Выбор системы и описание принципиальной схемы

2. Выбор системы и описание принципиальной схемы.

Для ПЭДа мы выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором так как режим работы у нас продолжительный то важными критериями по выбору двигателя является его надежность, простота исполнения .

Достоинства - простота конструкции, надежность в эксплуатации и сравнительно низкая стоимость, поэтому в нефтяной и газовой промышленности АД с короткозамкнутым ротором получили наибольшее распространение. Кроме того АД не требует питание преобразовательных установок так как получают питание непосредственно от сети переменного тока.

Недостатки - При пуске АД без ограничивающих сопротивлений токи в статоре и роторе в несколько раз превышают номинальные величины. В двигателе с короткозамкнутым ротором пусковой ток в 4 - 7 раз превышает номинальный. По мере разбега уменьшается ЭДС ротора и соответственно токи ротора и статора. При скольжении равном 0 т. е. при синхронной частоте вращения, ток ротора снижается до нуля, а ток статора до силы тока холостого хода.

Корпус статора в ПЭДе представляет собой стальную трубу, В которую запресованы магнитные пакеты статора длинной 320-450 мм, набранные из электротехнической стали. Статор состоит из отдельных магнитных пакетов “секций” разделенных короткими пакетами из немагнитного материала. Двухполюсная обмотка статора выполнена общей для всех его секций. Ротор так же состоит из отдельных секций с длинной каждой около 400 мм, отвечающих секциям ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения опирающиеся на немагнитные пакеты статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы неминуемо при длинном роторе и малых воздушных зазоров, не превышающих у этих машин 0.4 мм .

Ротор закрепляется в верхней части двигателя - подвешивается на верхнем подпятнике - радиально-упорном подшипнике. Корпус двигателя заканчивается в верхней части головкой, которая закрывает лобовые части обмотки и обеспечивает присоединение протектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основанием двигателя, в котором размещается масляный фильтр и клапан. Внутренняя полость двигателя заполнена специальным маловяжущим маслом, которое под действием турбинки насаженной на вал ротора оно проходит по зазору между ротором и статором и параллельно по каналам между корпусом двигателя и внешней поверхностью статорных пакетов. попадает в фильтр и возвращается к турбинке по каналу имеющему внутри вала охлаждение электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее нагретых частей. Полость двигателя заполняется маслом через клапан.

Управление и защита ПЭДа осуществляется с помощью комплексов аппаратуры ПГХ - 5071 и ПГХ - 5072. 1968 года выпуска. Эти комплексы снабжаются защитой от замыканий на землю, осуществляющая мгновенное отключение установки при появлении тока замыкания на землю силой 2 А и более в погружном электродвигателе, кабеле или автотрансформаторе. Схема ПГХ - 5071 дает возможность 1) Ручного управления. 2) Автоматического управления. Для работы в ручном режиме устанавливаем переключатель SA в положение (Р) ручное управление.

Пуск осуществляется нажатием кнопки SB 1. Возбуждается обмотка катушки KL2 и замыкается его замыкающие контакты. Контакт KL 2.2 подготавливает цепь питания контактора KM, контакт KL 2.1 подает питание через замкнутый контакт KL 4.1 обмотки реле KT1, а контакт KL 2.3 шунтирует цепь кнопки SB1 и контактов KM, KL 3.5. Через установленное время после подачи питания на реле KT1 замыкается проскальзывающий контакт KT 1.2 в цепи реле KL3, что приводит к возбуждению последнего по цепи, содержащей контакт KL 4.2 Реле KL3 остается включенным после размыкания контакта KT 1.2, получая питание через свой замыкающий контакт KL 3.2. Контакт KL 3.1 обеспечивает питание KT1 через собственный контакт KT 1.1 Одновременно с замыканием контакта KL 3.3 возбуждается катушка KM. Главные контакты KM 1.1 через автотрансформатор и кабель подают питание ПЭДу, а замыкающий блок - контакт KM 1.2 шунтирует контакт KL 3.3, обеспечивая питанием катушки контактора KM после размыкания контакта KL 3.3. В момент включения погружного электродвигателя срабатывают максимально токовые реле KA4 и KA6 защиты от междуфазных коротких замыканий и токов перегрузки, превышающие 1.4 номинального тока двигателя. Размыкаются контакты KA 4.2 и KA 5.2 в цепи реле KL2 но последнее не выключается так как на время пока длится пуск двигателя, эти контакты шунтируются размыкающим контактом KL 4.5. После 2-3 сек с момента включения контактора KM, достаточных для окончания пускового режима, реле KT1 замыкает контакт KT 1.2 , что приводит к срабатыванию реле KL3. Контакт KL 3.2 замыкаясь, создает цепь для питания реле KL4 после размыкания контакта КТ 1.2. Контакт KL 4.5 размыкаясь позволяет осуществить автоматическое отключение установки при срабатывании реле защиты KA4 и KA6 и при опускании якоря реле минимального тока КА2 предназначенного для отключения установки при срыве подачи жидкости насосом. Если к моменту включения реле KL4 пуск двигателя не успел закончится, то контакты KA 4.2 и KA 6.2 останутся разомкнутыми и вслед за размыканием контакта KL 4.5 выключится реле KL2 Контакт KL 2.2 отключит катушку контактора KM, что вызовет отключение установки. Контакт KL 4.1, размыкаясь лишает питания реле KT1 через цепь, содержащию контакт KL 2.1, но реле KT1 продолжает быть включенным на напряжение, питаясь через цепь, содержащию контакты KT 1.1 и KL 3.1. Контакт KL 4.2 размыкаясь лишает питания реле KL3.

