Giáo trình thí nghiệm an toàn điện thí nghiệm phần 2 IUH

Phần 02 Thí nghiệm thiệu Các thí nghiệm an toàn điện trong giáo trình này được xây dựng dựa trên bộ thí ĩm an toàn điện của nhà sản xuất thiết bị thí nghiệm Hps Đức, bộ thí nghiệm được kế và sử dụng m.

Phần 02: Thí nghiệm

thiệu:

Các thí nghiệm an toàn điện trong giáo trình này được xây dựng dựa trên bộ thí

ĩm an toàn điện của nhà sản xuất thiết bị thí nghiệm Hps - Đức, bộ thí nghiệm được

kế và sử dụng mô phỏng hệ thống nguồn cấp điện AC, 230V Điện áp thí nghiệm giảm 10 lần để đảm bảo an toàn trong thao tác thí nghiệm Mặt thao tác của bộ thí

im như hình vẽ (hình 2.0.1) và bộ thí nghiệm được thiết kế mở nhằm tăng tính linh trong tiến hành các thí nghiệm theo mục đích của từng thí nghiệm cụ thể

Hình 2.0.1 KIT thí nghiệm an toàn điện

Giá trị đo trong các thí nghiệm sử dụng đồng hồ đo đa năng hiển thị số loại CD771 lanwa - Đài Loan Như hình ảnh sau:

Hình 2.0.2 Đồng hồ đo thông sổ thí nghiệm

Hình 2.1.1 Sơ đồ thí nghiệm chạm điện trực tiếp.

Trong sơ đồ thí nghiệm hình 2.1.1, mô phỏng bàn tay của người chạm khi ướt bằng cách sử dụng jack cắm nối tắc điện trở bàn tay, mô phỏng bàn tay của người chạm khi khô ráo bằng cách không nối tắt điện trở bàn tay, khi đó tương ứng với hai trường hợp giá trị điện trở người sẽ thay đổi Giá trị điện trở người Rk trong hai trường hợp tay khô và tay ướt như sau:

J Khi tay khô Rk = 2,4 [kíl] (ký hiệu bàn tay không có phích cắm - OUT)

J Khi tay ướt Rk = 820 [Q] (ký hiệu bàn tay đã được cắm phích - IN)

Giá trị điện trở cách điện giữa người với đất tại vị trí thao tác Rst trong hai trường hợp (1) và (2) như sơ đồ Hình 2.1.1 là hoàn toàn riêng biệt cho hai trường họp thí nghiệm, không sử dụng đồng thời, tương ứng với mỗi trường họp thí nghiệm thì điện trở cách điện Rst có giá trị như sau:

J Cách điện tốt Rst = 10 [kíl] Sử dụng dây nối (2)

Thực hiện thí nghiệm cho các trường hợp:

•S Trường hợp 2: Tay khô, cách điện tốt

J Trường hợp 3: Tay ướt, cách điện kém

J Trường hợp 4: Tay ướt, cách điện tốt

Tiến hành quan sát độ sáng của đèn LED, đo các thông số điện áp và dòng điện, ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 2.1.1

Bảng 2.1.1 Bảng ghi kết quả thí nghiệm - Chạm điện trực tiếp

Tay khô Rk = 2.4 [kQ]; OUT Tay ướt Rk = 820 [íl]; INRst-5.1Q LED Rst- 10k LED Rst-5.1 o LED Rst- 10k LEDUf[V]

ưk[V]

If [mA]

Ghi chú:

Uf [V] : Điện áp sự cố, tính từ điểm sự cố đến vị trí đất chuẩn

Uk[V] : Điện áp trên người, tính từ tay chạm đến chân người đó

If [mA] : Dòng điện sự cố, là cường độ dòng chạy qua người (If=Ik)

