ГРАНТОР Распределительные вводные шкафы

Методы поддержания давления и принципы регулирования

Задача поддержания давления
Как известно, у насоса существует вполне определенная рабочая характеристика (Н/Q). С увеличением разбора (расхода) воды давление в системе падает, как видно из характеристики насоса (рис. 1). Поддерживать давление постоянным при любом расходе – одна из основных задач шкафов управления ГРАНТОР®. В системах где расход постоянно меняется в связи с изменением количества подключаемых потребителей, что связано с временем суток или временем года, существует несколько решений, позволяющих автоматически регулировать давление при изменении расхода.

Рис. 1. Характеристики насоса и нагрузки
на графике Н = f(Q)

Традиционным способом является регулирование сечения трубопровода или сопротивления системы. Более современным и экономичным способом является регулирование производительности насоса или группы насосов. Это достигается путем изменения скорости вращения вала электродвигателя с помощью преобразователя частоты и/ или последовательным изменением числа работающих насосов.
Из рис. 1 видно, что регулировка производительности системы с помощью клапанов дает экономию электроэнергии не более 10 %. Использование преобразователя частоты позволяет дать электродвигателю то напряжение, которое требуется для обеспечения крутящего момента на заданной частоте. Максимальной экономии можно добиться изменением производительности в широком диапазоне (рис. 1). Необходимо иметь в виду, что производительность насоса стремится к нулю при уменьшении частоты питания электродвигателя менее 25 Гц. Поэтому в системах с центробежными насосами и вентиляторами скорость электродвигателя, как правило, ограничена 25 Гц. В дальнейшем мы будем рассматривать способ регулирования производительности насоса или группы насосов, а не сечения трубопровода.
Существует несколько альтернативных способов управления производительностью насосов в системах ГВС и ХВС. Выбор способа поможет определить и тип шкафа управления.

Каскадное включение насосов
Производительность насосов в открытых системах рассчитывается с учетом минимального и максимального водопотребления. В общем случае возможно изготовление шкафов управления для совместной работы шести или семи насосов (рис. 2). Кроме того, использование большего количества насосов на меньшую мощность увеличивает не только диапазон изменения расхода, но и повышает надежность системы в целом.

Установка с одним насосом большой производительности, который перекрывает рабочий диапазон с некоторым запасом, была описана в предыдущем разделе. Но, как правило, устанавливаются минимум два насоса в целях резервирования при аварии.
Поэтому можно использовать несколько рабочих насосов меньшей, по сравнению с первым вариантом, мощности. В этом случае обычно максимальная производительность обеспечивается за счет одновременного включения нескольких насосных агрегатов. Если нет необходимости обеспечения максимальной производительности, можно использовать меньшее количество насосов, вплоть до одного. Включение и выключение насосов контролируются реле, датчиком давления или сигналом с контроллера.

Релейное регулирование
Если требования к точности поддержания давления не столь жесткие, то возможно применение шкафа управления с релейным принципом регулирования, т. е. насосы будут включаться и выключаться по сигналу от реле давления, настроенного на определенное значение, напрямую от сети. В этом случае насосы будут работать с полной производительностью.
Релейная схема регулирования реализована в шкафах управления ГРАНТОР®: 1 х 220 и 3 х 380 В
В шкафах управления, рассчитанных на два насоса и более, при нехватке производительности работающих насосов, включается дополнительный насос, который будет также задействован при аварии одного из работающих. Кроме того, реализована функция равномерной наработки насосов по времени. Задержки срабатывания при включении и выключении насосных агрегатов позволяют применять такие шкафы в системах с расширительными баками.
Схемы с релейным принципом поддержания давления обладают следующими недостатками: насосы включаются напрямую, что приводит к гидроударам, экономия электроэнергии минимальна, регулирование дискретно.
Однако эти недостатки практически не заметны при использовании небольших насосов мощностью до 4 кВт. При увеличении мощности насосов броски давления при их включении/выключении становятся все более ощутимы. Для уменьшения бросков давления можно организовать включение насосов с последовательным открытием заслонки или установить гидробак. Полностью снять проблему позволяет установка мягких пускателей или преобразователей частоты на каждый насос.

