насосной установки и, соответственно, отключая ее.
Ситуации, когда давление жидкости в системах водоснабжения резко снижается (а значит, насосу требуется защита от сухого хода), вызываются разными причинами. Среди таких причин можно назвать истощение естественного источника воды, засорение фильтров, слишком высокое расположение самовсасывающей части системы и др.
Реле защиты от сухого хода насоса обычно устанавливают на поверхности земли, в сухом месте, хотя есть модели, выполненные во влагозащитном корпусе, которые можно монтировать вместе с насосным оборудованием в скважине.
Более эффективно реле, предотвращающие сухой ход насоса, работают в тех случаях, когда их устанавливают в не оснащенных гидроаккумулятором системах, которые обслуживает поверхностный циркуляционный насос. Установить такое реле в системе с гидроаккумулятором, конечно, можно, но в этом случае оно не сможет обеспечить стопроцентную защиту насосной установки от сухого хода. Схема подключения реле при этом выглядит следующим образом: располагают его перед датчиком давления воды и гидроаккумулятором, а сразу после насосной станции устанавливают обратный клапан, не дающий воде двигаться в обратном направлении. При таком подключении мембрана реле сухого хода постоянно находится под давлением воды, создаваемым гидроаккумулятором. Это может привести к тому, что насос, в который не будет поступать вода из источника, просто не отключится.
Эффективная защита насоса от сухого хода в тех случаях, когда он обслуживает системы, в которых установлен гидроаккумулятор, также возможна, но для решения этой задачи применяются устройства других типов.
Датчики, обеспечивающие контроль потока воды
В ситуациях, когда возникает такое нежелательное явление, как сухой ход, поток жидкости, который поступает в насос, либо обладает недостаточным давлением, либо отсутствует вовсе. Для того чтобы контролировать наличие потока и его рабочие параметры, применяют специальные устройства, которые называются датчиками протока воды. По конструктивному исполнению и принципу работы они могут быть электромеханическими (датчики) либо электронными (контроллеры).
Реле или датчики протока водыВыделяют две разновидности электромеханических датчиков потока воды:
- лепестковые;
- турбинные.
Основным рабочим элементом датчиков первого типа является гибкая пластина, установленная в их внутренней полости, имеющей цилиндрическое поперечное сечение. В том случае, если поток жидкости в системе присутствует и обладает достаточным давлением, такая пластина, оснащенная магнитным элементом, максимально приближена к переключателю герконового типа, а его контакты находятся в сомкнутом состоянии. Если же давление потока жидкости снижается или он исчезает вообще, гибкая пластина отходит от переключателя, его контакты размыкаются, что приводит к выключению насосной установки.
Датчики протока турбинного типа отличаются более сложной конструкцией. Ее основой является небольшая турбина, в роторной части которой установлен электромагнит. Принцип работы такого датчика, который также способен обеспечить защиту насоса от холостого хода, заключается в следующем. Поток жидкости вращает турбину, в роторе которой создается электромагнитное поле, преобразуемое затем в электромагнитные импульсы, считываемые специальным датчиком. Решение о том, включить или выключить насосное оборудование, обслуживающее систему, датчик принимает в зависимости от того, какое количество импульсов в единицу времени ему посылает турбина.
Датчик автоматического управления насосом «Турби»
Электронные контроллеры потока водыЕще более сложной конструкцией отличаются электронные контроллеры протока воды, которые совмещают в себе функции и реле давления, и устройства, обеспечивающего защиту насосного оборудования от сухого хода. Такие контроллеры, называемые также электронными реле давления, хотя и стоят недешево, заменяют сразу несколько контрольных и управляющих устройств. Установленные в системах водоснабжения, электронные реле давления не только обеспечивают защиту насосной системы от сухого хода, но и позволяют контролировать давление и параметры потока жидкости. Когда такие параметры работы системы не соответствуют нормативным значениям, электронный датчик автоматически отключает насосное оборудование.
Если для обслуживания водопроводных систем применяется насос с небольшим запасом напора, то их можно оснащать только электронным реле. Когда же в системе используется насос с большим запасом по создаваемому им напору, необходимы гидроаккумулятор и отдельный датчик давления, так как электронное реле не регулируется по предельному давлению отключения насосной установки. Использование только электронного реле в таких случаях может привести к тому, что при создании избыточного давления в системе насосная станция просто не отключится.
