Bài giảng hệ thống cung cấp điện chương 10 bạch quốc khánh

 Mạng điện một dâyChạm vào một cực của mạng điện một dây  Dòng điện qua người Sơ đồ thay thế ro: Điện trở của nối đất làm việc r1: Điện trở cách điện của dây điện rn: Điện trở cách điệ

Hệ Thống Cung Cấp Điện EE-3425

1 Hiện tượng điện giật

2 Các khái niệm cơ bản

 Tác động sinh lý của dòng điện chạy qua cơ thể người có thể do tiếp xúc trực tiếp hoặc tiếp xúc gián tiếp.

 Sự nguy hiểm do điện giật phụ thuộc các yếu tố sau:

 Trị số của dòng điện qua người

 Thời gian tác dụng của dòng điện

 Đường đi của dòng điện qua người

 Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người

AC-4.2 Giữa đường C2 và C3 Xác suất rung tim đến 50%

AC-4.3 Dọc theo bên phải đường C3 Xác suất rung tim trên 50%

1 Hiện tượng điện giật

 Tỷ lệ tai nạn xảy ra theo đường đi của dòng điện:

1 Hiện tượng điện giật

Dòng điện, mA 10 60 90 110 160 250 350 600Thời gian điện giật, s 30 10-30 3 2 1 0,4 0.2 0,1

Giá trị giới hạn tạo nên sự rung tim đối với một người khoẻ mạnh

 Ảnh hưởng của thời gian tác dụng của dòng điện giật:

 Điện trở cơ thể người

Điện áp tiếp xúc (V)

Điện trở cơ thể người ()

Da khô Da ẩm Da ướt Da ngâm

Điện trở và điện dung của da phía dòng điện đi ra

Điện trở và điện dung bên trong cơ thể người

Trong kỹ thuật an toàn để tính mức độ an toàn và các trang bị bảo hộlao động, điện trở của cơ thể người lấy giá trị thấp nhất bằng 1000

1 Hiện tượng điện giật

 Hiện tượng dòng điện đi trong đất

 Điện áp tiếp xúc/bước

Utx Ur = f(r)

b

r dr

r0I

U đ

U

r 0

Ub

Thiết bị hư hỏng cách điện

Uch

rch

Rđ= ρ dr2πr =

ρ2πr

 Tiêu chuẩn an toàn đối với điện áp và thời gian tiếp xúc cho phép

2 Các khái niệm cơ bản

 Các tiêu chuẩn IEC liên quan:

IEC 60479-1: Effects of current on human beings and livestockIEC 60364-4-41 Electrical installations of buildings - Protection for safety -Protection against electric shock

IEC 60364442 Electrical installations of buildings Protection for safety Protection against thermal effects

IEC 60364443 Electrical installations of buildings Protection for safety Protection against overcurrent

IEC 60364444 Electrical installations of buildings Protection for safety Protection against electromagnetic and voltage disrurbance

-2 Các khái niệm cơ bản

 Các trường hợp tiếp xúc trực tiếp nguy hiểm:

3 Tiếp xúc trực tiếp

3.1 Mạng điện một pha

 Mạng điện cách điệnvới đất

1 Mạng điện hai dây cách điện với nối đất

 Mạng điện có một cựchay một pha nối đất

2 Mạng điện một dây

3 Mạng điện hai dây có một dây nối đất

 Mạng điện cách điệnvới đất có điện dung lớn

4 Điện dung tàn dư sau khi cắt điện đường dây

5 Điện dung của mạng điện một chiều đang vận hành

6 Điện dung trong mạng điện xoay chiều đang vận hành

 Mạng điện hai dây cách điện với đất

Chạm vào một cực của mạng điện hai dây

 Dòng điện qua người

U: Điện áp giữa 2 cực 1&2

 Mạng điện hai dây cách điện với đất

 Nếu r2 = 0

Với r2 = 0 Nếu Ing= 10mA và rn> 50 k  U  500V

Sơ đồ thay thế

 Nếu có xét nền rn

I = UR

 Mạng điện một dây

Chạm vào một cực của mạng điện một dây

 Dòng điện qua người

Sơ đồ thay thế

ro: Điện trở của nối đất làm việc

r1: Điện trở cách điện của dây điện

rn: Điện trở cách điện của nền, đế

 Mạng điện hai dây có một dây nối đất

 Nếu chạm vào dây dẫn có nốiđất thì không nguy hiểm

Ilv: Dòng điện làm việc của mạng điện

rab: Điện trở của đoạn dây dẫn ab

 Nếu chạm vào dây dẫn có nối đấtkhi có ngắn mạch

 Nguy hiểm của điện tích tàn dư:

