Электрификация производственных процессов в сельском хозяйстве

http://www..ru/.

1. Понятие о постоянном токе. Основные характеристики и законы цепи постоянного тока.

2. Однофазные и трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы. Их конструкция, принцип действия, основные параметры.

3. Применение излучений оптического спектра в с/х. Величины и единицы измерения оптического спектра.

4. Электрификация тепловых производственных процессов в животноводстве. Обогрев молодняка.

5. Действие электрического тока на организм человека и сельскохозяйственных животных.

1. Понятие о постоянном токе. Основные характеристики и законы.

цепи постоянного тока.

Для практических целей необходим постоянный ток, имеющий неизменное значение и протекающий в одном направлении в течение любого времени. Чтобы получить такой непрерывный электрический ток, нужно иметь постоянное напряжение. Его создают так называемые генераторы или источники электродвижущей силы..

Наиболее простые цепи постоянного тока — линейные.

Методы расчета и анализа электрических цепей постоянного тока пригодны и для цепей переменного тока, а также для цепей с нелинейными элементами.

В электрической цепи постоянного тока токи и напряжения постоянны, поэтому изменения этих величин во времени равны нулю:

и ,.

а следовательно, и напряжение на индуктивности U_L, и ток через емкость 1_С, зависящие от изменения этих величин, также равны нулю:

Отсюда следует, что в индуктивности сопротивление постоянному току равно нулю, т. е. U_L = 0, а емкость, наоборот, является бесконечно большим сопротивлением. Поэтому в цепи с источниками постоянного тока можно исключить все индуктивности, закоротив их, а все ветви, содержащие конденсаторы, — разомкнуть. В этом случае уравнение электрического состояния контура приобретает вид:

?RI=?E.

В уравнении положительные знаки принимаются для тех токов и ЭДС, направления которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода рассматриваемого контура.

Каждый источник (генератор) ЭДС всегда обладает некоторым сопротивлением. Его называют внутренним сопротивлением и обозначают R_t или r_t. Ток внутри источника ЭДС встречает в нем сопротивление, как и в любом проводнике, и значение этого сопротивления для разных источников различно. В одних источниках оно равно долям Ома или единицам Ом, а в других достигает десятков, сотен, тысяч и даже миллионов Ом. Более мощные источники ЭДС, способные давать большой ток, имеют обычно меньшее R_i, а у маломощных источников R_i бывает более высоким. Например, аккумуляторы имеют R_i около долей ома, сухие элементы — от долей ома до нескольких Ом; у сухих батарей с большим числом последовательно соединенных элементов R_i достигает десятков и даже сотен Ом. Внутреннее сопротивление элементов и аккумуляторов увеличивается по мере их разряда. Если внутреннее сопротивление генератора незначительно по сравнению с сопротивлением внешней части цепи, то R_i обычно не принимают во внимание, но это далеко не всегда допустимо.

Внешнее сопротивление часто называют нагрузочным сопротивлением или нагрузкой. Этот последний термин не совсем правильный, так как, строго говоря, под нагрузкой надо понимать ток, который дает генератор. Однако для упрощения слово «нагрузка» применяют и для того прибора, который подключается к генератору и является потребителем энергии.

Общее сопротивление замкнутой цепи, которая всегда является последовательным соединением источника и внешней части цепи, равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:

R_общ=R + R_i.

Именно это полное сопротивление определяет ток в цепи. При прохождении тока через генератор внутри него возникает падение напряжения U_i, которое можно определить, умножив ток в цепи на внутреннее сопротивление: U_i-IR_i. Следовательно, часть ЭДС источника расходуется на преодоление внутреннего сопротивления самого источника.

Падение напряжения U_i, внутри генератора является потерянным. Напряжение на внешней части цепи U всегда меньше, чем ЭДС источника Е, на значение этого внутреннего падения напряжения:

U = E — U_i или U = E-IR_i..

Иначе говоря, ЭДС генератора является суммой напряжений на R и на R_i, т. е.

Е = U + U_i..

Напряжение внешней части цепи U есть не что иное, как напряжение на зажимах или полюсах генератора, так как концы внешней цепи подключены к полюсам этого генератора.

Следует всегда помнить, что напряжение на нагрузке и напряжение на зажимах генератора это одно и то же напряжение. Если к зажимам генератора присоединить вольтметр, то он покажет именно это напряжение, но не падение напряжения внутри генератора. Последнее вообще невозможно непосредственно измерить с помощью вольтметра.

Как видно, между понятиями электродвижущей силы и напряжения есть разница. Электродвижущая сила действует во всей замкнутой цепи, а напряжение является разностью потенциалов только на участке цепи, например на внешней ее части. Поэтому напряжение всегда меньше ЭДС; оно составляет лишь некоторую часть ЭДС.

Когда внутреннее сопротивление генератора невелико, то падение напряжения на нем незначительно и можно приближенно считать, что напряжение на зажимах генератора равно его ЭДС (U?E). Возможен случай, когда разность потенциалов на полюсах генератора точно равна ЭДС. Это будет в случае, когда внешняя цепь разомкнута. Тогда ток равен нулю, и поэтому нет падения напряжения внутри генератора (U_i = 0). Значит ЭДС можно определить как разность потенциалов на полюсах разомкнутого генератора.

Для измерения ЭДС источника тока нужно подключить к его полюсам вольтметр, а внешнюю цепь отсоединить. В действительности и в этом случае будет измерена не ЭДС, а несколько меньшая величина, так как вольтметр потребляет небольшой ток, создающий некоторую потерю напряжения внутри источника.

Чем больше сопротивление самого вольтметра, тем меньший ток он потребляет, тем меньше падение напряжения внутри источника и тем точнее будет измерена ЭДС.

