Поплавковый выключатель — как работает

Поплавковый выключатель — простое и надежное электротехническое приспособление, позволяющее автоматизировать работу насосных станций, других систем, использующих в своем составе накопительные емкости, насосы. Их установка возможна совместно с погружными и поверхностными агрегатами. Влагозащищенный корпус позволяет изделию постоянно находиться в полупогруженном и погруженном в жидкость состоянии. 

В этой статье расскажем, как работает поплавковый выключатель для насоса, какие эффективные схемы его подключения получили широкое распространение.

Особенности конструкции

Наибольшее распространение получила модель поплавкового выключателя следующей конструкции. Во влагозащищенном корпусе из ударопрочного пластика установлена система из двух контактов. Подвижным элементом является стальной шарик. Он свободно перемещается по вытянутой капсуле цилиндрической формы.

В зависимости от положения корпуса поплавкового выключателя в пространстве шарик под воздействием гравитации занимает одно из двух крайних положений. В первом он замыкает одну пару контактов, одновременно размыкая другую. Во втором состояние выключателя инвертируется. Контактная пара, которая была замкнута, становится разомкнутой, и наоборот.

Важной особенностью корпуса устройства является его способность всплывать в жидкости. Для этого внутри него производитель оставляет герметичную полость с воздухом. Или применяет при изготовлении материалы, имеющие меньшую плотность, чем у воды.

Перед тем, как подключить поплавковый выключатель, нужно определить назначение его проводов. Они объединены единой внешней оболочкой из термоэластопласта. Но каждая жила имеет собственную изоляцию, окрашенную в определенный цвет. Так, в моделях ПВФ-1, производства завода «Взлет», это коричневый — общий, серый и черный — отвечают за контактные пары. Во взрывозащищенной модификации добавляется четвертый провод желто-зеленого цвета — заземление.

При отсутствии инструкции проверить назначение и работоспособность изделия можно с помощью электрической лампочки или мультиметра. Сначала поплавку позволяют свободно повиснуть на проводе. Затем располагают кабелем вниз — симулируется ситуация со всплытием поплавка в жидкости. В каждом случае определяются замкнутые/разомкнутые выводы.

Отметим, что для обеспечения герметичности крепление кабеля к корпусу выполняется в заводских условиях. При установке на объекте укоротить провод можно без ограничений. Но нарастить его длину или заменить на другой представляется более сложной задачей. 

Поэтому производители предлагают варианты исполнения ПВ с разной длиной кабеля. В случае модели ПВФ-1 Иртыш это 10, 20 и 30 метров. На стоимости длина провода сказывается незначительно. Поэтому лучше выбрать модель с запасом по этому показателю.

Как подключить поплавковый выключатель 

Подключение к насосу поплавкового выключателя выполняется в двух основных режимах:

• Прямое подключение. В этом режиме через датчик уровня проходит электропитание непосредственно на агрегат. Некоторые модели способны коммутировать до 5 А. Для этого в них используются провода сечением до 0,75 мм². Что вполне достаточно для питания большинства бытовых погружных и поверхностных электронасосов. Преимущество такого способа подключения — простота схемы и отсутствие электронных компонентов.

• Подключение к контроллеру. В этом режиме через контактную группу поплавка пропускается минимальный ток. Но не менее 1 мА при 4 В. При меньших значения схема не обеспечит надежного срабатывания. Это режим датчика для контроллеров и специальных шкафов управления. Которые и управляют подключением/отключением электронасосов.

Преимущество использования поплавка в режиме датчика — возможность построения сложных систем диспетчеризации насосного оборудования. Которые принимают решение исходя из информации, полученной из разных источников. Что повышает надежность системы и эффективность ее реакции на возникающие угрозы.

Еще один плюс непрямого подключения — малый ток, проходящий через выключатель. Кроме очевидного повышения безопасности для персонала и оборудования это снимает ограничение по мощности. Силовые функции ложатся на шкаф управления. Что важно для подключения промышленного насосного оборудования, в том числе — с трехфазным электропитанием 380 В. Поплавок сертифицируется только для однофазных сетей до 250 В.

Типы датчиков уровня

Существуют поплавковые выключатели для установки:

• В системах водоснабжения, канализации. Их корпус рассчитан на работу в чистой воде. Он обеспечивает влагозащиту на уровне IP68. Выполняется из полипропилена или аналогичного по свойствам материала. Могут эксплуатироваться в нагретой до +80 °C воде. Изделия завода «Взлет» в этой категории имеют синий цвет корпуса.

• Для систем транспортировки и хранения топлива. Для таких условий эксплуатации датчики уровня поставляются во взрывозащищенном исполнении. Они отличаются от обычных моделей материалом изготовления корпуса и других деталей. Исключается возникновение искры при переключении контактов, случайного механического контакта со стенками емкости или элементами оборудования. Цвет корпуса — желтый.

Принцип действия

Принцип работы поплавкового выключателя для насоса удобно показать на погружном агрегате. Например, используемом в дренажной системе. 

Насос установлен в колодце. Поплавок закреплен на его корпусе и соединен с ним гибким кабелем. Когда уровень воды в колодце находится в нижней отметке, корпус поплавочного выключателя свободно свисает. Насос подключается через нормально закрытую пару контактов. Поэтому питание на агрегат в этом положении не подается.

Когда вода начинает прибывать, поплавок постепенно всплывает. В какой-то момент его корпус преодолевает критический угол наклона. Шарик перемещается в нижнее положение, одновременно замыкая нормально закрытую пару выводов. На насос подается питание, он откачивает накопленную воду.