Датчики, контролирующие уровень воды в системе
Не допустить возникновения ситуаций, когда насос водопроводной системы работает на холостом ходу, способны и датчики контроля уровня воды, которые устанавливаются преимущественно в источнике водоснабжения – скважине, колодце или емкости. Таким образом, посредством подобных устройств обеспечивается защита скважинного насоса от сухого хода (или насосной установки, перекачивающей воду из колодца). По конструкции датчики контроля уровня могут быть поплавковыми и электронными.
Поплавковые датчикиСреди поплавковых датчиков выделяют два основных вида. Одни из них контролируют заполнение емкостей водой, не допуская случаев ее перелива, а вторые, которые обеспечивают защиту помпы от сухого хода, регулируют опорожнение емкостей с водой, скважин и колодцев. Кроме того, есть комбинированные модели, которые в зависимости от схемы подключения к системе могут выполнять обе функции.
Принцип работы поплавкового реле контроля уровня воды достаточно прост. Пока в источнике водоснабжения есть жидкость, поплавок, соединенный с контактной группой, задран вверх. Процесс работы не будет прерываться, пока уровень воды в источнике не уменьшится до такой степени, что поплавок опустится и тем самым разомкнет контакты, через которые в фазный провод электродвигателя насоса поступает электрический ток.
Следует отметить, что защита насоса-помпы от сухого хода при помощи поплавкового датчика контроля уровня воды является наиболее доступным по стоимости и самым распространенным способом.Электронные реле
Электронные датчики контроля уровня воды способны одновременно решать две задачи: защищать насосное оборудование от сухого (холостого) хода при уменьшении уровня воды в источнике водоснабжения и не допускать случаи перелива жидкости при наполнении емкостей.
«Сухим» ходом насоса называют его работу вхолостую, когда вода по той или иной причине перестала на него поступать. То, что в таком случае происходит напрасная трата энергии – не самая главная проблема: намного более опасен перегрев и быстрый износ оборудования, ведь вода играет роль смазки и охладителя.
- Неправильно подобранное оборудование. Часто бывает так, что для оснащения скважины была выбрана слишком мощная модель насоса. Другой возможный вариант проблемы – аппарат был смонтирован выше, чем динамический уровень скважины.
- Линия откачивания засорилась.
- Трубопровод потерял герметичность.
- Снижение напора воды. Если работающий насос не защищен от сухого хода, он может быстро выйти из строя из-за перегрева.
- Вода перекачивается из бака. Когда вода в емкости иссякает, оборудование переходит на холостой ход.
Речь идет о контролирующем приборе, следящим за уровнем давление внутри водопровода. При его слишком низком падении происходит мгновенная остановка насоса путем размыкания питающей цепи.
В конструкцию защитного прибора входит:
- Мембрана. Эту роль выполняет стенка внутренней камеры реле.
- Контакты. Они замыкают или размыкают сеть питания насосного двигателя.
- Пружина. Уровень ее сжатия указывает границу срабатывания предохранителя (фабричные настройки находятся в пределах 0,1-0,6 атм.).
Чаще всего местом подключения реле является поверхность земли (место должно быть сухим). Однако в продаже встречаются также приборы в герметичном корпусе, которые устанавливаются вместе с насосом в скважину.
Реле защиты от сухого хода функционирует на следующих принципах:
- При нормальном давлении в системе происходит выгибание мембраны, и она замыкает контакты. Это позволяет электричеству беспрепятственно двигаться по цепи, обеспечивая нормальный режим работы насоса.
- В случае ослабления напора воды, или полного прекращения ее подачи, мембрана выпрямляется, размыкая при этом электрическую цепь. Как результат, насосная установка мгновенно останавливается: возобновление работы возможно только в ручном режиме, прежде заполнив аппарат водой.
Датчики давления характеризуются более широким диапазоном работы. Они способны реагировать на понижение давления от 1-го бара. Обычно таким образом комплектуются бытовые насосные установки центральных трубопроводов (конкретнее – системы тушения пожаров и подачи воды).
