Ярошенко І.Ф. Безпека життєдіяльності в інженерних рішеннях

Подождите немного. Документ загружается.

201

– коефіцієнт використання вертикальних електродів без врахування впливу

типу з’єднання їх з штабою.

Для з’єднання електродів використовують штабу

(з’єднувальну смугу), опір розтікання струму (Ом) якої, в

горизонтальному положенні при довжині l , шириною b,

розташованої на глибині h, визначають за формулою:

lg366,0

де b – ширина смугового заземлення (розріз смугового заземлювача

приймається, згідно до ПУЭ, не менше 48мм

), а якщо з круглої сталі, то

найменший діаметр 5мм.

h – глибина закладення штаби, м.

– сумарна довжина горизонтальної магістралі (з’єднувальної штаби), м.

аnl

05,1

де а – відстань між вертикальними електродами, м.

Здебільшого, а = l, а = 2l, а = 3l, де l – прийнята довжина

електрода, м.

Після визначення довжини штаби, виконують перевірочний

розрахунок необхідної кількості вертикальних заземлювачів по

формулі:

СТ

Для проведення перевірочного розрахунку кількості

вертикальних електродів необхідно вибрати схему розташування

відносно заземлення корпусів, які діляться на виносні і на

контурні.

Виносні заземлювачі виносяться за межі площі, на якій

розміщене обладнання, яке підлягає заземленню. Більш надійним,

в умовах експлуатації електроустановок, є контурний

заземлювач. Він характеризується тим, що його одиночні

заземлювачі розміщуються по контуру (периметру) площі на якій

знаходиться обладнання, яке підлягає заземленню, а також,

усередині цієї площі.

Зробивши уточнення кількості стержневих заземлювачів,

потрібно обчислити загальний розрахунковий опір заземлюючого

пристрою (Ом), з урахуванням опору штаби (з’єднувальної

смуги):

nRR

eШГСТ

ШCT

де

– коефіцієнт використання горизонтального смугового електроду, який

з’єднує вертикальні електроди (додаток 3).

– коефіцієнт використання вертикальних стержневих заземлювачів без

врахування смуги з’єднання (додаток 4).

202

Рис. 3.10. Виносний заземлювач

1 - заземлювач;

2 - обладнання, яке підлягає заземленню;

3 - заземляючи провідники;

Рис. 3.11. Контурний заземлювач

1 - стержневий заземлювач;

2 - обладнання, яке підлягає заземленню;

3 - заземляючи провідники;

Вірно розрахований заземлюючий пристрій повинен

відповідати умові R

≤ R

, і, якщо R

> R

, тоді потрібно

збільшувати кількість вертикальних заземлювачів (електродів).

Приклад

Розрахувати заземлюючий пристрій для заземлення

електродвигуна серії 4А напругою U = 380В у трифазній мережі з

ізольованою нейтраллю, при наступних вихідних даних:

 ґрунт – суглинок з питомим електричним опором р =

100Ом м;

 в якості заземлювачів прийняти стальні труби d = 0,08 і

довжиною l = 2,5м, які розташовані вертикально і з’єднані,

шляхом зварювання, зі стальною смугою 40×4мм по контуру;

 потужність електродвигуна серії А4160S, Р = 15кВт, n =

3000хв

-1

;

 потужність трансформатора прийнята 170кВ А, по нормам

допустимий опір заземлюючого пристрою R

< 4Ом.

Рішення: Приймаємо схему заземлення електродвигуна, як

показано на рис. 3.11. Використавши формулу 1, визначимо опір

одиночного вертикального заземлювача:

45,28

5,205,24

lg5,0

08,0

5,22

5,214,32

100

СТ

Ом

Згідно до додатку 2, коефіцієнт сезонності третьої кліматичної

зони для вертикальних стержнів довжиною 2-3м, при глибині

закладення вершини 0,5-0,8м, приймаємо 1,6. Таким чином,

розрахунковий питомий опір ґрунту буде:

1606,1100KcР

Ом·м

Визначаємо кількість стержневих електродів, використавши,

при цьому, формулу 4:

203

шт.6,12

85,04

6,145,28

Приймаємо 13 штук. Коли відома кількість вертикальних

заземлювачів, тоді, по схемі їх розміщення, визначають сумарну

довжину горизонтальної магістралі (з’єднувальної штаби):

2,34135,205,1

де а – відстань між вертикальними електродами, приймаємо

рівній довжині стержня, тобто, 2,5м.

Використавши формулу 5, визначимо опір розтікання струму

горизонтальної магістралі:

Ом2,19

8,004,0

2,342

2,34

160

366,0

Приймаємо розташування вертикальних заземлювачів по

контуру з відстанню між суміжними електродами рівним довжині

стержня, тобто, а = l.

