автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и исследование электроотпугивателя птиц для защиты порталов электроподстанций

На правах рукописи

Урманов Виль Губаевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООТПУГИВАТЕЛЯ ПТИЦ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОРТАЛОВ ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЙ

!\

Специальность 05.20.02 — электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск 2012

005046512

005046512

Работа выполнена на кафедре «Применение электрической энергии в сельском хозяйстве» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Возмилов Александр Григорьевич ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», профессор кафедры «ПЭЭСХ»

Официальные оппоненты: Чарыков Виктор Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С.Мальцева, профессор кафедры «Энергообеспечение сельского хозяйства»

Кочетков Николай Петрович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», заведующий кафедрой «Электроснабжение»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ), г. Оренбург.

Защита состоится «28» мая 2012 г., в 16.00 часов на заседании диссертационного совета КМ 220.030.02 при ФГБОУ ВПО' Ижевская ГСХА по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая 11, ауд. 1 -2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

Ученый секретарь ОС^ Литвинюк Надежда Юрьевна

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Защита порталов электроподстанций от гнездования птиц является актуальной задачей при эксплуатации электрооборудования подстанций. Гнезда на опорах ЛЭП и порталах электроподстанций зачастую содержат не только материал растительного происхождения (солома, трава, ветки), но также и металл (алюминиевая, стальная и медная проволоки), что при определенных условиях приводит к возникновению коротких замыканий. Известны случаи, сопровождающиеся повреждением элементов конструкции опор, изоляции кабельных линий на вводах и кабельных каналов. Кроме этого, короткое замыкание может, вызвать пожар на территории электроподстанции.

Анализ научно-технической литературы показывает, что наибольший эффект в защите опор ЛЭП, порталов электроподстанций и объектов АПК от птицы достигается при комплексном подходе. Среди различных способов защиты объектов от птиц наиболее перспективными, на наш взгляд, являются средства, разрабатываемые на основе электронно-ионной технологии.

Разработка электроотпугивателя требует проведения исследований для определения закономерностей процесса работы такого охранного устройства и обоснования его параметров.

Это обусловило выбор темы диссертационной работы и направление научного поиска, их практическую и научную актуальность.

Работа выполнена в соответствии с общероссийской федеральной программой «Энергоэффективная экономика» раздел "Энергоэффективность в сельском хозяйстве" (постановление Правительства РФ от 17 ноября 2001 г. № 796), приказом Минсельхоза РФ от 25 июня 2007 г. № 342 "О концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года" и «Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 - 2012 годы», утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446.

Цель работы. Повышение надежности электроснабжения за счет применения электроотпугивателя, предотвращающего гнездование птиц на порталах электроподстанций.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи исследования:

1 .Разработать конструкцию устройства для исследования влияния электрических импульсов на поведение птиц.

2.Разработать конструкцию электроотпугивателя птиц с порталов электроподстанций на основе электронно-ионной технологии.

3.Исследовать взаимосвязь основных конструктивных и режимных параметров электроотпугивателя птиц.

4.Разработать методику расчета основных конструктивных и режимных параметров электроотпугивателя птиц.

5.Провести лабораторные исследования и производственные испытания электроотпугивателя птиц.

б.Оценить технико-экономическую эффективность использования электроотпугивателя для защиты порталов электроподстанций от гнездования птиц.

Объект исследования. Устройство для отпугивания птиц с порталов электроподстанций.

Предмет исследования. Закономерности работы электроотпугивателя птиц на порталах электроподстанций; взаимосвязь между его конструктивными и технологическими параметрами.

Научную новизну результатов исследования составляют:

¡.Обоснование эффективности применения электронно-ионной технологии для отпугивания птиц с порталов электроподстанций.

2.Взаимосвязь, раскрывающая зависимости между основными конструктивными и технологическими параметрами электроотпугивателя птиц.

3.Инженерная методика расчета основных конструктивных и технологических параметров электроотпугивателя птиц.

4.Результаты лабораторных исследований электроотпугивателя птиц и его испытаний в производственных условиях.

Практическую значимость представляют разработанная конструкция устройства для экспериментальных исследований влияния электрических импульсов на поведение птиц и конструкция электроотпугивателя, позволяющая эффективно предотвратить гнездование птиц на порталах электроподстанций.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Полученные аналитические зависимости, позволяющие определить оптимальные режимные и конструктивные параметры электроотпугивателя птиц.

2. Разработанная конструкция электроотпугивателя птиц на основе электронно-ионной технологии, позволяющая эффективно предотвратить гнездование птиц на порталах электроподстанций.

3. Разработанная инженерная методика расчета основных конструктивных и технологических параметров электроотпугивателя.

4. Разработанная конструкция устройства для экспериментальных исследований влияния электрических импульсов на поведение птиц.

5.Полученные результаты лабораторных исследований электроотпугивателя и его испытания в производственных условиях.

Методы исследования. В работе использованы теоретические основы электронно-ионной технологии, методы математической статистики, методы математического анализа. Результаты экспериментов обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ «STATISTIKA» и «EXCEL».

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в проведении теоретических, экспериментальных исследований и производственных испытаний, изготовлении экспериментальных установок, оснащении их необходимым оборудованием, контрольно-измерительными приборами, обработке и интерпретации полученных результатов, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Реализация результатов исследований. Опытный экземпляр электроотпугивателя птиц внедрен и используется на Юргамышской подстанции 110/35/10 кВ в Курганской области. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ЧГАА, ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в НИИ, КБ и других организациях при проектировании электроотпугивателей птиц с порталов электроподстанций.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных международных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО ЧГАА, г. Челябинск (2006-2011 г.г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития АПК России», ФГБОУ ВПО МГАУ, г. Москва (2008 г.); на международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе», Казахский национальный аграрный университет, г. Алматы (2008 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных статьях, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 2 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (103 наименования), 5 приложений; содержит 101 страницу основного текста, в том числе 34 рисунка и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, поставлена цель исследования, кратко излагаются основные положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика проведённых исследований.

Первая глава «Состояние вопроса и задачи исследования» посвящена анализу состояния вопроса и постановке задач исследования.

Анализ литературных источников показывает, что существуют различные способы и методы отпугивания птиц на территории электроподстанций и сельскохозяйственных объектов: механические, оптические, акустические, химические и электрофизические. Многочисленные исследования подтверждают, что наибольший эффект можно получить только при комплексном подходе.

Одним из перспективных методов повышения эффективности отпугивания птиц на электроподстанциях является электрофизический метод на основе электронно-ионной технологии.

Неоценимый вклад в развитие данного направления внесли H.A. Капцов, В.И. Попков, И.П. Верещагин и др. учёные.

На основании проведенного анализа литературных источников была сформулирована научная гипотеза настоящей работы: повышение надёжности электроснабжения возможно посредством применения электроотпугивателя птиц на основе электронно-ионной технологии.

Вторая глава «Теоретические аспекты расчета основных конструктивных параметров электроотпугивателя птиц» посвящена исследованию режимов электрического поля потенциального электрода для отпугивания птиц с порталов электроподстанций.

Расчетное исследование проведено для разработанной конструкции электроотпугивателя [9], состоящей из потенциального электрода, закрепленного внутри портала электроподстанции, и подключенного к источнику импульсов высокого напряжения. Одним из основных режимных параметров устройства является величина напряжения, подаваемого на потенциальный электрод.

Выбор величины напряжения должен исходить из следующих условий: во-первых, коронирование в установке не допускается при отсутствии птицы на портале электроподстанции; во-вторых, надежный искровой пробой на птицу должен обеспечиваться в момент ее появления внутри портала.

1. При отсутствии птицы на портале электроподстанции начальную напряженность коронного разряда Е0 определяют по эмпирической формуле Пика:

Е0 = 30,3-0-

Г, 0,298 1 +

(1)

где г0 S

— радиус потенциального электрода;

— относительная плотность воздуха.

5 = 289 ■ 10~5 , (2)

где р — атмосферное давление; Т—температура воздуха; б = 1 при/7 = 1,013-105 Па и Г= 293К. Расчетная схема поперечного сечения электроотпугивателя при отсутствии птицы в портале представлена на рисунке 1.

I - заземленный корпус портала; 2 - потенциальный электрод электроотпугивателя; И, — межэлектродное расстояние от потенциального электрода до заземленного корпуса портала Рисунок 1 — Схема электроотпугивателя на портале электроподстанции при отсутствии птицы

Начальное напряжение коронного разряда:

и0 = Е0-г0-С, (3)

где С = 1п —— функция геометрических параметров коронно-разрядной

го

системы.

Следовательно, напряжение на потенциальном электроде электроотпугивателя необходимо выбирать из условия:

и,я<ив = Ев-гв-ІпіЬ-г (4)

го

где ихо - напряжение на потенциальном электроде электроотпугивателя, при котором отсутствует коронный разряд; I]о— начальное напряжение короны.

2. В соответствии со вторым условием расчетная схема поперечного сечения электроотпугивателя при наличии птицы внутри портала представлена на рисунке 2.

Разряд в газе начинается с того, что свободные электроны, всегда в некотором количестве имеющиеся в газе, под действием приложенного напряжения приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации. Если при столкновении электрона с нейтральной молекулой происходит ионизация, то образуется еще один электрон, который так же может ионизировать другие нейтральные молекулы, и процесс приобретает лавинный характер.

высота птицы; — расстояние между потенциальным

электродом и птицей Рисунок 2 - Расчетная схема электроотпушвателя при наличии птицы внутри портала электроподстанции

Электроны уходят на анод, а положительные ионы, подходя к катоду, создают там новые электроны за счет вторичной ионизации. Эти вторичные электроны также могут создавать лавины. Если интенсивность вторичной ионизации слабая и для поддержания воспроизводства электронов требуется действие внешнего ионизатора, то такой разряд называется несамостоятельным. В случае если процессы ионизации развиваются и при прекращении действия внешнего ионизатора, то образуется самостоятельный разряд.

Условие перехода разряда в самостоятельный процесс носит название условия самостоятельности разряда Таунсенда.

Если коэффициент у (коэффициент Таунсенда) дает число электронов, выбиваемых из катода одним положительным ионом, то величина, определяемая выражением

у-[ехр(а-АИ)-1\, (5)

обозначает число вторичных электронов образовавшихся в результате прохождения единичной первичной лавины, где ЛИ — межэлектродное расстояние.

Так как первичная лавина началась с одного электрона, то для воспроизводства лавин число вторичных электронов должно быть не

меньше единицы. Таким образом, условие самостоятельности разряда имеет вид

r-[exf(a-Ah)-]]>l . (6)

Так как обычно y-[exf{a-Ah)]»l, то соотношение (6) можно упростить:

у ■ expia ■ Ah) > 1 . (7)

При условии (7) ионизация, вызываемая последовательными лавинами, носит нарастающий характер, ток возрастает, что приводит к образованию искрового разряда, или искрового пробоя, при котором возникает тонкий проводящий канал, замыкающий промежуток. Напряжение, при котором для однородного поля выполняется условие (7), носит название пробивного напряжения. Так как и а/р, и у зависят от напряженности поля Е/р, а напряженность определяется приложенными напряжением U и длиной разрядного промежутка Ah, то для однородного поля можно вывести уравнение зависимости пробивного напряжения Unp от произведения p Ah вида U„р = f(р -ЛИ)(закон Пашена):

_ B-p-Ah "" . A-p-Ah

Y

где A и В- постоянные, характеризующие газ; р - давление газа;

Ah=(hrhz) — расстояние между потенциальным электродом и птицей.

При давлении, близком к атмосферному, уравнение (8) имеет более простую форму для расчета пробивного напряжения в воздухе:

Uпр = 24 ,5 ■ р ■ Ah + 6,4 ■( р ■ Ah)2 . (9)

При нахождении птицы внутри портала электроподстанции напряжение на потенциальном электроде с учетом выражения (4) равно

тт ^тт I? / 2-(Ah + h2)

U,о <U0=E0-r0- Itï -^ (Ю)

го

Развитие разряда в резко неоднородных полях имеет определенные особенности, в частности, резко неоднородное поле характерно для промежутков, создаваемых электродами типа игла-плоскость, провод-плоскость и т.п. при малом радиусе закругления провода и большом расстоянии между электродами.

Как известно, особенностью резко неоднородных полей являются высокие напряженности поля у электрода с малым радиусом закругления

даже при сравнительно небольшом напряжении на разрядном промежутке. Это означает, что в этой области могут идти процессы ударной ионизации, возникают лавины электронов, и условие самостоятельности разряда выполняется, когда ток ионизации охватывает только малую часть разрядного промежутка.

При определенных условиях возникает стадия разряда. Для образования искры требуется повышение напряжения, чтобы хотя бы один из стримерных каналов превратился в искровой. В искровой стадии происходит резкое увеличение тока, сопровождающееся выделением тепла, газ в канале разогревается и начинается термическая ионизация. Все это соответствует искровому пробою промежутка.

В общем случае поэтапное развитие разряда, начиная с электрода с малым радиусом кривизны, облегчает продвижение разряда по сравнению с равномерным полем. Поэтому разрядное напряжение промежутков с резко неоднородным полем существенно меньше, чем промежутков с однородным полем. Средняя пробивная напряженность для промежутков с резко-неоднородным полем составляет 5-7 кВ/см.

Перечисленные стадии разряда могут иметь место в разрядных промежутках небольшой длины (от 1 до 40-50 см) и при давлениях газа порядка атмосферного. Особый случай для развития разряда представляет воздействие на разрядный промежуток импульсного напряжения.

Особенности развития разряда при импульсном воздействии напряжения определяется ограниченным временем роста напряжения до максимального значения и коротким временем воздействия напряжения. Для пробоя промежутка при импульсном напряжении требуется более интенсивное развитие ионизационных процессов, которые обеспечили бы время развития разряда, меньшее, чем время действия импульса. Время разряда, в свою очередь, складываются из времени формирования разряда от момента появления первых эффективных электронов, дающих начало образованию лавин, до пробоя разрядного промежутка и так называемого статического времени ожидания эффективных электронов, если начальная концентрация электронов оказывается недостаточной для интенсивной ионизации.

Частота импульсов в пределах от промышленной частоты 1=50 Гц до некоторой критической частоты, превышающей несколько килогерц, не влияет на значение пробивного напряжения.

Таким образом, полученные выражения (9) и (10) позволяют определять режимные параметры электроотпугивателя в зависимости от размеров птицы, размеров портала электроподстанции, радиуса потенциального электрода и давления атмосферного воздуха.

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных исследований» описываются программа и методики исследований.

Исследование проходило в два этапа:

• экспериментальные исследования в лабораторных условиях;

• экспериментальные исследования в производственных условиях.

Экспериментальные исследования в лабораторных условиях

предусматривали исследование влияние электрических импульсов на поведение птиц, исследование полученных аналитических зависимостей (9) и (10) для электроотпугивателя птиц.

Изучение влияния электрических импульсов на поведение птицы проводилось на специально разработанной установке, состоящей из клетки, пол которой представлял электродную систему, к которой подводилось напряжение от источника импульсов высокого напряжения (ИЙВН) на основе автомобильной катушки зажигания. Расстояние между параллельно расположенными электродами выбиралось с учетом размеров лапок птицы [8], к половине числа электродов подводилось импульсное напряжение, другая половина электродов заземлялась. На разработанной установке исследовано влияние импульсного напряжения на поведение сизого голубя. Результаты измерений обрабатывались методами математической статистики.

На этой же лабораторной установке измерялось напряжение начала коронирования и пробивное напряжение коронно-разрядной системы электроотпугивателя птиц. В верхней части клетки размещался потенциальный электрод, электродная система пола клетки заземлялась, как показано на рисунке 3. В качестве потенциального и заземляющего электродов использовалась медная проволока. Параметры электродов и межэлекгродное расстояние были приняты исходя из размеров порталов электроподстанций и высоты птиц. Потенциальный электрод состоял из диэлектрика, на который закреплялись поочередно медные проволоки диаметром 2, 4, 6 мм, соединенные с источником высоковольтных импульсов. Лабораторная установка позволяла изменять напряжение на коронно-разрядной системе электроотпугивателя от 0 до 60 кВ и регулировать величину межэлектродного промежутка А, в пределах от 5 до 40 см. Результаты измерений обрабатывались методами математической статистики.

Целью экспериментальных исследований в производственных условиях являлась эксплуатация опытного образца электроотпугивателя птиц в реальных условиях работы Юргамышской подстанции 110/35/10 кВ и определение по результатам испытаний целесообразности использования данной установки на других электроподстанциях.

1-размыкающий контакт SA1; 2 - источник высокого напряжения ПВС-60-10; 3 - делитель напряжения R1.R2; 4 - осциллограф С1-68;

5 - киловольтметр С-196; 6 - клетка; 7 - потенциальный электрод;

8 — заземляющий электрод Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены материалы исследований в лабораторных и производственных условиях.

Результаты исследований в лабораторных условиях.

При оценке влияния электрических импульсов на поведение птицы форма импульсов, подаваемых на электродную систему пола лабораторной установки, фиксировалась осциллографом, подключенным к делителю напряжения, выполненному на резисторах R1 и R2. Величина напряжения, при которой наблюдалась реакция птицы, составила 1820±75 В. Однако птица реагировала только на первый импульс и не реагировала на последующие. Четкая реакция птицы на импульсы наблюдалась при амплитуде 2 кВ и выше. Из осциллограммы на рисунке 4 видно, что амплитуда основного импульса составляет 2199±29 В при его длительности 125 мкс. Столь высокий уровень амплитуды импульса, на который реагирует птица, объясняется тем, что нижняя часть лапок птицы ороговела и имеет достаточно большое электрическое сопротивление.

По условиям работы электроотпугивателя при отсутствии птиц внутри портала коронирование потенциального электрода не допускается. Результаты измерений по определению зависимости Uo=f(r0,hi) представлены на рисунке 5.

Рисунок 4 - Характер импульсов ИИВН

75 70 65 60 55 50 45 40 35 ЗО

/ *

0,1 0,2 0,3 Г о, см

и0 (/;, = 15 см) и0 (Л, = 20 см) и0 (А, = 25 см)

Рисунок 5 - Зависимость напряжения начала коронирования коронно-разрядной системы электроотпугивателя от радиуса потенциального электрода и межэлектродного расстояния

Анализ результатов исследования напряжения начала коронирования коронно-разрядной системы электроотпугивателя показывает, что с увеличением радиуса потенциального электрода и0 растет. Также наблюдается рост напряжения начала коронирования при увеличении межэлектродного промежутка И,. В связи с этим радиус потенциального электрода необходимо выбирать по возможности минимальным, т.е. исходя из необходимой механической прочности потенциального электрода.

Результаты расчетов и измерений по определению зависимости ипр=/(го,Ъ1,АИ) представлены на рисунке 6.

45 40 и 35 * 30

а».

=> 25 20 15

Рисунок 6 — Зависимость пробивного напряжения коронно-разрядной системы электроотпугивателя от межэлектродного промежутка И, и межэлектродного расстояния Дії при Ьі=15 см, ДЬ =0,5 см; ДЬ =1см; ДЬ =1,5 см

Результаты испытаний в производственных условиях.

Производственные испытания электроотпугивателя птиц производились на Юргамышской подстанции 110/35/10 кВ в Курганской области. Основными элементами изготовленного опытного образца электроотпугивателя для защиты порталов электроподстанций от гнездования птиц являются однопроводный потенциальный электрод и источник импульсов высокого напряжения.

Межэлектродное расстояние между потенциальным и заземленным электродами (корпус портала) было принято с учетом основных размеров порталов существующих подстанций 110/35/10 кВ и равнялось к¡=225 мм. Радиус потенциального электрода выбирался, исходя из механической прочности коронно-разрядной системы, и был принят равным г0= 1,25 мм.

Схема электроотпугивателя на портале электроподстанции представлена на рисунке 7.

На рисунке 8 представлен общий вид расположения ИИВН на опоре портала подстанции.

Опытный образец устройства для отпугивания птиц эффективно работал при амплитуде напряжения импульсов, равной 30 кВ. Результаты его испытания в производственных условиях за период с 2010 по 2011 год включительно показали высокую степень защиты порталов от гнездования птиц и надежность электроотпугивателя в работе. За период производственных испытаний электроотпугивателя случаи летального исхода птиц не наблюдались.

/ /

//

//

А //

/У /У

77'

и (экспериментальное) II (теоретическое)

■0,5 1 1,5 ДА, си

1 - потенциальный электрод; 2 - заземленный электрод (портал); 3 - изолятор; 4 - источник импульсов высокого напряжения Рисунок 7 - Схема электроотпугивателя на портале электроподстанции

1 - источник импульсов высокого напряжения, 2 - высоковольтный изолятор, 3 - потенциальный провод

Рисунок 8 - Расположение ИИВН на опоре портала подстанции

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность применения электроотпугивателя для предотвращения гнездования птиц на порталах электроподстанций» представлены результаты технико-экономической оценки использования электроотпугивателя на подстанции 110/35/10 кВ в сравнении с акустической системой отпугивания птиц «Ястреб». Годовая экономическая эффективность от использования одной установки электроотпугивателя составляет 45 249 руб./г. Среднегодовая экономическая эффективность при расчете эксплуатации установки в течении 5 лет - 9050 руб. Срок окупаемости для системы защиты на основе электроотпугивателя - 0,22 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Теоретически и экспериментально обоснована эффективность применения электронно-ионной технологии для отпугивания птиц с порталов электроподстанций, которая относится к электрофизическим методам и является наиболее перспективным, менее энергозатратным и экологически чистым среди имеющихся методов борьбы с синантропной птицей.

2. Разработана конструкция устройства для исследований влияния электрических импульсов на поведение птиц; экспериментально определены для сизого голубя: напряжение начальной реакции 1820±75 В, четкая реакция 2199±29 В, четкая реакция и испуг птицы наблюдается при напряжении 2730 В и выше.

3. Разработана конструкция электроотпугивателя на основе электронно-ионной технологии, позволяющая эффективно предотвращать гнездование птиц на порталах электроподстанций. Опытный образец устройства для отпугивания птиц эффективно работал при амплитуде напряжения импульсов, равной 30 кВ. Результаты его испытания в производственных условиях за период с 2010 по 2011 год включительно показали высокую степень защиты порталов от гнездования птиц и надежность электроотпугивателя в работе.

4. Получены аналитические зависимости напряжения начала коронирования от радиуса потенциального электрода и межэлектродного расстояния, позволяющие определить оптимальные режимные и геометрические параметры электроотпугивателя птиц.

5. Напряжение пробоя ипр коронно-разрядной системы электроотпугивателя птиц практически не зависит от межэлектродного промежутка А/ и незначительно зависит от радиуса потенциального электрода г0. Основным параметром, влияющим на величину пробивного напряжения, является межэлектродное расстояние А!г - расстояние от птицы до потенциального электрода.

6. Разработанная методика инженерного расчета позволяет определить основные конструктивные и режимные параметры электроотпугивателя - межэлектродный промежуток h¡, расстояние между потенциальным электродом и птицей Ah и величину напряжения на потенциальном электроде. Радиус потенциального электрода необходимо выбирать по возможности минимальным. Основной критерий при определении радиуса потенциального электрода - механическая прочность данного электрода.

7. Годовая экономическая эффективность от использования опытного образца электроотпугивателя птиц составляет 45 249 руб./г., среднегодовая экономическая эффективность при эксплуатации в течении 5 лет - 9 050 руб. Срок окупаемости для системы защиты порталов электроподстанций на основе электроотпугивателя птиц составляет 0,22 года.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Байрамгулов, Ю.Ж. Двойное рессорное крепление провода [Текст] / Ю.Ж. Байрамгулов, В.Г. Урманов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004. - №1. - С. 23-24.

2. Байрамгулов, Ю.Ж. Исследование пляски проводов сельских воздушных ЛЭП [Текст] / Ю. Ж. Байрамгулов, В. Г. Урманов// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004. - №2. - С. 13.

3. Возмилов, А.Г. Воздействие электрических импульсов электрошокера на птицу [Текст] / А.Г. Возмилов, В.Г. Урманов, A.B. Мельников // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2009 -№ 11.-С. 20-21.

4. Возмилов, А.Г. Устройство для предотвращения гнездования птиц на порталах электроподстанций [Текст] / А.Г. Возмилов, В.Г. Урманов, В.Ю. Волчков // Достижения науки и техники АПК-2011-№8.-С. 73-75.

Публикации в других изданиях

5. Урманов, В.Г. Методы и способы защиты объектов АПК от птицы [Текст] / В.Г. Урманов // Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе: сб. науч. тр./ Казахск. нац. агр. ун-т. - Алматы, 2008. - 4.1. - С.157-160.

6. Смолин, Н.И. Проблемы защиты объектов народного хозяйства от птиц [Текст] / Смолин Н.И., В.Г. Урманов, A.B. Гультяев // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития агропромышленного комплекса России». - МГАУ Москва 2008. -Ч.1.- С. 122-125.

7. Смолин, Н.И. Применение электронно-ионной технологии для защиты объектов АПК от птиц [Текст] / Н.И. Смолин, В.Г. Урманов, A.B. Гультяев // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития агропромышленного комплекса России». - МГАУ Москва, 2008. - 4.1. - С. 125-128.

Авторские свидетельства, патенты

8. Пат. № 69707 РФ. Устройство для отпугивания птиц [Текст] / А.Г. Возмилов, В.Г. Урманов, A.B. Гультяев, А.П. Ракецкий. -№ 2007124144; заявл. 26.06.2007; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.

9. Пат. № 112523 РФ. Устройство для защиты порталов электроподстанций от гнездования птиц [Текст] / А.Г. Возмилов, В.Г. Урманов, В.Ю. Волчков, В.Н. Сажин. - № 2011128739; заявл. 11.07.2011; опубл. 10.01.2012, Бюл. № 1.

Подписано в печать 24 апреля 2012 г. Формат 60x84/16. Гарнитура Times New Roman Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 4187

ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая,! 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Вопросы защиты объектов электроэнергетики от синантропных птиц.

1.2 Анализ существующих методов и способов защиты объектов от синантропных птиц.

1.3 Анализ технических средств борьбы с птицей.

1.4 Механизм действия электрического тока на возбудимую ткань.

1.5 Виды поражения электрическим током.

1.6 Воздействие знакопеременных высоковольтных импульсов на организм птицы.

1.7 Задачи исследования.

1.7.1. Выводы из анализа состояния вопроса.

1.7.2. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРООТПУГИВАТЕЛЯ ПТИЦ

2.1 Методика расчета технических и технологических параметров электроотпугивателя, при которых обеспечивается условие отсутствия коронирования электродной системы электроотпугивателя.

2.2 Методика расчета технических и технологических параметров электроотпугивателя, при которых обеспечивается условие искрового пробоя в портале при нахождении птицы внутри портала.

2.3. Методика расчета напряжения начального коронирования в зависимости от высоты птицы.

- внедрением на предприятии мер, предотвращающих доступ птицы к сырью и готовой продукции.

Следует отметить, что сельское хозяйство очень давно имеет дело с птицами, так как всегда было вынуждено заниматься их отпугиванием от садов, посевов, хранилищ. Как показала многолетняя практика их поведением необходимо управлять во всем многообразии известных к настоящему времени приемов и методов.

Следует отметить, что применение средств, разработанных для широкого класса или для многих классов практических задач одновременно, не дает положительного эффекта прежде всего потому, что каждая ситуация неповторима и уникальна в отношении составляющих ее компонентов, предугадать их сочетание невозможно, а потому средства, которое гарантировало полный успех в защите от птиц, не существуют и существовать не может. Требуется предварительная подгонка к конкретной ситуации общего, более универсального средства для широкого круга задач. Для достижения наибольшего эффекта от применения защитных средств требуется совместная работа этологов и специалистов по биоповреждениям.

Системный подход к данной задаче облегчит работу по управлению поведением птиц путем введения в нее профилактических мероприятий, учитывающих основные тенденции изменения эколога - хозяйственных мероприятий, в той же мере, в какой они учитывают наступление периодических явлений природы, с неизбежностью влияющих на поведение птиц и вызывающих в нем соответствующие изменения. В реализации данных системных подходов значительное место должна занять оценка материального ущерба от птиц, прогнозирование наступления и протекания событий, требующих адекватными свойствами, способных соответственно прогностическим предложением дать положительный эффект [32,38,72,81].

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Теоретически и экспериментально обоснована эффективность применения электронно-ионной технологии для отпугивания птиц с порталов электроподстанций, которая относится к электрофизическим методам и является наиболее перспективным, менее энергозатратным и экологически чистым среди имеющихся методов борьбы с синантропной птицей.

2. Разработана конструкция устройства для исследований влияния электрических импульсов на поведение птиц; экспериментально определены для сизого голубя: напряжение начальной реакции 1820±75 В, четкая реакция 2199±29 В, четкая реакция и испуг птицы наблюдается при напряжении 2730 В и выше.

3. Разработана конструкция электроотпугивателя на основе электронно-ионной технологии, позволяющая эффективно предотвращать гнездование птиц на порталах электроподстанций. Опытный образец устройства для отпугивания птиц эффективно работал при амплитуде напряжения импульсов, равной 30 кВ. Результаты его испытания в производственных условиях за период с 2010 по 2011 год включительно показали высокую степень защиты порталов от гнездования птиц и надежность электроотпугивателя в работе.

4. Получены аналитические зависимости напряжения начала коронирования от радиуса потенциального электрода и межэлектродного расстояния, позволяющие определить оптимальные режимные и геометрические параметры электроотпугивателя птиц.

5. Напряжение пробоя Unp коронно-разрядной системы электроотпугивателя птиц практически не зависит от межэлектродного промежутка h¡ и незначительно зависит от радиуса потенциального электрода го. Основным параметром, влияющим на величину пробивного напряжения, является межэлектродное расстояние Ah - расстояние от птицы до потенциального электрода.

6. Разработанная методика инженерного расчета позволяет определить основные конструктивные и режимные параметры электроотпугивателя -межэлектродный промежуток hh расстояние между потенциальным электродом и птицей Ah и величину напряжения на потенциальном электроде. Радиус потенциального электрода необходимо выбирать по возможности минимальным. Основной критерий при определении радиуса потенциального электрода - механическая прочность данного электрода.

7. Годовая экономическая эффективность от использования опытного образца электроотпугивателя птиц составляет 45 249 руб./г., среднегодовая экономическая эффективность при эксплуатации в течении 5 лет - 9 050 руб. Срок окупаемости для системы защиты порталов электроподстанций на основе электроотпугивателя птиц составляет 0,22 года.

1. Арайс Р.Д., Сталтманис И.О. Эксплуатация электрических сетей сельской местности. М., 1977.- С. 36-54.

2. Акимов Е.Г., Давыдова Т.Н., Сатарова И.С. Низковольтные комплектные устройства. Сводный каталог. Т.2. Часть 2 М.: Информэлектро, 2001. -80 с.

3. Александров Г. Н. Коронный разряд на линиях электропередачи. М. —Л., «Энергия», 1964. 226 с.

4. Алексеев О.П. Приспособление для отпугивания птиц. Энергетик. 1988.-№ 3 С. 26-27

5. Алиев Ф.Ф. Факторы и масштабы гибели птиц в природе // Материалы 6-ой Прибалт, орнитол. конференции. Вильнюс, 1966.- С. 4-6.

6. Аникин В.В., Шляхтин Г.В. и др. Обследование состояния энтомофауны в зоне влияния ЛЭП-500. В кн. // Мат-лы науч.-практич. конф. «Электромагнитная безопасность. Проблемы и пути решения». Саратов 28-30 августа 2000.-Изд-во СГУ, 2000. С .3-6

7. Байрамгулов, Ю. Ж., Урманов В.Г. Двойное рессорное крепление провода // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. -№1. - С. 23-24.

8. Байрамгулов, Ю. Ж., Урманов В.Г. Исследование пляски проводов сельских воздушных ЛЭП // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. - №2. - С. 13.

9. Банников А., Флинт В.Е. Охрана и привлечение птиц. М.: Просвещение, 1972, 240с.

