Automação de bombas e estações elevatórias
A automação das unidades de bombeamento permite aumentar a confiabilidade e a continuidade do abastecimento de água, reduzir os custos de mão de obra e operação, bem como o tamanho dos tanques de controle.
Para automação de unidades de bombeamento, com exceção de equipamentos de uso geral (contatores, arrancadores magnéticos, interruptores, relés intermediários), dispositivos especiais de controle e monitoramento são usados, por exemplo, relé de controle de nível, relés de controle de enchimento de bomba centrífuga, relé de jato, interruptores de boia, interruptores de nível de eletrodo, vários medidores de pressão, sensores capacitivos, etc.
Estação de controle - um dispositivo completo de até 1 kV, projetado para controle remoto de instalações elétricas ou suas partes com desempenho automatizado de funções de controle, regulação, proteção e sinalização. Estruturalmente, a estação de controle é um bloco, painel, gabinete, placa.
Unidade de controle - uma estação de controle, cujos elementos são montados em uma placa ou estrutura separada.
Painel de controle - uma estação de controle, cujos elementos são montados em placas, trilhos ou outros elementos estruturais montados em uma estrutura ou folha de metal comum.
Painel de controle (escudo da estação de controle ShTSU) É um conjunto de vários painéis ou blocos em uma moldura tridimensional.
Gabinete de controle - uma estação de controle protegida por todos os lados de forma que, quando as portas e tampas são fechadas, o acesso às partes energizadas é excluído.
A automação de bombas e estações de bombeamento, via de regra, se resume ao controle da bomba elétrica submersível a partir do nível da água no tanque ou da pressão na tubulação de pressão.
Vejamos exemplos de automação de unidades de bombeamento.
Na fig. 1, e mostra um esquema de automação da unidade de bomba mais simples — bomba de drenagem 1, e na fig. 1, b mostra o diagrama de circuito desta instalação. A automação da unidade de bombeamento é realizada usando uma chave de nível flutuante. A chave de controle KU possui duas posições: para controle manual e automático.
Arroz. 1. O projeto do dispositivo de bombeamento de drenagem (a) e seu circuito elétrico para automação (b)
Na fig. 2 esquema de automação de transmissão para controlar uma bomba submersível de acordo com o nível de água no tanque de uma torre de água, implementado em elementos de contato de relé.
Arroz. 2. Diagrama esquemático da automação de uma bomba submersível de acordo com o nível de água no tanque-torre de água
O modo de operação do circuito de automação da bomba é definido pelo interruptor CA1. Quando você o coloca na posição "A" e liga o interruptor QF, a tensão é aplicada ao circuito de controle.Se o nível de água no tanque de pressão estiver abaixo do eletrodo do nível inferior do sensor do controle remoto, os contatos SL1 e SL2 no circuito estão abertos, o relé KV1 é desligado e seus contatos no circuito da bobina do arrancador magnético KM estão fechados. Neste caso, o arrancador magnético ligará o motor da bomba, ao mesmo tempo que a lâmpada sinalizadora H apagará L1 e a lâmpada H acenderá L2. A bomba fornecerá água ao tanque sob pressão.
Quando a água preencher o espaço entre o eletrodo de nível inferior SL2 e o corpo do sensor conectado ao fio neutro, o circuito SL2 fechará, mas o relé KV1 não ligará porque seus pinos em série com SL2 estão abertos.
Quando a água atingir o eletrodo do nível mais alto, o circuito SL1 se fechará, o relé KV1 ligará e, tendo aberto seus contatos no circuito da bobina do acionador magnético KM, desligará este último e, após o fechamento os contatos de fechamento, ele será energizado sozinho através do circuito do sensor SL2. O motor da bomba desligará e a lâmpada de advertência H apagará.L2 e a lâmpada H acenderá L1. O motor da bomba voltará a ligar quando o nível da água cair até a posição em que o circuito SL2 estiver aberto e o relé KV1 estiver desativado.
