Способы защиты насосов от «сухого хода»

Виды датчиков сухого хода и особенности их работы

Дорогостоящие модели насосов уже имеют встроенные датчики защиты от сухого хода. В частности, все насосы от производителя Grundfos уже изначально укомплектованы подобными датчиками. При эксплуатации более дешевых агрегатов датчик сухого хода для погружного насоса приходится устанавливать дополнительно. Попробуем разобраться в тонкостях устройства и работы датчиков сухого хода различных типов.

Всего существуют 3 категории датчиков: реле защиты, датчики уровня, датчики потока воды и ее давления.

Датчики уровня воды

Данная категория оборудования предназначена для измерения фактического уровня воды в колодце или водной скважине. Могут использоваться датчики двух типов:

1. Поплавковый выключатель. Схема подключения датчика сухого хода для насоса должна быть выстроена так, чтобы его контакты были включены в цепь питания двигателя помпы. Поплавок находится на плаву. Когда уровень воды падает, поплавок изменяет свое местоположение, его контакты автоматически размыкаются, в результате чего питание насоса отключается. Это наиболее простой вид защиты, отличающийся надежностью и простотой работы.

2. Датчик контроля уровня воды. Рассмотрим более подробно такой датчик сухого хода для насоса и его принцип работы. Это реле, состоящее из двух отдельных датчиков, опущенных на разную глубину. Один из них погружается до минимально возможного уровня функционирования насоса. Второй датчик размещается немного ниже. Когда оба датчика находятся под водой, между ними течет небольшой ток. Если водный уровень уменьшается ниже минимального значения, ток течь перестает, срабатывает датчик и размыкает цепь питания.

Датчик уровня для насоса

Датчики, осуществляющие контроль за уровнем воды, хороши тем, что позволяют отключать насос еще до того, как корпус агрегата окажется над поверхностью воды. Следовательно, оборудование надежно защищено от повреждения.

Реле защиты

Это электромеханическое приспособление, контролирующее давление воды, протекающей через насос. При падении давления цепь питания насоса размыкается. Реле защиты от сухого хода насоса состоит из мембраны, контактной группы и нескольких проводов.

Мембрана следит за давлением воды. В рабочем положении она разомкнута. Когда давление падает, мембрана сдавливает контакты реле. При замыкании контактов насос отключается. Мембрана срабатывает при давлении 0,1-0,6 атмосфер. Точное значение зависит от выставленных настроек. Падение давления до такого уровня свидетельствует о наличии таких проблем:

давление воды упало до минимального значения. Это может произойти по нескольким причинам. В том числе, потеря производительности самим насосом по причине выработки ресурса;
засорился насосный фильтр;
насос оказался выше уровня воды, в результате чего давление упало до нуля.

Реле защиты может быть вмонтировано в корпус насоса или устанавливаться на поверхности как отдельный элемент. Если система прокачки воды включает в себя гидроаккумулятор, то защитное реле устанавливается совместно с реле давления, перед гидроаккумулятором.

Установка реле защиты насоса от сухого хода при использовании гидроаккумулятора

Датчики потока и давления воды

Существует 2 вида датчиков, контролирующих прохождение рабочей среды через насосный агрегат и обеспечивающие защиту от сухого хода насоса. Это реле протока и контроллеры протока, которые и будут рассмотрены ниже.

1. Реле протока — это устройство электромеханического типа. Они бывают турбинные и лепестковые. Принцип их работы также различается:

В роторе турбинных реле имеется электромагнит, который вырабатывает электромагнитное поле при прохождении воды через турбину. Специальные датчики считывают вырабатываемые турбиной электрические импульсы. Когда импульсы пропадают, датчик отключает помпу от питания;
В лепестковых реле имеется гибкая пластина. Если вода в насос не поступает, пластина отклоняется от своего первоначального положения, в результате чего механические контакты реле размыкаются. При этом питание насоса прерывается. Этот вариант реле отличается простотой конструкции и доступной стоимостью.

