Исходные данные для расчета
| Вари- ант | Высота откоса Н, м | Разновид- ность грунта | Удельный вес γ, Н/м | Прочностные характеристики | Зало-жение откоса | |
| φ, град | с, кПа | |||||
| Суглинок | 19,0 | Зада- ется препо- дава-телем | ||||
| Глина | 20,0 | |||||
| Суглинок | 18,5 | |||||
| Супесь | 18,0 | |||||
| Суглинок | 18,2 | |||||
| Суглинок | 18,8 | |||||
| Супесь | 17,8 | |||||
| Глина | 19,8 | |||||
| Глина | 20,0 | |||||
| Суглинок | 19,2 | |||||
| Супесь | 18,0 | |||||
| Суглинок | 19,3 | |||||
| Глина | 19,8 | |||||
| Суглинок | 18,2 | |||||
| Глина | 19,2 |
Расчеты на устойчивость могут быть выполнены в двух вариантах:
Вариант 1 – поверхность скольжения откоса задается, необходимо определить n.
Вариант 2 – наиболее вероятная линия скольжения находится путем поиска минимальной величины n.
В настоящей работе студентам предлагается выполнить расчет по первому варианту. При этом центр вращения находится по значениям углов α и β (см. рис. 9.2). Значения углов определяются по табл. 9.2, исходя из величины заложения откоса.
Таблица 9.2
Значение углов α и β для определения центра вращения
| Заложение откосов (Н:ℓ) | α, град | β, град |
| 1:1 | ||
| 1:1,5 | ||
| 1:2 | ||
| 1:3 | ||
| 1:4 | ||
| 1:5 |
Пример выполнения
Исходные данные для расчета: откос из однородного грунта (суглинок) высотой 11 м и заложением 1:1 (угол откоса 45°). Физико-механические свойства грунта: γ=19 кН/м3, φ=20°, с=40 кПа. Необходимо оценить устойчивость откоса в непосредственной близости от автомобильной дороги.
Последовательность расчета
1.В масштабе 1:100 строится схема откоса (рис. 9.1).
2.Вычисляется центр вращения О. Для этого по табл. 9.2 определим значение углов: α=28° и β=37°. На пересечении линий АО и ВО находится центр вращения.
3.Из центра вращения проводится линия скольжения радиусом R и контуры призмы сползания АВС определены.
4.Производится разделение призмы АВС на отсеки шириной по 3 м. В нашем примере получилось 7 отсеков. Каждый отсек имеет свою линию сдвижения 
,площадь 
и вес грунта 
.
5.Определяются углы наклона поверхности скольжения в каждом отсеке 
. Углы отсчитываются от линии, перпендикулярно проходящей через центр вращения. При этом находящиеся на левой стороне от центра вращения, имеют знак «минус» (например, угол на рис. 9.2).
6.Дальнейший расчет производится в табличной форме (табл. 9.3). После заполнения таблицы определяется сумма удерживающих и сдвигающих сил.
7.Вычисляется коэффициент устойчивости откоса.
Сумма сдвигающих сил
101,9+261,9+256,5+176,1+56,5-4,6-36,3=816,0 кН/м.
Сумма удерживающих сил
(19,6+95,3+161,7+197,3+129,8+96,4+62,2)+
+(220,6+168,0+144,0+128,0+120,0+120,0-120,0)=1782,3 кН/м.
 |
Рис. 9.2Расчетная схема откоса
Таблица 9.3
Расчет устойчивости откоса
| № изм |  м2, | γ, кН/ м3 |  , кН/м |  , град | sin |  кН/м |
| 6,25 | 19,0 | 118,8 | 0,8910 | 105,9 | ||
| 19,5 | 19,0 | 370,5 | 0,7071 | 261,9 | ||
| 27,0 | 19,0 | 573,0 | 0,500 | 256,5 | ||
| 30,0 | 19,0 | 570,0 | 0,3090 | 176,1 | ||
| 27,0 | 19,0 | 361,0 | 0,1564 | 56,5 | ||
| 15,0 | 19,0 | 265,0 | -1 | -0,0175 | -4,6 | |
| 9,2 | 19,0 | 174,8 | -12 | -0,2079 | -36 |
| cos |  , кН/м | φ, град | tgφ |
| 0,4540 | 53,9 | 0,3640 | |
| 0,7071 | 261,9 | 0,3640 | |
| 0,8660 | 444,3 | 0,3640 | |
| 0,9511 | 542,1 | 0,3640 | |
| 0,9877 | 356,6 | 0,3640 | |
| 0,9998 | 264,9 | 0,3640 | |
| 0,9781 | 170,9 | 0,3640 |
 , кН/м | с, кПа | ℓ, м | с*ℓ |
| 19,6 | 5,5 | 220,0 | |
| 95,3 | 4,2 | 168,0 | |
| 161,7 | 3,6 | 144,0 | |
| 197,3 | 3,2 | 128,0 | |
| 129,8 | 3,0 | 120,0 | |
| 96,4 | 3,0 | 120,0 | |
| 62,2 | 3,0 | 120,0 |
= 
2,18.
Вывод: откос находится в стабильном устойчивом состоянии. Уменьшение коэффициента n возможно при обводнении откоса, так как это приведет к снижению прочностных характеристик грунта.
Практическое занятие №10.
ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ.
К техническим способам и средствам защиты относятся: изоляция токоведущих частей с устройством непрерывного контроля; ограждения; электрическое разделение сетей; применение малых напряжений; электрозащитные средства (блокировка); сигнализация и знаки безопасности; защитное заземление; зануление; защитное отключение; защита от опасности при переходе напряжения с высшей стороны на низшую; компенсация токов замыкания на землю.
Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Физическая сущность зануления состоит в том, что благодаря преднамеренно выполненной с помощью нулевого защитного проводника металлической связи корпусов оборудования с глухозаземленной нейтралью источника питания любое замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание с последующим автоматическим отключением аварийного участка от сети аппаратами защиты (предохранителями, автоматическими выключателями и др.).
Системы защитного отключения – это специальные электрические устройства, предназначенные для отключения электроустановок в случае появления опасности пробоя на корпус. Так как основной причиной замыкания на корпус токоведущих частей оборудования является нарушение изоляции, то системы защитного отключения осуществляют постоянный контроль за сопротивлением изоляции или токами утечки между токоведущими и нетоковедущими деталями конструкции оборудования.
Одним из мероприятий для обеспечения электробезопасности при работе на электрооборудовании является защитное заземление.
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или с ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защита достигается путем уменьшения напряжения прикосновения за счет выравнивания потенциала при стекании тока с электроустановки на землю при пробое фазы на корпус установки. Ток растекается от заземлителя равномерно во все стороны по поверхности и в глубину земли. По мере удаления от заземлителя плотность тока убывает, так как увеличивается сечение слоя земли, через которое проходит ток. Расчетным путем установлено, что потенциал поверхности грунта убывает с удалением от заземлителя по закону гиперболы: от максимального значения (на заземлителе) до нуля на расстоянии примерно 20 м.
В зоне растекания тока человек может оказаться под разностью потенциалов, например, на расстоянии шага. Напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется напряжением шага.
Значение напряжения шага зависит от ширины шага и удаленности человека от места замыкания на землю. По мере удаленности от места замыкания напряжение шага уменьшается. Напряжение шага учитывает форму потенциальной кривой.
Заземление конструктивно представляет собой устройство, состоящее из заземлителей и заземляющих проводников. Заземлители могут быть естественными и искусственными. В качестве естественных заземлителей используются металлические элементы, проложенные в земле, например: металлические элементы (арматура) железобетонных конструкций зданий и сооружений, водопроводные и другие металлические трубопроводы (кроме горючих газов, жидкостей, а также трубопроводов, покрытых изоляцией), металлические оболочки кабелей и т.д. Когда естественные заземлители отсутствуют или их сопротивление недостаточно, то устраиваются искусственные заземлители.
В зависимости от расположения заземлителей относительно заземляемых объектов искусственные заземляющие устройства делятся на контурные и выносные. Обычно заземлители представляют собой электроды, погруженные вертикально или горизонтально в землю. Чаще применяют групповые заземляющие устройства, состоящие из вертикальных стержней, соединенных между собой полосой или круглой сталью. Для повышения эффекта выравнивания потенциала контурное заземление выстраивается в виде заземляющей сетки.
Искусственные заземлители изготавливаются из стали различного профиля. Для обеспечения механической, термической и коррозионной стойкости рекомендуется принимать следующие размеры: диаметр – 40…80 мм, длина – 2…3 м.
Заземляющие проводники обычно изготавливаются из стали прямоугольного или круглого сечения. В сетях напряжением до 1000 В принимается проводимость заземляющих проводников менее 1/3 проводимости фазных проводников. При прокладке заземляющей шины внутри здания наименьшее сечение прямоугольной шины должно составлять 24 мм2, у круглой наименьший диаметр 5 мм.
Требования к устройству защитного заземления и зануления электрооборудования определены ПУЭ, в соответствии с которыми они должны устраиваться при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока. Работы в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных должны выполняться в установках с напряжением питания больше 42 В переменного и более 119 В постоянного тока. Защитному заземлению и занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека, которые могут оказаться под напряжением UФ в результате повреждения изоляции. В этом случае ток, проходящий через человека,
I1= Uср/(R4+RСИЗ), (8.2)
где R4 – сопротивление тела человека; RСИЗ - сопротивление средств индивидуальной защиты, при их отсутствии RСИЗ = 0.
Защитное заземление применяется для обеспечения защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление выполняют путем преднамеренного соединения (металлическими проводниками) нетоковедущих частей электроустановок с «землей» (рис. 8.1) или с ее эквивалентом (ГОСТ 12.1.030–81).
Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникающих при замыкании фазы на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземляемого оборудования, j=I3R3 (в силу малого сопротивления заземляющего устройства – 4…10 Ом), а также выравниванием потенциалов заземленного оборудования.
Заземлители могут быть естественные и искусственные. В первую очередь используются металлические и железобетонные конструкции зданий, которые должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу. Естественными заземлителями могут быть проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за
исключением трубопроводов горючих и взрывчатых газов и смесей; металлические железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, и т.д. Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикальные и горизонтальные электроды.
 |  |
Рис. 10.1. Схема защитного заземления:
а – принципиальная; б – эквивалентная
В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм (обычно это трубы диаметром 50…60 мм) и уголковая сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно это уголковая сталь размером от 40х40 до 60х60 мм) и длиной 2,5…3,0 м. Широко применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м, а иногда и более. В качестве горизонтального 
электрода для связи вертикальных электродов применяются полосковая сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.
Различают контурное и выносное заземляющие устройства. При контурном заземлении одиночные заземлители располагаются равномерно по периметру площадки, на которой размещено оборудование, подлежащее заземлению. Внутри защищаемого контура достигается выравнивание потенциалов земли, что определяет минимальные значения напряжения прикосновения и шагового напряжения (рис. 8.2).
Выносное заземляющее устройство размещается вне площадки, где располагается заземляемое оборудование, поэтому выравнивание потенциалов земли и корпусов заземленного оборудования достигается в меньшей степени. Выносное заземление применяют при малых значениях тока замыкания на землю в установках напряжением до 1000 В, где потенциал заземлителя не выше допускаемого напряжения прикосновения.
ЗАДАНИЕ
Рассчитать заземляющее устройство для заземления трехфазного электродвигателя серии 4А3132М6 мощностью 7,5кВт, напряжением 380 В; n = 2960 об/мин, используемого для провода бетономешалки при следующих данных:
1. грунт – см. по варианту вид грунта в табл. 1 с удельным сопротивлением r, Ом м
Таблица 1
| № варианта | Вид грунта | Удельное сопротивление грунта, r, Ом м |
| 1/11 | Глина / суглинок | 70/80 |
| 2/12 | Супесь/чернозем | 140/53 |
| 3/13 | Супесь/суглинок | 160/120 |
| 4/14 | суглинок/чернозем | 100/50 |
| 5/15 | суглинок/ Супесь | 120/150 |
| 6/16 | Чернозем/ Глина | 50/65 |
| 7/17 | Глина / суглинок | 67/135 |
| 8/18 | суглинок/чернозем | 125/49 |
| 9/19 | Чернозем/ Глина | 47/70 |
| 10/20 | суглинок / Глина | 145/70 |
2. в качестве заземлителей применим стальные трубы d = 0,08 м и длиной l=2,0 м ( с1-го по 10–й варианты ), длиной l=2,5 м – остальные, располагаемые вертикально и соединенные на сварке стальной полосой 40*4 мм;
3. мощность трансформатора равна 90 кВА, требуемое по нормам допускаемое сопротивление заземляющего устройства [ rз] < 10 Ом.
4. Электродвигатель с бетономешалкой расположены во второй климатической зоне 1-10 варианты нормальной, остальные – повышенной влажности.
***Минимальная длина полосы, соединяющая одиночные заземлители L= 1,05 n a , где а = 2 l
Практическое занятие №11.