Регулирование по датчику давления
Избежать дискретности управления можно, если использовать датчик процесса с аналоговым выходом (давления, температуры, расхода и т. д.). Но чтобы обработать такой сигнал, понадобится дополнительный регулятор, который может находиться в контроллере или преобразователе частоты (рис. 3). Так же такое регулирование позволяет задавать уставки включения и выключения насосов, ограничивая этим количество пусков электродвигателей.

Такое регулирование используется в релейных шкафах от 3 насосов и в шкафах с частотным регулированием, в остальных шкафах управления это возможно опционально.

Плавный пуск
Шкаф управления ГРАНТОР® с мягкими пускателями для каждого электродвигателя обеспечивает поддержание заданного значения давления путем плавного пуска и останова каждого насоса/вентилятора, а также комплексную защиту электродвигателя и приводного механизма.
Пусковой ток при прямом включении на номинальное напряжении в 6-7 раз превышает номинальный ток, при пуске звезда-треугольник превышение составляет в 4-5 раза. Плавный пуск является щадящим для электродвигателя и механизма, при этом пусковой ток превышает номинальный в 2-3 раза, что позволяет существенно уменьшить износ насосов, а также снизить нагрузку на сеть во время пуска. На рисунке 4 изображёны графики пусковых характеристик различных методов.

Прямой пуск является основным фактором приводящим к преждевременному старению изоляции и перегреву обмоток электродвигателя и, как следствие, уменьшению его срока службы в несколько раз. Реальный срок эксплуатации электродвигателя в большей степени зависит не от времени наработки, а от общего количества пусков. Правило Монцингера (см. рис. 5) показывает существенное уменьшение жизненного цикла электродвигателя из-за постоянного превышения температуры в его обмотках.

Недостатки прямого пуска (гидроудары, пусковой ток) можно избежать, используя схему с мягкими пускателями.
Основным элементами плавного пуска в шкафах управления ГРАНТОР® являются мягкие пускатели GRACONTROL® 3Р40 (применяется в шкафах с током для электродвигателя до 25А) или Emotron MSF 2.0 (применяется в шкафах с током для электродвигателя от 25А). Первый имеет режим пуска с линейным нарастанием напряжения, а второй – Emotron MSF 2.0 несколько вариантов разгона: с линейным нарастанием напряжения, с ограничением тока и с линейным нарастанием момента. Оптимальный запуск возможен благодаря использованию функции «разгон по моменту». В этом случае Emotron MSF 2.0 следит за необходимым значением момента, обеспечивая пуск с минимальным значением тока. Пусковой ток с активированной функцией «разгон по моменту» в шкафах управления с Emotron MSF 2.0 на 20 % ниже, чем при пуске двигателя мягким пускателем GRANCONTROL® 3Р40 с разгоном с нарастанием напряжения. При этом скачки давления могут быть полностью исключены. Мягкий пускатель имеет возможность контролировать нагрузку на валу электродвигателя (только для серии MSF 2.0), что позволяет отслеживать без дополнительных датчиков «сухой» ход и «заклинивание» ротора. Он также может обеспечить экономию электроэнергии до 10 % и снизить пусковую нагрузку на сеть в 3-5 раз, т. е. реальный пусковой ток может составлять до 250 % от номинального

Частотное регулирование
В шкафах управления ГРАНТОР серии с частотным регулированием применяются преобразователи частоты FDU 2.0 разработанные специально для управления насосами и вентиляторами. В этих преобразователях частоты учтены все возможные требования насосно-вентиляторного применения, включая мониторинг нагрузки и функции логического компаратора. Интуитивно понятная структура русифицированного меню делает ввод в эксплуатацию и управление простыми и быстрыми.