Thí nghiêm 02: Chạm điện gián tiếp

Mở rộng từ thí nghiệm 01, người thao tác chạm vào thiết bị đang có điện làm việc bình thường và vỏ thiết bị có cách điện tốt (Rf = oo), tuy nhiên sau đó cách điện thiết bị có

sự cố với hai mức độ: nặng Rf = 0 [Q] và nhẹ Rf = 820 [Q]

J Sự cố a: Chạm từ dây phase ra vỏ thiết bị Rf = 0Q

J Sự cố b: Rò điện từ dây phase ra vỏ (cách điện suy giảm) Rf = 820Q

Chú ý: Hai sự cố giả lập riêng biệt, không được thực hiện đồng thời

Thực hiện lắp mạch thí nghiệm như sơ đồ hình 2.1.2, tương ứng với các trường hợp như trong bảng 2.1.2, đo dòng điện qua người If, điện áp sự cố Uf, và điện áp chạm Uc và ghi kết quả vào bảng thí nghiệm

Hình 2.1.2 Sơ đồ mạng điện tiếp xúc gián tiếpBảng 2.1.2 Bảng ghi kết quả thí nghiệm - Chạm điện gián tiếp.

Thiết bị chạm vỏ

Rf [Q]

Trạng thái người Rk[Q]

Điện trở cách điện Rst [Q] Uf[V] Ưc [V] IF[mAJ

Thí nghiệm 03 Thực hiện các phương pháp bảo vệ chống điện giật

Từ thí nghiệm 01 và thí nghiệm 02, hãy đưa ra các trường hợp nguy hiểm cho người khi tiếp xúc với thiết bị mang điện (Trả lời câu hỏi số 1 trong phần IV)

Trong phần thí nghiệm 03, tiến hành phân tích và thực hiện một số các phương pháp bảo vệ cần thiết chống bị điện giật khi phải tiếp xúc trực tiếp với các thiết bị mang điện trong trường họp sự cố.

Lắp mạch điện như sơ đồ hình 2.1.3 như sau:

Hình 2.1.3 Sơ đồ thí nghiệm tiếp xúc điện bị sự cốRst = 5,1Q, Rf = 0Q và Rk = 820Q, tiến hành đo điện áp sự cố ƯF và điện áp tiếp xúc Uc và dòng điện rò If và ghi lại kết quả (Lưu ý: CB bảo vệ nhiệt ỈA khả nảng sẽ Off trong trường hợp thỉ nghiêm này do đó thao tác phải gắn thiết bị đo, lắp mạch trước khỉ bật nguồn CB bộ thỉ nghiệm)

Tính giá trị Uf, Uk và If:

Thông qua kết quả đo và kết quả tính toán theo sơ đồ tương đương, trả lời ngắn các câu hỏi:

Ql: Sự cố thao tác này thuộc chạm điện trực tiếp hay gián tiếp?

Thực hiện thí nghiệm 03 với các trường hợp sau:

a) Sử dụng dây nối đất PE

Thực hiện thí nghiệm hình 2.1.3 với dây nối vỏ thiết bị (dây PE) như hình 2.1.4 sau:

Hình 2.1.4 Sơ đồ nối đất vỏ thiết bị

Tiến hành giả lập thiết bị không chạm vỏ (Rf = oo) và chạm vỏ (Rf = 0) khi có dây nối đất vỏ thiết bị, quan sát trường hợp khi thiết bị chạm vỏ thì đèn LED báo sự cố dòng điện qua người sáng hay tối và CB bảo vệ nhiệt 1A có tác động hay không? Vẽ lại sơ đồ mạch tương đương hình 2.1.4 vào khung 2.2 và ghi nhận xét về trường hợp bảo vệ của dây PE

Nhận xét:

b) Sử dụng thiết bị chống dòng rò RCD

Tiến hành thí nghiệm như sơ đồ hình 2.1.3 tuy nhiên có gắn thêm thiết bị bảo vệ chống dòng rò như sơ đồ hình 2.1.5, thực hiện giả lập hai trường hợp có và không có dây PE

