Nghiên cưu, đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên vùng cẩm phả quảng ninh

Nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật đối với con người khi vận hành mạng hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 3.2.1.. Tính giá trị dòng điện giật khi

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất hà nội - 0 0 0 -

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất hà nội - 0 0 0 -

Trần Văn Phong

Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp xoay chiều

mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Chuyên ngành: điện khí hoá mỏ

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i Nh÷ng néi dungtr×nh bµy trong luËn v¨n do chÝnh b¶n th©n t«i thùc hiÖn C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ tÝnhto¸n trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ngtr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy 15 th¸ng 12 n¨m 2010

T¸c gi¶ luËn v¨n

TrÇn V¨n Phong

Qua đây tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ phòng Cơ điện của cácCông ty, xí nghiệp than vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh đã tạo điều kiện giúp đỡ chotác giả trong quá trình thu thập số liệu thực tế.

Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tácgiả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn có thể không tránh được các khiếmkhuyết và thiếu sót Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhàkhoa học, các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp cho nội dung của luận văn

Tác giả luận văn

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ đòi hỏi việc phải đáp ứng mộtlượng lớn nhu cầu năng lượng cung cấp cho quá trình phát triển đó Vì vậy cần thiếtphải đẩy mạnh quá trình khai thác nguồn tài nguyên than đá

Trong quá trình khai thác này thì yếu tố đảm bảo an toàn điện giật cho ngườisản xuất và vận hành các thiết bị điện được đặt lên hàng đầu Vì vậy việc nghiên cứu

đảm bảo an toàn điện giật cho các mạng hạ áp tại các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả Quảng Ninh là việc làm cấp thiết có tính khoa học

-2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu và đề xuất giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật đốivới mạng hạ áp xoay chiều ở các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: các mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo an toàn điệngiật cho người khi vận hành mạng hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên vùng Cẩm PhảQuảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về mạng điện hạ áp xoay chiều ở các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả Quảng Ninh và tình hình nghiên cứu an toàn điện giật ở trong nước và ở nước ngoài

Đánh giá điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ

lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

- Nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật đối vớimạng hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả Quảng Ninh

5 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích dựa theo lý thuyết mạch điện

Phân tích, xử lý các số liệu thực nghiệm bằng toán học xác xuất thống kê

Sử dụng phương pháp tính hiện đại bằng máy tính dựa trên phần mềm môphỏng Matlab – Simulink, Excel.

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật khi vận hành mạng hạ

áp xoay chiều mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh và đề xuất các biện pháp

đảm bảo an toàn điện giật đối với các mạng này khi vận hành, vì vậy đề tài có ýnghĩa khoa học và thực tiễn

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày toàn bộ gồm 4 chương, phần mở đầu và kết luận vớitổng cộng: 91 trang, 20 bảng biểu, 44 hình vẽ và 12 danh mục tài liệu tham khảo.Sau đây là nội dung luận văn

Mục lục

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Mở đầu 1Chương 1: Tổng quan về mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ lộthiên vùng cẩm phả - quảng ninh và an toàn điện mỏ

1.1 Tổng quan mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - QuảngNinh

1.1.1 Mạng hạ áp trung tính cách ly 11.1.2 Mạng hạ áp trung tính nối đất 21.2 Đặc điểm cấu trúc mạng hạ áp mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

1.2.1 Đặc điểm mạng hạ áp trung tính nối đất 41.2.2 Đặc điểm mạng hạ áp trung tính cách ly 81.3 Tổng quan về an toàn điện mỏ

1.3.1 Tác động của dòng điện lên cơ thể người 101.3.2 Điện trở cơ thể người 171.3.3 Tiêu chuẩn an toàn điện 19Chương 2: Phân tích tính toán xác định mức độ nguy hiểm điệngiật khi vận hành mạng hạ áp mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả -Quảng Ninh

2.1 Các nguyên nhân gây tai nạn điện giật khi vận hành mạng hạ áp

mỏ lộ thiên 212.2 Phân tích, tính toán xác định mức dộ nguy hiểm điện giật khi vận hành cácmạng điện hạ áp mỏ lộ thiên

2.2.1 Nguy hiểm điện giật khi vận hành mạng hạ áp trung tính nối đất

2.2.1.1 Trường hợp người chạm trực tiếp bộ phận mang điện 22

2.2.1.2 Trường hợp người chạm vào vỏ thiết bị điện có điện chạm vỏ 30

2.2.2 Nguy hiểm điện giật khi vận hành mạng hạ áp trung tính cách ly 34

2.2.3 Nguy hiểm điện giật khi người chịu tác dụng của từ trường tản do dòng ngắn mạch đi vào đất 2.2.3.1 Đường cong phân bố điện thế trên mặt đất của trường tản dòng ngắn mạch vào đất 41