Згідно до додатків 3-4 знайдемо дійсне значення коефіцієнтів

використання електродів розміщених по контуру

= 0,3, та

використання вертикальних електродів без врахування впливу

з’єднувальної смуги

= 0,5.

Спочатку зробимо перевірочний розрахунок необхідної

кількості вертикальних заземлювачів:

шт.2,14

5,04

45,28

Приймаємо 15шт.

Обчислимо загальний розрахунковий опір заземлення з

врахуванням опору з’єднувальної смуги:

Ом58,3

145,02,193,045,28

2,1945,28

Таким чином, в даному прикладі розрахунок зроблено вірно,

так як 3,58 < 4 (Ом).

Варіанти задач

Визначити геометричні розміри штучного заземлювача, коли

допустимий опір цього заземлювача R

, Ом.

Для захисного заземлення електрообладнання механічної

майстерні застосовують вертикальні стержні рівнобокової

кутової сталі b×b мм, або круглої сталі діаметром d мм,

довжиною L, забиті в землю з дна траншеї глибиною h = 0,8м.

Варіанти задач наведені в табл. 1:

Таблиця 1

№ вар.

Ом

мм

Ґрунт

Вологість

ґрунту

Кліматичний

пояс

Розміщення електродів

в ряд

по контуру

глина

ІІ

2,5

торф

ІІІ

чорнозем

ІV

суглинок

ІІ

204

2,5

глина

ІІІ

2,5

супісок

ІІІ

пісок

ІV

садова

земля

ІІІ

кам’янистий

ІІ

3,5

скелистий

торф

ІV

суглинок

ІІ

чорнозем

ІІІ

глина

ІV

пісок

ІІІ

Відсутні дані прийняти самостійно, але обґрунтувати їх

значення.

205

Контрольні питання

1. В чому полягає дія захисного заземлення?

2. Які є види заземлення, дайте їх характеристику?

3. Як визначити опір розтікання струму одиночного

вертикального заземлювача?

4. Як визначити силу струму та напругу дотику при замиканні

на землю?

5. Як розраховується опір заземлювача з урахуванням опору

горизонтальної смуги?

Додаток 1

Приблизні значення питомого електричного опору різних

ґрунтів води

Ґрунт, вода

Питомий опір,

ρ, Ом ·м

Ґрунт, вода

Питомій опір,

ρ, Ом ·м

можливі межі

коливань

при вологості

10...20% до

маси ґрунту

можливі межі

коливань

при вологості

10...20% до

маси ґрунту

Глина

8...70

Кам’янистий

500...800

Суглинок

40...150

100

Гірський

...10

Пісок

400...700

700

Вода морська

0,2...1

Супісок

150...400

300

Річкова

10...100

Торф

10...30

Ставкова

40...50

Чорнозем

9...53

Грунтова

20...70

Садова земля

30...60

В струмочках

10...60

Додаток 2

Значення коефіцієнту сезонності К

Коефіцієнти сезонності

Ι клімат.

зона

ΙΙ клімат.

зона

ΙΙΙ клімат.

зона

ΙV клімат.

зона

Коефіцієнт сезону для

горизонтальних заземлю-

вачів на глибіні 0,8 м

4,5–7,0

3,5–4,5

2,0–2,5

1,5–2,0

Коефіцієнт сезону для

вертикальних стержнів,

довжиною 2-3 м при

глибині закладання вер-

шини 0,5–0,8

1,8–2,0

1,6–1,8

1,4–1,6

1,2–1,4

Теж при довжині стержнів

5 м і глибіні закладання

вершини 0,7–0,8

1,35

1,25

1,15

1,1

Примітка: Сумська область в ІІІ кліматичній зоні.

Додаток 3

Значення коефіцієнту використання η

горизонтального

смугового заземлювача, який з’єднує вертикальні електроди

(кругла сталь, кутники і т.п.) групового заземлювача

Відношення

α/e

Кількість вертикальних електродів

100

Вертикальні електроди розміщення в ряд

0,85

0,94

0,96

0,77

0,80

0,92

0,72

0,84

0,88

0,62

0,75

0,82

0,42

0,56

0,68

Вертикальні електроди розміщені по контуру

206

0,45

0,55

0,70

0,40

0,48

0,64

0,34

0,40

0,56

0,27

0,32

0,45

0,22

0,29

0,39

0,20

0,27

0,36

0,19

0,23

0,33

Примітка: α — відстань між вертикальними електродами;

e — довжина вертикальних електродів.

Додаток 4

Значення коефіцієнту використання η

вертикальних

електродів групового заземлення (кругла сталь, кутники і

т.п.) без врахування впливу штаби з’єднання

Кількість заземлювачів

Відношення відстані між електродами до їх довжини

електроди розташовані в

ряд

електроди розташовані по

контуру

100

0,85

0,73

0,65

0,59

0,48

0,91

0,83

0,77

0,74

0,67

0,94

0,89

0,85

0,81

0,76

0,69

0,61

0,56

0,47

0,41

0,39

0,36

0,78

0,73

0,68

0,63

0,58

0,55

0,52

0,85

0,80

0,76

0,71

0,66

0,64

0,62

3.6 Стійкість тракторів і автомобілів

Стійкість – це властивість трактора, або агрегату, зберігати

напрямок руху та протистояти дії зовнішніх сил, що прагнуть

викликати ковзання, занос, або перекидання при зафіксованих

колесах.

Розрізняють наступні стійкості:

 стійкість по напрямку руху (курсова стійкість);

 стійкість по поперечному перекиданню;

 стійкість по поздовжньому перекиданню;

 стійкість по сповзанню (заносу).

3.6.1 Розрахунок поперечної стійкості

Нерідко трапляються випадки, коли при боковому ковзанні,

трактор, чи автомобіль заносить на смугу зустрічного руху, де

відбувається зіткнення. Втрата стійкості відбувається внаслідок

дії бокової зовнішньої сили (перекидаючого моменту).

Виникнення бокового заносу і подальше падіння на бік

(перекидання) може статися при прямолінійному русі на

поверхні, яка має поперечний ухил, чи на повороті. Ковзання шин

починається з того моменту, коли горизонтальна сила, що діє на

автомобіль, чи колісний трактор, досягає величини сили їх

зчеплення з поверхнею дороги. Якщо поздовжні сили в місцях

контакту шин з дорогою відсутні, або незначні, то в розрахунках

береться до уваги лише сила зчеплення шин з дорогою у

поперечному напрямку. При криволінійному русі транспортного

засобу з незмінною швидкістю по дорозі, що має поперечний

207

ухил, на нього діють наступні сили (рис. 3.12) де: G — вага

трактора, прикладена до центру мас О, Н;

ст

Fп

Rп

Pц

hц

ст

Рис. 3.12. Схема сил, що діють на колісний трактор при

криволінійному русі

— нормальна складова ваги трактора, Н

ст

GG cos

— бокова складова ваги трактора, Н

ст

GG sin

, R

— реакції ґрунту на ліве та праве колеса, прикладені в точках О

та О

;

ст

— величина схилу місцевості, град.;

В — ширина колії трактора, м;

— висота центру мас трактора, м;

— відцентрова сила що виникає при виконанні трактором

повороту;

де G — вага транспортного засобу, Н;

V — швидкість руху на повороті м/с;

R — радіус повороту, м;

g — прискорення сили тяжіння, м/с

;

m – поперечна координата центра тяжіння трактора, м.

F – динамічна сила, що діє на колеса трактора при наїзді на мікронерівності

місцевості.

лб

, F

пб

– сили бокового зчеплення шин з ґрунтом, H.

Kбокб

QfF

де: f

бок

– коефіцієнт бокового зчеплення шин з ґрунтом;

– навантаження на ведучі колеса трактора, Н (2/3G ваги машини).

Перекидання трактора, що стоїть на схилі, може виникнути

при умові, коли ліві колеса повністю розвантажуються, і

нормальна реакція ґрунту R

= 0.

208

Із рівняння моментів, відносно точки О

, отримуємо

граничний статичний кут поперечної стійкості

ст

mВ

5,0

Знак «+» приймається, коли центр тяжіння зміщений вліво, а

перекидання здійснюється на праву сторону і знак «–», навпаки.

Якщо взяти до уваги коефіцієнт поперечної стійкості

транспортного засобу, тоді:

ст

де: – коефіцієнт поперечної стійкості транспортного засобу

(вантажні автомобілі та колісні трактори з вантажем 0,85-0,8, без

вантажу 0,9).

Ковзання коліс починається раніше, ніж перекидання

транспортного засобу, за умови:

бок

де f

бок

– коефіцієнт зчеплення шин при боковому ковзанні.

Схильність до заносу під час гальмування і розгону

пояснюється тим, що в цей час на колесо діють значні дотичні

реакції дороги, а їх наявність негативно впливає на стійкість

коліс проти бокового ковзання.

Занос транспортного засобу може виникнути у наступних

випадках:

 під час руху по дорозі, що має поперечний уклін;

 при повороті;

 при різкій зміні напрямку руху;

 під час руху з високою швидкістю по дорозі, що має

нерівності;

 при різкій зміні коефіцієнту зчеплення.

