Bài giảng an toàn điện (đại học chính quy)

- Tiếp xúc với các phần tử có điện áp cảm ứng do ảnh hưởng điện từ hay tĩnh Tiếp xúc gián tiếp người ta không cảm giác trước được sự nguy hiểm hoặc người ta chưa lường biết được tai nạn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nguồn công suất và sản lượng điện năng ở nước ta đã tăng đáng kể Điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi khắp các ngành kinh tế quốc dân, trong sinh hoạt, giải trí…

Song song với việc sử dụng điện năng một cách hợp lý và tiết kiệm điện, một vấn đề cấp bách nữa được đặt ra là phải đảm bảo tuyệt đối an toàn trong quá trình sử dụng

nó

Tài liệu lưu hành nội bộ: kỹ thuật an toàn đã trình bày các khái niệm chung, cung cấp cho người đọc các kiến thức cơ bản để am hiểu và phòng ngừa các tai nạn điện giật, những phương tiện an toàn khi tiếp xúc với điện, những biện pháp đơn giản và hữu hiệu sơ cứu người bị điện giật

Giáo trình bày những vấn đề kỹ thuật an toàn trong cung cấp và sử dụng điện, chủ yếu ở mạng điện hạ áp dùng cho sản xuất và sinh hoạt Tài liệu còn nêu lên những vấn

đề cụ thể trong các sơ đồ điện, các chế độ trung tính, các bài toán thường gặp trong sản xuất và sinh hoạt, cũng như cách tính chọn các phương thức và lựa chọn và khí cụ lựa chọn trong an toàn

Trong phạm vi đề cập đến những vấn đề trong kỹ thuật an toàn còn hẹp, với khả năng

có hạn, chắc chắn còn nhiều sai sót Tác giả xin được độc giả đóng góp ý kiến xây dựng, xin trân thành cám ơn

CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN 1.1 Những nguy hiểm dẫn đến tai nạn do dòng điện gây ra

Khi dòng điện đi qua cơ thể con người có thể gây ra những tai nạn cho con người theo một mạch kín hoặc các tác động bên ngoài, như phóng điện, hoả hoạn Hay nói một cách khác tai nạn điện có thể gây ra như sau

* Tiếp xúc trực tiếp : người ta phân biệt làm các tình huống sau

- Tiếp xác với các phần tử đang có điện áp làm việc ( Hình 1.1)

- Tiếp xúc với các phần tử đã được cắt điện ra khỏi nguồn điện song vẫn còn tích điện tích (do điện dung)

- Tiếp xúc với các phần tử đã được cắt điện ra khỏi nguồn điện làm việc, song vẫn còn chịu một điện áp cảm ứng do ảnh hưởng của điện từ hoặc cảm ứng tĩnh điện

do các trang thiết bị khác đặt gần

Tiếp xúc trực tiếp, người ta có thể biết trước được, trông thấy cảm giác được

có sự nguy hiểm và tìm các biện pháp để đề phòng điện giật

Nhận xét : để đề phòng tai nạn do tiếp xúc trực tiếp người ta biên soạn ra các quy định, quy phạm về an toàn và đòi hỏi người làm về điện phải:

- Học tập kỹ các quy định, quy phạm về an toàn điện

- Tuyệt đối tuân thủ các quy định, quy phạm an toàn điện

Ch¹m vá

L1 PEN

H×nh 1.2 TiÕp xóc gi¸n tiÕp

* Tiếp xúc gián tiếp: phân biệt làm các tình huống sau:

- Tiếp xúc với các phần tử như dào chắn, vỏ hay các thanh thép giữ các thiết bị, hoặc tiếp xúc với các trang thiết bị điện mà chúng đã có điện áp chạm vỏ (cách điện bị

hư hỏng)…(hình 1.2)

- Tiếp xúc với các phần tử có điện áp cảm ứng do ảnh hưởng điện từ hay tĩnh

Tiếp xúc gián tiếp người ta không cảm giác trước được sự nguy hiểm hoặc người ta chưa lường biết được tai nạn có thể xảy ra khi vỏ bị chạm điện…

Nhận xét: để đề phòng tai nạn do tiếp xúc gián tiếp thì người ta thiết kế ra các

hệ thống bảo vệ như : bảo vệ nối đất, bảo vệ tiếp trung tính…, chúng sẽ giới hạn điện

áp tiếp xúc, điện áp bước đến giá trị thấp nhất được tính theo quy phạm Hoặc sẽ loại

bỏ các trang thiết bị ra khỏi nguồn điện

Điện áp mà con người phải chịu đựng khi tiếp xúc gián tiếp gọi là điện áp tiếp xúc

Điện áp bước là điện áp mà con người phải chịu đựng khi hai chân tiếp xúc tại hai điểm trên mặt đất hay trên sàn, nằm trong phạm vi dòng điện chạy trong đất do có

Đốt cháy điện có thể xảy ra do:

- Do hồ quang gây ra khi ta đóng cắt các dao cách ly có dòng tải

- Có dòng điện lớn chạy qua cơ thể con người

Đây được xem như tai nạn do tiếp xúc trực tiếp

1.2Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể con người

Thực tế người có bị điện giật hay không là do có dòng điện đi qua người gây sinh lí phức tạp, nó có thể huỷ hoại thần kinh, huỷ hoại cơ quan tuần hoàn máu và hô hấp Dòng điện càng cao, thời gian tác dụng càng lớn càng nguy hiểm Tuy nhiên dòng điện đi qua người đúng vị trí và cường độ có thể chữa bệnh Dòng điện tác hại càng mạnh đối với người nghiện rượu

Sự tổn thương do dòng điện gây ra có thể chia làm bốn loại:

- Chạm phải vật có điện áp

- Chạm phải bộ phận kim loại, vỏ thiết bị mạng điện áp do hệ thống cách điện bị hỏng

- Tác hại của điện áp bước

- Bị chấn thương do từ trường mạnh, điện áp cao

Tác hại của dòng điện lớn khi trị số dòng điện tăng, thường Ing >100mA gây tử vong, có trường hợp 5  10 mA gây tử vong tuỳ trạng thái cơ thể

Dòng điện an toàn chạy qua cơ thể con người đối với dòng điện xoay chiều là

10 mA, đối với dòng điện một chiều là 50 mA

Nguyên nhân dẫn đến chết người do dòng điện phần lớn làm hủy hoại bản năng làm việc của các cơ quan của người – làm ngừng thở hay do sự thay đổi của những hiện tượng sinh hóa trong cơ thể người Nguy hiểm chết người cũng có thể do bị bỏng trầm trọng

Giải thích quá trình tổn thương do dòng điện có nhiều thuyết khác nhau Người

ta cho rằng khi dòng điện đi qua cơ thể người trong một thời gian sẽ xuất hiện hiện tượng phân tích máu và phân tích các chất nước khác để tẩm ướt các tổ chức huyết quản và làm đầy huyết quản Và như thế quá trình phân cực sẽ xảy ra trong cơ thể con người làm ảnh hưởng đến hoạt động thần kinh Đấy là nguyên nhân dẫn đến tổn thương

Một số nhà sinh lý học và bác sỹ cho rằng nguyên nhân của một số tai nạn chết người vì dòng điện làm sự co bóp của tim bị rối loạn đưa đến đình trệ lưu thông máu trong cơ thể

Theo quan điểm mới nhất của các nhà khoa học Liên Xô, giải thích nguyên nhân

do dòng điện gây nên là hiện tượng phản xạ do quá trình kích thích và đình trệ hoạt động của não lúc bị dòng điện tác động đột ngột Theo giả thyết này, sự hủy hoại chức năng làm việc của cơ quan hô hấp là do những kết quả trên