2.2.3.2 Điện áp bước và mức độ nguy hiểm điện giật do điện áp bước 43

Chương 3: Nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật khi vận hành mạng hạ áp mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 3.1 Ngiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật khi vận hành mạng hạ áp trung tính nối đất mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 3.1.1 Đặt vấn đề 45

3.1.2 Phương pháp tính kiểm tra 46

3.1.3 Tính dòng ngắn mạch 1 pha 47

3.1.4 Kiểm tra theo điều kiện an toàn điện giật 50

3.2 Nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật đối với con người khi vận hành mạng hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 3.2.1 Đo thực nghiệm xác định các thông số cách điện mạng hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 57

3.2.2 Tính giá trị dòng điện giật khi người chạm trực tiếp vào 1 pha của mạng điện trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 69

3.2.3 Tính giá trị dòng điện giật khi người chạm vào vỏ kim loại thiết bị điện có điện chạm vỏ 73

3.2.4 Tính toán dòng điện rò 1 pha mạng hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 75 Chương 4: Nghiên cứu, đề xuất các biện pháp đảm bảo an toàn

điện giật đối với con người khi vận hành mạng hạ áp mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

4.1 Các biện pháp chung đảm bảo an toàn điện giật 834.2 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện giật khi vận hành mạng hạ áp trung tínhnối đất mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 844.3 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện giât khi vận hành mạng hạ áp trung tínhcách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Kết luận và kiến nghị 90Tài liệu tham khảo Phụ lục

Danh mục các bảng

Trang

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật các phụ tải thuộc sơ đồ nguyên lý đơn giản cấp điện

cho tủ động lực 2 5

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật máy biến áp 6

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật các loại cáp đồng hạ áp cách điện PVC 7

Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của tủ phân phối hạ áp và tủ động lực 8

Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật các phụ tải tủ động lực 1 hệ thống điện băng tải mỏ than Đèo Nai 9

Bảng 1.6: Cấu hình các mạng điện hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh 10

Bảng 1.7: Tác động của dòng điện xoay chiều lên cơ thể con người 11

Bảng 1.8: Mối quan hệ giữa dòng an toàn khoảnh khắc và thời gian tác động lên cơ thể người 14

Bảng 1.9: Tỉ lệ % tai nạn chết người phụ thuộc vào đường đi của dòng điện 16

Bảng 1.10: Điện trở cơ thể người phụ thuộc vào điện áp tiếp xúc và trạng thái da 17

Bảng 1.11: Thống kê tổn thương tai nạn điện giật phụ thuộc vào điện áp thiết bị điện 19

Bảng 1.12: Quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, dòng an toàn khoảnh khắc và thời gian tác động cho phép của dòng qua người 20

Bảng 3.1: Giá trị điện trở và điện kháng máy biến áp 48

Bảng 3.2: Giá trị điện trở và điện kháng của các đoạn cáp 49

Bảng 3.3: Giá trị dòng ngắn mạch 1 pha tại điểm cuối đoạn cáp 50

Bảng 3.4: Bảng kết quả tính kiểm tra theo điều kiện an toàn điện giật đối với các thiết bị nhận điện từ tủ động lực số 2 52

Bảng 3.6: Trị số dòng điện giật qua người trong trường hợp không bù và bù hoàn toàn thành phần điện dung của dòng rò 65

Bảng 3.7: Bảng so sánh giá trị dòng rò qua người với trị số dòng an toàn lâu dài và dòng an toàn khoảnh khắc trong trường hợp chạm trực tiếp 66

Bảng 3.8: Bảng so sánh giá trị dòng qua người với giá trị dòng an toàn lâu dài vàdòng an toàn khoảnh khắc trong trường hợp chạm gián tiếp 69

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Trang

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 1 pha trung tính cách ly 1

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 3 pha trung tính cách ly 2

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 1 pha trung tính nối đất 3

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 3 pha trung tính nối đất 3

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho phụ tải tủ động lực 2 4

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho các phụ tải tủ động lực 1 9

Hình 1.7: Đường cong theo tiêu chuẩn IEC 479 – 1 13

Hình 1.8: Quan hệ giữa điện trở cơ thể người với điện áp tiếp xúc và trạng thái da 18

