SYSTEM OF POWER SUPPLY OF UNITS OF A FORAGE PRODUCTION, FEED-PREPARATION HOUSE WITH CELLULAR STORAGE AND FARMS OF LIVESTOCK PRODUCTION OF ELECTROROBOTIC PLANT ON A CONTACT WIRE AND THE RESONANT LINE

Бочаров А.Г.¹, Краусп В.Р.², Юферев Л.Ю.³

¹Магистр,²доктор технических наук, профессор,³доктор технических наук, доцент, Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АГРЕГАТОВ КОРМОПРОИЗВОДСТВА, КОРМОЦЕХА С ЯЧЕИСТЫМ ХРАНИЛИЩЕМ И ФЕРМ ЖИВОТНОВОДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМБИНАТА ПО КОНТАКТНОМУ ПРОВОДУ И РЕЗОНАНСНОЙ ЛИНИИ

Аннотация

Разработаны графики нагрузок потребителей кормоцеха, подключенных к контактной сети 800В постоянного тока электрифицированной железной дороги (ЭЖД). Рассчитаны сечения проводов и потери напряжения на концах линии. Приведены суточные графики нагрузок. Осуществлен выбор  контейнерных тяговых подстанций (КТП). Показаны трассы линий электропередачи. Определены понятия электророботов, которые передвигаются по ЭЖД с питанием от контактного провода 800В постоянного тока. Рассмотрены варианты электроснабжения электророботизированных агрегатов производства корма  от высокочастотной однопроводной линии электропередачи. Определены  поле для  выращивания  урожая  кормов и поле, где пасутся животные.

Ключевые слова: корм, поле, ферма, животное, урожай,   контактный провод,  тяговая подстанция, электроснабжение.

Bocharov А.G.¹, Krausp V.R.², Uferev L.U.³

¹Master(Engineering), ²PhD in Engineering, ³PhD in Engineering, All-Russian Federal research Institute of electrification of agriculture

SYSTEM OF POWER SUPPLY OF UNITS OF A FORAGE PRODUCTION, FEED-PREPARATION HOUSE WITH CELLULAR STORAGE AND FARMS OF LIVESTOCK PRODUCTION OF ELECTROROBOTIC PLANT ON A CONTACT WIRE AND THE RESONANT LINE

Abstract

Schedules of loads of the consumers of a feed-preparation house connected to contact network of 800 V of a direct current of the electrified railroad (ER) are developed. Sections of wires and loss of tension on the ends of the line are calculated. Daily schedules of loadings are provided. The choice of the container traction substations (CTS) is carried out. Routes of lines of an electricity transmission are shown. Concepts of electrorobots which move on ER with food from a contact wire of 800 V of a direct current are defined. Options of power supply of electrorobotic units of a forage production from a high-frequency single-wire power line are considered.

Keywords: feed, lea, farm, livestock, harvest, the contact line, traction substation, power supply.

Введение

Рассматриваются поля, где выращивается урожай корма,  пасутся животные, которые живут в фермах,    передвигаемых по электрифицированной железной дороге  на новые культурные пастбища.   Исследуются распределенные электрические сети, питающие электророботизированные комбинаты по производству продовольствия органик.

Электророботизация – внедрение электророботов в технологии, для выполнения производственных операций.

Электророботы – автоматы с человекоподобными действиями, передвигающиеся по электрифицированным железным дорогам, снабженные камерами наблюдения, имеющие манипуляторы для выполнения технологических операций, установленные на платформах электрифицированных вагонов с электротягой и пантографами.

Однопроводная резонансная система электропередачи – технология,  основанная на применении свойств линии электропередачи, таких как емкость и индуктивность в составе резонансного передающего устройства, что позволяет передавать электроэнергию на повышенной частоте по однопроводной линии с дальнейшим преобразованием в приемном устройстве в стандартное напряжение 220/380В, 50 Гц.

Для электроснабжения электророботизированного кормопроизводства, животноводства и кормоцеха с хранилищами кормов,  в которые входят электророботы: пахоты, посева, уборки урожая, заготовки кормов, водовоз, молоковоз и другие нагрузки  потребителей,  которые подключены к контактной сетипостояного тока 800В  [1,2,3].

Одновременно к одной ветви сети подключаются  несколько объектов и агрегатов, суммарная мощность которых может достигать до 400-450 кВт. Но т.к. одновременная работа всех объектов и агрегатов регулируется из ЦУП (центра управления производством), то можно допустить, что в тот момент, когда подключены две фермы по 108кВт (расчетная мощность фермы), робот-молоковоз (54кВт), робот-водовоз (54кВт), а также робот-скотовоз (64кВт) нагрузка на одну тяговую подстанцию составит около 408кВт.

К другой ветви контактной сети подключены агрегаты кормопроизводства, суммарная  мощность которых составляет  около 400кВт. [4,5,6].

