Моторизовані перемикачі ATyS у системах керування водовідвідними насосними станціями

Високі вимоги до надійності водовідвідних насосних станцій (ВНС) та відсутності гідравлічних ударів у них при включенні двигунів призводять до необхідності використання напівпровідникових пристроїв плавного пуску та регулювання швидкості насосів. Найчастіше, система керування насосами будується з урахуванням зовнішнього програмовного контролера і поплавкових чи датчиків рівня води (нижнього, верхнього і аварійного). Регулювання рівня води зводиться до простого увімкнення/вимкнення двигунів, залежно від сигналів, що надходять від датчиків, тобто виключає необхідність використання дорогих перетворювачів частоти. Використання тиристорних пристроїв плавного пуску з плавним підвищенням напруги виявляється достатнім. Слід зазначити, що класична схема каскадного керування насосами з одним напівпровідниковим пускачем виявляється недостатньо ефективною з погляду надійності. Адже у разі його поломки прямий пуск насосів обхідними контакторами може призвести до гідравлічних ударів у мережі та надмірних струмових навантажень на двигуни насосів. Для виключення таких аварійних ситуацій схему насосної станції рекомендується будувати з двома робочими насосами та одним резервним, підключеним через пристрої плавного пуску під кожен із задіяних двигунів.

Рис.1. Схема електричної силової частини водовідвідної насосної станції з використанням контакторів для комутації робітників та резервного насоса, де М1..М3 – асинхронні двигуни (АТ); QF1, QF2 — автоматичні вимикачі; KM1…M4 – електромагнітні контактори; УПП – пристрої плавного пуску.

Для такої схеми комутації двигунів котушки відповідних контактів повинні бути постійно під напругою. Їх гарантована робота в умовах наявної напруги живлення забезпечується лише при підключенні джерел безперебійного живлення (ДБЖ) в схему керування котушками.

Вартість силових контакторів, особливо насосів великої потужності, стає значною. Так, наприклад, у схемі, зображеній на рис.1., для двигунів потужністю 132 кВт вартість чотирьох контакторів для комутації двигунів стає порівнянною з вартістю третього пристрою плавного пуску.

Суттєве зниження вартості обладнання загалом та підвищення надійності системи можливе за рахунок застосування моторизованих перемикачів ATyS компанії SOCOMEC (Франція). Електрична схема керування водовідвідними насосами не змінюється, проте зменшується кількість використовуваних елементів (рис.2).

Рис.2. Схема електричної силової частини водовідвідної насосної станції при використанні моторизованих перемикачів для комутації робітників та резервного насоса, де К1, К2 – контакти моторизованих перемикачів.

У стандартному виконанні силові контакти замикаються за схемою «I-0-II», тобто в нейтральному положенні обидві групи контактів відключені, а в інших положення включена тільки одна з груп. При запропонованій схемі включення у разі несправності двигуна М1 або М3 відбувається гарантоване перемикання на резервний двигун М2. При цьому відпадає необхідність у механічному та електричному взаємоблокуванні сигналів керування, на відміну від контакторних схем. Відносним недоліком, що обмежує застосування моторизованих перемикачів ATyS у схемах комутації насосів, є їх обмежена кількість механічних перемикань, яка значно менша в порівнянні з контакторами. Так, наприклад, електромагнітний контактор допускає 100 000 пусків без обслуговування і заміни контактних площадок. Виробник моторизованих перемикачів ATyS у цих умовах допускає трохи більше 10 000 механічних перемикань. При застосуванні вищезгаданої схеми включення насосів пуск двигунів відбувається при замкнутих контактах перемикача, тобто основне комутаційне навантаження припадає на напівпровідникові ключі пристроїв плавного пуску. Крім цього, недоліком контакторної схеми керування є періодичні відключення силових контактів при короткочасних пропадання напруги на котушках. Це призводить до надмірного зношування контактних площадок і негативно позначається на роботі електродвигуна насоса. У схемі з перемикачами ATyS цей недолік повністю відсутній, оскільки подача напруги на мотор-привод перемикача ATyS відбувається лише в момент перемикання положення.

Економічні переваги використання такої схеми включення представлені у таблиці. Порівняння вартості силової частини дано для схем з трьома пристроями плавного пуску, двома УПП та контакторною схемою перемикання, двома УПП та схемою перемикання на моторизованих перемикачах.

Вартість елементів силової схеми ВНС для різної потужності АТ

Потужність АД	110 кВт	132 кВт	160 кВт	200 кВт	250 кВт	280 кВт
3ППП	4100 €	7110 €	7458 €	11625 €	13191 €	13695 €
2ППП+4КМ	4068 €	6056 €	6496 €	9170 €	11854 €	12930 €
2ППП+2 ATyS	3156 €	5292 €	5868 €	8646 €	9888 €	10224 €
Економія з ATyS	> 912 €	> 764 €	> 626 €	> 524 €	> 1966 €	> 2076 €

Очевидно, що при використанні схеми з моторизованими перемикачами ATyS зменшується вартість комутаційного обладнання, знижується чутливість системи до короткочасного зникнення напруги, спрощується схема керування. Аналогічно, контакторна схема може бути замінена моторизованими перемикачами і при більшій кількості водовідвідних насосів на станції.

Торопов А.В., к.т.н.