Электроснабжение ферм и комплексов.

Понятие о системе автоматического управления технологическим процессом

Автоматизация трудоемких процессов в животноводстве значительно или полностью сокращает затраты ручного труда на получение какого-либо вида продукции, обеспечивая при этом хорошее качество выполняемых работ и работу механизмов в оптимальных эксплуатационных режимах.

Автоматизация может быть частичной и полной. В первом случае приборы выполняют лишь часть необходимых операций, облегчая работу оператора, во втором — они полностью заменяют его.

Полная автоматизация производственных процессов имеет следующие особенности. Приборы автоматического управления технологическими процессами должны своевременно пускать установки или машины в ход, останавливать, изменять скорость и направление ее движения, если этого требует характер работы. Чтобы освободить оператора от этих операций, применяют устройства автоматического управления.

В процессе работы установки часто бывает необходимо поддерживать заданный технологический режим. Оператор воздействует на регулирующие органы и по показаниям приборов управляет машиной. При отсутствии оператора режим работы должен поддерживаться автоматически. Отсюда вытекает необходимость в автоматическом регулировании производственного процесса.

При автоматизации процессов возникает необходимость в устройствах, способных самостоятельно устранять возможные повреждения, то есть в средствах автоматической защиты.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) на животноводческих комплексах выполняет до 80% всех возникающих задач управления оперативного планирования. Большинство АСУТП животноводческих комплексов имеют двухступенчатую структуру. На первой ступени располагают автоматические защиты технологического и электрического оборудования; регуляторы отдельных технологических параметров; устройства для централизованного управления и оптимизации технологических операций. На второй ступени располагают службы диспетчерского управления комплексом и автоматизированные информационные системы, связанные с районными вычислительными центрами. Информация, циркулирующая на второй ступени, обеспечивает оптимизацию технологических процессов на комплексе в целом. При этом на основании многолетних статистических сведений оптимизируют структуру технологических процессов, а по текущим данным — режимы их функционирования.

Любой технологический процесс характеризуется физическими величинами, называемыми показателями процесса. Чтобы процесс протекал правильно, то есть в заданном режиме, на его показатели накладывают определенные условия, которые должны выполняться. Эти условия по своему содержанию могут быть различными.

Для одних процессов показатели должны быть неизменными (например, на электростанциях частота переменного тока должна поддерживаться постоянной, равной 50 Гц), для других допускается изменение показателей в заданных пределах (например, температура и относительная влажность воздуха в животноводческих помещениях), для третьих показатели должны изменяться по определенному заданному закону (так, изменение освещенности в птичниках при создании искусственных сумерек и рассвета обязательно должно соответствовать закону изменения естественной освещенности) и, наконец, для четвертых закон изменения показателей определяется внешними условиями, оказывающими свое влияние на их значение и характер.

Внедрение АСУТП показывает, что по мере совершенствования технологии машин и поточных линий будет все более четко вырисовываться тенденция к централизации управления технологическими процессами, к сокращению ступенчатости ее структуры. В современных комплексах планируется широкое применение управляющих ЭВМ, перевод на машинные методы обработки всей зоотехнической, ветеринарной, инженерной и экономической информации.

Понятие о потребителях электрической энергии

Требование к надежности электроснабжения со стороны отдельных потребителей зависит от уровня электрификации производственных процессов и быта. Отдельные потребители в разное время предъявляют различные требования к надежности электроснабжения.

Так, например, потребитель, включающийся лишь в определенные часы суток, в другое время не предъявляет особых требований к надежности электроснабжения. Наоборот, у потребителя, работающего круглосуточно или автоматически включающегося в любое время суток, требования к надежности остаются все время одинаковыми.

Учитывая исключительно важное значение фактора надежности при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения сельскохозяйственных объектов, потребителей делят на три категории.

К потребителям первой категории относятся фермы и комплексы по производству молока на 800 коров и более; по выращиванию и откорму свиней на 12 тыс. голов и более, молодняка крупного рогатого скота на 10 тыс. гол. и более; открытые площадки по откорму молодняка крупного рогатого скота на 20 тыс. скотомест и более, по откорму коров мясных пород на 600 гол. и более; племенные хозяйства и хозяйства по выращиванию ремонтного молодняка кур на 25 тыс. гол. и более, гусей, уток и индюшек на 10 тыс. гол. и более, кур-несушек на 100 тыс. гол. и более; мясных цыплят на 1 млн гол. и более. Данная категория включает объекты, нарушение электроснабжения которых на 0,5 ч влечет за собой значительный материальный ущерб вследствие массовой порчи продукции и серьезные нарушения технологического процесса.

К потребителям первой категории относятся также электроприемники особо важных объектов несельскохозяйственного назначения, расположенные в сельской местности (пункты неотложной помощи, родильные дома, операционные отделения больниц и т.д.).

Эти потребители кроме основного источника питания должны обеспечиваться резервным электроснабжением. Резервные источники электроснабжения наиболее ответственных потребителей первой категори (по спискам, утвержденным республиканскими органами сельского хозяйства) должны вводиться в действие автоматически. При неавтоматическом вводе в действие резервное питание должно быть обеспечено не позднее чем через 30 мин после отключения основного источника электроснабжения.

К потребителям второй категории относятся электроприемники, перерывы в электроснабжении которых свыше 3,5 ч приводят к нарушению производственных процессов, снижению выхода сельскохозяйственной продукции и ее частичной порче. Это электрифицированные доильные установки и установки первичной обработки молока, электроприемники линий по откорму свиней и крупного рогатого скота, животноводческие и птицеводческие фермы колхозов и совхозов, кормоприготовительные цехи и заводы по электромеханизированному приготовлению и раздаче кормов, водоснабжение для нужд животноводства и птицеводства.

К потребителям третьей категории относятся потребители, не относящиеся к первой и второй категориям.

Для потребителей третьей категории допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но оно не должно превышать одних суток.

Резервные электростанции для электроснабжения потребителей первой категории

Для ряда сельскохозяйственных производственных предприятий значения удельного ущерба от перерывов в электроснабжении относительно высоки. Эффективное средство повышения надежности электроснабжения таких объектов — установка резервных электростанций. Целесообразность установки резервной электростанции определяют сопоставлением ожидаемого ущерба от недоотпуска электроэнергии и затрат на резервирование.

Резервные электростанции экономически целесообразно применять, если удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии равен или больше удельных приведенных затрат на электроэнергию, вырабатываемую резервной электростанцией.

В качестве резервных электростанций на сельскохозяйственных предприятиях можно использовать комплектные дизельные или бензиновые агрегаты мощностью от 2 до 100 кВт.

В соответствии с назначением резервные электростанции работают только при перерывах в электроснабжении. В сельских электрических сетях длительность перерывов даже в самых неблагоприятных условиях не превышает 150...200 ч в год. Фактическое же время работы резервных станций еще меньше из-за возможного несовпадения перерывов электроснабжения и электрических процессов на сельскохозяйственных предприятиях. В ре-зультате низкого использования резервных агрегатов удельные приведенные затраты на вырабатываемую ими электроэнергию очень велики и составляют до 0,5...2 руб. на 1 кВт-ч (при 50...100 ч работы в год). Поэтому резервные электростанции экономически целесообразно использовать главным образом на птичниках, в инкубаториях, на молочнотоварных фермах, а также на крупных животноводческих комплексах.

Влияние изменения частоты тока, отклонений и колебаний напряжения на работу электроприемников

Ухудшение качества электрической энергии приводит к нарушению нормальной работы электроприемников. При этом изменение различных показателей поразному влияет на работу отдель-ных видов приемников.

Отклонения частоты питающего тока могут влиять на работу асинхронных двигателей. При увеличении частоты тока несколько уменьшаются сила тока в обмотках двигателя, максимальный момент и нагрев, а при снижении частоты они увеличиваются. Одна-ко изменения частоты в пределах нескольких процентов от номинальной практически не нарушают нормальной работы электродвигателей, а также других электроприемников.

В сельских электрических сетях наиболее важный показатель качества напряжения — его отклонение. Особенно чувствительны к изменению напряжения осветительные установки.

При понижении напряжения на 10% у ламп накаливания на 80% падает световой поток. При длительном повышении напряжения на 10 % срок службы ламп снижается в 4 раза, что приводит к быстрому их перегоранию. При этом также происходит перерасход электрической энергии. Срок службы люминесцентных ламп при отклонении напряжения на ±10% снижается на 20%. Весьма чувствительны к отклонению напряжения ультрафиолетовые и инфракрасные источники лучистой энергии, используемые в животноводстве.

Ультрафиолетовые лампы не зажигаются при снижении напряжения на 10%. Поток лучи стой энергии этих ламп изменяется примерно на 2% на каждый процент изменения напряжения. В результате изменяется доза облучения и не выдерживается требуемая температура при обогреве молодняка.

Снижение напряжения увеличивает продолжительность работы электронагревательных установок, что нарушает ритм поточного производства, а повышение напряжения ведет к снижению срока службы нагревательных элементов.

Отклонения напряжения оказывают большое влияние на работу асинхронных электродвигателей. Вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его зажимах.

При значительном уменьшении напряжения может произойти «опрокидывание» двигателя, то есть остановка. В этом случае момент сопротивления может оказаться больше максимально-го момента вращения. При отклонении напряжения на 10 % от номинального снижается надежность включений магнитных пускателей.

Колебания напряжения неблагоприятно влияют на работу осветительных установок, вызывая мигание ламп, которое раздражает животных и снижает производительность труда обслуживающего персонала.

При наличии на фермах и комплексах электроприемников с повышенными требованиями к качеству напряжения могут быть использованы местные средства регулирования напряжения, в частности ав-томатические стабилизаторы напряжением 380 В, мощностью от 10 до 100 кВ-А.