THI: Có dây PE

Ghi nhận sự tác động của ELCB: o Có tác động ; o Không tác động

TH2: Không có dây PE

Ghi nhận sự tác động của ELCB: □ Có tác động ; D Không tác động

Nhận xét (Ve sự tác động tin cậy của RCD, cần thiết hay không có dây PE):

Hình 2.1.5 Sơ đồ mạch bảo vệ bằng RCD.

c) Sử dụng cách điện an toàn

Tiến hành ngắt dây bảo vệ PE khỏi thiết bị, không sử dụng RCD, tăng giá trị điện trở cách điện tại vị trí người đứng thao tác bằng giày bảo hộ (Rst = 10 kíì) như sơ đồ mạch thí nghiệm hình 2.1.6 như sau:

Hình 2.1.6 Sơ đồ mạch bảo vệ bằng cách điệnGhi nhận tín hiệu an toàn từ đèn báo LED và nhận xét sự tin cậy của phương pháp này, ngoài ra còn có thể tăng cường an toàn chống điện giật bằng cách tăng cường cách điện của thiết bị làm việc.

Nhận xét (về độ tin cậy trong an toàn điện của phương pháp cách điện):

Chọn kết luận phù hợp: o an toàn; o không an toàn.

Phần đo 02: Thiết bị được nối dây bảo vệ PE (đường b), đo điện áp chạm Uc và dòng

rò If trong trường họp này:

ƯK= [V]

If= [mA]

Chọn kết luận phù họp: o an toàn; o không an toàn

Phần đo 03: Tháo bỏ dây PE (đường b), tạo sự cố chạm vỏ giữa máy biến áp, động

cơ với dây pha LI (đường c ) Tiến hành đo điện áp chạm Uc và dòng rò If trong trường hợp này:

Uk — [V]

If = [mA]

Chọn kết luận phù họp: □ an toàn; o không an toàn

IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

1) Căn cứ kết quả thí nghiệm trong bảng 2.1.1 và bảng 2.1.2, cho biết trường hợp nào

có nguy cơ gây điện giật cho người khi tiếp xúc với thiết bị mang điện?

2) Liệt kê các phương pháp đảm bảo an toàn chống điện giật?

3) Thế nào là lớp cách điện cơ bản? Nêu mục đích sử dụng lớp cách điện cơ bản?

4) Giá trị điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép là bao nhiêu khi xảy ra sự cố tiếp xúc điện trực tiếp và tiếp xúc điện gián tiếp?

5) Nêu các trường hợp cần thiết để đảm bảo an toàn cho người vận hành, chống điện giật khi tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nguồn điện

C3Ẽã&)

Bài TN 02: THIẾT BỊ BẢO VỆ DÒNG RÒ RCD

L Mục tiêu

Mục tiêu bài thí nghiệm là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của thiết bị bảo vệ dòng rò RCD, thử nghiệm các trường hợp tác động bảo vệ sự cố chạm vỏ của RCD trong các loại

sơ đồ mạch điện

II Chuẩn bị thí nghiêm

- Giáo trình Thí nghiệm An toàn Điện

- Bộ thí nghiệm Safety Board 2330 ở trạng thái hoạt động tốt (cấp nguồn 220V- 50Hz và bật On công tắc nguồn Main sẽ sáng báo hiệu board thí nghiệm ở trạng thái sẵn sàng hoạt động)

- Dụng cụ đo Digital Multimeter CD771

- Dây nối mềm và jack nối cứng

III Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiêm 01: Nguyên lý bảo vệ dòng rò của RCD

Thí nghiệm này kiểm tra tính chất so lệch dòng của RCD, trong thí nghiệm sử dụng hai cuộn dây thứ cấp của máy biến áp cách ly như hai nguồn tạo từ thông của dòng đi và dòng về tương ứng của RCD, mạch từ của máy biến áp giả lập nguyên lý hoạt động của lõi

từ hình xuyến Khi có từ thông sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng ở phía thứ cấp của máy biến