Ligar a bomba em qualquer modo só é possível se o circuito do sensor de funcionamento a seco DSX estiver fechado (SL3), que controla o nível de água no poço.
A principal desvantagem do controle de nível é a suscetibilidade dos eletrodos dos sensores de nível ao congelamento no inverno, pelo que a bomba não desliga e a água transborda do tanque. Há casos de destruição de torres de água devido ao congelamento de uma grande massa de gelo em sua superfície.
Ao controlar a operação da bomba por pressão, um manômetro de contato elétrico ou pressostato pode ser instalado na linha de pressão na sala de bombas. Isso facilita a manutenção do sensor e elimina a exposição a baixas temperaturas.
Na fig. Diagrama de circuito de 3 transmissões do controle de uma instalação de abastecimento de água (bombeamento) de uma torre de acordo com os sinais de um manômetro de contato elétrico (de acordo com a pressão).
Arroz. 3. Diagrama esquemático do controle de uma instalação de água em uma torre por um manômetro de contato elétrico
Se não houver água no tanque, o contato do manômetro СП1 (nível inferior) é fechado e o contato СП2 (nível superior) é aberto. O relé KV1 funciona fechando os contatos KV1.1 e KV1.2, a partir do qual o acionador de partida magnético KM liga, que conecta a bomba elétrica a uma rede trifásica (os circuitos de energia não são mostrados no diagrama).
A bomba fornece água para o tanque, a pressão sobe até que o contato do manômetro feche, СП2 definido para o nível de água superior. Depois de fechar o contato СP2, o relé K é ativado V2, que abre os contatos KV2.2 no circuito da bobina do relé KV1 e KV2.1 no circuito da bobina do acionador de partida magnético KM; o motor da bomba desliga.
Quando a água sai do tanque, a pressão diminui, СP2 abre, cortando KV2, mas a bomba não liga, pois o manômetro está em contato, СP1 é aberto e a bobina do relé KV1 é desligada. A bomba liga quando o nível de água no tanque cai antes do fechamento do contato do manômetro. СП1.
Os circuitos de controle são alimentados por um transformador abaixador de 12 V, o que aumenta a segurança na manutenção do circuito de controle e do manômetro de contato elétrico.
Para garantir o funcionamento da bomba em caso de mau funcionamento do manômetro de contato elétrico ou do circuito de controle, foi projetado um interruptor CA1. Ao ser ligado, os contatos de controle KV1.2, KV2.1 são manipulados e a bobina da chave de partida magnética KM é ligada diretamente na rede 380 V.
Na lacuna de fase L1, o circuito de controle inclui um contato ROF (relé de perda de fase), que abre no caso de uma fase aberta ou modo assimétrico da rede de alimentação. Neste caso, o circuito da bobina KM é interrompido e a bomba é desligada automaticamente até que a falha seja corrigida.
A proteção dos circuitos de energia neste circuito contra sobrecarga e curto-circuito é realizada por um interruptor automático.
Na fig. 4 esquema de transmissão para automação de uma instalação de bombeamento de água, que contém uma unidade de bomba elétrica 7 do tipo submersível, localizada em um poço 6. Uma válvula de retenção 5 e um medidor de vazão 4 são instalados na tubulação de pressão.
A unidade de bomba possui um tanque de pressão 1 (torre de água ou caldeira ar-água) e Sensores de pressão (ou nível) 2, 3, com o sensor 2 respondendo à pressão superior (nível) no tanque e o sensor 3 à pressão inferior (nível) no tanque. A estação de bombeamento é controlada pela unidade de controle 8.
Arroz. 4. Esquema para a automação de um dispositivo de bombeamento de água com frequência variável
A unidade da bomba é controlada da seguinte forma. Suponha que a unidade da bomba seja desligada e a pressão no tanque de pressão diminua e fique abaixo de Pmin... Nesse caso, um sinal é enviado do sensor para ligar a bomba elétrica. Começa aumentando gradativamente a frequência. é a corrente que alimenta o motor elétrico da unidade de bombeamento.
