Czujnik poziomu wody jako zabezpieczenie pompy głębinowej - test i porównanie

Coraz więcej użytkowników studni głębinowych montując pompę głębinową instaluje równocześnie urządzenie mające za zadanie niedopuszczenie do pracy pompy przy zbyt niskim poziomie wody w studni. Czy i kiedy takie urządzenie jest potrzebne i ewentualnie czym się kierować przy wyborze postaramy się odpowiedzieć w tym artykule. Aby jednak podjąć decyzję czy tego typu zabezpieczenie jest potrzebne należy wiedzieć ...

Dlaczego obniża się lustro wody w studni ?

O ile statyczne lustro wody czyli stan wody, gdy woda nie jest pobierana ze studni nie jest zależne ani od studni ani od użytkownika o tyle dynamiczne lustro wody zależne jest od użytkownika oraz studni. Każda studnia wiercona wyposażona jest w filtr studzienny stawiający pewien opór przy przepływie wody. Z tego względu po wywierceniu studni należy określić wydajność studni oraz określić poziom dynamicznego lustra wody. To na podstawie należy dobrać odpowiednią wydajność pompy. Najczęstszym błędem popełnianym przez użytkowników powodującym zatarcie się pompy głębinowe na skutek pracy na sucho jest zakup urządzenia o zbyt dużej wydajności. Prawdą jest też że filtr studzienny to element, który z biegiem czasu się zapycha obniżając wydajność studni. Sprawia to, że napływ wody do studni pomimo utrzymania się na stałym poziomie lustra statycznego w znacznym stopniu się obniża co może po pewnym czasie spowodować, że będzie on niższy niż wydajność pompy (pompa pobiera ze studni więcej wody niż do niej napływa przez filtr). Sprawia to tak jak w pierwszym przypadku, że w trakcie pracy prawidłowo dobranej pompy głębinowej następuje jej wynurzenie i praca na sucho. Z tego względu szczególnie, gdy studnia jest długo użytkowana warto zastanowić się nad montażem czujnika poziomu wody.

Czym kierować się przy zakupie czujnika poziomu wody do studni głębinowej?

Jeżeli pompa głębinowa umieszczona jest w studni kopanej do zabezpieczenia pompy używany jest tani, prosty a przede wszystkim niezawodny pływak do pompy. W przypadku studni wierconych, gdzie nie ma możliwości zainstalowania pływaka stosuje się różnego rodzaju czujniki. Na rynku jest wiele urządzeń jest kilka urządzeń określanych jako czujnik poziomu wody do zabezpieczenia pompy głębinowej. Aby przybliżyć przeprowadziliśmy krótki test - porównanie czujników poziomu wody. W szranki stanęły :

Włoski czujnik poziomu wody ZNS wyposażony w sondy oraz jego polski odpowiednik czujnik poziomu wody PZ9. Zarówno w jednym jak i drugim przypadku w wyposażeniu otrzymujemy komplet trzech sond do studni. Oba także wymagają montażu na szynie TH-35. Tym co wyróżnia włoski produkt jest podstawka, którą montuje się na szynie a samo urządzenie wtyka w nią. Teoretycznie takie rozwiązanie umożliwia łatwiejszy montaż jednakże w przypadku polskiego produktu łatwy dostęp zarówno do zacisków jak i śrub nie nastręcza problemu przy montażu. Nie jest to jednak czynnik, który powinien być znaczącym kryterium przy wyborze tego typu urządzenia. Znacznie ważniejszym aspektem jest:

Pobór prądu przez czujnik poziomu wody - koszty eksploatacji

Każde urządzenie elektryczne podczas pracy pobiera prąd, nie inaczej jest i w tym przypadku. Włoski produkt pobiera podczas pracy 3 Waty energii czyli w ciągu roku zużywa ponad 26 kWh energii elektrycznej, produkt polski zadowala się zużyciem jedynie 1,1 Wat-a co daje roczne zużycie poniżej 10 kWh !  Jest to oczywiście ważne w przypadku długotrwałej eksploatacji jednakże ważniejszym aspektem jest:

Czy czujnik poziomu wody może być podłączony do pompy głębinowej ?

Jest to jedno z najważniejszych kryteriów zabezpieczenia. W przypadku czujnika Z8NS jest on wyposażony w przekaźnik o obciążalności styków dochodzących do 5 Amperów. Sprawia to, że do podłączenia pomp głębinowych o mocy 750 Wat już wymaga zastosowania stycznika co nie tylko podnosi koszt instalacji ale również znacznie podnosi koszt zabezpieczenia. W przypadku czujnika poziomu wody PZ9 zastosowano przekaźniki o obciążalności styków aż 16 Amper co umożliwia, że podłączona może być praktycznie każda jednofazowa pompa głębinowa. Kolejny plus dla polskiego produktu, jednakże najważniejszym aspektem jest ....

Kiedy i jaki czujnik poziomu wody będzie działać prawidłowo ?

Jak powszechnie wiadomo woda wodzie nie równa. To stare powiedzenie w przypadku czujników wody wyposażonych w sondy ma szczególne znaczenie. Sondy w które wyposażone są czujniki mają za zadania wykryć poziom wody. Większość cieczy przewodzi prąd stawiając przy tym opór elektryczny, który jest i tak znacznie mniejszy niż opór jaki stawia np. powietrze nad lustrem wody. Jeśli zatem zanurzymy sondy w cieczy to przepłynie prąd między nimi a w powietrzu nie. Największym problemem jest to, że różne ciecze mają różną rezystancję co powoduje, że zbyt mała czułość czynnika może doprowadzić do tego, że czujnik nie wykryje zmiany. W przypadku czujnika ZNS czułość jest ustawiona sztywno i wynosi 5,6 kOhm-a co sprawia, że czujnik nie będzie działał prawidłowo w każdej wodzie a odległość sond w studni nie może być większa niż 2 metry. Polski produkt pod tym względem deklasuje konkurenta umożliwiając zmianę czułości w zakresie od 1 do 100 kOhm-ów co sprawia, że może być stosowany praktycznie w każdej wodzie i rozstaw sond może być praktycznie dowolny.

Jaki czujnik poziomu wody do pompy wybrać ?

W tym krótkim porównaniu czujników wody do pomp głębinowych wyposażonych w sondy bezapelacyjnie wygrał polski produkt PZ9, który pod każdym względem okazał się produktem bardziej uniwersalnym. Czy jest to urządzenie uniwersalne i bezkonkurencyjne zabezpieczenie? Aby o tym się przekonać należało by skonfrontować je z zabezpieczeniami innych typów o czym niebawem.

Zabezpieczenie silnika elektrycznego pompy M611

Zgodnie z instrukcją praktycznie każda pompa głębinowa czy ssąca a w zasadzie jej silnik wymaga według instrukcji zabezpieczenia jej silnika wyłącznikiem M611. Każdy producent silnika pompy zastrzega sobie odnowę bezpłatnej naprawy gwarancyjnej w przypadku, gdy instalacja zasilająca nie tylko nie była wyposażona w wyłącznik ale również wtedy, gdy nie został on prawidłowo wyregulowany. Warto przed pominięciem tego zabezpieczenia poznać jego właściwości.

Przed czym zabezpiecza wyłącznik silnikowy ?

Silniki elektryczne przystosowane są do pracy przy obciążeniu prądowym nieprzekraczającym pewnej skutecznej wartości maksymalnej, przy zachowaniu określonych kryteriów, wśród których podstawowy jest temperatura otoczenia. Największą skuteczną wartością prądu, który może płynąć w silniku elektrycznym, nie powodując jego nadmiernego nagrzewania, nazywamy prądem znamionowym.

Zabezpieczenie M611 jest właśnie urządzeniem, którego zadaniem jest ochrona silnika przed przepływem przez uzwojenia silnika zbyt dużego prądu.

Przyczynami przepływu zbyt dużego prądu przez silnik pompy głębinowej mogą być:

• Zwarcia elektryczne występujące na skutek połączenia dwóch miejsc obwodu elektrycznego, charakteryzujących się różnymi potencjałami, za pomocą elementu o znikomo małej rezystancji. W ich wyniku płynie tzw. prąd zwarciowy o znacznym natężeniu.
• Zwarcie na skutek uszkodzenia izolacji spowodowanego przez naprężenia elektryczne, mechaniczne lub cieplna bądź przez zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej urządzenia. Zwarcie w uzwojeniu silnika powstaje wtedy, gdy zniszczeniu ulega izolacja między uzwojeniami sąsiednich faz, między uzwojeniem a obudową albo, gdy nastąpi połączenie pomiędzy zaciskami na tabliczce. Natężenie prądu zwarciowego znacznie przewyższa natężenie prądu znamionowego (często nawet kilkaset razy) i wywołuje bardzo niebezpieczne skutki cieplne oraz dynamiczne. Może towarzyszyć temu powstawanie łuku elektrycznego. Łuk elektryczny może zniszczyć silnik, a także stwarza niebezpieczeństwo dla otoczenia. W przypadku powstania zwarcia, urządzenie zabezpieczające powinno natychmiastowo odłączyć od zasilania silnik, przez który przepływa prąd zwarcia.
• Przeciążenie elektryczne oznacza przepływu przez uzwojenie silnika większego prądu elektrycznego (o kilkadziesiąt procent) niż prąd znamionowy tego obwodu elektrycznego, który może być niebezpieczny przy długotrwałym występowaniu. Powoduje to wydzielenie się dużej ilości ciepła. W następstwie przeciążenia silnik nagrzewa się powodując, że, temperatura może przekroczyć wartość dopuszczalną, co w następstwie powoduje zmniejszenie trwałości izolacji i skrócenie czasu eksploatacji silnika. 
• Obniżenie napięcia - przyczyną jego może być np. zwarcie zewnętrzne które wystąpi zarówno w uszkodzonych jak i nieuszkodzonych odcinkach sieci elektrycznej. Obniżenie napięcia powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej silników spowodowane redukcją momentu napędowego oraz wzrost prądu pobieranego przez silnik.
• Zanik napięcia - najczęściej spowodowany wyłączeniem uszkodzonego odcinka sieci. W przypadku zaniku lub znacznego i długotrwałego obniżenia napięcia następuje wyhamowanie silnika. Powtórny wzrost napięcia do wartości znamionowej - w przypadku braku odpowiedniego zabezpieczenia - spowoduje samoczynny rozruch silnika. Silnik pobiera znaczny prąd (najczęściej pięć do siedmiu razy większy od prądu znamionowego), który wywołuje spadek napięcia w sieci utrudniając i przedłużając rozruch.

Chcąc uniknąć szkodliwych następstw zwarć i przeciążeń oraz obniżenia lub zaniku napięcia stosuje się wyłącznik silnika M-611 lub inny podobnie działający.

Budowa zabezpieczenia silnika M611

Wyłącznik silnikowy M-611 o charakterystyce dostosowanej do ochrony silników od skutków przeciążeń i zwarć jest bardzo niezawodnym urządzeniem. Jego podstawowymi elementami są:

1. Dźwignia napędowa służąca do załączenia ;
2. Przeciążeniowy wyzwalacz termobimetalowy ;
3. Zwarciowy wyzwalacz elektromagnetyczny ;
4. Komora gaszeniowa.

Instalcje elektryczne cz. 3 modernizacja instalacji rozdzielamy PEN

Obecnie obowiązujące przepisy w Polsce wymagają aby instalacja elektryczna była wyposażona w oddzielne przewody neutralne N oraz ochronnego PE. Taka instalacja jest znacznie bardziej bezpieczna od instalacji starego typu, gdzie przewód neutralny był połączony z przewodem ochronnym PEN. 

Instalacje TN-S ( z rozdzielonym przewodem PE i N ) w odróżnieniu od instalacji starego typu TN-C ( z przewodem wspólnym PEN ).

Montując nowe hydrofory wyposażone w pompy ssące lub samozasysające warto sprawdzić i ewentualnie zmodernizować starą instalację elektryczną. Zmiana instalacji umożliwi zamontowanie w instalacji poprawnie działającego wyłącznika różnicowo-prądowego stanowiącego bardzo ważny element użytkowników przed skutkami porażenia prądem. W przypadku bezpośredniego podłączenia pomp głębinowych do instalacji elektrycznej, gdy nie ma możliwości bezpośredniego kontaktu człowieka z instalacją zasilającą silnik pompy montaż tego zabezpieczenia nie jest wymagany i można z niego zrezygnować.

W przypadku, gdy instalacja domowa podłączona jest do sieci energetycznej starego typu ( TN-C ) czyli do obiektu dochodzą tylko cztery przewody należy na terenie posesji wykonać instalację z rozdzielonymi przewodami ochronnym oraz neutralnym i podłączyć do instalacji energetycznej zgodnie z rysunkiem obok. Zaciski przewodów ochronnego PE i neutralnego N instalacji domowej muszą być pewnie i trwale połączone z przewodem ochronno-neutralnym sieci energetycznej oraz uziomem. Rezystancja uziomu nie może być wyższa niż 30 Ohm.

• Jeżeli rozdział przewodu PEN następuje w złączu kablowym, to w głównej rozdzielnicy budynku uziemiany jest przewód PE poprzez połączenie go z Główną Szyną Uziemiającą połączoną z uziomem fundamentowym.
• Jeżeli rozdzielenie następuje w głównej rozdzielnicy budynku, to Wewnętrzną Linię Zasilającą wykonuje się w układzie sieci TN-C, a zacisk przewodu PEN w rozdzielnicy głównej budynku łączy się z Główną Szyną Uziemiającą.
• W przypadku braku uziemienia fundamentowego, należy wykonać dodatkowe uziemienie w pobliżu wprowadzenia Wewnętrznej Linii Zasilającej do budynku i połączyć z Główną Szyną Uziemiającą.

Uziom może być wykonany zarówno jako uziom prosty jak i wielokrotny.

W następnych publikacjach przedstawimy rodzaje zabezpieczeń silników pomp i hydroforów stosowanych przy podłączeniu do instalacji elektrycznej.

Instalacje elektryczne cz. 1 podstawy kolory przewodów

Aby podłączyć dowolne urządzenie do instalacji elektrycznej także takie jak pompy głębinowe czy hydrofory warto nie tylko znać podstawowe przepisy ale również w miarę możliwości zrozumieć je i ewentualnie sprawdzić czy są stosowane. 

Pompy do wody najczęściej zasilane są z instalacji domowej prądu przemiennego, w której napięcie wynosi 230 V (instalacja jednofazowa) lub 400 V (instalacja trójfazowa) czyli napięciem niebezpiecznym dla zdrowia i życia ludzkiego. W instalacjach tych obowiązuje odpowiednie oznaczenie poszczególnych przewodów właściwymi kolorami, które zostały wymuszone normą PN-90/E-05023:1990 i jej późniejszymi modyfikacjami. Zgodnie z tą normą w instalacjach powinny występować odpowiednio oznaczone przewody:

• PE - przewód ochronny kolor izolacji  żółto - zielony  przewód ten jest przewodem ochronnym służącym ochronie przed porażeniem prądem. Może to być zarówno połączenie głównego zacisku uziemiającego z uziomem jak też wyrównawczy zapewniający wyrównanie różnych potencjałów różnych części urządzenia znajdujących się pod napięciem. Zgodnie z obowiązującymi przepisami przewody powinny posiadać odpowiednie kolory na całej długości przewodu. W normie określono również dozwolony stopień występowania poszczególnych barw i zgodnie z nim każda z barw może obejmować 30 do 70 % powierzchni izolacji a druga barwa resztę ;
• N - przewód neutralny kolor izolacji  jasno niebieski  (bądź błękitny) jest przewodem łączącym z punktem neutralnym sieci elektroenergetycznej. Przewód ten może służyć do przesyłania energii elektrycznej dlatego też zwany jest popularnie jako "zero robocze" ;
• L1 , L2 , L3  - przewody liniowe L nie posiadają znormalizowanych kolorów najczęściej stosowane kolory to  brązowy , czarny ,  czerwony  we wszystkich odcieniach. Niedopuszczalne jest stosowanie w ich przypadku koloru jasnoniebieskiego oraz żółto-zielonego. Przewody te są przewodami fazowymi będącymi podczas normalnej pracy pod napięciem służącymi do przesyłania energii energii elektrycznej w sieci elektroenergetycznej.

W przypadku podłączenia trójfazowego silnika elektrycznego pompy ze zmienioną kolejnością faz silnik ten będzie pracował jednakże jego praca może nie być właściwa dla zasilanego przez nie urządzenia np. pompy. Zmiana kolejności faz może objawiać się tym, że:

• silnik pracuje zgodnie z kierunkiem obrotu wymaganym przez urządzenie napędzane ale znacznie wolniej co wpływa na wydajność pompy i generowane przez nią ciśnienie;
• silnik pracuje z kierunkiem obrotu przeciwnym niż wymagany przez urządzenie napędzane.

W obu przypadkach zmiana kolejności faz na właściwy umożliwi prawidłowe działanie napędzanego urządzenia.

Należy pamiętać, że praktycznie każde urządzenie elektryczne podłączone do instalacji powinno być odpowiednio zabezpieczone. Aby je prawidło zabezpieczyć najpierw należy dokładnie zidentyfikować rodzaj instalacji do której je podłączamy, gdyż część z zabezpieczeń nie działa poprawnie w niektórych instalacjach.

O rodzajach instalacji elektrycznych przeczytają Państwo w kolejnym artykule.