Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормального режима Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

(ki ГО

sl

4ib

СО

Фиг.1

тель и конденсатор 8 поступают в мостовую схему 9. Дальнейшее прохождение сигналов зависит от состояния ключа 11, определяемого состоянием термоэлемента 12. Если температура двигателя выше нормы, то ключ 11 зак рыт. Если температура двигателя в пределах нормы, то ключ П открыт. В этом случае высокочастотные сигналы через диоды 13 и 14, резисторы ;15 и 17, 20 и 21, диоды 18 и 19 воз- j вращаются на вход второго вывода ге- ;нератора 5. Выходные сигналы контролируются на резисторах 20 и 21 измерительно-исполнительным блоком 4. Величина выходных сигналов на резисторах 20-21 3зависит от положения уровня нефти в скважине и температуры корпуса электродвигателя. Погружной электродвигатель отключается, когда уровень ниже обоих датчиков; когда температура корпуса электродвигателя больше допустимой йЬрмы; когда уровень нефти,, поднимаясь выше уровня нижнего датчика, не достигает датчика верхнего уровня. 4 ил.

Изобретение относится к защите герметизированных электродвигателей и может быть применено в погружных установках для нефтепромыслов. Целью изобретения является увеличение функциональных возможностей, т.е. осуществление контроля верхнего порогового уровня нефти и контроля допусти- мого порогового уровня температуры погружного электродвигателя. Генерируемые генератором 5 сигналы с частотой F через конденсатор 6,трансформатор 2, кабель 26, электродвигаf Y .Г (Л

1

Изобретение относится к защите герметизированных электродвигателей , и может быть применено в погружьшх установках для нефтепромыслов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем осуществления контроля верхнего порогового уровня нефти и контроля допустимого порогового уровня температуры погружного электродвигателя.

На фиг.1 представлена функциональ нал схема предлагаемого устройства; I на фиг. 2 - блок-схема нефтяной сква- ;жины; на фиг. 3 - схема измерительно- исполнительного блока; на фиг. 4 - схема электронного ключа.

Устройство содержит магнитный пускатель i с силовьтми контактами для включения в фазовые провода, питаяз- щие электродвигатель .через силовой трансформатор 2, первичная и вторичная обмотки которого соединены в звезду, катушку 3 управления магнит- шлм пускателем, соединенную с выходом измерительно-исполнительного блока 4, генератор 5 высокой частоты, одним вьтодом соединенный с первым разделительным конденсатором 6, датчик 7 влажности нижнего уровня, одним выводом соединенный с клеммой для заземления, второй разделительный конденсатор 8, диодный мост 9, соединенный своим первым выводом rte- ременного тока через второй разделительный конденсатор 8 с нейтралью об моток статора погружного электродви

5

10

15

20

25

30

35

.гателя, стабилитрон 10, соединенный параллельно с электронным ключом 11 и выходом диодного моста 9, термоэлемент 12, соединенный одним выводом с входом электронного ключа 11, а вторым - с минусовым вьшодом диодного моста, первый диод 13 анодом,

,а второй диод 14 катодом соединен с вторым выводом диодного моста по переменному току, первый резистор 15, соединенный первым выводом с катодом

первого диода, датчик 16 влажности верхнего уровня, первым выводом соединенный с первым выводом первого резистора 15, второй резистор 17,соединенный первым вьгаодом с анодом вто рого диода 14 и первым выводом датчика 7 влажности нижнего уровня, при этом вторые выводы первого и второго резисторов и вторые выводы датчиков влажности соединены с заземлением, третий диод 18 катодом,

а четвертый диод 19 анодом соединены с вторым выводом генератора 5 высокой частоты, третий резистор 20, соединенный первым выводом с анодом третьего диода 18 и первым входом измерительно-исполнительного блока 4, четвертый резистор 21, соединенный первым Выводом с катодом четвертого диода 19 и вторым входом измерительно-исполнительного блока 4,при этом вторые выводы третьего 20 и четвертого 21 резисторов соединены с заземлением, а второй вывод первого разделительного конденсатора 6

соединен с нейтралью вторичных обмоток силового трансформатора 2,

Нефтяная скважина (фиг,2) содержит погружной электродвигатель 22, насос 23, скважинный трубопровод 24, трубопровод 25.для откачки нефти, высоковольтный кабель 26 и силовуто подстанцию 27.

