Bài giảng hệ thống cung cấp điện chương 10 ts nguyễn đức tuyên

Chương 10: An toàn điện cung cấp điện Bộ môn hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà nội TS.Nguyễn Đức Tuyên tuyen.nguyenduc@hust.edu.vn Chương 10: An toàn điện cung cấp điện §10.1 KHÁI NIỆM CHUNG §10.2 PHÂN TÍCH AN TỒN ĐIỆN KHI TIẾP XÚC TRỰC TIẾP 10.2.1 Tác dụng dòng điện thể người 10.2.2 Điện trở thể người 10.2.3 Ảnh hưởng trị số dòng điện giật 10.2.4 Ảnh hưởng thời gian điện giật 10.2.5 Đường dòng điện giật 10.2.6 Ảnh hưởng tần số dòng điện giật 10.2.7 Điện áp cho phép §10.3 PHÂN TÍCH AN TOÀN ĐIỆN KHI TIẾP XÚC GIÁN TIẾP 10.3.1 Hiện tượng dòng điện đất 10.3.2 Điện áp tiếp xúc 10.3.3 Điện áp bước §10.4 CÁC BIỆN PHÁP BẢO ĐẢM AN TOÀN ĐIỆN 10.4.1 Bảo vệ nối đất 10.4.2 Bảo vệ nối dây trung tính 10.4.3 Các phương tiện, dụng cụ bảo vệ cho cá nhân, tổ chức vận hành Khái niệm an toàn điện Tác hại sinh lý với thểCần cung cấp điện an toàn Tai nạn: 70% hạ áp, 20% mạng trung cao áp; 40% ngành điện Nguyên nhân: Trực tiếp chạm phần có điện 50% (không yêu cầu 30%, yêu cầu 1%, đóng nhầm điện 20%) Chạm vào phận kim loại có điện áp: 22,8% ( khơng nối đất 22,2%, có nối đất 0.6%) Chạm vào phận khơng phải kim loại có mang điện áp (tường, nhà, …): 20% Bị chấn thường hồ quang lúc thao tác thiết bị điện: 1% Bị chấn thương cường độ điện trường cao môi trường hay trạm biến áp siêu cao: 0.08% Phần lớn không chun mơn hạ áp An tồn điện tiếp xúc trực tiếp  Tác dụng dòng điện với thể người Hậu tùy thuộc trị số đường dịng điện, thời gian, tình trạng sức khỏe Gây phản ứng sinh lý phức tạp: tê liệt thịt, sưng màng phổi, hủy hoại quan hơ hấp, hệ thần kinh, tuần hồn máu Các loại tổn thương: Do chạm phải vật dẫn có mang điện áp Do chạm vào vật kim loại mang điện áp hỏng cách điện Do điện áp bước xuất chỗ hư hỏng cách điện hay chỗ dòng điện vào đất Dịng điện lớn 100mA gây chết người Một số trường hợp 5-10mA gây chết người tùy điều kiện nơi xảy nạn trạng thái sức khỏe An toàn điện tiếp xúc trực tiếp  Điện trở thể người Da phần thân thể có lớp sừng có điện trở lớn Điện trở người: 600Ω÷vài chục kΩ (trạng thái sức khỏe, môi trường xung quanh, điều kiện tổn thương) Điện trở người hạ thấp lúc da bị ẩm, thời gian tác dụng tăng lên, điện áp tăng Thân người ấn mạnh vào điện cực điện trở da thấp 50÷60V: điện trở da tỷ lệ nghịch với điện áp tiếp xúc Dòng điện qua, điện trở thân người giảm da bị đốt nóng, mồ tốt ra: 0,1mA Rng=500.000Ω, 10mA Rng=8000Ω Sơ đồ thay điện trở người 𝑅1 , 𝑋1 