автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование мероприятий, обеспечивающих электробезопасность на животноводческих фермах при неисправной системе зануления

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ' ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА им. В.П.ГОРЯЧКИНА

На правах рукописи

СТОЯНОВ Сава Тодоров

УДК 614.825:636

.ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ, ОВЕСПЕЧИВАПЦИХ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ НА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ ПРИ НЕИСПРАВНОЙ СИЙЕМЕ ЗАНУЛЕНШ '

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание -ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена е Московском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров сельскохозяйственного произвол* :ва имени В.П.Горячкина. .

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Луновников A.B.

Официальные оппонента: - доктор технических наук,

вед. н. о. Ягудаев Б.М. >

кандидат технических наук, ст. н. с. Казимир А.П.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский й проектно-техно-логическйй институт ме^аниза-, ции и электрификации шиеотно-водства йжной зоны ССО? ( ЦНИПТИМЭЙ ).

Защита состоится 14 октября 1991г. в 15 часов на заседании специализированного Совета K.I20.I2.02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П.Горячкина по адресу: г.Москва, ул. Тимирязевская, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке MI "СП им. В.П.Горячкина.

Автореферат разослан 2.2. .ОЭ.ЛЭ91 г'.

Учеынй секретарь • /7 •

специализированного Совета А.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ»

Актуальность. Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, содержащей научно-обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение важной прикладкой задачи повышения электробезопасности на животноводческих фермах, заключающееся в обоснов нии новой нормы на сопротивление заземляющего' устройства, предназначенного для повторного заземления нулевого провода на вводе в животноводческое помещение, а также в разработке и применении ранее неизвестного устройства выравнивания электрических потенциалов в форме спирали Архимеда. Работа выполнена в соответствии с заданием 09 "Разработать аналитические методы оценки электробезопасности на предприятиях агропрома, новые ведомственные нормативные, руководящие и инструктивные документы по электробезопасности" научно-технической программы 0.СХ.71 Государствен- . ного Агропромышленного Комитета СССР и ВАСХНИЛ на 1986-1990 г. "Осуществить поиск и разработку высоко эффективных методов и средств рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения". '

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является . разработка мероприятий, о< спечиЕающих электробезопасность яа животноводческих фермах при неисправной системе занулентп.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

1. Проанализировать возможные неисправности системы зануле-ния на животноводческих фермах, бкполнчть их классификацию по признаку наиболее вероятного опасного случая с целью обоснования расчетного режима при выборе эффективней системы ВЭП.

2. Разработать новые технические решения по обеспечению электробезопасности на животноводческих формах с учетом неизбежных в процессе эксплуатации повреждений з системе зануления.

3. Построить прогностическую модель поражения электрическим ' током для оценки электрозащитной эффективности разработанных нов!« технических решений.

Оценить электрозащитную эффективность разработанных средств обеспечения электробезоиасности на животноводческих фермах с учетом возможных повреждений в системе зануления.

5. Оценить социальны;! и экономический эффект от применения разработанных технических решений.

Объекты иссл< дования. Объектами исследования.являлись система "подстанция-электромеханизированная животноводческая ферма для . крупного рогатого скоть", выгульные площадки, содержащие подо1ре-

ваемые поилки и другие электросооружения. Исследовались также физи-: ческие модели фрагментов животноводческого помещения.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на базе математического аппарата теории электри- . ческих цепей, теории множеств и алгебры логики, теории вероятностей и математической статиста? , теории подобия, а также с применением датематического моделирования с использованием ЭВМ, физического моделирования в гальванической ванне и фрагментного натурного моделирования.

Научная новизна. Новизна научных голожешш и разработч к за- . ¡сличается в обосновании новой нормы на сопротивление растеканию тока с заземлителя, предназначенного для повторного заземления нулевого провода на вводе в животноводческое помещение, в разработке методики расчета новых потенциаловыравниващих устройств выполненных в форме спирали Архимеда, в разработке конструкцгл I боснова-нии применения саьшх этих устройств, в разработке методик определения уровня электробезопасности на ферме с учетом фактора времени, связанного с повреждениями в системе зануления и приводящего к высыханию бетона вблизи потенциаловыравниващих проводников под воздействием стекающего в землю тока, в построении прогностической модели поражения элоктрическим током для оценки электрозащитной эф-■ фективности разработанных новых технических реынии.