Quando a velocidade da unidade da bomba atingir o valor definido, a bomba entrará no modo de operação. Ao programar o modo de operação conversor de frequência você pode garantir a intensidade necessária do trabalho da bomba, seu início e parada suaves.
A utilização de um acionamento elétrico ajustável de uma bomba submersível permite implementar sistemas de abastecimento de água de fluxo direto com manutenção automática da pressão na rede de abastecimento de água.
A estação de controle, que garante partida e parada suaves da bomba elétrica, manutenção automática da pressão na tubulação, contém um conversor de frequência A1, um sensor de pressão BP1, um relé eletrônico A2, um circuito de controle e elementos auxiliares que aumentam a confiabilidade de equipamentos eletrônicos (Fig. 5 ).
O circuito de controle da bomba e o conversor de frequência fornecem as seguintes funções:
— arranque e paragem suaves da bomba;
— controle automático por nível ou pressão;
— proteção contra "funcionamento a seco";
— desligamento automático da eletrobomba em caso de modo de fase incompleta, queda de tensão inaceitável, em caso de emergência na rede de abastecimento de água;
— proteção contra sobretensão na entrada do conversor de frequência A1;
— sinalização para ligar e desligar a bomba, bem como para modos de emergência;
— aquecimento do armário de controle a temperaturas negativas na sala de bombas.
A partida suave e a desaceleração suave da bomba são feitas usando o conversor de frequência tipo A1 FR-E-5.5k-540ES.
Arroz. 5. Diagrama esquemático da automação de uma bomba submersível com dispositivo de partida suave e manutenção automática da pressão
O motor da bomba submersível é conectado aos terminais U, V e W do conversor de frequência. Ao pressionar o botão СB2 é acionado o Relé «Start» K1, cujo contato K1.1 conecta as entradas STF e computador do conversor de frequência, garantindo a partida suave da eletrobomba de acordo com o programa especificado no ajuste do conversor de frequência.
Em caso de falha no conversor de frequência ou nos circuitos do motor da bomba, o circuito do conversor CA é fechado, garantindo a operação do relé K2. Após a atuação de K2, seus contatos K2.1, K2.2 fecham e o contato K2.1 do circuito K1 abre. A saída do conversor de frequência e do relé K2 é desligada. A reativação do circuito só é possível após a eliminação da falha e o reset da proteção com o botão 8V3.1.
O sensor de pressão BP1 com saída analógica 4 … 20 mA é conectado à entrada analógica do conversor de frequência (pinos 4, 5), fornecendo feedback negativo no sistema de estabilização de pressão.
O funcionamento do sistema de estabilização é assegurado pelo controlador PID do conversor de frequência. A pressão necessária é definida pelo potenciômetro K1 ou pelo painel de controle do conversor de frequência. Quando a bomba está funcionando a seco, o contato 7-8 do relé de resistência eletrônica A2 fecha na bobina do relé de curto-circuito e o sensor de funcionamento a seco é conectado aos seus contatos 3-4.
Após a ativação do relé de curto-circuito, seus contatos K3.1 e curto-circuito.2 são fechados, com isso o relé de proteção K2 é ativado, o que garante o desligamento do motor da bomba. Neste caso, o relé de curto-circuito é alimentado de forma independente através do contato K3.1.
Em todos os modos de emergência, a lâmpada HL1 acende; a lâmpada HL2 acende quando o nível de água está inaceitavelmente baixo (com «operação a seco» da bomba). O aquecimento do armário de controle na estação fria é realizado com a ajuda de aquecedores elétricos EK1 … EK4, que são ligados pelo contator KM1 quando o relé térmico VK1. A proteção dos circuitos de entrada do conversor de frequência contra curto-circuito e sobrecarga é realizada pelo disjuntor QF1.
Arroz. 5. Automação da unidade de bombeamento
O artigo usa materiais do livro Daineko V.A. Equipamentos elétricos de empresas agrícolas.
Veja também: Um esquema de controle automatizado simples para duas bombas de resíduos