Устройство работает следующим об- разом.

Генерируемые генератором 5 сигналы с частотой F через конденсатор 6, трансформатор 2, обмотки статора электродвигателя и конденсатор 8 поступают в диодный мост 9. Дальнейшее прохождение сигналов зависит от состояния электронного ключа П,определяемого состоянием термоэлемента 12, Если температура двигателя вьше нормы, электронный ключ 11 закрыт. Если температура двигателя в пределах нормы, то ключ 1 открыт, В этом случае высокочастотные сигналы через диоды 13 и 14, резисторы 15 и 17, 20 и 21 и диоды 18 и 19 возвращаются на вход второго вывода генератора 5, Вь1ходные сигналы контролируются на резисторах 20 и 21 измерительно-исполнительным блоком 4.

В предлагаемом устройстве могут иметь место пять состояний.

Первое состояние. Температура погружного электродвигателя (ПЭД) на- ходится в пределах допусково й нормы Уровень нефти в скважине находится выше датчика 16. В этом случае датчики 16 и 7 шунтируют резисторы 15 и 17. На резисторах 20 и 21 вмде- .ляются максимальные сигналы, которые условно обозначим уровнем il. Измерительный блок 4 включает магнитный пускатель 1.

Второе состояние. Температура погружного электродвигателя в преде- лах нормы. Уровень нефти, снижаясь, становится ниже уровня датчика б. В этом случае резистор 15 не шунтируется датчиком 16, а резистор 17 шунтирован датчиком 7. Это вызывает выделение на резисторе 20 уровня сигнала, равного О, а на резисторе 21 - +1. При этих состояниях измерительно-исполнительный блок 4 продолжает выдачу питания на погруж- ной электродвигатель.

Третье состояние. Температура поружного электродвигателя находится в пределах нормы. Уровень нефти, сн

жаясь, становится ниже уровня датчика 7 нижнего уровня. При этом резисторы 15 и 17 перестают шунтироваться датчиками 16 и 7. На резисторах уровни сигналов становятся равным1 О, Измерительный блок 4 отключает магнитный пускатель 1, прекращая питание двигателя.

Четвертое состояние. Температура электродвигателя выше допустимой нор мы, В этом случае термоэлемент 12 запирает электронный ключ 11 и на резисторах 20 и 21 имеет место уровень сигналов О. Измерительный блок 4 отключает питание электродвигателя.

Пятое состояние. Температура пог- электродвигателя в норме.Уровень нефти, поднимаясь, становится датчика 7. В этом резистор 15 не шунтируется датчиком 16, а резистор 17 шунтируется датчиком 7. Соответственно на резисторе 20 имеет

О,

место уровень сигнала

а на ре

зисторе 21 - уровень 1, т.е. аналогичные второму состоянию. Однако мерительно-исполнительный блок команду на включение электродвигателя не подает до тех пор, пока не образуется первое состояние.

Измерительно-исполнительный блок 4 (фиг.З) состоит из компаратора 28 выходных сигналов нижнего уровня, подключенного к резистору 21, составных транзист.ороч 29 и 30, реле 31 с контактами 32, инвертора 33, подключенного к резистору 20, коьнтаратора 34 выходных ск -налов верхнего уровня, составных транзисторов 35 и 36, реле 37 с контактами 38-39 и источника 40 питания.

Принцип работы схемы при различньт состояниях заключается в следующем.

При первом состоянии на резисторе 20 присутствует уровень -1, а на

резисторе 21 уровень +. Сле,цова- тельно, компаратор 28 находится в сработанном состоянии и вьщает сигнал открытия составнь транзисторам 29-30, Реле 31, срабатывая, замыкает свой замыкающий контакт 32, подавая питание из источника 40 питания на составные транзисторы 35-36. Уровень -1 сигнала на резисторе 20 инвертируется инвертором 33 и оценивается компаратором 34, который открывает составные транзисторы 35-36, вызывая срабатывание реле 37. При этом

замыкается контакт 39, вызывая срабатывание магнитного пускателя 1 и замыкание контакта 38, произведя самоблокировку обмотки реле 37.

При втором состоянии на резисторе 20 присутствует уровень О, а на резисторе 21 уровень +1. При этом на входе транзисторов 29-30 присутствует открывающий сигнал, реле 31 Q находится в сработанном состоянии.

Несмотря на отсутствие сигнала открытия тра.нзисторов 35 и 36 реле 37 остается в сработанном состоянии за счет самоблокировки контактом 38. 5 С|1едовательно, замкнутый контакт про- дЬлжает держать магнитный пускатель Г,,

обеспечивая подачу питания на элект- р|одвигатель,

, При третьем состоянии на обоих ре- 20 зясторах 20 и 21 присутствует уровень , Репе 31 и, 37 отключены. Следова- ч ельно, электродвигатель не получает питание.

При четвертом состоянии на обоих 25 резисторах 20 и 21 присутствует уро- 0

вень

т.е.,как

и в предьщущем

случае, электродвигатель остановлен.

При пятом состоянии на резисторе 20 присутствует уровень О, а на резисторе 21 уровень -«-1, Реле 31, срабатывая замыкает свой контакт 32. Реле 37 обесточено из-за отсутствия открьшающего сигнала на входе транзистора 35. Следовательно, электродвигатель не получает питание. Электродвигатель получит питание только тогда, когда образуются условия первого состояния.

Электронный ключ 11 (фиг.4) состоит из составных транзисторов 41 и 42, делителя напряжения на резисторах 43 и 12. Резистор -12 представля- .йт собой терморезистор и устанавливается в корпусе электродвигателя. При Температуре ниже допустимой нормы резистор имеет большое значение номинала, поэтому ключ 11 находится в .открытом состоянии. При достижении температуры корпуса электродвигателя до опасного порога происходит резкое снижение сопротивления терморезистора 12, что вызывает закрытие ключевой схемы.

В качестве ключа 11 могут быть использованы другие известные варианты.

Таким образом, использование устройства защиты погружного электроQ

5

0

5

0

5

0

5

0

5

двигателя отличается от прототипа более широкими функциональными возможностями, а именно возможностью обеспечения нормальной работы погружного электродвигателя путем контроля нижнего и верхнего уровней нефти в скважине и температуры корпуса электродвигателя.

Все это позволяет повысить надежность и долговечность работы электродвигателя и нефтяной скважины.

Формула изобретения

Устройство для защиты погружного электродвигателя от анормального режима, содержащее магнитный пускатель с силовыми контактами для включения в фазные провода, питающие электродвигатель через силовой трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого соединены в звезду, катушку управления магнитным пускателем, соединенную с выходом измерительно- исполнительного блока, генератор высокой частоты,, одним выводом соединенный с первым разделительным конденсатором, датчик влажности нижнего уровня, одним выводом соединенный с заземлением, второй разделительный конденсатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополни- J

тельно снабжено датчиком влажности верхнего уровня, диодным мостом,стабилитроном, электронным ключом, термоэлементом, первым, вторым, третьим и четвертым диодами, первым, вторым и третьим резисторами, при этом диодный мост своим первым выводом переменного тока через второй разделительный конденсатор соединен с клеммой для соединения с нейтралью обмоток статора электродвигателя, стабилитрон соединен параллельно с электронным ключом и выходом диодного моста, термоэлемент соединен одним выводом с входом электронного ключа, а вторым - с минусом диодного моста, первый диод анодом, а второй катодом соединены с вторым выводом диодного моста по переменному току, катод первого диода соединен с первым выводом первого резистора и первым вьгеодом датчика влажности верхнего уровня, анод второго диода соединен с первым выводом второго резистора и первым

выводом датчика влажности нижнего уровня, вторые выводы первого и второго резисторов и вторые вьгаоды датчиков влажности соединены с клеммой для заземления, третий диод катодом, четвертый диод анодом соединены с вторым выводом генератора высокой частоты, при этом анод третьего диода соединен с первым выводом третьего резистора и первым входом измерительно-исполнительного блока, катод

четвертого диода соединен с первым вьшодом четвертого резистора и вторым входом измерительно-исполнительного блока, вторые выводы третьего и четвертого резисторов соединены с клеимой для заземления, а второй вывод первого разделительного конденсатора соединен с клеммой для соединения с нейтралью вторичных обмоток силового трансформатора, питающего электродвигатель.

Фиг.2

кю

Фие.З