50Hz 潜水电机安装说明书.docx
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50Hz潜水电机安装说明书
50Hz
潜水电机
应用◆安装◆维护
单相和三相电机
注意
针对设备安装人员的重要信息！
本设备必须由具有技术资格的专业人员进行安装。
如不按照国际和当地的电气规范或富兰克林电气公司的建议进行安装，可能会导致电击或火灾，并造成设备性能不良或损坏。
富兰克林电机的安装资料可以向水泵制造商或富兰克林经销商索取，也可以直接向富兰克林公司索取。
警告
如果不将电机、控制柜、金属管道以及其他所有靠近电机或电缆的金属材料与电源接地端妥善连接，将有可能造成致命的电击。
所用接地线规格不应小于电机电缆线的规格。
为减少电击危险，在供水系统及其周围工作时必须先切断电源。
不要将电机用于游泳场所。
质量的承诺
富兰克林电气承诺提供客户通过我们不断改进的检测程序测试的优质产品。
质量在任何情况下都优先于产量。
潜水电机
应用◆安装◆维护手册
本潜水电机可靠、高效、无故障，使之能够长时间运行的要求非常简单：
1，合适的使用环境
2，恰当的电源供应
3，足够的冷却水流量
4，适当的水泵负荷
所有潜水电机的应用、安装和维护的宗旨就是围绕着这四点进行的。
这本手册可以提供你这些需求，从而帮助你完成所需的服务和维护。
内容
应用–所有的电机
储存
启动频率
安装位置
变压器容量
扭矩的影响
引擎驱动发电机
单向阀的应用
井径、开放式环境、上供水，保护套
水温和流速
导流罩
流过电机的压头损失
热水应用
压差密封
控制箱和控制板的接地
电涌保护器的接地
控制箱和控制板的使用环境
应用–单相电机
3线控制盒
2线电机固态控制
电缆选择–2线或3线
2种不同的电缆尺寸
单相电机规格说明书
应用–三相电机
电缆选择–70℃3或6头
电缆选择-75℃3或6头
三相电机规格说明书
过载保护
功率因数修正
三相启动器示意图
三相电源不平衡
相位旋转和电流不平衡
潜水电机安装检查表（3656号）
潜水电机安装记录（2207号）
潜水电机辅助设备安装记录（3655号）
三相电机引线检查
降压启动器
串联增压泵系统
变速运行
安装–所有电机
潜水电机–尺寸
引线接头压紧螺母
连轴器–水泵和电机连接
轴高和允许公差
潜水电缆和引线
下降电缆的连接
维护–所有电机
系统故障
初步检查
绝缘阻值
下降电缆的阻值
维护–单相电机和控制
电缆的辨别
单相控制盒
欧姆表测试
QD控制盒部件
控制盒部件表
控制盒接线图
维护–电气产品
Pumptec-Plus安装过程中故障分析
Pumptec-Plus安装后故障分析
CP-Water故障分析
Pumptec故障分析
储存
富兰克林电气潜水电机采用水润滑设计，所充溶液包含有脱离子水和丙二醇（一种无毒的防冻剂）的混合物。
这种溶液可以防止-40℃的低温引起的结冻危险；电机可以存放在不低于这个温度的地区。
这种溶液在-3℃时会部分结冻，但这对电机没有损害。
应当防止重复的结冻和解冻以防止所充溶液的损耗。
电机工作时有可能发生电机预充溶液和井水互相交换，在水泵提出井后必须注意防止结冻带来的危险。
储存温度不高于37℃的情况下，电机储存时间上限是2年。
储存温度在37℃和54℃之间时储存期限只有1年。
由于预充了足量多的溶液，少量的漏液不会对电机产生不良影响，带过滤器的单向阀也会在电机安装时补充一部分经过过滤的井水。
如果确信有需要考虑的较大量的漏液，请联系工厂检查。
启动频率
一段时间内的每天平均启动次数会影响潜水电泵系统的使用寿命。
过多的周期启动运行会影响如压力开关、接触器、启动器、电容器和继电器等电气元件的使用寿命。
频繁启动同样会损伤电机花键，轴承，造成电机过热。
所有的这些情况都会减少电机的使用寿命。
水泵、水罐和其他控制部件都必须按照每天尽量少的启动次数的原则来进行选择，以保证尽量长的实际电机使用寿命。
最高每24小时启动次数如表3示：
表3启动次数
电机功率
24小时最大启动次数
HP
KW
单相
三相
最高到0.75HP
最高到0.55KW
300
300
1-5.5
0.75-4
100
300
7.5-30
5.5-22
50
100
40以上
30以上
100
安装位置
富兰克林潜水电机主要设计在垂直的、轴向上位置运行。