Датчик давления воды: манометр и реле давления
Чтобы защититься от холостой работы насоса, были разработаны также некоторые другие устройства:
- «Поплавок». Хороший вариант предохранения от холостого хода, когда вода перекачивается с другой емкости или колодца. Здесь отслеживается не давление, а уровень воды внутри контура. Одна из разновидностей поплавков реагирует только на уровень заполнения: размыкание контактов и остановка насоса происходит только после достижения назначенной границы заполнения. Откровенно говоря, такое приспособление скорее защищает от перелива, а не от сухого хода. Более подходящим вариантом являются поплавки, фиксирующие уровень опорожнения. В этом случае размыкание контакта происходит после опускания воды в емкости или колодце ниже определенного уровня, который ориентируется по месту монтажа поплавка. Недостатком такого решения является то, что скважина или трубопровод не всегда умещает такой датчик.
- Реле уровня. Более современной модификацией устройств, реагирующих на изменение уровня воды, являются электронные датчики. Ими оснащают ствол скважины или колодца в нескольких точках: когда вода опускается ниже контрольного устройства, находящегося сразу над точкой монтажа насоса, посылается команда на его остановку. После восстановления уровня воды происходит автоматический запуск оборудования. Такие приборы контроля сухого хода отличаются высокой надежностью: их нередко используют при откачивании воды из емкости. При этом установка самого реле уровня осуществляется внутри помещения.
- Датчик протока. Основной работы этого устройства является измерение потока воды через насос. В состав прибора входит клапан и переключатель. Клапан оснащен пружиной и магнитом на одной стороне. Водный напор приводит в движение лепестки клапана, что провоцирует сокращение спирали и активизацию магнита. Соединенные контакты обеспечивают приток электроэнергии, и насос запускается. Когда водный поток иссякает, происходит разжимание спирали и перемещение магнита в исходное положение. Как результат, контакты реле разъединяются, и двигатель останавливается.
При этом обычно наблюдается некоторая задержка в реагировании после прекращения потока, однако работоспособность насоса от этого особо не страдает. Как правило, датчики протока используются для защиты от сухого хода повышающего оборудования небольшой мощности. Основным их преимуществом являются компактные размеры и небольшой вес. Диапазон фиксируемого давление здесь – от 1,5 до 2,5 бар.
- Ими оснащаются однофазные аппараты для обеспечения защиты от холостого хода и управления: на это влияют параметры тока и мощность устройства. Популярность мини АКН объясняется их эффективностью, простотой установки, малым потреблением электроэнергии и надежностью.
Как выбрать реле защиты от сухого хода
Подбор оптимального вида защиты от сухого хода зависит от особенностей аппаратуры и характеристик колодца или скважины. В продаже представлены системы, разработанные под конкретное место установки насоса – колодец, централизованная магистраль, скважины с разной глубиной. Также многое зависит от производительности источника и мощности насоса. Заметное влияние на выбор защиты имеет специфика условий эксплуатации – диаметр шахты, место установки и технические параметры используемого насоса.
Для контроля работы насоса различные модели реле сухого хода могут ориентироваться на разные параметры – силу движения воды в трубы, ее уровень или давление. Если подходящий напор присутствует, аппарат включается. После его исчезновения или понижения ниже граничной черты происходит отключение станции. Важно понимать, что если привязка осуществлена к давлению, то могут возникать ситуации ложной тревоги : это когда вода после закачивания сразу же расходуется потребителем, из-за чего давление не сможет набирать нужные показатели. В таком случае реле будет отключать оборудование, хотя проблем с водозабором нет. Поэтому при покупке датчика важно учитывать максимально развиваемое насосом давление.
Выбор подходящей варианта защиты облегчит знание недостатков некоторых вышеперечисленных моделей:
- По давлению . Бывают ситуации, когда давление в контуре создается не водой, а сжатым воздухом. В таких условиях насос продолжает работать вхолостую до достижения давлением настроенного порога.
- Контакт с водой. Данные модели разработаны на определение, есть ли вода в системе. Однако если задвижку на линии насоса закрыть, он будет работать вхолостую, несмотря на заполненность водой. Поэтому лучше, если кранов на линии насоса вообще будет: если же они необходимы для проведения технического обслуживания насоса, рекомендуется использовать реле протока.
- По току потребления. Здесь принцип реагирования построен на большем потреблении энергии насосом, кода он работает вхолостую. Однако эти разновидности приборов имеют высокую стоимость, а разобраться в их настройках иногда не могут даже профессиональные сантехники.
- Реле протока. Является не эффективным при создании давления в системе самим насосом.
