RU1793509C - Устройство дл тепловой защиты погружного электродвигател - Google Patents

Description

катушку, Подвижный элемент 8термореле 1 подн т вверх и.зафиксирован термочувствительным элементом 9. Контакты 10 термореле 1 разомкнуты. Если в процессе работы электродвигател  по каким-либо причинам начнетс  рост температуры ста- торной обмотки, то с некотором запаздыванием будет повышатьс  и температура масла в двигателе. Масло обеспечит увеличение температуры термочувствительного элемента 9 термореле 1. При достижении температурой некоторого заданного предела , например 120 ± 5°С, термочувствительный элемент 9, отклонившись, освободит подвижный элемент 8, который упадет вниз и перемкнет неподвижные контакты 10 термореле. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. . . - . .

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  защиты погружных электродвигателей от анормальных режимов , в; частности при перегревах статорных обмоток погружных электродвигателей в нефт ных скважинах, оборудованных электроцентробежными насосами.

Известны устройства Дл  косвенной защиты погружных электродвигателей от перегрева , в которых о тепловом режиме электродвигател  суд т по величине рабочего тока, определ емого на поверхности. Однако при выводе нефт ной скважины на режим после подзем.юго ремонта погруж- ной электродвигатель неизбежно некоторое врем  работает с перегрузкой в процессе откачки технологичес ой жидкости, тепловое воздействие которой на изол цию электрических цепей двиг чтел  трудно оценить по величине тока. Кроме того,; не во всех случа х перегрев обмоток св зан с превышением рабочим тбксм номинального значени , как, например, при возникновении дополнительных механических трений в электродвигателе.

Известны также способ защиты трехфазного электродвигател  от аварийных режимов и устройство Дл  защиты погруж- його электродвигател  от анормальных режимов . В первом случ е после вы влени  возникновени  аварийных режимов авто- . матйчески производ т искусственное замыкание на землю нейтральной точки обмотки статора, фиксируют по вившийс  при этом ток нулевой последовательности утроенной частоты, ric наличию которого производ т отключение трехфазного электродвигател  от питающей сети. Недостатком устройства по способу  вл етс  необходимость введени  контактов контактора в цепь силового кабел  электродвигател  от вторичной оПмотки питающего трансформатора. Коммутаци  токов большой величины (дес тки с мпер) существенно уменьшает надежность работы устройства,

0

5

Искусственное замыкание нейтральной точки обмотки статора на землю при наличии неизбежного перекоса фаз вызовет также протекание через коммутационное устройство тока частоты 50 Гц достаточно большой величины/что скажетс  на надежности его работы. Кроме того, этот способ применим в электрических сет х с глухозаземленной нейтралью. Дл  сетей с изолированной нейтралью , например в нефт ной промышленное™ , он не применим. ....,

В устройстве обеспечиваетс  повышение надежности защиты двигател  путем защиты от недогрузки с помощью контрол 

давлени  в полости двигател , измен ющегос  в функции давлени  жидкости в скважине , введением датчика давлени , блока контрол  давлени  в дополнении с некоторыми другими элементами. Но конст0 рукТивное исполнение этого устройства недостаточно сложно, что может уменьшить надежность его работы.

Известна также термоманометрическа  систёма ТМС, предназначенна  дл  контро5 л  давлени  и температуры в погружном электродвигателе. Но эта система предназначена дл  исследовательских скважин, обеспечивающих контроль процесса разработки нефт ного месторождени . Приме0 н ть ее дл  эксплуатационных скважин ввиду значительной стоимости и технической сложности нецелесообразно. Кроме того, большие габариты скважинного преобразовател  давлени  и температуры при5 вод т к необходимости монтажа его в отстойнике электродвигател , температурный режим которого отличаетс  от режима статорных обмоток, где и происходит выде- ление тепла в процессе работы двигател .