Таким образом, обе ветви контактной сети рассчитываются на нагрузку 400кВт. Выбраны две контейнерные тяговые подстанции (КТП), схема включения которых показана на рис. 1.      КТП-1 и КТП-2  питаются от линий электропередачи (ЛЭП)– 6кВ, подключенных к шинам распределительного устройства двухагрегатной мини-ТЭС мощностью 4МВт.

Расчет питающих линий  КТП-1 и КТП-2 ведется по графикам нагрузок с учетом коэффициента запаса по мощности. Составим графики нагрузки КТП. Каждая КТП подключена к двум ветвям ЭЖД, по которым передвигаются электророботы и фермы животноводства, переходя на новые пастбища [1,2].

График (рис.2) отражает суточную нагрузку агрегатов кормопроизводства; график (рис.3) отражает суточную нагрузку животноводческих ферм. Пользуясь графиками можно рассчитать максимальные нагрузки на питающую линию. Максимумы нагрузок КТП-1 и КТП-2 совпадают.

Рис. 1 - Схема размещения электрооборудования

Рис. 2 - График суточных нагрузок в кормопроизводстве

По величине максимальной нагрузки рассчитаем максимальный ток.

Imax=Pmax/Uсети, где Uсети=800В

Imax=(0,5*10⁶)/800=625A.

Зная максимальный ток нагрузки, выбираем сечение контактного провода и определяем потери напряжения (∆U) на концах контактной линии.

В качестве проводов контактной сети выбираем М-95+МФ-100. Даная конструкция позволят пропускать токи до 1140 А. Сопротивление данной сети: R=0,0264 Ом*км.

Рис. 3 -График суточных нагрузок в животноводстве

Максимальные потери напряжения  на концах линии рассчитаем по формуле:

∆U=Imax*R*L=625*0,0264*5=82,5 В

где L-длина контактной линии

Потери не превышают допустимых норм и составляют 10% от напряжения в начале сети. Расчет справедлив для КТП-1 и КТП-2.

Электроснабжение агрегатов кормопроизводства

По мощности и габаритным размерам создаются 2 вида агрегатов: 1) на 150 кВт, выполняющие технологические операции культивации, боронования, посева трав и зерновых, кошение в валок; 2) на 300 кВт, для выполнения тяжелых операций: пахота с внесением жидкого навоза под плуг;  подбор валков высушенных трав с последующим образованием рулонов сена, сенажа;  накопление и транспорировка  рулонов в кузове агрегата; уборка и обмолот зерновых культур с накоплением обмолоченного зерна в контейнерах,  с последующим высыпанием контейнеров в завальную яму кормоцеха и с хранением чистого зерна и семян в бункерах с активным вентилированием;  уборка силосных культур с измельчением, набивкой контейнеров и накоплением контейнеров в кузове агрегата,  с последующей отправкой в хранилище кормоцеха.

Конструктивно агрегаты собирают на самоходных электрифицированных платформах (СЭП) с колесным или гусеничным ходом. Платформы СЭП имеют обширный кузов для установки съемных  навесных рабочих машин, временного размещения урожая, установки электрических щитов, укладчиков для  кабельных барабанов и подъемных загрузочно-разгрузочных механизмов.

Электроснабжение платформ осуществляется несколькими способами:

- из «вагона – питателя», сопровождающего агрегаты на СЭП. В вагоне - питателе размещены приемные распредустройства, преобразователи напряжений, электрические щиты, измерительные приборы,  и клеммные сборки.

- от контактного провода   ЭЖД  через преобразователи, портал-укладчик кабеля  на кабельный барабан СЭП и через распредустройство  к потребителям СЭП;

- от контактного провода, через преобразователи постоянного тока в напряжение повышенной частоты и дальнейшей передачей электроэнергии по однопроводной резонансной линии,  далее через портал, малогабариттный кабельный барабан СЭП, в приемное резонансное устройство и к потребителям СЭП [7,8]. В этом случае существенно уменьшаются  толщина провода, размеры и вес кабельного барабана и занимаемый служебный объем на СЭП. Однако существенно возрастает сложность преобразователей.

Заключение

В результате проведенной научно-исследовательской работы  определены  графики нагрузок потребителей главных цехов комбината, подключенных к контактной сети, проведен  расчет потерь напряжения, выбраны сечения проводов, определена конструкция контактной сети и выбраны варианты электроснабжения агрегатов кормопроизводства непосредственно  от сети постоянного тока и по резонансной линии электропередачи.

 

Список литературы / References

1. Патент на изобретение РФ № 2462853. Интеллектуальная роботизированная агросистема производства продовольствия / Краусп В.Р., Госреестр изобретений РФ, 10.10.2012.
2. Краусп В.Р. Интеллектуальная АСУ электророботизированным производством продовольствия «органик»// Международный экологический форум. Санкт-Петербург, 21-23мая 2013г., том 2, с .164-170.
3. Краусп В.Р. Разработка индустриальной электророботизированной технологии производства продовольствия «органик» // Труды международной конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве», Минск, 2013. Том 1.
4. Краусп В.Р. Электророботизированная технология производства продовольствия «органик»// Вестник ВНИИМЖ. 2013. №3.
5. Краусп В.Р. Наследие академика РАСХН И.Ф. Бородина – ученого, ректора, человека. К 85-летию со дня рождения // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 9-й Международной научно-технической конференции ВИЭСХ. М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2014. Часть 1.
6. Краусп В.Р. Управление биоценозом в электророботизированных технологиях пастбищного животноводства для получения продовольствия «органик» // Там же. Часть 5.
7. Стребков Д.С., Рощин О.А., Юферев Л.Ю. Исследование резонансной системы передачи электрической энергии // Информационные ресурсы России. 2011. №3. С. 21-24.
8. Юферев Л.Ю., Стребков Д.С., Рощин О.А. Экспериментальные модели резонансных систем передачи электрической энергии.М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.–180с.

Список литературы латинскими символами / References in Roman script

1. Patent na izobretenie RF № 2462853. Intellektual'naja robotizirovannaja agrosistema proizvodstva prodovol'stvija [Patent for the invention of Russian Federation No. 2462853. Intellectual robotic agrosystem of food production] / Krausp V.R., Gosreestr izobretenij RF, 10.10.2012 [State registry of inventions of the Russian Federation]. [in Russian]
2. Krausp V.R. Intellektual'naja ASU jelektrorobotizirovannym proizvodstvom prodovol'stvija «organik» [Intellectual ACS of electrorobotic production of food "organik"] // Mezhdunarodnyj jekologicheskij forum [International ecological forum]. Saint-Petersburg, May, 21-23. 2013. Vol. 2, pp .164-170. [in Russian]
3. Krausp V.R. Razrabotka industrial'noj jelektrorobotizirovannoj tehnologii proizvodstva prodovol'stvija «organik» [Development of the industrial electrorobotic production technology of food "organik"] // Trudy mezhdunarodnoj konferencii «Nauchno-tehnicheskij progress v sel'skohozjajstvennom proizvodstve» [Works of the international conference "Scientific and Technical Progress in Agricultural Production"], Minsk, 2013. Vol. 1. [in Russian]
4. Krausp V.R. Jelektrorobotizirovannaja tehnologija proizvodstva prodovol'stvija «organik» [Electrorobotic production technology of food "organik"] // Vestnik VNIIMZh [Bulletin of All-Russian Research Institute of mechanization of livestock production]. 2013. №3. [in Russian]
5. Krausp V.R. Nasledie akademika RASHN I.F.Borodina – uchenogo, rektora, cheloveka. K 85-letiju so dnja rozhdenija [Heritage of the academician of Russian Academy of Agrarian Sciences I. F. Borodin – the scientist, the rector, the person. To the 85 anniversary] // Jenergoobespechenie i jenergosberezhe-nie v sel'skom hozjajstve. Trudy 9-j Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii VIJeSH [Power supply and energy saving in agriculture. Works of the 9th International scientific and technical conference of All-Russian research institute of electrification of agriculture]. Moscow, All-Russian research institute of electrification of agriculture, 2014. Part 1. [in Russian]
6. Krausp V.R. Upravlenie biocenozom v jelektrorobotizirovannyh tehnologijah pastbishhnogo zhivotnovodstva dlja poluchenija prodovol'stvija «organik» [Management of a biocenosis in electrorobotic technologies of pasturable livestock production for receiving food "organik"] // Jenergoobespechenie i jenergosberezhe-nie v sel'skom hozjajstve. Trudy 9-j Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii VIJeSH [Power supply and energy saving in agriculture. Works of the 9th International scientific and technical conference of All-Russian research institute of electrification of agriculture]. M.: All-Russian research institute of electrification of agriculture, 2014. Part 1. [in Russian]
7. Strebkov D.S., Roshhin O.A., Juferev L.Ju. Issledovanie rezonansnoj sistemy peredachi jelektricheskoj jenergii [Research of resonance system of transmitting of electric energy] // Informacionnye resursy Rossii [Informational resources of Russia]. 2011. № 3. Pp. 21-24. [in Russian]
8. Juferev L.Ju., Strebkov D.S., Roshhin O.A. Jeksperimental'nye modeli rezonansnyh sistem peredachi jelektricheskoj jenergii [The pilot models of resonance systems of transmitting of electric energy]. - Moscow, All-Russian research institute of electrification of agriculture, 2010. – 180 p. [in Russian]