Чтобы реле сухого хода работало нормально, в сеть водопровода рекомендуется включить гидроаккумулятор (объем не важен). Если насос устанавливается в глубокой скважине, имеющей хороший дебит с неизменяющимся уровнем воды, или его эксплуатация проводится опытным пользователем, то реле сухого хода можно не применять.
Процесс установки реле сухого хода состоит из следующих этапов:
- Устанавливать датчик разрешается только на сети с реле давления, благодаря которому электрический насос сможет работать в автоматическом режиме. Устанавливается реле давления в строгом соответствии с сопроводительной инструкцией.
- Далее нужно определиться, где именно устанавливать реле сухого хода. Обычно его монтируют на напорную трубу, возле насосного выхода, сразу после реле давления.
- Участок водопровода, где будет проходить монтаж, освобождается от воды. Перед присоединением с прибора снимают крышку и выкручивают пластмассовый вкладыш. Далее, при помощи открывшегося патрубка, производят его соединение с нужным фитингом. Уплотнение резьбы проводится сантехническими лентами из фторопласта или льном, пропитанным специальными пастами.
- Коммутация приспособления производится последовательно в месте разрыва цепи питания (оно может подключаться в любом месте по отношению к датчику давления (до или после). Для ввода сетевого провода и провода управления имеются специальные клеммы. Перед началом монтажных работ сетевой кабель нужно вытащить из розетки.
Также Вы можете посмотреть видео о том, как подключить реле защиты от сухого хода к насосу:
Прибор устроен таким образом, что его настройка предусматривает изменения уровня связи между поверхностью, реагирующей на рабочее давление, и контактной группой, которая должна срабатывать. Для этих целей в реле имеются винты, которые либо сжимают, либо расслабляют пружины. Почти на всех моделях заводские настройки устанавливают нижнюю границу срабатывания 1,4 атм., верхнюю – 2,8 атм. Пользователь имеет возможность выбирать свои показатели. Для повышения нижней границы срабатывания регулировочный винт вращают справа налево, для понижения - наоборот.
Важно понимать, что при повышении нижнего предела происходит естественное увеличение верхнего (разница в 1,4 атм. сохраняется). Обязательным условием при настройке является установка предела отключения реле ниже, чем давление насоса. Если этот момент не учесть, насос вообще не будет реагировать на сухой ход, что послужит причиной его быстрого выхода из строя.
Другая регулировочная гайка позволяет изменять разницу между крайними границами реагирования прибора. Как уже говорилось, обычно фабричная настройка соответствует 1,4 атм. Путем закручивания гайки разницу можно увеличить вплоть до 2 атм. При этом происходит также изменение верхней границы отключения, что также следует участь при настройке. Очень важно, чтобы уровень наибольшего давления отключения не превысил значение, который может выдавать сам насос. Уменьшение нижнего уровня и разницы границ происходят в прямой противоположности – путем отвинчивания регулировочных гаек.
Также Вы можете посмотреть видео о том, как настроить реле защиты от сухого хода:
Предостережения:
- При заниженном пределе минимальной настройки может случиться так, что погрешность в 0,3 бар не позволит реле вовремя отключить напряжение.
- При завышенном пределе та же погрешность может спровоцировать активизацию защиты от сухого хода, и насос будет отключен без причины.
- При минимальном давлении сухого хода на запуск насоса придется уходит больше времени (придется сливать воду из гидроаккумулятора).
- Погрешность 0,2-0,3 бар может спровоцировать т.н. «откат» давления. В итоге при большом объеме потребления может наблюдаться резкое падение давления до 0,4 бар. Во избежание холостых отключений нужно понизить уровень давления холостого хода.
Рабочий процесс водяных насосов сопряжен с многочисленными угрозами для конструкции. К ним можно отнести загрязнения, перегревы двигателя, поломки из-за нарушений в подключениях и т.д. Но даже правильная организация эксплуатационного процесса в соответствии с инструкцией не гарантирует исключения косвенных угроз. Понижение уровня перекачиваемой воды ниже минимального значения может привести к не менее серьезным поломкам. Чтобы этого не произошло, производители рекомендуют использовать для насоса датчик сухого хода, который фиксирует критический уровень рабочей среды и принимает решение об отключении оборудования.
