Chương 2: Phân tích an toàn các mạng điện Chương 3: Bảo vệ nối đất Chương 4: Bảo vệ nối dây trung tính Chương 5: Dụng cụ, phương tiện cần thiết cho an toàn điện, cấp cứu người khi bị điệ
TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI
Người bị điện giật là do tiếp xúc với mạch điện có điện áp, tức là dòng điện chạy qua cơ thể họ gây ra tác dụng nguy hiểm Dòng điện này có thể làm tổn thương các mô, thần kinh và cơ, gây ra các hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe Khi bị điện giật, người bị ảnh hưởng có thể gặp phải các triệu chứng như đau nhức, tê liệt hoặc mất ý thức Việc hiểu rõ nguyên nhân và tác động của dòng điện qua cơ thể giúp nâng cao ý thức phòng tránh tai nạn điện.
- Tác dụng nhiệt: làm cháy bỏng thân thể, thần kinh, tim não và các cơ quan nội tạng khác gây ra các rối loạn nghiêm trọng về chức năng
Điện phân làm phân ly máu và các chất lỏng hữu cơ, gây phá huỷ thành phần hoá học và cấu trúc tế bào trong cơ thể Hiểu rõ tác dụng của điện phân giúp nhận biết quá trình này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe như thế nào.
Tác dụng sinh lý của chất này gây ra sự hưng phấn và kích thích các tổ chức sống, dẫn đến co rút các cơ bắp, bao gồm tim và phổi Điều này có thể gây phá hoại chức năng hô hấp và tuần hoàn, thậm chí làm ngừng hoạt động của chúng.
Các nguyên nhân chủ yếu gây chết người bởi dòng điện thường là tim phổi ngừng làm việc và sốc điện:
Ngừng tim là trường hợp nguy hiểm nhất và thường được cứu sống nhờ hồi sức tim mạch hơn là chỉ xử lý ngừng thở và sốc điện Dòng điện tác động lên cơ tim có thể gây ra ngừng tim hoặc rung tim, trong đó rung tim là hiện tượng co rút nhanh và rối loạn của các sợi cơ tim Rung tim làm gián đoạn hoạt động của các mạch máu trong cơ thể, dẫn đến việc tim ngừng đập hoàn toàn, gây nguy hiểm nghiêm trọng đến tính mạng người bệnh.
Sốc điện là phản ứng phản xạ thần kinh đặc biệt của cơ thể do sự hưng phấn mạnh bởi tác dụng của dòng điện, gây rối loạn nghiêm trọng các chức năng như tuần hoàn, hô hấp và trao đổi chất Tình trạng sốc điện kéo dài từ vài chục phút đến một ngày đêm, tuy nhiên, nếu được cấp cứu kịp thời, nạn nhân có khả năng hồi phục hoàn toàn.
Hiện nay, còn nhiều ý kiến khác nhau về nguyên nhân chính gây tử vong, trong đó có ý kiến cho rằng do tim ngừng đập, trong khi ý kiến khác lại cho rằng nguyên nhân là do phổi ngừng thở Một số người cho rằng trong nhiều trường hợp tai nạn điện giật, nạn nhân chỉ cần được cứu bằng biện pháp hô hấp nhân tạo để thoát khỏi nguy hiểm Có ý kiến cho rằng dòng điện truyền qua cơ thể gây ra ngừng tim hoặc ngừng thở, là nguyên nhân chính dẫn đến tử vong sau tai nạn điện giật.
Trang 12 người thì đầu tiên nó phá hoại hệ thống hô hấp sau đó nó làm ngừng trệ hoạt động tuần hoàn
Trong các trường hợp nạn nhân bị điện giật, việc sử dụng đồng thời các biện pháp cấp cứu là rất cần thiết Theo khuyến cáo, người sơ cứu nên thực hiện cả hồi sức hô hấp (hô hấp nhân tạo) và kích thích hệ thống tuần hoàn để tăng khả năng hồi phục của nạn nhân Áp dụng các biện pháp này cùng lúc giúp đảm bảo cung cấp oxy và duy trì dòng máu, từ đó nâng cao khả năng cứu sống người gặp nạn Việc hiểu rõ và thực hiện đúng các kỹ năng cấp cứu phù hợp sẽ giúp tăng cơ hội thành công trong quá trình sơ cứu người bị điện giật.
1.1.1 ĐIỆN TRỞ CƠ THỂ NGƯỜI:
Thân thể người ta gồm có da thịt xương máu tạo thành và có một tổng trở nào đó đối với dòng điện chạy qua người Lớp da có điện trở lớn nhất mà điện trở của da là do điện trở của lớp sừng trên da quyết định Điện trở của người là một đại lượng rất không ổn định và không chỉ phụ thuộc vào trạng thái sức khoẻ của cơ thể người từng lúc mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh, điều kiện tổn thương
Qua nghiên cứu rút ra một số kết luận cơ bản về giá trị điện trở cơ thể ngườinhư sau:
Điện trở cơ thể người là một đại lượng không thuần nhất, thể hiện sự phức tạp trong quá trình truyền dòng điện qua cơ thể Thí nghiệm cho thấy dòng điện đi qua người và điện áp đặt vào có sự lệch pha, phản ánh tính chất tải cảm của hệ thống Sơ đồ mô hình điện trở người có thể được biểu diễn bằng hình vẽ, giúp hiểu rõ hơn về các đặc tính của điện trở sinh học trong các ứng dụng thực tế và kiểm tra an toàn điện.