Пример датчика потокаТакие блоки выключают насосное оборудование, если отсутствует поток воды и включают его, если давление в системе упало ниже заданного уровня

2. Контроллеры протока (блок автоматики, прессконтроль). Это электронные устройства, отслеживающие одновременно несколько важных параметров водного потока. Они контролируют давление воды, сигнализируют о прекращении ее поступления, автоматически включают и отключают насос. Многие устройства оборудованы обратными клапанами. Высокая надежность обусловила и высокую стоимость данных приборов.

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.

Датчики, обеспечивающие контроль потока воды

Реле протока – приборы контроля потока неагрессивных жидкостей через трубопровод.

Различают 2 вида:

Лепестковые. В рабочем режиме лепесток отклоняется потоком в сторону и замыкает контакты, при отсутствии жидкости приходит в исходное положение и размыкает цепь. Две разновидности лепестковых датчиков по способу подключения: врезные и устанавливаемые в тройник трубопровода.
Поршневые. Внутри них находится магнитный поршень. В рабочем состоянии поток смещает его, замыкается электрическая цепь. Если воды в системе нет, то поршень под воздействием силы тяжести опускается, контакты размыкаются.

Некоторые модели реле, реагирующих на поток, имеют встроенный обратный клапан.

Как правильно провести установку

Как уже было сказано выше, датчик сухого хода для насосной станции устанавливается в купе с реле давления и монтируется на подающем трубопроводе.

В первую очередь необходимо отметить, что весь монтажный процесс производится при пустом трубопроводе и насосной станции.
Само реле сухого хода надо включить в водопроводную трассу через фитинг, обычно это тройник

Монтаж необходимо провести по всем канонам сантехники, то есть, с полной герметизацией стыков.
Очень важно правильно провести электрическое соединение приборов. Как уже говорилось, в данной системе подключение должно быть последовательным

Кстати, на фото ниже это хорошо видно.
Остается только соединить через клеммную коробку (контактную группу) провода, которые обязательно проводятся через гермовводы. Понятно, что работать с электрической разводкой надо только при выключенном питании агрегата.

Схема электрического подключения реле сухого хода

Необходимо отметить, что показанная сверху схема не является стандартной. То есть, необязательно реле сухого хода устанавливать до реле давления. Эти приборы можно поменять местами. Главное условие – это последовательная установка обоих в электрической питающей цепи. Тем более, многие модели насосных станций уже на заводе комплектуются реле давления, которое устанавливают прямо на выходном подающем патрубке насосной установки.

Защита скважинного насоса от сухого хода

Этот прибор состоит из герметичного корпуса, в который помещён свободно перемещающийся стальной шарик и контакты-размыкатели тока. Датчик-поплавок подключается к разрыву питающей электроцепи, точно также, как и поверхностные модификации. Поплавок опускается в воду вместе с погружным насосом, с которым он соединён тросом.

Поскольку такой прибор легче воды, что можно уже понять из названия «поплавок», он всегда стремится всплыть, но тросик не даёт ему это сделать. Поэтому датчик пребывает под таким наклоном, что шарик давит на рычажок замыкателя электроконтактов.

В этом положении оборудование спокойно включается и функционирует. Но когда уровень воды опускается ниже расположения насоса, прибор свободно повисает на крепёжном тросике, и шарик перекатывается на другую сторону корпуса, освобождая подпружиненный рычажок. Контакт размыкается, и подача электричества к двигателю блокируется.

Кроме поплавковых реле, для скважинных модификаций насосов используются и обычные, поверхностные реле. Сравнительно недавно на рынке появились также электронные приборы, отслеживающие изменение уровня воды внутри скважины, и автоматически отключающие подачу электричества насосу.

Поплавковый выключатель

Поплавковый выключатель – это наиболее простой и дешевый способ защитить циркуляционный насос от перегрева и поломки при работе «всухую». Преимущество устройства заключается в том, что его можно использовать в качестве датчика уровня рабочей среды и как исполнительный элемент.

В одну емкость можно поместить несколько поплавковых выключателей, каждый из которых будет выполнять отдельную функцию по управлению основным или резервным помповым оборудованием.

Поплавковые датчики сухого хода бывают легкими и тяжелыми. Первые используются для подачи и отвода воды, вторые – в канализации и дренажных трубопроводах.

Поплавковый выключатель MS-1

Для корректной работы устройства необходим минимальный диаметр колодца – 40 см. Эта особенность не позволяет считать поплавковые выключатели универсальным средством защиты помпы от работы «всухую».

Защитное реле давления

Устройство представляет собой обычное реле давления, оснащенное дополнительной защитой от холостого хода при снижении давления ниже заводских установок.

Это реле давления управляет включением и отключением поверхностного или скважинного насоса, если схема трубопровода включает гидроаккумулятор или предусмотрено подключение к насосной станции автоматической. Реле срабатывает при 0,4-0,6 атмосфер. Этот параметр выставляется на заводе-изготовителе, и изменить его нельзя.

Если колебания давления внутри трубопроводной магистрали находятся в заданных пределах, то реле давления не срабатывает и помпа работает в штатном режиме. При падении давления до установленных величин, что случается при отсутствии воды, срабатывает датчик сухого хода, размыкаются контакты, питающие цепь, и устройство для напорного перемещения жидкости выключается.

Схема подключения к глубинному насосу реле давления воды

Процесс запуска помпы осуществляется только вручную посредством нажатия рычага. Перед этим определяют и устраняют причину остановки двигателя. Обязательное условие во время запуска – наполнение насоса водой.

Какое защитное устройство выбрать?

Выбор прибора по защите насоса от сухого хода обусловлен моделью самой помпы и задачами, с которыми ему нужно справиться. Оптимальным считается вариант, когда используют датчик сухого хода для насоса в виде поплавка и реле давления. Подсоединение к трубопроводу этих устройств позволит в полной мере сократить риски по поломке помпового оборудования.

Использование защитных элементов необязательно, если:

глубина скважины или емкости достаточно велика;
обслуживание перекачивающего агрегата осуществляется опытным мастером;
уровень воды в системе не меняется – подключаться с приборами защиты нет смысла.

Работа насоса требует повышенного внимания: как только пропадает вода или же срабатывает теплореле и отключается двигатель, следует немедленно выяснить причину и устранить ее, и только после этого возобновлять работу помпового агрегата.

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.

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.

Реле нового поколения

В настоящее время производители стали предлагать новые устройства, в комплектацию которых входит обратный клапан и электронное плато. Но управление прибором зациклено на микро выключателе и магнитном реле. Последний – это контакты, запаянные в стеклянную трубку, о они хорошо реагируют на изменяющееся магнитное поле.

На обратном клапане, который подпружинен, установлен постоянный магнит. При увеличении давления, клапан смещается в сторону стеклянной колбы, где под действием магнитного поля происходит замыкание контактов. То есть, цепь замыкается, и ток подается на электродвигатель насоса. Как только давление в трубе падает, под действием пружины клапан смещается обратно, таща за собой магнит. То есть, внутри колбы происходит размыкание контактов. Так происходит размыкание питания мотора, который тут же останавливается, прерывая сухой ход насосной станции.

Реле нового поколения серии Brio

Есть в этой модели реле сухого хода несколько полезных опций.

Чтобы обратный клапан с магнитом мог подключить само реле, необходимо внутри трубопровода создать давление. Поэтому пуск электродвигателя происходит без реле, время действия 7-8 секунд. Именно за это время он может закачать воду в водопроводную сеть, чтобы создать давление.
После прекращения подачи воды, то есть, образования сухого хода, реле отключается. Но через определенное время оно включится автоматически. И если давления нет, то оно отключится снова. И так может повторяться несколько раз. Если после всех попыток давление воды в водопроводной системе не повысилось, реле отключиться совсем. Перезапустить его можно будет только вручную.