áp, dòng cảm ứng này được khuếch đại đủ lớn tạo lực hút tác động vào cơ cấu cắt của RCD.Tiến hành lắp mạch thí nghiệm như sơ đồ hình 2.2.1

Trong hình 2.2.1, Rvi và Rv2 là hai điện trở sử dụng cho 3 trường hợp đo khác nhau, tuỳ vào mục đích của từng phần đo mà tiến hành sử dụng từng thành phần Rvi, Rv2 hay đồng thời cả hai

Hình 2.2.1 Sơ đồ thử nghiệm RCD

Phân đo 01: Mô phỏng trường hợp không có sự cố phía sau RCD, khi đó dây dẫn

điện đi và về của thiết bị xuyên qua biến dòng Trong mạch đo trên hình 2.2.1, chỉ sử dụng Rv2, loại bỏ toàn bộ Rvi Tiến hành đo các giá trị dòng điện và ghi lại kết quả :

Ilvào ■ I1L — [A]

lira =I1N= [A]

12 = [A]

Phần đo 02: Sự cố chạm vỏ thiết bị xuống đất, chỉ có một dây dẫn điện đi qua RCD,

không có dây dẫn điện về RCD Trong mạch đo trên hình 2.2.1, chỉ sử dụng Rvi, loại bỏ toàn bộ Rv2 Tiến hành đo các giá trị dòng điện và ghi lại kết quả:

Ilvào — I1L — [A]

lira =I1N= [A]

12 = [A]

Thí nghiệm 2: Thực hiện bảo vệ sự cố bằng RCD

Bảo vệ sự cố dòng rò bằng thiết bị RCD là một phương pháp thường được sử dụng trong các phương pháp bảo vệ an toàn điện, chống tiếp xúc điện trực tiếp Trong Thí nghiệm

2, tiến hành thực nghiệm kiểm tra chức năng bảo vệ của RCD

Phần đo 01: Khi vỏ thiết bị làm việc không có nối dây PE

Lắp mạch như sơ đồ Hình 2.2.2, thiết lập sự cố chạm vỏ giữa dây phase L1 tương ứng với 5 trường hợp (lắp mạch cho 5 trường họp riêng biệt), khi đó giá trị điện trở cách điện

Rf sẽ thay đổi theo từng trường hợp riêng biệt Tiến hành đo các thông số tương ứng If và

Ung và ghi giá trị đo được vào bảng 2.2.1

Hình 2.2.2 Sơ đồ thử nghiệm chức năng của ELCB - Thiết bị không nối đất

Nhấn nút Test trên ELCB sau khi nối mạch điện và trước khi tiến hành mô phỏng sự cố để

đảm bảo thiết bị sẵn sàng làm việc

Chú ý: Điện trở cách điện Rf trong 5 trường hợp được giả lập bằng dây nối được đánh số

từ 1 đến 5, cần thay đổi dây nối trong quá trình thí nghiệm

Bảng 2.2.1 Các thông số kiểm tra chức năng ELCB

Ghi chú: Những trường hợp ELCB tác động, loại bỏ ELCB để đo các giá trị Ưc và lf

Phần đo 02: Thiết bị có lắp dây PE, thực hiện lại thí nghiệm tương tự như phần đo 01, nhưng có dây bảo vệ như hình 2.2.3, ghi các thông số đo được vào bảng 2.2.2

Hình 2.2.3 Sơ đồ thử nghiệm chức năng của ELCB - Thiết bị có nối đất

Bảng 2.2.2 Các thông số kiểm tra chức năng ELCB

STT Sự cố chạm vỏ

thiết bị Rf [Q]

ELCB có/không tác động Uc[V] If [mA]

Nguy hiểm cho người

Chú ý : 1) Những trường hợp ELCB tác động, loại bỏ ELCB để đo các giá trị Ưc và If