Hình 2.1: Người chạm vào 1 pha trong chế độ bình thường 22

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế tính toán 22

Hình 2.3: Người chạm trực tiếp 1 pha khi trong mạng có sự cố 25

Hình 2.4: Giản đồ véc tơ 26

Hình 2.5: Người chạm trực tiếp 1 dây ở chế độ vận hành bình thường 28

Hình 2.6: Người chạm vào 1 dây khi trong mạch có sự cố 29

Hình 2.7: Người chạm vỏ thiết bị khi vỏ được nối trung tính bảo vệ 30

Hình 2.8: Người chạm vỏ thiết bị khi vỏ thiết bị không được nối trung tính bảo vệ 31

Hình 2.9: Người chạm vỏ thiết bị khi mạng nối nhầm dây pha với dây trung tính 32

Hình 2.10: Người chạm vỏ thiết bị khi trong mạng sử dụng đồng thời cả nối trung tính bảo vệ và nối đất bảo vệ 33

Hình 2.11: Người chạm vỏ thiết bị khi dây trung tính vưa là trung tính bảo vệ vừa là trung tính làm việc bị đứt 33

Hình 2.12: Người chạm 1 dây ở chế độ bình thường 34

Hình 2.13: Người chạm 1 dây ở chế độ sự cố ngắn mạch 1 dây xuống đất 35

Hình 2.14: Người chạm 1 pha của mạng 3 pha ở chế độ bình thường 36 Hình 2.15: Người chạm 1 pha của mạng 3 pha ở chế độ sự cố chạm đất 1

pha khác 38

Hình 2.16: Nguy hiểm điện giật khi người chạm vào vỏ kim loại thiết bị điện có điện chạm vỏ 40

Hình 2.17: Đường cong phân bố điện thế tản của dòng ngắn mạch đi vào đất 41

Hình 2.18: Các đường đẳng thế và điện áp bước 43

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán dòng ngắn mạch 47

Hình 3.2: Đặc tính cắt của Aptomat C60N-C-16A 51

Hình 3.3: Sơ đồ đo theo nguyên tắc của phương pháp MGI 54

Hình 3.3: Đồ thị mối quan hệ giữa Gcd và N 61

Hình 3.4: Đồ thị mối quan hệ giữa Ccd và L 64

Hình 3.5: Sơ đồ tính toán tổng quát 72

Hình 3.6: Sơ đồ thay thế tương đương 72

Hình 3.7: Sơ đồ thay thế tính toán 72

Hình 3.8: Mô hình Matlab- Simulink 74

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của dòng rò khi không bù 75

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của dòng rò khi bù nấc 10H 75

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự thay đổ của dòng rò khi bù nấc 18H 76

Hình 3.12: Đồ thị mô tả sự thay đổi giá trị hiệu dụng của dòng rò 76

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý bù thành phần điện dung của dòng điện rò 80

Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn quan hệ Ir =f (L)ứng với từng N khác nhau khi không bù dòng dung rò 82

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn quan hệ Ir =f (L)ứng với từng N khác nhau khi bù nấc 18H 83

Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn quan hệ Ir =f (L)ứng với từng N khác nhau khi bù nấc 10H 83

Hình 4.5: Đồ thị vùng vận hành đảm bảo điều kiện an toàn điện giật 84

-Trong lĩnh vực khai thác hiện nay, tùy thuộc vào chế độ trung tính mà mạng

điện hạ áp xoay chiều mỏ lộ thiên ( gọi tắt là mạng điện hạ áp mỏ lộ thiên) đượcphân thành 2 loại: Mạng điện hạ áp trung tính nối đất và mạng điện hạ áp trung tínhcách ly

Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 1 pha trung tính cách ly

Loại mạng này thường được dùng để cấp điện cho các máy điện cầm tay nhưmáy khoan, máy cưa, máy mài … và cấp điện cho mạng chiếu sáng với cấp điện áp

là 220V, 127 V Hoặc được dùng trong mạch điều khiển với cấp điện áp 36V, 24V,12V

* Mạng hạ áp 3 pha trung tính cách ly

Loại mạng này bao gồm mạng 3 pha 3 dây hình 1.2a và 3 pha 4 dây hình 1.2b

1 2

2 1 N

Hình 1.2 : Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 3 pha trung tính cách ly

Đây là loại mạng thường sử dụng ở những nơi thiết bị điện đặt ở ngoài trờinhư: Đầu đường, bãi thải, những phân xưởng gia công chế biến than có sử dụng hệthống băng chuyền, băng sàng, tuyển huyền phù… Cấp điện áp của loại mạng nàythường là 660V, 380V, 220V, 127V

1.1.2 Mạng hạ áp trung tính nối đất

U Zt

1 2

r0

Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 1 pha trung tính nối đất

Loại mạng này ít được sử dụng, thường chỉ dùng để cấp điện cho máy hàn,chiếu sáng

* Mạng hạ áp 3 pha trung tính nối đất

Bao gồm mạng 3 pha 3 dây trung tính nối đất ( hình 1.4a) và mạng 3 pha 4dây trung tính nối đất (hình 1.4b)

1 2

2 1 N

a, b,

Hình 1.4 : Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 3 pha trung tính nối đất

Đây là loại mạng được sử dụng phổ biến tại những nơi sử dụng thiết bị điện

đặt ở trong nhà có mái che cụ thể là tại các phân xưởng sửa chữa máy mỏ như Phânxưởng Cơ Điện, Phân xưởng sửa chữa Ô Tô, Công trường Khoan, Công trường Xúc,Công trường Gạt và các khu văn phòng

Cấp điện áp của loại mạng này là: 660V, 380V, 220V và 127V

1.2 Đặc điểm cấu trúc mạng hạ áp mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả - QN

1.2.1 Đặc điểm mạng hạ áp trung tính nối đất

1.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Trong phân xưởng của các mỏ lộ thiên như Phân xưởng Cơ Điện, Phân xưởngsửa chữa ÔTô, Công trường Xúc, Công trường Gạt, Công trường Khoan thường sửdụng mạng xoay chiều 3 pha 4 dây trung tính nối đất trực tiếp

Cấu trúc điển hình của loại mạng này như sau: Điện từ thanh cái 6kV củatrạm 35/6 kV được cấp cho trạm biến áp phân xưởng 6/ 0,4kV Điện 0,4 kV lại đượccấp cho tủ phân phối của phân xưởng bằng cáp mềm Điện từ tủ phân phối được cấpcho các tủ động lực đánh số 1,2,3…Và từ các tủ này điện được cấp cho các phụ tải

Ta có sơ đồ nguyên lý đơn giản cấp điện cho 1 tủ động lực như hình 1.5 ( Các sơ đồnguyên lý chi tiết cung cấp điện cho phân xưởng của các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả-Quảng Ninh trong phụ lục 1.1)

0,7 kW Máy mài phá 1 Máy mài phẳng 1 Máy mài phẳng 2 Máy mài tròn 1 Máy mài tròn 2

0,7 kW Máy mài vạn năng

5 kW Quạt mát

0,7 kW 0,7 kW 0,8 kW 0,8 kW

Tủ động lực 2

A -100

16A 10A 10A 10A 10A 10A 10A 16A

Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho phụ tải tủ động lực 2

của PXCĐ mỏ Đèo Nai

1.2.1.2 Thông số kỹ thuật của các phụ tải.

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của các phụ tải thuộc sơ đồ nguyên lý đơn giảncấp điện cho tủ động lực 2

Hiệu suất(%)

1.2.1.5 Đặc điểm của tủ phân phối và tủ động lực

Điện từ các trạm biến áp khu vực 6/0,4 kV cấp cho tủ phân phối và điện từ tủphân phối lại cấp cho các phụ tải thông qua tủ động lực được đánh số 1,2,3…Bảng1.4: Thông số kỹ thuật của tủ phân phối hạ áp và tủ động lực hiện đang sử dụngtrong các mạng hạ áp mỏ lộ thiên

Thiết bịLoại tủ

1.2.1.6 Đặc điểm của các Aptomat

Các Aptomat được sử dụng để bảo vệ khỏi sự cố ngắn mạch và quá tải trongmạng Tùy vào dòng tính toán của mạng mà dòng định mức của Aptomat được lựachọn cho phù hợp Đặc tính cắt của 1 số Aptomat với dòng định mức phổ biến nhất

được cho trong phụ lục 1.2

1.2.2 Đặc điểm mạng hạ áp trung tính cách ly

1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Mạng điện trong các mỏ lộ thiên tại những nơi sử dụng thiết bị điện đặt ngoàitrời như các phân xưởng sàng tuyển than, máy khoan điện, máy xúc điện thường làmạng ba pha trung tính cách ly Sơ đồ nguyên lý của những mạng này được chotrong phụ lục 1.3 Sơ đồ nguyên lý đơn giản của 1 mạng cấp điện cho các phụ tảicủa tủ động lực 1 của hệ thống băng tải mỏ Đèo Nai được cho trong hình 1.6