0 Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство дл  тепловой защиты погружного электродвигател . В нем .с целью повышени  эффективности защиты и упрощени  конструкции термочувстви тельный элемент выполнен в виде термоконтакта , один вывод которого через вновь введенный конденсатор имеет клемму дл  подключени  к средней точке статорной обмотки погружного электродвигател , а второй вывод имеет клемму дл  соединенно с корпусом, при этом к входу блока контрол  сопротивлени  изол ции через вновь введенный разделительный конденсатор подключены вновь введенные соединенные последовательно генератор электрических сигналов повышенной частоты и блок контрол  тока, выход которого соединен со схемой индикации и с другим входом блока управлени  электродвигателем.

Размещаема  в погружном электродвигателе глубинна  часть этого устройства отличаетс  простотой, что положительно сказываетс  на надежности защиты электродвигател . При этом термоконтэкт монтируетс  в нижней части статорной обмотки, а конденсатор выноситс  в зону отстойника, так как габариты его оказываютс  достаточно большими ввиду необходимости обеспечени  защиты от внешнего давлени .

Недостатками устройства  вл ютс :

1. Ограничени  на глубину погружени  электродвигател , так как это сопровождаетс  ростом паразитной емкости силового кабел  по отношению к земле, значительно уменьшающей чувствительность.

2. Ухудшение работы устройства при перекосах фаз питающего электродвигатель напр жени  ввиду неравенства при этом нулю потенциала средней точки вторичной обмотки силового трансформатора.

3. Необходимость тщательной защиты генератора повышенной частоты и блока контрол  тока от неизбежных на промыслах промышленных помех работающего электрооборудовани .

4. Ограничени  на уменьшение длины зазора между контактами- термореле, что затрудн ет проверку изол ции статорной обмотки погружного электродвигател  после капремонта испытательным напр жением в 3000 В и последующие проверки состо ни  изол ции системы вторична  обмотка силового трансформатора - силовой кабель - статорна  обмотка электродвигател  напр жением мегомметра в 2500 В.

Цель изобретени  - повышение эффективности защиты и упрощение конструкции.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что термореле выполнено в виде ферромагнитного металлического тела, размещенного во вновь введенной катушке и удерживаемого от падени  зацеплением с термочувствительным элементом, дополнительно введены диоды, конденсатор, пороговый элемент, источник посто нного напр жени , усилитель, электромагнитные реле, резистор , кнопка включени , лампочки индикации , при этом первый диод анодом подсоединен ко второму выводу резистора,

катодом подключен к аноду порогового элемента , катод которого соединен с одним концом катушки термореле, другой конец которой соединен с первым выводом резистора , а конденсатор одним выводом соединен с катодом диода, а другим - с общей точкой резистора, катушки и клеммы вывода; термореле, при этом обмотка первого электромагнитного реле через кнопку включени  подключена к выводам источника

посто нного напр жени , который первым выводом через первый замыкающий контакт первого электромагнитного реле подсоединен к клемме дл  подключени  к нулевой точке силового трансформатора в

противоположной по отношению к блоку контрол  изол ции пол рности электрического напр жени , между клеммой дл  подключени  к нулевой точке силового трансформатора и блоком контрол  изол ции включен размыкающий контакт первого электромагнитного реле, один вывод резистора предназначен дл  подключени  к за- землению, а другой, соединенный с анодом второго диода, катод которого через второй

замыкающий контакт первого электромагнитного реле подключен к второму выводу источника посто нного напр жени , подключен к входу усилител , к выходу которого включено второе электромагнитное реле,

при этом к второму выводу источника посто нного напр жени  последовательно подключены , третий замыкающий контакт первого электромагнитного реле и переключающий контакт второго электромагнитного

реле, клеммы которого подсоединены к одним выводам лампочек индикации и вторые выводы которых предназначены дл  подключени  к заземлению. Неподвижные контакты термореле выполнены в виде двух

неэлектропроводных сосудов, заполненных сплавом металлов, имеющим температуру плавлени  ниже рабочей температуры масла в погружном электродвигателе.

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображена конструкци  термореле .

Устройство дл  тепловой защиты погружного электродвигател  содержит термореле 1, установленное на статорной обмотке 2 погружного маслонаполненного ч электродвигател . Термореле 1 через резистор 3 подключено к нулевой точке статорной обмотки 2, а второй вывод термореле соединен с корпусом электродвигател , Параллельно резистору 3 образована цепочка из диода 4, порогового элемента 5, например , динистора, конденсатора 6 и катушки 7, внутри которой расположен подвижный элемент 8 термореле 1. Фиксаци  подвижного элемента 8 в верхнем положении обеспечиваетс  с помощью термочувствительного элемента 9, например, биметаллической пластины. С остальными элементами схемы термореле 1 соединено с помощью неподвижных контактов 10.

В составе используемой в насто щее врем  на нефтепромыслах комплектной трансформаторной подстанции 11 типа КТП ПН дл  контрол  за работой погружных насосов в нефт ных скважинах помимо другой аппаратуры имеютс  блок контрол  изол ции на базе прибора Ф4106 и блок управлени  электродвигател  13 (блок управлени  БРГ01-В1УХЛ2. Техническое описание и инструкци  по эксплуатации ИНБЮ 656131.010 ТО), который отключает напр жение от силового трансформатора 14 с помощью контактора 15 при снижении сопротивлени  изол ции электрической цепи ниже 30 кОм. Контроль сопротивлени  изол ции обеспечиваетс  подачей на среднюю точку вторичной обмотки 16 посто нного напр жени , например, отрицательной пол рности через размыкающий контакт 17.1 электромагнитного реле 17 и измерении тока утечки по цепи металлическа  жила силового кабел  18 - изол ци  кабел  18 - земл . Электромагнитное реле 17 включаетс  кнопкой включени  19.

К средней точке вторичной обмотки 16 через замыкающий контакт 17.2 электромагнитного реле 17 подключено напр жение от источника посто нного напр жени  20 противоположной по отношению к электрическому напр жению с блока контрол  изол ции 12 пол рности.

Электрический ток от источника посто нного напр жени  20, проход  через землю , резистор 21, второй диод 22 и замыкающий контакт 17.3 на минусовую клемму источника, создает на резисторе 21 падение напр жени , которое усиливаетс  усилителем 23 и подаетс  на второе электромагнитное реле 24.

К минусовой клемме источника посто нного напр жени  20 подключены последовательно соединенные замыкающий контакт 17.4 и переключающий контакт 24.1, выводы последнего соединены с клеммами лампочек индикации 25 и 26, свидетельствующих о пробое сопротивлени  изол ции электрической цепи погружного электродвигател  и нарушении теплового режима

статорных обмоток. Вторые клеммы лампочек 25 и 26 заземлены.

Устройство работает следующим образом . В процессе откачки продукции нефт 5 ной скважины на первичную обмотку трансформатора 14 подано напр жение включением контактора 15. В активной части статорной обмотки 2 устанавливаетс  рабоча  температура около 80-90°С. Блок

0 контрол  изол ции 12 измер ет сопротивление изол ции всей электрической цепи электродвигател , подава  на нулевую точку вторичной обмотки 16 трансформатора 14 напр жение отрицательной пол рности.

5 Диод 4 и пороговый элемент 5 не пропуст т это напр жение на катушку 7. Подвижный элемент 8 терм ореле подн т вверх и зафиксирован термочувствительным элементов 9. Контакты 10 термореле 1 разомкнуты.

0 Если в процессе работы электродвигател  по каким-либо причинам начнетс  рост .температуры статорной обмотки, то с некоторым запаздыванием будет повышатьс  и температура масла в двигателе. Масло обес5 лечит увеличение температуры термочувствительного элемента 9 термореле 1. При достижении температурой некоторого заданного предела, например в 120 ± 5°С, термочувствительный элемент 9, откло0 нившись, освободит подвижный элемент 8, который упадет внизи перемкнет неподвижные контакты 10 термореле.