Чтобы подсчитать ток в замкнутой цепи, надо разделить ЭДС на полное сопротивление цепи, т. е. на сумму внешнего и внутреннего сопротивлений:

I = EI (R + R_i) или I = E/R_общ.

Это соотношение называется законом Ома для всей цепи. Его широко применяют для расчета электрических цепей и для объяснения многих явлений в них.

Разделение тока при параллельном соединении происходит по следующему закону: сумма токов, вытекающих из точки разветвления, т. е. сумма токов в ветвях, равна полному току, втекающему в точку разветвления:.

I = I₁ + I₂ + I₃..

Этот закон называют первым законом Кирхгофа (в честь немецкого физика Г. Р. Кирхгофа).

В точке разветвления не может происходить потери части электронов. Поэтому общее число электронов, проходящих в одну секунду через поперечное сечение всех ветвей, такое же, как и в проводе до точки разветвления. Конечно, и для второй точки разветвления, в которой все токи снова соединяются вместе, справедливо такое же правило: сумма токов, втекающих в точку разветвления, равна току, вытекающему из этой точки..

Такой же закон справедлив и для воды, например, при разветвлении реки на два рукава. Общее количество воды, протекающей в обоих рукавах, всегда равно количеству воды в основном русле, так как в месте разветвления вода не исчезает и ниоткуда дополнительно не прибывает.

Первый закон Кирхгофа является следствием рассмотренного ранее закона постоянства тока в отдельных частях последовательной цепи. Действительно, хотя отдельные ветви соединены между собой параллельно, но все они, вместе взятые, включены в цепь последовательно. Суммарный ток в них должен быть такой же, как и в остальных частях цепи.

Иногда встречаются более сложные цепи, содержащие несколько источников ЭДС. Для расчета сложных цепей существуют различные методы. Наиболее распространенным является метод, в котором используется второй закон Кирхгофа. В самом общем виде этот закон гласит, что во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений. Необходимо брать алгебраическую сумму потому, что ЭДС, действующие навстречу друг другу, или падения напряжения, созданные противоположно направленными токами, имеют разные знаки.

При расчете сложной цепи в большинстве случаев бывают известны сопротивления отдельных участков цепи и ЭДС включенных источников. Чтобы найти токи, следует в соответствии со вторым законом Кирхгофа составить для замкнутых контуров уравнения, в которых токи являются неизвестными величинами. Дополнительно к этим уравнениям надо записать уравнения для точек разветвления, составленные по первому закону Кирхгофа. Решив эту систему уравнений, определим токи. Конечно, расчет более сложных цепей по этому методу получается довольно громоздким, так как приходится решать систему уравнений с большим числом неизвестных.

2. Однофазные и трехфазные трансформаторы..

Автотрансформаторы. Их конструкция, принцип действия,.

основные параметры.

Трансформатором называют электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Преобразование напряжения в трансформаторах осуществляется переменным магнитным потоком индуктивно-связанных между собой двух обмоток. Обмотка, подключаемая к источнику электрической энергии, называется первичной, другая обмотка, на которую включена нагрузка — вторичной. Если через трансформатор необходимо осуществить питание двух и более нагрузок с разным напряжением, то выполняется соответствующее число вторичных обмоток.

Для усиления индуктивной (магнитной) связи между обмотками их помещают на ферромагнитный сердечник, называемый магнитопроводом..

По назначению трансформаторы делятся на силовые и специального назначения (измерительные, сварочные, пиктрансформаторы, согласующие и др.).

Силовые трансформаторы бывают однофазные и трехфазные, повышающие и понижающие. По способу охлаждения они делятся на воздушные и масляные.

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод собирается из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, называют стержнями. Части магнитопровода, замыкающие стержни, называют ярмом..

Однофазные трансформаторы в зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток подразделяются на стержневые и броневые. Сечение стержней у маломощных трансформаторов выполняется прямоугольным, у мощных трансформаторов, для лучшего использования стали, — в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность витков обмотки.

При сборке магнитопровода трансформатора стремятся до минимума свести воздушные зазоры, так как при заданном значении магнитного потока ц намагничивающий ток ц будет тем меньше, чем меньше магнитное сопротивление магнитной цепи.

Электрическая схема однофазного трансформатора представлена на рис. 1, а. Здесь Е₁ и Е₂ — эдс, индуктируемые в первичной и вторичной обмотках потоком Ф₀; Х₁ и Х₂ — индуктивные сопротивления, характеризующие действие потоков рассеяния; R₁ и R₂ — активные сопротивления первичной и вторичной обмоток; Z_H — сопротивление нагрузки.

В зависимости от значения сопротивления нагрузки различают три режима работы трансформатора: Z_H =? — режим холостого хода; 0 < Z_H <? — режим нагрузки; Z_H = 0 — режим короткого замыкания.

При сборке магнитопровода трансформатора стремятся до минимума свести воздушные зазоры, так как при заданном значении магнитного потока ц намагничивающий ток ц будет тем меньше, чем меньше магнитное сопротивление магнитной цепи.

Рис. 1.? Электрическая схема однофазного трансформатора Обмотка трансформатора с большим числом витков называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотка с меньшим числом витков- обмоткой низшего напряжения (НН). Так, у повышающего трансформатора обмотка низшего напряжения является первичной, а у понижающего первичной является обмотка высшего напряжения.

С целью снижения потоков рассеяния Ф₀ первичную и вторичную обмотки трансформатора выполняют на одном стержне. При этом первичная обмотка располагается ближе к стержню. В стержневом трансформаторе обмотки ВН и НН разделяются на две части и размещаются поровну на обоих стержнях. В трансформаторе броневого типа обе обмотки располагаются на среднем стержне.

Трехфазные трансформаторы выполняются трехстержневыми. На каждом стержне трансформатора размещаются обмотки ВН и НН одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом.