điện trở tác dụng, phản kháng da phía dịng điện vào 𝑅2 , 𝑋2 điện trở tác dụng, phản kháng da phía dịng điện 𝑅3 , 𝑋3 điện trở tác dụng phản kháng quan bên thân người Điện trở thân người An toàn điện tiếp xúc trực tiếp  Ảnh hưởng trị số dòng điện giật Hiện quy định với dòng xoay chiều 50÷60Hz trị số dịng điện cho phép 10mA, với dịng chiều 50mA Dịng điện (mA) 0,6÷1,5 2÷3 3÷7 Dịng AC 50÷60Hz Bắt đầu tê ngón tay Tê mạnh Bắp thịt co lại rung 8÷10 Tay dính vào dây điện rời Ngón tay, khớp tay, lịng bàn tay đau Tay dính chặt khơng dời dược Dau, khó thở Cơ quan hơ hấp tê liệt, tim đập mạnh 20÷25 50÷80 90÷100 Dịng DC Khơng có cảm giác Khơng có cảm giác Đau kim châm, thấy nóng Nóng tăng lên Nóng tăng lên, thịt co quắp chưa mạnh Cảm giác nóng mạnh Bắp thịt tay co rút, khó thở Cơ quan hô hấp bị tê liệt, Cơ quan hô hấp bị tê liệt kéo dài 3s tim ngừng đập An toàn điện tiếp xúc trực tiếp  Ảnh hưởng thời gian điện giật Thời gian tác động dịng điện quan trọng hình thức biểu hiện: Đến điện trở người: thời gian lâu, điện trở giảm, dòng điện lớn, tác hại lớn Đến nhịp đập tim: chu kỳ co dãn tim kéo dài 1s với 0,4s tim nghỉ làm việc thời điểm ngạy cảm với dòng diện, đủ lâu để dịng điện trùng thời điểm nguy hiểm Với điện áp cao: gây tim ngừng đập nạn nhân chưa kịp chạm vào vật mang điện hồ quang phát sinh dịng điện qua người lớn (vài A) tác động mạnh vào người gây cho thể phòng thủ mãnh liệt Chỗ bị đốt sinh lớp hữu cách điện thân người  ngăn cách dòng điện qua thân người hiệu Kết hồ quang bị dập tắt (hoặc chuyển sang phận mang điện bên cạnh) dòng điện tồn vài %s An toàn điện tiếp xúc trực tiếp  Đường dòng điện giật Đường dòng điện giật có phần trăm qua quan hơ hấp tim phổi phụ thuộc vào cách tiếp xúc người với mạch điện Dòng điện phân bố lồng ngực Đi từ tay sang tay có 3,3% dịng điện tổng qua tim Đi từ tay phải sang chân có 6,7% dịng điện tổng qua tim Đi từ chân sang chân có 0,4% dịng điện tổng qua tim Ví dụ thử nghiệm với chó: 960V 12s khơng chết Tăng lên 6000V khơng làm chó chết Tuy nhiên, điện áp qua chân bắp thịt chân bị co rút lại ngã xuống, đường dòng điện khác An toàn điện tiếp xúc trực tiếp  Ảnh hưởng tần số dòng điện giật Tổng trở thể giảm tần số tăng lên điện kháng người gồm điện dung 𝑥 =  dòng điện tăng nguy hiểm 2𝜋𝑓𝐶 Thực tế tần số tăng lên mức độ nguy hiểm lại giảm Do với tần số cao đường ion ngắn khơng đủ đâp vào màng tế bào gây kích thích hủy hoại tế bào Số TT Tần số (Hz) Điện áp (V) 50 100 125 150 117÷120 117÷120 100÷121 120÷125 Số chó thí Xác xuất chết nghiệm (con) (%) 15 100 21 45 10 20 10 50÷60Hz nguy hiểm 3000Hz, 10.000Hz (hay >10kW) không xảy điện giật Dịng điện chiều, tổng trở người khơng có điện dung, phân cực tăng lên nên điện trở người lớn giá trị dòng điện nguy hiểm thường cao với dịng xoay chiều An tồn điện tiếp xúc trực tiếp  Điện áp cho phép Dự đốn trị số dịng điện qua người gặp khó khăn điện trở người tính phức tạp Xác định giới hạn an toàn thường dùng điện áp thay dịng điện  Điện áp thuận lợi mạng điện có điện áp định mức  Tiêu chuẩn nước khác khác điều kiện làm việc Ba Lan, Thụy Sĩ, Tiệp Khắc: điện áp cho phép 50V Hà Lan, Thụy Điển, Pháp: điện áp cho phép 24V Liên Xô cũ: điện áp cho phép 65V, 36V, 12V tùy môi trường làm việc 10 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện:Bảo vệ nối đất  Xác định trị số điện trở tản xoay chiều nối đất (tiếp) Điện trở tản điện cực cạnh nhau: 𝑅ℎ𝑡 = Hệ số sử dụng điện cực nối đất: 𝜂 = 𝑅 𝑅ℎ𝑡 𝑈 𝐼 = 𝜌 4𝜋 𝑟0 = + 𝑎 𝑟 1+ 𝑎0 Hệ thống nối đất thường gồm nhiều cọc liên kết với 𝑅𝑐 𝑅𝑡 dạng hình tia mạch vịng: 𝑅ℎ𝑡 = 𝑅𝑐 𝜂𝑡 +𝑅𝑡 𝑛.𝜂𝑐 𝑅𝑐 : Điện trở tản cọc I a I Ảnh hưởng lẫn điện cực nối đất 21 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện:Bảo vệ nối đất  Xác định trị số điện trở tản xoay chiều nối đất (tiếp) Cơng thức tính điện trở nối đất cọc Hình thức nối đất Sơ đồ nối đất d Cọc chôn Cọc chôn sâu mặt đất Công thức tính điện trở tản(Ω) l t 𝑅𝑐 = 𝑅𝑐 = 𝜌 4𝑙 𝑙𝑛 2𝜋 𝑙 𝑑 𝜌 2𝑙 4𝑡 + 𝑙 𝑙𝑛 + 𝑙𝑛 2𝜋 𝑙 𝑑 4𝑡 − 𝑙 l d Khi dùng cọc dạng sắt góc, trị số d thay 0,95b (b:Chiều rộng sắt góc) 22 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện:Bảo vệ nối đất  Xác định trị số điện trở tản xoay chiều nối đất (tiếp) Công thức tính điện trở nối đất cọc Rt: Điện trở tản mạch liên kết cọc (tia mạch vòng): 𝑅𝑡 = 𝜌 𝐿2 ln( ) 2𝜋.𝐿 𝑑.𝑡 L: chiều dài tia mạch vịng Ngồi ra, thép 𝑏 dẹt thay d = với b chiều rộng thép dẹt n : Số cọc 𝜂𝑐 : Hiệu suất sử dụng cọc 𝜂𝑡 : Hiệu suất sử dụng tia mạch vòng 𝜂𝑐 ,𝜂𝑡 tra sổ tay kỹ thuật phụ thuộc số cọc mạch 𝑎 vòng tia nối đất tỷ số (trong a khoảng cách 𝑙 cọc l chiều dài cọc) 23 Các biện pháp đảm bảo an toàn điện:Bảo vệ nối đất  Tính tốn nối đất hệ thống cung cấp điện Yêu cầu điện trở nối đất: Càng bé tản dòng tốt, giữ điện thấp cho vật nối đất Càng bé tốn kim loại tốn công xử lý vùng đất Quy định hành: >1kV có dịng NM lớn (TT nối đất trực tiếp):Rnđ≤ 0,5 [Ω]  >1kV có dịng NM bé (TT cách điện): o Phần nối đất dùng cho thiết bị >1kV: Rnđ≤ 250 𝐼 [Ω] o Phần nối đất dùng chung >1kV&