TS Bạch Thanh Quý (Chủ biên) Ths Dương Hữu Phước Ths Văn Thị Kiều Nhi GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM AN TOÀN ĐIỆN 39 Ỉ7 NHÀ XUẤT BẢN ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỔ Hổ CHÍ MINH TS BẠCH THANH QUÝ (Chủ biên) ThS D.
Trang 1TS Bạch Thanh Quý (Chủ biên)
Ths Dương Hữu Phước Ths Văn Thị Kiều Nhi
Trang 2TS BẠCH THANH QUÝ (Chủ biên)
Giáo trình
THÍ NGHIỆM AN TOÀN ĐIỆN
TRƯÒNG ĐAI HỌC CỦNG NGHIỆP TP.HCM
THƯ VIỆN
MẢ VẠCH .
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
LỜI GIỚI THIỆU 5
Danh mục hình ảnh, bảng biểu 7
Phần 01: Lý thuyết tổng quan về an toàn điện 11
I Chạm điện và các biện pháp bảo vệ an toàn điện 12
II Thiết bị bảo vệ dòng rò 23
III Hệ thống nối đất 26
IV Các loại sơ đồ nối đất 33
V Câu hỏi ôn tập 35
Phần 02: Thí nghiệm 36
Bài TN 01: CHẠM ĐIỆN TRựC TIẾP, GIÁN TIẾP VÀ BIỆN PHÁP BẢO VỆ 38
I Mục tiêu 38
II Chuẩn bị thí nghiệm 38
III Tiến hành thí nghiệm 38
IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm 49
Bài TN 02: THIẾT BỊ BẢO VỆ DÒNG RÒ RCD 51
I Mục tiêu 51
II Chuẩn bị thí nghiệm 51
III Tiến hành thí nghiệm 51
IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thínghiệm 55
Bài TN 03: NỐI ĐẤT - ĐIỆN cực NỐI ĐẤT 57
I Mục tiêu 57
II Chuẩn bị thí nghiệm 57
III Tiến hành thí nghiệm 57
IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thínghiệm 64
Trang 4Bài TN 04: BẢO VỆ TIẾP xúc TRONG MẠNG ĐIỆN TT 65
I Mục tiêu 65
II Chuẩn bị thí nghiệm 65
III Tiến hành thí nghiệm 65
IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm 71
Bài TN 05: BẢO VỆ TIẾP xúc TRONG MẠNG ĐIỆN TN 74
I Mục tiêu 74
II Chuẩn bị thí nghiệm 74
III Tiến hành thí nghiệm 74
IV Báo cáo, phân tích và đánh giá kết quảthí nghiệm 82
Tài liệu tham khảo 83
Trang 5LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Thí nghiệm An toàn Điện được biên soạn nhằm trang bị kiến thức co bản, rèn luyện kỹ năng về an toàn điện cho sinh viên chuyên ngành điện và điều khiển tự động
được xây dựng dựa trên thiết bị thí nghiệm đang được trang bị tại Khoa Công nghệ Điện,
các bài thí nghiệm đều thực hiện trên bộ KIT thí nghiệm antoàn điện do hãng Hps- Đức sản xuất
Giáo trình được trình bày thành2 phần chính:
Phần 01: Lý thuyết tổng quan về an toàn điện
cố điện giật, hiện tượng phản ứng của cơ thể khi có dòng điện chạy quangười, thiếtbị bảo
củng cố kiến thức liên quan đến các bài thí nghiệm được tiến hành trong phần 02, phần
Phần 02: Thực nghiệm
có 05 bài thí nghiệm được xâydựng như sau:
Bài TN 01: Chạm điện trực tiếp, gián tiếp và các biện pháp bảo vệ
Bài TN 02: Thiết bị bảo vệ dòng điện rò
Bài TN 04: Mạng điện TT và các biện pháp bảo vệ
Bài TN 05: Mạng điện TN và các biện pháp bảo vệ
Trongquá trình biên soạn, nhóm tác giả có tham khảo nhiều nguồn tài liệu khác nhau