Общий принцип работы устройства
Большинство защитных устройств такого типа сопряжены с управляющей автоматикой. Контроллер фиксирует рабочие параметры для последующей коррекции объемов подачи, включения или отключения агрегата. В этом плане датчики сухого или холостого хода выступают лишь одним из сигнализаторов о состоянии рабочей среды. Определение нехватки воды может производиться разными способами в зависимости от используемого типа датчика сухого хода для насоса. Принцип работы устройств типа манометров, к примеру, базируется на фиксации уровня давления. При достижении порогового уровня детектор посылает сигнал контроллеру, который, в свою очередь, автоматически отключает перекачивающее оборудование. Причем датчик может продолжать свою работу в качестве манометра. И при восстановлении достаточного уровня давления он также через управляющий контроллер возобновляет функцию насоса. Опять же, признаки нехватки воды могут быть разными.
Мультифункциональные реле подключаются к нескольким типами детекторов, что повышает точность определения уровня обслуживаемой среды.
Классификации датчиков сухого хода
Простейшие системы такого вида обеспечивают защиту, руководствуясь показаниями механических сигнализаторов. Это модели поплавкового и проточного типа, которые напрямую конструкционно могут быть связаны с целевым оборудованием. Для эффективной работы подобных устройств не обязательно даже введение автоматики. Чаще всего механическая защита используется для скважинного насоса. Датчик сухого хода в этом случае должен определять даже не критический уровень нехватки перекачиваемой среды, а его приближение к месту забора. Например, оптимальная высота водного столба у насосов скважинного типа в среднем составляет 150-200 см, и понижение до 100 см будет критической точкой. Автоматические системы, как уже отмечалось выше, предполагают контроль посредством автоматики. Реле управления прекращает энергоснабжение, и оборудование останавливается. Но в обоих случаях принципы определения параметров водоснабжения могут быть разными.
Поплавковые датчики
Такие модели широко используются в оборудовании, которое перекачивает воду из колодцев, накопительных резервуаров или дренажных систем. Когда в месте забора уровень воды понижается, происходит замыкание, и датчик отключает питание. Это происходит параллельно с опусканием поплавкового детектора, соединенного с контактами в фазах системы энергоснабжения. Если речь идет о погружных системах, то датчик защиты насоса от сухого хода размещается над защитной решеткой патрубка или донным клапаном. Устройство может интегрироваться опционально, или же в базовом конструкционном исполнении входить в состав насоса.
Проточные реле с датчиками давления
В данном случае реализуется пресс-контроль. Штатный режим работы системы управления фиксирует температурный режим и показатели давления. Второй параметр рассматривается как целевое значение для определения рисков холостого хода. По умолчанию пресс-контроль устанавливается на нормативный показатель 1,5-2 атм. Это пороговый уровень, достижение которого включает или отключает систему в зависимости от динамики к повышению или понижению. Разумеется, пользователь может настраивать датчик сухого хода для насоса на другие пиковые значения, учитывая характеристики оборудования и условия водоснабжения в целом. Некоторые модели скважинных агрегатов с подобными контроллерами не предусматривают автоматическое включение. После остановки в рабочий режим их вводят только вручную, если уровень воды поднялся до приемлемой отметки.
Датчики уровня
Принцип работы электротехнических измерителей уровня жидкости наиболее распространен в промышленности. Подобные устройства применяют для точного контроля уровня технических сред в производственных емкостях, а в последнее время их стали использоваться и в сантехнике.
Как работает датчик сухого хода для насоса этого типа? В контрольное реле входит электронная плата и несколько электродов. Чувствительные элементы устанавливаются в разных точках резервуара, в котором происходит откачивание воды, и в процессе работы обмениваются друг с другом сигналами. Проводником для токов низкой частоты выступает жидкость, поэтому прекращение связи будет означать, что вода отсутствует на достаточном уровне. В момент прерывания сигнала происходит размыкание цепи, и электропитание отключается.
Что учесть в выборе датчика?