Преимущество систем с использованием поплавковых выключателей является автоматическое управление. Для примера с дренажным насосом, в частности, при снижении уровня жидкости поплавок снова опустится вниз. Что вызовет отключение электромотора агрегата. Это позволяет экономить электроэнергию и обеспечивать откачивание воды из колодца в автоматическом режиме, без участия человека.

Существуют сценарии использования, в которых удобнее задействовать нормально открытую пару контактов. Например, в системах водоснабжения с накопителем, из которого осуществляется водоразбор. Подкачивающий насос включается через поплавковый выключатель. Как только уровень воды в накопителе понижается, поплавок опускается, одновременно подавая ток на агрегат.

От чего зависит эффективность работы датчика

Эффективность работы зависит от того, как точно удалось отрегулировать поплавковый выключатель для насоса. Существует два основных момента по выбору модели и ее монтажа:

• Угол срабатывания. Не может быть изменен пользователем. Угол определяется конструкцией и использованным производителем способом переключения. В поплавковых выключателях, поставляемых в составе насосных станций завода «Взлет», он составляет 10°.

• Длина подвеса и высота его закрепления. Удлиняя и укорачивая кабель можно менять уровень срабатывания выключателя. Этот момент ключевой, если вы намерены установить поплавковый выключатель для насоса своими руками. В готовых насосных станциях этой работой занимаются инженеры при проектировании, монтаже и пробном пуске на объекте.

С конструктивной точки зрения существует еще один тип выключателей поплавкового способа включения. В нем шарик заменят мелкая металлическая дробь. При смене положения корпуса поплавка она пересыпается внутри замкнутой капсулы. С точки зрения подключения и настройки такие изделия не имеют существенных отличий от моделей с одним металлическим шариком.

Долговечность поплавка обеспечивается герметичным корпусом. Это позволяет производителю заявлять срок службы до 10 лет. Работоспособность изделия регулярно контролируется при обслуживании оборудования. Для этого можно проверить замыкание контактов, физически перемещая его корпус в пространстве. Например, взяв поплавок в руку. При определенном угле наклона выключатель сработает.

Сложные схемы подключения поплавкового выключателя для насоса

В рассмотренных выше схемах подключения использовался только один выключатель. Но в реальных проектах такого подхода может оказаться недостаточно. Ниже рассмотрим два варианта использования системы из двух и более таких элементов.

Система водоснабжения

Так, схема подключения поплавкового выключателя для емкости системы водоснабжения применяется и для автоматического отключения подачи воды — когда уровень достигает максимальной отметки. 

Для этого устанавливаются два датчика уровня. При подключении выключатели соединяются последовательно. Но используются разные пары контактов. В одном задействуется нормально открытая. Во втором — нормально замкнутая. 

Таким образом достигается полная автоматизация системы водоснабжения. Электронасос включается при срабатывании первого поплавка — минимальный уровень, и отключается при срабатывании второго — максимальный. 

Еще один поплавковый выключатель может потребоваться для установки в скважину, если ее дебит не позволяет закрыть потребности пикового объема потребляемой воды. Он отключит питание, когда уровень жидкости в шахте опасно снизится. Тем самым предотвратив перегрев агрегата.

КНС

Второй схемой, позволяющей продемонстрировать полезность использования поплавка для автоматизации работы насосного оборудования — КНС. Типовая модель с двумя канализационными насосами оснащается сразу четырьмя такими выключателями. Они закрепляются на различных уровнях посредством подвешивания к верхней крышке емкости. Рассмотрим их по мере удаления ото дна.

• Первый поплавковый выключатель задает минимальный уровень стоков. При его срабатывании насосное оборудование обесточивается, чтобы предотвратить работу в холостом режиме.

• Второй активирует один из агрегатов. Какой из двух будет запущен, решает контроллер шкафа управления. Система стремится распределить ресурс работы между насосами. Поэтому может включать их поочередно.

• Третий сообщает контроллеру, что скорость притока стоков превысила производительность откачки одного агрегата. К работе подключается второй. Производительность откачки возрастает примерно в два раза.

• Четвертый является сигнальным. При его активации включается система оповещения персонала. На пульт диспетчера отправляется сигнал об аварии. Насосы не справляются со скоростью пребывания стоков. Или возникла помеха, не позволяющая им достигнуть максимальной эффективности работы. Например, крупный мусор, частично забивший входное отверстие агрегата.

Высота подвеса датчиков уровня может подстраиваться под требования и режим эксплуатации канализационной насосной станции. Обычно эта процедура проводится при запуске оборудования в работу и проверяется при пробном пуске. 

Важным моментов установки поплавковых выключателей является обеспечение свободы их закрепления. Кабелю не должны мешать элементы оборудования. В противном случае возможны сбои в срабатывании датчиков.

При обслуживании насосного оборудования датчики осматриваются. В случае использования в канализационных станциях с них удаляются загрязнения, накопившиеся с момента проведения предыдущего осмотра. Проверяется свобода подвешивания.

Отметим, что при установке насосных станций все электрические соединения выполняются в шкафе управления — ШУ. Это позволяет обеспечить безопасность работы оборудования и удобство его обслуживания. Поэтому провода от поплавковых выключателей также присоединяются к блоку клемм, расположенному в ШУ. Это учитывается в специализированных шкафах управления для насосного оборудования, разработанных и поставляемых заводом «Взлет».

Автор статьи: Александр Шихов