TBA 630 kVA -6/0,4 kV

A -500

11 kW Cấp liệu lắc số 1

3x16+1x10

L = 30 m 3x16+1x10

L = 25 m 3x16+1x10

L = 15 m 3x16+1x10

L = 40 m 3x16+1x10

L = 60 m 3x10+1x6

L = 55 m 3x10+1x6

7,5 kW Sàng phân loại cục 2

Chiếu sáng đầu băng

18 kW 18,5 kW 18,5 kW 7,5 kW

Tủ động lực 1

A -150

Tủ PP của hệ thống điện băng tải than Đèo Nai

Cu/PVC

Cu/PVC

Hình 1.6 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho các phụ tải tủ động lực 1 hệ thống điện

băng tải than Đèo Nai

1.2.2.2 Thông số kỹ thuật của các phụ tải

Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật các phụ tải của tủ động lực 1 hệ thống điện băngtải than Đèo Nai

Hiệu suất(%)

Bảng 1.6: Cấu hình các mạng điện hạ áp trung tính cách ly mỏ lộ thiên vùngCẩm Phả - Quảng Ninh

STT Tên mỏ than Tổng chiều dàimạng, (m) đến phụ tải xa nhất,Chiều dài mạng Tổng số thiếtbị đấu vào

Các mạng điện hạ áp trung tính cách ly của các mỏ lộ thiên vùng Cẩm

Phả-QN có tổng chiều dài mạng mạng không lớn ( trung bình là 1315 m), chiều dàimạng đến phụ tải xa nhất ngắn ( trung bình là 242 m), tổng số thiết bị đấu vào mạng

ít ( trung bình là 28 cái)

1.3 Tổng quan về an toàn điện mỏ

1.3.1 Tác động của dòng điện lên cơ thể người

Đóng góp lớn trong việc nghiên cứu hiện tượng tác động của dòng điện lên cơthể người ở nước ngoài là công trình nghiên cứu [2], [4], [5], [6], [7], [16], [17],[12], [14] của các nhà khoa học N.L.Gurvit, A.P.Kiselev, V.E.Manoilov,I.V.G.Sibarov, Ch.Dalzi(Mỹ), Skeppen, P.Osipka ( Đức)… Còn ở trong nước nhữngnghiên cứu về tác động của dòng điện lên cơ thể người được thực hiện bởi các nhàkhoa học trong các công trình [13], [37], [38], [10], [9], [8], [11] Tất cả các nghiêncứu này đều tập trung chỉ ra rằng tác động của dòng điện lên cơ thể người là:

- Tác động nhiệt: Gây cháy, bỏng, đốt nóng các mạch máu, dây thần kinh, tim,não, các cơ quan nội tạng và gây ra các rối loạn chức năng nghiêm trọngkhác

- Tác động điện phân: Làm phân ly máu và các chất lỏng hữu cơ trong cơ thể,

đồng thời phá hủy các thành phần hóa lý của chúng

- Tác động sinh học: Gây kích thích các tổ chức sống dẫn đến co giật cơ bắp,cơ tim và cơ phổi, phá hoại, thậm chí làm ngừng hẳn hoạt động hô hấp và tuầnhoàn

Và các nghiên cứu này cũng thống nhất chỉ ra rằng các yếu tố ảnh hưởng trựctiếp tới tổn thương điện giật là:

- ảnh hưởng trị số dòng điện qua người đến tổn thương điện giật

Giá trị cường độ dòng điện qua cơ thể người càng lớn thì tác hại của nó càngtăng Phản ứng của cơ thể người với dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp đượcthể hiện ở một số giai đoạn cảm giác sau:

Bảng 1.7 : Tác động của dòng điện xoay chiều ( từ 0,9mA đến 100mA) lên cơthể con người [7]

7 3,5ữ 4,5 Mệt mỏi ở khuỷu tay, với người nhạy cảm đã thấy hơi đau

8 4,5ữ 5,0 Hơi run tay

9 5,0ữ 5,5 Đau ở khuỷu tay

10 5,5ữ 7,0 Bắp thịt co lại và run, cảm giác khó chịu

11 7,0ữ 8,0 Tay bắt đầu đau, cảm giác khó rời vật mang điện

12 8,0ữ 9,5 Đau ở cánh tay

khó dời vật mang điện tăng lên nhưng có thể vẫn rời được

16 15 Cảm giác đau càng tăng Tay chỉ có thể rời vật mang điện nếu

dùng một lực khác kéo ra

đau tăng lên, khó thở

19 90ữ 100 Hô hấp tê liệt, nếu kéo dài với thời gian t≥3s thì tim bị tê liệt

ngừng đập

Dòng điện không nguy hiểm đối với con người là Ing ≤10mA( Đối với dòng

điện xoay chiều có tần số công nghiệp 40 ữ 60 Hz) và Ing ≤50mA( Đối với dòng

điện 1 chiều)

Đối với dòng điện xoay chiều giữa 10mA và 50mA người ta khó có thể tựmình bỏ được vật mang điện do sự co giật các cơ bắp Giai đoạn này rất nguy hiểmvì nếu người không tự rời bỏ được vật mang điện trong thời gian ngắn nhất thì dòngqua người dần dần tăng lên do điện trở của người dần dần giảm xuống

Khi giá trị của dòng điện vượt quá 50mA thì có thể đưa đến tình trạng mấtnhận thức, co giật chân tay, khó thở, thậm chí chết người do ngạt thở

Khi dòng điện qua cơ thể người 50ữ 80 thì phổi và tim bị hủy hoại rất nhanh.Khi dòng điện tăng đến 60mA phổi bị tổn thương trước tim, đấy là nguyên nhân gâychết người Khi dòng điện qua cơ thể người lớn hơn 80mA trong thời gian trên 3s thì

hệ thần kinh trung ương phản ứng làm tim, sau đó là phổi ngừng hoạt động

Đa số các nghiên cứu đều thống nhất cho rằng ngưỡng dòng tác động trongthời gian 1ữ3s sẽ gây suy tim chết người bằng 80ữ 100mA [17], [14]

- ảnh hưởng thời gian tác động của dòng điện qua người đến tổn thương

điện giật

Thời gian của dòng điện qua người là một yếu tố gây ảnh hưởng lớn đến tổnthương điện giật Thời gian tác động càng ngắn thì xác xuất gây tổn thương càngnhỏ Thời gian tác động của dòng điện qua người càng lâu điện trở cơ thể ngườicàng giảm dần, cường độ dòng điện sẽ càng tăng, mức độ nguy hiểm càng lớn

Theo tiêu chuẩn IEC 479-1 xác định 4 vùng tương ứng với quan hệ giá trị dòng

điện với thời gian tồn tại (Hình 1.7) [3]

Hình 1.7 : Đường cong theo tiêu chuẩn IEC 479 - 1

Dòng điện rò lớn nhất qua người trên 3s và lâu tùy ý không làm chết ngườihoặc mất khả năng lao động của con người và không làm cho bảo vệ tác động đượcgọi là dòng an toàn lâu dài cho phép (Ia.l) Trị số dòng điện Ia.l tần số công nghiệp

ở các nước quy định không giống nhau: ở pháp là 25mA, ở Anh và Đức là 50mA, ở

Mỹ là 16mA

+ Dòng an toàn khoảnh khắc Ia.k

Dòng điện tác động qua cơ thể người trong thời gian từ 1ữ3S mà không làmchết người hoặc mất khả năng lao động của con người được gọi là dòng an toànkhoảng khắc (Ia.k)

Bảng 1.8: Kết quả nghiên cứu của các tác giả ở nhiều nước khác nhau vềmối quan hệ Ia.k = f(t)

I a k = Liên Xô trước đây (N.V Sipuvov; A.I.Rebiakin)(*) Ia.k (mA)-giá trị hiệu dụng dòng điện an toàn khoảnh khắc; t (s)-thời

gian tác động của dòng điện Ia.k

Hội nghị kỹ thuật điện quốc tế đã thống nhất lấy dòng Ia.k theo các công thứcsau:

ak

240I

t Khi t=0,001 0,01s

760I

- ảnh hưởng đường đi của dòng điện đến tổn thương điện giật

Một yếu tố khác có ảnh hưởng đến tổn thương dòng điện là đường đi của dòng

điện qua người Nếu đường đi của dòng điện qua tim, phổi, não…thì các cơ quannày sẽ bị tác động trực tiếp của dòng điện rất nguy hiểm có thể gây chết người cònnếu dòng điện đi theo các đường khác thì một số cơ quan quan trọng của cơ thể chỉnhận sự tác động gián tiếp qua hệ thống thần kinh trung ương Do điện trở da ở các

vị trí của cơ thể người rất khác nhau nên vị trí tiếp xúc với vật dẫn có ảnh hưởng

đáng kể đến tổn thương điện giật

Bảng 1.9: Tỉ lệ % tai nạn chết người phụ thuộc vào đường đi của dòng điệntheo nghiên cứu [7]

- ảnh hưởng của tần số dòng điện đến tổn thương điện giật [2]

Trong tổng trở người có thành phần điện dung, nên có nhận định rằng khi tăngtần số của dòng điện, tổng trở của người giảm, giá trị dòng điện qua người tăng.Thực tế nhận định trên chỉ đúng khi tần số từ 0ữ50Hz Còn nếu tiếp tục tăng tần số,mặc dù tăng cả giá trị dòng điện qua người, nguy hiểm điện giật lại giảm đi và mấthẳn nguy hiểm điện giật khi tần số 450ữ500Hz Nói cách khác dòng điện xoay chiều

tần số bằng và lớn hơn 450ữ500Hz không thể gây tổn thương chết người do làmngừng hoạt động của tim phổi và các tổ chức sống khác.

- ảnh hưởng của loại dòng điện đến tổn thương điện giật [4]

Các công trình nghiên cứu cho thấy rằng dòng điện một chiều thường ít nguyhiểm hơn dòng xoay chiều Tuy nhiên sự nguy hiểm này thay đổi khá nhiều tùy theo

điện áp đặt vào cơ thể và thời gian tồn tại của nó ở điện áp 500V sự nguy hiểm dodòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều tần số 50Hz gây ra là như nhau, cònkhi tăng dần điện áp lên trên 500V thì dòng điện một chiều nguy hiểm hơn

1.3.2 Điện trở cơ thể người

Giá trị điện trở của cơ thể người quyết định đến trị số dòng điện qua cơ thể,tuy nhiên điện trở của người là một đại lượng rất không ổn định và không chỉ phụthuộc vào trạng thái sức khỏe của cơ thể từng lúc mà còn phụ thuộc vào môi trườngxung quanh, điều kiện tổn thương

Điện trở cơ thể người bao gồm điện trở của da tại hai điểm đi vào và đi ra củadòng điện và điện trở của các bộ phận nội tạng cơ thể

Da bình thường có một lớp sừng, nên điện trở của da khá cao, giá trị điện trởcủa lớp da chiếm tỷ lệ chủ yếu trong điện trở cơ thể người, nó phụ thuộc vào trạngthái của cơ thể người Điện trở người nằm trong khoảng 40 ữ 500kΩ, da ẩm sẽ làmgiảm điện trở của lớp sừng

Khi dòng điện đi qua cơ thể lớp sừng sẽ bị chọc thủng do tác động nhiệt vàcác tác động sinh học khác, do đó điện trở nhanh chóng giảm Điện áp tiếp xúc càngcao thì khả năng chọc thủng da càng lớn

Bảng 1.10: Trị số điện trở cơ thể người phụ thuộc vào điện áp tiếp xúc và trạngthái da

điện, cơ thể toát mồ hôi nhiều nên trong tính toán thực tế để tìm giải pháp đảm bảo

an toàn thường ta chọn giá trị điện trở cơ thể người là Rng =1000Ω

1.3.3 Tiêu chuẩn an toàn điện

- Điện áp an toàn cho phép đối với thiết bị điện

Tiêu chuẩn điện áp an toàn cho phép đối với thiết bị điện của một số nước nhưsau:

+ Balan, Thụy sĩ, Séc bi điện áp cho phép là 50V

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

+ Nga tùy theo môi trường làm việc điện áp cho phép là 65V, 36V, 12V

Theo các công trình nghiên cứu của một số nước trên thế giới cho thấy tổnthương điện giật có quan hệ phi tuyến với giá trị điện áp (theo nghiên cứu [2]) Vậy

ở mức điện áp thấp dưới 24V có thể ít nguy hiểm hơn song vẫn có thể gây tử vong

Điều đó chứng tỏ rằng không thể tồn tại điện áp an toàn tuyệt đối được Thống kêtổn thương tai nạn điện giật phụ thuộc vào điện áp sử dụng của thiết bị được cho trong bảng 1.11

STT U, (V) Tỷ lệ tử vong, (%) Mất khả năng laođộng, (%) Không để lại dichứng, (%)

Theo tiêu chuẩn của nhà nước Liên Xô ( trước đây) với điện áp xoay chiều tần

số 50Hz, quan hệ giữa giá trị điện áp tiếp xúc Utx, dòng an toàn khoảnh khắc Iak

tương ứng với thời gian tác động cho phép của dòng qua người được quy định nhưtrong bảng 1.12 (theo nghiên cứu [6], [10] )

- Điện lượng an toàn cho phép Qatcp

Khi dòng điện qua người có giá trị Ia.k( Với điện trở người Rng =1000Ω)trong khoảng thời gian từ 0,1s đến 1 s mà không làm chết người, thì giá trị điệnlượng Q=I tat ≤50mA.s được gọi là điện lượng an toàn cho phép, ký hiệu là Qatcp

- Chạm trực tiếp vào bộ phận mang điện:

+ Chạm vào các bộ phận đang có điện làm việc

+ Chạm vào các bộ phận đã được cắt ra khỏi nguồn điện, song vẫn còn điệntích

+ Chạm vào các phần tử đã bị cắt khỏi nguồn điện, song phần tử này vẫn chịumột điện áp cảm ứng do ảnh hưởng của điện, từ trường của thiết bị điện khác đặt gần

nó sinh ra

- Chạm vào vỏ thiết bị có điện chạm vỏ( Chạm gián tiếp)

+ Chạm vào vỏ kim loại của các thiết bị điện, hoặc chạm vào các bộ phận kimloại nối với vỏ thiết bị điện có điện chạm vỏ do cách điện của thiết bị điện bị hỏng

+ Chạm vào các bộ phận có điện áp cảm ứng do ảnh hưởng điện từ hay tĩnh

+ Người đứng trong vùng chịu tác dụng của trường tản dòng ngắn mạch vào

đất chạm vào bộ phận mang điện chịu điện áp gọi là điện áp tiếp xúc

2.2 Phân tích, tính toán xác định mức độ nguy hiểm điện giật khi vận hành các mạng điện hạ áp mỏ lộ thiên

2.2.1 Nguy hiểm điện giật khi vận hành mạng hạ áp trung tính nối đất

2.2.1.1 Trường hợp người chạm trực tiếp bộ phận mang điện

a Đối với mạng hạ áp 3 pha 4 dây trung tính nối đất trực tiếp qua điện trở r0

- Người chạm trực tiếp vào một pha ở chế độ vận hành bình thường

Xét sơ đồ mạng điện trên hình 2.1 và sơ đồ thay thế tính toán trên hình 2.2

3 2 1 N

Thay U vào biểu thức (2-1) ta có:0

Trong trường hợp này điện dẫn của các dây pha và điện dẫn của dây trungtính so với đất nhỏ hơn nhiều so với điện dẫn của điểm trung tính Y cho nên có thể0xem: Y1=Y2 =Y3=YN ≈0 Khi đó theo (2-2) ta có điện áp tiếp xúc:

UI

=+

Ví dụ 1: Chạm vào dây dẫn pha của mạng điện 3 pha 4 dây 380/220V có trung tínhnối đất, hãy xác định dòng điện qua người khi biết

Như vậy giá trị dòng điện này qua người sẽ gây nguy hiểm chết người, nếu

nó tồn tại trong thời gian đủ dài

Nhận xét:

Khi người chạm vào một pha của mạng 3 pha 4 dây trung tính nối đất thìdòng qua người không phụ thuộc vào điện trở cách điện và điện dung cách điện cácpha so với đất mà phụ thuộc vào giá trị điện áp Uf và điện trở ở chỗ tiếp xúc trựctiếp Giá trị của dòng điện qua người trong trường hợp này luôn luôn gây nguy hiểmchết người

- Người chạm trực tiếp vào 1 pha khi trong mạng xảy ra sự cố ngắn mạch 1 pha khác

Xét sơ đồ mạng điện cho trên hình 2.3

3 2 1 N

Hình 2.3 : Người chạm trực tiếp 1 pha khi trong mạng có sự cố

Giả thiết người chạm vào pha 1 trong khi pha 3 ngắn mạch xuống đất qua một

R

=

Vậy từ biểu thức (2-2) ta có:

0

1YR

ng

1Y

* Khi điện trở chạm đất: Rch =0 ta có Utx = 3Uf, tức trong trường hợp này điện

áp đặt vào người bằng điện áp dây

Như vậy khi chạm vào 1 pha trong mạng 3 pha có trung tính trực tiếp nối đấttrong khi pha khác ngắn mạch xuống đất sẽ nguy hiểm hơn so với chế độ làm việcbình thường

Ví dụ 2: Người chạm vào 1 pha của mạng điện 3 pha 4 dây có trung tính trực tiếpnối đất, điện áp 380/220V trong khi pha 3 chạm đất như hình 2.3 biết: