RU2046487C1 - Submersible electric motor with protection and control system - Google Patents
Submersible electric motor with protection and control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046487C1 RU2046487C1 SU4938499A RU2046487C1 RU 2046487 C1 RU2046487 C1 RU 2046487C1 SU 4938499 A SU4938499 A SU 4938499A RU 2046487 C1 RU2046487 C1 RU 2046487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- motor
- electric motor
- insulation
- resistance
- control
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к погружным электродвигателям с системами защиты от температурного перегрева, работающим в приводе насосов для добычи жидкости из нефтяных скважин. The invention relates to electrical engineering, in particular to submersible motors with thermal overheating protection systems operating in a pump drive for extracting liquid from oil wells.
Известно устройство для защиты погружных электродвигателей от анормальных режимов [1] обеспечивающее возможность одновременно вести контроль и температуры, и изоляции электрической цепи погружного электродвигателя. Оно содержит датчик температуры, установленный на лобовых частях обмотки электродвигателя и подключенный последовательно с диодом между нулевой точкой обмотки электродвигателя и его корпусом, блок контроля изоляции с источником питания и выпрямителем, подключенный на поверхности к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора, и блок контроля температуры с последовательно соединенным с ним диодом, которые подключены параллельно блоку контроля изоляции, причем диод в цепи блока контроля температуры включен согласно с диодом в цепи датчика температуры и встречно с выпрямителем источника питания блока контроля изоляции. A device for protecting submersible electric motors from abnormal modes [1] provides the ability to simultaneously monitor both temperature and insulation of the electrical circuit of a submersible electric motor. It contains a temperature sensor mounted on the frontal parts of the motor winding and connected in series with the diode between the zero point of the motor winding and its housing, an insulation control unit with a power source and a rectifier, connected on the surface to the zero point of the secondary winding of the power transformer, and a temperature control unit with connected in series with a diode, which are connected in parallel with the insulation control unit, and the diode in the circuit of the temperature control unit is connected according to the diode m in the temperature sensor circuit and counter with the power source rectifier isolation control unit.
Известно также устройство для защиты погружного электродвигателя от анормальных режимов работы [2] в котором подключение питающего напряжения к электродвигателю осуществляется после проверки соответствующими блоками состояния изоляции электрической цепи, уровня температуры статорной обмотки и величины давления внешнего столба жидкости с оценкой соответствия контролируемых параметров заданным значениям. Датчик температуры, в качестве которого может быть использовано термосопротивление или термореле, через диод подключен одним выводом к средней точке статорной обмотки, а другой его вывод заземлен. К статорной обмотке через тот же диод и пороговый элемент подключен датчик давления, установленный внутри маслонаполненного электродвигателя. Блок контроля изоляции присоединен одним выводом через фильтр к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора, а другим выводом через ключ и второй оперативный источник питания соединен с корпусом. There is also known a device for protecting a submersible motor from abnormal operating conditions [2] in which the supply voltage is connected to the electric motor after checking, by the respective blocks, the insulation state of the electric circuit, the temperature of the stator winding and the pressure value of the external liquid column with an assessment of the compliance of the controlled parameters with the specified values. The temperature sensor, which can be used as a thermal resistance or thermal relay, is connected through a diode with one terminal to the midpoint of the stator winding, and the other terminal is grounded. A pressure sensor mounted inside the oil-filled electric motor is connected to the stator winding through the same diode and threshold element. The insulation control unit is connected by one output through the filter to the zero point of the secondary winding of the power transformer, and the other output through the key and the second operational power source is connected to the housing.
Контроль температуры или давления обеспечивается при отрицательной полярности напряжения на первом выходе второго оперативного источника в зависимости от того, какой из управляемых ключей открыт в данный момент времени. Эти ключи поочередно открываются и пропускают измерительный ток отрицательной полярности при поступлении на соответствующий ключ сигнала с выхода блока управления ключами. Temperature or pressure control is provided when the voltage polarity is negative at the first output of the second operational source, depending on which of the controlled keys is open at a given time. These keys alternately open and pass a measuring current of negative polarity when a signal arrives at the corresponding key from the output of the key control unit.
Контроль сопротивления изоляции погружного электродвигателя осуществляется при положительной полярности напряжения на первом выходе второго оперативного источника. Через датчик температуры и датчик давления ток при этом не идет благодаря встречно включенному по отношению к положительной полярности измерительного тока диоду в цепи контроля сопротивления изоляции. The insulation resistance of the submersible motor is controlled at a positive voltage polarity at the first output of the second operational source. In this case, the current does not flow through the temperature sensor and the pressure sensor due to the diode in the opposite direction connected to the positive polarity of the measuring current in the insulation resistance control circuit.
Общим недостатком известных устройств является необходимость использования средней точки статорной обмотки в канале связи для передачи информации о необходимых параметрах. Преимущество такого способа подключения информационных каналов вытекает из равенства нулю электрического потенциала средней точки при условии симметричной нагрузки. Но это обстоятельство не исключает необходимость подбора подключенных к ней электрорадиоэлементов, исходя из большой их электрической прочности, ввиду неизбежной периодической проверки состояния изоляции электрической цепи погружного электродвигателя с помощью мегоометра на напряжение 1000 В и более. A common disadvantage of the known devices is the need to use the midpoint of the stator winding in the communication channel to transmit information about the necessary parameters. The advantage of this method of connecting information channels follows from the fact that the electric potential of the midpoint is equal to zero under the condition of a symmetrical load. But this circumstance does not exclude the need to select the connected electrical radio elements, based on their high electrical strength, in view of the inevitable periodic check of the insulation state of the electric circuit of a submersible electric motor with a megohmometer for a voltage of 1000 V or more.
Но нарушение изоляции статорной обмотки в средней точке для подключения информационных каналов отрицательно сказывается на электрической прочности двигателя. Даже небольшая примесь воды в заполняющем электродвигатель масле может вывести его из строя именно за счет этого дефекта. Температурные перепады в большей степени влияют на качество изоляционного покрытия именно в месте его нарушения. Все это обеспечивает преждевременный выход из строя погружного электродвигателя. But the violation of the insulation of the stator winding at the midpoint for connecting information channels adversely affects the electric strength of the motor. Even a small admixture of water in the oil filling the electric motor can damage it due to this defect. Temperature differences to a greater extent affect the quality of the insulation coating exactly at the place of its violation. All this ensures premature failure of the submersible motor.
Кроме того, расположение средней точки статорной обмотки в нижней части электродвигателя предопределяет возможность контроля интересующих параметров, например температуры, именно в этой части, предопределяет размещение здесь или в отстойнике необходимых элементов и устройств. Но при всем том данная зона не является критичной в отношении температуры. Существенно большую опасность представляет неконтролируемый рост температуры в верхней части статорной обмотки, ухудшающий еще при этом и условия работы кабельной муфты, так как при температуре 120оС начинает плавиться заполняющий ее полиэтилен. Определение корреляционной связи между замеренным значением температуры в нижней части статорной обмотки и возможным ее значением в верхней части двигателя весьма затруднительно.In addition, the location of the midpoint of the stator winding in the lower part of the motor determines the ability to control the parameters of interest, for example, temperature, in this part, determines the placement of the necessary elements and devices here or in the sump. But for all that, this zone is not critical in terms of temperature. Significantly greater danger is an uncontrolled temperature rise in the upper part of the stator winding, thus further worsening the condition of the cable and the coupling work, since at 120 ° C it begins to melt filling polyethylene. The determination of the correlation between the measured temperature in the lower part of the stator winding and its possible value in the upper part of the motor is very difficult.
Монтаж глубинной части устройства для защиты погружного электродвигателя связан с необходимостью выполнения большого объема технологических работ. Поскольку не осуществляется серийная установка этих устройств на заводе в процессе изготовления погружного электродвигателя, то пользователь вынужден производить разборку нового двигателя, нахождение средней точки статорной обмотки и последующее подключение к ней аппаратуры с неизбежным нарушением целостности изоляционного покрытия. Затем обратная сборка, гидрозащитна, заполнение двигателя маслом. Работа сложная, трудоемкая, требует высокой квалификации. The installation of the deep part of the device for protecting the submersible motor is associated with the need to perform a large amount of technological work. Since the serial installation of these devices at the factory during the manufacturing of the submersible motor is not carried out, the user is forced to disassemble the new motor, find the midpoint of the stator winding and then connect the equipment to it with an inevitable violation of the integrity of the insulation coating. Then reassemble, waterproof, fill the engine with oil. The work is complex, time-consuming, requires high qualifications.
Целью изобретения является обеспечение контроля температуры в наиболее опасной зоне, устранение влияния нарушения изоляции статорной обмотки на надежность работы двигателя за счет исключения необходимости использования ее средней точки в канале передачи информационного сигнала на поверхность и обеспечение независимости монтажа глубинной части устройства от существующей технологии сборки двигателя. The aim of the invention is to ensure temperature control in the most dangerous zone, to eliminate the effect of insulation failure of the stator winding on the reliability of the motor by eliminating the need to use its midpoint in the transmission channel of the information signal to the surface and ensuring the independence of the installation of the deep part of the device from the existing engine assembly technology.
Цель достигается тем, что термодатчик установлен в головной части двигателя и выполнен в виде термовыключателя, введена искусственная средняя точка, образованная из первых выводов трех введенных и включенных в звезду резисторов одного номинала, вторые выводы которых соединены с входными клеммами питания статорной обмотки погружного электродвигателя, при этом термовыключатель первой клеммой подключен к искусственной средней точке, вторым выводом соединен с корпусом, а сопротивление каждого резистора в звезде равно не более чем утроенному значению сопротивления установки в блоке контроля изоляции. The goal is achieved by the fact that the temperature sensor is installed in the head of the engine and is made in the form of a thermal switch, an artificial midpoint is introduced, formed from the first terminals of the three resistors of the same rating introduced and included in the star, the second terminals of which are connected to the input power terminals of the stator winding of the submersible electric motor, In this case, the thermal switch by the first terminal is connected to the artificial midpoint, the second terminal is connected to the housing, and the resistance of each resistor in the star is no more than tripled the value of the installation resistance in the insulation control unit.
На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого погружного электродвигателя с системой защиты и управления. The drawing shows a structural electrical diagram of the proposed submersible motor with a protection and control system.
Электродвигатель содержит термовыключатель 1, размещенный в его головной части. Первая клемма термовыключателя соединена с общей точкой резисторов 2, 3, 4 одинакового номинала, другие выводы которых соединены с входными клеммами питания погружного электродвигателя. Вторая клемма термовыключателя соединена с корпусом. The electric motor contains a
Статорная обмотка 5 погружного электродвигателя через силовой кабель 6 запитывается от вторичной обмотки 7 силового трансформатора 8. Первичная обмотка 9 его подключается к трехфазной сети с помощью контактора 10. The stator winding 5 of the submersible motor through the
В составе используемой в настоящее время на промыслах комплектной трансформаторной подстанции 11 типа КТП ПН для контроля за работой погружных насосов в нефтяных скважинах помимо другой аппаратуры используется блок 12 контроля изоляции на базе прибора Ф4106 и блок 13 управления электродвигателем (блок управления БРГО1-81УХЛ2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИНБЮ 656131.010 ТО), который отключает напряжение от силового трансформатора 8 с помощью контактора 10 при снижении сопротивления изоляции 14 электрической цепи погружного электродвигателя ниже значения сопротивления уставки. В приборе Ф4106 согласно техническим характеристикам имеются три переключаемые уставки сопротивления: 12, 20 и 60 или 30, 50 и 500 кОм. Контроль сопротивления изоляции обеспечивается подачей на среднюю точку вторичной обмотки 7 постоянного напряжения с одного вывода блока 12 контроля изоляции. Другой вывод блока 12 заземлен. As part of the complete
Погружной электродвигатель с системой защиты и управления работает следующим образом. Submersible motor with protection and control system operates as follows.
В процессе откачки продукции нефтяной скважины на первичную обмотку 9 силового трансформатора 8 подано напряжение включением контактора 10 с помощью сигнала из блока 13 управления электродвигателем. В активной части статорной обмотки 5 устанавливается рабочая температура около 80-90оС. Контакты термовыключателя 1 разомкнуты, так как он настроен на предельный уровень по температуре, например в 100оС. Величина сопротивления изоляции 14 больше сопротивления уставки в приборе Ф4106 блока 12 контроля изоляции, поэтому последний не препятствует работе погружного электродвигателя.In the process of pumping out oil well products, the
Если по каким-либо причинам начинается рост температуры статорной обмотки, то с некоторым запозданием повышается температура масла в двигателе. Температура термовыключателя также растет. По достижении ею установленного предела 100оС цепь термовыключателя 1 замыкается. Это ведет к тому, что резисторы 2, 3, 4 оказываются соединенными с корпусом электродвигателя, т.е. с "землей". Следовательно, сопротивление между проводящей жилой электрической цепи погружного электродвигателя и "землей" скачкообразно уменьшается за счет параллельного подключения к резистору 14 трех резисторов 2, 3, 4. Номинал каждого из этих резисторов выбирается равным утроенному значению сопротивления уставки в приборе Ф4106 блока 12 контроля изоляции. Поэтому при замыкании цепи термовыключателя 1 результирующее сопротивление изоляции электрической цепи погружного электродвигателя становится меньше сопротивления уставки. Это вызывает срабатывание блока 12 контроля изоляции, сигнал с которого через блок 13 управления электродвигателем ведет к отключению контактора 10 и к снятию питающего напряжения с первичной обмотки 9 силового трансформатора 8. If for some reason the temperature of the stator winding begins to increase, then with some delay the temperature of the oil in the engine rises. The temperature switch also rises. When it reaches the set limit of 100 ° C, the circuit of the
Начнется процесс остывания статорной обмотки погружного электродвигателя. По достижении температурой заполняющего двигатель масла значения, меньшего 100оС, цепь термовыключателя 1 разрывается, сопротивление изоляции электрической цепи скачком возрастает до значения, определяемого величиной резистора 14, которое больше сопротивления уставки в приборе Ф4106. Поэтому блок контроля изоляции отключает аварийный сигнал и дает команду в блок управления электродвигателем на включение электродвигателя в работу. Срабатывает контактор 10 и подает напряжение на силовой трансформатор 8. Эти обеспечивается автоматическое включение двигателя в работу при нормализации температурного состояния статорной обмотки.The cooling process of the stator winding of the submersible motor will begin. Upon reaching temperature values of the engine oil filling, the smaller 100 ° C,
Пробой сопротивления изоляции в системе силовой трансформатор кабель погружной электродвигатель при эксплуатации погружного электродвигателя приводит к резкому уменьшению сопротивления резистора 14. Механизм отключения погружного электродвигателя аналогичен рассмотренному выше при нарушении температурного режима. Но для этого случая выдержка времени уже не поможет последующему включению двигателя в работу, так как при этом пробое возникает постоянное электрическое соединение металлической проводящей жилы изолированного провода с "землей". Попытки включения погружного двигателя в работу ведут к срабатыванию системы защиты и снятию питающего напряжения с силового трансформатора. Поэтому здесь необходимо проводить ремонтные работы. A breakdown of the insulation resistance in the power transformer system cable submersible motor during operation of the submersible motor leads to a sharp decrease in the resistance of the resistor 14. The shutdown mechanism of the submersible motor is similar to that discussed above in case of violation of the temperature regime. But for this case, the time delay will no longer help the subsequent switching on of the engine to work, since in this case a breakdown results in a constant electrical connection of the metal conductive core of the insulated wire to the ground. Attempts to turn the submersible motor into operation lead to the operation of the protection system and the removal of the supply voltage from the power transformer. Therefore, it is necessary to carry out repairs.
Это обстоятельство обеспечивает возможность идентификации причины анормальности при отключении погружного электродвигателя. Если через время, достаточное для остывания статорной обмотки, электродвигатель вновь включается в работу, то это указывает на прошедшее нарушение температурного режима. Безрезультатность попыток запустить его в работу будет веским свидетельством нарушения изоляции электрической цепи системы вторичная обмотка силового трансформатора силовой кабель статорная обмотка, указывает на необходимость проведения подземного ремонта. Аналогичные результаты дает и измерение сопротивления изоляции электродвигателя мегоомметром, проводимые через 1-2 ч после отключения. This circumstance makes it possible to identify the causes of abnormality when the submersible motor is turned off. If after a sufficient time for the stator winding to cool down, the electric motor is switched back on, this indicates a past violation of the temperature regime. The failure of attempts to put it into operation will be strong evidence of a violation of the insulation of the electrical circuit of the system; the secondary winding of the power transformer; the power cable and the stator winding, indicate the need for underground repairs. Similar results are obtained by measuring the insulation resistance of the electric motor with a megohmmeter, carried out 1-2 hours after shutdown.
Предложенное устройство отличается значительной простотой. Использование в приборе Ф4106 уставки сопротивления на 50 кОм позволяет применять в качестве резисторов 2, 3, 4 обычные резисторы, например, типа МТ. Но так как по техническим характеристикам на каждом резисторе не должно падать более 700 В, то вместо резисторов 2, 3, 4 необходимо включить цепочки из нескольких резисторов этого типа с тем, чтобы сопротивление каждой цепочки равнялось 1500 кОм. Тогда параллельное соединение трех цепочек из этих резисторов дает результирующее сопротивление 50 кОм, равное сопротивлению уставки прибора Ф4106. Габариты таких резисторов достаточно малы. Использование в качестве чувствительного к температуре элемента термовыключателя достаточно малых размеров позволяет обеспечить монтаж всего устройства защиты через кабельный ввод погружного электродвигателя или при снятой головной его части. Тем самым исключается необходимость полной разборки погружного электродвигателя, практикуемой для установки всех других устройств защиты. The proposed device is very simple. The use of a resistance setpoint of 50 kOhm in the F4106 device allows the use of conventional resistors, for example, MT type, as
Анализ эффективности применения погружного электродвигателя с предложенной системой защиты и управления подтверждает целесообразность их использования. Analysis of the effectiveness of the submersible motor with the proposed protection and control system confirms the appropriateness of their use.
Таким образом, применение погружного электродвигателя с системой защиты и управления обеспечивает в отличие от прототипа возможность контроля температуры в самой критичной для двигателя области в его голове, обеспечивает существенно лучшие надежностные характеристики, так как отпадает необходимость использования средней точки статорной обмотки для подсоединения информационного канала к линии связи с неизбежным нарушением целостности изоляционного покрытия. Создание искусственной средней точки в голове двигателя из соединенных звездой резисторов снимает все эти проблемы. Использование выпускаемых промышленностью термовыключателей достаточно малых габаритов позволяет существенно уменьшить объем необходимых работ при монтаже защиты. Огромным преимуществом предложенного погружного электродвигателя является тот факт, что на поверхности ничто не добавляется к уже имеющейся аппаратуре. Находящийся в составе станции управления блок контроля изоляции выполняет и функции контроля температуры. Поэтому изобретение обеспечивает длительную и эффективную работу погружного электродвигателя в процессе откачки продукции нефтяной скважины. Thus, the use of a submersible motor with a protection and control system provides, in contrast to the prototype, the ability to control temperature in the most critical area for the engine in its head, provides significantly better reliability characteristics, since there is no need to use the midpoint of the stator winding to connect the information channel to the line due to the inevitable violation of the integrity of the insulation coating. Creating an artificial midpoint in the head of the engine from star-connected resistors removes all these problems. The use of thermal switches of sufficiently small dimensions produced by the industry can significantly reduce the amount of work required for the installation of protection. A huge advantage of the proposed submersible electric motor is the fact that nothing is added to the existing equipment on the surface. The insulation control unit, which is part of the control station, also performs temperature control functions. Therefore, the invention provides long-term and efficient operation of a submersible motor in the process of pumping oil well products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938499 RU2046487C1 (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Submersible electric motor with protection and control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938499 RU2046487C1 (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Submersible electric motor with protection and control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046487C1 true RU2046487C1 (en) | 1995-10-20 |
Family
ID=21575695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4938499 RU2046487C1 (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Submersible electric motor with protection and control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046487C1 (en) |
-
1991
- 1991-05-24 RU SU4938499 patent/RU2046487C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 982139, кл. H 02H 7/08, 1982. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1292098, кл. H 02H 7/08, 1987. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20040029306A (en) | Apparatus and method for detecting and calculating ground fault resistance | |
CN105846618A (en) | Motor drying device and drying method | |
RU2046487C1 (en) | Submersible electric motor with protection and control system | |
US11841403B2 (en) | Motor leakage current detector, devices using same and related methods | |
CN107769163B (en) | A kind of guard method, system and the device of tractive transformer oil pump | |
CN217720708U (en) | Valve electric actuator protection device | |
CN104079231A (en) | Motor control system for trailer of electric water pump set | |
KR20080013233A (en) | Auto insulation measuring apparatus of a motor and method | |
CN108443129B (en) | Submersible pump control device | |
CN2349602Y (en) | Motor temp. controller | |
CN207798283U (en) | A kind of end temperature measuring equipment of Intelligent ring main unit | |
RU1793509C (en) | Device for thermal protection of submersible motor | |
CN215579801U (en) | But remote control's water pump control block terminal | |
CN205489809U (en) | Electrified blocking device that shows of high voltage substation | |
CN214411881U (en) | High-voltage power supply cabinet suitable for shipborne deep sea equipment | |
EP4304033A2 (en) | Electrical power transmission | |
Chavan et al. | Remote Monitoring of Distribution Transformer Using GSM Module | |
RU1814132C (en) | Method of thermal protection of submersible electric motor of oil well pump plant | |
US20220404393A1 (en) | Testing Device for a Medium Voltage Starter | |
RU201755U1 (en) | Device for electroosmotic protection and diagnostics of submersible electric motor windings | |
CN216871379U (en) | Fire prevention alarm system of oil medium heating impregnating furnace | |
Гончарова et al. | MODERN MEANS OF PROTECTION OF THREE-PHASE ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTORS | |
CN212435619U (en) | Protection device for oil-submersible screw pump oil production system | |
CN115622342A (en) | Insulating self-recovery system for high-voltage motor of large pump station and control method thereof | |
SU1091270A1 (en) | Device for protective de-energizing of electric load |