 Điện tích tàn dư: Trên điện dung của dây dẫn với đất sau khi cắt điện

 Dòng điện phóng qua người

: Hằng số thời gian,  = Rng.C12

C12: Điện dung giữa các dây dẫn củađường dây bị cắt

Imax: Trị số dòng điện phóng quá người lớn nhất

Điện dung càng lớn, trị số điện tích dư Q = C.Uocàng caolàm dòng điện duy trì càng lâu

 Điện dung mạng điện một chiều đang vận hành

 Trường hợp bỏ qua điện dẫn của cách điện:

Bình thường: Q11= Q22= Q  C11.U1= C22.U2 Nếu C11 = C22 U1= U2= 0,5U Khi người chạm vào một dây

sẽ có phân bố lại điện áp

C11phóng qua người, U1giảm từ 0,5U 0

C22nạp qua người, U2tăng từ 0,5U  U

 Trường hơp có xét điện dẫn của cách điện (cáp khoảng cách lớn)

Bình thường: U1= Iro.r1 ; U2= Iro.r2; U = U1+ U2Khi người chạm vào dây 1, Rng//r1   I I (tăng)



 Dòng điện qua điện trở cách điện của dây:

 Dòng điện qua người do điện dung phóng, nạp khi có phân bố lại điện áp

 Dòng điện qua người: Ing= Ing.C+ Ing.r

Z = 1jωC

 Vấn đề nối đất trung tính mạng điện:

3.2 Mạng điện ba pha

a) Trung tính nối đất trực tiếpb) Trung tính nối đất qua tổng trởc) Trung tính cách điện với đấtd) Trung tính nối đất qua cuôn dập hồ quang

 Vấn đề nối đất trung tính mạng điện:

Loại nối đất TT nối đấttrực tiếp

TT nối đất qua tổng trở TT cách điện

với đất

TT nối đất qua cuộn Petersen

Ưu điểm

• Dễ phát hiện

N (1)

• Không QĐA

• Dễ phát hiện N (1)

• Loại trừ HQ

• Chi phí cuộn dập HQ Nhược

điểm

• Gián đoạn CCĐ

• Ub; Utxlớn

• Dễ cháy

• Gián đoạn CCĐ

• Giảm Ub, Utx

• Khó phát hiện N (1)

• Tăng QĐA

• R T/hao

• X  DĐĐA

• Khó phát hiện N (1)

 Các trường hợp tiếp xúc trực tiếp nguy hiểm:

 Mạng điện có trung tínhcách điện với đất

1 Mạng điện dưới 1kV có điện dung bé

2 Mạng điện dưới 1kV có điện dung lớn

3 Mạng điện trên 1kV

 Mạng điện có trung tínhnối đất

3 Tiếp xúc trực tiếp

UA, UB, UC: Điện áp giữa các dây pha A, B, C với đất

gA, gB, gC: Điện dẫn của cách điện dây pha A, B, C với đất

gng: Điện dẫn của người, gng= 1/Rng

CA, CB, CC: Điện dung của dây pha A, B, C với đất

Khi tiếp xúc với dây pha (pha A), theo Kirchoff 1:

U =U2

U̇ = U̇ − U̇ = U̇ (1 − a )U̇ = U̇ − U̇ = U̇ (a − 1)

⇒ U̇ =(g +jωC ) U̇ − (g +jωC ) U̇

g + jω C

U̇ = U̇ − U̇

U̇ = U̇ − U̇

g + g U̇ + g U̇ + g U̇ + jω C U̇ + jω C U̇ + jω C U̇ = 0

a = e = −1

2+ j

32

 Đối với lưới điện hạ áp, có thể bỏ qua điện dung đường dây

 Mạng trên 1kV, coi rA= rB= rC=  hay là gA= gB= gC= 0

Nếu

 Điện áp đặt lên người nếu chạm vào các pha không bị sự cố là điện

4.1 Giới thiệu chung

 Tiếp xúc gián tiếp: Người chạm vào vỏ (có tính dẫn điện) của cácthiết bị điện mà bình thường không mang điện

 Các biện pháp bảo vệ:

 Bảo vệ nối đất: Bằng cách nối vỏ thiết bị điện đến hệ thống nối đất

 Bảo vệ nối dây trung tính: Bằng cách nối vỏ các thiết bị điện vào dâytrung tính ( biến chạm vỏ khi cách điện bị hư hỏng thành ngắnmạch chạm đất một pha)

Sơ đồ TT Sơ đồ IT

Sơ đồ TN-C Sơ đồ TN-C-S và TN-S

Chữ thứ nhất:

Nối đất trung tính nguồn

T (Terre tiếng Pháp đất) trung tính nối đất

-I (-Isolated) trung tính cách ly

4 Tiếp xúc gián tiếp

4.1 Giới thiệu chung

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Dòng điện ngắn mạch

Uph: Điện áp pha nguồn

rcđ: Điện trở cách điện thiết bị

Ro: Điện trở nối đất trung tính nguồn

Rnđ: Điện trở nối đất vỏ thiết bị

 Dòng điện qua hệ thống nối đất Rnđ

 Dòng điện ngắn mạch nguyhiểm nhất (khi rcđ 0)

 Điện áp tiếp xúc khi người chạmvào vỏ của thiết bị (Utx1) vàchạm vào dây trung tính (Utx2)

và Utx1+ Utx1= UphThực tế Rnđ> Ronên Utx1 Uph: Nguy hiểm

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Sơ đồ TN không cónối đất lặp lại dây trung tính

Rttvà Rph: Điện trở của dây trung tính

và của dây pha

x: Điện kháng của đường dây

 Điều kiệnU ≤ U khó thực hiện

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Sơ đồ TN cónối đất lặp lại dây trung tính (nối đất tập trung)

 Giảm điện áp tiếp xúc so với khi không có nối đất lặp lại

 Giảm nhẹ được chế độ sự

cố nếu đứt dây trung tính

– Nếu không có nối đấtlặp lại: Utx= Uph– Nếu có nối đất lặp lại (R1):

R + R ≤ U (tương tự sơ đồ TT)

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Sơ đồ TN cónối đất lặp lại dây trung tính (nối đất tập trung)

Chương 10 An toàn điện

Xét việc tiếp xúc vỏ thiết

bị M2:

33

Ro.tđ= Ro//R2//R3< Ro  Utxtăng

 Tăng nối đất lặp lại dọc theo tia và nối đất mạch vòng

R đ+ R

 Sơ đồ TN có nhiềumạch nối đất lặp lại dây trung tính

 Khi sự cố hư hỏng cách điện của một thiết bị

Điện trở tương đương của mạch:

Trường hợp bị hư hỏng cách điện rcđ.M= 0 và vì Rng>> Rnđnên rtđ Rnđ

rđ= r đ. + R đ R

R đ+ R

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Khi sự cố hư hỏng cách điện của một thiết bị

 Dòng điện sự cố chạm đất Icđ

Trường hợp mạng điện có cách điện đối xứng và điện dung bé

 Điện áp trên vật nối đất

bé

Iđ=U2rđ

3 g + g + 3ω (C − C ) + 3 g − g + 3ω (C + C )

g + ω C

Iđ= U3R đ+ rđ⇒

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Khi sự cố hư hỏng cách điện đồng thời tại hai thiết bị (sự cố kép)

 Dòng điện sự cố U: Điện áp dây

rcđ.M1và rcđ.M2: Điện trở cách điện củacác pha bị hư hỏng của thiết bị 1 và 2

Rlk: Điện trở của dây dẫn liên kết giữahai vỏ thiết bị

rđ. + rđ. +R (RR + Rđ + R đ )

đ + R đ

4 Tiếp xúc gián tiếp

 Khi sự cố hư hỏng cách điện đồng thời tại hai thiết bị (sự cố kép)Trường hợp khi cả hai sự cố chạm đất đều trực tiếp rcđ.M1 = rcđ.M2 = 0

Điện áp tiếp xúc cực đại trên mỗi thiết

Khi không có dây liên kết hai vỏ thiết bị M1 và M2 tức là Rlk= :

Điện áp tiếp xúc cực đại trên mỗi thiết bị

 Thường vượt quá Utxcp

 Bao bọc bằng cáchđiện

 Rào chắn hoặc tấmchắn

 Sử dụng vật cản

 Đặt ngoài vùng tayvới

 Nối đất vỏ kim loạithiết bị

 Nối liên kết đẳng thế

 Dùng cách điện cấp II hoặc cách điện tươngđương

 Mạch điện tách biệt

 Bảo vệ tự động cắtmạch điện khi có sự cố

 Điện áp siêu thấp(ELV)

 Bảo vệ bổ sung bằngRCD với dòng điện

dư tác động khôngquá 30mA

5 Các biện pháp bảo vệ

5.1 Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp

 Bao bọchoàn toàn các bộ phận mang điệnbằng vật liệu cách điệnđạttiêu chuẩn sao cho chỉ tháo gỡ ra được bằng cách phá hủy chẳng hạnnhư vỏ cáp, vỏ thiết bị đóng cắt , hộp cách điện chứa các vật mangđiện với khóa

 Đặt các vật cản, ràochắn, hộp có khóa hoặcdụng cụ chuyên dụng

để mở nhằm ngăn cáchngười tiếp xúc với các

bộ phận mang điện

 Đặt vật mang điện ngoài tầm vớicủa con người

 Sử dụng cảnh báo: biển báo, đèn

 Sử dụng nguồn điện áp siêu thấp

Giới hạn điện áp siêu thấp (IEC 60364-4)

5 Các biện pháp bảo vệ

5.3 Bảo vệ tự động cắt mạch khi có sự cố

 Thiết bị bảo vệ theo dòng điện dư(Residual current device - RCD)

 Nguyên lý làm việcBình thường:

 Không có từ thôngtrong mạch từ

Khi có sự cố chạm vỏ (đất) phía mạch được bảo vệ, dây N không có dòng về

 Có từ thông trong mạch từ, W2códòng đến cuộn cắt  Cắt nguồn

Phía nguồn

Mạch được bảo vệİ∆ = İ + İ ≠ 0

İ∆ = İ + İ = 0

 Các yếu tố ảnh hưởng đến RCD– Dòng điện rò do điện dung của cách điện dây dẫn với đất trong chế độlàm việc bình thường (1,5mA/m) hoặc do các mạch tụ lọc của các thiết

bị điện tử (cỡ 1-2mA/thiết bị)

– Sóng hài, quá độ xung kích hoặc dao động gần vị trí RCD chạy qua cácmạch lọc, điện dung đường dây  làm cho RCD làm việc nhầm

 Phân loại RCD theo IEC 60755:

– Loại AC tác động với dòng điệnxoay chiều hình SIN

– Loại A tác động với dòng xoaychiều hình SIN và xung dòngmột chiều

– Loại B tác động như loại A vàmột chiều duy trì

Thời gian cắt RCD đối với mạch cuối có Iđm 32A (IEC 60364-4-41)

Thời gian cắt RCD không quá 1 giây đối với mạch khác

khá lớn  Thời gian cắt RCD phải nhỏ

 Trong sơ đồ TN

 Dòng điện ngắn mạch lớn nên bảo

vệ có thể dùng cả bảo vệ quá dònghoặc hoặc RCD

 Sử dụng bảo vệ quá dòng điên:

Rv= Rtt: Dây trung tính với sơ đồ TN-C

Rv= RPE: Dây bảo vệ PE với sơ đồ TN-S

 Điều kiện an toàn (IEC60364)

 Thời gian tác động của bảo vệphải nhỏ

lớn

Đ/áp pha Uo(V) 50 < Uo 120 120 < Uo 230 230 < Uo 400 Uo> 400

Thời gian cắt của bảo vệ t BV.max đối với mạch cuối có I đm  32A (IEC 60364-4-41)

Thời gian cắt của bảo vệ t BV.max = 5 giây đối với mạch khác

 Với BVQD thời gian độc lập, chọ tBV< tBV.max Sau đó kiểmtra điều kiện

 Với BVQD thời gian phụ thuộc, từ Uo(Uph) chọn tBV.maxtheo IEC60364

 Sử dụng RCD đối với sơ đồ TN-S và TN-C-S chỉ khi– Không thể xác định chính xác được điện trở mạch với RNhoặc– Trị số INquá bé khiến BVQD không dùng được.

 Với sơ đồ TN-C-S, phải đưa dây PE tách từ dây PEN ra ngoài vòngxuyến của RCD đối với mạch bảo vệ cuối

 Trong sơ đồ IT

 Khi chạm đất điểm thứ nhất, Icđvà Ungđều bé (Mục 2.2.b)

 Không nguy hiểm

 Khi chạm đất điểm thứ hai:

– Nếu vỏ các thiết bị có nốiđất bảo vệ riêng

 Bảo vệ được thực hiệntương tự sơ đồ TT

 Khi chạm đất điểm thứ hai:

– Nếu vỏ các thiết bị có liênkết chung với một hệthống nối đất bảo vệ

 Dòng điện ngắn mạch sẽrất lớn,

 Bảo vệ được thực hiệntương tự sơ đồ TN– Điện áp kiểm tra các điều kiện tượng tự với sơ đồ TN + Với điểm chạm đất thứ hai là dây pha: Uo= Udây+ Với điểm chạm đất thứ hai là dây trung tính: Uo= Uph

 Sử dụng RCD có độ nhậy cao

 RCD có độ nhậy cao: có Ikđ.I 30mA

 Bên cạnh các biện pháp bảo vệ trên đây, RCD có độ nhạy cao cònđược dùng làm biện pháp bảo vệ bổ sung cho các trường hợp cónguy cơ tiếp xúc cao như sau

– Các mạch ổ cắm tại những nơi ẩm ướt,– Các mạch ổ cắm sử dụng tạm thời– Các mạch cấp nguồn cho phòng xông hơi, bể bơi– Các mạch cấp nguồn tại hiện trường công tác, xe lưu động, thuyền, sự kiện ngoài trời…

Tài liệu tham khảo