在加速过程中，水泵的推力随着水泵的扬程一起增加。
在启动初期，水泵扬程和转速没有达到正常运行水平时，水泵可能会产生一个向上的推力，该上推力作用在电机的上止推轴承上。
在每次启动的短暂瞬间，这种情况是可以接受的，但是连续的在上推力下运行会导致电机上止推轴承的额外磨损。
在特定的条件下，电机也可以在轴向垂直到轴向水平的位置下运行。
当安装位置从垂直位置越靠近水平，减少止推轴承寿命的概率就增加。
想要达到和垂直安装的电机一样正常的止推轴承使用寿命，请遵循以下建议：
1.尽量减少启动次数，最好在24小时内少于10次。
2.就算是在很短的阶段中全速运行，也不要在没有向电机推力的系统中使用。
变压器容量–单相和三相
配电变压器必须大小适当以满足潜水电机对容量（KVA）的要求。
如果变压器容量太小不足以提供必须的负荷，将会降低供给电机的电源电压。
表4是相对电机标称功率所要求的总有效容量（KVA）和开式或闭式三相系统所需要的最小变压器。
因为只使用2个变压器，开式系统需要较大容量的变压器。
如有其他负载，则会直接增加对变压器组（KVA）的需求。
表4变压器容量
电机功率
要求的总有效容量
（KVA）
每个变压器的最小额定容量（KVA）
HP
KW
开式星形或三角形二变压器组
闭式星形或三角形三变压器组
1.5
1.1
3
2
1
2
1.5
4
2
1.5
3
2.2
5
3
2
5
3.7
7.5
5
3
7.5
5.5
10
7.5
5
10
7.5
15
10
5
15
11
20
15
7.5
20
15
25
15
10
25
18.5
30
20
10
30
22
40
25
15
40
30
50
30
20
50
37
60
35
20
60
45
75
40
25
75
55
90
50
30
100
75
120
65
40
125
90
150
85
50
150
110
175
100
60
175
130
200
115
70
200
150
230
130
75
备注：
表中所示为标准（KVA）容量。
如果电力公司的经验和实践允许变压器负载高于标准值，变压器可以使用高负载值来满足总有效容量（KVA）要求，提供并维持正确的电压和平衡。
扭矩的影响
潜水泵启动时，电机扭矩的升高必须由来自水泵、扬水管和其他支持提供支撑。
大多数水泵朝着旋松右手螺纹管或者水泵叶轮的方向旋转。
所有的螺纹接头，水泵和其他水泵支撑系统必须能够重复承受最大扭矩而不会松动或者损坏。
旋松连接会破坏电缆而导致水泵-电机的损坏。
要在1.5的最小安全系数下安全的承受旋松扭矩，推荐使用至少13.57N-m每马力的力旋紧所有的螺纹接头（表4A）。
对于大马力的水泵，特别是浅水应用的电机，可能必须扎紧或者捆住焊管接头。
表4A要求扭矩（举例）
电机功率
HP×13.57N-m
最小安全扭矩负荷
HP
KW
1HP或更小
0.75KW或更小
1×13.57
13.57N-m
20HP
15KW
20×13.57
271.4N-m
75HP
55KW
75×13.57
1017.8N-m
200HP
150KW
200×13.57
2714N-m
引擎驱动发电机
参考发电机制造商推荐和转子锁定电流列表，13页（单相），16-17页（三相）
单向阀的使用
建议在潜水泵安装中使用一个或多个单向阀。
如果水泵没有内置的单向阀，在水泵出口7.5米之内、低于供水动水位位置，必须加装一个管线单向阀。
更进一步的应用应当在制造商建议的每一个位置加装单向阀。
摆动式单向阀不允许在潜水电机/水泵应用中使用。
摆动式单向阀的反应缓慢，容易导致水锤（见下）。
水泵内置单向阀或弹簧式单向阀关闭迅速，能够有效地防止水锤。
单向阀也被用来保持水泵停止时的系统压力。
同时防止回旋，水锤和向上推力，而这些情况会提前水泵和电机的故障出现时间。
备注：
只有能够完全密封的单向阀才可以在潜水泵安装中使用。
尽管漏水的单向阀可以防止回流，但是这导致向上推力和水锤问题。
A．回旋–没有使用单向阀或者单向阀失效时，水管里的水在水泵停止时会向下回流。
这会导致水泵向相反方向旋转。
如果水泵在这个时候启动，水泵-电机的组件会受到巨大的推力。
因为此时电机没有足够转速来形成轴承平面之间的水膜，这种情况就会造成止推轴承过度磨损。
B．向上推力–如果没有使用单向阀或者单向阀漏水时，泵每次都在零水头情况下启动。
