Преобразователи частоты для насосов водоснабжения

Современные системы централизованного и автономного водоснабжения являются сложными энергоемкими участками инфраструктуры. В связи с этим применение частотного регулирования для насосов систем водоснабжения - один из путей снижения расходов и повышения надежности обеспечения водой. Подробнее об этом в статье.

Применение преобразователей частоты для насосов в системах водоснабжения

Главные параметры насосных агрегатов – напор и расход. Для регулирования этих характеристик на насосных станциях применяют задвижки, другие запорно-регулирующие устройства, каскадное включение и отключение насосных агрегатов.

К недостаткам этих способов относятся:

• Резкое увеличение гидравлических потерь при работе на частично открытую задвижку.
• Снижение к.п.д насоса.
• Высокая вероятность гидравлических ударов.

Наиболее перспективным методом является плавное регулирование подачи изменением частоты вращения рабочего колеса. В качестве электропривода насосных агрегатов применяют одно- или трехфазные асинхронные электродвигатели. Основные их недостатки – высокие пусковые токи и невозможность регулировки скорости вращения ротора. С появлением преобразователей частоты стало возможным плавно изменять скорость вращения рабочего колеса.

Частотно-регулируемые приводы насосов:

• Значительно снижают потребление электроэнергии при низком расходе воды. Экономия может составлять от 20 до 40%.
• Обеспечивают плавный запуск. При плавном увеличении давления возникновение гидроударов практически невозможно.
• Осуществляют защиту от аварий и ненормальных режимов работы.
• Обеспечивают попеременную работу насосных агрегатов, включение и отключение резерва.

За счет оптимизации работы электропривода снижается износ двигателя и гидравлической части системы водоснабжения. Современные преобразователи частоты также обеспечивают автоматическое регулирование подачи и давления по заданному алгоритму, связь с верхним уровнем системы автоматизации.

Виды насосов на насосных станциях

На насосных станциях используют основные, резервные и дренажные насосные агрегаты. Модернизация приводов частотными преобразователями технически и экономически эффективна для всех типов насосов.

Основные насосы

Основные насосные агрегаты предназначены для поддержания необходимого напора в сети. Насосы работают при переменном расходе, применение частотных преобразователей обеспечивает:

• Автоматическое регулирование подачи по фактическому расходу. При помощи преобразователей частоты также можно реализовать автоматическую схему управления по давлению, напору или нескольким параметрам.
• Отключение агрегатов при перегрузке, обрыве фаз, “сухом ходе”, повреждении гидравлической части и так далее.
• Сигнализацию о возникновении аварий, ненормальных режимах работы. Частотные преобразователи поддерживают типовые протоколы связи. Приводы можно интегрировать в комплексную систему автоматизации и телемеханики. При возникновении внештатных ситуаций преобразователь частоты обеспечивает подачу сигнала на диспетчерский пульт.
• Некоторые модели осуществляют ведение журнала событий. Запись об аварийном отключении фиксируется во встроенной памяти устройства.

Резервные насосы

Агрегаты предназначены для увеличения надежности водоснабжения. При выходе одного из основных насосов к сети подключается резерв. Кроме того, резервные насосные агрегаты включаются при пиковых нагрузках на сеть. Преобразователи частоты осуществляют:

• Автоматическое включение и отключение агрегатов. Преобразователи частоты можно настроить на запуск по давлению, расходу или нескольким характеристикам. При увеличении потребления воды, преобразователи включают резервные насосы. При снижении расхода в системе резерв отключается.
• Попеременную работу насосов. Непрерывная эксплуатация основных агрегатов ведет к быстрому износу. Для равномерного распределения рабочего ресурса насосов применяют попеременное включение агрегатов. Частотный преобразователь осуществляет плавный пуск и остановку насосов с одновременным включением и отключением резервных агрегатов в функции времени.
• Равномерное распределение нагрузки. При параллельной работе нескольких насосов на общую сеть возникает несимметричная нагрузка. Частотный преобразователь автоматически синхронизирует работу агрегатов.

Дренажные насосы

Назначение этих агрегатов – откачка воды при подтоплении насосной станции. Для электропривода таких насосов используют частотные преобразователи группового управления всеми насосными станциями. ПЧ:

• Осуществляют пуск и остановку насосов по датчику уровня.
• Обеспечивают защиту от “сухого хода”.

Особенности применения в автономных системах водоснабжения

Преобразователи частоты широко используют для автономных систем водоснабжения. Главные их особенности:

• Непостоянная работа.
• Переменный расход.
• Наличие бака-расширителя для защиты от гидроударов.

Кроме того, бытовые насосы часто комплектуют однофазными электродвигателями. Для автономных систем выпускают специализированные преобразователи частоты на 220 В. Кроме перечисленных преимуществ, однофазные частотники позволяют:

Обойтись без пускового конденсатора. Роль фазосдвигающего элемента выполняет преобразователь частоты. Применение устройства упрощает схему управления двигателем.
Уменьшить объем бака-расширителя. Резервуар необходим для смягчения скачков давления при пуске насосного агрегата. Плавный старт насоса снижает вероятность гидравлических ударов и позволяет снизить объем резервуара.

Преобразователи частоты широко используют для автономных систем водоснабжения с полупогружными и погружными насосами. Такие агрегаты имеют герметичное исполнение. Поверхностная установка насосных агрегатов такого типа не разрешается, охлаждение рабочих узлов осуществляется окружающей жидкостью.

Для погружных насосов используют выносной преобразователь частоты, размещаемой в блоке управления. При выборе устройства необходимо учесть глубину скважины и расстояние до устройства управления. При длине кабеля более 50 м возникают гармонические помехи, отрицательно влияющие электродвигатель. В этом случае необходим специальный фильтр, который устанавливаются после частотного преобразователя. Кроме того, ПЧ должен быть приспособлен к работе с датчиком уровня. При снижении уровня воды в скважине ниже критической отметки, ПЧ должен отключить насосный агрегат. В противном случае, насос сгорит.

Большинство производителей насосов комплектуют агрегаты и установки блоками управления с преобразователями частоты. При необходимости можно модернизировать уже существующий электропривод. Средний срок окупаемости частотно-регулируемого привода от нескольких месяцев до 3 лет.