Применение преобразователей частоты серии FDU 2.0 дает возможность регулировать скорость двигателя и, соответственно, снижает потребляемую мощность, а также обеспечивает плавную работу оборудования в режимах пуска и останова, что в свою очередь увеличивает срок службы оборудования и позволяет реже производить гарантийное обслуживание.
Частотное регулирование является наиболее эффективным методом регулирования производительности насосов. Реализуемый в этом случае каскадный принцип управления насосами с применением частотного регулирования уже прочно утвердился как стандарт в системах водоснабжения, поскольку дает серьезную экономию электроэнергии и увеличение функциональности системы.
Наличие преобразователя частоты серии FDU 2.0 фирмы Emotron, с активизацией функции управления насосами, позволяет сгладить переходной процесс при пусках и остановах насосов (рис. 6), а таже наиболее эффективно управлять одним насосом
Преобразователь частоты изменяет частоту вращения одного из насосов, постоянно сравнивая значение задания с показанием датчика давления. В случае нехватки производительности работающего насоса по сигналу с преобразователя частоты включится дополнительный, а если произойдет авария, будет задействован резервный насос.
Установка функции оптимизации поля в преобразователе FDU 2.0 позволяет уменьшать напряжение на двигателе в зависимости от реальной нагрузки насоса. Кроме этого, функции управления насосами обеспечивают аккуратное переключение в автоматическом режиме с сохранением необходимых

защит и равномерной работы оборудования.
Преобразователи частоты используются в шкафах управления серии АЭП40-…-54Ч/ЧП .

Система отопления, кондиционирования и подмеса

Системы отопления и кондиционирования являются циркуляционными закрытыми или открытыми (по типу связи с атмосферой), где важно поддерживать постоянный расход теплоносителя (хладагента). По этому принципу и строится управление циркуляционными насосами, в режиме работы которых, в отличие от систем ГВС и ХВС, отсутствуют резкие колебания нагрузки (рис. 9).
На работу таких насосов может оказывать влияние изменение суточной температуры в небольших пределах, а в летний/зимний период они могут быть отключены. Корректировка температуры теплоносителя производится регулирующим клапаном и насосом подмеса «обратной» воды (охлажденная вода того же контура) в «подающий» трубопровод. Регулирующий клапан можно заменить на преобразователь частоты, если это не противоречит технологической схеме.
Для подобных систем Компания Академия Тепла предлагает несколько вариантов шкафов управления ГРАНТОР® (более подробную информацию можно найти в Разделе 3):

В случаях когда необходима система с изменяющимся расходом в широком диапазоне, например, в климатических поясах с большим перепадом среднесуточных температур или с большой влажностью, используют системы управления с преобразователем частоты, на который поступает сигнал с датчика давления, перепада давления, температуры, расходомера или контроллера. Системы отопления с открытым контуром или системой подмеса также попадают в этот раздел регулирования.

Благодаря преобразователю частоты можно устанавливать необходимый расход независимо от правильности выбора насоса и компенсировать изменения давления/расхода (расход в закрытой системе прямо пропорционален температуре) в зависимости от колебаний температуры теплоносителя или хладагента.
Если невозможно установить датчик перепада давления, то для шкафов управления ГРАНТОР® с преобразователем частоты FDU 2.0 существует возможность подключения двух датчиков давления для оценки перепада. В этом случае шкаф управления самостоятельно вычисляет перепад давления между датчиками давления. Данная опция встраивается только на заводе.

Системы скважинных, колодезных, дренажных и канализационных насосов

Скважинные и колодезные насосы
Особенностью таких насосов является наличие воды в скважине, емкости или колодце как необходимое условие их работы. Охлаждение электродвигателей этих насосов осуществляется с помощью перекачиваемой жидкости, поэтому во многих случаях насос должен целиком находиться под водой. Иногда защиту насосов обеспечивают с помощью датчиков влажности, установленных внутри насосов, а также с помощью термореле или терморезистивных датчиков (в основном РТС).
Защиту насоса также можно обеспечить с помощью различных электронных реле, которые являются более надежными элементами по сравнению с обычными методами защиты.
В тех случаях, когда насосы работают на заполнение емкости либо в условиях отсутствия динамичного расхода, вполне достаточной является комплектация шкафов управления мягкими пускателями серии MSF 2.0, которые обеспечивают плавный пуск и останов электроприводов насосов. Если же скважинный насос работает сразу в сеть для повышения давления, то целесообразно применить шкаф управления с частотным регулированием.
Для управления однофазными скважинными и погружными насосами типа Caprari, Ebara, Saer, Grundfos, Wilo и др. производятся шкафы управления ГРАНТОР® типа АЭП23-…-20-11А с управлением от реле давления и электронного реле PS11 (более подробную информацию можно найти в Разделе 3). Например, при подключении погружного насоса 3 х 220 В к питающей сети 1 х 220 В необходимо использовать пусковой конденсатор, установив его в шкаф управления насосом. Во многих случаях такой конденсатор уже встроен в клеммную колодку двигателя, поэтому для подключения можно использовать шкафы на 1 х 220 В без конденсаторов. Подобные варианты подключения встречаются в основном на насосах, двигатель которых не предназначен для работы под водой.
Для защиты от «сухого» хода скважинных насосов, как правило, применяются электроды опускаемые в скважину или мониторы нагрузки электродвигателей (электронная защита) устанавливаемые в шкафу.