Практическая ценность работы заключается в обосновании и рекомендации новой нормь на сопротивление повторного заземлителя нулевого провода на вводе в животноводческое помещение, в ос сновании и разработке новой конструкции потенциаловыравниващего зазем-лителя в форме спирали Архимеда, в разработке рационального способа . установки нового устройства выравнивания электрических потенциалов.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационной ра-'боты переданы во Всесоюзный НИИ электрификации сельского хозяйства для использования при разработке Государственного стандарта по электрозащите животных.

Экономическая эффективноеть. Разработанные технические реше-- ния обеспечивает социальны;! эффект за счет и цогврацекия смертельных эл жтрошраленкй на животноводческих фермах людей и-животных.

• Апробация. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на УН научно-практической конферешцпг болгарских

о

— о —

аспирантов в СССР - Ленинград, 13.05.1989, на ХТ. и XII научных конференциях с международным участием "Актуальные проблемы современной науки" - Москва, 1989,1990 г.г.. на Национальной научно-технической конференции с международным участием "Электробеэопасность - 90" -РЕолгария, Варна, 29.05.1990.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатнчх работ в журнале "Механизация и электрифит-лция сельского хозяйства", в научных трудах ЗИЭСХ, тезисы докладов.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех общих выводов, списка литературы, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ .

Статистика случаев групповой гибели скота, собранная в последние годы, показывает, что выравнивание электрических потенциалов не всегда обеспечивает электробезопасность на электромеханизированных животноводческих фермах.

Вопросами выравнивания электрических потенциалов прим -нитель-но к животноводческим фермам как в СССР,' так и за рубежом занимается давно. Во многих странах действуют стандарты или иные нормативные документы, предписывав за обязательное применение выравнивания потенциалов на животноводческих фермах. В СССР таким документом является отраслевой стандарт ОСТ 46 160-85 "Защита сельскохозяйственных животных от поражения электрическим-током. Устройство выравнивания электрических потенциалов. Общие технические требования", а в Болгарии - отраслевая норма ОН 1880588-87 "Защита на селскостопан-ските животни срещу поражения от электрически ток. Изравняване на электрическите потенциали".

Как известно, выравнивание электрических потенциалов достигается прокладкой в электропроводящем полу потекциаловыравниващих металлоконструкций различной формы - сеток, проводников, стержней и др. и соединением их с технологическими металлоконструкциями фермы. При исправной потенциаловыравниЕатцей систсме опасная разность потенциалов между металлоконструкциями и патом в аварийном режиме должна отсутствовать, а следовательно должно отсутствовать и напряжение, которое могло бы привести к смертельному электрспораженив.

Учитывая, что групповая гибель скота от поражения электрическим током наносит сельскому хозяйству большой ущерб, специалисты многих стран мира разработали Дорогостоящие способы электрозащиты:

металлоемкие устройства выравнивания электрических потенциалов (сокращенно УВЭП) - мелкоячеистые сетки и устройства защитного отключения, затраты на которые значительно превышают сумму ущерба >т гибели животных. При этом выравнивание электрических пот( -.циалов требует да.' своего осуществления больших затрат труда и большого расхода металла.

В СССР в резутьтате разработки экономичных вариантов УВЭП широко применяются облегченные конструкции, состоящие из небольшого числа коротких стержней, лис1 из одного, двух протяженных элементов. В Советском Союзе выравнивание электрических потенциалов никогда не применяется в качестве единственной- меры защиты, а используется только в сочетании с системой зануления.

Смертельные случаи на фермах, происшедшие в последние г^ды, показали, что электропоражения, главным образом животных, имели место .при исправной системе выравнивания электрических потенциалов, но неисправной системе зануления. Опыт же показывает, что неработоспособность системы зануления на практике имёет место очень часто, а нарушение требований в части кратности тока короткого замык? т номинальному значению ус.'авки срабатывания защиты носит массой л характер. Следствием являются большие токи короткого замыкания и длительность их существования в системе "подстанция-животноводческая ферма", что очевидно и приводит к смертельны.! электропоражениям людэй и животных.