 Цепи питания реле KL3 через контакты KA3 и KA5 разомкнуты, так как эти контакты по окончанию пускового процесса погружного двигателя разомкнуты. Включение реле KL3 приводит к размыканию контактов KL 3.4 и обесточиванию реле KT2, размыканию контакта KL 3.1 и обесточиванию реле KT1, которое размыкает свои контакты KT 1.1, KT 1.2. Реле KA3 и KA5 являются максимально токовыми реле, предназначенными для отключения установки с выдержкой времени около 2 минут (совместно с реле KT2) при длительных перегрузках двигателя в пределах от 1.2 - 1.4 номинального тока двигателя. Так как контакт KL 3.4 в цепи реле KT2 оказывается замкнутым при пуске на время до 3 сек, то последнее, имея выдержку около двух минут, не успевает сработать. Если же реле KA3 и KA5 срабатывают из-за перегрузки по окончанию пускового режима, то они, замыкая своими контактами KA3 и KA5 цепь реле KL3 на время, больше 2 минут, вызывают последующим действием контакта KL 3.4 срабатывание реле KT2. Контакт реле KT2 отключает катушку реле KL2, и размыкание контакта KL 2.2, обесточивающего катушку KM, приводит к остановке погружного двигателя. При срабатывании реле защит KA1,KA4, KA6 включается реле сигнализации KH. Блинкер этого реле сигнализирует о выключении установки от этих защит, а контакт KH 1.1 разрывает цепь реле KL2. Для ручного выключения установки необходимо установить переключатель SA в положение “0” стоп. При этом лишается питания схема управления, обестачивается катушка контактора KM контакты которого отключают питание автотрансформатора.

При герметизированном групповом сборе нефти можно осуществлять автоматическое включение и выключение установки в зависимости от давления в нагнетательном трубопроводе. Для этой цели используют контакты ВД и НД контакты электроконтактного манометра, установленного в нагнетательном трубопроводе, прокладываемом от скважины к групповому сборному пункту. При повышении давления сверх допустимых значений замыкается контакт ВД и подает питание от контакта переключателя SA на реле KL1. Контакт KL 1.1 обесточивает реле KL4. После выключения реле KL2, оно своим контактом KL 2.3 лишает питания реле KL1, а контактом KL 2.2 отключает катушку контактора KM, выключая погружной двигатель. При уменьшении давления до нормального значения размыкается контакт ВД и замыкается контакт НД, подающий питание на реле KL2, что приводит к автоматическому включению установки.

3. Расчет параметров силовой части схемы .

1. Определяем рабочий ток в силовой части схемы по формуле:

Iс.ц. = Pн * 10 / Ö3*Uном.* h * cos  ( 3.1 )

где Pн - номинальная мощность, Uном - номинальное напряжение,

h - КПД, cos - коэффициент мощности.

Iс.ц. = 17000 / 1.73*400*0.78*0.8 = 40.1 А

1. Определяем рабочий ток схемы управления. Чтобы найти максимальный рабочий ток схемы, выбирают момент, когда включено максимальное количество элементов.

Принимаем мощность катушек магнитных пускателей равной 10 Вт, а мощность катушек реле 6 Вт.

Iц.у. = SP/Uц.у. ( 3.2 )

где SP это сумма мощностей реле и контакторов: Pреле и Pконт

Pреле - мощность реле

Pконт - мощность контактов

Pреле = 6*7 = 42 Вт

Pконт = 1*10 = 10 Вт

SP = 10 + 42 = 52 Вт

Определяем рабочий ток цепи управления:

Iц.у. = 52/220 = 0.23 А

Необходимо выбрать кнопки, реле, пакетные выключатели, лампочки.

Таблица 1 Выбор оборудования

Расчетные данные	условия выбора	Паспортные данные
Промежуточное реле KL1	Марка РП-8	[ 6 ]
Uрасч. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 2	<	число р.к по паспорту = 3
число з.к по схеме = 0	<	число з.к по паспорту = 1
Промежуточное реле KL2	Марка ПЭ-23	[ 2 ]
Uрасч. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 0	<	число р.к по паспорту = 3
число з.к по схеме = 3	<	число з.к по паспорту = 3
Промежуточное реле KL3	Марка ПЭ-23	[ 2 ]
Uрасч. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 3	<	число р.к по паспорту = 3
число з.к по схеме = 2	<	число з.к по паспорту = 3

Продолжение таблицы 1

Расчетные данные	условия выбора	Паспортные данные
Промежуточное реле KL4	Марка ПЭ-23	[ 2 ]
Uрасч. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 1	<	число р.к по паспорту = 3
число з.к по схеме = 3	<	число з.к по паспорту = 3
Реле времени KT 1 - KT 2	Марка РЭВ-810	[ 6 ]
Uрасч. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 1	<	число р.к по паспорту = 1
число з.к по схеме = 1	<	число з.к по паспорту = 1
выдержка времени = 2 сек	<	выдержка времени = 2 сек
Транс-ор тока TA2 - TA3	Марка ТНШ-0.66	[ 6 ]
I1.л. = 40 А	<	I1.л. = 50 А
I2.л. = 5 А	<	I2.л. = 5 А
Uном. = 220 В	<	Uном. = 220 В
Магнитный пускатель KM	МаркаПМА311	[ 1 ]
Uцепи.  = 220 В	<	Uкатушки. = 220 В
Iцепи.упр. = 0.23 А	<	Iном. = 3 А
Iс.ц. = 40 А	<	Iгл.конт. = 63 А
Uцепи. = 380 В	<	Uгл.конт. = 380 В
число р.к по схеме = 1	<	число р.к по паспорту = 4
число з.к по схеме = 1	<	число з.к по паспорту = 1
Токовое реле KA1-KA6	Марка РТ-40/10	[ 6 ]
Iцепи. = 5 А	<	Iном. = 16 А
Uцепи.упр. = 220 В	<	Uкатушки = 220 В
число р.к по схеме = 1	<	число р.к по паспорту = 1
число з.к по схеме = 2	<	число з.к по паспорту = 2
Диапазон уставки 4 А	<	Диапазон уставки  4 А
Кнопка SB1	Марка КЕ - 04	[ 6 ]
Iцепи. = 0.23 А	<	Iном. = 6 А
Uцепи.упр. = 220 В	<	Uном. = 500 В
Трансформатор тока TA1	Марка ТК-50/5	[ 6 ]
I1.л. = 40 А	<	I1.л. = 50 А
I2.л. = 5 А	<	I2.л. = 5 А
Uном. = 220 В	<	Uном. = 220 В
Автом-ий вык-ль SF1	Марка А-63	[ 6 ]
I ном. = 13 А	<	I ном. = 25 А
Uцепи.упр. = 220 В	<	Uном. = 220 В
I уставки сраб. от 0.6 до 25 А	<	I уставки сраб. от 0.6 до 25 А
Автом-ий вык-ль QF1	Марка АП-50	[ 6 ]
I ном. = 40 А	<	I ном. = 63 А
Uцепи.упр. = 380 В	<	Uном. = 400 В
I уставки сраб. = 134.3 А	<	I уставки сраб. = 50-140 А
I расч. = 40 А	<	I н.р. = 63 А

Продолжение таблицы 1

Расчетные данные	условия выбора	Паспортные данные
автотрансфор-ор тока AТ1	Марка AТС-3-20	[ 6 ]
S расч. = 21.2 кВ*А	<	S ном. =50 кВ*А
I2.л. = 40 А	<	I2.л. = 70 А
Uном. = 220 В	<	Uном. = 440 В
Указательное реле KH	Марка РУ-21	[ 6 ]
Iц. = 0.23 А	<	Iц. = 4 А
Uном. = 220 В	<	Uном. = 220 В
число р.к по схеме = 1	<	число р.к по паспорту = 4
Пакетный перкл-ль SA1	МаркаВКП1000	[ 6 ]
Uном. = 220 В	<	Uном. = 220 В
Iном. = 0.23 А	<	Iн. = 4 А
Nположений = 1	<	Nположений = 4
Nкомутаций = 3	<	Nкомутаций = 14

Выбор кабеля для погружного электродвигателя:

Для ПЭДа я выбираю кабели марки КРБК и КРБП

Проверяю их на нагрев:

Iр < Iдоп.