Дренажные и канализационные насосы
Особенностью работы этих насосов (рис. 10) является то, что они откачивают воду с примесями, практически до самого дна. Следовательно, высок риск работы без перекачивания жидкости. Для предотвращения выхода данных насосов из строя обычно применяют системы контроля уровня, включающие установку поплавков, или системы электродов. Поплавки и электроды могут хорошо работать там, где жидкость относительно чистая и имеет небольшое количество включений. Для дренажных насосов более важно контролировать «сухой» ход, чем для погружных насосов. Соответственно,

вышеописанный электронный метод будет работать более эффективно. В случае если откачиваемая жидкость представляет собой вязкую массу с крупными включениями, то часто датчики контроля уровня могут давать неверные сигналы из-за загрязнения. Важным параметром при откачивании «нечистой» воды, который необходимо контролировать, является перегрузка, возникающая при попадании более крупных или твердых включений, чем те, на которые рассчитана крыльчатка насоса. Поэтому часто в таких насосах установлены дополнительные датчики или реле температуры, которые позволяют выключать электродвигатель насоса раньше, чем возникнет тепловая перегрузка автомата или разрушатся обмотки электродвигателя из-за высокой температуры, и функция регламентного пуска для защиты насоса от застаивания.

Шкафы управления
Для управления скважинными, колодезными и дренажными насосами как правило используются шкафы для прямого и плавного пуска/останова насосов с управлением от поплавков или электродов, с возможность выбора режима наполнения и дренажа.
В случае применения мягкого пускателя серии MSF 2.0 функции шкафа управления могут быть настроены на отслеживание перегрузки механизма благодаря наличию функции мониторинга нагрузки, а защита от «сухого» хода может быть осуществлена без внешних датчиков (количество защищаемых насосов будет таким же, как и количество плавных пускателей MSF 2.0). Кроме того, мягкий пускатель MSF 2.0 имеет возможность обеспечить температурную защиту двигателей по PTC-датчику.
Шкафы без мягкого пускателя серии MSF 2.0, т.е. такие, где пуск насоса осуществляется напрямую или при помощи мягкого пускателя серии 3Р40, могут быть дополнительно оснащены электронными защитами или монитором нагрузки, который позволяет реализовать вышеописанные функции, а именно: защиту от «сухого» хода без внешних датчиков и защиту от перегрузки. Кроме того, существуют специальные мониторы нагрузки, предназначенные для управления одним или двумя дренажными насосами.
 

Системы пожаротушения

Для управления насосами, работающими в спринклерной и дренчерной (кнопочной) системах автоматического пожаротушения, выпускается шкаф ГРАНТОР® – с прямым и плавным пуском насосов.

Для управления запорной арматурой с электроприводом (задвижки, затворы), работающих в системах пожаротушения, производится шкаф управления для электрофицированных задвижек.

Существует возможность изготовления комбинированного шкафа управления насосами и электрофицированными задвижками.
Отличие пожарных шкафов управления от стандартных заключается в том, что первые приведены в соответствие новыми требованиями технического регламента о требованиях пожарной безопасности (федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ), ГОСТ Р 53325-2009, и предусматривают возможность внедрения защиты системы управления от несанкционированного доступа, управления электрифицированной задвижкой (рис. 11). В шкафу предусмотрено подключение двух вводов питания (с АВР).