Основною причиною заносу транспортного засобу, який

рухається на повороті, є перевищення відцентрової сили над

силою зчеплення шин у поперечному напрямку.

Початок перекидання на горизонтальній ділянці визначається

з рівняння моментів:

GhР

цц

Звідси, можна визначити критичну швидкість V

КР

(км/год.),

при якій можливе перекидання транспортного засобу при даному

радіусі повороту:

КР

gRВ

6,3

При русі на повороті, можливий занос трактора, також, від дії

відцентрових сил.

209

Початок заносу визначається з рівняння відцентрових сил і

бокового зчеплення шин з ґрунтом, коли транспортний засіб

рухається по дорозі без поперечного ухилу:

GfР

бокц

бок

Звідси, можна визначити швидкість, V

зан.

(км/год.), при якій

виникне занос трактора при незмінному радіусі повороту:

бокзан

gRfV 6,3

Якщо транспортний засіб рухається по дорозі, що має

поперечний ухил, спрямований до центру повороту, який сприяє

стійкості, то гранична швидкість V

пер

(км/год.), за якою може

статися перекидання, можна визначити за формулою:

Btgh

tghB

стц

пер

6,3

В тому випадку, коли поперечний ухил дороги спрямований в

сторону, протилежну повороту, тобто, не сприяє стійкості,

гранична швидкість V

пер

(км/год.), за умов перекидання,

визначається за формулою:

Btgh

tghB

стц

пер

6,3

Критична величина косогору, за якої починається

перекидання, з урахуванням швидкості руху, визначається за

формулою:

RghВV

hVВgR

кр

5,6

Знак «+» в чисельнику і «–» в знаменнику беруть у випадках

руху по дорозі з ухилом, спрямованим до центру повороту.

Запорука безаварійного руху транспортного агрегату — справні

та відрегульовані гальма. В розгорнутому вигляді формулу для

визначення зупиночного шляху S

(м) транспортного засобу, або

ефективності гальмування, з моменту виникнення у свідомості

водія сигналу про необхідність гальмування, можна записати так:

сц

VfV

tttS

2546,3

5,0

3210

де: t

, t

– періоди часу з моменту виявлення небезпеки і до повної зупинки

транспортного засобу, с;

— швидкість руху машини на початку гальмування, км/год.;

— коефіцієнт експлуатаційних умов гальмування, додаток 1;

сц

— коефіцієнт зчеплення шин з покриттям дороги (ґрунту), додаток 2.

Якщо транспортний агрегат складається з двох складових

частин (автомобіль, чи трактор, і причеп без гальм), то шлях

гальмування S

(м) значно зросте при тих же значеннях

швидкості руху:

210

сц

VfV

tttS

2546,3

5,0

3210

де: G

— вага транспортного агрегату (автомобіля, чи трактора), Н;

— вага причепа, Н.

— час, від моменту появи сигналу про небезпеку, до початку дії на органи

керування транспортним засобом, або час реакції водія 0,3-1,4с.

— час спрацювання гальмівної системи, який залежить від конструкції

приводу (з гідравлічним приводом 0,15-0,25с, пневматичним – 0,4-0,8с);

— час руху з неусталеним сповільненням, або час наростання сповільнення

гальмування (1,1-2с).

Повний час гальмування t

гал

(с) транспортного засобу до

зупинки визначається за формулою:

гал

6,3

Час зупинки Т

(с) транспортного засобу визначається за

виразом:

tttТ

6,3

5,0

321

де: I

— максимальне сповільнення, м/с

sincos

сц

де: f

сц

— коефіцієнт зчеплення шин з дорожнім покриттям;

— коефіцієнт ефективності (експлуатаційних умов) гальмування;

— кут поздовжнього підйому (ухилу) дороги, град.

Знак «+» приймається під час руху транспортного засобу на

підйом, а знак «–» під час руху на спуск.

В розгорнутому вигляді, з урахуванням часу зупинки і

сповільнення руху, формулу для визначення зупиночного шляху

(м) транспортного засобу можна записати так:

tttS

266,3

5,0

3210

Якщо відома довжина слідів юзу коліс, то формула має

наступний вигляд:

tttS

6,3

5,0

3210

де: S

— шлях юзу, або довжина слідів юзу коліс.

До гальм тракторів і автомобілів державними стандартами

ставляться такі вимоги:

 шлях гальмування (м) при швидкості V

(км/год.), в момент

початку гальмування, не повинен перевищувати значення, що

обчислюється за формулою:

 для тракторів при холодних гальмах:

1,0

 для автомобілів при холодних гальмах:

18,0

;