Принцип работы трансформатора рассмотрим на примере однофазного двухобмоточного трансформатора. Если первичную обмотку с числом витков w₁ подключить к источнику напряжения u₁, то ток в обмотке i₁ создаст в магнитопроводе основной переменный магнитный поток Ф₀, который, пересекая витки первичной и вторичной обмоток, создаст в них эдс е₁ и е₂. Под действием е₂ во вторичной обмотке, замкнутой на нагрузку Z_H, появится ток i₂, направление которого совпадает с направлением е₂. Так как магнитодвижущие силы первичной w₁i₁ и вторичной w₂i₂ обмоток направлены встречно, то результирующая МДС и поток в магнитопроводе будет определяться разностью w₁i₁-w₂i₂=i₁₀w₁.

3. Применение излучений оптического спектра в с/х. Величины и.

единицы измерения оптического спектра.

Оптическое излучение или видимый спектр находится в диапазоне 760−380 нм с частотой 400−800 ГГц. Измеряется анализаторами оптического спектра, например, анализатор оптического спектра ANDO AQ6331, предназначенный для тестирования современных сетей с частотным уплотнением (DWDM) с расстоянием между каналами 50 ГГц. Мощность оптического излучения измеряется прибором MT9810A (измеритель мощности оптического излучения).

Источники оптического излучения делят на тепловые (при нагревании тела накала до высокой температуры) и газоразрядные (при прохождении электрического тока в газах). К тепловым источникам относятся лампы накаливания, угольные дуги, электрические инфракрасные нагреватели. К газоразрядным источникам относятся люминесцентные лампы, дуговые ртутные лампы, лампы дугового высокочастотного и импульсного разряда.

По назначению лампы накаливания делятся на две группы: общего применения (для осветительных установок зданий, сооружений, открытых пространств, прожекторы большой мощности используют для освещения теплиц) и специального назначения (облучательные).

Для светолечения и профилактики используют бактерицидные, световые светотепловые облучатели, облучатель ультрафиолетовый Электроника УФО-04−25ОН и др.

Светильники серии «Флора» ЖСП62−400 и ЖСП62−600 используются:

· для досветки рассады в индустриальных и домашних теплицах;

· при ведении полного цикла светокультуры овощей и цветов в условиях защищенного грунта;

· для досветки декоративных растений в зимних садах и оранжереях.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 240…380 им в малых дозах положительно воздействует на рост, развитие, обмен веществ, продуктивность и воспроизводительные функции сельскохозяйственных животных и птицы. Недостаток естественного ультрафиолетового излучения, явственно ощущаемый в осенне-зимний период и ранней весной, часто бывает первопричиной нарушения обмена веществ, понижения защитных функций организма и его устойчивости к различным заболеваниям. Чтобы этого не допустить, в системах зоотехнических и ветеринарных мероприятий предусматривается искусственная компенсация ультрафиолетовой недостаточности, в результате чего на 5…13% повышаются удои коров, возрастают на 4…20% среднесуточные приросты массы поросят, свиней, на откорме, телят, ягнят и птицы, на 10…15% увеличивается яйценоскость кур.

Для ультрафиолетового облучения сельскохозяйственных животных и птицы применяют различного рода облучатели и установки: стационарные облучатели типов ЭО1-ЗОМ, ЭНП1−30, ОЭ-1, ОЭ-2 и ОЭСП02−2Ч40 (ЭСП01−40), переносные облучатели типов ОРК-2 и ОРКШ, подвижные облучательные установки типов УО-4 и УОК-1.

Ультрафиолетовые излучения зоны С оказывают губительное действие на различного рода бактерии и микроорганизмы. Проходя через воду и воздух, они избирательно действуют на рассеянные в них бактерии, и в результате биохимических реакций последние погибают. Способность ультрафиолетовых излучений убивать бактерии используют для обеззараживания воды и воздуха, стерилизации посуды и тары, пастеризации молока.

Для обеззараживания питьевой воды коротковолновым ультрафиолетовым излучением в системе сельскохозяйственного водоснабжения применяют установки открытого и закрытого типа. В установках открытого типа излучатель с отражателем располагают над металлической прямоугольной ванной. Вода из источника подается по подводящему патрубку, тонким слоем протекает по дну ванны и вытекает по отводящему патрубку в обработанном виде. Ультрафиолетовые излучения от лампы и отражателя попадают на медленно протекающую в ванне воду и обеззараживают ее. Установки с непогруженными источниками наиболее просты и дешевы, их можно изготовить в условиях хозяйства.

В установках закрытого типа источники закрепляют в кварцевых чехлах внутри труб, по которым под давлением протекает вода. Промышленность изготавливает установки для обеззараживания воды с закрытыми источниками типа ОВ-ЛКХ-1; ОВ-1П; ОВ-Ш-РКС; ОВ-3П; ОВ-ЗП-РКС; ОВ-ПК-РКС производительностью до 3000 м³· ч^-1, источниками оптического излучения у которых являются лампы ДБ (30 и 60 Вт) и ДРТ (400, 1000 и 2500 Вт). Расход электрической энергии на обеззараживание воды в таких установках равен 20…80 Вт· ч·м^-3.

Бактерицидными излучениями воздух обеззараживают в продуктовых складах, фруктоовощехранилищах, молочных отделениях, профилакториях, пунктах искусственного осеменения, животноводческих и птицеводческих помещениях, инкубаториях. Источники излучений равномерно распределяют по всему помещению и устанавливают стационарно, обычно на стенах на высоте 1,8…2,0 м от пола выходным отверстием отражателей вверх. В качестве источника ультрафиолетовых излучений применяют лампы ДБ (15 и 30 Вт), помещенные в арматуру специальных облучателей серии ОБУ (ББП01), ОБП и ОБШ. Удельная мощность установки от 0,3 до 2,5 Вт· м^-3.

