giáo trình an toàn điện 3 10 2020

bài giảng môn an toàn điện trường đại học sư phạm kỹ thuật hưng yên giáo trình độc quyền định dạng word có bài tập cuối chương có tổng cộng 6 chương an toàn chất lượng phù hợp với sinh viên điện

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

5 CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN 6 1.1 Những nguy hiểm dẫn đến tai nạn do dòng điện gây ra 6

1.1.1 Điện giật

6 1.1.2 Hoả hoạn và nổ 7 1.1.3 Đốt cháy điện 7

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

7 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng điện chạy qua cơ thể con người 8

1.3.1 Trị dòng điện đi qua cơ thể con người

9 1.3.2 Ảnh hưởng của thời gian điện giật

13 1.3.3 Đường đi của dòng điện giật 13

1.3.4 Tình trạng sức khoẻ 14

1.3.5 Tần số dòng điện 14

1.4 Hiện tượng dòng điện đi trong đất, điện áp tiếp xúc, điện áp bước

15 1.4.1 Hiện tượng dòng điện đi trong đất 15

1.4.2 Điện trở tản hay điện trở vật nối đất 16

1.4.3 Điện áp bước và điện áp tiếp xúc 16

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN

19 2.1 Các chế độ trung tính và chế độ nối đất 19

2.2 Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp 19

2.2.1 Mạng điện cách điện đối với đất 19

2.2.2 Mạng điện trung tính nối đất 22

1

2.3 Phân tích sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp

23 2.3.1 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ TT 23

2.3.2 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ TN 23

2.3.3 Đánh giá sự nguy hiểm của tiếp xúc gián tiếp trong sơ đồ IT 24

2.4 Sự nguy hiểm của điện áp bước

26 CHƯƠNG 3: BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP 29 3.1 Đại cương 29

3.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa 29

3.1.2 Phân loại thiết bị 30

3.1.3 Phân loại các biện pháp bảo vệ 30

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

31 3.2.1 Khoảng cách an toàn 33

3.2.2 Biện pháp cản trở 34

3.2.3 Biện pháp ngăn cách bảo vệ 34

3.3 Các giải pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp không cắt nguồn .

35 3.3.1 Sử dụng điện áp thấp 35

3.3.2 Mạch điện phân ly 36

3.3.3 Bố trí vùng cấm và đặt rào ngăn 37

3.3.4 Buồng đẳng thế không tiếp đất 38

3.4 Các phương tiện an toàn điện

38 CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP 41 4.1 Biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp 41

4.1.1 Biện pháp bảo vệ bằng cách nối đất, nối không và cắt bảo vệ 41

4.1.2 Sử dụng điện áp thấp 42

4.2 Bảo vệ nối đất

43 4.2.1 Mục đích và ý nghĩa của nối đất 43

4.2.2 Nối đất tập trung 45

4.2.3 Nối đất hình ô lưới 45

2

4.2.4 Các hình thức nối đất khác 46

4.2.5 Tính toán bảo vệ nối đất 47

4.2.6 Trình tự tính toán nối đất 48

4.3 Bảo vệ tiếp trung tính

49 4.3.1 Ý nghĩa 49

4.3.2 Phạm vi ứng dụng 50

4.3.3 Nối đất làm việc, nối đất lặp lại 50

4.3.4 Tính toán bảo vệ nối dây trung tính 51

4.3.5 Tính toán điện trở nối đất làm việc và nối đất bảo vệ 52

4.4 Bảo vệ bằng biện pháp cắt tự động khu vực bị sự cố ra khỏi lưới điện 53

4.4.1 Khái quát 53

4.4.2 Bảo vệ tự động khi xuất hiện điện áp tiếp xúc nguy hiểm 53

4.4.3 Bảo vệ tự động khi xuất hiện dòng điện sự cố nguy hiểm 54

CHƯƠNG 5: 59

SỰ NGUY HIỂM KHI ĐIỆN ÁP CAO XÂM NHẬP SANG ĐIỆN ÁP THẤP .