Вентиляционные системы

Следует помнить, что системы вентиляции отличаются от насосных систем разностью физических свойств среды. Шкафы управления ГРАНТОР® позволяют осуществлять пуск и останов вентилятора, обеспечивать необходимые защиты сети и двигателя, в ряде случаев при помощи изменения частоты вращения вала электродвигателя, позволяет регулировать производительность вентилятора.
В зависимости от требований к управлению вентилятором и его типа выпускаются несколько серий шкафов управления:

Различия между существующими типами шкафов заключаются в следующем:
ПУСКАТЕЛЬ ручной (с защитой по сигналу от термоконтакта) предназначен для ручного пуска/ останова электродвигателя 1 вентилятора, является универсальной моделью для любых электродвигателей до 5,5 кВт на 220/380 В.
Шкаф управления ГРАНТОР® для пуска/останова одного вентилятора осуществляет прямой пуск. В отличие от ПУСКАТЕЛЯ ручного он обладает комплексом защит, а именно: тепловая, защита от пропадания фаз, перекоса или неправильной последовательности подключения, защита от токовой перегрузки, короткого замыкания (к.з.). При увеличении мощности электродвигателя рекомендуется использовать плавный пуск и останов – для этого подходит комплектный шкаф управления со встроенным мягким пускателем ГРАНТОР® АЭП40-…-54П-11А. Он позволяет снизить пусковой ток и продлить срок службы вентилятора.
В случае необходимости регулирования производительности используйте шкаф со встроенным преобразователем частоты – ГРАНТОР® АЭП40-…- 54Ч-11А или АЭП40-…-54Ч-22А (рабочий/резервный), который позволит экономить электроэнергию и осуществлять мониторинг нагрузки.
В случае применения частотного регулирования для управления высокоинерционными механизмами, каковыми являются, например, дымососы, необходимо учитывать возможность быстрого торможения. При этом, чем больше мощность дымососа, тем более актуальна проблема торможения для ПЧ. В этом случае управление вентилятором дымососа осуществляет преобразователь частоты со специальным тормозным блоком. При этом, к шкафу управления необходимо подключение тормозных резисторов, находящихся в сборке. Сборка выбирается под конкретный преобразователь частоты. Они предназначены для рассеивания энергии торможения, сбрасываемой через тормозной блок преобразователя.

Для шкафов управления со встроенным преобразователем частоты или мягким пускателем возможна одновременная работа нескольких насосов/вентиляторов, подключенных к нему параллельно. В этом случае при выборе шкафа управления необходимо учитывать, что суммарный ток двигателей не должен превышать номинальный ток шкафа управления. Обратите внимание, что шкаф с мягким пускателем может иметь усредненные параметры кривой пуска для каждого из подключенных электродвигателей. Это значит, что пуск двигателей будет происходить с небольшими отличиями во времени. Всем электродвигателям, подключенным параллельно на один преобразователь, шкаф с ПЧ выдает одинаковое задание по частоте. Также следует иметь в виду, что при параллельной работе электродвигателей возможна только тепловая защита и защита от короткого замыкания.
Стандартный шкаф управления ГРАНТОР® имеет два режима управления: Ручной и Автоматический. В ручном режиме управление насосом осуществляется с лицевой панели шкафа. Перевод тумблера в ручной режим инициирует пуск вентилятора. В автоматическом – по дистанционному сигналу от внешнего пульта или датчика давления или разряжения. Шкаф управления обеспечивает защиту от потери и перекоса фаз. Имеется возможность подключения PTC-датчика или реле. В случае использования мягких пускателей серии MSF 2.0 или ПЧ серии FDU 2.0 предусмотрен встроенный мониторинг нагрузки вентилятора. С его помощью можно отследить обрыв приводного ремня или муфты по сигналу недогрузки или работу на закрытую заслонку по сигналу перегрузки и вовремя обнаружить поломку механизма. Шкаф со встроенным ПЧ может управляться по сигналу задания от внешнего контроллера.

Таблица выбора шкафов управления ГРАНТОР®

	Тип шкафа ГРАНТОР®	Количество подключаемых электродвигателей		Применение
1	пускатель АЭП23/40-012-40-11А (1 х 220 В и 3 х 380 В)	1	3	V	V	V	V	-	-	V	-
2	пульт со встроенным конденсатором АЭП23- {003-016}-20-11А (1 х 220 В)	1	-	-	-	V	-	-	-	-	-
3	релейные АЭП23-{001-016}-54-11А (1 х 220 В), АЭП23-(001-016)-54К-22А (1 x 220 В), АЭП40-{001-100}-54К-11А (1 х 380 В), АЭП40-{001-100}-54К-22А (3 х 380 В), АЭП40-{001-100}-54К-33А (3 х 380 В)	1, 2, 3 рабочий/ дополнительный/ резервный	4/7/8/9	V	V	V	-	-	-	V	V
4	релейные с плавными пускателями АЭП40-(001-090)-54КП-11А (3 x 380 В), АЭП40-(001-090)-54КП-22А (3 x 380 В), АЭП40-(001-090)-54КП-33А (3 x 380 В)		7/8/9	V	V	V	-	-	-	V	V
5	дренажные и канализационные АЭП23-{001-090}-54К-11У (1 х 220 В), АЭП23-{001-090}-54К-22У (1 х 220 В), АЭП40-{001-100}-54К-11У (3 х 380 В), АЭП40-{001-100}-54К-22У (3 х 380 В), АЭП40-{001-100}-54К-33У (3 х 380 В)	1, 2, 3 рабочий/ дополнительный/ резервный	6	-	-	V	V	-	-	-	-
6	дренажные и канализационные с плавными пускателями АЭП40-{001-090}-54КП-11У (3 х 380 В), АЭП40-{001-090}-54КП-22У (3 х 380 В), АЭП40-{001-090}-54КП-33У (3 х 380 В)		5	-	-	V	V	-	-	-	-
7	с преобразователем частоты АЭП40-{001-088}-54Ч-11А (3 х 380 В), АЭП40-{001-088}-54Ч-22А (3 х 380 В), АЭП40-{001-088}-54Ч-33А (3 х 380 В)	1, 2, 3 рабочий/ дополнительный/ резервный	8/9	V	V	V	V	-	-	V	V
8	с преобразователем частоты и с плавными пускателями АЭП40-{001-088}-54ЧП-22А (3 х 380 В), АЭП40-{001-088}-54ЧП-33А (3 х 380 В)	2 или 3 рабочий/ дополнительный/ резервный	9	V	V	V	V	-	-	V	V
9	с преобразователем частоты для каждого электродвигателя АЭП40-{001-088}-54Ч2-22А (3 х 380 В), АЭП40-{001-088}-54Ч3-33А (3 х 380 В)	2 или 3 рабочий/ дополнительный/ резервный	8	V	V	V	V	-	-	V	V
10	пожаротушение АЭП40-(001-100)-54К-21П (3 х 380 В), АЭП40-(001-100)-54К-32П (3 х 380 В) пожаротушение с плавными пускателеми АЭП40-(001-090)-54КП-21КП (3 х 380 В), АЭП40-(001-090)-54КП-32КП (3 х 380 В)	2 или 3 рабочий/ резервный	11	-	-	-	-	V	-	-	-
11	пожаротушение с насосом подпитки АЭП40-(001-100)-54КП-21П1 (3 х 380 В), АЭП40-(001-100)-54КП-32П1 (3 х 380 В) пожаротушение с плавными пускателеми и с насосом подпитки АЭП40-(001-090)-54КП-21КП1 (3 х 380 В), АЭП40-(001-090)-54КП-32КП1 (3 х 380 В)	2 или 3 рабочий/ резервный + насос подпитки	10	-	-	-	-	V	-	-	-
12	управление электрофицированной задвижкой АЭП40-(001-016)-54-113	1	13	-	-	-	-	-	V	-	-
13	управление электрофицированной задвижкой систем пожаротушения АЭП40-(001-016)-54-11ЗП	1	-	-	-	-	&nbnbsp; -	-	V	-	-