Применение инфракрасного излучения для обогрева молодняка животных и птицы основано на проникновении его в кожу и подкожные ткани, поглощении и превращении в тепловую энергию. Поглощение инфракрасного излучения — сложный биологический процесс, в котором принимает участие весь организм с его нервной системой и терморегуляционными аппаратами. Инфракрасное излучение в отличие от других средств обогрева не только предохраняет молодняк от переохлаждения, но и усиливает биологические процессы в его организме, способствует повышению тонуса и естественных защитных сил, положительно влияет на состояние, развитие, прирост массы, а также способствует сохранению животных и птицы.

Использование установок инфракрасного обогрева позволяет в 1,4…1,8 раза увеличить рождаемость поросят от одной свиноматки, на 8… 15% повысить среднесуточный прирост массы поросят и довести их сохранность до 96…99%. При обогреве телят их среднесуточный прирост массы возрастает на 16…24%, на 30% сокращаются желудочно-кишечные заболевания, повышается сохранность, достигая показателей 95…98%. Аналогичные показатели получают при инфракрасном обогреве ягнят, крольчат и птицы, что указывает на высокую эффективность эксплуатации облучателей и установок.

Особенно перспективно использовать инфракрасный обогрев совместно с ультрафиолетовым облучением. Исследования показывают, что совместное действие инфракрасного и ультрафиолетового излучений на сельскохозяйственных животных и птицу позволяет значительно повысить их сохранность и продуктивность, получить результаты, недостижимые при использовании каждого из этих участков оптического спектра в отдельности.

Для местного обогрева молодняка животных и птицы широко применяются инфракрасные облучатели ССП01−250, ОРИ-1, ОРИ-2, «Латвико», ОЭИ-500, ОВИ-1 и др., а также установки инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения ИКУФ-1, ИКУФ-1М, «Луч», ЭРИКО и СОЖ-1.

Радиоактивные изотопы элементов питания применяют для определения запаса в почве усвояемых питательных веществ в полевом и вегетационном опытах.

Радиоактивное излучение в небольших дозах применяется при хранении продукции растениеводства для уничтожения вредителей и болезней.

Для удлинения периода покоя клубни картофеля эффективным является способ облучения клубней картофеля г-лучами радиоактивного кобальта.

4. Электрификация тепловых производственных процессов в.

животноводстве. Обогрев молодняка.

ток трансформатор спектр электрификация.

Системы общего отопления даже при высоком расходе энергии не всегда способны обеспечить надлежащие параметры микроклимата, особенно при содержании в одном помещении взрослых животных и молодняка, для которых по зоотехническим требованиям необходимы различные условия среды обитания (температура, влажность и др.). Рациональное решение этой проблемы находят в применении устройств местного (локального) электрообогрева, которые обычно дополняют систему общего отопления. Местный электрообогрев применяют главным образом для молодняка животных и птицы, но он может быть целесообразен и при содержании взрослых животных (при отсутствии подстилочного материала, для высокоудойных коров и т. п.). При определенных условиях (работа в трудноотапливаемых помещениях, например, цехах ремонтных и других производственных предприятий, на доильных площадках и т. п.) местный электрообогрев может оказаться необходимым для обеспечения нормальной производственной деятельности людей.

Применение местного электрообогрева позволяет решать две важные задачи:

1) экономить энергоресурсы, так как приближение источников теплоты непосредственно к зонам обитания животных позволяет использовать энергию более рационально;

2) повышать сохранность молодняка (в 3…4 раза) и продуктивность животных (на 10…15%) при неизменном уровне кормления.

Различают следующие виды (системы) местного электрообогрева:

1) лучистый;

2) конвективный;

3) конвективно-кондуктивный;

4) комбинированный, которые выполняют с использованием соответствующих устройств и поставляемых промышленностью установок.

Установки лучистого (инфракрасного) обогрева. Инфракрасные (ИК) лучи хорошо поглощаются влагой и поверхностными слоями тела животных, которые при этом быстро высушиваются и согреваются. Установки включают источники инфракрасных излучений — излучатели и арматуру для крепления излучателей, направленного концентрирования лучистого потока, подвода тока и др. Электрические излучатели подразделяют на «светлые» и «темные». В качестве «светлых» излучателей, имеющих температуру тела накала 1800…2200°С, используют лампы-термоизлучатели ИКЗ-220−500, ИКЗК-220−250, ИКЗС-220−250, а также кварцевые лампы типа КИ, КГ и КГТ, а в качестве «темных» — ТЭНы с температурой оболочки 500…700°С и керамические излучатели с замурованной спиралью или намотанной на керамические стержни оксидированной проволокой.

Источник излучения и арматура образуют облучатель, а при нескольких источниках в одном устройстве — установку инфракрасного обогрева. Промышленность выпускает широкий набор инфракрасных облучателей со светлыми излучателями (типа ССП-01−250, ОРИ, ОЭИ, «Латвико» и др.), с ТЭНами (типа ОКБ), керамическими излучателями (ЭИ-1.0-И1, ЭИС-0,25-И1, ЭИС-П-И1, ИЭТ-40-Ш и др.), а также установки «Луч «ИКУФ-1М» и др. со светлыми излучателями, брудер БП-(А с трубчатыми излучателями. В установке ИКУФ-1М инфракрасный обогрев (две лампы ИКЗК-220−250) совмещен с ультрафиолетовым облучением (эритемная лампа ЛЭ-15).

Облучатели и установки лучистого обогрева подробнее рассматриваются в разделе 5. К достоинствам этих средств относятся невысокие капитальные затраты, безинерционность действия, легкость перемещения с места на место, возможность применения практически в любых помещениях. Но им присущи и недостатки: малый срок службы ламп-термоизлучателей, повышенная пожароопасность, значительный расход электроэнергии из-за потерь в держателях и рассеяния в окружающую среду.