59 5.1 Khái niệm 59

5.1.1 Cao áp có trung tính cách điện, hạ áp có trung tính cách điện 59

5.1.2 Cao áp có trung tính cách điện, hạ áp có trung tính trực tiếp nối đất .

60 5.1.3.Cả cao áp và hạ áp đều trung tính trực tiếp nối đất 60 5.2 Các biện pháp bảo vệ chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp .

61

5.2.1 Cao áp trung tính cách điện, hạ áp trung tính trực tiếp nối đất 61

5.2.2 Cả cao áp và hạ áp đều nối đất trực tiếp 62

5.2.3 Cao áp và hạ áp có trung tính cách điện 62

5.2.4 Các biện pháp bảo vệ chông điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp U< 100V 63

3

CHƯƠNG 6: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG ĐIỆN

TỬ Ở TẦN SỐ CAO, Ở TẦN SỐ CÔNG NGHIỆP VÀ ĐỀ PHÒNG TĨNH

cao 65

6.1.1 Sự hình thành của trường điện từ tần số cao trong một số thiết bị công nghiệp 65 6.1.2 Tác động của trường điện từ đến cơ thể con người 66

6.1.3 Các biện pháp an toàn 68

6.2 Ảnh hưởng của trường điện từ tần số công nghiệp 70 6.3 Đề phòng tĩnh điện .71 CHƯƠNG 7: CẤP CỨU NGƯỜI BỊ ĐIỆN GIẬT 74 7.1 Khái quát 74 7.2 Phương pháp cứu người bị nạn ra khỏi mạch điện 75

7.3 Các phương phương pháp cứu chữa ngay sau khi người bị nạn thoát khỏi mạch điện 75 7.4 Phương pháp hô hấp nhân tạo, hà hơi thổi ngạt hoặc hà hơi thổi ngạt kết hợp với ấn tim ngoài lồng ngực 76

7.4.1 Hô hấp nhân tạo 76

7.4.2 Cách hà hơi thổi ngạt 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

4

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 tếquốc dân, trong sinh hoạt, giải trí…

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

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

Giáo trình trình bày những vấn đề kỹ thuật an toàn trong cung cấp và sử dụngđiện, chủ yếu ở mạng điện hạ áp dùng cho sản xuất và sinh hoạt Tài liệu còn nên lênnhững vấn đề cụ thể trong các sơ đồ điện, các chế độ trung tính, các bài toán thườnggặp trong sản xuất và sinh hoạt, cũng như cách tính chọn các phương thức và lựachọn khí cụ trong an toàn điện

Trong phạm vi đề cập đến những vấn đề trong kỹ thuật an toàn còn hẹp,khoongtheer tránh khỏi những sai sót Nhóm tác giả xin được độc giả đóng góp ý kiếnxây dựng để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, xin chân 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 ngườitheo một mạch kín hoặc các tác động bên ngoài, như phóng điện, hoả hoạn Hay nóimột cách khác tai nạn điện có thể gây ra như sau

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

5

- Tiếp xỏc với cỏc phần tử đang cú điện ỏp làm việc (Hỡnh 1.1)

- Tiếp xỳc với cỏc phần tử đó được cắt điện ra khỏi nguồn điệnsong vẫn cũn tớch điện tớch (do điện dung)

L1

Hình 1.1 Tiếp xúc trực tiếp

- Tiếp xỳc với cỏc phần tử đó được cắt điện ra khỏi nguồn điện làmviệc, song vẫn cũn chịu một điện ỏp cảm ứng do ảnh hưởng của điện từhoặc cảm ứng tĩnh điện do cỏc trang thiết bị khỏc đặt gần

Tiếp xỳc trực tiếp, người ta cú thể biết trước được, trụng thấy cảm giỏc được

cú sự nguy hiểm và tỡm cỏc biện phỏp để đề phũng điện giật

Nhận xột : để đề phũng tai nạn do tiếp xỳc trực tiếp người ta biờn soạn ra cỏc

quy định, quy phạm về an toàn và đũi hỏi người làm về điện phải: - Học tập kỹ

cỏc quy định, quy phạm về an toàn điện

- Tuyệt đối tuõn thủ cỏc quy định, quy phạm an toàn điện

- Phải sử dụng cỏc phương tiện, dụng cụ bảo hộ cỏ nhõn

* Tiếp xỳc giỏn tiếp: phõn biệt làm cỏc tỡnh huống sau:

- Tiếp xỳc với cỏc phần tử như dào chắn, vỏ hay cỏc thanh thộp giữcỏc thiết bị, hoặc tiếp xỳc với cỏc trang thiết bị điện mà chỳng đó cú điện

ỏp chạm vỏ (cỏch điện bị hư hỏng)…(hỡnh 1.2)

6

Chạ m vỏ

L 1 PEN

Hình 1.2 Tiếp xúc gián tiếp

Nối đất

Sàn dẫn điện

- 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 tiếpxúc

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

1.1.2 Hoả hoạn và nổ

Hoả hoạn và nổ có thể gây ra trong các buồng điện, xẩy ra trong các nhà máy hoáchất khi có dòng điện rò gây nổ…

1.1.3 Đốt cháy điện

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

1.2 Tác 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 gâysinh lí phức tạp, nó có thể huỷ hoại thần kinh, huỷ hoại cơ quan tuần hoàn máu và hôhấp Dòng điện càng cao, thời gian tác dụng càng lớn càng nguy hiểm Tuy nhiêndòng điện đi qua người đúng vị trí và cường độ có thể chữa bệnh Dòng điện tác hạicàng 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 bịhỏng

- 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 tửvong, 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

7

Nguyên nhân dẫn đến chết người do dòng điện phần lớn làm hủy hoại bản nănglàm việc của các cơ quan của người – làm ngừng thở hay do sự thay đổi của nhữnghiện tượng sinh hóa trong cơ thể người Nguy hiểm chết người cũng có thể do bịbỏng 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 hiệntượng phân tích máu và phân tích các chất nước khác để tẩm ướt các tổ chức huyếtquản và làm đầy huyết quản Và như thế quá trình phân cực sẽ xảy ra trong cơ thể conngười làm ảnh hưởng đến hoạt động thần kinh Đấy là nguyên nhân dẫn đến tổnthương

Một số nhà sinh lý học và bác sỹ cho rằng nguyên nhân của một số tai nạn chếtngười vì dòng điện làm sự co bóp của tim bị rối loạn đưa đến đình trệ lưu thông máutrong 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 hoạtđộng của não lúc bị dòng điện tác động đột ngột Theo giả thyết này, sự hủy hoại chứcnăng 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 hưởngquyết định đến nguồn gốc tổn thương Thêm vào đó đối với từng người mức độ tácdụng của dòng điện cũng khác nhau, cũng như sự tác dụng vào một người cũng mỗilúc một khác nhau và phụ thuộc vào sức khỏe của người lúc bị tai nạn Chính dựa trênnhững lý luận này có thể giải thích tại sao với dòng điện bé cũng có thể làm chấtngười

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

1.3.1 Trị dòng điện đi qua cơ thể con người

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

- Dòng điện một chiều : 50 mA - Dòng điện xoay chiều : 10 mA Nhận xét:

8

- Đối với dòng điện xoay chiều từ 10 – 50 mA làm người bị điện giật khó có thể tự mình rời khỏi vật mạng điện do sự co giật của các cơ bắp Giai đoạn này rất nguy hiểm, vì nếu không tự rời bỏ vật mang điện trong một thời gian ngắn thì điện trở của cơ thể con người sẽ giảm dần, tức là dẫn đến tình trạng dòng điện qua người dần dần tăng lên

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 thấyđau

90 – 100 Tim bị tê liệt đi đến ngừng đập Thở bị tê liệt

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

9

Loại Dòng

điện

Thời gian dòng điện chạy

Tác dụng sinh ra Kết luận

I 25

mA

Không xác định

áp suất máu tăng dần

Tay khó rời đến lúckhông thể rời vật mạngđiện, sự đau đớn tăngdần và khó thở

Tác dụng của dòng điệnkhông trầm trọng, cơ thể cóthể trở về trạng thái banđầu

II 25-80

mA

25-30 giây áp suất máu tiếp tục

tăng, nhịp thở hỗn loạnđến lúc hô hấp bị têliệt, tim dập mạnh hỗnloạn đến lúc ngừngdập tức thời thể hiện

sự làm việc khôngbình thường của tim

và dẫn đến giai đoạnrung tim ngừng dậphẳn

Tai nạn có thể cứu đượcnếu chúng ta nếu chúng taloại trừ dòng điện trongkhoảng thời gian nhỏ hơn

30 giây Nếu tai nạn xảy ratrong khoảng thời gian > 30giây sẽ dẫnđến hiện tượngdung tim do đó muốn thiếtlập chế độ làm việc của timphải sau một khoảng thờigian khá dài phụ thuộc và I

và thời gian tác động củadòng điện

IV 3- 8

A

Không xác định

Máu ngừng lưu thông,tim ngừng đập Các cơbắp bị tổn thươngnăng Có thể dẫn đếnđốt 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 nhưsau:

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

10

- 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

+ 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

rất khụ và cú tỏc dụng như một lớp cỏch điện Nếu da người khụ và cũn nguyờn vẹn,điện trở của lớp da cú thể đạt 500.000 , cũn khi lớp da khụng cũn nguyờn vẹn thỡđiện 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 chứngminh được rằng tổng trở của người gồm cú hai thành phần điện trở R và điện dung Cmắc 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 đựng

- Vị trớ cơ thể tiếp xỳc với phần tử mang điện ỏp

- Diện tớch tiếp xỳc

- ỏp lực tiếp xỳc R 3 X 3

- 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 cơthể thỡ sẽ xuất hiện hiện tượng xuyờn thủng da, thỡ điện trở bắt đầu giảm; sau đú, khichấm rứt quỏ trỡnh này thỡ điện trở của cơ thể con người sẽ cú một giỏ trị gần nhưkhụng 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 Chớnh

vỡ vậy ta cảm giỏc đau khi bị điện giật ở điện ỏp thấp Quỏ trỡnh này phụ thuộc vàođiện ỏp và thời gian tỏc dụng của dũng điện, phụ thuộc vào tay khụ hay tay ướt lỳctiếp xỳc + Một số thớ nghiệm cho thấy rằng: Bắt đầu sau 0,5 giõy thỡ hiện tượngxuyờn thủng da xảy ra và chấm dứt hoàn toàn sau 5 – 6 giõy Tức là nếu lỳc ban đầu

12

Hình 1.3 Sơ đồ thay thế điện trở

điện trở của cơ thể con người có giá trị lớn hơn 5000  thì sau khi xuyên thủng da,điện trở chỉ còn khoảng 1000  hay thậm trí ít hơn nữa

 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 thểcon 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 độnguy 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 nguyhiểm 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 điệntrở của cơ thể người Nếu nhịêt độ và độ ẩm cao thì độ dẫn điện của lớp da sẽ tănglên, 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 vàonhịp đập của tim Mỗi chu kỳ giãn của tim khoảng 1s, và trong đó có khoảng 0,1s timnghỉ 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 tríkhớp nối ở tay …thì mức độ nguy hiểm càng cao Những vị trí nguy hiểm là: vùngđầu (đặc biệt là vùng: óc, gáy, cổ, thái dương), vùng ngực, vùng cuống phổi, vùngbụng…là thông thường là những nơi tập trung nhiều dây thần kinh

13

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

Bảng 1.5

Đường đi của dòng điện Tỷ lệ qua tim (%)

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 rõnhất ở người mệt mỏi hay trong tình trạng say rượu Tương tự phụ nữ và trẻ em rấtnhạy 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 códòng 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 tănglên Nhưng trong thực tế thì không như vậy, tức là khi tần số tăng thì mức độ nguyhiểm giảm đi Và người ta đẫ chứng minh rằng ở tần số f = 50 – 60 Hz là nguy hiểmnhất, 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 đượckết quả như sau (bảng 1.6)

STT Tần số dòng điện (Hz) Điện áp(V) Số chó thí nghiệm (con) Xác suất chết (%)

14

4 150 120-125 10 0

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

Nếu ta di chuyển điểm A vào tâm bán cầu ta sẽ có điện áp cao nhất đối với đất tại chỗchạm đất

- 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 hìnhcầu, khi chúng đi trong đất thì bị điện trở tản của đất cản lại và đến một vị trí nào đóthì điện áp bằng không và giá trị dòng điện tản bằng không Và điện trở tản gọi tắt làđiện trở của vật nối đất

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

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

16

Xét mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp và các vỏ động cơ được bảo bệ bằngnối 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 bộđiện áp Uđ

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

Trong đú: a- độ dài bước chõn (khoảng 0,4 – 0,8 m);

x- khoảng cỏc đến chỗ chạm đất

Vớ dụ 1: Tớnh điện ỏp bước Ub lỳc người đứng ở chỗ chạm đất là 2 m = 2000 cm vàdũng điện chạm đất là Iđ = 1000A (dũng điện qua vật nối đất) Điện trở suất của đất là

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 ng-ời Những giỏ trị giới

hạn an toàn cho phộp

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

ng-ời Yếu tố nào là quan trọng nhất? Tại sao?

Câu 4: Phân tích hiện t-ợng dòng điện đi vào trong đất

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

những trường hợp nào cú thể xuất hiện điện ỏp tiếp xỳc, điện ỏp bước đặt lờn cơ thểcon 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?

18

Câu7: 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 pháp để hạn chế nguy sự hiểm

Câu 8: Các yếu tố xác định tình trạng nguy hiểm của điện giật, các giới hạn cho phép

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 lyvới đất (Isolation), trung tính nối đất và nối đất qua điện trở Để bảo vệ an toàn khitiếp xúc với thiết bị, tất cả các phần tử kim loại bình thường không mang 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 hệtrung tính nối đất

PE (Protective Earth) - Dây nối đất bảo vệ

A, B, C- dây pha A, B,C Theo sơ đồ TT cả điểm trung tính và vỏ thiết bị đềuđược 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 lậpvới hệ thống nối đất của nguồn

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 đấtcủa 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

Dòng điện tổng qua mạch điện là I0 = r2 r1 ' (2.2)

Điện áp đặt vào người là Ung = I0.r’ (2.3)

Dòng điện qua người là Inga = U ng  I 0.r1'



Ur1'

(2.4) r ng r ng r ng (r'1r2 )Thay trị số r1’ vào phương trình ta có

2r ng R cd

* Khi điện dung C  0 , r1 = r2 = Rcđ

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

Hình 2.2 Tính toán hoàn toàn tương tự như trên ta thu được kết quả như sau

I ng  I2

nga I ngc2 (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)

21

Khi đó dòng đi

ện điqua ngưHình 2.3ờ i là

Tổng dòng điện chạy qua cơ thể người:

I ng  I2

nga I ngc2 (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 chịumột điện áp pha, dòng điện chạy qua cơ thể người là Hình vẽ 2.5 ta có

U p

Ing = (2.15) r ng r o r n

Trong đó ; rng : điện trở người ro :

điện trở nối đất rn : điện trở nền

- Nếu một pha chạm đất (A) mà ta chạm pha B, trong mạng điện trung tính

U p

Hình 2.6

ngắn mạch một pha và mạch được nhắt ra ngay, còn trong mạng điện trung tính cách đất thì thời gian kéo dài hơn do dòng chạm đất nhỏ

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

người là I

U p

r ng r n

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:

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)

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

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 Trongtất cả các sơ đồ của hệ thống TN (hình 2.8)khi cách điện bị hư hỏng sẽ dẫn đến sự cốngắn mạch giữa dây pha và dây trung tính, dòng điện ngắn mạch có thể đạt đến giá trịlớn dẫn đến tác động của rơle dòng điện cực đại, nhưng cũng có thể xuất hiện điện áp

24

tiếp xúc tại điểm cách điện bị hư hỏng, vượt quá 50% giá trị điện áp giữa pha và dâytrung tính trong thời gian ngắn

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

Hình 2.8: Phân tích sự nguy hiểm khi tiếp xúc gián tiếp ở sơ đồ TN 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 đốivới 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 đấtqua 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 gâynguy 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 2.3.3.1 Sự cố ngắn mạch

3..C 3.2..f C 942.C

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:

U f

I d  (2.21)

Z f

26

Khi xảy ra sự cố chạm masse một pha, do điện áp của pha lành tăng lên 3 lần, nêndòng điện cũng tăng lên 3 lần

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

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 tiếpxúc hầu như không gây nguy hiểm gì Tuy nhiên trong trường này cần phải thườngxuyên giám sát mức độ cách điện và phải đưa tín hiệu cảnh báo bằng còi hoặc đènnháy, đồng thời nhanh chóng tiến hành các biện pháp tìm và khắc phục sự cố Nhưvậy khi có sự cố ngắn mạch thứ nhất mạng điện không bị cắt, do đó sự cung cấp điệndiễn 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 thànhdòng ngắn mạch giữa các pha (hình 2.10), nên có giá trị đủ lớn dẫn đến sự tác độngcủa rơle dòng cực đại để cắt mạch điện bằng máy cắt hoặc bằng cầu chảy

I d'  3.I d (2.22)

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:

U b

(2.24)

I ng 

R ng R g

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 hiểmhơn, thay vì mạch vòng dưới “chân - chân”, bây giờ sẽ hình thành một mạch vòngmới với đường đi của dòng điện nguy hiểm hơn nhiều: thường từ tay đến chân và tạonên 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 nhấtđến 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 conngười khi chạm vào một pha của lưới điện ba pha trung tính nối đất So sánh vớitrường hợp mạng điện có trung tính cách ly

28

25

Câu 6: Trình bày phương pháp xác định giá trị dòng điện chạy trong cơ thể conngười 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 conngười khi chạm vào một pha của lưới điện một pha trung tính cách ly Câu 8: Trìnhbày 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 = 4,5k 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 đượclàm bằng dây A-25 có (r0 =1,28 và x0=0,35/km) chiều dài đường dây l=800m Phụtải 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 trởcủa cơ thể người Rng = 1,2k

Câu 16:Cho mạng điện đơn giản 220V trung tính các ly, khi người chạm vào một

pha của mạng điện với điện trở của cơ thể người Rng = 1,2 k

a.Vẽ sơ đồ mạch điện và xác định giá trị dòng điện chạy qua cơ thể con người khi điện trở cách điện Rcđ = 11 k? đánh giá mức độ nguy hiểm ? b.Tính Rcđ tối thiểu đề người được an toàn

29

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 ngườikhi chạm vào dây nguội ở chế độ làm việc bình thường và chế độ ngắn mạch Biếtđiện 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 trởcủa cơ thể người là 1,4k, các điện trở cách điện R1=R2=R3=Rcđ= 10 k, bỏ quađiện 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 điệntrở 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

30

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ CHỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP

3.1 Đại cương

3.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa

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

khi có sự tiếp cận đến vật dẫn trần mang điện

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 nhânviên mới mà được giám sát bởi nhân viên đã quen Các khoảng cách này có thể lấyphụ 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

Un, kV < 1 1 - 50 50 – 250 > 250

Với khoảng cách nhỏ (vùng 3) chỉ cho phép làm việc với các điều kiện quy trìnhlàm việc dưới điện áp Không có giá trị cụ thể đối với khoảng cách đến các thiết bịlân 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 trầndưới 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 thiểuđến khoảng cách giới hạn lân cận

31

Hình 3.1 : Bi ểu đồ khoảng cách giới hạn lân cận của thiết bị điện

* 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 cọctiêu và chỉ cho phép những người được giao nhiệm vụ có mặt để thực hiện các côngviệc 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 nối đất và không thuộc các nhóm II hoặc III Thiết bị có cách điện làm việc, không có các phần tử để

I Thiết bị có cách điện làm việc và phần tử để nối đất

Dây dẫn để nối với nguồn cung cấp phải có sợi nối đất

và cực tiếp xúc đất, có ký hiệu là PE (màu trắng, xanh

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 tạothiết bị đã áp dụng các biện pháp cần thiết Việc lựa chọn cách điện, cách bố trí cácchi tiết, linh kiện …phải được xem xét để đảm bảo thiết bị có độ an toàn cao nhất Sựphân loại các biện pháp bảo vệ chống tai nạn vì điện được thể hiện trên sơ đồ hình3.2 Sự phân loại các biện pháp bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp, bảo vệ chống tiếp xúcgián tiếp và các bảo vệ chống vừa tiếp xúc trực tiếp vừa tiếp xúc gián tiếp

32

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 nuôitránh 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 vàcách 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 chốngtiếp xúc trực tiếp được thể hiện trong hình 3.4

33

hạn Điện áp thấp

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

Hình 3.4 Một số 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 đểngừa nguy hiểm do sự tiếp xúc trực tiếp với sự trợ giúp của các vật thể mà người vậnhành hoặc di chuyển (hình 3.5)

Hình 3.5 Khoảng cách tiếp cận an toàn

Khoảng cách tiếp cận tối thiểu là tổng khoảng cách điện áp dU và khoảng cáchbảo 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

35

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 dbv = 0,5m

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 vậnhành 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 sẽđược cấp trở lại

Hình 3.6 Biện pháp cản trở dùng khoá liên động

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 mãnyêu cầu kỹ thuật Các lớp sơn, lớp emay …thực chất không thể bảo vệ an toàn khitiếp 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 đốivới đường dây (hình 3.7.b) Các tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế phân biệt hai loạibảo vệ là: Bảo vệ chung (toàn phần) và bảo vệ bộ phận

Hình 3.7 Bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp:

a) Bằng cách điện đôi; b) Bằng vỏ cách điện của cáp ba pha

3.2.3.2 Bảo vệ bằng rào ngăn hoặc vỏ cách điện

Biện pháp này đƣợc áp dụng rộng rãi, vì rất nhiều chi tiết, vât liệu, panel…cóthể 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 ngẫunhiên Rào chắn có thể đƣợc làm bằng các vật liệu khác nhau Nếu làm bằng kim loạithì nó phải đƣợc tiếp đất Khoảng cách an toàn tối thiểu đƣợc 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

34

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 3.9: Sơ đồ mạch điện áp thấp

Hệ thống điện áp an toàn rất thấp (ĐART) được áp dụng trong các trường hợp vậnhành thiết bị điện ở môi trường đặc biệt nguy hiểm như bể bơi nhà kính, hầm ẩmướt…Biện pháp này được áp dụng dựa trên nguyên lý cấp điện qua cuộn thứ cấp củamáy biến áp cách ly, được thiết kế đặc biệt theo tiêu chuẩn quốc tế (IEC 60742) Đôikhi giữa các cuộn dây sơ và thứ cấp có đặt một màn chắn kim loại Điện áp thứ cấp

không 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

trúc đặc biệt để ngăn ngừa sự sử dụng nhầm lẫn với cấp điện áp khác

3.3.2 Mạch điện phân ly

Nguyên lý mạch điện phân ly (thường là một pha) với mục đích an toàn dựa

trên cơ sở sau:

Hai dây dẫn từ cuộn thứ cấp một pha không nối đất của máy biến áp cách lycách điện với đất Nếu xảy ra sự tiếp xúc với một dây, thì sẽ có dòng điện chạy trongmạch vòng gồm: dây dẫn, cơ thể người, đất và trở về nguồn qua điện dung của mạng

Vì điện dung của mạng ứng với đất có giá trị không đáng kể, nên dòng điện thườngrất nhỏ (dưới ngưỡng cảm nhận) Cùng với sự tăng của chiều dài đường dây, giá trị

dòng điện qua cơ thể người càng lớn

38

35

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:

I d  U (35L cap L dd )

, A (3.2)

350

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 dàikhông 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

Hình 3.10 Biện pháp an toàn bằng mạng điện phân ly

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 tửmang 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