chỉ: Phòng BM Thiết bị điện, Khoa Công nghệ điện, lầu 5, nhà X, Trường Đại học Công
nghiệp TP.HCM, số 12 Nguyễn Văn Bảo, Phường 4, Quận Gò vấp, Thành phố Hồ Chí
vanthikieunhi@iuh.edu.vn
TM Nhóm tác giả
TS Bạch Thanh Quý
Trang 6Danh mục hình ảnh, bảng biểu
Danh mục hình ảnh:
Hình 1.1.1 Ký hiệu điện trởmạch điện 11
Hình 1.1.2 Chạm điện trực tiếp [ 1 ] 13
Hình 1.1 3 Chạm điện gián tiếp [1] 13
Hình 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng bị điện giật 15
Hình 1.1.5 Sơ đồ thay thế ZK 17
Hình 1.1.6 Mối quan hệ dòng điện - thời gian ảnh hưởng lên cơ thể người [3] 18
Hình 1.1.7 Đồ thị giới hạn nguy hiểm I=f(f) 19
Hình 1.1.8 Một vài sự cố về điện 20
Hình 1.1.9 Các biện pháp an toàn cho người 22
Hình 1.2.1 Ký hiệu của RCD trong các sơ đồ nguyên lý 24
Hình 1.2.2 Cấu tạo các bộ phận có trong RCD 24
Hình 1.2.3 Nguyên lý hoạt động của RCD 25
Hình 1.3.1 Các thànhphần nối đất trong toà nhà 27
Hình 1.3.2 Đặc tuyến tản của đòng điện qua điện cực nối đất 28
Hình 1.3 3 Sơ đồ đo điện trở đất bằng phương pháp dòng - áp 30
Hình 1.3.4 Sơ đồ đo điệntrở đất bằng máy đo 31
Hình 1.3.5 Điện cực nối đất hình tia 31
Hình 1.3.6 Điện cực nối đất thẳng đứng 31
Hình 1.3.7 Điện cực nối đất hình tròn 32
Hình 1.3.8 Điện cực nối đất thẳng đứng đẳng thế 32
Hình 1.3.9 Điện cực nối đất dạng lưới 32
Hình 1.3.10 Hình dạng phân bố điện áp trêncác điện cực 32
Hình 1.4.1 Sơ đồ nối đất TT 33
Hình 1.4.2 Sơ đồ nối đất TN - c 34
Hình 1.4.3 Sơ đồ nối đất TN - s 34
Trang 7Hình 2.0.1 KIT thí nghiệm an toàn điện 36
Hình 2.0.2 KIT thí nghiệm an toàn điện 37
Hình 2.1.1 Sơ đồ thí nghiệm chạm điện trực tiếp 39
Hình 2.1.2 Sơ đồ mạng điện tiếp xúc gián tiếp 41
Hình 2.1.3 Sơđồ thí nghiệm tiếp xúc điện bị sự cố 42
Hình 2.1.4 Sơ đồ nối đất thiết bị làm việc 44
Hình 2.1.5 Sơ đồ mạch bảo vệ bằng RCD 46
Hình 2.1.6 Sơ đồ mạch bảo vệ bằng cách điện 47
Hình 2.1.7 Bảo vệ ởđiện áp thấp 48
Hình 2.2.1 Sơ đồ thử nghiệm RCD 52
Hình 2.2.2 Sơ đồ thử nghiệm chức năng của ELCB - Thiếtbịkhôngnối đất 53
Hình 2.2.3 Sơ đồ thử nghiệm chức năng của ELCB - Thiếtbị có nối đất 54
Hình 2.3.1 Sơđồ thí nghiệm đo điện trởđất bằng phương pháp đo dòng và điện áp 57
Hình 2.3.2 Sơđồ thí nghiệm 59
Hình 2.3.3 Đặc tính điện áp và điện áp bước 60
Hình 2.3.4 Đặc tuyến điện áp đấtvà đường đẳng thế mẫu 62
Hình 2.4.1 Sơ đồ nối đất TT 66
Hình 2.4.2 Sơ đồ mạch điện tương đương 67
Hình 2.4.3 Sự cố chạm vỏ hai thiết bị trong sơ đồ nối đất TT 68
Hình 2.4.4 Chạm gián tiếptrong mạng điện TT với cách điệnkhác nhau 69
Hình 2.4.5 Mạng điện TT với các sự cố 70
Hình 2.5.1 Sơ đồ TN-S điện áp thấp 74
Hình 2.5.2 Khảo sát sự cố trong mạng điện TN-S 76
Hình 2.5.3 Mạng điện TN-S có sử dụng RCD 78
Hình 2.5.4 Khảo sát các sự cố trong mạng điện TN-C 80