Кроме определения подходящего принципа действия устройства, важно учитывать условия, в которых оно будет использоваться. Сам управляющий блок может быть установлен в техническом помещении. Его не обязательно погружать в рабочую среду. Но датчик следует выбирать с акцентом на температурный диапазон и риски физического повреждения. Что касается первого параметра, то оптимальным считается спектр от -1 до 40 ºС. В случае с циркуляционными насосами может обслуживаться и горячая вода, поэтому верхняя температурная планка увеличивается до 70-90 ºС. С точки зрения рабочего процесса важен будет диапазон давлений, которые в принципе сможет контролировать датчик сухого хода для насоса в конкретной системе. Этот показатель в среднем варьируется от 0,5 до 3 атм, а некоторые версии достигают максимума и на уровне 10 атм. Также учитывается и класс защиты. Оптимальным решением для домашнего использования станет модель с маркировкой IP44.
Подключение реле сухого хода
Установка контрольной арматуры выполняется на этапе сборки насосной конструкции. В первую очередь, на всасывающую линию монтируется обратный клапан с фильтром, после чего можно приступать к интеграции защитного реле. Опять же, контроллер и датчики располагаются в разных точках. Главное - чтобы физически момент регистрации критического уровня опережал начало холостого хода.
Электротехническое подключение датчика сухого хода для насоса выполняется в следующей последовательности с питанием от 200 В: розетка - реле - манометр - двигатель. Контуры электропроводки обычно работают с силой тока порядка 10 А, при этом не стоит забывать о заземлении и установке стабилизирующего предохранителя.
Настройка контроллера
Электрическая цепь после установки будет представлять собой разомкнутое двухконтактное реле. В этом состоянии запускать работу насоса нельзя, поскольку он начнет функционировать на том же холостом ходу. Первоначально следует наполнить водой гидроаккумулятор, пока давление не достигнет оптимального уровня. На этот технологический период следует активировать датчик сухого хода для насоса. Принцип его действия на данном этапе настраивается на сервисный режим, при котором допускается холостой ход, но без аварийного сигнала с последующим отключением оборудования. Когда гидроаккумулятор будет способен поддерживать достаточное давление, реле с датчиком переводится в штатный режим эксплуатации. Но перед этим следует установить и пороговое значение давления, при котором электрическая цепь вновь разомкнется.
Производители насосных контроллеров
Высокотехнологичные реле с автоматикой и возможностью предотвращения сухого хода выпускают компании Sturm, Elitech, Metabo и т.д. Наиболее успешные разработки предлагают непосредственные изготовители насосов. К примеру, фирма Grundfos работает над совмещением централизованных панелей управления, в которые входит водоснабжающая арматура и многофункциональный пакет защитной автоматики. Преуспели в этом направлении и отечественные разработчики контроллеров. Датчик сухого хода насоса «Вихрь 68/4/4», к примеру, отличается поддержкой коммутирующего тока 12 А и максимальным давлением на 10 атм. К его особенностям можно отнести и высокий класс защиты - IP65. Достойные по цене и качеству предложения также выпускают компании «Беламос», «Джилекс» и «Зубр».
В каких случаях не стоит использовать защиту от сухого хода?
Далеко не всегда дополнительная нагрузка в виде датчиков себя оправдывает. Очевидно, что перекачивание воды из озера, водоема или пруда не предполагает рисков сухого хода. Другое дело, что к смещению уровня водозабора может привести изменение положения самого оборудования, но подобные проблемы должны решаться более надежной установкой. В скважинах с высоким дебитом также не рекомендуется использовать контроллер насоса. Датчик сухого хода в данном случае просто не будет срабатывать, напрасно расходуя энергию. По крайней мере, для скважин и колодцев можно установить сезонный график, когда риски резкого изменения уровня воды повышаются и понижаются. Соответственно, на эти периоды нужно настраивать и режим работы управляющего оборудования.
В заключение
Недооценивать последствия от холостого хода для насосного оборудования тоже не стоит. У некоторых моделей длительная работа в таком режиме даст о себе знать в виде поломок отдельных расходников, которые можно будет заменить с минимальными затратами. Но есть также целые группы агрегатов, напрямую зависящих от водоснабжения. В модификациях с роторными установками перекачиваемая жидкость может использоваться в качестве технической смазки или охлаждающей среды. Поэтому датчик сухого хода для насоса может предотвратить весьма существенную поломку двигателя. По этой же причине и сами производители в базовых комплектациях все чаще предусматривают наличие контролирующей аппаратуры. Более того, отказ от использования защитных устройств является условием потери гарантии, так как нарушается инструкция по эксплуатации оборудования. Эти нюансы следует учитывать еще при разработке схемы водозабора, оценивая возможности подключения наиболее эффективных средств контроля.