这种情况对叶轮组产生向上的推力，使水泵-电机连轴器发生向上位移。
反复出现这种向上的推力会过早的造成水泵和电机的故障。
C．水锤–如果最低的单向阀位于深井水位上方9米以上，或者低位单向阀有泄露、或者单向阀在管道泄漏点上方时，在扬水管中就形成了局部的真空。
下次水泵启动时，水流已非常快的速度填充这个真空地带，对关闭的单向阀和管道上方静止的水形成冲击，这就造成了水锤。
这种冲击能够击裂水管，破坏接头和水泵或电机。
水锤很容易从噪音上分析出来，一旦发现水锤，就应当立即关闭系统让有关人员解决这个问题。
水井–大直径，无井管，上供水和滤水网部件
富兰克林电气的潜水电机的设计是用电机外部冷却水流冷却的。
如果水泵的安装不能提供表6所示的最小流量，就必须加装导流罩了。
需要加装导流罩的情况是：
●水井的直径太大了，不能满足表6所要求的最小流量。
表6要求最低流速
最高到30℃的电机最小需求冷却水流（升/分）
井管或者套管的直径
（mm）
4”电机（3-10HP）
7.62厘米/秒
升/分
6”电机
15.24厘米/秒
升/分
8”电机
15.24厘米/秒
升/分
102
4.5
-
-
127
26.5
-
-
152
49
34
-
178
76
95
-
203
114
170
40
254
189
340
210
305
303
530
420
356
416
760
645
406
568
1060
930
0.25英尺/秒=7.62厘米/秒0.5英尺/秒=15.24厘米/秒
1英寸=2.54厘米
●水泵处在一个开放的水系统中。
●水泵在一个岩石井或者在井管以下。
●水井是“上方供水”的。
●水泵安装在滤水网或者水孔中或者下方。
水温和流速
富兰克林电气潜水电机全负荷设计最高运行温度是30℃。
额定功率3HP的4”电机要求持续7.62cm/秒或更快的冷却水流，6”和8”的电机则需要15.24cm/秒以上的持续冷却流量。
表6显示了对应于不同井径和电机型号的最小流速（升/分）。
如果电机运行温度超过30℃，流过电机表面的水流量必须提高以维持电机的安全运行温度。
请参考第7页的热水系统应用。
导流罩
如果流量小于要求或者水流从水泵的上方流入就必须要使用导流罩。
开式系统必须加装导流罩。
图1显示了一个典型的导流罩安装结构。
例：
一个流量200升/分钟的六寸电机和水泵安装在直径254mm的水井中。
从表6看出，需要340升/分的流量来维持冷却。
这个例子需要加装一个203mm或者更小的导流罩来维持要求的冷却。
电机侧水流引起的水头损失
表7列出了平均长度电机和光滑井管或导流管之间水流引起的水头损失近似值。
电机直径
4”
4”
4”
6”
6”
6”
8”
8”
井管直径（mm）
102
127
152
152
178
203
206
254
流速（升/分）
95
0.09
189
0.37
378
1.4
0.09
0.52
568
3.1
0.18
0.06
1.1
757
0.34
0.12
1.9
0.15
2.1
946
0.55
0.21
2.9
0.24
3.2
1136
0.75
0.3
4.1
0.37
0.06
4.5
1514
7.2
0.61
0.12
7.5
1893
0.94
0.21
11.4
0.2
2271
1.3
0.3
15.9
0.3
3028
0.5
3785
0.7
热水应用
表7A针对0.91米/秒的最小流量要求
井管或者罩壳直径
4”高止推力电机
6”电机
8”电机
mm
升/分
升/分
升/分
102
57
127
303
152
606
197
178
568
203
984
227
254
1970
1250
305
2460
356
3860
406
5530
如果电泵在高于30℃的水中运转，最小流速0.91米/秒是一定要保证的。
在高于30℃的水温中选择驱动水泵的电机时，电机额定功率必须按照以下原则放大。
1，使用表7A，按照不同的井和套管尺寸决定泵的流量。
如果必要，加装一个导流罩来满足0.91米/秒的流速。
2，用水泵制造商的性能曲线来选择水泵的功率KW（HP）。
3，通过表8选择放大系数来放大水泵的功率KW（HP）。
4，根据3项计算结果选择额定功率的电机KW（HP）。
表8对0.91米/秒流速的热放大系数
最大水温
1/3-5HP
