Проектирование защитного заземления электроустановок.
 Задание: Рассчитать совмещенное ЗУ для цеховой трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ, подсоединенной к электросети с изолированной нейтралью. При этом принять: разомкнутый контур ЗУ, в качестве вертикального электрода - b_в = 12 мм; в = 40 м, горизонтальный электрод - S_г = 51 мм²; d_г = 10 мм.
Исходные данные: Грунт суглинок, H₀ = 0,9 м, l_воз= 70 км, l_каб = 40 км, n_в = 6 шт, l_в = 3 м, а_в = 12 м, R_е = 30 Ом.
Расчет:
Расчетный ток замыкания на землю:

где U_л - линейное напряжение сети, кВ; l_каб - общая длина подключенных к сети кабельных линий, км; l_воз - общая длина подключенных к сети ЛЭП, км.
Определение расчетного удельного сопротивления грунта:

где r_табл.=100 Ом × м - измеренное удельное сопротивление грунта (из табл. 6.3 [2] для суглинистого грунта); y=1,5 - климатический коэффициент, принятый по табл. 6.4 [2] для суглинистого грунта.
Определение необходимости искусственного заземлителя и вычисление его требуемого сопротивления.
Сопротивление ЗУ R_з^н выбирается из табл. 6.7 [2] в зависимости от U ЭУ и r_расч в месте сооружения ЗУ, а также режима нейтрали данной электросети:

R_е > R_з^н, Þ искусственный заземлитель необходим. Его требуемое заземление:

Определение длины горизонтальных электродов для разомкнутого контура ЗУ:

где а_в - расстояние между вертикальными электродами n_в.
Расчетное значение сопротивления вертикального электрода:

Расчетное значение сопротивления горизонтального электрода по (формуле г) :

Коэффициенты использования для вертикальных и горизонтальных электродов по данным табл. 6.9 [2] равны: h_в = 0,73, h_г = 0,48.
Расчетное сопротивление группового заземлителя:

R > R_и, значит увеличиваем количество электродов
Принимаем n = 10.
l_г = 120 м
R_г = 0,16 Ом
По табл. 6.9               h_в = 0,68,   h_г = 0,4
R = 0,4 Ом
R_к = R_е×R/(R_е + R) R^м_з
R_л =   30×0,4/(30+0,4) = 0,395 Ом  1,49 Ом
R_е – естественное сопротивление, Ом;
R_и – сопротивление искусственного заземлителя, Ом;
R_в – сопротивление вертикального электрода, Ом;
R_г – сопротивление горизонтального электрода, Ом;
R – сопротивление группового заземлителя, Ом;
R_к – общее сопротивление комбинированного ЗУ, Ом;
h_в, h_г – коэффициент использования вертикального и горизонтального электродов;
а_в – расстояние между электродами, м;
l_в – длина электродов, м;
n_в – количество вертикальных электродов.
 SHAPE  \* MERGEFORMAT

Н

Н0

dв

lв

                                              Рис. 3.1. Вертикальный электрод

ав=12м

ав=12м

2

3

3

4

 

                    Рис. 3.2. План комбинированного ЗУ R_и

U>1 кВ

В

А

С

В

А

U£1 кВ

ЭУ1

ЭУ2

С

1

1

1

2

0,7 м

4

lв=3 м, dв=12 мм, nв=6 шт,

 

Рис. 3.3. Схема использования освещенного ЗУ в системе защитного ЭУ напряжением до и свыше 1 кВ
1 – заземляющий проводник;
2 – горизонтальный заземлитель;
3 – вертикальный заземлитель;
4 – естественный заземлитель с R_е = 30 Ом;
ЭУ1 – высоковольтная ЭУ;
ЭУ2 – низковольтная ЭУ.
Конструктивные решения:
1.                присоединение корпусов электромашин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п., металлических корпусов передвижных и переносных ЭУ и ЗУ при помощи заземляющего проводника сечением не менее 10 мм².
2.                расположение ЗУ, как правило, в непосредственной близости от ЭУ. Оно должно из естественных и искусственных заземлителей. При этом в качестве естественных заземлителей следует использовать проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей), обсадные трубы скважин, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, и другие элементы. Для искусственных заземлителей следует применять только стальные заземлители.
Проектирование приточной и вытяжной механической вентиляции
 Задание: Рассчитать механическую вытяжную вентиляцию для помещения, в котором выделяется пыль или газ и наблюдается избыточное  явное тепло.
Исходные данные: Количество выделяющихся вредностей: m_вр.= 0,4 кг/час газа, Q^я_изб.= 20 кВт. Параметры помещения: 9´15´9 м. Температура воздуха: t_п.= 10 °С, t_у.= 23 °С. Допустимая концентрация газа С_д.=5,0 мг/м². Число работающих: 46 человека в смену. Схема размещения воздуховода приведена на рис.3.3. Подобрать необходимый вентилятор, тип и мощность электродвигателя и указать основные конструктивные решения.
 

lд=6м

Рис 3.3. Схема воздуховодов
вытяжной вентиляции.

l2=7м

lг=2м

l1=7м

lб=8м

l3=7м

lв=3,5м

l4=4м

ПУ

la=7м

 

         Расчет:
L_П – потребное количество воздуха для помещения, м³/ч;
L_СГ  - потребное количество воздуха исходя из обеспечения в данном помещение санитарно-гигиенических норм, м³/ч;
L_П – тоже исходя из норм взрывопожарной безопасности, м³/ч.
Расчет значения L_СГ ведут по избыткам явной или полной теплоте, массе выделяющихся вредных веществ, избыткам влаги (водяного пара), нормируемой кратности воздухообмена и нормируемому удельному расходу приточного воздуха. При этом значения L_СГ определяют отдельно для теплого и холодного периода года при плотности приточного и удаляемого воздуха r = 1,2 кг/м³ (температура 20 °С).
При наличии в помещении явной теплоты  в помещении потребный расход определяют по формуле:

где t_y и t_п – температуры удалённого и поступающего в помещение воздуха
При наличии  выделяющихся вредных веществ (пар, газ, пыль    т_вр  мг/ч) в помещении потребный расход определяют по формуле:

     где С_д –концентрация конкретного вредного вещества, удаляемого                           из помещения,принимаем равным ПДК, мг/м³
      С_п –концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м³
        в рабочей зоне
Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности ведут по массе выделяющихся вредных веществ в данном помещении, способных к взрыву

где С_нк = 60 г/м³ – нижний концентрационный предел распространения пламени по газовоздушным смесям.
Найденное значение уточняют по минимальному расходу наружного воздуха:
L_min=n × m × z = 46 × 25 × 1,3 = 1495 м³/ч
где  m = 25 м³/ч–норма воздуха на одного работника,
       z =1,3 –коэффициент запаса.
       n = 46 – число работников
Окончательно L_П = 114000 м³/ч
Аэродинамический расчет ведут при заданных для каждого участка вентсети значений их длин L, м, и расходов воздуха L, м³/ч. Для этого определяют:
1.Количество вытяжного воздуха по магистральным и другим воздуховодам;
2.Суммарное значение коэффициентов местных сопротивлений по i-участкам по формуле:

x_пов – коэффициент местного сопротивления поворота (табл. 6 [2]);
Sx_ВТ = x_ВТ × n – суммарный коэффициент местного сопротивления вытяжных тройников;
x_СП – коэффициент местного сопротивления при сопряжении потоков под острым углом, x_СП = 0,4.
В соответствии с построенной схемой воздуховодов определяем коэффициент местных сопротивлений. Всасывающая часть воздуховода объединяет четыре отсоса и после вентилятора воздух нагнетается по двум направлениям.
На участках а, 1, 2 и 3 давление теряется на входе в двух (четырех) отводах и в тройнике. Коэффициент местного сопротивления на входе зависит от выбранной конструкции конического коллектора. Последний устанавливается под углом a = 30° и при соотношении l/d₀ = 0,05, тогда по справочным данным коэффициент равен 0,8. Два одинаковых круглых отвода запроектированы под углом a = 90° и с радиусом закругления R₀/d_э =2.
Для них по табл. 14.11 [3] коэффициент местного сопротивления x₀ = 0,15.
Потерю давления в штанообразном тройнике с углом ответления в 15° ввиду малости (кроме участка 2) не учитываем. Таким образом, суммарный коэффициент местных сопротивлений на участках а,1,2,3
Sx = 0,8 + 2 × 0,15 = 1,1 
На участках б и в местные потери сопротивления только в тройнике, которые ввиду малости (0,01…0,003) не учитываем. На участке г потери давления в переходном патрубке от вентилятора ориентировочно оценивают коэффициентом местного сопротивления   x_г = 0,1. На участке д расположено выпускная шахта, коэффициент местного сопротивления зависит от выбранной её конструкции. Поэтому выбираем тип шахты с плоским экраном и его относительным удлинением 0,33 (табл. 1-28 [2]), а коэффициент местного сопротивления составляет 2,4. Так как потерей давления в тройнике пренебрегаем, то на участке д (включая и ПУ) получим x_д = 2,4. На участке 4 давление теряется на свободный выход (x = 1,1 по табл. 14-11 [3]) и в отводе (x = 0,15 по табл. 14-11 [3]). Кроме того, следует ориентировочно предусмотреть потерю давления на ответвление в тройнике (x = 0,15), так как здесь может быть существенный перепад скоростей. Тогда суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке 4
Sx₄ = 1,1 + 0,15 + 0,15 = 1,4
Определение диаметров воздуховодов из уравнения расхода воздуха:

Вычисленные диаметры округляются до ближайших стандартных диаметров по приложению 1 книги [3]. По полученным значениям диаметров пересчитывается скорость.
По вспомогательной таблице из приложения 1 книги [3] определяются динамическое давление и приведенный коэффициент сопротивления трения. Подсчитываются потери давления:

Для упрощения вычислений составлена таблица с результатами:

N участка	l, м	Sx	L, м3/ч	d, мм	V, м/с	Па				Р, Па	РI, Па	Р, Па
а	7	1.1	8572	400	19	216	0.04	0.28	1.38	298	298	-
б	8	-	17143	560	19.4	226	0.025	0.2	0.2	45.2	343	-
в	3,5	-	34286	800	19	216	0.015	0.053	0.053	11.4	354.4	-
г	3,5	0.1	34286	800	19	216	0.015	0.053	0.153	33	387	-
д	6	2.4	25715	675	23	317	0.02	0.12	2.52	799	1186	-
1	7	1.1	8572	400	19	216	0.04	0.28	1.38	298	298	-
2	7	1.1	8572	400	19	216	0.04	0.28	1.38	298	343	45
3	7	1.1	8572	400	19	216	0.04	0.28	1.38	298	343	45
4	4	1.4	8572	400	19	216	0.04	0.16	1.56	337	799	462

Как видно из таблицы, на участке 4 получилась недопустимая невязка в 462 Па (57%).
Как видно из таблицы, на участке 2, 3 получилась недопустимая невязка в 45 Па (13%).
Для участка 4: уменьшаем d с 400 мм до 250 мм, тогда
                   м/с,
при этом =418 Па и = 0.08, Р = 780 Па, _ÑР = 80 Па, Þ .
Для участка 2 и 3: уменьшаем d с 400 мм до 250 мм, тогда V = 10 м/с, при этом = 226 Па и = 0.25, Р = 305 Па, _ÑР = 80 Па, Þ .
Выбор вентилятора.
Из приложения 1 книги [3] по значениям L_потр = 34286 м³/ч и         Р^I = 1186 Па выбран вентилятор Ц-4-76 №12.5 Q_в – 35000 м³/ч,             М_в – 1400 Па, h_в = 0,84, h_п = 1. Отсюда установленная мощность электродвигателя составляет:

где Q_в – принятая производительность вентилятора, N_в – принятый напор вентилятора, h_в=h - кпд вентилятора, h_п – кпд передачи.
Из приложения 5 книги [3] по значениям N = 75 кВт и                     w = 1000 об/мин выбран электродвигатель АО2-92-6 (АО» – защитное исполнение, 92 – размер наружного диаметра, 6 – число полюсов).  Схема электродвигателя показана на рис.3.2.
 

Рис. 3.2. Схема электродвигателя А02-92-6
При этом необходимо предусмотреть установку реверсивных магнитных пускателей для реверсирования воздуха при соответствующих аварийных ситуациях в данном помещении.
Вентилятор и электродвигатель устанавливаются на железной раме при их одноосном расположении. Для виброизоляции рама устанавливается на виброизолирующие материал. На воздухоотводе устанавливают диафрагму, а между ними и вентилятором переходник.

Список использованной литературы:
1.     Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122 – 871 Минэнерго СССР. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
2. Практикум по безопасности жизнедеятельности под ред. Бережного С.А. – Тверь: ТГТУ, 1997.
3. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки, Высшая школа, 1979.