2) Điện trở cách điện Rf trong 5 trường hợp được giả lập bằng dây nối được đánh số từ 1 đến 5, cần thay đổi dây nối trong quá trình thí nghiệm

IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

1 Giải thích, phân tích và trình bày nguyên lý làm việc của RCD thông qua kết quả đo được từ ba phần đo trong thí nghiệm 1

2 Giải thích tại sao ELCB bị tác động khi ta nhấn nút Test ?

3 Ngoài biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp bằng RCD, hãy nêu các phương pháp chống tiếp xúc trực tiếp khác:

Bài TN 03: NỐI ĐẤT - ĐIỆN cực NÔI ĐÁT

I Mục tiêu

Tìm hiểu cách xác định điện cực nối đất, xây dựng đặc tính tản của điện cực nối đất, xác định điện áp bước.

II Chuẩn bị thí nghiệm

- Giáo trình Thí nghiệm An toàn Điện

- Bộ thí nghiệm Safety Board 2330 ở trạng thái hoạt động tốt (cấp nguồn 220V- 50Hz và bật On công tắc nguồn Main sẽ sáng báo hiệu board thí nghiệm ở trạng thái sẵn sàng hoạt động)

- Dụng cụ đo Digital Multimeter CD771

- Dây nối mềm và jack nối cứng

III Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Xác định điện trở cọc đất

Phần đo 01

Lắp mạch điện thí nghiệm theo hình 2.3.1 và xác định điện trở hệ thống nối đất Ra Điều chỉnh giá trị điện trở 1 [kQ] (Điện trở Rp) để dòng điện qua cọc đất là Ie = 25 mA (250mA)

Điện cực phụ (đầu dò) được đặt vào trong đất và cách điện cực nối đất 20m Đo điện

áp nối đất ƯE giữa điện cực phụ và đầu điện cực nối đất Ra =25 [Q], ghi lại giá trị UeƯE= [V]

Tính điện trở nối đất Ra, theo công thức (1) trình bày phần II

Ra= [Q]

Làm lại thí nghiệm trên khi điện trở nối đất có giá trị Ra = 2,2 [kQ]

Điều chỉnh dòng IE = 7,5 [mA] (75 mA)

Ue = [V]

Tính điện trở nối đất Ra theo công thức (1) trình bày phần II

Ra = [Q]

Phân tích kết quả phần đo 01:

a) So sánh kết quả tính toán Ra từ phương pháp đo với giá trị Ra đã có

b) Vẽ mạch điện tương đương cho hai trường hợp đã thí nghiệm đo ở trên

Phân tích kết quả phần đo 02: So sánh giá trị Rđ trong hai phép đo của phần đo 02.

Thí nghiệm 2: Xây dựng đặc tuyến tản của điện cực nối đất (đặc tuyến điện áp tản)

Lắp mạch thí nghiệm như hình 2.3.3

Hình 2.3.3 Đo điện áp phân bố tại các vị trí cách điện cực nối đất

Tiến hành đo điện áp đất Ue , điện áp giữa điểm nối đất chuẩn và các vị trí khác nhau tính từ vị trí cọc nối đất, cụ thể là điện áp trên cọc đất, điện áp tại các vị trí cách cọc đất Im, 2m, 5m, 10m và 20m Ghi nhận kết quả đo được vào bảng 2.3.1 (giá trị thực

= lOx giá trị đo) Vẽ đường đặc tuyến ƯE =f(a) (tham khảo đồ thị hình 2.3.4)

Bảng 2.3.1 Bảng ghi giá trị điện áp phân bố tại các vị trí cách xa cọc đất

Bảng 2.3.2 Bảng tính điện áp bướcKhoảng cách từ

điện cực đất a [m] 0 1 1 2 2 3 3 4 5 6 8 9 10 11 19 20Điện áp bước

ƯE [V]

(ghi giá trị thực)

Ue [V]

