Расчет заземления крана

Цель расчета – обеспечить такое сопротивление заземляющих устройств, которое не будет превышать допустимых значений. Для крана, питающегося от распределительного устройства с глухо заземлённой нейтралью, оно должно быть не более 10 Ом (повторное заземление), а для крана питающегося от распределительного устройство с изолированной нейтралью, - не более 4 Ом (защитное заземление).

При выполнении расчета для случая подключения крана к трехфазной сети с изолированной нейтралью, т.е. для защитного заземления, принимают величину допустимого сопротивления растеканию тока заземляющей системы [R_доп]≤ 4 Ом.

В первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлители. Однако в рассматриваемом случае будем исходить из предположения, что вблизи места установки крана отсутствуют естественные заземлители, которые допускается использовать в качестве защитного заземления. Поэтому будем применять групповой заземлитель, состоящий из вертикальных одиночных заземлителей, соединенных между собой горизонтальной полосой связи.

Расчет групповых искусственных заземлителей сводится к определению необходимого числа одиночных заземлителей (электродов).

Определим сопротивление растеканию одного электрода (заземлителя).

В качестве заземлителя принимаем стальные трубы диаметром 57x3,5 мм (d=0.057 м) и длиной l=3,0 м.

Для трубчатого вертикального заземлителя

где Р_расч – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом-м;

– длина электрода, м;

d – диаметр электрода, м;

t – расстояние от поверхности земли до центра заземлителя.

При реальном проектировании расчетное удельное сопротивление грунта принимают на основе непосредственных замеров на месте размещения заземления. Справочные табличные данные и результаты измерения сопротивления образца грунта использовать запрещается. Однако в дипломном проектировании можно воспользоваться табличными данными.

Принимаем, что в районе размещения крана грунт в основном состоит из глины с p = 40 Ом*м. Поскольку зимой верхний слой земли промерзает (летом высыхает) и его удельное сопротивление увеличивается, то среднее значение умножается на коэффициент сезонности ѱ, который зависит от климатической зоны (I, II, III или IV), в который находится электроустановка. Для II климатической зоны (район Санкт – Петербурга) для вертикального заземлителя по прил. 14 ѱ_в = 1,5.

Тогда расчетное удельное сопротивление грунта:

p_расч = pѱ_в = 40*1,5 = 60 Ом*м;

сопротивление заземлителя:

= 16,1 Ом.

Примечание. В последние годы все шире начинает внедряться в практику метод расчета заземлителей, при котором условно принимается, сто земля имеет два слоя – верхний и нижний, - обладающих каждый своим удельным сопротивлением p₁ и p₂. При этом толщина верхнего слоя h₁ может быть равной толщине слоя сезонных изменений или больше ее. Следовательно, только верхний слой подвержен воздействию погодных условий и его удельное сопротивление p₁ имеет значительные сезонные колебания.

При расчете сопротивления одного вертикального заземлителя в двухслойной земле в формуле (см. п. 3.2) вместо p_расч подставляют значение эквивалентного удельного сопротивления двухслойной земли, которое определяют дующим образом:

p_экв = ,

где Ɩ – длина (высота) электрода;

и 2 – длина частей электрода, находящихся в верхнем и нижнем слоях земли соответственно, м.

Определим ориентировочное число одиночных заземлителей:

Этот результат не учитывает, что на общих участках земли, по которым проходят токи (между электродами), плотность тока увеличивается.

Это равносильно уменьшению сечения земли, по которому проходит ток, т. е. практически сопротивление растеканию каждого отдельного заземлителя в групповом заземлителе будет больше, чем это определено по формуле для одиночного заземлителя.

­­­­­Определим по прил. 15 и 16 коэффициенты использования вертикальных электродов (ղ_в) и горизонтального проводника связи (ղ_r).

Поскольку расстояние между одиночными заземлителями принято равным 3 м, длина заземлителя также 3 м, а число заземлителей в результате предварительного расчета оказалось равным четырем, то в рассматриваемом случае ղ_в = 0,69 и ղ_r = 0.45.

Без учета полосы связи необходимое число электродов составит:

Принимаем к установке 6 заземлителей. Заземлители располагаем вдоль рельсовых путей по аналогии со схемой на рис. 3.1, б.

Сопротивление горизонтального проводника связи составит:

Где: L=15м – длина горизонтальной полосы связи (по три метра между шестью заземлителями);

b = 0,04 м – ширина полосы (принимаем стальную полосу 4x40 мм);

t_r = 0,5 м – расстояние от поверхности земли до оси полосы (или от поверхности земли до верхнего конца заземлителя);

P_расч – удельное сопротивление грунта. Для горизонтального заземлителя (для II климатической зоны) коэффициент сезонности _в = 3,5, поэтому Pрасч = P _в = 40x3,5 = 140 Ом.м.

Общая проводимость заземлителей (так как можно считать, что они работают параллельно) составит:

Тогда общее сопротивление искусственного группового заземлителя:

Правильно рассчитанное заземляющее устройство должно отвечать условию

Расчет выполнен верно, так как 3,42 < 4 Ом.