Mức độ kích thích hệ thống thần kinh và khả năng chịu đựng của nó có ảnh hưởng quyết định đến nguồn gốc tổn thương Thêm vào đó đối với từng người mức độ tác dụng của dòng điện cũng khác nhau, cũng như sự tác dụng vào một người cũng mỗi lúc một khác nhau và phụ thuộc vào sức khỏe của người lúc bị tai nạn Chính dựa trên những lý luận này có thể giải thích tại sao với dòng điện bé cũng có thể làm chất người

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng điện chạy qua cơ thể con người

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

- Giá trị dòng điện đi qua cơ thể con người

- Đường đi của dòng điện

- Thời gian bị điện giật

- Tình trạng sức khoẻ và thể xác con người

- Tần số dòng điện

- Môi trường xung quanh

- Sự chú ý của người lúc tiếp xúc

1.3.1Trị dòng điện đi qua cơ thể con người

Giá trị của dòng điện không nguy hiểm đi qua cơ thể con người :

- Khi dòng điện chạy qua cơ thể con người vượt quá 50 mA, thì có thể đưa đến tình trạng chết do điện giật vì sự mất ổn định của hệ thống thần kinh và sự rung tim tương ứng với sự dừng làm việc của tim

Bảng 1.1: Giá trị lớn nhất cho phép để không tạo nên tim bị ngừng đập

Đối với người khỏe:

1 0,5 0,15 Không nghiên cứu điện giật chết người ở

khoảng thời gian dưới 0,1 giây

Bảng 1.2: Tác dụng của dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

Dòng điện

(mA) Tác dụng của dòng điện xoay chiều Dòng điện một chiều 0.6 – 1.5 Bắt đầu thấy tê tay Không có cảm giác gì

5 – 7 Bắp thị co lại và rung Đau như kim châm cảm thấy

nóng

8 – 10 Tay khó rời khỏi vật có điện những vẫn

rồi được, ngón tay và khớp tay cảm thấy đau

Bảng 1.3 : Tác dụng của dòng điện xoay chiều đối với cơ thể con người:

Loại Dòng

điện

Thời gian dòng điện chạy

mA

Không xác định

áp suất máu tăng dần

Tay khó rời đến lúc không thể rời vật mạng điện, sự đau đớn tăng dần và khó thở

Tác dụng của dòng điện không trầm trọng, cơ thể có thể trở về trạng thái ban đầu

II 25-80

mA

25-30 giây áp suất máu tiếp tục

tăng, nhịp thở hỗn loạn đến lúc hô hấp bị tê liệt, tim dập mạnh hỗn loạn đến lúc ngừng dập tức thời thể hiện

sự làm việc không bình thường của tim và dẫn đến giai đoạn rung tim ngừng dập hẳn

Tai nạn có thể cứu được nếu chúng ta nếu chúng ta loại trừ dòng điện trong khoảng thời gian nhỏ hơn

30 giây Nếu tai nạn xảy ra trong khoảng thời gian > 30 giây sẽ dẫnđến hiện tượng dung tim do đó muốn thiết lập chế độ làm việc của tim phải sau một khoảng thời gian khá dài phụ thuộc và I

và thời gian tác động của dòng điện

IV 3- 8

A

Không xác định

Máu ngừng lưu thông, tim ngừng đập Các cơ bắp bị tổn thương năng Có thể dẫn đến đốt cháy cơ thể

Sự chết chủ yếu do đốt cháy điện

Giá trị của dòng điện đi qua cơ thể con người phụ thuộc vào hai yếu tố chính như sau:

1.3.1.1 Điện áp mà người có thể chịu đựng được( điện áp cho phép)

Giới hạn của điện áp làm việc, điện áp bước, điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố chính như sau:

- Công suất, điện áp làm việc của các trang bị điện hay khí cụ điện

- Điều kiện vận hành của các trang bị điện tương ứng

- Khả năng đảm bảo an toàn của bản thân trang bị điện và các phương tiện bảo hộ Nhận xét:

- Điện áp tiếp xúc và điện áp bước lớn nhất cho phép đối với trang bị điện điện áp thấp (Việt Nam)là:

+ 40 V, đối với trang bị điện cố định và di động ở trên diện tích có mức độ nguy hiểm không cao và chỗ tương đối nguy hiểm.( Điều 2 – phần I những nguyên tắc chung- những điều quy định cho tất cả những người làm công tác về điện)

+ 24V, đối với các trang thiết bị điện cố định và do động trong các đường hầm dưới mặt đất và những khu vực rất nguy hiểm, hoặc đối với các thiết bị cầm tay ở khu vực nguy hiểm và rất nguy hiểm ( TCVN 6780-4: 2009)

- Tiêu chuẩn điện áp cho phép ở mỗi nước là khác nhau

+Ba Lan, Thụy Sỹ, Tiệp Khắc điện áp cho phép là 50V

+Hà Lan, Thụy Điển điện áp cho phép là 24V

+ Pháp điện áp xoay chiều cho phép là 24V

+Liên Xô tùy theo môi trường làm việc trị số điện áp cho phép có các giá trị khác nhau 65V, 36V, 12V

- Bảo vệ tránh tiếp xúc gián tiếp cần phải thực hiện sao cho khi bị sự cố,điện áp tiếp xúc và điện áp bước phải được loại ra ngay với thời gian nhiều nhất là 0,2 giây hoặc chỉ duy trì ở giá trị điện áp cho phép

1.3.1.2 Điện trở của cơ thể người

* Giá trị và đặc tính của điện trở con người phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Hệ cơ bắp, cơ quan nội tạng, hệ thống thần kinh…

- Tính chất vật lý, sự thích ứng của cơ thể vào môi trường sống

- Trạng thái sinh học rất phức tạp của cơ thể

Bảng1.3 : Điện trở suất của các phần khác nhau của cơ thể

điện trở cũn 600 , khi lớp da bị trầy sướt mất lớp sừng da thỡ điện trở cũn 200  Cơ thể con người thỡ luụn luụn thay đổi do đú điện trở của người cũng khụng ổn định và chỳng dao động trong khoảng khỏ lớn từ 200  500.000  Người ta đó chứng minh được rằng tổng trở của người gồm cú hai thành phần điện trở R và điện dung C mắc song song với nhau

Sơ đồ thay thế như sau (hỡnh 1.3)

Trong đú :

R1, C1 : điện trở và điện khỏng của da người phớa dũng điện đi vào

R2, C2 : điện trở và điện khỏng của da người phớa dũng điện đi ra

R3, C3 : điện trở và điện khỏng của cỏc cơ quan bờn trong người

Điện trở của cơ thể con người khi bị điện giật phụ thuộc và cỏc yếu tố sau:

- Điện ỏp mà cơ thể con người phải chịu

- Độ ẩm của mụi trường xung quanh

- Nhiệt độ của mụi trường xung quanh

- Thời gian tỏc dụng của dũng điện

* Điện ỏp mà cơ thể con người phải chịu đựng

- Điện trở của con người sẽ giảm khi điện ỏp tăng

đến một giỏ trị giới hạn, giỏ trị này phụ thuộc vào

chiều dày của lớp sừng da điều này được giải thớch là: khi đặt một điện ỏp lớn vào cơ thể thỡ sẽ xuất hiện hiện tượng xuyờn thủng da, thỡ điện trở bắt đầu giảm; sau đú, khi chấm rứt quỏ trỡnh này thỡ điện trở của cơ thể con người sẽ cú một giỏ trị gần như khụng đổi

+ Sự xuyờn thủng da bắt đầu từ 10 V và 50 V, điện trở của cơ thể người sẽ giảm do

sự xuyờn thủng ở bờn trong phõn tử, kộo theo sự huỷ diệt bản thõn phõn tử Giả thuyết này cho rằng: chớnh vỡ vậy ta cảm giỏc đau khi bị điện giật ở điện ỏp thấp Quỏ trỡnh này phụ thuộc vào điện ỏp và thời gian tỏc dụng của dũng điện, phụ thuộc vào tay khụ hay tay ướt lỳc tiếp xỳc

+ Một số thớ nghiệm cho thấy rằng: Bắt đầu sau 0,5 giõy thỡ hiện tượng xuyờn thủng da xảy ra và chấm dứt hoàn toàn sau 5 – 6 giõy Tức là nếu lỳc ban đầu điện trở của cơ thể con người cú giỏ trị lớn hơn 5000  thỡ sau khi xuyờn thủng da, điện trở chỉ cũn khoảng 1000  hay thậm trớ ớt hơn nữa

Hình 1.3 Sơ đồ thay thế điện trở

 Kết luận: đối với kỹ thuật an toàn điện, nghiên cứu sự suy giảm điện trở trong khoảng 10 – 500 V và sau giá trị đó điện hầu như không đổi

Nhận xét: giá trị dòng điện chạy qua cơ thể con người để tạo nên sự nguy hiểm điện giật sẽ tăng theo hai cách:

- Theo tỷ lệ thuận với điện áp, phù hợp với định luật Ôm: I = U / R người

- Khi điện áp tăng kích thích các tuyến mồ hôi hoạt động, dẫn đến điện trở của cơ thể con người giảm

Thí nghiệm cho thấy : Với dòng điện 0,1 mA điện trở cơ thể người Rng = 500.000 Với dòng điện 10 mA điện trở cơ thể người Rng = 8.000

* Ảnh hưởng của vị trí mà cơ thể tiếp xúc với phần tử mang điện áp biểu hiện mức

độ nguy hiểm của điện giật, phụ thuộc vào độ nhậy của hệ thần kinh tại nơi tiếp xúc, hay độ dày của lớp da

* Nếu diện tích tiếp xúc càng lớn thì điện trở của cơ thể người càng bé, do đó sự nguy hiểm của điện giật càng lớn

* Áp lực tiếp xúc càng lớn thì điện trở của cơ thể người càng giảm

* Độ ẩm và nhiệt độ của môi trường xung quanh cũng có ảnh hưởng gián tiếp đến điện trở của cơ thể người Nếu nhịêt độ và độ ẩm cao thì độ dẫn điện của lớp da sẽ tăng lên, tức là điện trở của cơ thể người càng bé

1.3.2 Ảnh hưởng của thời gian điện giật

Thời gian tác động của dòng điện càng lâu thì điện trở của cơ thể giảm xuống ví lớp da bị đốt nóng dần lên và lớp xừng ở da bị chọc thủng => tác hại của dòng điện đối với cơ thể càng tăng

Khi dòng điện tác dụng trong thời gian ngắn thì tính chất nguy hiểm phụ thuộc vào nhịp đập của tim Mỗi chu kỳ giãn của tim khoảng 1s, và trong đó có khoảng 0,1s tim nghỉ làm việc và ở thời điểm này tim rất nhạy cảm với dòng điện đi qua nó

1.3.3 Đường đi của dòng điện giật

Nếu dòng điện đi qua tim hay vị trí có hệ thống thần kinh tập trung hoặc vị trí khớp nối ở tay …thì mức độ nguy hiểm càng cao Những vị trí nguy hiểm là: vùng đầu ( đặc biệt là vùng: óc, gáy, cổ, thái dương), vùng ngực, vùng cuống phổi, vùng bụng…là thông thường là những nơi tập trung nhiều dây thần kinh

Đường đi của dòng điện trong cơ thể con người có ảnh hưởng đến tính mạng con người, nó được đánh giá bằng tỷ lệ dòng điện đi qua tim

Bảng 1.5

Kết luận :

- Đường đi của dòng điện có ý nghĩa quan trọng ví lượng dòng điện đi qua tim hay

cơ quan hô hấp đều phụ thuộc vào cách tiếp xúc của người với mạch điện

- Dòng điện phân bố tương đối đồng đều trên các cơ của lồng ngực

- Đường đi của dòngđiện đi từ chân qua chân thì ít nguy hiểm nhất, nhưng khi cơ thể chịu điện áp bước các bắp thịt, các cơ của chân sẽ co lại làm chúng ta ngã xuống và lúc đó điện áp đặt lên cơ thể người sẽ khác đi

1.3.4 Tình trạng sức khoẻ

Người ta thấy rằng hiện tượng choáng điện (hay còn gọi là sốc điện) thể hiện rõ nhất ở người mệt mỏi hay trong tình trạng say rượu Tương tự phụ nữ và trẻ em rất nhạy cảm với hiện tượng choáng điện hơn là nam giới

Người ta thấy rằng người bị đau tim và người suy nhược sẽ rất nhạy cảm khi có dòng điện chạy qua cơ thể

1.3.5 Tần số dòng điện

Như chung ta biết thì tổng trở của người gồm có điện trở và điện dung x = 1/2fC Do đó khi tần số tăng thì x nhỏ => tổng trở nhỏ đi do vậy mà mức độ nguy hiển tăng lên Nhưng trong thực tế thì không như vậy, tức là khi tần số tăng thì mức độ nguy hiểm giảm đi Và người ta đẫ chứng minh rằng ở tần số f = 50 – 60 Hz là nguy hiểm nhất, và tần số càng cao thì mức độ nguy hiểm càng giảm

Viện nghiên cứu về bệnh nghề nghiệp ở Leningrad dùng chó thí nghiệp và thu được kết quả như sau ( bảng 1.6)

STT Tần số dòng điện

(Hz)

Điện áp (V)

Số chó thí nghiệm ( con)

Xác suất chết (%)

1.4 Hiện tượng dòng điện đi trong đất, điện áp

tiếp xúc, điện áp bước

1.4.1 Hiện tượng dòng điện đi trong đất

Khi cách điện của các thiết bị chọc thủng

thì sẽ có dòng điện đi trong đất và hiện tượng này

làm thay đổi điện áp hay chế độ là việc của mạng

điện Khi dòng điện đi trong đất thì tạo ra một

vùng dòng điện rò trong đất và điện áp trong

vùng này phân bố theo một qui luật nào đó, để

đơn giản trong tính toán ta nghiên cứu sự phân bố theo hình bán cầu (hình 1.4)

Mật độ dòng điện: j = γ.E (1.1)

hay E = j

Ở đây: γ- điện dẫn suất của đất;

- điện trở suất của đất;

E- điện áp trên một đơn vị chiều dài dọc theo đường đi của dòng điện ( cường

độ điện trường trong đất)

Mật độ dòng điện tại điểm cách tâm bán cầu là x bằng:

Điện áp trên một đoạn vô cùng bé dx dọc trên đường đi của dòng điện:

x

I dx j dx E



2

 (1.3) Xét điểm A cách chỗ chạm đất một khoảng xA khí đó điện thế của điểm A là A, vậy hiệu điện thế tại điểm A chính là hiệu của thế tại điểm A và thế tại điểm xa vô cùng( = 0)

uA =A -  =

A

d d

x

I x

dx I

Chia (1-4) cho (1-5) ta có:

A

d d A A d d

A

x

x u u x

x u

Kết luận :

- Sự phân bố dòng điện rò trong đất là đường cong có dạng hipecbôn, tức là điện

áp càng xa điểm chạm đất thì càng nhỏ và ngược lại

- Trong vùng gần 1m cách vật nối đất có độ 68% điện áp rơi Những điểm cách xa mặt đất nằm ngoài 20m cách chỗ chạm đất thực tế có thể xem như ngoài vùng dòng điện hay là những điểm có điện áp bằng không- đất Trong khoảng cách nói trên điện

áp rơi trên một m không vượt quá 1V

1.4.2 Điện trở tản hay điện trở vật nối đất

Như chúng ta đã nghiên cứu thì dòng điện đi trong đất được phân bố theo hình cầu, khi chúng đi trong đất thì bị điện trở tản của đất cản lại và đến một vị trí nào đó thì điện áp bằng không và giá trị dòng điện tản bằng không Và điện trở tản gọi tắt là điện trở của vật nối đất

Điện trở tản được hiểu là tỷ số giữa điện áp xuất hiện trên vật nối đất và dòng điện chạy qua vật nối đất vào đất

Phần điện áp đặt vào thân người gọi là điện áp tiếp xúc(Utx)

Xét mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp và các vỏ động cơ được bảo bệ bằng nối đất trực tiếp qua điện trở Rđ

- Khi vỏ động cơ bị chọc thủng ( ví dụ động cơ số 1 hình 1.5)khí đó các vỏ động cơ của 2 động cơ đều có một điện áp đối với đất là Uđ = IđRđ

- Lúc đó nếu người chạm vào vỏ động cơ thì đều chịu một điện áp Uđ

- Mặt khác thế ở chân người phụ thuộc và khoảng cách từ chỗ động cơ đến vật nối đất Và kết quả người bị tác dụng của hiệu số Uđ và Uch là

Utx = Uđ - Uch (1.5) Nếu người đứng ngoài vùng điện thế tản của đất thì Uch = 0 khi đó người chịu toàn bộ điện áp Uđ

Trường hợp chung tính điện áp tiếp xúc là Utx = Uđ

 - hệ số tiếp xúc (<1)

Điện áp tiếp xúc không được tiêu chuẩn hóa

1.4.3.2 Điện áp bước

Như chúng ta đã biết thì điện áp chỉ xuất hiện khi có sự chênh lệch nhau về điện thế

Người ta định nghĩa điện áp bước là điện áp xuất hiện trên hai chân người

Và ta nhận thấy rằng điện áp bước chỉ xuất hiện khi chung ta đi trong vùng có dòng điện rò và điện áp tản Nếu ngoài vùng có điện thế thì điện áp bước bằng không

Và điện bước được xác định như sau Ubước = ch1 - ch2 ( hình 1.6)

Người đứng ở điểm A cách chỗ chạm đất một khoảng x Điện áp bước có thể tính theo biểu thức sau:

a x

a x

I a x x

I x

dx I

U U U

x

a x a

x x b

10.80

10.80

CÂU HỏI CHƯƠNG 1

Câu 1: Phân tích những nguy hiểm dẫn đến tai nạn do dòng điện gây ra

Câu 2: Phân tích tác dụng của dòng điện đối với cơ thể con người Những giỏ trị giới

hạn an toàn cho phộp

Câu 3: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị dòng điện chạy trong cơ thể con

người Yếu tố nào là quan trọng nhất? Tại sao?

Câu 4: Phân tích hiện tượng dòng điện đi vào trong đất

Câu 5: Trình bày khái niệm, cách tính giá trị điện áp bước, điện áp tiếp xúc Trong

những trường hợp nào cú thể xuất hiện điện ỏp tiếp xỳc, điện ỏp bước đặt lờn cơ thể con người ?Vẽ hỡnh minh hoạ Nờu biện phỏp hạn chế điện ỏp bước, điện ỏp tiếp xỳc Cõu 6:Phõn tớch những yếu tố xỏc định tỡnh trạng nguy hiểm của điện giật, những giới hạn cho phộp?

Cõu7: Điện trở của cơ thể người khi bị điện giật phụ thuộc vào những yếu tố nào? yếu tố nào là quan trọng nhất? Tại sao? Biện phỏp để hạn chế nguy sự hiểm

Cõu 8:Cỏc yếu xỏc định tỡnh trạng nguy hiểm của điện giật, cỏc giới hạn cho phộp Cõu 9: Cỏc yếu tố xỏc định mức độ nguy hiểm khi bị điện giật

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN 2.1 Các chế độ trung tính và chế độ nối đất

Trung tính ( Neutral) là điểm nối trung tính của ba cuộn dây máy phát và máy

biến áp ở sơ đồ đấu sao Trong thực tế tồn tại ba chế độ trung tính: trung tính cách ly với đất (Isolation), trung tính nối đất và nối đất qua điện trở Để bảo vệ an toàn khi tiếp xúc với thiết bị, tất cả các phần tử kim loại bình thường không mạng điện được

nối đất, gọi là nối đất bảo vệ Các phần tử kim loại bình thường không mạng điện cũng

có thể được nối với dây trung tính để tăng cường sự bảo vệ

Theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 364-3/VdDE 0100, phân biệt một số dạng sơ đồ nối trung tính và nối đất như sau: TN, TT và IT

Bảng 2.1 Sơ đồ nối đất ( chế độ trung tính) theo IEC 364-3/VdDE 0100

Chế độ trung tính và nối đất Giải thích các ký hiệu

Sơ đồ TN Theo sơ đồ TN thì điểm trung tính được nối đất, còn

vỏ thiết bị được nối với dây trung tính bảo vệ

T ( Terrene) - nối đất trực tiếp

N ( Neutral) – nối vỏ thiết bị với dây không trong hệ trung tính nối đất

PE ( Protective Earth) - Dây nối đất bảo vệ

A, B, C- dây pha A, B,C

Sơ đồ TT Theo sơ đồ TT cả điểm trung tính và vỏ thiết bị đều

được nối đất, các hệ thống nối đất độc lập với nhau

T thứ nhất: nối đất điểm trung tính của nguồn

T thứ hai : nối vỏ thiết bị với hệ thống nối đất độc lập với hệ thống nối đất của nguồn

Sơ đồ IT I ( Isolation) trung tính cách ly với đất hoặc nối đất

qua điện trở;

T : nối vỏ thiết bị với đất độc lập với hệ thống nối đất của nguồn;

1 - dây nối đất; 2 -vỏ thiết bị; 3 - điện trở

2.2 Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp

2.2.1 Mạng điện cách điện đối với đất

2.2.2.1.Lưới điện một pha cách điện đối với đất

* Khi điện dung C =0, r1= r2 =rcđ

Ta có sơ đồ như hình vẽ sau (hình 2.1 )

Theo sơ đồ đẳng trị ta có r’1 =

1

1

r r

r r

Dòng điện qua người là Inga =

) ' (

.

2 1

' 1 '

1 0

r r r

Ur r

r I r

U

ng ng ng

ng





 (2.4) Thay trị số r1’ vào phương trình ta có

Ing =

2 1 2 1 1 1

' 1

) ( ) '

Ur r

r r

Ur

ng ng

* Khi điện dung C  0 , r1 = r2 = Rcđ

Sơ đồ thay thế và sơ đồ đẳng trị (hình 2.2 )

Tính toán hoàn toàn tương tự như trên ta thu được kết quả như sau

I =

2 1 2

X r

X U

1

)()

C2

Hình 2.2

Ingc =

2 2

2 2

ngc nga

I   (2.10)

2.2.2.2 Lưới điện 3 pha cách điện đối với đất

* Mạng điện có cả điện dung và điện trở (C1  C2  C3  0) nếu r1r2r3 (hình 2.4)

Khi đó dòng điện đi qua người là

Ing=

3 2 1 1 2 3 1 3 2

2 3 3 2 2 2 1 3

2 1 1 2 3 1 3

2

2 3 3 2 2 2 1

)(

3)

(

3

r r r r r r r r r r

r r r r r U r

r r r r r r r

r

r

r r r r r

U

ng d ng

p

r r

U

 3

U

 (2.12)

* Mạng điện 3 pha có điện dung lớn C1 = C2 = C3 = C ( r1=r2=r3 = rcđ )

Thì dòng điện đi qua người do điện dung là

Ingc =

1 9

3 )

1 ( 9

3

2 2 2 2

C r

U

ng p

I   (2.14)

Kết luận : trong mạng điện cách điện đối với đất thì cách điện đóng vai trò quan trọng Và chúng ta có thể an toàn khi tiếp xúc với phần tử mạng điện khi trang bị cách điện tốt

2.2.2 Mạng điện trung tính nối đất

Trong mạng điện trung tính nối đất thì khi chạm vào một pha thì cơ thể có thể phải chịu một điện áp pha, dòng điện chạy qua cơ thể người là Hình vẽ 2.5 ta có

Ing =

n o ng

p

r r r

U



 (2.15) Trong đó ;

p

r r

U

 (2.16)

Từ công thức trên ta có thể nhận xét như sau, để bảo đảm an toàn cho người khi chạm vào các pha thì dòng điện qua người phải nhỏ hơn <0.01A do đó mà ta phải chọn được điện trở của nền là Ing =

n ng

p

r r

- Với mạng điện trung tính nối đất thì điện áp các pha so với đất không vượt qua điện áp pha cho nên cách điện đối với mạng này chỉ tính toán với điện áp pha, còn với mạng điện trung tính cách đất phải tính cho điện áp dây

- Một nhược điểm của mạng trung tính nối dất đó là khi trạng thái vận hành ta chạm vào pha nào đó thì toàn bộ người ta phải chịu điện áp U P và dòng qua người là I

 bất chấp điện trở cách đất của mạng với đất là r = 

2.3 Phân tích sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp

2.3.1 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ TT

Giá trị của dòng điện khi có ngắn mạch chạm đất một pha:

tx d

p d

R R

U I

Up - điện áp pha;

Rdn - điện trở của hệ thống nối đất nguồn, ;

Rd - điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ của thiết bị, ;

Rtx - điện trở tiếp xúc tại nơi xảy ra ngắn mạch, 

Đối với trường hợp tiếp xúc trực tiếp thì Rtx = 0

Điện áp tiếp xúc: Utx = Iđ.Rd (2.18)

2.3.2 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ TN

Trong sơ đồ tất cả các bộ phận vỏ, bệ máy được nối với đất qua trung tính Trong tất

cả các sơ đồ của hệ thống TN (hình 2.8)khi cách điện bị hư hỏng sẽ dẫn đến sự cố ngắn mạch giữa dây pha và dây trung tính, dòng điện ngắn mạch có thể đạt đến giá trị lớn dẫn đến tác động của rơle dòng điện cực đại, nhưng cũng có thể xuất hiện điện áp tiếp xúc tại điểm cách điện bị hư hỏng, vượt quá 50% giá trị điện áp giữa pha và dây trung tính trong thời gian ngắn

Trong thực tế, hệ thống tiếp địa chung thường được đặt sau mỗi khoảng chiều dài của dây bảo vệ (PE hoặc PEN) của mạch, còn thiết bị dùng điện thường có yêu cầu đặt tiếp địa ngay trên đầu vào

Hình 2.7: Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc gián tiếp ở sơ đồ TT của mạng điện

Ở các thiết bị lớn thường đặt thên các tiếp địa phụ, phân bố trên toàn lãnh thổ, sao cho

có thể giảm tối đa điện áp tiếp xúc Ở các nhà cao tầng nối bảo vệ được thực hiện đối với mỗi tầng

2.3.3 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ IT

Trong sơ đồ này điểm trung tính của nguồn được cách điện với đất hoặc nối đất qua điện trở lớn Tất cả các vỏ, bệ máy của thiết bị được nối với hệ thống tiếp địa bảo vệ ( hình 2.9) Đối với sơ đồ này, sự ngắn mạch chạm đất một pha thường không gây nguy hiểm, nhưng khi có thêm sự cố ngắn mạch chạm đất thứ hai thì sự việc có thể trở nên tồi tệ hơn Chúng ta sẽ xét hai trường hợp sự cố này

Z

U I





d

R (2.19) Trong đó: Zf - điện trở cách điện giữa pha với đất, có thể xác định theo biểu thức:

C C

f C

Z f

942

1

2 3

1

3

C - điện dung giữa các pha và đất F ( Fara)

Do giá trị điện trở nối đất Rđ rất nhỏ so với điện trở cách điện Zf nên có thể coi:

f

f d

Z

U

I  (2.21) Khi xảy ra sự cố chạm masse một pha, do điện áp của pha lành tăng lên 3lần, nên dòng điện cũng tăng lên 3lần

I d'  3.I d (2.22)

Hình 2.8: Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc gián tiếp ở sơ đồ TN của mạng điện

Giá trị điện áp tiếp xúc khi chạm vào vỏ thiết bị:

U tx I d' R d (2.23)

Rd - điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ thiết bị

Có thể dễ dàng nhận thấy giá trị dòng điện chạm đất nhỏ nên giá trị điện áp tiếp xúc hầu như không gây nguy hiểm gì Tuy nhiên trong trường này cần phải thường xuyên giám sát mức độ cách điện và phải đưa tín hiệu cảnh báo bằng còi hoặc đèn nháy, đồng thời nhanh chóng tiến hành các biện pháp tìm và khắc phục sự cố Như vậy khi có sự

cố ngắn mạch thứ nhất mạng điện không bị cắt, do đó sự cung cấp điện diễn ra liên tục Đó chính là ưu thế của loại sơ đồ có trung tính cách ly

2.3.3.2 Sự cố ngắn mạch một pha thứ hai

Khi xẩy ra sự cố chạm đất thứ hai thì dòng ngắn mạch chạm masse sẽ thở thành dòng ngắn mạch giữa các pha ( hình 2.10), nên có giá trị đủ lớn dẫn đến sự tác động của rơle dòng cực đại để cắt mạch điện bằng máy cắt hoặc bằng cầu chảy

Hình 2.9: Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc gián tiếp ở sơ đồ IT khi có chạm mase lần thứ nhất

Hình 2.10: Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc gián tiếp ở sơ đồ IT khi

có chạm mase lần thứ hai

2.4 Sự nguy hiểm của điện áp bước

Giá trị dòng điện chạy qua cơ thể con người khi chịu điện áp bước:

g ng

b ng

R R

U I



 (2.24)

Rg - điện trở của giầy

Dưới tác dụng của điện áp bước, nạn nhân sẽ chịu sự co cơ chân, hậu quả có thể bị ngã Khi đó không còng điện áp bước nữa, nhưng lại rơi vào tình cảnh nguy hiểm hơn, thay vì mạch vòng dưới “chân - chân”, bây giờ sẽ hình thành một mạch vòng mới với đường đi của dòng điện nguy hiểm hơn nhiều: thường từ tay đến chân và tạo nên một mối đe doạ chết người thực sự

Nếu chẳng may rơi vào điện áp bước thì phải từ từ thoát ra với bước đi nhỏ nhất đến mức có thể

CÂU HỎI CHƯƠNG 2 Câu 1: Phân tích sự nguy hiểm của điện áp bước

Câu 2: Phân tích sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ nối IT

Câu 3: Phân tích sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ nối TN

Câu 4: Phân tích sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ nối TT

Câu 5: Trình bày phương pháp xác định giá trị dòng điện chạy trong cơ thể con người khi chạm vào một pha của lưới điện ba pha trung tính nối đất So sánh với trường hợp mạng điện có trung tính cách ly

Câu 6: Trình bày phương pháp xác định giá trị dòng điện chạy trong cơ thể con người khi chạm vào một pha của lưới điện ba pha trung tính cách ly

Câu 7: Trình bày phương pháp xác định giá trị dòng điện chạy trong cơ thể con người khi chạm vào một pha của lưới điện một pha trung tính cách ly

Câu 8: Trình bày các chế độ nối trung tính và nối đất

Câu 9 :Hãy trình bày phương pháp xác định giá trị dòng điện qua cơ thể người khi chạm vào 1 pha của lưới điện 3 pha có trung tính cách ly và trung tính nối đất khi làm việc bình thường và khi sự cố ngắn mạch 1 pha khác

Câu 10:Phân tích hiện tượng nguy hiểm khi người tiếp xúc trực tiếp, tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện và thiết bị điện có điện áp làm việc là U= 220/380V Vẽ hình minh hoạ

và đưa ra các biện pháp để hạn chế nguy hiểm trong 2 trường hợp trên

Câu 11: Vẽ sơ đồ mạch điện và phân tích sự nguy hiểm khi người tiếp xúc trực tiếp với lưới điện 1 pha cách điện đối với đất biết rằng: Điện trở người 1,2 K, U= 230V, điện trở nền là không đáng kể, tính dòng điện qua cơ thể người khi Rcđ = 4,5 k và tính Rcđ để người được an toàn

Câu 12:Vẽ và phân tích sơ đồ khi người tiếp xúc trực tiếp với lưới điện có trung tính nối đất Xác định trị số dòng điện qua người khi Ud = 380V, điện trở người 1k, điện trở nối đất 4

Câu 13:Mạng điện 3 pha trung tính nối đất cấp nguồn cho phụ tải 3 pha Một người chạm vào vỏ thiết bị khi 1 pha của thiết bị chạm ra vỏ với điện trở cách điện là 16 

a/ Hãy tính giá trị dòng điện qua người biết và điện trở người là 1,2k, người

có nguy hiểm không? Vì sao?

b/ Tính giá trị của điện trở nối đất phụ để người được an toàn

Câu 14: Tính dòng điện qua cơ thể người khi chạm vào dây nguội của mạng điện đơn giản 220V trung tính nối đất Biết đường dây từ nguồn đến điểm tiếp xúc được làm bằng dây A-25 có (r0 =1,28 và x0=0,35/km) chiều dài đường dây l=800m Phụ tải cuối đường dây S= 8,5kVA; điện trở của cơ thẻ người là Rng = 1,2 k

Câu 15:Xác định giá trị dòng điện chạy qua cơ thể con người khi chạm vào một pha của mạng điện ba pha 380V trung tính cách ly ở chế độ làm việc bình thường và chế

độ sự cố ngắn mạch ở một pha khác Biết điện trở cách điện Rcđ = 30 k, điện trở của

b.Tính Rcđ tối thiểu đề người được an toàn

Câu 17: Đường dây A – 25 có chiều dài l = 400 m điện áp 220V trung tính nối đất cấp cho phụ tải công suất 6 kVA Hãy xác định dòng điện chạy qua cơ thể con người khi chạm vào dây nguội ở chế độ làm việc bình thường và chế độ ngắn mạch Biết điện trở của cơ thể con người là 1,5 k, điện trở, điện kháng của đường dây( r0= 1,28

và x0 = 0,35 /km)

Câu 18: Xác định dòng điện chạy qua cơ thể con người khi chạm vào dây pha của mạng điện 3 pha 380V trung tính cách ly

a/ Chế độ mạch điện làm việc bình thường

b/ Chế độ mạch điện sự cố ngắn mạch ở pha khác, biết điện trở cách điện

Rcđ=25 k và điện trở cơ thể người là 1,2 k

Câu 19: Mạng điện 3 pha trung tính cách ly có điện áp 230/400V, một người bất ngờ chạm vào 1 pha

a/ Vẽ sơ đồ mạch điện và xác định dòng điện qua cơ thể người khi điện trở của

cơ thể người là 1,4k, các điện trở cách điện R1=R2=R3=Rcđ= 10 k, bỏ qua điện dung

b/ Tính điện trở cách điện tối thiểu để người an toàn

Câu 20 :Mạng điện 3 pha trung tính nối đất có điện áp 230/400 V trung tính nối đất có điện trở nối đất Ro=4 Một người chạm vào dây pha:

a/ Tính dòng điện qua người biết điện trở người là 1,2k

b/ Tính điện trở đế (nền) để người được an toàn

Câu 21:Mạng điện 3 pha trung tính nối đất có điện áp 230/400 V trung tính nối đất có điện trở nối đất Ro=4, cấp cho phụ tải 3 pha có vỏ được nối đất bảo vệ với điện trở 12

a/ Hãy xác định dòng điện sự cố, điện áp tiếp xúc khi một người chạm vào vỏ của thiết bị với điện trở của cơ thể con người là 1,2k

b/ Một người khác khi đó chạm vào dây nối đất của hệ thống, hãy tính điện áp tiếp xúc đặt lên người anh ta biết điện trở của cơ thể con người là 1,4k

CHƯƠNG 3 BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP 3.1 Đại cương

3.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa

* Tiếp xúc điện là sự tiếp xúc của bộ phận cơ thể người với các vật dẫn điện ( gọi

là tiếp xúc trực tiếp) hoặc tiếp xúc với vật dẫn bình thường không mang điện như ng ngẫu nhiên có điện do hư hỏng của cách điện ( gọi là tiếp xúc gián tiếp)

* Khoảng cách tiếp cận tối thiểu là khoảng cách tối thiểu đảm bảo an toàn khi có

sự tiếp cận đến vật dẫn trần mang điện

* Khoảng cách giới hạn đến các vật xung quanh

Khoảng cách giới hạn đến các vật xung quanh được xác định vào cấp điện áp

Nó liên quan đến công việc được thực hiện bởi nhân viên đã quen việc hoặc nhân viên mới mà được giám sát bởi nhân viên đã quen Các khoảng cách này có thể lấy phụ thuộc vào cấp điện áp như hình 3.1 hoặc bảng 3.1

Bảng 3.1 Khoảng cách giới hạn từ phần tử mang điện đến các vật xung quanh

Với khoảng cách nhỏ (vùng 3) chỉ cho phép làm việc với các điều kiện quy trình làm việc dưới điện áp Không có giá trị cụ thể đối với khoảng cách đến các thiết bị lân cận Tuy nhiên có thể tạm coi vùng 1 là vùng khoảng cách lân cận

Các vùng lân cận

- Điện áp < 25kV không có giới hạn lân cận

- Mạng điện hạ áp: vùng 4, khoảng cách 0 – 0,3m đến cách vât dẫn trần dưới điện áp chỉ cho phép làm việc với các quy trình làm việc dưới điện áp

- Mạng điện cao áp: vùng 2, bao gồm từ khoảng cách tiếp cận tối thiểu đến khoảng cách giới hạn lân cận

Un, kV < 1 1 - 50 50 – 250 > 250

* Khu vực làm việc

Khu mà nhân viên thực hiện các thao tác vận hành, thao diễn với các dụng cụ, thiết bị và vật liệu mà họ được trang bị Khu vực này phải được giới hạn bởi các cọc tiêu và chỉ cho phép những người được giao nhiệm vụ có mặt để thực hiện các công việc cần thiết

* Cọc tiêu là vật dụng dùng để giới hạn vùng làm việc, đôi khi có sự hỗ trợ của các

vật thể khác như lá cờ đuôi nheo, lưới,…

* Barrie là vật chắn được thiết kế để ngăn ngừa sự tiếp cận hoặc tiếp xúc với vật dẫn,

cũng có thể được dùng để giới hạn vùng làm việc

* Hộp bảo vệ là thiết bị được tạo bởi vỏ bọc cách điện bao quanh các phần tử trần

mang điện áp, áp dụng trong trường hợp môi trường nguy hiểm

3.1.2 Phân loại thiết bị

Dưới góc độ an toàn điện các thiết bị được chia thành các nhóm sau:

0 Thiết bị có cách điện làm việc, không có các phần tử để

nối đất và không thuộc các nhóm II hoặc III

II Thiết bị cho phép bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp bởi

các phần tử có cách điện đôi hoặc cách điện tăng cường III

Thiết bị để làm việc ở cấp điện áp thấp, không có mạch điện ngoài cũng như mạch điện trong, mà làm việc ở cấp điện áp khác

3.1.3 Phân loại các biện pháp bảo vệ

Để bảo vệ an toàn tránh các tai nạn điện giật, ngay từ khâu thiết kế, chế tạo thiết

bị đã áp dụng các biện pháp cần thiết Việc lựa chọn cách điện, cách bố trí các chi tiết,

linh kiện …phải được xem xét để đảm bảo thiết bị có độ an toàn cao nhất Sự phân loại các biện pháp bảo vệ chống tai nạn vì điện được thể hiện trên sơ đồ hình 3.2 Sự phân loại các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp, bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp và các bảo vệ chống vừa tiếp xúc trực tiếp vừa tiếp xúc gián tiếp

Hình 3.2: Phân loại các biện pháp bảo vệ tránh tai nạn điện giật

* Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp là áp dụng các biện pháp để bảo vệ người, vật nuôi tránh nguy hiểm do tiếp xúc với các phần tử mạng điện

* Bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp là áp dụng các biện pháp để bảo vệ người, vật nuôi tránh nguy hiểm do tiếp xúc với các phần tử bình thường không mang điện, nhưng có nguy cơ bất ngờ nhiễm điện do sự cố hư hỏng cách điện

3.2 Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp các phần tử mang điện

Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp có thể được thực hiện bằng nhiều biệp pháp sau (hình 3.3) Những biện pháp cơ bản là: Tạo khoảng cách; Ngăn cản sự tiếp xúc và cách điện tăng cường Người ta căn cứ vào hai chỉ tiêu để đảm bảo chất lượng bảo vệ là tính hiệu quả và sự thường trực của biện pháp Một số biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp được thể hiện trong hình 3.4

Bảo vệ chống điện giật

Bảo vệ nội tại

Đào tạo

Hướng dẫn sử dụng

Cản trở

Khoảng

cách an

toàn

Nguồn điện áp thấp

Ngăn cách bảo vệ

Nối dây trung tính

Nối đất bảo

vệ

Tự động cắt bảo

vệ

Biện pháp bảo

vệ tránh tiếp xúc trực tiếp

Máy biến áp cách ly

Khu vực chỉ có những người có chuyên môn Rào ngăn hoặc

hộp bảo vệ

Khoảng cách an toàn

Sử dụng các thiết bị cản trở, màn chắn, nắp đậy, tủ

Hình 3.3 Phân loại các biện pháp bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp

3.2.1 Khoảng cách an toàn

Khoảng cách tiếp cận tối thiểu đến các phần dẫn của thiết bị điện phải đủ để ngừa nguy hiểm do sự tiếp xúc trực tiếp với sự trợ giúp của các vật thể mà người vận hành hoặc di chuyển (hình 3.5)

Khoảng cách tiếp cận tối thiểu là tổng khoảng cách điện áp dU và khoảng cách bảo vệ dbv.(d = dU+dbv) Khoảng cách điện áp dU được xác định theo biểu thức:

dU = 0,005Un, m (3.1) Trong đó: Un - điện áp định mức của mạng điện, kV

Nếu làm tròn thì đối với mạng điện hạ áp dU = 0, còn đối với mạng điện cao áp

dU = 0,1m Đối với mạng điện một chiều điện áp dưới 1,5kV thì dU = 0, còn bảo vệ được tính như sau:

Đối với mạng điện hạ áp dbv = 0,3m;

Đối với mạng điện cao áp d = 0,5m

Hình 3.4 Một số biện pháp bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp

Hình 3.5 Khoảng cách tiếp cận an toàn

Tính thường trực của khoảng cách phải được đảm bảo ngăn ngừa tất cả các nguy

cơ gây tai nạn

3.2.2 Biện pháp cản trở

Biện pháp cản trở cho phép bảo vệ chống điện giật rất hiệu quả Thường người ta trang bị các khoá liên động để ngăn ngừa những thao tác sai lầm trong thao tác vận hành thiết bị điện Với sự hỗ trợ của khoá liên động, khi mở tủ (hình 3.6), mạch điện

sẽ tự động được cắt ra khỏi nguồn Bởi vậy khi người vận hành thực hiện các thao tác

an toàn, tránh được nguy cơ tai nạn do điện

Sau khi các thao tác đã được thực hiện va cửa tủ được đóng, thì nguồn điện sẽ được cấp trở lại

3.2.3 Biện pháp ngăn cách bảo vệ

3.2.3.1Bọc cách điện bảo vệ

Tất cả các phần dẫn mà có nguy cơ tiếp xúc với người vận hành được phủ một

lớp cách điện an toàn Các phương tiện cách ly bằng vật liệu cách điện phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật Các lớp sơn, lớp emay …thực chất không thể bảo vệ an toàn khi tiếp xúc với phần tử mang điện Để đảm bảo an toàn tránh tiếp xúc trực tiếp, người ta sử dụng cách điện đôi đối với các thiết bị (hình 3.7.a) và vỏ cách điện của dây cáp đối với đường dây (hình 3.7.b) Các tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế phân biệt hai loại bảo vệ là: Bảo vệ chung (toàn phần) và bảo vệ bộ phận

Hình 3.6 Biện pháp cản trở dùng khoá liên động

Hình 3.7 Bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp:

3.2.3.2 Bảo vệ bằng rào ngăn hoặc vỏ cách điện

Biện pháp này được áp dụng rộng rãi, vì rất nhiều chi tiết, vât liệu, panel…có thể

dễ dàng lắp đặt trong các tủ, hộp cách điện (hình 3.8) Ngoài ra, các tủ, hộp đóng mở

có thể trang bị chìa khoá hoặc khí cụ đặc biệt để ngăn ngừa sự tiếp xúc ngẫu nhiên Rào chắn có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau Nếu làm bằng kim loại thì nó phải được tiếp đất Khoảng cách an toàn tối thiểu được thể hiện trong bảng sau

Bảng 3.2 Khoảng cách an toàn tối thiểu d, cm

Loại rào chắn Thiết bị ở cấp điện áp, kV

3.3 Các giải pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp không cắt nguồn 3.3.1 Sử dụng điện áp thấp

Bảo vệ được thực hiện bằng cách sử dụng điện áp rất thấp (ĐART), áp dụng trong các môi trường đặc biệt nguy hiểm Thường dùng đối với mạng điện có công suất thấp, mạng điện ở những nơi ẩm ướt, các thiết bị điện cầm tay…Lưu ý là tuyệt đối không sử dụng máy biến áp tự ngẫu để làm cung cấp điện áp thấp Sơ đồ mạng điện áp thấp được thể hiện trên hình 3.9

Hình 3.8 Ví dụ cách điện với sự trợ giúp của hộp bảo vệ

Hệ thống điện áp an toàn rất thấp (ĐART) được áp dụng trong các trường hợp vận hành thiết bị điện ở môi trường đặc biệt nguy hiểm như bể bơi nhà kính, hầm ẩm ướt…Biện pháp này được áp dụng dựa trên nguyên lý cấp điện qua cuộn thứ cấp của máy biến áp cách ly, được thiết kế đặc biệt theo tiêu chuẩn quốc tế (IEC 60742) Đôi khi giữa các cuộn dây sơ và thứ cấp có đặt một màn chắn kim loại Điện áp thứ cấpkhông bao giờ vượt quá giá trị 50V

Ba điều kiện vận hành cần được thực hiện để đảm bảo bảo vệ thích hợp chống tiếp xúc gián tiếp là:

- Dây dẫn trong hệ thống ĐART không bao giờ được nối đất;

- Vỏ thiết bị và các phần kim loại không mang điện không được nối đất và nối với các bộ phận kim loại khác;

- Tất cả các phần dẫn của hệ thống ĐART và các mạch điện khác phải được lắp đặt ở khoảng cách an toàn thích hợp

Các điều kiện này phải đực quán triệt một cách thường trực trong hệ thống ĐART thường chỉ sử dụng các loại dây dẫn dành cho cấp điện áp thấp; các ổ cắm cử hệ thống ĐART không có chân nối đất Các phích và ổ cắm của hệ thống ĐART có cấu trúc đặc biệt để ngăn ngừa sự sử dụng nhầm lẫn với cấp điện áp khác

Giá trị dòng điện dung (chính là dòng điện chạy qua cơ thể người) được xác định phụ thuộc vào cấp điện áp và chiều dài đường dây theo biểu thức sau:

350

)35

d

L L U

I   , A (3.2) Trong đó:

U - điện áp định mức của lưới, kV;

Lcap - tổng chiều dài đường dây cáp, km;

Ldd - tổng chiều dài đường dây trên không, km

Mạch điện cách ly thường được áp dụng cho các đường dây cáp có chiều dài không lớn và điện trở cách điện cao, nó cũng thường được áp dụng đối với các thiết bị điện cá nhân Sơ đồ mạch điện cách ly được thể hiện trên hình 3.10

3.3.3 Bố trí vùng cấm và đặt rào ngăn

Giải pháp bố trí vùng cấm và đặt rào ngăn cho phép hạn chế tối đa xác suất xảy

ra tai nạn do tiếp xúc với vỏ thiết bị ở trạng thái nhiễm điện đồng thời với các phần tử mang điện khác (hình 3.11) Trong thực tế biện pháp này chỉ có thể áp dụng ở các môi trường khô ráo và phải tuân thủ các điều kiện sau:

- nền và tường không dẫn điện, tức là khi tiếp xúc vào điểm bất kỳ nào, điện trở

- Dây bảo vệ trần không được đưa vào vùng cấm;

- cửa vào buồng này phải được bố trí sao cho những người vào trong không bị đe doạ nguy hiểm Ví dụ người đứng trên sàn dẫn điện phia ngoài buồng không thể với qua cửa để tắt công tắc đèn đặt ở tủ phân phối bằng gang

Hình 3.10 Biện pháp an toàn bằng mạng điện phân ly

3.3.4 Buồng đẳng thế không tiếp đất

Trong sơ đồ này tất cả các phần dẫn trần, kể cả sàn được nối với nhau bằng dây dẫn có tiết diện đủ lớn để đảm bảo không có sự chênh lệch điện thế giữa hai điểm bất

kỳ trong buồng Sự hỏng cách điện giữa pha và vỏ thiết bị sẽ dẫn đến điện áp trong

“luồng” này tăng đến giá trị điện áp pha, nhưng sẽ không có dòng điện ngắn mạch Trong điều kiện này người vận hành đi vào trong buồng sẽ rơi vào tình trạng nguy hiểm (vì họ đứng trên sàn dưới điện áp) Để có thể được bảo vệ, nhân viên này cần phải áp dụng các biện pháp phòng ngừa (ví dụ dùng sàn không dẫn điện ở cửa ra vào…) Ngoài ra cần phải có các phương tiện bảo vệ đặc biệt để phát hiệ vị trí hư hỏng cách điện trng trường hợp không có dòng ngắn mạch lớn

3.4 Các phương tiện an toàn điện

Phương tiện bảo vệ dùng để cách ly người vận hành khỏi các phần tử mang điện của

thiết bị Phân biệt thiết bị bảo vệ chính và thiết bị bảo vệ phụ:

Hình 3.11 Bảo vệ bằng biện pháp bố trí vùng cấm vào và đặt rào ngăn

Hình 3.12 Buồng đẳng thế

- Phương tiện bảo vệ chính dùng cho mạch điện hạ áp bao gồm: sào cách điện, kìm cách điện và ampe kìm, bộ chỉ điện áp, găng tay cách điện, ủng cách điện, các dụng cụ đồ nghề khác,…

- Các phương tiện bảo vệ phụ gồm: thảm cách điện, giày, giá cách điện,… Tất cả các dụng cụ này đều phải được kiểm nghiệm trước khi đưa vào sử dụng và phải kiểm nghiệm định kỳ theo quy định Một số phương tiện bảo vệ an toàn thông dụng được biểu thị trên hình 3.13

CHƯƠNG 4 BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP

Hình 3.14 Các phương tiện bảo vệ an toàn

CÂU HỎI CHƯƠNG 3 Câu 1: Trình bày các khái niệm: tiếp xúc điện, khoảng cách tiếp cận tối thiểu, khoảng cách giới hạn đối với vật xung quanh…

Câu 2: Trình bày phương pháp phân loại thiết bị an toàn

Câu 3: Trình bày phương pháp phân loại các thiết bị bảo vệ

Câu 4: Phân tích các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp vào các phần tử trong mạng điện

Câu 5: Phân tích các giải pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiêp không cắt nguồn

Câu 6: Trình bày công dụng, mục đích sử dụng của các phương tiện an toàn

CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP 4.1 Biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp

Tất cả các biện pháp nêu trên đều là các biện pháp ngăn ngừa Nhưng do nhiều nguyên nhân khác nhau chúng có thể không đả bảo được độ tin cậy cần thiết Trong số các nguyên nhân chính bao gồm:

- Thiếu sự chăm sóc thường xuyên;

- Không thận trọng;

- Sự hao mòn cách điện …

Để bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp các biện pháp được xem xét là: nối đất vỏ thiết bị, nối dây trung tính và cắt bảo vệ

4.1.1 Biện pháp bảo vệ bằng cách nối đất, nối không và cắt bảo vệ

Xét mạng điện hạ áp hình 4.1 khi có sự ngắn mạch chạm masse, vỏ của thiết bị

sẽ chịu một điện áp bằng điện áp pha Trong tình huống này, nếu nhân viên vận hành chạm vào vỏ thiết bị thì dòng điện chạy qua cơ thể người sẽ bằng:

(4.1)

Ví dụ nếu địên trở người là Rng= 2k thì Ing= 230/2 =115 mA Dòng điện này thực sự nguy hiểm đối với tính mạng người Vì vậy cần phải thực hiện các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp Giải pháp thực hiện là:

- Nối đất tất cả vỏ thiết bị và tạo hệ thống cân bằng điện thế

- Tự động cắt nguồn của thiết bị mà có thể dẫn đến nguy hiểm do điện áp tiếp xúc

Theo yêu cầu kỹ thuật, vỏ và các bộ phận kim loại bình thường không mang điện của các thiết bị được nối với hệ thống tiếp địa riêng, hoặc nối với dây không ( dây trung tính) Việc nối đất vỏ thiết bị nhằm giảm điện áp tiếp xúc xuống đến giá trị an toàn, còn nối không để tạo ra dòng điện lớn khi có sự cố chạm masse, làm thiết bị cắt bảo vệ tác động, loại bỏ nguồn cung cấp điện và do đó đảm bảo an toàn cho người vận

Hình 4.1: Nguy hiểm do ngắn mạch chạm masse

hành Các điều kiện cắt được xác định theo sơ đồ phân phối và thiết bị được chọn bảo

vệ

Khi có sự rò điện ở các thiết bị thì nó sẽ được cắt tự động bởi thiết bị đặc biệt, gọi là thiết bị cắt bảo vệ (residual current protectivebdevice – RCD) Ngưỡng giới hạn thời gian cắt cực đại cho phép, phụ thuộc vào loại sơ đồ và điện áp tiếp xúc được thể hiện trong bảng 4.1

Bảng 4.1 Thời gian cắt cực đại cho phép tcp, (s) của các sơ đồ phụ thuộc vào điện áp

Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện áp thấp

Hệ thống điện áp an toàn rất thấp (ĐART) được áp dụng trong các trường hợp vận hành thiết bị điện ở môi trường đặc biệt nguy hiểm như bể bơi nhà kính, hầm ẩm ướt…Biện pháp này được áp dụng dựa trên nguyên lý cấp điện qua cuộn thứ cấp của máy biến áp cách ly, được thiết kế đặc biệt theo tiêu chuẩn quốc tế (IEC 60742) Đôi khi giữa các cuộn dây sơ và thứ cấp có đặt một màn chắn kim loại Điện áp thứ cấpkhông bao giờ vượt quá giá trị 50V

Ba điều kiện vận hành cần được thực hiện để đảm bảo bảo vệ thích hợp chống tiếp xúc gián tiếp là:

- Dây dẫn trong hệ thống ĐART không bao giờ được nối đất;

- Vỏ thiết bị và các phần kim loại không mang điện không được nối đất và nối với các bộ phận kim loại khác;