Срабатывание термореле 1 приведет к резкомууменьшению сопротивлени  изол 5 ции электрической цепи установки УЭЦН. Блок контрол  изол ции 12 командой на блок управлени  электродвигателем 13 и контактор 15 отключит напр жение от трансформатора 14, предохран   тем са0 мым погружной электродвигатель от перегрева . По линии телемеханики на диспетчерский пункт поступит сигнал отключени  скважины. .В процессе остывани  масла в нерабо5 тающем электродвигателе термочувствительный элемент 9 возвратитс  в исходное состо ние. Поэтому, когда дежурный оператор придет на установку дл  вы снени  причины отключени  скважины, то при нажатии

0 кнопки 19 сработает электромагнитное реле 17. Контакт 17.1 отключит блок контрол  изол ции 12, а контакт 17,2 подаст на среднюю точку вторичной обмотки 16 трансформатора 14 напр жение положительной

5 пол рности от источника посто нного напр жени  20. По цепи силовой кабель 18 - резистор 3 - термореле 1 - земл  - резистор 21 - диод 22 - замкнутый контакт 17.3 -клемма отрицательного полюса источника посто нного напр жени  20 потечет электрический ток. Падение напр жени  на резисторе 21 усиливаетс  усилителем 23, что приведет к срабатыванию электромагнитного реле 24. Замкнувшиес  контакты 17:4 и 24.1 подадут напр жение на лампочку 25, горение которой свидетельствуете нарушении сопротивлени  изол ции.

Протекающий по резистору 3 электрический ток через диод 4 начнет зар жать, конденсатор 6. Когда напр жение на конденсаторе 6 достигнет напр жени  включени  порогового элемента 5, начнетс  разр д конденсатора через катушку 7. Возникша  электромагнитна  сила поднимет вверх подвижный элемент 8 термореле 1. Соединение электрической схемы электродвигател  с землей будет отключено. Электромагнитное реле 24 обесточитс , переключающийс  контакт 24.1 вернетс  в исходное положение и загоритс  лампочка 26. Совокупность кратковременного горени  лампочки 25 и посто нного горени  лампочки 26 свидетельствует о нарушении температурного режима в работе электродвигател . .-

После отпускани  кнопки 19 электромагнитное реле 17 обесточитс  и восстановит первоначальное состо ние- отсоединит источник посто нного напр жени  20 от средней точки обмотки 16 и земли и подключит блок контрол  изол ции 12 к средней точке вторичной обмотки 16. Так как сопротивление изол ции электрической цепи восстановлено до нормальной величины, то по команде блока контрол  изол ции 12 блок управлени  электродвигателем 13 через контактор 15 подаст напр жение на силовой трансформатор.

В случае нарушени  сопротивлени  изол ции электрической цепи без отклоне- . ни  температурного режима погружного электродвигател  блок контрол  изол ции 12 через блок управлени  электродвигателем 13 и контактор 15 отключит питающее напр жение. При нажатии оператором- кнопки 19 аналогично.сработают электромагнитные реле 17 и 24, загоритс  лампочка 25. Но ввиду того, что термореле не сработало , лампочка 25 будет гореть посто нно при нажатой кнопке 19, идентифициру  в качестве причины отключени  двигател  именно нарушение сопротивлени  изол ции .

При совпадении во времени этих двух дестабилизирующих факторов - снижени  сопротивлени  изол ции и нарушени  температурного режима произойдет отключение питающего напр жени  электродвигател , Но идентифицировать причину отключени  скважины только нажатием

кнопки 19 в этом случае не удастс . Подача напр жени  положительной пол рности на среднюю точку вторичной обмотки 16 после остывани  электродвигател  приведет к возврату подвижного элемента 8 термореле

Claims (2)

1 в исходное состо ние, но реле 24 при этом

не отключитс , так как через резистор 21

продолжает протекать электрический ток за

счет нарушени  сопротивлени  изол ции.

Поэтому дл  такого случа  надо провести

измерение сопротивлени  изол ции мегомметром . При малой величине этого сопротивлени  (около 1 кОм) можно утверждать о нарушении температурного режима в электродвигателе . Больша  же величина этого

сопротивлени  (20-30 кОм) укажет на пробой изол ции. Причем величина этого сопротивлени  после нажати  кнопки 19 резко увеличитс  с 1 кОм до 20-30 кОм. Подобного рода измерени  неизбежно провод тс  обслуживающим нефт ную скважину персоналом и вне св зи с работой устройства дл  тепловой защиты.

Специфика работы термореле в масло- наполненном погруженном электродвигателе предъ вл ет к нему определенные требовани . Главное из них - надежность электрического контакта цепей при срабатывании термореле. Большое статическое, давление в двигателе и наличие масл нрй

пленки на соприкасающихс  поверхност х усложн ют обеспечение достаточно малого переходного сопротивлени  при срабатывании .

На фиг. 2 приведена схема термореле, котора ; на наш взгл д, решает проблему получени  хорошего электрического соединени . При превышении температуры масла в двигателе заданного предела термочувствительный элемент 9 отгибаетс  в сторону и подвижный элемент 8 падает вниз. Металлические выступы 27 попадают на неподвижные контакты 10, которые выполнены в виде двух неэлектропроводных сосудов, заполненных сплавом металлов, имеющим температуру плавлени  ниже рабочей температуры масла в двигателе, например, сплав Вуда. За счет веса подвижного элемента 8 выводы 27 погружаютс  в жидкий

металл, обеспечива  хороший электрический контакт.

Ф о рмул;а изо бретен и   1. Устройство дл  тепловой защиты по- гружного электродвигател , содержащее терморелё, предназначенное дл  установки в непосредственной близости от статорной обмотки электродвигател  и подключенное первым выводом контакта к резистору, вывод которого предназначен дл  подключени  к средней точке обмотки, второй вывод. контакта предназначен дл  подключени  к корпусу электродвигател , блок контрол  изол ции, предназначенный дл  установки на поверхности, блок управлени  электродвигателем , выходные контакты которого включены а цепь отключени  электродвигател , от л и чаю щ ее с   тем, что, с целью повышени  надежности защиты и упрощени  конструкции, термореле выполнено в виде ферромагнитного металлического тела , размещенного во вновь введенной катушке HI удерживаемого от падени  зацеплением :с термочувствительным элементом , дополнительно введены диоды, конденсатор, пороговый элемент, источн ик посто нного напр жени , усилитель, электромагнитные реле, резистор, кнопка включени , лампочки индикации, при этом первый диод анодом подсоединен к второму выводу резистора, катодом подключен к аноду порогового элемента, катод которого соединен с одним концом катушки терморе-  е, другой конец которой соединен с первым выводом резистора, а конденсатор одним выводом соединен с катодом диода, а другим - с общей точкой резистора, катушки и клеммы вывода термореле, при этом обмотка первого электромагнитного реле

через кнопку включени  подключена к выводам источника посто нного напр жени , который первым выводом через первый замыкающий контакт первого электромагнитного реле подсоединен к клемме дл  подключени  к нулевой точке силового трансформатора в противоположной по отношению к блоку контрол  изол ции пол рности электрического напр жени , между клеммой дл  подключени  к нулевой точке силового трансформатора и блоком контрол  изол ции включен размыкающий контакт первого электромагнитного реле, один вывод резистора предназначен дл  подключени  к заземлению, а другой, соединенный с анодом второго диода, катод которого через второй замыкающий контакт первого электромагнитного реле подключен к второму выводу источника посто нного напр жени , подключен к входу усилител , к выходу которого включено второе электромагнитное реле, при этом к второму выводу источника посто нного напр жени  последовательно подключены третий замыкающий контакт первого электромагнитного реле и.переклю- чающий контакт второго электромагнитного реле, клеммы которого подсоединены к одним выводам лампочек индикации и вторые .выводы которых предназначены дл  подключени  к заземлению,

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что неподвижные контакты терморелё выполнены в виде двух неэлектропроводных сосудов, заполненных сплавом металлов, имеющим температуру плавлени  ниже рабочей температуры масла в по- гружном электродвигателе.