Вот так работает реле сухого хода, которое является защитой насосных станций от аварийных ситуаций, связанных с отсутствием воды в водопроводной системе. Небольшой прибор, который увеличивает продолжительность беспроблемной эксплуатации насосных установок.

Причины сухого хода и его вред для насоса

Итак, сухой ход — это наиболее частая причина поломки насоса. Причем, в этом случае невозможно будет даже выполнить гарантийный ремонт, если экспертиза докажет данную причину поломки. Случиться такая неприятность может в следующих ситуациях:

Неправильный выбор высоты подвешивания насоса в колодце или в скважине. Это может случиться, если глубина водной емкости заранее не была промеряна. Когда помпа выкачает воду до уровня своего расположения, она начнет захватывать воздух, в результате чего произойдет перегрев электродвигателя.
В источнике естественным путем уменьшилось количество воды. Например, колодец (скважина) заилился или вода просто не успела набраться в колодец после последней выкачки. После полной выкачки воды из колодца необходимо выждать определенное время для заполнения колодца.
Если применяется поверхностная помпа, которая находится на водной поверхности, то причина ее поломки может быть другой. Часты случаи, когда всасывающий патрубок насоса теряет свою герметичность. Вода всасывается вместе с воздухом, в результате чего двигатель насоса не получает достаточного охлаждения.

При выборе насоса важно соизмерить его производительность с дебетом водоисточника

Итак, если защита скважинного насоса от сухого хода отсутствует, то помпа перегревается и сгорает. Это касается не только электродвигателя. Современные насосы имеют большое количество пластиковых деталей. Пластик, при отсутствии охлаждения и смазки, также может деформироваться. Это вначале приведет к уменьшению производительности устройства, а затем вызовет его перегрев, заклинивание вала и отказ двигателя. Мастерам знаком такой вид отказа, возникающий в результате перегрева. Разобрав агрегат, можно легко обнаружить те его части, которые подверглись перегреву.

Датчики уровня

Датчики уровня воды устанавливаются непосредственно в колодцах, скважинах, резервуарах. Используются как с погружными (находящимися под водой), так и с поверхностными (расположенными над уровнем воды) насосами.

Виды датчиков уровня воды

По принципу работы, разделяются на два вида:

поплавковые;
электронные.

Поплавковые

Предназначены для контроля наполняемости (для избегания переливов емкостей) или осушения (защита от работы в сухую) источников воды.

Производятся модели поплавковых выключателей, которые работают в двух режимах, т.е. отключают насос и при падении уровня воды и при ее чрезмерном количестве в ограниченном пространстве.

Принцип работы заключается в следующем: датчик размещается так, чтобы поплавок находился на поверхности воды на установленной высоте. При падении уровня происходит опускание поплавка, который шарнирно связан через рычаг с контактной группой. При критическом опускании происходит размыкание контактов фазного провода, и электродвигатель насоса останавливается.

В случае контроля заполнения емкости – все происходит наоборот. С поднимающейся водой поднимается и поплавок, работа которого настроена не на опускание, а на подъем уровня.

Электронные

Такие устройства выполняют те же функции что и поплавковые, но принцип работы у них другой.

Принцип работы датчика уровня воды поплавкового типа

В воду источника или накопительного резервуара опускаются два электрода. Один на глубину до минимально допустимого уровня, другой на уровень рабочего заполнения (базовый). Так как вода является хорошим проводником электричества, электроды связаны между собой токами небольшой силы. Управляющее устройство получает сигнал и удерживает насос в работающем режиме. Как только токи исчезают (при падении уровня воды ниже критического), происходит отключение электропитания, так как проводящего ток материала (воды) между электродами нет.

Описанные выше устройства и методы их использования подходят для защиты насосного оборудования, контроля уровня и давления воды в небольших системах личного пользования. Для частного дома или дачи.

В больших хозяйствах или многоквартирных домах, при устройстве автономного водоснабжения, в целях защиты и контроля следует использовать частотные преобразователи. Стоимость их значительно выше, но при работе с мощными качающими устройствами без них не обойтись.

Список источников