Trang 9Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1.1 Tác hại của dòng điện qua người theo tiêu chuẩn IEC [2] 16
Bảng 1.1.2 Điện áp cho phép theo IEC vàViệt Nam 17
Bảng 1.3.1 Hệ số điều chỉnh theo mùa 29
Bảng 1.3.2 Điện trở suất của các loại đất (Rspec) 30
Bảng 2.1.1 Bảng ghi kết quả thí nghiệm - Chạm điện trực tiếp 40
Bảng 2.1.2 Bảng ghi kết quả thí nghiệm - Chạm điện gián tiếp 41
Bảng 2.2.1 Các thông số kiểm tra chức năng ELCB 54
Bảng 2.2.2 Các thông số kiểm tra chức năng ELCB 55
Bảng 2.3.1 Bảng ghi điện áp phân bố 61
Bảng 2.3.2 Bảng tính điện áp bước 61
Bảng 2.4.1 Bảng ghi giá trị thí nghiệm 01 66
Bảng 2.4.2 Bảng tính các giá trị Ra 69
Bảng 2.4.3 Bảng ghi kết quảthí nghiệm 70
Bảng 2.4 4 Bảng ghi giá trị kết quả thí nghiệm 71
Bảng 2.5.1 Bảng ghi giá trị thí nghiệm 75
Bảng 2.5.2 Bảng ghi giá trị thí nghiệm khảo sát sự cố trong sơ đồ mạng điện TN-S 76
Bảng 2.5.3 Điện áp chạmvỏ và dòng điện qua người khi Rst thay đổi 79
Bảng 2.5.4 Bảng ghi giá trị thí nghiệm khảo sát sự cố trong sơđồ mạng điện TN-C 80
Trang 11Phần 01: Lý thuyết tổng quan về an toàn điện
Ký hiệu, thuật ngữ
Anh Trong giảo trình này chúng tôi vẫn giữ nguyên các quy ước thường sử dụng này.
Hình 1.1.1 Ký hiệu điện trở mạch điện
RCCB : Residual Current Circuit Breaker Thiết bị ngắt dòng điện rò
ELCB : Earth Leakage Circuit Breaker Thiết bị ngắt dòng điện rò
xuống đất
Trang 12RCBO : Residual Circuit Breaker Overcurrent Thiết bị dòng rò bảo vệ
quá tải
R a : Điện trở nối đất của thiết bị [Q]
Rb : Điện trở nối đất của trung tính nguồn [D]
Rst : Điện trở tại vị trí có sự cố [C>]
I Chạm điện và các biện pháp bảo vệ an toàn điện
1.1 Điện giật (electrical shock)
Điện giật làtình trạng xuất hiện dòng điện chạy qua cơ thể người, gâynên những tác
hấp, hoặc gây bỏng cho người bị điện giật Khi cường độ dòng điện qua người đủ lớn
với các thiết bị mang điện thì có nhiều quy định và tiêu chuẩn an toàn được đưa ra, quy định tập trung chính yếu vào cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua cơ thể
người Có hai hình thức tiếp xúc với dòng điện đó là chạm trực tiếp và chạm gián tiếp vào các thành phần mang điện
a) Chạm điện trực tiếp
Chạm điện trực tiếp là khi người tiếp xúc trực tiếp với các phần mang điện của thiết
bị, điện trở hình thành giữa phần thiết bị mang điện với bộ phận tiếp xúc của ngườibằng 0(Rf= 0)
Trang 13^11
Is: Touch current
Hình 1.1.2 Chạm điện trực tiếp [1]
b) Chạm điện gián tiếp (indirect electric shock):
Chạm điện gián tiếp làkhi người tiếp xúc với các phần mangđiện mà lúcbình thường
Id: Insulation fault current
Hình 1.1.3 Chạmđiện gián tiếp [1],
1.2 Các nguyên nhân gây ra điện giật
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tai nạn bị điện giật, có thể nêu ra một vài nguyên
điện
• Vi phạm các quy trình kỹ thuật vềan toàn trong thao tác vận hành các thiết bị điện
• Chủ quan với sự nguy hiểm của điện giật, nhất là với các đối tượng tiếp xúc với
đến các biện pháp chủ động ngăn ngừa tai nạn điện
Trang 141.3 Các bước cần tiến hành khi xảy ra tai nạn điện giật
Trong các quy trình, quy phạm về an toàn lao động hầu hết đều có trình bày các
hành như sau:
Lưới điện áp < 1000V:
CB cấp điện; dùng vật cách điện cách lyphần dẫn điện ra khỏi người nạn nhân
J Nếu nạn nhân bị ngất, cần thực hiện hô hấp nhân tạo (cho đến khi biết chắc chắn
•S Tìm biện pháp khắc phục nguyên nhân, tránh phát sinh lặp lại, báo cáo người cótrách nhiệm
Lưói điện áp > 1000V:
J Lập tức báo cho người có trách nhiệm và có chuyên môn để cắt nguồn điện liênquan
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng bị điện giật
Trang 15Diện tích
Hình 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng bị điện giật
1) Cường độ dòng điện qua người
Ik [mA; A] : Là dòng điện đi qua người, cường độ dòng điện đi qua người càng lớn
thì tác động lên các chức năng của cơ thể càng nhanh, càng gây nhiều nguy hiểm hơn đến
điện đi qua người theo tiêu chuẩn IEC (IEC 479-1)
Trang 16Bảng 1.1.1 Tác hại của dòng điện qua người theo tiêu chuẩn IEC [2].
Ik [mA]
Tác hại đối vói cơ thể người
IEC 479-1
2-3 Tê mạnh Chưa có cảm giác
5-7 Bắp thịtbắtđầu co lại Cảm giác như kim châm
8-10 Tay khó rời vật mang điện Nóng tăng dần
90-100 Neu kéo dài thời gian t>3s, tim ngừngđập Tê liệthô hấp
Dựa theo công bố từ bảng 1.1.1, dòng điện DC ít nguy hiểm hơn so với dòng điện
Ikac — 10mA
Ik_dc — 50mA
Ảnh hưởng đến cường độ dòng điện qua người lớn hay nhỏ, khi bỏ qua các yếu tố tác
chính ảnh hưởng đến cường độ dòng điện qua người đó là: Điện trở người (Rk), điện áp
tiếp xúc và diện tích tiếp xúc
Tổng trở người (Zk): Phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái sức khoẻ và cấu trúc cơ địa
thânngười Sơ đồ thay thế tổng trởngười như sau:
Trang 17Hình 1.1.5 Sơđồ thay thế Zk.R1 và R2 là điện trở các lớp da có giá trị rất lớn so với R3 là điện trở các thành phần bên trong cơ thể Các giá trị điện dung c có giá trị rất bé nên ở tần số công nghiệp f=50Hz
do đó ZkS Rk Khi lóp da bình thường Rk= IkQ vài chục kQ
Diện tích tiếp XÚC'. Diện tích tiếp xúc có ảnh hưởng đến dòng điện chạy qua người,
giá trị điện trở người Rk, khi điện áp tiếp xúc càng lớn thì cường độ dòng điện chạy qua
người càng lớn
ĩ _ Utx
[ K ~ R',
kk
Dòng điện qua người trongnhiều trường hợprất khó xác địnhvì phụ thuộc nhiều vào
ở các thời điểmkhác nhau, do đó để đơn giản và thống nhất trong tínhtoán thiếtkế an toàn
điện, người ta thường sử dụng đại lượng điện áp tiếp xúc cho phép Ưcp [V], Đại lượng điện
chuẩn giới hạn điện áp tiếp xúc cho phép của tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn quốc gia
Việt Nam
Bảng 1.1.2 Điện áp cho phép theo IEC và Việt Nam
Trang 182) Thời gian tiếp xúc
Thời gian tiếp xúc tương ứng với thời gian dòng điện chạy qua người, do vậy, thời
quy định mức thời gian tiếp xúc tối đa cho phép đối với từng loại dòng điện cụ thể
Quan hệ giữa dòng điện xoay chiều tần số 15Hz đến 100Hz qua người và thời gian
nhưbiếu đồ hình 1.1.5 sau:
Duration of current
Hình 1.1.6 Mối quan hệ dòng điện - thời gian ảnh hưởng lên cơ thể người [3]
Quan hệ dòng điện và thời gian qua người được xác định thành 4 vùng ảnh hưởng:
gồm: AC -4.1; AC - 4.2; vàAC - 4.3 Sự ảnh hưởng của các vùng như sau:
Vùng AC-4.3 Hơn 50% nhịp tim bị rối loạnĐường A Ngưỡng cảm nhận được dòng điện
Trang 19Đường Cl
50% khả năng nhịp tim bị rối loạnTrong các đường giới hạn an toàn, đế đảm bảo tính an toàn tin cậy làm việc của các
toàn
3) Đường đi của dòng điện qua người
haychân- chân Đường đi nào là nguy hiểmnhất thì hiện nay chưa có công bố nào đượcđưa ra Tuy nhiên, nếu xét trên quan điểm đường đi của dòng điện qua tim là nguy hiểm
4) Tần số của dòng điện [1]
thấp hơn so với tần số công nghiệp
Bằng thí nghiệm trên động vật, giới hạn mức độ nguy hiểm của cường độ dòng điện
Hình 1.1.7 Đồ thị giới hạn mức độ nguyhiểm A-f [ 1 ]
được đánh giá là cao nhất Với tần số điện công nghiệp, mức độ phá huỷ tế bào liên quan
đến timvà hô hấp là rất lớn, do đó trị số dòng nguy hiểm giới hạn mức bé nhất
ỉ giớihạn — 10mA
5) Môi trường
Môi trường thao tác có ảnh hưởng lớn đến tình trạng bị điện giật, mức độ nguy hiểm
sẽ tăng trong môi trường có độ ẩm tăng, độ ẩm ướt của môi trường càng lớn thì mức độ
dẫn điện của da càng lớn, cách điện người càng nhỏ Với cùng một mức điện áp tiếp xúc
Trang 20thì môi trường ẩm ướt sẽ có dòng điện qua người cao hơn trong môi trường khô ráo Ngoài
1.5 Các loại sự cố về điện • • •
Sựcố về điện có thể do:
• Bị chạm giữa dây pha với dây trung tính
Hình 1.1.8 Một vài sự cố về điện
cố chạmđiện trực tiếp nếuđiện trở tiếp xúc có giá trị nhỏ; và được xem làchạmđiện gián
Điện áp sự cố Uf
Điện áp sự cố là điện áp giữa vỏ thiết bị với cực nối đất hoặc giữa các bộ phậnkhác
trở khoảng 40kíì Ngoài ra điện áp sự cố cũng có thể xuất hiện giữa các bộ phận dẫn điện
Trang 21Dòng điện rò If
Dòng điện rò là dòng điện xuất hiện khi có sự cố hư hỏng về cách điện Đó chính là
trị điện trở mạch vòng và phụ thuộc vào loại sự cố điện, ngoài ra còn phải tính đến giá trị
Điện áp tiếp xúc Utx
Điện áp tiếp xúc Ưtx là phần điện áp song song qua cơ thể người, điện áp tiếp xúc
Lưu ý: Thuậtngữ điện áptiếp xúc chỉ được sử dụngtrong phương pháp bảovệ chốngchạm gián tiếp Điện áp tiếp xúc thử là điện áp có giá trị lớn nhất có khả năng xảy ra khixuất hiện sự cố về điện
Quy định về điện áp tiếp xúc Ucp
Là giátrị điện áp lớn nhất cho phép duytrì trạng thái ổnđịnh lâu dài của thiết bịđiện
Đối với nguồn điện xoay chiều, giá trị điện áp tiếp xúc Ưcp lớn nhất là50 V
Đối với nguồn điện một chiều, giá trị điện áp tiếp xúc Ucp lớn nhất là 120 V
duy trì trong khoảng thời gian dài
1.6 Các biện pháp bảo vệ an toàn điện
Bảo vệ an toànđiện được chia thành 2 phần, bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp và bảo
vệ chống tiếp xúc gián tiếp
Các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp
Để tránh điện áp tiếp xúc trực tiếp, ta có thể sử dụng một trong các phương pháp sau
4- Cách ly các phần tử mang điện
4 Dùng rào chắn hoặc vỏ bảo vệ theo tiêu chuẩn IP2X
4 Bảo vệ dùng điện áp thấp: 25VAC hoặc 60 VDC
Các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp
Trang 224 Bảo vệ dùng điện áp thấp 50VAC hoặc 120 VDC.
4 Bảo vệ bằng cách hạn chế năng lượng phóng điện
4 Bảo vệ dùng cách điện
4 Bảo vệ cách ly với các thiết bị điện khác
4 Sử dụng các thiết bị điều khiển cách điện
4* Dùng điện áp có giá trị thấp với cách điện antoàn
Hình 1.1.9 trình bày các biện pháp bảo vệ chạm điệncho người, tránh bị điện giật
BẢO VỆ CHO NGUỜl
Bảo vệ điện áp thấp
Làm việc với điện
áp thấp
Sử dụng rào chắn hoặc vỏ bọc
Phòng không dẫn điện
Sừ dụng mặt đẳng
Trang 23Như phân tích các biện pháp bảo đảm an toàn điện trên đây, để đảm bảo an toàn điện cần chú ý các yếu tố như: con người, thiết bị, tổ chức sản xuất và kỹ thuật an toàn Trong
Biện pháp tổ chức bao gồm các quy định về con người, độ tuổi laođộng, quy trình tổ
chức, Trong phạm vi tài liệu này chúng tôi chú trọng đến biện pháp kỹ thuật, độc giảxem thêm các biện pháp tố chức trong quy phạm an toàn điện - TCVN
công cụ lao động phải có cách điện an toàn cho người lao động thì cũng cần phải trang bị
II Thiết bị bảo vệ dòng rò
Trong mạng điện hạ áp có nhiều loại sự cố về điện khác nhau, tuỳ theo tính chất củatừng loại sự cố mà có các thiết bị bảo vệ tương ứng Một trong các sự cố gây nguy hiểm
thời nguồn điện đang cung cấp ra khỏi thiết bị Thiết bị bảo vệ sự cố dòng rò xuống đất
II 1 Công dụng của RCD
Khi xuất hiện dòng điện rò quavỏ thiết bị xuống đất ở phía sau RCD, theo các giá trị
Trong trường hợp sử dụng RCD để chống chạm điện trực tiếp, thì giải pháp sử dụng
RCD chỉ được xem như một giải pháp bổ sung kết hợp, không phải là giải pháp duy nhất
II 2 Các chủng loại RCD
Hiện tại trênthị trườngthiết bị điện có nhiều loại thiết bị có tính năngbảo vệ dòng rò
như:
J RCCB : Residual Current Circuit Breaker - cầu dao tự động chống dòng rò
J RCBO: Residual Circuit Breaker Overload - cầu dao tự động chống dòng rò và
quá tải
J ELCB: Earth Leakage Circuit Breaker - cầu dao tự động chống dòng rò
Phân loại RCD theo số cực, có 3 loại: 2 cực, 3 cực và 4 cực