0.25-3.7KW
7.5-30HP
5.5-22KW
超过30HP
超过22KW
60℃
1.25
1.62
2.00
55℃
1.11
1.32
1.62
50℃
1.00
1.14
1.32
45℃
1.00
1.00
1.14
40℃
1.00
1.00
1.00
35℃
1.00
1.00
1.00
热水应用–举例
举例：
一台6”的水泵，最终要求是29.1KW（39HP）输入功率输送51℃的水，井径203mm，流量530升/分。
从表7A看出，必须使用一个152mm的导流罩来增加流速至少到0.91米/秒。
查表8，根据水温高于50℃和电机功率大于22KW（30HP）选择1.62的热放大系数。
放大29.1KW×1.62（放大系数），等于47.1KW（63.2HP）。
这就是在51℃下要达到21.9KW（39HP）所需要的最小满负荷电机功率。
压差密封
电机许可温度基于大气压或者更高的电机周围环境压力。
因为吸入压可能小于大气压，用“Drawdown
seals”密封井和水泵进口来保证最大输送是不推荐的。
控制盒和控制板的接地
美国国家电气规范要求控制盒或者控制板的接地端子必须总是和提供的接地端良好连接。
如果回路中没有从控制盒到电源面板的接地导线和金属管道，那么要根据美国国家电气规范的要求使用一根至少和电源线一样大小的电缆连接接地端子和电气电源接地。
根据地方和国际的电气规范将面板和控制盒接地。
警告：
控制结构的接地错误会导致在回路故障出现时产生严重的致命电击危险。
避雷器的接地
地面电涌保护器必须接地，通过金属和金属、所有的通路连接到含水地层来保证避雷器有效工作。
将避雷器与电源接地连接或者与驱动接地端子接地很少或者根本不能提供对电机的保护。
控制盒和面板的工作环境
富兰克林电气控制盒的设计等级是IP23。
它能够在-10°C到50°C的室内或室外工作。
在低于-10°C的情况下工作会导致降低启动扭矩和过载保护缺失（控制盒配备过载保护）。
控制盒和面板禁止安装在阳光直射或者是高温场所。
这会减少电容器的使用寿命和导致不必要的过载保护启动。
对于室外的高温场所，建议安装通风的百叶箱并油漆成白色反射热量。
潮湿的井坑或其它潮湿的场所，会加速组件的电压衰减和腐蚀。
带电压继电器的控制盒仅设计用于垂直安装。
在其它位置安装会影响继电器的工作。
设备接地
警告：
使用不小于电机电缆导线的电缆错误连接电机、控制盒外围、金属管道和其他邻近电机或者导线的金属到电源的接地端子会导致严重的或致命的电击危险。
安全是将金属下降管或者金属井管接地的主要原因。
这主要用来限制系统的无电（暴露在外的金属）部分和地面之间的电压，这样就能最小化电击的危险。
使用至少和电机电缆一样大小的接地线来保证一旦有接地故障情况下的电流携带能力。
同时提供接地通路的低电阻，确认接地电流足够大，而能够使所有的设计用来检测故障的过电流装置（比如接地故障回路断流器，或者GFCI）启动。
一般的，到电机的接地线需要提供在接地故障时到电源接地的主要通路。
在一些情况下，接地线的联接部分可能危及安全，比方说在一些特别具有腐蚀性或者水流急湍的水井中。
在这种情况下，接地的金属下降管或井套可以成为接地的主要通路。
然而，许多使用塑料的下降管或者井套的情况就需要采取其他方法来保证安全，因为水柱本身是不能成为接地导电通路的。
在特别具有腐蚀性的水井，并且下降管或者井套是塑料的情况下，富兰克林电气推荐使用带10mA设定点的GFCI（接地故障回路断流器）。
在这种情况下，电机接地线应该沿着电机电源接头穿过电流传感装置排布。
以这种方式接线，GFCI（接地故障回路断流器）只会在产生接地故障和电机接地线失去作用的情况下动作。
3-线控制盒
要求单相三线潜水电机使用控制盒。
不使用控制盒操作电机或者使用不正确的控制盒会引起电机故障而失去保修。
控制盒包括启动电容，一个启动继电器，过载保护，在一些型号中还包括运行电容。
电压继电器
电压继电器具有常闭接触器。
供电时，启动和运行线圈都通电，电机启动。
在这瞬间，通过启动线圈的电压相应很低，不能打开接触器触点。
随着电机加速，启动线圈（继电器线圈）的电压上升而断开延时接触器。
这样启动线圈断开，然后电机在主线圈或者主附加运行电容上持续运转。
在电机启动以后，延时接触器保持开路。
注意：
请确认控制盒的功率和电压与电机匹配。
2-线电机固态控制
BIAC开关操作
通电时双金属开关接触器闭合，这样三端双向可控硅开关元件就开始引导供电启动线圈。
随着转速提升，感应线圈中的电压在双金属条中产生热量，导致双金属条弯曲，从而打开回路开关。
这样就断开了启动线圈，让电机在主线圈单独工作的情况下持续运转。
断电以后大约5秒，双金属条充分冷却后回到原来的闭合位置以准备下一次启动循环。
如果在运转中电机速度下降，感应线圈中降低的电压允许双金属接触器闭合，然后引导电机回到正常转速。
快速回路启动
BIAC启动开关会在电机停止后大约5秒内复位。
如果在启动开关复位前试图重新启动电机，电机可能不会启动；不过在过载保护切断回路之前主线圈都会有电流通过。
保护器的复位时间要比启动开关来的长，因此在启动开关闭合以后才可以运行电机。
一个水堵的水箱会导致快速重复启动。
碰到水堵的情况会产生压力剧降，所以用户一定要注意间隔时间的问题（过载复位时间）。
要防止水箱水堵情况以免过载保护经常起跳。
水泵卡死（砂锁）
当电机不能自由运转，比如说一台砂砾锁死的水泵，BIAC开关在任何方向都会产生了一种“反向冲撞扭矩”。
清除砂砾后，电机能够在正确的转向启动。
注意：
切断电源后在5秒内重启电机会导致电机过载保护启动。
2-或3-线电缆，50Hz（电源接入点至电机–最大电缆长度米或英尺）
潜水电机的电缆必须符合潜水操作要求，并且尺寸能够满足额定功率下的温度和维持电机的操作电压。
电缆可以是使用缠绕成束的护套电缆或者不带护套的电缆，或扁平电缆。
富兰克林50赫兹电机的电缆选择能够维持电机至少95%供电电压和最大额定运行电流，维持可接受的启动电压和电缆温度的电缆。
每种额定功率的最小平方毫米电缆都参照IEC标准364-5-523（1983版）。
护套电缆参照表52-B1，安装方法C使用表52-C3（70°C）中的柱状图C。
个别规程按照表52-B2，安装方法G使用表52-C10（70°C）中的柱状图6。
最高30°C环境温度中的75°C电缆最小AWG电缆尺寸依照表430-150的美国国家电气规范。
如果地方法规需要或者高温需要，请使用更大规格的电缆。
粗体字标出的电缆长度符合IEC和NEC安培容量标准，仅针对空气或水中的单股导线，而非在管道中。
表中列出了最大允许长度：
平方毫米尺寸铜线的米数和AWG尺寸铜线的英尺数。
单相电缆的表格适用所有的三相型号，控制盒可以安装在导线长度中任意一点。
电源接入点和三相控制点中间的部分不能超过电缆总长的25%以保证可靠的启动操作。
表11单相最大电缆长度（米）
电机功率
公制电缆尺寸-70°C绝缘–铜线–平方毫米
伏特
千瓦
马力
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
220伏50赫兹
.25
1/3
190
320
510
770
1260
1970
2960
3990
5340
6970
8750
.37
1/2
120
210
330
500
820
1290
1950
2640
3560
4680
5910
.55
3/4
80
140
230
350
580
900
1360
1830
2450
3210
4020
.75
1.0
60
110
180
270
440
690
1050
1430
1930
2550
3230
1.1
1.5
40
70
120
190
310
490
750
1020
1390
1860
2380
1.5
2.0
30
60
100
150
250
400
620
850
1180
1590
2070
2.2
3.0
20
40
60
100
170
270
410
560
770
1030
1320
3.7
5.0
0
0
40
60
110
170
260
370
520
710
930
1米=3.3英尺
表11A单相电机最大铜芯电缆长度（英尺）
电机功率
美国电缆标准-75°C绝缘–AWG电缆英尺长度
伏特
千瓦
马力
14
12
10
8
6
4
3
2
1
0
00
220伏50赫兹
.25
1/3
900
1450
2310
3530
5480
8460
.37
1/2
580
940
1500
2310
360
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