Задача 5.2. «Расчёт защитного заземления электрического крана»

Рассчитать защитное заземление электрического крана, работающего в цехе и питающегося от внутрицеховой подстанции, оборудованной понижающим трансформатором 3 кВ / 380 В общей мощностью 320 кВА. Электрическая сеть – трехфазная с изолированной нейтралью. Подвод напряжения от подстанции к крану осуществляется двумя расположенными рядом кабелями длиной 400 м каждый, проложенными в грунте (супеске) на глубине 0,7 м. Кабели заземлены с помощью тридцати железобетонных горизонтальных плит размерами 3 х 6 м каждая.

Исходные данные по варианту приведены в Приложении 1, табл. 7.

1. Для данных условий (сеть напряжением 380 В, трехфазная с изолированной нейтралью) необходимо рассчитать общее заземление. Защитное сопротивление заземления, согласно ПУЭ, в этом случае не должно превышать R_ГР = 4 0м. Тогда ток короткого замыкания на землю в сети 3 кВ при суммарной длине кабелей l_K = 800 м по формуле, А,

(55)

где U_Л – линейное напряжение в сети, кВ (указано перед слэшем в обозначении трансформатора); l_К, l_В, – длина кабельной и воздушной линии соответственно, м. В рассматриваемом примере воздушная линия отсутствует.

2. Сопротивление защитного заземления, Ом, по формуле

(56)

3. Из двух значений защитных сопротивлений берут наименьшее для дальнейших расчетов.

Далее определяется сопротивление железобетонных плит по формуле (57). При этом плиты считают естественными заземлителями. Предварительно по табл. 5.2 берут удельное сопротивление грунта (супеска) при влажности 10-20 % к массе грунта ρ₀, Ом∙м, по табл. 5.1 – коэффициент сезонности для нормальной влажности, ψ. Плита расположена горизонтально.

4. По (46) находят удельное сопротивление грунта, ρ_ос.

5. Сопротивление растеканию тока в железобетонной плите, Ом,

(57)

где D – диаметр плиты, м, определяется, исходя из размеров и количества плит

.

6. Вычисляется защитное сопротивление искусственных заземлителей, Ом,

. (58)

В качестве искусственных заземлителей принимаем, как в условиях предыдущей задачи вертикальные электроды, соединенные полосой и проложенные в земле в ряд на глубину Н₀ = 0,7 м. Расстояние между электродами назначаем а = 6 м, длину электрода – по варианту. Электроды представляют собой уголки из стали с шириной полки b = 0,06 м.

7. По табл. 5.1 находится коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей и заданной по варианту климатической зоны. По формуле (46) вычисляется удельное сопротивление грунта.

8. Диаметр электрода d, м и полная глубина заложения заземлителей Н, м,

(59)

, (60)

где l_с – длина заземлителя (электрода), м.

9. Для условий задачи рассчитывается сопротивление одиночного вертикального заземлителя по (47), подставляя в нее параметры вертикального электрода.

10. По табл. 5.4 определяются коэффициент экранирования полосы, соединяющей электроды: η_ЭП, а по табл. 5.3 – коэффициент экранирования электродов: η_ЭЭ.

11. Количество электродов вычисляется согласно (48).

Следует создать запас в два электрода и округлить в большую сторону.

12. Для соединения вертикальных электродов, расположенных в ряд, принимают полосовую сталь сечением 4 х 40 мм. Длина соединительной полосы, м,

(61)

13. Сопротивление растеканию тока полосы (52)

14. По формуле (53) находится защитное сопротивление всего искусственного заземляющего устройства.

Полученное значение сравнивается с допустимым значением защитного сопротивления искусственных заземлителей, определенного по (58):

.

Таблица 5.4

Значения коэффициентов экранирования горизонтальных электродов

Отношения расстояний между вер-тикальными электродами к их длинам	Значения коэффициентов экранирования для горизонтальных электродов, ηЭП, при числе вертикальных электродов
	2	4	6	10	20	40	60	100
Вертикальные электроды расположены в ряд
1	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	–	–	–
2	0,94	0,80	0,84	0,75	0,56	–	–	–
3	0,96	0,92	0,88	0,82	0,68	–	–	–
Вертикальные электроды расположены по контуру
1	–	0,45	0,40	0,34	0,27	0,27	0,20	0,19
2	–	0,55	0,48	0,40	0,32	0,29	0,27	0,23
3	–	0,70	0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

15. Если данное условие выполняется, тогда общее защитное сопротивление естественных и искусственных заземлителей, Ом

. (62)