Применение обогрева только «сверху» не исключает простудных заболеваний из-за разницы температур облучаемой части тела животного и части, соприкасающейся с холодным ложем.

Электрообогреваемые полы. Большими преимуществами обладает содержание животных, особенно молодняка, на теплом (обогреваемом) полу. При этом передача теплоты к телу животного осуществляется наиболее эффективным контактным (кондуктивным) способом, а также за счет конвекции воздуха от нагретой поверхности. Обогреваемые полы применяют в свиноматочниках, помещениях для поросят-отъемышей, в птичниках при напольном содержании, телятниках. В некоторых случаях (отсутствие подстилки, частые маститы) их целесообразно применять в помещениях для дойных коров.

Для электрообогрева полов, а также почвы и воздуха в защищенном грунте, обогрева трубопроводов и других специфических объектов применяют специальные нагревательные провода марок ПОСХВ, ПОСХП, ПОСХВТ (провод обогревательный сельскохозяйственный с изоляцией соответственно из поливинилхлорида, полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката), технические данные которых приведены в таблице 19.2. Помимо нагревательных проводов, для обогрева полов иногда используют неизолированный оцинкованный стальной провод ПСО диаметром 4…6 мм. Более совершенными, но пока менее распространенными в устройствах обогрева полов являются нагревательные кабели марок ПНВСВ, КНРПВ и КНРПЭВ, которые имеют усиленную термостойкую изоляцию из кремнийорганической резины и поливинилхлоридного пластиката, защитную оболочку из стальных оцинкованных проволочек.

Устройство электрообогреваемого пола показано на рисунке 2. В бетонное покрытие пола толщиной (10…20)*10^-2 м закладывают нагревательный провод в виде зигзага с определенным шагом h, определяемым расчетом. Над проводом размещают защитную металлическую сетку, служащую для предотвращения выхода потенциала на поверхность пола при повреждении изоляции провода. Сетку надежно соединяют с нулевым проводом питающей сети. Под бетонным покрытием устраивают теплои гидроизоляцию для уменьшения утечки теплоты в грунте и обратного проникновения грунтовой влаги.

Необходимая температура пола устанавливается зоотехническими нормами и зависит от вида и возраста животных: для поросят — от 22 до 28 °C, для свиноматок — 16…20°С, для мясных цыплят — 35 °C и т. д. В одном и том же помещении могут содержаться взрослые животные и молодняк (например, свиноматки и поросята). Для создания в этом случае разных условий для животных (разной температуры пола) изменяют шаг укладки провода в пределах площадок для взрослых животных и молодняка (рис. 2, в). Чем гуще уложен провод (меньше шаг), тем температура пола выше, и наоборот.

Размер обогреваемых площадок принимают для поросят одного помета 1…1.4 м², для свиноматок — 2…2,8 м². В цыплятниках при напольном содержании размер площадок устанавливают исходя из плотности посадки 60 голов на 1 м² для суточных цыплят и 80 голов на 1 м² для 30-дневных цыплят (ориентировочно ширина обогреваемой полосы составляет от 'Д до '/з ширины помещения).

Рис. 2.? Электрообогреваемый пол (размеры в см):

а — схематический разрез; б, в — способы укладки нагревательного провода;

1 — утрамбованный грунт; 2- щебень; 3, 6 — бетон; 4 — гидроизоляция;

5 — теплоизоляция (котельный шлак); 7- нагревательный провод;

8 — защитная сетка; П. С — площадка для свиноматок;

ПП — площадка для поросят Отрезки нагревательного провода, определяемые расчетом, распределяют равномерно по фазам и включают в звезду на сетевое или пониженное напряжение. Нагреватели всей обогреваемой площади разбивают на несколько трехфазных секций, каждая из которых имеет самостоятельное питание и регулятор температуры пола. Нагревательные элементы могут включаться вручную или автоматически.

Электрообогреваемые полы могут оборудоваться из готовых элементов — бетонных или асфальтобетонных блоков (плит) с вмонтированными нагревательными элементами и защитной сеткой. Блоки изготавливают централизованно и монтируют на месте. Например, плита бетонная электрообогреваемая ПБЭ-0,2−32 имеет размер 1,4×0,6×0,06 м, установленную мощность 220 Вт при питающем напряжении 32 В. На одну фазу последовательно включают три плиты, масса плиты 80 кг.

Переносные средства напольного обогрева. Недостаток электрообогреваемых полов — в сравнительно высоких единовременных затратах, трудностях с ремонтом поврежденных нагревательных элементов и с переоборудованием помещений. Переносные напольные средства обогрева, изготовляемые промышленностью, обладают большой маневренностью. К ним относятся электрообогреваемые коврики ЭП-935, выполненные из двух слоев химостойкой резины, между которыми заложен нагревательный провод. Мощность коврика 200 Вт, к сети его подключают через трехфазный понижающий трансформатор типа ТСЗ-2,5/1 с вторичным напряжением 36 В. Помимо ковриков, применяют бетонные электрообогреваемые панели, металлические панели с полупроводниковым пленочным нагревателем и другие устройства.

Рис. 3.? Принципиальная электрическая схема местного комбинированного электрообогрева молодняка:

ЕК — нагревательные элементы обогреваемого пола;

E1…E3? источники ИК-обогрева.

Системы местного комбинированного электрообогрева. В ряде случаев наибольший эффект в помещениях для молодняка достигается при комбинированном обогреве с использованием инфракрасных излучений и обогреваемого пола (так называемый обогрев «сверху» и «снизу»). При этом не исключается необходимость в системе общего отопления и вентиляции. Электрическая схема управления системой комбинированного обогрева приведена на рисунке 3. Включение ИК-ламп происходит по определенной программе, задаваемой реле времени КТ в соответствии с зоотехническими нормами, а управление работой пола осуществляется по его температуре при помощи терморегулятора S/C. Электрообогревом можно управлять вручную, когда переключатель SA находится в положении Р. Комбинированный обогрев может осуществляться переносными установками ЭИС-11-И1 «Комби» (для поросят-сосунов), размещаемых в станках (в комплект установки на 30 станко-мест входит 30 обогревательных устройств). Устройство состоит из ИК-облучателя ЭИС-0,25-И1 «Ирис» с керамическим излучателем мощностью 250 Вт, укрепляемого на керамической стойке, и расположенной на полу под облучателем электрообогреваемой панели мощностью 120 Вт. Автоматическое регулирование позволяет поддерживать температуру в диапазоне от 0 до 35 °C. Подобное по принципу действия устройство ЭИС-0.37-И1 «Руно» предназначено для комбинированного обогрева ягнят.

Системы комбинированного обогрева позволяют повысить суточный прирост живой массы молодняка при снижении расхода энергии на обогрев всего помещения на 30…40%.

Применение инфракрасного излучения для обогрева молодняка животных и птицы основано на проникновении его в кожу и подкожные ткани, поглощении и превращении в тепловую энергию. Поглощение инфракрасного излучения — сложный биологический процесс, в котором принимает участие весь организм с его нервной системой и терморегуляционными аппаратами. Инфракрасное излучение в отличие от других средств обогрева не только предохраняет молодняк от переохлаждения, но и усиливает биологические процессы в его организме, способствует повышению тонуса и естественных защитных сил, положительно влияет на состояние, развитие, прирост массы, а также способствует сохранению животных и птицы.

Использование установок инфракрасного обогрева позволяет в 1,4… 1,8 раза увеличить рождаемость поросят от одной свиноматки, на 8…15% повысить среднесуточный прирост массы поросят и довести их сохранность до 96…99%. При обогреве телят их среднесуточный прирост массы возрастает на 16…24%, на 30% сокращаются желудочно-кишечные заболевания, повышается сохранность, достигая показателей 95…98%. Аналогичные показатели получают при инфракрасном обогреве ягнят, крольчат и птицы, что указывает на высокую эффективность эксплуатации облучателей и установок.

Особенно перспективно использовать инфракрасный обогрев совместно с ультрафиолетовым облучением. Исследования показывают, что совместное действие инфракрасного и ультрафиолетового излучений на сельскохозяйственных животных и птицу позволяет значительно повысить их сохранность и продуктивность, получить результаты, недостижимые при использовании каждого из этих участков оптического спектра в отдельности.

Для местного обогрева молодняка животных и птицы широко применяются инфракрасные облучатели ССП01−250, ОРИ-1, ОРИ-2, «Латвико», ОЭИ-500, ОВИ-1 и др., а также установки инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения ИКУФ-1, ИКУФ-1М, «Луч», ЭРИКО и СОЖ-1.

Облучатель ССП01−250−001-УЗ разработан на базе светильника серии НСП01Х200 «Астра 12» и модифицирован применительно к лампе ИКЗК220−250. Он состоит из штампованного и покрытого силикатной эмалью металлического отражателя и пластмассового корпуса с фарфоровым патроном Е27, клеммной колодкой, крепежными и уплотнительными деталями. Снизу на отражателе укреплена защитная сетка, предохраняющая лампу ИКЗК220−250 от механических повреждений. Горловина лампы плотно охватывается резиновым диском, благодаря чему патрон и клеммная колодка надежно уплотнены. На корпусе облучателя имеется закрывающееся пластмассовым щитком отверстие, где расположена клеммная колодка, позволяющая подсоединить медные или алюминиевые провода или кабель площадью сечения жил до 4 мм². Облучатель крепят на крюке при помощи подвесок.

Установки ИКУФ-1, ИКУФ-1М и «Луч» предназначены для местного обогрева поросят-сосунов до 45…60-дневного возраста, молодняка птицы (цыплят, индюшат, утят, гусят) до 20…30-дневного возраста и их ультрафиолетового облучения в течение всего времени содержания. Установки состоят из блока программного управления и 20, 40, 60 или 80 облучателей. Каждый облучатель содержит две инфракрасные ИКЗК220−250 и одну ультрафиолетовую (витальную ЛЭ-15 или витально-осветительную ЛЭО-15) лампы.

Облучатели установок ИКУФ-1 и ИКУФ-1 М' незначительно отличаются по конструктивному выполнению и представляют собой жесткую металлическую коробку, на обоих концах которой размещены инфракрасные лампы ИКЗК220−250, а между ними — ультрафиолетовая лампа ЛЭ-15 (ЛЭО-15) с отражателем. В облучателях пылевлагозащищенной установки ЙКУФ-1М' использованы герметические патроны и держатели стартера, а также применены резиновые сальниковые уплотнения. На облучателях установки ИКУФ-1 М отсутствуют переключатели, предназначенные для индивидуального управления инфракрасным обогревом и ультрафиолетовым облучением молодняка.

В универсальной автоматизированной установке «Луч» облучатель представляет собой жесткую стальную конструкцию овальной формы. В облучателе на кронштейнах смонтированы две инфракрасные лампы ИКЗК220−250 и одна витальная лампа ЛЭ-15 или ЛЭО-15 с отражателем. На облучателе патроны инфракрасных ламп уплотнены специальными резиновыми манжетами, ламподержатели ультрафиолетовой лампы выполнены в брызгозащищенном исполнении.

