Как подобрать размер кабеля питания для погружного насоса глубокого колодца

Наземный двигатель обычно расположен близко к своему блоку управления и доступен для осмотра. Двигатель скважинного насоса может работать на глубине десятков или сотен метров под землей.

Электрический маршрут может включать:

• Кабель от трансформатора до блока управления

• Кабель от блока управления до устья скважины

• Кабель вниз по стволу скважины

• Заводские выводы двигателя

• Подводное соединение

• Сопротивление клемм и соединений

Каждый участок вносит вклад в общее падение напряжения.

Погружной кабель также должен работать в ограниченной среде. Он может подвергаться воздействию:

• Постоянного погружения

• Гидростатическое давление

• Температуры воды

• Химического состава воды

• Истирания о обсадную трубу

• Давления кабельных зажимов

• Вибрации насоса

• Механических нагрузок при монтаже

• Долгосрочного старения изоляции

Кабель, подходящий для сухих промышленных помещений, автоматически не подходит для погружной установки в скважине.

Начните с конкретного двигателя, а не с названия серии насоса.

Запишите:

• Номинальная мощность двигателя

• Номинальное напряжение

• Частота

• Однофазное или трехфазное питание

• Номинальный ток

• Полная нагрузка или максимальный рабочий ток

• Коэффициент мощности

• КПД

• Метод пуска

• Количество выводов двигателя

• Класс изоляции

• Допустимый допуск напряжения

• Максимальные данные производителя по длине кабеля

Погружные насосы SLAPK могут быть сконфигурированы для различных напряжений и частот, включая специфические для проекта требования 50 Гц и 60 Гц. Доступные конфигурации зависят от выбранной модели двигателя и насоса.

Не предполагайте, что два двигателя с одинаковой номинальной мощностью в киловаттах имеют одинаковый ток. Номинальный ток меняется в зависимости от напряжения, фазы, КПД, коэффициента мощности и конструкции двигателя.

Используйте подтвержденный лист данных двигателя для точного заказа.

Не используйте только глубину скважины в качестве длины кабеля.

Полный электрический маршрут может включать:

• Расстояние от трансформатора до блока управления

• Расстояние от блока управления до устья скважины

• Дополнительный кабель внутри блока управления

• Глубина от устья скважины до соединения двигателя

• Сервисная петля у устья скважины

• Кабель, необходимый для подключения

• Прокладка вокруг конструкций

• Запас на плановое обслуживание

Если скважина глубиной 120 м, а блок управления находится в 45 м от устья, электрический маршрут уже значительно длиннее, чем только подводная часть.

Используйте фактическую одностороннюю длину маршрута при обращении к соответствующей таблице кабелей двигателя или при выполнении расчета падения напряжения. Применяйте правильную формулу для фазовой схемы; не удваивайте и не умножайте длины вручную, если выбранный метод расчета этого не требует.

Заводской вывод двигателя также должен быть включен, если метод расчета производителя не учитывает его.

Требование к току кабеля обычно основано на подтвержденном токе двигателя и применимых электротехнических правилах.

Не рассчитывайте сечение кабеля только по киловаттам, если доступен номинальный ток.

Обзор проектирования должен учитывать:

• Нормальный рабочий ток

• Коэффициент обслуживания двигателя, если применимо

• Пусковой ток

• Длительность пуска

• Частота пусков

• Температуры окружающей среды

• Группировка кабелей

• Метод монтажа

• Гармоническое содержание от частотного преобразователя

• Необходимая координация защитных устройств

Пусковой ток обычно не означает, что кабель должен непрерывно выдерживать ток заблокированного ротора. Однако кабель должен поддерживать достаточное напряжение во время пуска, чтобы двигатель развивал достаточный крутящий момент.

Длинный, недостаточного сечения кабель может создавать большое падение напряжения во время пуска, даже если его непрерывная токовая нагрузка кажется приемлемой.

Токовая нагрузка — это непрерывный ток, который кабель может пропускать в заданных условиях, не превышая допустимую температуру проводника или изоляции.

Опубликованная токовая нагрузка зависит от:

• Материала проводника

• Площади поперечного сечения проводника

• Материала изоляции

• Количества нагруженных проводников

• Конструкции кабеля

• Температуры окружающей среды

• Монтажа на воздухе, в трубе, в земле или в воде

• Группировки с другими кабелями

• Местных электротехнических норм

Кабель, прошедший расчет падения напряжения, все равно должен соответствовать требованиям по токовой нагрузке.

И наоборот, кабель, который может безопасно пропускать ток, все равно может быть слишком мал из-за чрезмерного падения напряжения на большом расстоянии. Обе проверки необходимы.

Падение напряжения происходит потому, что каждый проводник имеет электрическое сопротивление и импеданс.

Для упрощенного резистивного расчета падение напряжения увеличивается с:

• Длиной кабеля

• Током двигателя

• Удельным сопротивлением проводника

Оно уменьшается с увеличением площади поперечного сечения проводника.

Для медного проводника упрощенная зависимость следующая:

Падение напряжения пропорционально току * длине кабеля / площади проводника

Полный расчет переменного тока может также учитывать:

• Коэффициент мощности

• Реактивное сопротивление проводника

• Конфигурация кабеля

• Рабочая температура

• Трехфазное или однофазное питание

Для сбалансированного трехфазного двигателя используйте формулу падения напряжения для трехфазной сети или утвержденную таблицу кабелей производителя. Для однофазного двигателя используйте правильный метод для однофазной сети.

Не смешивайте два расчета.

Расчетное напряжение на клеммах двигателя должно оставаться в пределах допустимого диапазона производителя двигателя как при работе, так и при пуске.

Одна и та же потеря напряжения представляет разные проценты при разных напряжениях системы.

Например, фиксированная потеря напряжения более значительна в системе с более низким напряжением, чем в системе с более высоким напряжением.

Чрезмерное падение напряжения может вызвать:

• Снижение пускового момента

• Увеличение времени ускорения

• Более высокий ток двигателя

• Дребезг контактора

• Повторные срабатывания защиты от перегрузки

• Перегрев двигателя

• Нестабильная работа частотного преобразователя

• Невозможность запуска под гидравлической нагрузкой

• Сокращение срока службы

Информация по устранению неисправностей SLAPK указывает на низкое напряжение, чрезмерно тонкий провод и слишком длинный кабель как на возможные причины отказа погружного двигателя при запуске.

Поэтому выбор кабеля должен быть согласован с фактическим напряжением, доступным на объекте, а не только с номинальным напряжением системы.

Двигатель потребляет значительно больший ток при прямом пуске, чем при нормальной работе.

Поскольку падение напряжения связано с током, временное падение во время пуска может быть намного больше, чем при работе.

Обзор пуска должен учитывать:

• Доступная мощность трансформатора

• Мощность генератора

• Импеданс системы питания

• Длина кабеля и сечение проводника

• Ток заблокированного ротора двигателя

• Пусковой момент насоса

• Соединения устья скважины и блока управления

• Метод пуска

• Время ускорения

Двигатель может работать нормально после достижения скорости, но все равно не запускаться, потому что напряжение на клеммах падает во время ускорения.

Возможные методы пуска включают:

• Прямой пуск

• Пуск звезда-треугольник

• Пуск автотрансформатором

• Плавный пуск

• Частотный преобразователь

Выбранный метод должен быть совместим с выводами двигателя, напряжением, блоком управления и требованиями проекта.

Не предполагайте, что установка плавного пуска или частотного преобразователя автоматически допускает использование меньшего кабеля. Полные инструкции производителя и электротехнический проект по-прежнему применимы.

Медь обычно используется для кабелей погружных насосов благодаря своей проводимости, надежности соединений и доступности.

Если рассматриваются алюминиевые проводники для наземной части, проектировщик должен учитывать:

• Большую требуемую площадь проводника

• Совместимость клемм

• Контроль окисления

• Механическую прочность

• Тепловое расширение

• Номинальные значения разъемов

• Переход к медным выводам двигателя

Не делайте подводное соединение медь-алюминий, если вся система соединения специально не разработана и не одобрена для этой цели.

Материал проводника, используемый в расчете падения напряжения, должен соответствовать фактическому кабелю.

Подводная часть должна быть кабелем, специально предназначенным для постоянного погружения и ожидаемых условий воды.

Факторы выбора включают:

• Пресная или соленая вода

• Максимальная температура воды

• Гидростатическое давление

• Воздействие химических веществ

• Воздействие масла или углеводородов

• Плоская или круглая конструкция

• Внешний диаметр кабеля

• Гибкость

• Стойкость к истиранию

• Номинальное напряжение

• Материал изоляции и оболочки

• Разрешение на использование для питьевой воды, где требуется

Стандартный гибкий кабель может выглядеть физически похоже, но может быть не предназначен для постоянной подводной эксплуатации.

Проверьте как изоляцию, так и внешнюю оболочку. Водонепроницаемая оболочка не компенсирует изоляцию проводника, непригодную для данного напряжения, температуры или периода погружения.

Кабели для погружных насосов доступны в плоском и круглом исполнении.

Плоский кабель может быть полезен там, где зазор между насосом, подъёмной трубой и обсадной трубой ограничен. Он может плотнее прилегать к трубе или защитному кожуху кабеля.

Круглый кабель может быть предпочтительнее для определенных сальников, уплотнений, кабельных зажимов и систем механической защиты.

Правильный выбор зависит от:

• Подключения двигателя

• Зазора в обсадной трубе

• Конструкции кабельного сальника

• Метода крепления кабеля

• Комплекта для соединения

• Монтажного оборудования

• Разрешения производителя

Форма кабеля не определяет его токовую нагрузку. Подтвердите площадь проводника, изоляцию, номинальное напряжение и чертеж размеров.

Выбор кабеля также влияет на возможность прохождения узла насоса через ствол скважины.

Проверьте комбинированный габарит:

• Насос и двигатель

• Подъёмная труба

• Кабель

• Защитный кожух кабеля

• Кабельные зажимы

• Подводное соединение

• Обратные клапаны

• Муфты труб

• Центраторы

Соединение может быть толще самого кабеля и стать определяющим монтажным размером.

Проверьте минимальный внутренний диаметр обсадной трубы по всему пути монтажа. Обеспечьте практический зазор для отклонения обсадной трубы, стыков, отложений и извлечения.

Для получения соответствующей информации о размерах см. Насосы для скважин 6 дюймов против 8 дюймов: как выбрать.

Насос глубокой скважины обычно требует соединения между заводскими выводами двигателя и удлиненным подводящим кабелем.

Это соединение должно обеспечивать:

• Надежную электрическую непрерывность

• Низкое сопротивление соединения

• Механическую прочность

• Электрическую изоляцию

• Постоянный водонепроницаемый барьер

• Совместимость с изоляцией кабеля

• Гладкий внешний профиль

• Стойкость к монтажным нагрузкам

Инструкции по соединению кабеля SLAPK показывают подготовку концов проводников, механическое соединение, обмотку изоляцией и многослойное уплотнение. Для фактического поставляемого кабеля следует следовать утвержденному методу и материалам.

Соединение, которое электрически изолировано, но не водонепроницаемо, может выйти из строя после погружения.

Попадание воды в кабель или соединение может привести к:

• Низкому сопротивлению изоляции

• Замыканиям на землю

• Межфазным замыканиям

• Коррозии проводников

• Срабатываниям защиты

• Повреждению обмоток двигателя

Используйте одобренный производителем комплект для подводного соединения или документированную процедуру соединения.

Обрезка или повреждение жил проводника

Небрежное снятие изоляции может уменьшить эффективную площадь проводника и ослабить соединение.

Неправильное соединение проводников разного сечения

Разъем и система уплотнения должны вмещать оба проводника и оставаться механически надежными.

Оставление острых выступов

Острые концы проводников или края разъемов могут проколоть изоляцию во время обмотки или монтажа.

Использование обычной изоляционной ленты

Несколько слоев обычной ленты не обязательно обеспечивают надежное уплотнение в глубокой воде.

Захват влаги внутри соединения

Концы кабеля и материалы соединения должны быть чистыми и сухими перед уплотнением.

Слишком большой размер соединения

Слишком большое соединение может зацепиться за стыки обсадной трубы или повредиться при опускании.

Размещение соединения под повторяющейся механической нагрузкой

Соединение не должно нести подвесную нагрузку кабеля или оставаться резко изогнутым на муфте.

Силовой кабель должен быть закреплен вдоль подъёмной трубы так, чтобы он не висел свободно, не терся об обсадную трубу и не двигался чрезмерно во время работы.

Крепления кабеля должны:

• Удерживать кабель, не сдавливая его

• Сопротивляться воздействию воды и среды монтажа

• Избегать острых краев

• Учитывать тепловое и механическое движение

• Оставаться надежными во время пуска насоса

• Обеспечивать безопасное извлечение узла

Защитные кожухи кабеля должны использоваться там, где это необходимо вокруг насоса и секций муфт.

Не используйте металлические крепежные материалы, которые могут повредить оболочку кабеля или создать неподходящее гальваническое условие.

Интервал и материал крепления должны соответствовать требованиям насоса, кабеля и установщика.

Выбор кабеля не может быть отделен от системы защиты двигателя.

Блок управления может включать:

• Защиту от короткого замыкания

• Защиту двигателя от перегрузки

• Защиту от потери фазы

• Защиту от последовательности фаз

• Защиту от пониженного и повышенного напряжения

• Защиту от замыкания на землю

• Защиту от сухого хода

• Мониторинг температуры

• Контроль уровня

• Плавный пуск

• Частотный преобразователь

Настройки защиты должны основываться на подтвержденных данных двигателя и инструкциях производителя.

Реле перегрузки не следует устанавливать выше просто для предотвращения ложных срабатываний, вызванных низким напряжением или поврежденным кабелем. Найдите и устраните электрическую или гидравлическую причину.

Частотный преобразователь изменяет форму электрической волны, подаваемой на двигатель.

Длинные кабели двигателя могут увеличить отраженные волновые эффекты, напряжение, ток утечки и электромагнитные помехи. Допустимая длина кабеля может зависеть от:

• Модели привода

• Несущей частоты

• Выходного напряжения

• Изоляции двигателя

• Конструкции кабеля

• Заземления

• Выходного реактора

• dV/dt фильтра

• Синусоидального фильтра

Следуйте инструкциям производителя частотного преобразователя и двигателя по максимальной длине кабеля.

Кабель также должен быть пригоден для выходного сигнала привода и установлен с требуемой схемой заземления и экранирования.

Не применяйте стандартную таблицу кабелей для прямого пуска к системе с частотным преобразователем без проверки документации привода.

Установка насоса должна включать заземление или защитный проводник, требуемый применимым электротехническим кодом и конструкцией оборудования.

Заземление помогает защитным устройствам реагировать на отказ изоляции и снижает риск поражения током.

Не используйте подъёмную трубу, страховочный трос или обсадную трубу в качестве непроверенной замены требуемого защитного проводника.

Схема заземления должна включать:

• Соединение заземления двигателя

• Заземление блока управления

• Защитный проводник кабеля

• Соединение необходимых металлических компонентов

• Правильное подключение

• Тестирование непрерывности

Местные электротехнические нормы и условия объекта определяют окончательную конструкцию.

Перед опусканием насоса осмотрите и протестируйте кабель и узел двигателя.

Рекомендуемые проверки могут включать:

• Визуальный осмотр оболочки кабеля

• Проверка непрерывности проводников

• Сравнение сопротивления между фазами

• Испытание сопротивления изоляции

• Непрерывность заземляющего проводника

• Осмотр соединения

• Сравнение сопротивления обмоток двигателя

• Подтверждение идентификации фаз

• Проверка длины кабеля

Используйте испытательное напряжение и процедуру, указанные производителем двигателя и кабеля.

Отключите чувствительное электронное оборудование, включая частотный преобразователь, перед проведением испытаний сопротивления изоляции, если это требуется его инструкциями.

Запишите результаты перед установкой. Эти базовые значения помогают диагностировать будущие проблемы.

Повторите требуемые электрические проверки после опускания насоса, но до начала нормальной работы.

Это может выявить повреждения, вызванные:

• Тягой кабеля

• Контактом с краями обсадной трубы

• Сдавленной изоляцией

• Поврежденным соединением

• Неправильным подключением

• Попаданием воды в соединение

Во время ввода в эксплуатацию запишите:

• Напряжение питания

• Напряжение на клеммах двигателя или в блоке управления

• Баланс фазно-фазного напряжения

• Рабочий ток по каждой фазе

• Пусковое поведение

• Сопротивление изоляции

• Настройки защиты

• Расход и напор насоса

Несоответствие тока может указывать на несоответствие напряжения, проблему с соединением, повреждение кабеля или неисправность двигателя.

Предположим, трехфазный насос для скважины будет установлен на 150 м ниже устья, а блок управления находится в 35 м от скважины.

Шильдик двигателя и данные поставщика предоставляют номинальное напряжение, ток, метод пуска и допустимую длину кабеля.

Инженер должен:

1. Добавить подводный кабель, наземный маршрут, сервисный запас и заводские выводы двигателя в соответствии с выбранным методом расчета.

2. Определить номинальный и пусковой ток.

3. Выбрать медный кабель для погружных установок с подходящей изоляцией.

4. Проверить его токовую нагрузку в фактических условиях монтажа.

5. Рассчитать рабочее падение напряжения.

6. Проверить доступное напряжение двигателя во время пуска.

7. Сравнить результат с допустимым диапазоном производителя.

8. Увеличить сечение проводника, если требования по падению напряжения или токовой нагрузке не выполнены.

9. Проверить внешние размеры кабеля и соединения на соответствие зазору в обсадной трубе.

10. Согласовать кабель с поставщиком блока управления, пускателя или частотного преобразователя.

11. Документировать окончательную площадь проводника, длину, метод соединения и настройки защиты.

Окончательный выбор кабеля не может быть сделан только по глубине установки.

• Выбор сечения проводника только по мощности двигателя в киловаттах

• Игнорирование наземного кабеля между блоком управления и устьем скважины

• Использование номинальной глубины скважины в качестве общей длины кабеля

• Проверка токовой нагрузки, но не падения напряжения

• Проверка рабочего напряжения, но не пусковых условий

• Использование однофазных расчетов для трехфазного двигателя

• Использование обычного кабеля для постоянного погружения

• Игнорирование температуры и химического состава воды

• Установка неутвержденного подводного соединения

• Допущение трения кабеля об обсадную трубу

• Неучет соединения при проверке зазора

• Игнорирование максимальной длины кабеля двигателя для частотного преобразователя

• Увеличение настроек перегрузки вместо исправления низкого напряжения

• Невыполнение испытаний изоляции до и после установки

Отправьте следующую информацию поставщику двигателя, кабеля и блока управления:

• Полная модель насоса и двигателя

• Номинальная мощность двигателя

• Номинальное напряжение и частота

• Однофазное или трехфазное питание

• Номинальный ток

• Метод пуска

• Мощность трансформатора или генератора

• Расстояние от источника питания до блока управления

• Расстояние от блока управления до устья скважины

• Глубина установки насоса

• Длина и сечение заводского вывода двигателя

• Предлагаемый материал кабеля и площадь поперечного сечения

• Требование к плоскому или круглому кабелю

• Температура и химический состав воды

• Минимальный внутренний диаметр обсадной трубы

• Модель частотного преобразователя и диапазон рабочих частот

• Требуемый местный электротехнический стандарт

• Схема заземления

• Ожидаемое количество пусков в час

• Непрерывный или прерывистый рабочий режим

Какой кабель мне нужен для насоса глубокой скважины?

Ответ зависит от тока двигателя, напряжения, фазы, полной длины кабеля, предельного падения напряжения, метода пуска, условий монтажа и местных норм. Только мощность двигателя и глубина скважины недостаточны.

Могу ли я использовать кабель большего сечения, чем минимальный размер, рекомендованный производителем?

Часто да, при условии его совместимости с клеммами, соединением, оборудованием управления и зазором в скважине. Проводник большего сечения уменьшает падение напряжения, но увеличивает стоимость, вес и внешний диаметр.

Включает ли длина кабеля расстояние до блока управления?

Да. Все электрические участки, которые способствуют падению напряжения, должны быть включены в соответствии с выбранным методом расчета.

Могу ли я использовать обычный гибкий кабель под водой?

Только если он специально предназначен для постоянного погружения, требуемого напряжения, температуры, давления и условий воды. Не следует предполагать, что обычный гибкий кабель подходит.

Позволяет ли частотный преобразователь использовать кабель меньшего сечения?

Не автоматически. Кабель по-прежнему должен соответствовать требованиям по токовой нагрузке, падению напряжения, изоляции, заземлению и требованиям производителя привода. Длинные выходные кабели частотных преобразователей могут потребовать дополнительных фильтров или реакторов.

Почему мой насос не запускается, хотя напряжение питания выглядит правильным?

Напряжение может значительно упасть во время пуска из-за сопротивления кабеля, слабой мощности источника или высокого пускового тока. Измерьте и оцените напряжение в пусковых условиях.

Должно ли подводное соединение находиться выше уровня воды?

Это часто непрактично при установке в глубокой скважине. Когда соединение погружено, оно должно использовать утвержденный метод постоянного подводного уплотнения.

Как я могу убедиться, что кабель не был поврежден во время установки?

Выполните указанные тесты непрерывности, сопротивления обмоток и сопротивления изоляции до и после опускания насоса. Сравните результаты с записанными базовыми значениями.

Кабель для насоса глубокой скважины должен выбираться как в ходе электрического, так и монтажного анализа.

Окончательный выбор должен:

• Безопасно переносить требуемый ток.

• Ограничивать рабочее и пусковое падение напряжения.

• Использовать полную длину электрического маршрута.

• Соответствовать напряжению, фазе и методу пуска.

• Выдерживать постоянное погружение.

• Использовать надежное подводное соединение.

• Помещаться внутри обсадной трубы вместе с полным узлом.

• Согласовываться с блоком управления и системой защиты.

• Соответствовать применимым электротехническим нормам.

Не заказывайте кабель только по мощности двигателя или глубине скважины. Подтвердите точный ток двигателя, общую длину кабеля, расчет падения напряжения, площадь проводника, систему изоляции и среду монтажа перед производством.

Отправьте SLAPK требуемый расход и напор, глубину скважины, глубину установки насоса, мощность двигателя, напряжение, частоту, фазу, общий маршрут кабеля, метод пуска, температуру воды и внутренний диаметр обсадной трубы.

Наши инженеры могут порекомендовать подходящий насос для скважины серии QJ или SP и предоставить данные двигателя, номинальный ток, информацию о заводских выводах и рекомендации по длине кабеля, необходимые для вашего проекта.