R 1 : điện trở tác dụng của da
R 2 : điện trở của tổng các bộ phận bên trong cơ thể người
C: điện dung của da và lớp thịt dưới da
Vì thành phần điện dung rất bé nên trong tính toán thường bỏ qua
- Điện trở của người luôn luôn thay đổi trong một phạm vi rất lớn từ vài chục ngàn Ω đến
Trong tính toán, giá trị điện trở của cơ thể thường lấy trung bình là 1000 Ω, nhưng khi da bị ẩm, tiếp xúc với nước hoặc do mồ hôi, điện trở người sẽ giảm xuống đáng kể Việc này ảnh hưởng đến các phép đo điện trở cơ thể và cần được lưu ý trong các ứng dụng y học hoặc điện tử Hiểu rõ tác động của độ ẩm và mồ hôi giúp đảm bảo độ chính xác trong các phép đo liên quan đến điện trở người.
Điện trở của người phụ thuộc vào áp lực và diện tích tiếp xúc, với sự giảm điện trở khi cả hai yếu tố này tăng lên Khi áp lực và diện tích tiếp xúc càng lớn, điện trở của người sẽ giảm rõ rệt, đặc biệt dễ nhận thấy trong vùng áp lực nhỏ hơn 1kG/cm² (hình 1.1).
Hình 1.1: Sự phụ thuộc của điện trở người vào áp lực tiếp xúc
- Điện trở người giảm đi khi có dòng điện đi qua người, giảm tỉ lệ với thời gian tác dụng của dòng điện Điều này có thể giải thích vì da bị đốt nóng và có sự thay đổi về điện phân
- Điện trở người phụ thuộc điện áp đặt vào vì ngoài hiện tượng điện phân còn có hiện tượng chọc thủng Khi điện áp đặt vào 250V lúc này lớp da ngoài cùng mất hết tác dụng nên điện trở người giảm xuống rất thấp
Hình 2.2 trình bày sự phụ thuộc của điện trở người vào điện áp trong các thời gian tiếp xúc khác nhau (0,015 giây và 3 giây), cho thấy rõ ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến điện trở cơ thể Đường đi của dòng điện tay – tay và tay – chân thể hiện rõ các hướng truyền điện của dòng điện qua cơ thể người trong các điều kiện khác nhau Hiểu rõ sự thay đổi điện trở theo thời gian giúp đánh giá mức độ an toàn trong các tình huống tiếp xúc điện, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế các biện pháp phòng tránh điện giật hiệu quả.
1.1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA TRỊ SỐ DÒNG ĐIỆN GIẬT ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN:
HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN ĐI TRONG ĐẤT
Khi lớp cách điện của thiết bị điện bị thủng, dòng điện sẽ chạm đất Dòng điện này có thể đi trực tiếp xuống đất hoặc qua các cấu trúc khác trong hệ thống Điều này làm tăng nguy cơ chập cháy và gây nguy hiểm cho người vận hành, vì vậy cần kiểm tra và duy trì lớp cách điện luôn đảm bảo an toàn.
Về phương diện an toàn mà nói thì dòng điện chạm đất thay đổi cơ bản trạng thái của mạng điện (điện áp giữa dây dẫn và đất thay đổi xuất hiện các thế hiệu khác nhau giữa các điểm trên mặt đất gần chổ chạm đất) Dòng điện đi vào đất sẽ tạo nên ở điểm chạm đất một vùng dòng điện rò trong đất và điện áp trong vùng này phân bố theo một quy luật nhất định Để đơn giảnnghiên cứu hiện tượng này ta giải thích dòng điện chạm đất đi vào đất qua một cực kim loại hình bán cầu Đất thì thuần nhất và có điện trở suất là (tính bằng Ohm.cm) Như thế có thể xem như dòng điện đi từ tâm hình bán kính cầu tỏa ra theo đường bán kính Trên cơ sở lý thuyết tượng tự ta có thể xem trường của dòng điện đi trong đất giống dạng trường trong tĩnh điện, nghĩa là tập hợp của những đường sức và đường đẳng thế của chúng giống nhau Đại lượng cơ bản trong điện trường của môi trường dẫn điện là mật độ dòng điện J Vectơ này hướng theo hướng của vecto cường độ điện trường
Phương trình để khảo sát điện trường trong đất là phương trình theo định luật Ohm dưới dạng vi phân :
E= J Trong đó : là điện trở suất
E là điện áp trên đơn vị chiều dài dọc theo đường đi của dòng điện
Mật độ dòng điện tại điểm cách tâm bán cầu 1 khoảng X bằng :
2𝜋 𝑋 2 Ở đây Iđlà dòng điện chạm đất
Hình 1.4: Dòng chạm đất đi vào đất qua bản cực bán cầu Nếu dịch chuyển điểm A đến gần mặt của vât nối đất ta có điện áp cao nhất đối với đất
Trong công thức 2π·Xđ·d, Xđ là bán kính của vật nối đất hình bán cầu, được xem như một vật có các điểm điện áp bằng nhau Giả thiết này dựa trên cơ sở rằng vật nối đất có điện dẫn rất lớn, điển hình như thép, với điện dẫn gần gấp 10⁹ lần điện dẫn của đất Điều này giúp đơn giản hóa quá trình tính toán điện trở đất và cải thiện độ chính xác của mô hình.
X 𝐴 Thay tích Uđ Xđ = K (là một hằng số ứng với những điều kiện nhất định) ta có phương trình hyperbol sau:
+ Như vậy, sự phân bố điện áp trong vùng dòng điện rò trong đất đối với điểm vô cực ngoài vùng dòng điện rò có dạng hyperbol
+ Tại điểm chạm đất trên mặt của vật nối đất ta có điện áp đối với đất là cực đại
Vật nối đất không chỉ có dạng hình bán cầu mà còn cả các dạng khác như hình ống, thanh, chữ nhật, đều có sự phân bố điện áp gần giống hình hyperbol Điều này cho thấy đặc điểm phân bố điện áp của các vật nối đất đa dạng về hình dạng nhưng đều tuân theo quy luật phân bố điện áp kiểu hyperbol Hiểu rõ sự phân bố điện áp này giúp tối ưu hiệu quả của hệ thống nối đất và đảm bảo an toàn điện năng.
Phương pháp đo điện áp trực tiếp tại các điểm trên mặt đất xung quanh điểm chạm đất giúp xác định chính xác phân bố điện áp trong vùng đất Kỹ thuật này cho phép vẽ đường cong phân bố điện áp đối với đất, phản ánh dạng hyperbol của đường cong trong vùng có dòng điện rò lan truyền trong đất Việc phân tích đường cong này giúp hiểu rõ hơn về phân bố điện thế, từ đó hỗ trợ trong các công trình chống sét, lắp đặt hệ thống chống rò và đảm bảo an toàn điện cho khu vực.
Hình 1.5: Đường cong chỉ sự phân bố điện áp của các điểm trên mặt đất lúc có chạm đất Khi x= r0
0 =𝑈 𝑑 Gọi là điện thế đất( điện thế tại bề mặt điện cực) Đặt 𝑅 𝑑 = 2𝜋.r ρ
Điện trở nối đất của điện cực kim loại bán cầu, hay còn gọi là Rdc, là hệ số phản ánh khả năng dẫn điện của đất Rdc phụ thuộc chủ yếu vào điện trở suất của đất (), không bị ảnh hưởng bởi điện trở của kim loại Ngoài ra, Rdc còn được gọi là điện trở tản, thể hiện khả năng tiêu tán dòng điện xuống đất để đảm bảo an toàn hệ thống điện.
Trong thực tế, điện trở suất của kim loại rất nhỏ so với đất, điều này cho phép xem điện cực như một đẳng thế Do đó, điện thế trên bề mặt kim loại trong môi trường đất có thể được xác định nhờ đặc tính điện trở suất thấp của kim loại, giúp đảm bảo độ chính xác trong các phép đo và ứng dụng đo đất.
Umax = Uđ = Iđ Rđ + Khi x > 20m thì có thể xem như ngoài vùng dòng điện rò hay còn được gọi là những điểm có điện áp bằng không
+ Trong vùng gần 1m cách vật nối đất chiếm 68% điện áp rơi
Những nhận xét trên đây cũng đúng với các loại điện cực khác, chỉ có hàm phân bố điện thế là khác (công thức khác)
ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC
Trong quá trình tiếp xúc với thiết bị điện, điện áp tác động lên cơ thể người phụ thuộc vào điện trở mắc nối tiếp với người Nếu mạch điện kín qua người, mức điện áp sẽ phụ thuộc vào đặc tính của các thành phần trong mạch, ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn của người tiếp xúc Việc hiểu rõ về nguyên lý này giúp chúng ta phòng tránh các nguy hiểm do điện gây ra khi làm việc với thiết bị điện.
Trang 19 Điện áp đặt vào người (tay-chân) khi người chạm phải vật có mang điện áp gọi là điện áp tiếp xúc Hay nói cách khác điện áp giữa tay người khi chạm vào vật có mang điện áp và đất nơi người đứng gọi là điện áp tiếp xúc
Trong nghiên cứu về an toàn điện, việc xác định điện áp tiếp xúc là rất quan trọng Điện áp tiếp xúc chính là hiệu điện thế giữa hai điểm trên đường dây điện mà người có thể vô tình chạm vào, từ đó ảnh hưởng đến mức độ nguy hiểm của dòng điện truyền qua cơ thể Hiểu rõ về điện áp tiếp xúc giúp nâng cao nhận thức về an toàn điện và thiết lập các biện pháp phòng tránh tai nạn điện hiệu quả.