Конструкция крепления инфракрасных ламп позволяет устанавливать их под углом 45, 68 и 90° к обогреваемой поверхности, что дает возможность более эффективно использовать инфракрасный поток и более равномерно его распределять по облучаемой поверхности. Для изменения температурного режима по мере роста молодняка животных или птицы в установке «Луч» использованы регуляторы напряжения питания инфракрасных ламп — трансформаторы АТ-10. Для этой же цели может быть использован простейший тиристорный регулятор напряжения, однако при этом для питания витальных ламп предусматривается специальный понижающий трансформатор 220/127 В, аналогичный используемому в установке ИКУФ-1.

Принципиальная электрическая схема установки «Луч» с использованием автотрансформатора типа AT-10 показана на рисунке 4. Управление работой инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения осуществляется в двух режимах — ручном и автоматическом. При ручном режиме переключатель SA2 устанавливают в положение Р, и напряжение подается на катушку электромагнитного пускателя К. М1, который срабатывает и включает инфракрасные лампы на напряжение, заданное переключателем SA1 и трансформатором TV1.

Для отключения инфракрасных ламп переключатель SA2 переводят в нейтральное положение. В этом же положении переключателя SA2 осуществляется изменение напряжения на лампах ИКЗК220−250, для чего переключатель SA1 устанавливают в положение 1, 2, 3 к т. д. в зависимости от требуемого напряжения. Лампы ЛЭ-15 (ЛЭО-15) включают и отключают переключателем SAS, устанавливая его в положение Р и нейтральное соответственно. В этом случае ультрафиолетовые (витальные) лампы ЛЭ-15 (ЛЭО-15) подключаются через электромагнитный пускатель КМ2 на отпайку трансформатора TV1 с напряжением 127 В.

В автоматическом режиме (переключателя SA2 и SA3 в положении Л) управление работой инфракрасных и ультрафиолетовых ламп осуществляется от реле времени КТ (типа 2РВМ), где контакты промежуточного реле первой программы КТ.1 включают инфракрасные, а второй программы КТ.2 — витальные лампы. Суточная программа длительности пауз и включения инфракрасных и ультрафиолетовых ламп задается на реле времени 2РВМ в соответствии с технологическими и биологическими ритмами жизни животных (кормление, отдых).

Рис. 4.? Принципиальная электрическая схема управления установкой.

«Луч» с использованием автотрансформатора типа АТ-10.

Установка типа СОЖ-1 состоит из 60 облучателей и пульта управления. Облучатель установки СОЖ-1 включает две лампы ИКЗК220−250 для инфракрасного обогрева, лампу ДРТ2−100 для ультрафиолетового облучения и лампу ДРТ100 для обеззараживания мест содержания животных и птицы. Лампы типа ИКЗК220−250 размещены в конических кожухах, которые могут отклоняться от вертикального положения на угол ±30°, что позволяет совмещать зоны инфракрасного обогрева и ультрафиолетового облучения. В целях отказа от балластных дросселей и понижающих трансформаторов 220/127 В принята схема включения ламп ДРТ2−100 и ДРТ-100 с использованием ламп типа ИКЗК220−250 в качестве балластных сопротивлений.

5. Действие электрического тока на организм человека и.

сельскохозяйственных животных.

Переменный ток частотой 50 Гц, протекая через тело человека от руки к руке или от руки к ногам, при силе порядка 100 мА может парализовать сердце, если продолжительность воздействия тока на человека не менее 3 с. Может возникнуть фибрилляция желудочков сердца, то есть беспорядочное подергивание отдельных волокон сердечной мышцы вместо одновременного их сокращения и расслабления. При большем токе сердце может парализоваться быстрее, даже за доли секунды.

Продолжительность протекания тока имеет значение потому, что опасность паралича сердца зависит не только от силы тока, но и от того, совпадает ли момент прохождения тока с той фазой в работе сердца в каждом цикле сжатия и расширения, когда оно оказывается особенно чувствительным к току. При протекании тока дольше, чем продолжительность одного цикла сжатия и расширения сердца, ток обязательно совпадает с опасной фазой.

Фибрилляция — наиболее опасное последствие протекания электрического тока через тело, так как восстановить работу фибриллирующего сердца у человека может только своевременное применение специального аппарата — дефибриллятора, который вправе применять только врач. К счастью, на фибрилляцию приходится 1/5 всех случаев паралича сердца при поражении электрическим током, а в 4/5 случаев сердце просто останавливается (асистолическое состояние), и его работа может быть восстановлена путем непрямого массажа сердца вручную. Ток в несколько ампер обычно не вызывает фибрилляции, так как, пока он течет, все волокна сердечной мышцы сжаты, но этот ток вызывает тепловое разрушение тканей тела и иногда паралич дыхания из-за поражения нервной системы. Дыхание может парализоваться уже при токе 50…80 мА, если он протекает достаточно долго. Уже при токе 20…25 мА, протекающем между руками или между рукой и ногами, пальцы судорожно сжимают взятый в руку предмет, оказавшийся под напряжением, а мышцы предплечья парализуются и человек не может освободиться от действия тока. У многих парализуются голосовые связки: они не могут позвать на помощь. Чем дольше протекает ток, тем меньше становится электрическое сопротивление тела, и ток увеличивается. Если он не будет быстро прерван, может наступить смерть.

Максимальным отпускающим называют наибольший ток, при котором человек еще может самостоятельно оторвать руки от предмета, находящегося под напряжением. Чуть большее значение можно считать пороговым (минимальным) неотпускающим током. Для мужчин максимальные отпускающие токи находятся в пределах от 9 до 23 мА, а для женщин — от 6 до 16 мА. Ток 10 мА часто считается безопасным, как отпускающий для огромного большинства взрослых людей, однако исследования В. Е. Манойловым смертельных поражений электричеством показали, что 42% из них произошли при токе до 10 мА. По статистике наименьший ток, при котором наступила смерть, составил 0,8 мА, в то время как пороговый ощутимый ток у разных людей при различных обстоятельствах его протекания находится в пределах от 0,2 до 1,3 мА. Возможность гибели людей от едва ощутимых токов объясняется тем, что исход электропоражения зависит не только от действия тока непосредственно на сердце или органы дыхания, но и от действия его на нервную систему, обладающую разнообразными индивидуальными особенностями (возможна смерть от нервного шока).

Имеет значение путь тока через тело и особенно места входа и выхода тока. Известны случаи смертельных поражений электрическим током, когда ток совсем не проходил через сердце, а шел, например, через палец на одной руке или через две точки на одной голени. Это объясняется воздействием тока на центральную нервную систему, когда ток проходит через особо уязвимые точки на теле человека, которые используют при лечении иглоукалыванием.

Ток через тело человека зависит от его сопротивления. При низких напряжениях это сопротивление почти целиком зависит от состояния кожи, поверхностный слой которой может рассматриваться как тонкий и сравнительно несовершенный диэлектрик, а мышцы и кровь — как проводник. В зависимости от целости и состояния кожи, а также пути тока через тело сопротивление может составлять приблизительно от 100 000 до 500 Ом. Сопротивление кожи зависит от ее состояния, от площади поверхности и плотности контакта, а также от силы проходящего тока и продолжительности его действия. Чем они больше, тем меньше сопротивление кожи (с увеличением длительности протекания тока увеличиваются нагрев кожи, потовыделение, в ней возникают электролитические изменения). Сопротивление кожи зависит и от приложенного напряжения, так как уже при напряжении 10…38 В начинается пробой верхнего, рогового слоя кожи. При напряжении 127…220 В и выше кожа уже почти не влияет на сопротивление тела. В СССР при расчетах обычно принимают сопротивление тела 1000 Ом при напряжении на теле от 50 В и выше.

Что касается напряжения, которое может представлять опасность, будучи приложенным к телу человека, то известны случаи, когда даже напряжение 12 В вызывало смерть, правда, исключительно редко и при особо неблагоприятных условиях.

Из сказанного выше видно, что наилучшими мерами защиты человека от поражения электрическим током являются такие, которые вообще не допускают протекания ощутимого человеком электрического тока через его тело. Однако применение таких защитных мер не всегда возможно. Наиболее распространенные защитные меры, например заземление и зануление, не исключают протекания тока через тело, а лишь снижают его значение или уменьшают время его протекания, то есть не гарантируют абсолютной безопасности, а только понижают вероятность серьезного поражения электричеством до достаточно малой степени.

Для проектирования технических способов и средств защиты людей от поражения током установлены предельные допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека.

Электрический ток может вызвать ожоги, на которые приходится не менее ²/₃ всех несмертельных электротравм, электрические знаки и электрометаллизацию кожи.

Электрические знаки представляют собой припухлость кожи, затвердевшей в виде мозоли желтовато-серого цвета с краями, очерченными белой или серой каймой. Покраснений, воспалений или нагноений при электрознаке не бывает. Электрознаки вызываются химическим и механическим действием тока, возникают при плотном контакте тела с электродом и совершенно безболезненны.

Электрометаллизация заключается в пропитывании кожи частицами металла электрода, расплавляющегося под действием тока. Исход электрознаков и электрометаллизации зависит от площади пораженной поверхности тела. Обычно они благополучно проходят.

Опыты над животными показали, что опасное действие электрического тока тем меньше, чем больше масса животного. Однако сопротивление тела крупных животных обычно меньше, чем у человека, и при одном и том же напряжении через тело животного проходит гораздо больший ток.

Сопротивление тела крупного рогатого скота между передними и задними ногами составляет в среднем 400…600 Ом, а при падении животного уменьшается до 50… 100 Ом в зависимости от влажности шерсти. При этом возрастает ток через тело. Напряжение, не вызывающее падения в течение 30 с, составляет 12 В при частоте 50…200 Гц или 14 В при 300…400 Гц; не вызывает беспокойства при длительном воздействии по этому же пути ток 7,5 мА или напряжение 3,5 В, а на молокоотдачу не влияют (при действии через вымя) 4 мА и 2 В.

Что касается кратковременных импульсов через тело КРС, то агрозоотехнические требования на разработку электроизгородей исходят из допустимости следующих параметров импульса постоянного тока (при частоте их следования до 1,5 Гц); количество электричества до 2,5 мКл, энергия до 5 Дж при амплитуде тока до 10 А и амплитуде напряжения до 5 кВ. Обычно кратковременный импульс, например продолжительность в несколько миллисекунд, чередуется с паузой не менее 1,5 с, во время которой животное успевает отскочить от изгороди.

По данным А. Д. Кораблева, овец не беспокоит шаговое напряжение между передними и задними конечностями до 9 В на сухом полу (ягнят — 3 В) или до 3,6 В, если овца стоит в навозной жиже.

1. Котельников С. К. Справочник сельского электромонтера. — Челябинск: Кн. изд., 1963.? 228 с.

2. Луковников А. В. Охрана труда. — 5. изд., перераб. и доп. — М: Колос, 1984. — 288 с.

3. Поляков В. А. Электротехника: Учеб. пособие для учащихся 9-10 кл. — М.: Просвещение, 1982. — 239 с.

4. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / И. Ф. Кудрявцев, Л. А. Калинин, В. А. Карасенко и др.; Под ред. И. Ф. Кудрявцева. — М.: Агропромиздат, 1988. — 480 с.

5. Электротехника: Учеб для ПТУ / Шихин А. Я., Белоусова Н. М., Пухляков Ю.X. и др.; Под ред. А. Я. Шихина. — М.: Высш. шк., 1989. — 336 с.