10. Беляев И. А. Устройства для исключения перекрытия изоляции контактной.сети в зонах гнездования птиц / A.c. 880818 (СССР). Опубл. в БИ. 1981. -С. 10-13.

11. Беляков В.В. О численности и распределении дневных хищных птиц на территории Калининской области // Ученые записки, Калинин, гос. пед. ин-т. 1964. Т. 31. С.20-40.

12. Беме P.JL, Баник Д.А., Беме И.Р., Поярков Н.Д., Керимов А.Б. Пути приспособления птиц к условиям обитания в г. Москва // Птицы и урбанизированный ландшафт. Каунас, 1984.- С.26-29.

13. Бессарабов Б.Ф. Ветеринарно-санитарные мероприятия по профилактике болезней птиц.- М.: Россельхозиздат, 1983.-190 с.

14. Бирюков В.Я. Акустическое устройство для отпугивания птиц / A.c. 1351556 (СССР). 6 с.

15. Богоявленский В. М. Расчёт напряжённости электрического поля в изоляции биполярной обмотки // Электротехнологии, электрификация и автоматизация сельского хозяйства. Вестник МГАУ. Выпуск 3. — М., 2003. —С. 43.47.

16. Болотников A.M., Еремченко М.И., Литвинов H.A. Дестабилизация и формирование новых орнитокомплексов под влиянием антропогенного пресса. В кн.: Изучение птиц СССР, их охрана и рациональное использование. 4.1, Л., АН СССР, 1986,- С. 90-91.

17. Бортник И.М., Верещагин И.П., Вершинин Ю.Н. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Энергоатомиздат, 1983, 543 с.

18. Бочковский Б.Б., Удод Е.И., Шеренцис. А.Н., ЯсинскаяН.В. Защита линий электропередачи от перекрытий, вызываемых птицами // Электрические станции. 1983. №4. С.58-61.

19. Брауде М.И. Гибель птиц при столкновении с проводами электропередач. Фауна и экология животных УАССР и прилежащих районов. -Ижевск, 1984.-С. 73-77.

20. Бутьев В.Т. Географическая изменчивость структуры птиц смешанных лесов Европейского центра СССР. // Вопросы популяционной экологии и географии животных // Уч. Записки МГПИ им. В.И.Ленина. -М, 1970. С. 57-71.

21. Бутьев В. Л. Многолетние изменения населения птиц в лесных биоценозах // 7 Всесоюзная орнитол. конференция Орнитология. М. Изд. МГУ. 1972. Вып. 10. С. 130-138.

22. Варшавский С.Н. Развитие и особенности синантропности у различных видов вороновых птиц // Новости орнитологии: Материалы IV Всесоюзной орнитол.конференции. Алма-Ата, 1965.- С.55-57.

23. Васильев A.A. Отчет. Средства предупреждения гнездования птиц в ОРУ, СКТБ ВКТ ОАО «Мосэнерго». 2005. 8 с.

24. Вахрушев A.A. Синантропизация и формирование сообществ птиц / VIII Всесоюзн. зоогеограф, конференция //Тезисы докладов.- М., 1984.1. С. 23-24.

25. Верещагин И.П. Методы расчета поля и поведения частиц при униполярном коронном разряде: Автореф. дис. на соиск. учен, степени доктора техн. наук. М. : МЭИ, 1975, 40 с.

26. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии, М.: Энергоатомиздат, 1985, 160 с.

27. Верещагин И.П., Заргарян И.В., Семенов A.B. Расчет электростатического поля между иглой и плоскостью. Электричество, N 11, 1974, с. 54-58.

28. Верещагин И.П. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем.-М.: Энергия, 1974. 480 с.

29. Владышевский Д.В. Население птиц сосновых лесов Киевщины. Орнитология М.:Изд. МГУ, 1972. Вып. 10. С. 130-138.

30. Владышевский Д.В. Птицы в антропогенном ландшафте. Новосибирск: Наука, 1975.- 171с.

31. Владышевский Д.В. Птицы в антропогенном ландшафте. Новосибирск, Наука, 1975.- С. 171.

32. Владышевский Д.В. Поведенческие реакции птиц на элементы антропогенного ландшафта // Первое всесоюзное совещание по экологическим и эволюционным аспектам поведения животных. М.: Наука, 1972 С.18-19.

33. Водолажская Т.И. Экология, грача в Татарстане // Экология и численность врановых птиц России и сопредельных государств / Материалы IV совещания по экологии врановых птиц. Казань, 1976. С. 24-25.

34. Водянников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК. Учебное пособие для студентов вузов. М.: ИКФ "ЭКМОС", 2002. 304 с.

35. Возмилов А.Г., Урманов В.Г., Мельников A.B. Воздействие электрических импульсов электрошокера на птицу // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. - № 11. - С. 20-21.

36. Возмилов А.Г., Урманов В.Г., Волчков В.Ю. Устройство для предотвращения гнездования птиц на порталах электроподстанций // Достижения науки и техники АПК. -2011. -№8. С. 73-75.

37. Волынский A.M. и др. К изучению действия электромагнитных полей низкой частоты на различные системы организма животных // Адаптация организма при физических воздействиях. ВНИИ экспериментальной и клинической медицины. Вильнюс, 1969. С. 354-359.

38. Воробьёв К. А. Записки орнитолога Текст.: научно-популярная серия / К.А. Воробьёв. -2-е изд; перераб. и доп. -Москва: Наука, 1978. -255 с.

39. Воронцов Е.М. О гнездовом консерватизме и микропопуляциях у птиц // Проблемы орнитологии. Труды III Всесоюзной ориитол. Конференции Львов: Из-во Львов, ун-та, 1964.- С. 164-167.

40. Вронский И., Олимпиев П., Салтыков А., Губайдуллин Р. Внимание: птицы! // Советская Татария, 1983. № 110.

41. Высоковольтные электротехнологии. Учебное пособие по курсу "Основы электротехнологии'УПод ред. Верещагина И.П. М.,1999.

42. Голубкова Н.В. О вопросах защиты птиц в электроэнергетике. Энергетика и экология. М., 1988. С. 2-3.

43. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 2012 гг. Утверждена Правительством РФ от 14 июля 2007 г. № 446

44. Гражданкин A.B., Перерва В.И. Причины гибели степных орлов на опорах высоковольтных линий и пути их устранения;// Научные основы охраны и рационального использования животного мира — М., 1982. С. 3-10.

45. Гриневич П.П. Устройство для защиты воздушных линий от загрязнения птицами. A.c. 1096370 (СССР) Энергетик № 4, 1983. С. 45-47.

46. Давидян Д.Б. Предупреждение перекрытий изоляции BJI птицами. Электрические станции .- 1980.- № 5. С. 73-74.

47. Дементьев Г. П., Орнитология, в сборнике: Развитие биологии в СССР, — М., 1967

48. Добров С.Н. Рекомендации по защите птиц от поражения электрическимтоком на опорах BJ1 6-35 кВ со штыревыми изоляторами. Арх. № 012637- Р, М.: «Сельэнергопроект», 1981.-18 с.

49. Добров С.Н. Рекомендации по защите птиц от поражения электрическим током на опорах BJI 6 -35кВ со штыревыми изоляторами. Арх. № 012637-Р.М.,: «Сельэнергопроект», 1981.18 с.

50. Долгинов А. И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. М., «Энергия», 1968. 464 с.

51. Емельянов Н. П., Козлов В. С. Коронный разряд на проводах. Минск, «Наука и техника», 1971. 240 с.

52. Еськов Е.К., Карев В.А. Гибель птиц на линиях электропередачи и средства их защиты // Состояние среды обитания и фауна охотничьих животных России. М., 2008. - С. 43-48

53. Ильичев В. Д., Н. Н. Карташов, И. А. Шилов. Общая орнитология. — Москва, Высшая школа, 1982. 464 с.

54. Ильичев В.Д. Управление поведением птиц. М.: Наука, 1984. 303 с.

55. Карев В.А. ЛЭП и птицы. Стратегия взаимоотношений // «Мир птиц», Информ. бюллетень № 35, М.: Союз охраны птиц России, 2007. - С. 2223.

56. Карев В.А. ЛЭП и птицы. Стратегия взаимоотношений. «Мир птиц», «Союз охраны птиц России», Имформ. биллютень № 35, М., 2007.- С. 2223.

57. Карев В.А. Зависимость гибели птиц от конструктивных особенностей линий электропередачи / Естественные и технические науки. 2009, № 4. -С. 28-33.

58. Карпушкин Н.П., Добров С.Г., Сельэнергопроект. Защита птиц на линиях электропередачи // Электрические станции. 1987. №5. С. 68-72.

59. Коротаев Б.В. Рекомендации по охране и привлечению полезных птиц в сельском хозяйстве. Иваново, 1981. 37 с.

60. Кошелев A.A., Ташкинова Г.В., Чебаненко Б.Б. и др. Экологические проблемы энергетики. Новосибирск. Наука. 1989.1. С. 125-133.

61. Красновский И.И., Зубков Н.И. Миграции птиц и надежность электроснабжения. // Миграции и практическое значение птиц Молдавии. Кишинёв, Штинца, 1980. С.77 89.

62. Красовский И.И., Зубков Н.И. Миграции птиц и надёжность электроснабжения. // Миграции и практическое значение птиц Молдавии. Кишинёв, Штинца, 1980. С.77-89.

63. Крыло над проводом // Социалистическая индустрия, 1982. № 270.

64. Магидин Ф.А. Сооружение воздушных линий электропередачи. М.: Энергия, 1974.-381 с.

65. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. — Челябинск: Группа предприятий "Дизайн-Бюро", 2001. 212 с.

66. Манойлов В.Е. Электричество и человек. Л. "Энергия", 1975 144с.

67. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложении. М.: ВНИИПИ, 1986, 52 с.

68. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах.- М.: Иностранная литература, 1960.- 606 с.

69. Михеев, А. В. Как птицы строят гнёзда Текст.: худ. лит./ А.В. Михеев. -Москва: Лесная промышленность, 1968. 55 с.

70. Перерва В.И., Блохин А.Ю. Оценка гибели редких видов хищных птиц на линиях электропередач // Биологические аспекты охраны редких животных. М.,1981. С. 36-39.

71. Песков В. Птицы на проводах. М.: Молодая гвардия, 1982. С. 38-43.

72. Пименов П.В. Исследование работы высоковольтной изоляции вусловиях атмосферных увлажнений. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новосибирск, 1989. - 168 с.

73. Плеханов Г.Ф., Орлов В.М. Влияние электрического поля ЛЭП СВН на естественные экосистемы // Механизмы биологического действия электромагнитного излучения: Тез. докладов симпозиума. Пущине, 1987. -С. 105-107.

74. Покровская И.В. Некоторые особенности гнездовой экологии и поведения птиц при антропогенном воздействии // Экология и размножение птиц, Л., 1986,- С. 3-19.76,77,78.79,80,81,82