Hình 2.6 mô tả hai thiết bị điện, bao gồm động cơ và máy sản xuất, được kết nối với vật nối đất có điện trở đất Rđ Khi cách điện của một pha trong thiết bị bị chọc thủng, dòng điện sẽ chảy từ vỏ thiết bị qua vật nối đất vào đất Trong trường hợp này, vật nối đất và vỏ các thiết bị đều mang điện áp so với đất, gây nguy hiểm về điện chập và rò rỉ điện.
Trong đó , Iđ là dòng điện chạm đất
Khi người chạm vào thiết bị điện, điện áp đo được là Uđtrong; đồng thời, điện áp tại chân người Uch phụ thuộc vào vị trí của người so với nguồn đất, tức là phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ đứng đến vật nối đất Hiệu số điện áp giữa tay và chân tạo thành điện áp tiếp xúc, gây ảnh hưởng trực tiếp đến người dùng khi tiếp xúc với thiết bị điện.
Utx=Uđ –Uch Như vậy, điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nốiđất
Trường hợp chung có thể biểu diễn điện áp tiếp xúc theo biểu thức :
Utx= α Uđ trong đó α là hệ số tiếp xúc (α 500A, trong đó I đ là dòng chạm đất 1 pha), thường là nằm trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất b Thiết bị có dòng chạm đất bé (I đ 20000 = 20 kΩ Trong trường hợp nếu người chạm điện đi giầy, dép hoặc đứng trên bàn ghế, thảm,… có điện trở càng lớn thì dòng điện qua người càng giảm, tức là sẽ an toàn hơn so với chân tiếp xúc trực tiếp với đất.
Vì khi đó dòng diện chạy qua người sẽ là:
2(𝑅 𝑛𝑔 +𝑅 𝑛 ) − 𝑅 𝑐đ Với Rn là điện trở nền
Nguy hiểm nhất là khi người dùng chạm vào một dây trong khi dây kia chạm đất, vì lúc đó họ phải chịu gần như toàn bộ điện áp của mạng, gây nguy cơ chấn thương hoặc điện giật nghiêm trọng Chính vì thế, việc này đã được xác định là tình huống đặc biệt nguy hiểm và cần tránh hoàn toàn trong quá trình làm việc với hệ thống điện Việc hiểu rõ về các nguy cơ khi tiếp xúc với dây dẫn điện và đảm bảo an toàn điện là rất quan trọng để phòng ngừa tai nạn.
2.2.2 MẠNG ĐIỆN MỘT PHA CÓ TRUNG TÍNH TRỰC TIẾP NỐI ĐẤT
Sơ đồ mạng có hai dây, trong đó dây 1 nối đất, lúc đó xem chân người phải chịu toàn bộ điện áp của mạng điện: Ung= U, rất nguy hiểm.
• Khi người chạm vào dây 1 dây nối đất, giả sử tại điểm B
• Ở chế độ làm việc bình thường: có thể xem chân người như đang ở điểm A, nên điện áp đặt vào người U ng bằng điện áp U BA :
• RBA – điện trở của đoạn dây BA, Ω
• I1v – dòng điện làm việc của mạng, A
Khi người chạm vào điểm C trên mạng 2 dây, điện áp đặt lên người lớn nhất Trong đó, hình 2.3 mô tả các tình huống khác nhau: a) Người chạm vào dây không nối đất của mạng 2 dây; b) Người chạm vào dây nối đất của mạng 2 dây; và người đứng trong tình huống nào thì nguy cơ bị điện giật sẽ cao hơn, đặc biệt khi mạng có dây nối đất hoặc không nối đất.
Trang 29 Ở đây: RCA–điện trở của đường dây CA (Ω).
5%U – tổn thất điện áp cho phép trên đoạn dây CA
(Theo quy định hiện hành tổn thất điện áp trên đường dây hạ áp cho phép 5%U)
Ví dụ: Nếu điện áp của mạng U = 220V thì điện áp lớn nhất người phải chịu khi chạm vào dây nối đất là:
Trong trường hợp xảy ra ngắn mạch giữa dây 1 và dây 2 với giả thiết tiết diện của hai dây dẫn bằng nhau tại mọi thời điểm, điện áp tại điểm C so với đất gần bằng 0,5U, và càng gần điểm A thì điện áp càng giảm dần Do đó, khi có sự cố ngắn mạch giữa dây 1 và dây 2, người chạm vào dây 1 nối đất sẽ phải chịu điện áp gần bằng 0,5U, điều này rất nguy hiểm.
Hình 2.4 Người chạm vào dây nối đất trong các trường hợp; a) Người chạm vào dây nối đất khi xảy ra ngắn mạch; b) Ngườichạm vào dây nốiđấtcủamạng 2 dây
Khi dây nối đất bị đứt tại một điểm X trên đoạn từ A đến B, người chạm vào dây này sẽ phải chịu điện áp gần bằng điện áp của mạng lưới U Điều này tương tự như trường hợp người chạm vào dây không nối đất đã được phân tích trước đó, gây nguy hiểm về điện giật Việc đứt dây nối đất làm mất khả năng bảo vệ của hệ thống, làm tăng nguy cơ rò điện và tai nạn điện, đặc biệt khi người tiếp xúc trực tiếp với dây bị đứt Do đó, kiểm tra và duy trì hệ thống nối đất luôn đảm bảo an toàn cho người sử dụng là vô cùng cần thiết.
MẠNG ĐIỆN BA PHA
Mạng điện 3 pha trung tính có vai trò hết sức quan trọng trong chế độ làm việc Dây trung tính là dây nối với điếm trung tính làm nhiệm vụ dẫn dòng điện trở về nguồn khi mạng không đối xứng Điểm trung tính và dây trung tính gọi chung là trung tính của mạng diện.
Trong hệ thống điện, trung tính của mạng không nối đất hoặc nối đất qua tổng trở lớn, hoặc qua cuộn Pêtécxen để bù dòng điện dung, được gọi là mạng trung tính cách điện đối với đất Ngược lại, trung tính nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ được gọi là trung tính nối đất trực tiếp.
Mạng truyền tải điện có điện áp từ 110kV trở lên (bao gồm 110kV, 220kV, 500kV…) thường sử dụng hệ thống trung tính nối đất trực tiếp để đảm bảo hiệu quả truyền tải lực điện Trong khi đó, mạng phân phối với điện áp thấp hơn (U ≤ 35kV, như 35kV, 10kV, 6kV…) thường áp dụng hệ thống trung tính cách điện với đất nhằm tăng tính an toàn và độ tin cậy của hệ thống phân phối điện.
Mạng hạ áp, với điện áp U ≤ 1kV (thường là 220/127V hoặc 380/220V), có thể được cấu hình theo hai hình thức: trung tính nối đất hoặc cách điện Tại Việt Nam, hệ thống điện phổ biến là mạng 3 pha 4 dây 380/220V trung tính nối đất trực tiếp, đảm bảo an toàn và ổn định trong hoạt động sản xuất và sinh hoạt hàng ngày.
Các tình huống chạm điện có thể dẫn đến tai nạn nguy hiểm trong mạng điện 3 pha:
• Chạm trực tiếp vào 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha
Khi chạm vào vỏ thiết bị có cách điện pha hoặc vỏ bị hỏng, thường chỉ liên quan đến một pha điện chạm vào vỏ, gọi là chạm điện gián tiếp Trường hợp này có thể xem như là chạm trực tiếp vào một pha của mạng điện 3 pha Trong các tình huống chạm điện đó, chạm vào một pha là phổ biến nhất, do đó, bài viết chỉ tập trung phân tích an toàn trong trường hợp này Mức độ nguy hiểm khi người dùng chạm vào một pha điện năng này rất cao, đòi hỏi các biện pháp phòng tránh an toàn phù hợp.
1 pha của mạng diện 3 pha tuỳ thuộc vào loại mạng điện 3 pha (cao áp hay hạ áp; trung tính nối đất hay cách điện)
2.3.1 MẠNG ĐIỆN BA PHA CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐIỆN VỚI ĐẤT
Hình 2.5: Người chạm vào 1 pha của mạng 3 pha trung tính cách điện với đất
Trường hợp chung là khi điện dẫn và điện dung của mạng có trị số bất kỳ, nghĩa là: 𝑔𝐴 ≠ 𝑔𝐵 ≠ 𝑔𝐶 và 𝐶𝐴 ≠ 𝐶𝐵 ≠ 𝐶𝐶
Khi người chạm vào 1 pha, giả sử pha A người sẽ phải chịu dòng điện chạy qua người có trị số như biểu thức:
Trang 31 a Trường hợp người chạm vào 1 pha của mạng hạ áp (U < 1000V)
Dây dẫn đi trên không có điện dung nhỏ do điện áp thấp, trong khi mạng cáp dù có điện dung lớn hơn nhưng thường có chiều dài ngắn nên điện dung vẫn rất nhỏ Do đó, để tính gần đúng dòng điện đi qua người trong tình huống này, có thể xem xét rằng điện dung của hệ thống là khá nhỏ, giúp đơn giản hóa các phép tính liên quan đến an toàn điện.
3𝑅 𝑛𝑔 + 𝑅 𝑐đ b Trường hợp người chạm vào 1 pha của mạng hạ áp (U > 1000V)
Trong mạng điện cao áp, điện áp lớn dẫn đến điện dung lớn, nhưng hệ thống cách điện tốt giúp điện trở cách điện rất cao, tức là điện dẫn nhỏ có thể bỏ qua Do đó, để ước tính dòng điện qua người một cách gần đúng trong trường hợp này, ta có thể bỏ qua điện trở cách điện và tập trung vào các yếu tố chính ảnh hưởng Điều này giúp đơn giản hóa phép tính, đảm bảo tính chính xác phù hợp với điều kiện thực tế của hệ thống cao áp.
2.3.2 MẠNG ĐIỆN BA PHA CÓ TRUNG TÍNH NỐIĐẤT
Hình 2.6: Người tiếp xúc với một pha ở lưới điện 3 pha 3 dây cótrung tính nối đất a Mạng điện điện áp thấp U = 1000 V
Mạng điện ba pha có điểm trung tính trực tiếp nối đất nguy hiểm nhất khi một dây chạm đất hoặc chạm vào vỏ máy, đồng thời người đứng trên đất chạm vào hai dây dẫn còn lại Để giảm thiểu nguy hiểm này, cần thực hiện nối đất điểm trung tính của nguồn cung cấp (380/220V), giúp các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt, cầu chì nhanh chóng ngắt điện khi xảy ra chạm đất trên một pha.
Nhược điểm chính của mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất là khi xảy ra sự cố, người chạm vào dây dẫn có thể gặp dòng điện lớn, gây nguy hiểm đến tính mạng Điều này làm tăng rủi ro điện dọa và ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện trong hoạt động bình thường Việc hiểu rõ các hạn chế này giúp nâng cao ý thức phòng tránh và thiết lập các biện pháp an toàn phù hợp trong vận hành hệ thống điện có trung tính trực tiếp nối đất.
Rđ là điện trở nối đất của điểm trung tính;
Rn là điện trở cuả nền dưới chân người;
Ufa là điện áp pha
Nếu nối đất tốt (Rđ ≈ 0) và sàn nền đất ướt (Rn ≈ 0) thì dòng điện đi qua người sẽ là:
Trong mạng điện có điện áp cao trên 1.000 V, đặc biệt là hệ thống 110 kV, việc trung tính được trực tiếp nối đất giúp nâng cao an toàn vì mạch bảo vệ sẽ cắt ngay khi chạm đất, giảm thời gian tồn tại của điện áp giáng và hạn chế nguy hiểm cho người làm việc gần đó Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là dòng ngắn mạch chạm đất rất lớn, gây nguy hiểm cao hơn Trong khi đó, đối với mạng điện 35 kV, điểm trung tính thường không nối đất trực tiếp mà được cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang để giảm thiểu dòng ngắn mạch và đảm bảo an toàn hệ thống.
Nối đất qua cuộn dập hồ quang giúp giảm dòng điện truyền qua chỗ chạm đất, từ đó giảm điện áp xung quanh điểm tiếp xúc Đây là phương pháp an toàn hiệu quả trong hệ thống điện, nhằm giảm thiểu nguy cơ tai nạn điện và bảo vệ các thiết bị điện Việc sử dụng cuộn dập hồ quang khi nối đất góp phần hạn chế rủi ro về điện trong quá trình vận hành hệ thống điện.
❖ TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 2 :
❖ CÂU HỎI CỦNG CỐ CHƯƠNG 2:
Câu 1 Điện áp tiếp xúc là điện áp như thế nào ?
A) Điện áp đặt vào người khi chạm vào vật có điện
B) Điện áp do dây điện rơi xuống đất mà có
C) Điện áp do hai bản cực của tụ điện chạm vào nhau
D) Điện áp giữa khoảng cách hai chân người
Câu 2 Điện áp bước là gì?
A) Là điện áp khi người bước đi trong vùng có điện
B) Là điện áp giữa chân người với mặt đất
C) Là điện áp giữa hai chân người đứng trong vùng có dòng chạm đất
D) Là điện áp giữa nguồn điện với đất
Nếu có chạm đất với dòng chạm đất Iđ = 100A, có điện trở suất của đất là
10 4 Ohm thì điện áp bước đặt vào người đứng cách chỗ chạm đất 2,2m là bao nhiêu ?
Câu 4 Có mấy loại mạng điện 3 pha
Câu 5 Đây là mạng điện gì?
Mạng điện này có tên là gì
A) Mạng điện 3 pha có trung tính cách ly
B) Mạng điện 3 pha có trung tính nối đất
D) Mạng điện 1 pha nối đất
Câu 7 Mục đích của bảo vệ nối đất là gì?
A) Bảo vệ an toàn cho người lao động
B) Bảo vệ an toàn cho thiết bị dùng điện
C) Bảo vệ an toàn cho người khi tiếp xúc với vỏ thiết bị bị rò rỉ điện
D) Bảo vệ cho động cơ điện
Câu 8 Có mấy hình thức nối đất phổ biến hiện nay?
D) Tất cả các đáp án còn lại đều sai.
Câu 9 Hình thức nối đất nào mà càng xa vật nối đất điện áp tiếp xúc Utx càng lớn
Câu 10 Điện trở suất của đất phụ thuộc vào những yếu tố nào?
D) Tất cả các đáp án trên đều đúng
Câu 11 Các yêu cầu về nối đất đúng tiêu chuẩn Nếu điện áp > 1000 V có dòng chạm đất > 500 A thì điện trở nối đất cho phép là bao nhiêu?
CÁC QUY ĐỊNH VỀ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT TIÊU CHUẨN
Điện trở nối đất an toàn của hệ thống không được vượt quá các trị số nối đất tiêu chuẩn đã quy định trong các quy phạm kỹ thuật cụ thể Việc duy trì điện trở đất phù hợp đảm bảo an toàn hệ thống điện và phòng tránh các tai nạn do điện gây ra Theo các quy chuẩn, giá trị điện trở đất tối đa cần thiết để đảm bảo an toàn không vượt quá giới hạn quy định, giúp giảm thiểu nguy cơ rò rỉ điện và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống Chính vì vậy, kiểm tra và duy trì điện trở nối đất trong mức cho phép là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống điện.
Đối với các thiết bị điện áp trên 1000V có dòng chạm đất lớn hơn 500A, đặc biệt là các thiết bị trong hệ thống mạng điện từ 110kV trở lên, việc sử dụng điện trở nối đất tiêu chuẩn đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống Điện trở nối đất phù hợp giúp giới hạn dòng chạm đất, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và thiệt hại cho thiết bị điện, đồng thời bảo vệ an toàn cho người vận hành Việc lựa chọn và lắp đặt điện trở nối đất đúng tiêu chuẩn là yếu tố then chốt trong thiết kế hệ thống điện cao áp, góp phần duy trì độ tin cậy và hiệu quả của toàn bộ mạng lưới điện.
Các mạng có dòng chạm đất lớn có thể gây ra điện áp trên vỏ thiết bị lên đến hàng trăm thậm chí hàng nghìn volt khi xảy ra chạm đất, tuy nhiên, khi có điện cân bằng, điện áp tiếp xúc không vượt quá 250-300V, vẫn gây nguy hiểm nhưng được giảm thiểu rủi ro nhờ rơ le bảo vệ tác động cắt nhanh sự cố Điện áp này không cho phép con người tiếp xúc trực tiếp với thiết bị khi chưa cắt điện, từ đó giảm thiểu nguy cơ bị điện giật Hệ thống tiếp đất đảm bảo điều kiện Rđ ≤ 0,5Ω giúp duy trì an toàn, đồng thời khi có sự cố, hệ thống bảo vệ hoạt động hiệu quả để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Trong hệ thống điện có dòng chạm đất lớn, việc lắp đặt nối đất nhân tạo là bắt buộc dù điện trở nối đất tự nhiên có phù hợp hay không, nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối Ngay cả khi điện trở nối đất tự nhiên (Rđ) đáp ứng yêu cầu (Rđ ≤ 0,5Ω), vẫn cần thực hiện nối đất nhân tạo với trị số điện trở không vượt quá 1Ω (Rnt ≤ 1Ω) Điều này giúp giảm thiểu rủi ro chạm đất và đảm bảo an toàn hệ thống điện hiệu quả.
Đối với các thiết bị điện có điện áp trên 1000V và dòng chạm đất nhỏ hơn 500A, như các thiết bị trong mạng điện từ 3-35kV, quy định về điện trở nối đất tiêu chuẩn luôn phải đảm bảo phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện Việc duy trì điện trở nối đất trong giới hạn cho phép là yếu tố quan trọng để giảm thiểu rủi ro cháy nổ và nhanh chóng phát hiện các sự cố chạm đất Các quy định này cần được thực hiện nghiêm ngặt tại mọi thời điểm trong năm nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và nhân lực vận hành.
* Khi hệ thống nối đất chỉ dùng cho các thiết bị có điện áp >1000V:
* Khi hệ thống nối đất dùng cho cả thiết bị có điện áp R0 thì Uđ sẽ lớn hơn.
* Để có thể giảm Uđ:
- Giảm Rđ so với R0 nhưng như vậy sẽ không kinh tế
Để đảm bảo an toàn, cần tăng dòng chạm vỏ Iđ đến mức đủ lớn để các thiết bị bảo vệ có thể ngắt nhanh khi xảy ra sự cố chạm vỏ Một biện pháp đơn giản và hiệu quả là sử dụng dây dẫn nối vỏ thiết bị với dây trung tính, giúp đảm bảo bảo vệ an toàn cho người sử dụng trong trường hợp xảy ra sự cố.
Bảo vệ nối dây trung tính có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng Khi xảy ra chạm vỏ của thiết bị, hệ thống sẽ biến đó thành hiện tượng ngắn mạch một pha, giúp các thiết bị bảo vệ nhanh chóng cắt nguồn điện Nhờ vậy, nguy cơ chấn thương hoặc tai nạn điện được giảm thiểu tối đa, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành và sử dụng thiết bị điện.
Bảo vệ nối dây trung tính chỉ có hiệu quả khi có sự chạm vào vỏ thiết bị, nhưng không có tác dụng khi xảy ra chạm đất, do dòng chạm đất rất nhỏ và có thể khiến các thiết bị bảo vệ không hoạt động, dẫn đến sự cố chạm đất kéo dài và nguy hiểm Trong mạng trung tính trực tiếp nối đất với điện áp dưới 1000 V, cần phân biệt rõ giữa khái niệm chạm đất và chạm vỏ để đảm bảo an toàn.
PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Trong các cơ sở sản xuất sử dụng mạng điện 3 pha 4 dây với điện áp nhỏ hơn 1000V có trung tính trực tiếp nối đất, việc thực hiện các biện pháp bảo vệ nối dây trung tính là hết sức cần thiết để đảm bảo an toàn hệ thống Tuy nhiên, cần lưu ý một số điểm quan trọng để đảm bảo hiệu quả của biện pháp này, tránh các nguy cơ gây ra mất an toàn hoặc hỏng hóc thiết bị trong quá trình vận hành.
Trong các hệ thống điện 3 pha 4 dây trung tính nối đất trực tiếp, việc bảo vệ nối dây trung tính chỉ được thực hiện trong các trường hợp đặc biệt như các xưởng có nguy hiểm cao về an toàn, các thiết bị điện được đặt ngoài trời hoặc các bộ phận kim loại của thiết bị điện có khả năng tiếp xúc thường xuyên bởi người dùng Điều này đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng và hạn chế rủi ro về điện khi vận hành các hệ thống điện này.
44 như tay cầm, cần điều khiển
Các phòng làm việc và nhà ở có nền cao ráo không cần lắp đặt bảo vệ nối dây trung tính khi sử dụng điện áp 380/220 V hoặc 220/127 V trong hệ thống có trung tính nối đất Điều này đảm bảo an toàn điện mà vẫn duy trì hiệu quả hệ thống điện.
Trên các đường dây 3 pha 4 dây điện áp 380/ 220 V có trung tính trực tiếp nối đất các cột thép, xà thép phải được nối với dây trung tính.
NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI TRONG BẢO VỆ NỐI DÂY
Khi bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính sẽ được nối đất ở đầu nguồn (gọi là nối đất làm việc) để đảm bảo an toàn hệ thống Ngoài ra, dây trung tính còn có thể được nối đất lặp lại trong từng đoạn của mạng điện (nối đất lặp lại dây trung tính) nhằm duy trì sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện trong quá trình vận hành.
Nhiệm vụ của nối đất làm việc là tạo ra các điều kiện an toàn và ổn định cho thiết bị điện, đảm bảo hoạt động hiệu quả và giảm thiểu rủi ro Ví dụ của nối đất làm việc bao gồm nối đất trung tính của máy biến áp (MBA), máy phát điện và cuộn dập hồ quang Việc nối đất đúng kỹ thuật giúp bảo vệ thiết bị và người vận hành khỏi các sự cố điện, đồng thời duy trì sự ổn định của hệ thống điện.
Quy phạm quy định về điện trở nối đất làm việc của hệ thống điện yêu cầu giá trị không quá 4Ω đối với mạng điện 380/220V và không quá 8Ω đối với mạng 220/127V Đối với các nguồn công suất nhỏ hơn 100 KVA trong mạng 380/220V, hạn mức điện trở nối đất có thể lên đến 10Ω Những tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo an toàn và độ ổn định của hệ thống điện trong vận hành.
Quy định này nhằm giới hạn điện áp của dây trung tính so với đất, đặc biệt trong trường hợp có sự xâm nhập điện áp cao sang phía điện áp thấp hoặc khi một pha bất kỳ chạm đất ở phía hạ áp xảy ra Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ rối loạn điện áp và bảo vệ hệ thống điện khỏi sự cố.
Nhiệm vụ của nối đất lặp lại dây trung tính là giảm điện áp trên vỏ thiết bị so với đất khi xảy ra chạm vỏ, đặc biệt trong trường hợp dây trung tính bị đứt Việc có hệ thống nối đất này giúp bảo vệ an toàn cho người dùng và giảm thiểu rủi ro gây điện giật So sánh với trường hợp không có nối đất lặp lại, rõ ràng hệ thống này giúp duy trì điện áp ổn định, ngăn ngừa nguy cơ rò rỉ điện gây chấn thương hoặc hư hỏng thiết bị điện Do đó, nối đất lặp lại dây trung tính đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bảo vệ và đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và người sử dụng.
A Trường hợp không có nối đất lặp lại :
1.Khi dây trung tính không bị đứt (hình 4.2a):
Khi chạm vỏ thì trên vỏ thiết bị có điện áp:
IN: Dòng ngắn mạch 1 pha (dòng chạm vỏ)
ZK: Tổng trở ngắn mạch của dây trung tính tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch
2 Khi đứt dây trung tính mà lại có sự chạm vỏ sau chỗbị đứt (hình 4.2b) Điện áp trên vỏ thiết bị trước chổ đứt:
U1 = 0 Điện áp trên vỏ thiết bị sau chổ bị đứt:
B Trường hợp có nối đất lặp lại dây trung tính:
1 Khi dây trung tính không bị đứt (hình 4.3a):
Khi có sự chạm vỏ thì trên thiết bị sẽ có điện áp:
U1 : Điện áp trên vỏ thiết bị khi không nối đất lặp lại
R0 : Điện trở nối đất trung tính
R2 : Điện trở nối đất lặp lại
2 Khi đứt dây trung tính mà có sự chạm vỏ sau chổ bị đứt (hình 4.3b):
Hình 4.3 b Điện áp trên vỏ thiết bị trước chổ bị đứt:
U4= Iđ.R0= Uf.R0/(R0+R2)