Анализ ряда работ показал, что ни в Советском Союзе, ни за рубежом не обосновывались экономически целесообраз- ые мероприятия, обеспечивающие электробезопасность на животноводческих фермах при неисправной системе зш-г пения.

Нами были начаты исследования в этой области. В перво главе диссертации проведен аналитический обзор идей по обеспечена электробезопасности на объектах с неисправной системой зануления. Проанализированы описания случаев смертачьных электропоражений на объектах с неисправной системой зануления. С этой целью автор знакомился с находящимися в лаборатории элемч ^безопасности Всесоюзногс института электрификации сельского хозяйства материалами уголовных дел, заведенных Прокуратурой СССР по факту гибели ст электротока людей и сельскохозяйственных животных и по многим из ню: выезжал в хоачй-ства для изучения обстоятельств, повлекшими а^ктропораяения. Аналогично •"> изу1 енио обстоятельств, приведших к ■ектропоражениям, праве эны в РБолгарии. В результате анализа случаев установлено, что

все они произошли при исправной системе ьуравнивания электрических потенциалов, но при этом система зануления на соответствовала требованиям в части криности тока короткого замыкания.

Обзор литературы, в которой рассматриваются традиционные электрозащитные технические способы и средства, показал, что одним заземлением обеспечить необходимый уровень электрсбезопасности на животноводческих ферма*: при поврежденной системе зануления практически нереально, поскольку уменьшение сопротивления заземлптеля всегда связано со значительным увеличением расхода металла, большим объемом земляных работ и ощутил км ростом затрат на его сооружение. В работе показано, что применительно к животноводческим фермам системы'защитного отключения ь настоящее время также не могут найти широкого применения, главным образом, из-за наличия больших по значению естест- ■ венных токов утечки. А как показывает опыт последних лет, в тех случаях, когда система зануления оказывается неработоспособной, выравнивание электрических потенциалов также может не обеспечить защиту животных.

Поиск причин электропоражении на фермах с исправной системой выравнивания электрических потенциалов привел к формулировка следующей гипотезы. Предполагается, что при длительных коротких замыканиях, которые в ряде случаев длятся часами, электролит' в порах земли или бетона пола стойл, находящийся в непосредственной близости от потенциаловыравнивающи^ проводников УВЭЛ нагревается под воздействием стекающего с этих проводников части тока- короткого замыкания, вследствие чего начинает высыхать земля- или бетон вокруг УВЭП, причем сопротивление растеканию уве-2 личивается и высохшие земля или бе-/д\ тон практически становятся изолято-Т г> рами. Таким образом, по прошествии некоторого времени с момента короткого замыкания, потенциаловыравнива-ющие проводники как бы покрываются изоляцией, теряя при этом свои элем розащиткые функции. Для того, чтобы указанная гипотеза могла быть полностью принята или наоборот.отвергнута, нами бья проведен эксперимент на фрагментах физических моделей пола ферм (рис.1) и исследовано состо-

Рис.1.Схема экспериментальной установки: I, б-авто-трансформаторы;2-трансфорлатор тока;3-бетон;4-то-коотводящии электрод;5-проводник УВЗП.

яние земли и бетона вблизи потенциаловыравниващих проводников. На первом этапе эксперимент проводился на фрагментах цилиндрической . формы. Поскольку такая форма фрагмента не адекватно моделирует про-■ цесс выса'шшя среды вокруг потенциаловыравнивающего проводника, то исследования были продолжены с фрагментами полуцилиндрической формы.

Оценочный результат представлен графически на рис. 2. Модельной средой являлся бетон. Спадащий участок кривой (II) соответствует возрастанию сопротивления среды фрагмента, что и подтвердило выдвинутую нами гипотезу о высыхании гемли или бетона вокруг проводника УВЭД и потере электрозащита ых функций системы выравнивания электрических потенциалов.

12^4 .5 ¡мда. - Кроме того, показано, ч-п на вы-Ряс.г.Гра^к зависимости тока, гульных площадках, це .пользу-стекаадего с УВЭП от вре- ' ется предусмотренное стандартом мени отекания цо защите животных устройство вы-

• ' равнивания -электрических потенци-

- алов в виде металлического кольца, которое закладывают в землю вокруг подогреваемых поилок и других электросооружений, за его пределами могут возникать и уже возникали опасные значения напряжения ша-,га, обусловленные крутым спадом потенциальной кривой. Эти факты предопределили постановку главной и частных задач исследования.

Во второй главе диссертации проанализированы возможные повреж-• денкя в системе зануления, обуславливающие поражения элект]. чес гас.*

- током со смертельным исходом при исправной системе выравнивания электрических потенциалов.

С позиции появления опасных для животных напряжении прикосновения в работе учтены:

- обрывы нулевого провода на воздушных линиях, питающих животноводческие фермы и Нарушения целостности нулевых проводников в силовых и осветительных проводках внутри животноводческих помещении;

■ нарушения требовании в части кратности тока короткого замыкания номинальному значению уставки срабатывг . я защиты при возникновениях замыканий на корпус ьо вводных распределительных щитах, а тг Ее на корпус отдельных электроприемшгков, главным образом элекл1-

родвигателей навозоуборочных транспортеров;

- внос опасных члектрических потенциалов по нулевому проводу системы зануления при коротких ?амиканиях на смежных фидерах.

Анализ возможных неисправностей системы зануления проведен путем устного опроса специалистов и из материалов источников. Опрос проводился в колхозах и совхозах Московской и других областей СССР, а также в хозяйствах Болгарии. Опрашивались главные энергетики, инженеры-эдоктрики, электромонтеры Хозяйств.

Определены оценки вероятности возникновения указанных неисправностей в системе зануления и проведена их классификация по признаку наиболее вероятного' оп. .сного случая.

Анализ аварийных режимов системы зануления показывает, что ни один из них сам по себе не может вызвать электропоражения при исправной системе выравнивания электрических потенциалов. Опасным является лишь совмещение двух и более аварийных режимов, один из которых - замыкание на корпус.

Однако, совмещение замыкания на корпус с обрывом нулевого провода маловероятно, в сглу того, что обрыв сравлительно быстро обнаруживается и устраняется, поскольку сам по себе нарушает нормальный эксплуатационным режим работы электроустановки. По той же причине маловероятно совмещение затыкания на корпус со вносом потенциала на • ферму по нулевому проводу. Таким образом, указанные сочетания аварийных режимов не могут рассматриваться как расчетные.

Вероятность же сочетания замыкания на корпус с нарушением требований в части кратности тока короткого замыкания номинальному значению уставки срабатывания защиты очень высока, поскольку нарушение указанных требований проявляет себя только при замыкании на корпус и никак не влияет на работу электрооборудования в нормальном эксплуатационном режиме. Это сочетание рассматривалось нами как расчетный случай.

В третьей главе разрабатывались новые технические решения по обеспечению электробезопасности на животноводческих фермах с учетом возможных в процессе эксплуатации повреждений в системе зануления .

В результате построения модели указанного выше расчетного случая получены значения напряжений на нулевом прогзде относительно .емли при вариациях значений сопротивлений нулевого и фазных проводов, обмоток трансформатора, а такжэ сопротивлений повторного заземления нулевого провода.

Анализ этих напряжении о позиции атошия на процесс высыхания и вывода из сяроя потенциаловыравниващей системы убевдает в необходимости перехода на Новую, более жесткую, норму на сопротивление растекаш'ч) тока с заземлителя, предназначенного для повторного заземления нулевого провода на вводе в животноводческое помещение.

Для проверки этой концепции и учета фактора времени, характеризующего длительность короткого замыкания, нами был проведен эксперимент, базирующийся на фрагментом физическом моделировании.

С этой целью были изготовлены фрагиегты полавживотноводческого . помещения с элементом лотенциало-вкравнивакхцего проводника. Модели представляли собой как бы вырезанные из пола стойл "олуцилинд-рические фрагменты аз. ши юш. бетона с заложенным в него проводником УВЭП (рис. 3).

Форма фрагментов выбрана полу-цилкндрическол, что соответствует геометрии поля и физической карти-Рис.З.Мсдели:а) I = не распределения потенциалов при

стеканип элек.^шувского тока в ' землю. Зто позволило использовать оболочку фрагмента, выполненную из металла в качестве '/окоотводящего электрода, поскольку о"а совпадает с эквипотенциалью электрического поля.

Ток, стэкащий с модели потекциаловыравшшакщого проводника, создавался сварочным трансформатором. Значения моделирующего тока вдоль проводника УВЗН и тока, стекающего с проводника в бетон, менялись в широких пределах.

Модельной средой с однороднил элактрччоской структурой были утрамбованная земля и бетон трех различных составов по содержанию песка и цемента, пропитанный выделениями животных.

избежании ошибки гфи моделировании, вызванной ограничен-нш объемом фрагмента, радиус полуцилшдра. в; :роьался от 2,5 до 10 см к имел три фиксированных значения. Три значения выбраны из Т1 - -соображений, чтобы в случае интерполяции'и особенно при экс-

траполяции избежать ошибок за счет аппроксимации нелинейной зависимости прямой линией. Из этих же соображений выбрано три зк..чения длины фрагмента.

Так как стенки полуцилиндра не являются зоной нулевого потенциала, то между проводником IЗЗП и стенкой фрагмента подавалось корректирующее напряжение.

Результаты физического эксперимента - зависимости сопротивления растеканию тока с проводников УБЭ]; а времени отекания, полученные при шзличных условиях приведены графически на рис. 4.

с проводника .УТСЛ от времени отекания

Сделан вывод о том, что в случае наиболее вероятного опасного аварийного режима нсвая норма на сопротивлониэ растеканию тока с заземлитрля, предназначенного для пегторного заземления нулепо-го провода, деже при .члаксимаило возможной длительности короткого замшж ш сохраняет защитные функции лотенциатовыравнивт ■.<•< системы.

Вторая гадачеи исследования яал» ось устранение опасных шаговых напряжений за предолсуя кольцевых УКЩ i зоне растзконил с ш:х тока. Зксперииенталышо исследования, зыголнегтьз híwh в гатьбенл-ческой ван:*е циаиэтром 0,8 м методом физического моделирования показали, что г режку " зогскани.* на корпус шаговые напряжения могут

Рис.5.Заземлитель в форме спирали Архимеда:I-спираль;2-барабан;3-трактор;4-трос;5,6-отводы.

превышать опасные для животных значения. Эти исследования привели нас к созданию принципиально новой конструкции потен-циаловыр'' знивающего заземли--теля в ф^,ме спирали Архимеда (рис.5).

Новая конструкция УВЭП пре, -• назначена для выравнивания электрических потенциалов в зоне заземления электроустановок с большими и малыми токами замыкания на землю для обеспечения электробезопасности людей и животных от поражения напряжением прикосновения и шага за счет равномерного распределения электрических потенциалов на поверхности земли.

УВЭП л форме металлического контура (кольца является прототипом УВ^П в форме спирали Архимеда. В работе показаны ряд существенных недостатков УВЭП-кольца, которые устраняет УВЭИ-увеличивается площадь, на которой можно

спираль. Так, например, обеспечить выравнивание потенциалов вокруг электроустановки при стенании токов короткого замыкания в землю, уменьшается напряжение шага на поверхности землг в пограничной зоне за пределами УВЭП, появляется возможность контроля устройства, т.е. осуществление проверки его целостности, упрощается и удешевляется способ выполнения предлагаемого УВЭП за счет резкого сокращения земляных работ.

Спираль (рис. El описывается уравнением

S * ifíT ^ ' (I) '

гди ^ и 'Р - полярные координаты; ц - шаг спирали. При этсм^)тпх ccbiiitfuiút с радиусом потенциаловировнин емой зоны, а значения ' jara г.гглрдга могут варировать г. пределах а = I...2 н. Эксперимен-

( 2 )

талыше исследования в электролитической ванне показали, что оптимальная глубина заложения спирали ^ = 0,4...О,6 м.

От начала (центра) и от конца спирали делают отводы, которые выводят над землей. Первый из них соединяют с корпусом электроустановки. Таким образом, становится возможным обычным омметром регулярно проверять целостность спирали и соответственно актуализировать гарантии по обеспечению выравнивания электрических "потенциалов.

Цель в части уменьшения напряжения шага на поверхности земли в граничной зоне тоже достигается за счет формы заземлителя. С одной стороны продольное активное сопротивление и особенно индуктивное за счет формы, выполненной в виде спирали, обуславливают уменьшение потенциала на ее периферии. С другой сторогч возрастает потешгл г в точках за пределами спирали за счет наведения этого потенциал:.; несколькими ветвями спирали ( сп), по сравнению со значениями потенциала в тех же точках, наведенньтс кольцом ( ^ к). что видно из расчета (формулы 2 и 3) и рис. 5. Для спирали

где - удельное сопротиы ение земли;- ток элемента К^пли

ток, стекагаций с учасхка спирали АВ (здесь и далее Ь = 1,2,3; Ь^--& 2= А*^* & 2= А^З"); Ц,,.- длина уча ;тка ; - функ-

ция, хфактеризующая пропорциональность между злементарнш током, стекащим с Л & на участке элемента и потенциалом в точке М на поверхности земли. Для кольца

р

Так для точки М (рис.* 5) отстоящей на пирппе шага А и = 0,8 м от окружности кольца и внешней ветви спирали, потенциал, наведенный вследствие протекания тока по спирали, значительно больше потенциала, наведенного кольцом, что соответственно уменья.юг не иение шага (ол. потенциальные кривыи рис. 5).

Разработан такке способ зыполнег ч нового зазеылитеяя, суажсаъ кс орого заключается в следукуцек. В ц нтрэ лотешш&товнрзвкивао^еЯ зоны ставят статически закрепленный барабан радиусом Г ^ - , затем натягивают металлический трои, длина которого совначоет"с радиусом зоны. Од-ш конрц троса закрепляют стапко1;ар"о к центру б8рзб,а-на, а другой г. пере ¡ел части трактора, на котором устечавливн'-гг

плуг с ножом и катушку со стальным проводом диаметром не менее 10 мм (для оцинкованного - не менее 6 мм), что соответствует нормам 11УЭ § 1.7.72. При движении трактора нож разрезает землю и прокладывает катанку на необходимую глубину = 0,4...0,6м. При вождении трактора трос должен быть есэ время натянутым. Траектория движения трактора при этом условии совпадает со 'иралыо Архимеда.

В основу методики расчета заземляющих устройств в форме спирали Архимеда нами гчложено допущение о возможности замены I рэзков кривой спирали концентрическими окружностями (рис.6)/Это позволило использовать полные эллиптические интегралы первого рода в лежандровой форме и записать выражение для потенциала земли над заземлителем в любой наперед заданной точке Н. Напряжение шага определялось как разность потенциалов в двух таких точках, удаленных друг от друга на расстояние шага. Поскольку потенциал любой точки Н на поверхн хти земли возле кольца со стекающим с нег( гоком I представляют выражением:

1К.1С. 6. Аппроксимация фраг ментов спирали Архимеда концентрическими окружностями.

ф - Г

• 1 н 40С1 \ X

( 4 )

ма коордЕнат при Ф

где - удельное электрическое сопротивление земли; С - дайна кольца; $ -расстояние от элементарного участка кольца до точки Н, а в цилиндрической систе-

I = 2зиг, аС = ■

н

где

5

83С - радиус кол: - глуслша иалоаец.

£ С

23:

Г

сС об

Гн - расстояние от ос:; ^ кольца, то при сС = -

( 5 )

ДЛ'1 потенциала имеет ввд • ■

? р> 2 ¿¡п. '(д

6, до точки Н; '¿р ; сСоС= - 2d.fi - 1 выражение

Гп

____________.....

уу* С)

г-Ь

■I -

л К'

• У л А

( 6 )

При аппроксимации спирали концентрическими окружностями потенциал в точке Н равен сумме потенциалов, наведенных всегда "оль-цами

?„= Ч>< + Ч>2 ■"...+ УттЕ^ . (V)

ф = ( ^ ^ Тн Iй-? А-ЖР.- 3 Х-,

( я )

171 +9С1ь I а

или в цилиндрической системе координат 1 т а ,

= 1_1Ь. Г __________________

Ф = г

о __ I ?

Г? * + + гь2 - 2

га;

+ [ _________________________ ,

^ (

3£Г°2 %х У ¥ + + Гн К '"н«**' ( 9 )

1га Г

+ ------

£ С ____

- у- Г__сЬсС__;___

После приведения интеграла к эллиптическом/, получим

Ф _ л _________ Т

' = £ ______________

77^ + (од7ги)г 3 р" -"к2

где I • = --------------— - ток, стекакцни с и -го кольца;

_____

р Со и Р » ^

Кг п _ ксеЭДицаенг; Ш - число шъ-ов « • ала з

отсечке п . связывающей С"5а конца спирали

V ГПО.Х

1-а = —»-5.——у-— . * -11- >

&

■ <Ъ - шаг спрайт. Целат часть ксзффпцкйкта Пч равна числу окружностей (колец), зад' чяющпх сьираль. При этом рзд ус С -о;; окру-х-

ности равен = 1СЬ

Разработка новой конструкции УВЭП вьшолнена на уровне изобретения. Подана заявка на получение патента.

Электрозащитная эффективность разработанных средств обеспечения электробезопасности на животноводческих фермах с учетом возможных повреждений в системе зануления, как это тринято в современной теории электробезопасьости, определялась на\ь» исходя из оценки уровня электробезопасности в животноводческих помещениях при учете ав -рийных факторов, влияющих на смертельное электропоражение, причем делалась не ретроспективная оц| ка вероятности, а прогнозная.

С этой целью • на построена прогностическая модели, включающая модель повреждения лстемы зануления с учетом длительности короткого замыкания и модель ситуации, обуславливающих опасность электропоражений на животноводческих фермах при неисправностях в системе зануления. . -

Известная и широко применяемая в теории электробезопасности методика определения уровня электропоражения усовершенствована применением ее к рассматриваемой системе и введением фактора времени, характеризующего д ггельность короткого замыкания.

Прогностическая модель реализована методом статистических ис- ■ пытаний - Монте-Карло. Как известно, метод предуемг, жвает многократное использование прогностической модели, при этом изменение данных на входе модели осуществляется в соответствии со значениями случайных величин, описываемыми распределениями вероятностей входных данных. Исходные данные представлены формально через эмпирические распределения Джонсона. С помощью ЭВМ определены оценки вероятности электропоражения на фермах при неисправной системе зануления без принятия дополнительных злектрозащитных мер и с таковыми. Таким образом, сравнивая оценки вероятности электропоражения, найдена электрозащитная эффективность новых разработанных средств обеспечения электробезопасности на животноводческих фермах с учетом возможна повреждений в системе зануления.

Разработанные технические решения обеспечивают социальный эффект за счет предотвращения смертельных электропоратоний на животноводческих фермах л ■ ей и животных.

Материалы диссертационной работы переданы во Всесоюзный науч.' о-нсалодонательскил институт электрификации сельского хозяйства для кспользоьаты при разработка Государственного стандарта по эле1 г- ■ ргзощиго животных.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выборочное обследование животноводческих ферм в СССР и РБолгарии показало, что в 67$ из них защита от замыкании на корпус и на нулевой провод сети да вводе в помещение, в котором содержатся животные, не соответствует требуемой ПУЗ кратности тока ..ороткого замыкания относительно тока срабатывания защиты, причем в 28$ ток короткого аачыкания оказалсI даже ниже тока срабатывания защиты.

2. На .швотноводческих фермах, у которых защита от однофазных коротких замыканий не соответствует требованиям ПУЭ в части кратности тока, длительность замыканий на корпус ели на нуле' I провод сети исчисляется десятками минут и даже часами. Макет лъ-ная длительность короткого замыкания, зафиксированная документально среди изученных нами материалов уголовных дел, составила два с половиной часа.

3. Неотклгочаемые защитой однофазные короткие замыкания в линии, питающей ферму, а также замыкания на вводе в животноводческое помещение•или во внутренней проводке фермы, приводят к тому, что с проводников УВЭП в землю начинает стекать ток, обуславливающий высыхание бетона вблизи потенциаловыравнивалцих проводникэв и тем самым еыводит их из строя за счет изоляция слоем высохшего бетона указанных проводников от электропроводящей среды. Степень высыхания зависит от напряжения на нулевом проводе относительно зоны нулевого потенциала в момент короткого замыкания, которое в свою очередь зависит от сопротивления растекгчию нулевого провода на вводе.

4. На процесс высыхания оетона округ потекциаловыравнивяющпх проводников влияет не. только стекающий с проводника в землю ток, который проходя по окружающему проводник слою бетона нагревает и высушивает этот слой; но и ток, проходящий по самому проводнику к, следовательно, нагревающий его и также высушивающий слой '-?ока л непоср дственной близости от нагретого проводчика. В резу " .'атэ фрагменгного моделирования установлен^, что на участках, расположенных ближе я месту ввода тс;са в УВс , на процесс яысыхеикя основное влияние (до 96%) оказгааат ток, проходящий по проводнику,

а на участках, удаленных от. места ввода тока -- ток, стоказодкй в землю.

5. Дня исключения высыхания бетона, приводящего к потере устройствами выравнивания электрических потенциалов своих электрозащитных функций, необходимо при невозможности обеспечения требуемой ПУЭ кратности тока короткого замыкания снизить норму на сопротивление растеканию тока с заземлителя. предназначенного для повторного заземления нулевого провода, с S до 5 См.

6. При стенании тока с кальцевых'УВЭП, применяемых согласно отраслевому стандарту ОСТ 46 180-85 для обеспечения электробезопасности животных вблизи авто! шок с злектрообогревом, возможно появление опасных чаговых напряжений. Указанные напряжения можно снизить до бэзош ' jx значении применением ранее неизвестных УВЭП з форме спирали Архимеда.

. СПИСОК ОПШШКОВАННЫХ АВТОРОМ РАБОТ

1. Стоянов С.Т. Электротравматизм на животноводческих фермах// Тез. дога; У11 но'ч.-практич. конф. болг. аспирантов, 12-13 мая,

1989 г. - Л., I9E .

2. Стоянов С.Т. Обоснование параметров физических моделей фрагментов потенциаловыравнивающих устройств// Те; докл. XI науч. конф. бслг. аспирантов в СССР с межд. участием, 22-23 июня, 1989 г. -М., J389.

3. Стоянов С.Т. Эксплуатация электроизмерителя ЭК-0200//Механи-зация и электрификация сельского хозяйства. - 1991. - И.

4. Стоянов С.Т. Анализ причин групповых смертельных электро-порстхений животных на фермах Московской области//Тез. дскл. XII науч. конф. болг. аспирантов в СССР с мездун. участием, 14-15 июня,

1990 г.. - М., 1990.

5. Стоянов С.Т., Стоянова B.C. Электромагнитное влияние ВЛ крупных промышленных предприятий на металлоконструвдии объектов сэлъсксхоаяйстленного производства// Труды ВПЭСХ. -М., 1989.

6. Столнои С.Т. и др. Обоснование'средств электробезопасности на подсобных сел .^кохозяйстиенних объектах, испольаукщих вто-psr.vno mwpropec.vpi ггр'ХНфедгрнитии/'/Укз. докл. н-ацлсн. науч.-техн. ко:»ф. '"ичиг-тробозониокоот}» - i'U''. 28-21 мал, 190U г. - Ilt'b. - Be )-nr.. -

V. Уел[o.i(ito ддо ■¿mr.ir-u ст noispoi i-энил в трехфазных эле1 гро-ycrai:oi,Kf.x.Л-Л.Стоякоь и гр. -ik,;;c:::. ром. РЬГ.Г'ьЭ от 27.11.90. по СП. «в !■' 4?.уис/д? от 07.05.'J'J.

0. Усгрс-ислю ьцимшеапл* 'алогоркчеикку потенциалов я зоне sf-3«j;uij;rJi элактроустыюьск г. способ ого ьчиелкенш/ Стоянов С.Т., Стеяьо&а B.C.- Заяько К ИГП'ЛГЛЭ от 24.05.91. /')