CC BY
107
УДК 636.084.75
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ГРУППОВОЙ АВТОПОИЛКИ С ТЕРМОСИФОННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОДЫ
© 2015 г. И.В. Орищенко, Е.А. Таран
Самый высокий процент электротравматизма приходится на отрасль животноводства в сельском хозяйстве. Удельный вес электротравматизма приходится на персонал животноводческих ферм, обслуживающих групповые автопоилки с электроподогревом, а также животных при их поении.
Целью работы является электробезопасность групповой автопоилки с термосифонной циркуляцией воды для крупного рогатого скота.
Рассмотрена конструкция групповой автопоилки для крупного рогатого скота, с термосифонной циркуляцией воды, которая имеет конструкцию с заглубленным нагревательным элементом.
Для безопасной эксплуатации групповой автопоилки с электрическим подогревом воды необходимо обеспечить электрическую связь металлических конструктивных частей корпуса с нулевым защитным проводником и с устройством выравнивания потенциалов.
Предлагается выполнить выравнивание потенциалов в виде кольцевого заземлителя, заложенного на глубину 0,44 r, но не менее 0,5 м, с диаметром проводника 10 мм, выполненного из оцинкованной стали или 8 мм - из меди. В качестве защитной аппаратуры рекомендуется устанавливать дифференциальный автомат (дифавтомат), который сочетает в себе функции автоматического выключателя и УЗО.
Таким образом, установлено экспериментально, что предложенная конструкция электробезопасности групповой автопоилки с термосифонной циркуляцией воды является средством защиты человека и животного от поражения электрическим током. Кроме того, установленный дифференциальный автомат осуществляет защиту от возгорания и пожаров, возникающих вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования, при нарушении нулевого уровня изоляции, прямом прикосновении к одной из токоведущих частей или при обрыве защитных проводников.
Ключевые слова: групповая автопоилка, электробезопасность, термосифонная циркуляция, потенциаловыравнивающий проводник, кольцевой заземлитель, электроэнергия, температура, ток утечки, дифференциальный автомат, УЗО.
The largest electric injury occurs in agriculture, namely farming. The share is accounted for electro-personnel livestock farms serving group electrically automatic drinkers, as well as animals at their drinking.
The purpose of the work is to provide electrical safety to group electrically automatic drinkers with natural water circulation for cattle.
There is considered the group electrically automatic drinkers for cattle, with thermosiphon water circulation, which has a structure with recessed heating element.
For safe operation of the group electrically automatic drinkers with electric water heating it is necessary to provide the electrical connection of metal structural body parts with a protective conductor and potential equalization device.
It is proposed to align the potential in the ring form earth electrode that is embedded to a depth of 0.44 m, but not less than 0.5 m, with a diameter of 10 mm wire that is made of galvanized steel or 8 mm of copper. As the protective equipment it is recommended to install a differential circuit breaker, which combines the functions of a circuit breaker and the residual current device.
Thus, it was found experimentally that the proposed design of group electrically automatic drinkers with natural water circulation is device of protecting humans and animals against electric shock. In addition, it sets the differential circuit breaker against fire and fire arising from possible damage to insulation, wiring and electrical faults, violation of the zero insulation level, direct contact to one of the current carrying parts or protective conductors breakage.
Key words: group electrically automatic drinkers, electrical, natural water circulation, the potential equalizing conductor, earth electrode ring, electricity, temperature, leakage current, differential circuit breaker, the residual current device.
Введение. В России из общего числа регистрируемых электротравм на долю электротравматизма среди населения приходится от 30 до 70% и тенденция к их снижению пока не наблюдается.
Учитывая отсутствие
упорядоченной статистической
информации об электротравматизме в России, на круговой диаграмме (рисунок 1) приведены сведения, полученные в
результате обобщения статистического материала для различных регионов. Согласно статистическим данным, за исключением травматизма в быту, наибольший электротравматизм имеет место в сельском хозяйстве, а именно в
животноводстве. Удельный вес
электротравматизма приходится на персонал животноводческих ферм, обслуживающих групповые автопоилки с электроподогревом, а также животных при их поении.
Рисунок 1 - Диаграмма распределения электротравматизма по отраслям
Целью представленной работы является обоснование повышения защиты животных и обслуживающего персонала на животноводческой ферме от поражения электрическим током на примере групповой автопоилки с термосифонной циркуляцией воды.
Описание установки и ее работы. Для безопасной эксплуатации групповой автопоилки с электрическим подогревом воды необходимо обеспечить
электрическую связь металлических конструктивных частей корпуса с нулевым защитным проводником и с устройством выравнивания потенциалов [1, 2].
Для обеспечения
электробезопасности по общепринятым рекомендациям на выгульных дворах групповую автопоилку устанавливают на
бетонную площадку для поения животных. В бетон закладывается металлическая сетка из арматуры диаметром 8 мм с ячейкой 150^150 мм. Эта сетка необходима для выравнивания потенциалов.
В связи с тем, что усовершенствованная групповая
автопоилка с термосифонной циркуляцией воды имеет конструкцию с заглубленным нагревательным элементом, предлагаем выполнить выравнивание потенциалов в виде кольцевого заземлителя, заложенного на глубину 0,44г (г - радиус кольцевого заземлителя, равный 1,5-
2 м), но не менее 0,5 м, с диаметром проводника 10 мм, выполненного из оцинкованной стали или 8 мм - из меди (рисунок 2) [3].
1 - корпус групповой автопоилки; 2 - нагревательный элемент; 3 - кольцевой заземлитель; 4 - потенциаловыравнивающий проводник Рисунок 2 - Кольцевой заземлитель усовершенствованной групповой автопоилки для КРС
При одной и той же длине провода сопротивление кольцевого заземлителя всегда больше, чем сопротивление вытянутого заземлителя (уложенного по прямой линии), и разница тем больше, чем меньше диаметр.
Сопротивление кольцевого
проволочного заземлителя, помещенного в грунт на глубину к м, может быть приближенно определено по формуле [4, 5]:
где
Р О
И
а к
удельное сопротивление грунта, Омм; диаметр кольцевого заземлителя, м; глубина закопки заземлителя, м; диаметр проводника, м;
коэффициент промерзания грунта, учитывающий сезонные колебания температуры грунта.
Потенциаловыравнивающий проводник должен быть соединен сваркой с металлическими частями автопоилки не менее чем в двух точках.
В качестве защитной аппаратуры рекомендуем устанавливать
дифференциальный автомат (дифавтомат), который сочетает в себе функции автоматического выключателя и УЗО [6].
Основной защитной функцией устройства защитного отключения является защита цепи от утечки тока.
Защита осуществляется обесточиванием цепи при возникновении утечки. Крайне важна скорость реакции дифавтомата на утечку, то есть время срабатывания при возникновении аварийной ситуации. Максимальное время срабатывания нормируется от
0,3 секунды. Высококачественными можно считать дифавтомат со временем срабатывания меньше или равным 0,1 секунды.
Главный критерий выбора
дифавтомата - надежность. Параметр выбора дифавтомата - величина номинального дифференциального тока или тока утечки (1§), при котором происходит отключение прибора. Стандартные значения - 10, 30, 100, 300, 500 мА. Из них только дифавтоматы с напряжением 10 мА не приводят к смертельному исходу даже при продолжительном воздействии тока на животное [7, 8].
Согласно этому принимаем дифавтомат с напряжением 10 мА. Номинальный ток срабатывания дифавтомата на 10 мА составляет 10 мА. При номинальном токе срабатывания, равном 10 мА дифавтомата, устройство не должно сработать при токе утечки, равном 5 мА, а при превышении тока утечки в 10
мА - должно точно сработать. Скорость срабатывания будет зависеть от превышения тока утечки над номиналом дифавтомата. Так, при пятикратном превышении номинала тока утечки, скорость отключения повышается в 2,5 раз относительно скорости при номинальном токе.
Применение дифавтомата 10 мА определяется исходя из малого номинального тока утечки, позволяющего защитить от поражения электрическим током. То есть 10 мА - это безопасный для жизни (при напряжении 220 В) ток [9, 10].
При подключении дифавтомата 10 мА необходимо точно соблюдать инструкцию по подключению и следовать схеме (проекту) электроустановки (рисунок 3).
РЕ - защитный проводник; N - рабочий нулевой проводник;
- фазный провод; ТА - трансформатор тока; КА - реле тока; УАТ - электромагнит; 1Р - рабочий ток; 1У - ток утечки
Рисунок 3 - Схема срабатывания дифавтомата
Дифавтоматы являются
дополнительным средством защиты человека и животного от поражения электрическим током. Кроме того, они осуществляют защиту от возгораний, возникающих вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования: при нарушении нулевого уровня изоляции, при прямом прикосновении к одной из
токоведущих частей или при обрыве защитных проводников [3].
Вывод. Безопасная эксплуатация групповой автопоилки с термосифонной циркуляцией воды, в конструкцию которой встроен заглубленный нагревательный элемент, повышается при организации выравнивания потенциалов в виде кольцевого заземлителя.
Литература
References
1. Поцелуев, А.А. Водоснабжение объектов сельскохозяйственного назначения: учебное пособие / А.А. Поцелуев. -Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2005. - 306 с.
2. Орищенко, И.В. Классификация систем автопоения / И.В. Орищенко // Технологии и средства повышения надежности машин в АПК: сборник научных трудов. - Вып. 7. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2011. - С. 65-68.
3. Таран, Е.А. Регрессионная модель зависимости скорости гравитационной циркуляции воды в групповой автоматической поилке / Е.А. Таран, И.В. Орищенко
// Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве. - ФГБОУ ВПО АЧГАА. -Зерноград, 2012. - С. 217-221.
4. Таран, Е.А. Математическая модель групповой автопоилки по обоснованию безопасного обслуживания животных
/ Е.А. Таран, И.В. Орищенко// Вестник аграрной науки Дона. - 2014. - № 1(25).
5. Таран, Е.А. Параметры, влияющие на процесс нагрева воды в групповой автопоилке / Е.А. Таран, И.В. Орищенко // Вестник аграрной науки Дона. - 2013. -№ 4(24).
6. Таран, Е.А. Опасные и вредные факторы при обслуживании средств автопоения для крупного и мелкого рогатого скота / Е.А. Таран, И.В. Орищенко // Безопасность и экология технологических процессов и производств.
- п. Персиановский, 2010. - С. 91-94.
7. Bordet, M.A. Abreuvoirautomatigue.
- Brevet D'invention № 1, 240, 462. - 1960.
8. Экологическое агропроизводство (животноводство, строительство, овцеводство). Российско-Германский ежегодник «Земледеятель». - Москва: НПО «Профиздат», 1997. - 339 с.
9. Martin, M.N. Устройство для поения крупного рогатого скота и свиней // Патент США № 3745977. - 1971.
10. Spenser, T.H.N. Поилка // Патент Великобритания. - № 1. 349.205. - 1964.
1. Poceluev A.A. Vodosnabzhenie ob#ektov sel'skohozjajstvennogo naznache-nija: uchebnoe posobie[Water supply of agricultural purpose objects: a training manual], Zernograd, FGOU VPO AChGAA, 2005,
306 p.
2. Orishhenko I.V. Klassifikacija sistem avtopoenija [Classification of automatic drinkers systems], Tehnologii i sredstva po-vyshenija nadezhnosti mashin v APK, sbornik nauchnyh trudov, Vyp.7, Zernograd, FGBOU VPO AChGAA, 2011, pp.65-68.
3. Taran E.A., Orishhenko I.V. Regressionnaja model' zavisimosti skorosti gravitacionnoj cirkuljacii vody v gruppovoj avtomaticheskoj poilke [The regression model of gravitational water circulation rate dependence in group automatic drinkers], Vysokojeffektivnye tehnologii i tehnicheskie sredstva v sel'skom hozjajstve, FGBOU VPO AChGAA, Zernograd, 2012, pp. 217-221.
4. Taran E.A., Orishhenko I.V. Matematicheskaja model' gruppovoj avtopoilki po obosnovaniju bezopasnogo obsluzhivanija zhivotnyh [Mathematical model of group automatic drinkers on analysis safety animals service], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2014, No 1(25), pp. 14-18.
5. Taran E.A., OrishhenkoI.V. Parametry, vlijajushhie na process nagreva vody v gruppovoj avtopoilke [Parameters affecting the heating process of the water in the group automatic drinkers], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2013, No 4 (24), pp. 18-22.
6. Taran E.A., Orishhenko I.V. Opasnye i vrednye faktory pri obsluzhivanii sredstv avtopoenija dlja krupnogo i melkogo rogatogo skota [Dangerous and harmful factors in the group automatic drinkers means maintenance for large and small cattle], Bezopasnost' i jekologija tehnologicheskih processov i proizvodstv, p. Persianovskij, 2010, pp. 9194.
7. Bordet M.A. Abreuvoirautomatigue, Brevet D'invention №1, 240, 462. - 1960.
8. Jekologicheskoe agroproizvodstvo (zhivotnovodstvo, stroitel'stvo, ovcevodstvo) [Ecological agricultural production (livestock,
construction, sheep)], Rossijsko-Germanskij ezhegodnik «Zemledejatel'», Moskva, NPO Profizdat, 1997, 339 р.
9. Martin M.N. Ustrojstvo dlja poenija krupnogo rogatogo skota i svinej [A device
for cattle and pigs drinking system], Patent SShA No 3745977, 1971.
10. Spenser T.H.N. Poilka (Drinker) Patent Velikobritanija No1, 349.205, 1964.
Сведения об авторах
Орищенко Ирина Викторовна - канд. техн. наук, ассистент кафедры техносферной безопасности и физики, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: 8-908-178-70-37, 8-909-442-02-66. E-mail: OrishenkoIrina@mail.ru.
Таран Елена Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры техносферной безопасности и физики, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: 8-918-525-97-96. E-mail: yandex@rutarantea.
Information about authors
Orischenko Irina Viktorovna - Candidate of Technical Science, assistant of Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute FSBEI HPE "Don State Agrarian University" in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-908-178-70-37, 8-909-442-02-66. E-mail: OrishenkoIrina@mail.ru.
Taran Elena Alexandrovna - Candidate of Technical Science, associate professor of Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute FSBEI HPE "Don State Agrarian University" in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-918-525-97-96. E-mail: yandex @ rutarantea.
