CC BY
15
УДК 631.223.2:628.8/9+631.3.004.5:636.2
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА В МОЛОЧНОМ ЖИВОТНОВОДСТВЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МИКРОКЛИМАТА И УРОВНЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
Н.Н. Новиков, кандидат технических наук, зав. отделом Всероссийский НИИ механизации животноводства E-mail: [email protected]
А.В. Филиппов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрены проблемы организации оперативного реагирования служб технического сервиса на запросы производства молочных ферм на примерах обеспечения качественного функционирования систем микроклимата и электроустановок с заданным уровнем электробезопасности. Предлагается дистанционный непрерывный контроль параметров процессов, компьютерный анализ их состояния для выявления потребности в профилактических и ремонтных работах. С целью повышения качества микроклимата предлагается тепловизорный контроль температурных полей в помещениях, позволяющий комплексно учитывать температуру тела животного, воздушной среды, стен коровника, его инженерного оборудования. Компьютерный анализ полученных температурных полей выявит зоны интенсивного поступления наружного воздуха, водяных паров, участков аномальной подвижности воздуха и повышенной концентрации вредных веществ. Текущее регулирование параметров микроклимата в коровниках целесообразно осуществлять с использованием обнаруженных опытным путем в живой природе локальных повышений интенсивности испарения влаги с поверхности на некоторых интервалах изменения подвижности воздуха над ней. Для повышения электробезопасности электрооборудования молочных ферм следует вести непрерывный мониторинг токов утечки, напряжения на токоведущих частях электрооборудования, напряжений фаз и нулевой точки относительно земли, токов нулевой последовательности.
Ключевые слова: технический сервис, микроклимат, электробезопасность, тепловизоры.
Введение. Уровни производственно-технического обслуживания ферм и качество содержания животных значительно влияют на эффективность молочного животноводства. По этой причине важно иметь уточненные номенклатуру и численные значения основных параметров, определяющих уровни обслуживания ферм, комфортные для животных и обслуживающего персонала условия производства молока.
На молочных фермах выполняются процессы приготовления и раздачи кормов, доение, уборка навоза, поддержание микроклимата и др. Современное производство товарного молока, как правило, высокомеханизированное и автоматизированное и поэтому насыщено различной техникой: кормораздатчиками, доильными установками, обору-
дованием первичной обработки молока, вен-тиляционно-отопительным оборудованием, водонагревателями, автопоилками, скреперами, транспортерами уборки навоза, весами, щетками-чесалками, ушными бирками со считывателями и пр. В данной статье более детально рассмотрим процессы создания нормативного микроклимата и обеспечения требуемого уровня электробезопасности, а также методов их контроля и анализа.
Методология и результаты исследований. Параметры микроклимата в коровниках зависят от многих факторов, задаются нормативами и рекомендациями [1], включают такие показатели воздуха в помещениях, как температура, влажность, загазованность, подвижность. Эти показатели оказывают сложное взаимозависимое влияние на животных,
обслуживающий персонал, строительные конструкции, причем характер этих зависимостей изменяется под воздействием ряда факторов: погодные условия, время года, наличие кормов и т.д. Рекомендуемые параметры микроклимата, содержащиеся в [1], применяются, в основном, при проектировании коровников. В процессе текущего управления микроклиматом животноводческих помещений происходят существенные отклонения от норм [1]. И такое положение достаточно обосновано. Так, в зависимости от способа и технологии содержания животных температуру воздуха в коровниках в холодный период года рекомендуется поддержи-
о
вать на уровне 3...10 С. Однако в ряде случаев эта норма на фермах не выдерживается.
Рекомендуемые [1] значения относительной влажности воздуха в коровнике и помещениях для молодняка ориентируют сервисные службы на конкретные значения относительной влажности воздуха 75.. .85%.
Известно, что влажность воздуха в помещениях является переменной величиной, зависящей от многих факторов: времени года, влажности наружного воздуха, технологии содержания животных, исправности дренажных систем и др. Влажность воздуха можно рассматривать как вероятностную величину, характеризуемую средним значением за некоторый заданный промежуток времени и среднеквадратическим отклонением за тот же промежуток времени.
Рекомендуемый метод оценки влажности воздуха в помещении (при непрерывном контроле) даст практическую возможность установить причины изменения влажности воздуха в помещении фермы. Например, в контролируемый промежуток времени был ливневый дождь, по этой причине возможно смещение среднего значения влажности в сторону роста.
При изменениях среднеквадратических отклонений и стабильных значениях среднего значения влажности возможны различные варианты причин. Например, влага непрерывно фильтруется из почвы в помещение фермы ввиду старения бетонного пола (выщелачивания и растрескивания), нарушения
герметичности навозных приямков, нарушения работоспособности дренажной системы и т.д. Среднеквадратические оценки параметров внутренней температуры, влажности и скорости движения воздуха в помещении особенно важны при рассмотрении их связи с наружной температурой для снятия влияния знака наружной температуры при количественной оценке взаимной корреляции контролируемых параметров. Рекомендуемое нижнее значение относительной влажности воздуха в коровнике составляет 40% [1], такое значение можно принять в качестве нижнего значения нормы при разработке системы контроля влажности.
Верхнюю границу значения относительной влажности можно принять с учетом скорости химических реакций соединения газов (аммиака, сероводорода, углекислого газа) с влагой, содержащейся в воздухе помещения, а также условий естественной вентиляции в коровнике при различных значениях влажности внутреннего воздуха и, следовательно, его плотности вязкости и температуры.
Предварительный анализ перечисленных факторов позволяет предложить предельно-допустимую границу верхнего значения влажности в помещении коровника 80%.
Однако все приведенные выше численные значения температурно-влажностного режима требуют уточнения путем определения реакции организма животного на параметры окружающей среды и характеристик воздействия окружающей среды в помещении на организм животных.
Воздухообмен в холодное время года в коровниках устанавливают на минимальном уровне (15-18 м3/ч на ц живой массы [1]) из условия, чтобы подвижность воздуха в зоне животных не превышала 0,5 м/с. Испарение влаги при этом с поверхности животного незначительное и, следовательно, охлаждение тела из-за этого минимально. В этом случае важно также минимизировать приток холодного воздуха извне путем герметизации оконных, дверных и технологических проемов. Интенсивное испарение влаги с поверхности тела животного, особенно в зимний период, вызывает переохлаждение его орга-
низма. В этом случае часть энергии кормов расходуется не на рост мышечной ткани и функционирование молочных желез, а переводится организмом животного в тепловую энергию, поддерживающую жизнедеятельность [2]. Таким образом, энергия корма через поверхность кожи животного, при интенсивном испарении влаги с его тела, уходит в окружающую среду. Кроме того, влага, содержащаяся в подвижном воздухе коровника, более активно растворяет газы (аммиак, углекислый газ, сероводород), являющиеся результатом жизнедеятельности животных.
Растворенные во влаге воздуха газы образуют неустойчивые химические соединения в виде кислот и солей, которые оседают на коже и шерстяном покрове животных, и при испарении влаги повышается концентрация химических соединений, осевших на теле животного [2].
В теплый и жаркий период времени скорости воздушных потоков желательно увеличивать от 0,5 до 1,03 м/с, что способствует наиболее интенсивному испарению влаги с полов и стен помещения, а также с тела животного. В работе [3] показано, что в интервале скоростей 0,98-1,03 ^ воздух обладает наиболее эффективным высушивающим свойством, с повышением подвижности воздуха время удаления влаги с осушаемой поверхности не изменяется, с понижением подвижности воздуха до 0,75 м/с скорость испарения влаги понижается почти в 2 раза.
Для технических систем характерна монотонная плавная зависимость интенсивности испарения влаги с поверхности от скорости движения воздуха над ней. В живой природе опытным путем обнаружены некоторые отклонения от упомянутой зависимости в виде повышения интенсивности испарения влаги на некоторых интервалах изменения подвижности воздуха над поверхностью [3].
Эта особенность позволяет предложить регулируемый по скорости движения воздуха режим проветривания животноводческих помещений. Техническая реализация этой идеи возможна с помощью вентиляторов высокой производительности VC 130 MultiFan, BIG-ASS-FAN и т.п. [4]. В технологическом
плане важно определить область комфортного содержания животных при одновременном изменении параметров микроклимата помещения: влажности, подвижности воздуха и его температуры [5].
Поставленная задача может быть решена с помощью тепловидения (термографии). Применение тепловизоров позволит получить характерную картину ИК-излучения тела животного, воздушной среды и стен здания, инженерного оборудования коровника, зон поступления наружного воздуха и т.д.
Картину тепловизора можно передать для компьютерного анализа, для контроля условий содержания животных на ферме и принятия соответствующих решений по улучшению производственно-технологического сервиса фермы. Применение термографии в животноводстве требует основательных исследований в области физиологии животных и, в частности, зависимости длины волн, интенсивности ИК-излучения тела от воздействия окружающей среды, состояния организма животного.
Другое направление работ по улучшению условий содержания животных можно реализовать с помощью известных методов телеизмерений и телесигнализации (системы ТИ-ТС). Для разработки системы ТИ-ТС в животноводстве важно определить номенклатуру и уставки параметров, влияющих на условия содержания животных, также координаты помещения, в которых наиболее информативно проявляют себя параметры, характеризующие микроклимат конкретного помещения.
Необходимо также подобрать и разработать соответствующие технические и программные средства опроса, передачи, обработки и отображения технологической информации о состоянии микроклимата с помощью ЭВМ. При этом формат 3D является наиболее предпочтительной формой представления состояния микроклимата в коровнике в конкретный промежуток времени. Температурно-влажностный режим среды, окружающей многочисленные электроустановки коровников, аппаратуру управления, провода и кабели, расположенные как от-
крыто, так и внутри помещений, влияет на величину сопротивления изоляции электрооборудования, особенно при многократных колебаниях температуры воздуха относительно точки росы, в т.ч. при переходе температуры через 0°С.
Разрушение изоляции электроустановок и токоведущих элементов электрооборудования может привести к появлению на технологическом оборудовании электрического потенциала, опасного для людей и животных [6]. Для защиты обслуживающего персонала и животных от поражения токами утечки применяют устройства защитного отключения (УЗО), которые характеризуются различной чувствительностью от 5,0 до 1000 мА и быстродействием от 2 до 200 мс.
Однако УЗО не нашли широкого применения на фермах по причине ложных срабатываний, свойственных быстрым реакциям на события, относящиеся к числу перемежающихся отказов техники. Так, незначительная часть влаги, появляющаяся между токо-ведущей, изолированной и заземленной (за-нуленной) частями электроустановки может испариться под воздействием токов утечки, однако УЗО отреагирует на факт утечки тока и отключит электроустановку, что прервет технологический процесс на ферме.
Диагностика электрооборудования в данном случае не установит причину отключения электрооборудования, что и ведет в большинстве случаев к отказу в применении УЗО. Вместе с тем, необходимо контролировать токи утечки в электрооборудовании ферм с целью своевременного устранения возможных пробоев изоляции в токоведущих частях электроустановок.
Система безопасности при использовании электрооборудования ферм должна включать также контроль напряжения на нетоковеду-щих частях электротехнического технологического оборудования. Последнее может получить электрический потенциал с источников, находящихся вне помещения фермы, например, при обрыве фазного провода воздушной линии электроснабжения, проходящей вблизи фермы. Кроме того, необходимо контролировать качество изоляции токове-
дущих частей относительно земли или нулевого проводника. Структурная схема контроля состояния электроустановки должна предусматривать измерение следующих параметров: напряжения на деталях технологического и изолированного электротехнического оборудования; токов утечки на землю; напряжения фазы относительно земли; напряжения нулевой последовательности; токов нулевой последовательности.
Измеренные величины целесообразно передавать в память компьютера и по соответствующим прикладным программам проводить анализ информации с целью выполнения своевременного технического сервиса.
Контроль токов нулевой последовательности необходим для оценки уровня несимметричности режимов питания электроустановки и сигнализации при неполнофазных режимах. Значительная несимметрия напряжения в сети не только ухудшает работу электроприводов, но и отрицательно влияет на работу аппаратов управления, контакторов, пускателей, реле и др., у которых при падении напряжения ниже нормативных значений ослабевает магнитный поток и, следовательно, снижается нормальное механическое давление в контактной системе, что приводит к ускоренному износу электрических контактов. Влажный воздух и растворенные в нем газы ухудшают режимы коммутации пусковой аппаратуры по причине изменения ампер-секундных характеристик при разрыве и соединении электрических контактов в агрессивной среде. По этой причине важно учитывать условия работы электрооборудования при выборе верхней нормы влажности в помещении коровника.
Выводы.
1. Эффективность производственно-технического сервиса в животноводстве во многом определяет наличие в системе объективного контроля важнейших параметров: температуры воздуха в помещениях, его влажности, подвижности, наличия во влаге воздуха растворенных газов, кислот, солей. Это позволит определить виды и объемы работ по улучшению условий содержания животных и труда обслуживающего персонала.
2. При эксплуатации электрооборудования ферм требуется непрерывный контроль параметров, характеризующих качество изоляции токоведущих частей электроустановок и потребляемой электроэнергии. Такой контроль электрических параметров в животноводстве можно осуществить способами дистанционного ТИ-ТС, что позволит при электрификации животноводства применять систему обслуживания и ремонта по текущему состоянию контролируемых параметров.
3. Необходимо разработать рекомендации для применения на молочных фермах венти-ляторов-турбулизаторов высокой производительности для работы в теплый период года совместно с естественной вентиляцией. При этом производительность вентилятора по воздуху должна быть регулируемой с целью создания воздушных потоков, способствующих наиболее комфортным условиям содержания животных.
4. Предстоит начать исследования по применению тепловизоров для анализа тепловых полей животноводческих помещений и животных, чтобы оперативно воздействовать средствами обеспечения микроклимата на аномальные области, предотвращая перегрев и переохлаждение животных, а также снижая энергозатраты и повышая продуктивность.
Литература:
1. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов КРС. М., 2011.
2. Гигиена сельскохозяйственных животных / А.Ф. Кузнецов и др. М.: Агропромиздат, 1991. Ч.1. 399 с.
3. Сергеев А.С., Кусков А.И. Выбор оптимального режима удаления свободной влаги с семян риса // Сб. науч. тр. МИИСП. 1975. Т. 12, ч.1. С. 62-64.
4. Новиков Н.Н. Ресурсосберегающие технологии и инновационная техника для обеспечения микроклимата в свиноводстве // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №3.
5. Филиппов А.В. Применение метода аналогий при решении задач улучшения условий эксплуатации в животноводстве // Вестник ВИЭСХ. 2013. Вып. 4(13).
6. Проектирование комплексной электрификации / Л.Г. Прищеп и др. М.: Колос, 1983. 272 с.
7. Скоркин В.К., Иванов Ю.А. Интенсификация производства продукции молочного скотоводства. Подольск, 2011.
Literatura:
1. Metodicheskie rekomendacii po tehnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov KRS. M., 2011.
2. Gigiena selskohozyaystvennyh zhivotnyh / A.F. Kuz-necov i dr. M.: Agro-promizdat, 1991. Ch.1. 399 s.
3. Sergeev A.S., Kuskov A.I. Vybor optimalnogo re-zhima udaleniya svobodnoy vlagi s semyan risa // Sb. nauch. tr. MIISP. 1975. T. 12, ch.1. S. 62-64.
4. Novikov N.N. Resursosberegayuschie tehnologii i inno-vacionnaya tehnika dlya obespecheniya mikrokli-mata v svinovodstve // Vestnik VNIIMZH. 2012. №3.
5. Filippov A.V. Primenenie metoda analogiy pri reshenii zadach uluchsheniya usloviy ekspluatacii v zhivotnovod-stve // Vestnik VIESH. 2013. Vyp. 4(13).
6. Proektirovanie kompleksnoy elektrifikacii / L.G. Pri-schep i dr. M.: Kolos, 1983. 272 s.
7. Skorkin V.K., Ivanov Y.A. Intensifikaciya proizvodstva produkcii molochnogo skotovodstva. Podol'sk, 2011.
IMPROVEMENT INDUSTRIAL AND TECHNICAL SERVICE IN DAIRY CATTLE TO IMPROVE THE QUALITY OF THE MICROCLIMATE AND LEVEL ELECTRICAL N.N. Novikov, Ph.D., Head. department All-Russian Research Institute of Mechanization of livestock A.V. Filippov, Ph.D., Art. research associate All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture
Abstract. The problems of technical service rapid response organization for dairy farms productive requests are shown in the examples of ensure high-quality operation of microclimate systems and electrical installations with their given electrical safety level. They are proposed the remote continuous monitoring of the process' parameters, their condition computer analysis to identify the needs for maintenance and repair works. To improve the microclimate quality is proposed the thermal control of the temperature fields in the rooms, is allowing to take into account the animal body temperature, air, the cow barn walls, its engineering equipment. The computer analysis of the obtained temperature fields will identify the zones of intensive external air flows, water vapor, anomalous air mobility areas and elevated concentrations of harmful substances. Current microclimate parameters' regulation in cow barns it is advisable to implement with experimentally detected in the wildness using the local peaks of intensive moisture evaporation from the surface of some changing air movement's intervals over it. To improve the electrical safety of dairy farms' electrical equipment it should be done the electrical current continuous monitoring, of the electric voltage of carrying parts of electrical equipment, voltage of the phases and zero point relative to the earth, zero-sequence currents. Keywords: technical service, microclimate, electrical safety, thermal imagers.