25 20

Hình 2.3.4 Đặc tuyến điện áp đất và đường đẳng thế mẫu

IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

1 Liệt kê các hệ thống nối đất

2 Cho biết mục đích sử dụng của điện cực nối đất?

3 Một điện cực đất có chiều dài 15m, được chôn thẳng đứng trong đất mùn xốp (Rspec =

100 fìm) Tính điện trở của cực nối đất

Bài TN 04: BẢO VỆ TIẾP xúc TRONG MẠNG ĐIỆN TT

I Mục tiêu

Mô phỏng, đo đạt các thông số và phân tích các trường hợp sự cố có thể xảy ra trong

sơ đồ nối đất TT

II Chuẩn bị thí nghiệm

- Giáo trình Thí nghiệm An toàn Điện

- Bộ thí nghiệm Safety Board 2330 ở trạng thái hoạt động tốt (cấp nguồn 220V- 50Hz và bật On công tắc nguồn Main sẽ sáng báo hiệu board thí nghiệm ở trạng thái sẵn sàng hoạt động)

- Dụng cụ đo Digital Multimeter CD771

- Dây nối mềm và jack nối cứng

III Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm 01: Thiết lập sơ đồ nối đất TT như hình 2.4.1

Trong sơ đồ hình 2.4.1, điện trở nối đất hệ thống Rb=2Q, điện trở nối đất vỏ thiết bị R\ lkQ; điện trở cách điện của người Rst= 25Q; người chạm vỏ thiết bị ở trạng thái tay ước Đo các thông số dòng điện, điện áp và ghi giá trị đo được vào bảng 2.4.1

Bảng 2.4.1 Bảng ghi giá trị thí nghiệm 01

Hình 2.4.2 Sơ đồ mạch điện tương đương

J Đo giá trị Rm = [Q]; chú ý phải hở mạch hai đầu động cơ khi tiếnhành đo điện trở động cơ

J Giá trị Rf = 0 [Q]; giá trị điện trở cách điện

J Tính giá trị Uc, Ik, và Ia theo sơ đồ mạch điện tương đương đã vẽ (Phần báo cáo).Trong mạng điện TT, tất cả vỏ thiết bị đều được nối đất, khi có trường hợp sự cố chạm vỏ xảy ra thì dây phase bị ngắn mạch Toàn bộ vỏ thiết bị được nối đất nên tạo sự đẳng thế, do đó điện áp bước hay điện áp sự cố không gây nguy hiểm cho người vận hành Điều này được thể hiện bằng sơ đồ như hình 2.4.3

Theo hình 2.4.3, điện áp đặt lên người bằng với điện áp trên dây trung tính Neu một trong hai thiết bị mất dây PE hoặc dây PE nối đất không tốt thì điện áp đặt trên người là rất lớn, sẽ gây nguy hiểm đến người vận hành

Hình 2.4.3 Sự cố chạm vỏ hai thiết bị trong sơ đồ nối đất TT

Phân tích: Phân tích sự nguy hiểm của tình huống xảy ra như hình 2.4.3, cần lưu ý đến sự tương quan giữa điện trở cách điện với đất của người với điện trở nối đất vỏ thiết

bị, đề xuất thiết bị bảo vệ cho tình huống này

Thí nghiệm 02: Xác định điện trở nối đất vỏ thiết bị Ra

Trong sơ đồ nối đất mạng điện TT, thiết bị bảo vệ quá dòng (CB hay cầu chì) hoặc thiết bị bảo vệ dòng rò đều có thể tác động ngắt để bảo vệ sự cố nguy hiểm Trong tất cả các trường hợp này, các thiết bị bảo vệ phải đảm bảo cắt tin cậy trong khoảng thời gian cho phép là 0,2s Điện áp giáng trên vỏ thiết bị trong khoảng thời gian 0,2s này phải đảm bảo nhỏ hơn điện áp cho phép theo tiêu chuẩn Điều này phụ thuộc rất lớn vào giá trị điện trở nối đất thiết bị

— Ucp

Tính toán các giá trị Ra cho các trường họp sau: