На рис. 19 показана скважина из металлических труб с подвешенным насосом, установленными датчиками SF1 и SF2 и приведена схема работы насоса. Насос и его схему управления запитывают от сети 220 В после устройства защитного отключения (УЗО). Общим проводом контроля уровней воды является металлическая труба скважины, к которой подсоединен провод, идущий из схемы.
Рассмотрим работу схемы. В ней предусмотрено два режима работы: ручной и автоматический, выбираемые переключателем SA1 (тумблер типа ТП1–2). Ручной режим выбирается, когда в скважине или колодце много воды и она не выкачивается полностью (осенне-зимний период), а автоматический режим — в летнее время, когда расходуется много воды. Насос подсоединяют к УЗО через штепсельный разъем XS1, ХР1 и выключают магнитным пускателем К2 (тип ПМЕ, 220 В, 10А). Управление при ручном режиме с помощью кнопок SB3 и SB4, и неоновая лампа HL1 сигнализирует о работе насоса.
Автоматический режим работы насоса осуществляют от электрического блока, запитанного от понижающего трансформатора Т1 с напряжением вторичной обмотки 13,5—14,5 В. Электронный блок состоит из тринистора VS1, однополупериодного выпрямителя на диоде VD1 с конденсатором С1, сглаживающим его пульсации и предотвращающим вибрации якоря реле KI. Схема работает так. Когда уровень воды находится выше верхнего датчика SF1, проводимость воды между трубой скважины и датчиком SF1 высокая, и на управляющем электроде тринистора появляется открывающее напряжение по цепочке: точка а — труба — датчик SF1 — точка 6 — резистор R2 — управляющий электрод. Тринистор открывается, сработает реле К1, которое своим контактом включает пускатель К2, и насос начинает работать. Пускатель своим контактом К2.2 подключает в работу датчик нижнего уровня SF2 параллельно датчику верхнего уровня. Через некоторое время уровень воды понижается и становится ниже датчика верхнего уровня, но в этом случае открывающее напряжение на тринистор поступает через датчик нижнего уровня и насос продолжает работать. Когда уровень воды оказывается ниже датчика нижнего уровня SF2, то открывающее напряжение из-за разрыва цепи между трубой и датчиком перестает поступать на тринистор и при переходе напряжения через «ноль» тринистор закрывается, реле К1 обесточивается, пускатель отключается и насос прекращает подачу воды.
Далее следует накопление воды в скважине и подъем ее уровня в ней. При уровне воды выше датчика SF2 насос не включается, так как открывающее напряжение из-за разрыва цепи контакта пускателя К2.2 не подается на управляющий электрод тринистора. Как только уровень воды поднимется до верхнего датчика, открывающее напряжение открывает тринистор, и заработает насос. Таким образом, цикл включения и отключения насоса повторяется.
Для проверки работоспособности схемы имеется кнопка SB2, при нажатии которой срабатывают реле К1, пускатель К2 и включается насос. Схема простая, надежная и испытанная, перед подсоединением ее к датчикам уровней необходимо проверить на макете с водой, взятой из этой скважины или колодца.
Примененный в схеме трансформатор Т1 мощностью 10–15 Вт, можно взять любой с напряжением вторичной обмотки 13,5—14,5 В. Реле К1 типа РЭС22, паспорт РФ4.500.129, можно использовать и другие типы реле, например, РЭС6, РЭС9 с напряжением на 12 В.
2. Рассмотрим автоматическое предотвращение возможных несчастных случаев во время работы насосов при повреждении изоляции их токоведущих частей или снижении ее сопротивлений относительно корпуса ниже допустимого значения.
Заводы-изготовители выпускают вышеуказанные насосы как переносные электроприемники II класса по способу защиты человека от поражения электрическим током (обозначение на корпусах — квадрат в квадрате). Насосы имеют двойную изоляцию: рабочую и защитную — залитый эпоксидным клеем зазор между корпусом и электромагнитной системой. По правилам их корпуса не зануляют, и по нормам сопротивление изоляции их токоведущих частей, измеренное мегометром на 1000 В, должно быть Rиз >= 2 МОм.
Двойная изоляция наиболее эффективна, когда у электроприемника корпус выполнен из изолирующего материала. К большому сожалению, корпуса у погружных насосов металлические.
Ошибочно было бы думать, что при пользовании насосами, имеющими двойную изоляцию, полностью исключаются несчастные случаи. Такие факторы, как металлический корпус, рабочее напряжение 220 В, возможность попадания влаги в приводную камеру из-за старения и разрушения резиновой прокладки и в конечном счете в обмотки катушек через микротрещины слоя эпоксидного клея, пробой изоляции токоведущих частей насоса вследствие грозовых разрядов, поступающих из питающей сети, старение и разрушение или механические повреждения питающего кабеля в процессе работы насоса, и другие представляют источник поражения человека электрическим током при работе насосов вследствие разрушения изоляции токоведущих частей или снижения ее сопротивления относительно корпуса.
Положение усугубляется еще тем, что периодическая проверка состояния изоляции насосов, к сожалению, не производится. Причинами поражений электрическим током при работе насосов являются случайное прикосновение человека непосредственно или через воду к корпусу насоса с поврежденной изоляцией токоведущих частей или сниженной величиной ее сопротивления ниже допустимого значения и также случайное попадание человека под «шаговое» напряжение в зоне растекания тока в воде или земле в случае замыкания фазы на его корпус. Исправная отличная изоляция токоведущих частей насоса — основное условие его безопасной работы.
Рассмотрим несколько характерных примеров поражения человека электрическим током от работающего насоса с поврежденной изоляцией и автоматическое отключение такого насоса от сети во избежание несчастных случаев. В каждом примере насосы запитаны от сети 380/220 В с глухозаземленной нейтралью через автоматический выключатель АП50-2МТ (ток расцепителя 4А) и штепсельный разъем. Сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора R0 = 4 Ом.
Пример 1. Насос перекачивает воду для полива из бака, установленного на подставке, у которой сопротивление изоляции относительно земли Rиз.п = 10 кОм. Человек стоит на земле в изолирующей обуви с сопротивлением изоляции Rоб = 10 кОм, сопротивление его тела Rч = 1 кОм, и он прикасается рукой к баку с водой, в которой работает насос (рис. 21).
Рис. 21.Перекачивание насосом воды из бака:
а, б — запитывание насоса от автоматического выключателя QF и устройства защитного отключения (УЗО); Т1 — трансформатор силовой; XS, ХР — разъем штепсельный; Jн, Jy, Jn и Jч — токи насоса, утечки через подставку и тело человека
Определяем токи утечки Jy с токоведущих частей насоса без прикасания человека и при прикасании его к баку, а также токи через тело человека при разных значениях сопротивлений изоляции насоса.
Ток утечки Jy без касания человека к баку:
Jy = U/R,
где U = 220 В, R — сопротивление цепи тока утечки (рис. 21), состоящее из суммы сопротивлений обмотки трансформатора Хт, питающей линии X1, изоляции насоса Rиз.н, подставки Rиз.п воды, земли и заземляющего устройства нейтрали трансформатора R0.
Сопротивления изоляций насоса и подставки во много раз больше других составляющих, поэтому ток утечки определяем упрощенно (сопротивления в кОм, токи — мА).
Jy = U/(Rиз.н +Rиз.п) = 220/(Rиз.н + 10)
Приводим вычисления.
Rиз.н = 500 кОм; Jy = 0,43 мА;
Rиз.н = 12 кОм; Jy = 10 мА;
Rиз.н = 0; Jy = 22 мА.
Как замечаем, с уменьшением Rиз. н токи утечки пропорционально возрастают.
Далее определяем токи утечки Jy и токи через тело человека Jч при его прикасании к баку с водой. При расчетах имеем в виду, что сопротивления тела человека и его обуви и сопротивление подставки соединены параллельно, и токи утечки с насоса распределяются по телу человека и подставке обратно пропорционально их величинам. При расчетах сопротивлениями малых величин пренебрегаем. Приводим вычисления.
Rиз.н = 500 кОм Jy = 0,435 мА J4 = 0,273 мА;
Rиз.н = 16,75 кОм Jy = 10 мА J4 = 4,77 мА;
Rиз.н = 10 кОм Jy = 14,4 мА J4 = 6,9 мА
Ток величиной 6,9 мА вызывает судороги и боль по всей руке, и пальцы рук непроизвольно судорожно сжимают электрод.
При Rиз.н = 0 фаза оказывается на корпусе насоса (пробой изоляции), соответственно бак с водой становится под напряжением 220 В по отношению к земле, представляя смертельную опасность для окружающих людей. При прикасании человека (в обуви) к баку Jy = 42 мА, а через него проходит ток 20 мА, ток такой величины парализует руки немедленно, дыхание становится затрудненным, человек теряет способность контролировать свои действия и не может освободиться самостоятельно от зажатого в руке проводника. А при его прикасании без изолирующей обуви ток через тело человека будет равным 220 мА, который является смертельно опасным. В данном примере автоматический выключатель QF, от которого запитан погружной насос, не реагирует ни на утечки токов и замыкание фазы на корпус (зануление корпуса насоса при замыкании фазы на него вызвало бы ток короткого замыкания (КЗ.) и мгновенное отключение автоматического выключателя и отсоединение поврежденного насоса от сети, но так как корпус не занулен и отключение автомата не происходит). Поэтому непременным условием применения погружного насоса должно быть запитывание его через устройство защитного отключения (УЗО), которое, являясь единственно надежной защитой человека при его работе и осуществляя непрерывный контроль изоляции его токоведущих частей, автоматически и мгновенно отключает насос при: появлении тока утечки,