An toàn điệnCâu 1: Phân tích hiện tượng dòng điện tản vào trong đất? Quy định về điện áp cho phép đối với cơ thể con người?2Câu 2: Phân tích an toàn khi người chạm vào một cực của mạng điện đơn giản có điện dung lớn?4Câu 3 Phân tích sự nguy hiểm khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp?6Câu 4: Trị số dòng điện, thời gian, đường đi và tần số của dòng điện giật đối với cơ thể con người có ảnh hưởng như thế nào? Dòng điện có tác dụng như thế nào đối với cơ thể con người8Câu 5: Trình bày khái niệm, phạm vi ứng dụng mạng điện 3 pha? Phân tích an toàn trong các mạng điện 3 pha?10Câu 6: Phân tích an toàn trong mạng điện đơn giản khi mạng điện cách điện đối với đất12Câu 7: Phân tích an toàn khi người chạm vào một cực của mạng điện đơn giản có điện dung nhỏ?13Câu 8: Phân tính bảo vệ chống sét đánh trực tiếp như thế nào? Hãy tính phạm vi bảo vệ chống sét cho các công trình?15Câu 9: Vì sao phải nối đất lặp lại? Trình bày phạm vi ứng dụng của bảo vệ nối dây trung tính?Các hình thức nối đất lặp lại?18II BÀI TẬP19
An tồn điện Câu 1: Phân tích tượng dịng điện tản vào đất? Quy định điện áp cho phép thể người? Câu 2: Phân tích an tồn người chạm vào cực mạng điện đơn giản có điện dung lớn? .4 Câu Phân tích nguy hiểm điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp? Câu 4: Trị số dòng điện, thời gian, đường tần số dòng điện giật thể người có ảnh hưởng nào? Dịng điện có tác dụng thể người Câu 5: Trình bày khái niệm, phạm vi ứng dụng mạng điện pha? Phân tích an toàn mạng điện pha? 10 Câu 6: Phân tích an tồn mạng điện đơn giản mạng điện cách điện đất 12 Câu 7: Phân tích an tồn người chạm vào cực mạng điện đơn giản có điện dung nhỏ? 13 Câu 8: Phân tính bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nào? Hãy tính phạm vi bảo vệ chống sét cho cơng trình? 15 Câu 9: Vì phải nối đất lặp lại? Trình bày phạm vi ứng dụng bảo vệ nối dây trung tính?Các hình thức nối đất lặp lại? 18 II BÀI TẬP 19 Câu 1: Phân tích tượng dòng điện tản vào đất? Quy định điện áp cho phép thể người? Khi cách điện thiết bị điện bị chọc thủng có dịng điện chạm đất, dịng điện n ày vào đất trực tiếp hay qua cấu trúc Dịng điện tản từ tâm hình bán cầu tỏa đường kính Đại lượng điện trường mơi trường dẫn điện độ dịng điện J Vector có hường với hướng vector cường độ điện trường E Phương trình khảo sát điện trường đất j = γ E hay E = pJ γ điện trở suất đất – p điện trở suất đất – E điện áp đơn vị chiều dài dọc theo đường bất vùng đồng ≤10 ôm ;Vùng trung du ≤ ôm ;Vùng núi ≤ 20 ôm Mật độ dòng điện điểm cách tâm bán cầu x : J= Id Id dịng điện chạm đất π x2 Sự phân bố điện áp vùng dòng điện rò đất điểm vơ ngồi v ùng dịng điện rị có dạng hypecbon Điện trở người (Rng) : Điện trở người thay đổi từ 1.000 đến 100.000 Ω (đo U = 15V đến 20V) Độ ẩm da ảnh hường đến Rng độ dày lớp da Da chia thành lớp tính từ ngồi vào: Lớp sừng, lớp da, da da non, lớp mỡ Khi diện tích da tiếp xúc vào vật dẫn điện lớn Rng nhỏ Cụ thể sau: Diện tích da tiếp xúc = 8cm2 Rng = 7.000 Ω Diện tích da tiếp xúc = 24cm2 Rng = 3.300 Ω Diện tích da tiếp xúc = 400cm2 Rng = 1.000 Ω Thời gian tác dụng dòng điện qua người lâu Rng giảm da bị đốt nóng, cháy Dịng điện ảnh hưởng đến Rng: Khi có dịng điện qua người da bị đốt nóng, mồ thoát làm Rng giảm xuống Điện áp ảnh hưởng đến Rng: Bởi ngồi tượng điện phân cịn có tượng chọc thủng Với da mỏng tượng chọc thủng xuất điện áp 10 đến 30V Khi điện áp lớn 250V tượng chọc thủng xuất rõ ràng tương đương với người bị tróc hết lớp da ngồi.Các yếu tố sinh lý môi trường xung quanh: Điện trở nam nữ, già trẻ, người mập, ốm khác khả chịu đựng người khác Câu 2: Phân tích an tồn người chạm vào cực mạng điện đơn giản có điện dung lớn? Nguy hiểm điện tích tàn dư: Đường dây bị cắt khỏi mạng điện điện tích tàn dư đường dây gây nguy hiểm cho người Trong mạch điện xoay chiều điện áp tàn dư phụ thuộc vào thông số mạch điện thời điểm cắt mạch điện Điện áp có trị số hai lần biên độ hay Nhận xét : điện dung lớn C2 > C1 trị số điện tích tàn dư (Q=CU) cao làm dịng diện trì lâu tất nhiên trị số trung bình dịng điện tác dụng lên người lớn Nếu người cách điện đất mà chạm vào cực dịng qua người : Ing = −1 Uo Rng C 12 Rng e Trong Uo – điện áp tàn dư đường dây ứng với thời điểm người chạm vào mạch điện ,V Rng – điện trở người , ῼ C12 – điện dung dậy bị cắt Điện dung mạch điện chiều Khi chạm vào đường dây điện chiều vận hành k bỏ qua dòng rò kể trị số C11,C12 C22 ng tiếp cúc vào mạch Trước lúc người chạm vào mạch ta có C11 C22 mắc nối tiếp với nghĩa Q11=Q22=Q Dòng điện qua người Ing = −1 Uo Rng C 11 e Rng Điện dung mạch điện xoay chiều Trong trường hợp dòng điện qua người liên tục dạng dòng điện phụ thuộc vào dạng sức điện động , trị số dòng điện phụ thuộc vào đại lượng điện dung dây dẫn đất Câu Phân tích nguy hiểm điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp? Khái niệm Điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp nối điện cuộn dây có điện áp khác cách điện bị chọc thủng vỏ thiết bị hay có tiếp xúc trực tiếp cuộn dây với Hiện tượng hay xảy máy biến áp di dộng cung cấp điện cho đèn cầm tay, dụng cụ điện, máy hàn điện…Khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp mạng điện 12- 16V nguy hiểm mạng có cách điện khơng cao Trường hợp điển hình a Trung tính mạng điện hạ áp cách điện với đất: U0 Id g1 g g3 b.Trung tính mạng điện hạ áp nối trực tiếp, cịn phía cao áp trung tính cách điện đất 3U C Dòng điện cố: Id 9r02 C Trung tính mạng điện áp thấp có điện áp U I d r0 Các biện pháp bảo vệ mạng có trung tính nối đất 3U C 9r02 C Biện pháp bảo vệ mạng có trung tính nối đất Khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp xâm nhập biến thành chạm đất pha mạng điện cao áp, bảo vệ tác động để cắt máy biến áp khỏi bị cố Để đảm bảo an tồn chọn r0 nhỏ hay ơm dịng điện dung lúc chạm pha khơng đủ để bảo vệ làm việc, dòng điện qua r0 tồn lâu Vậy để đảm bảo an tồn lựa chọn r0 sau: 125 r0 4 Id Điện áp trung tính phía HA vỏ thiết bị nối với dây “không: là: U I d r0 r1dt r0 r1dt Biện pháp bảo vệ mạng có trung tính cách điện: Khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp 1000 V có trung tính cách điện dùng cầu chì nổ hình Nhận thấy: điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp khoảng cách khơng khí lớp mica mica bị chọc thủng Dịng điện cố qua r0 phía hạ áp qua điện dung mạng điện cao áp Vậy cần có biện pháp an tồn sau: + Cắt nhanh MBA trung tính bên cao áp nối đất r0 4 Chọn trị số ro theo điều kiện an tồn trung tính bên cao áp Cách điện 125 r0 Id Biện pháp bảo vệ cho máy biến áp có điện áp thứ cấp 100V bé : Khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp 1000 V có trung tính cách điện dùng cầu chì nổ Vì để bảo vệ chống xâm nhập điện áp cao người ta nối đầu cuộn thứ cấp MBA vào hệ thống nối đất hay vào dây trung tính Khi nối đất đầu cuộn thứ cấp Nếu xảy nối điện hai cuộn dây cao áp HA, điện áp giáng thiết bị nối đất U d I d rd Người chạm vào cuộn dây thứ cấp bị tác dụng điện áp tiếp xúc U tx U d U Điều kiện an toàn: U d U dm U tx Nếu điều kiện khơng đảm bảo biện pháp bảo vệ có lợi cho MBA có U 2dkiện Uvận txcp hành loại máy tiếp xúc lâu dài với chúng điều với loại thường có bảo vệ để tránh tiếp xúc trực tiếp thiết bị Biện pháp bảo vệ cho máy biến áp có điện áp thứ cấp 100V bé : Khi nối đầu cuộn thứ cấp với dây trung tính phải tính tốn với điều kiện xảy nối điện hai cuộn dây CA HA xem ngắn mạch bảo vệ tác động Muốn phải đảm bảo Người chạm vào cuộn dây thứ cấp bị tác dụng điện áp tiếp xúc IN U r ph 2,5I rK rB ( x xB ) Nếu điều kiện khơng đảm bảo biện pháp bảo vệ có lợi cho MBA có đảm bảo điều kiện: U 2d U txcp rl1 I N zK U txcp Cho trường hợp nối đất lặp lại tập trung rdt rl1 I N zK rl1 U txcp rdt rl1 Cho trường hợp nối đất mạch vòng Nếu điều kiện thỏa mãn mà đk ko thỏa mãn biện pháp BVNĐTT có lợi MBA cáp điện cho dụng cụ cầm tay… Câu 4: Trị số dòng điện, thời gian, đường tần số dòng điện giật thể người có ảnh hưởng nào? Dịng điện có tác dụng thể người Dòng điện nhân tố vật lý trực tiếp gây tổn thương bị điện giật Điện trở thân người, điện áp đặt vào thân người biến đổi trị số dòng điện - Trị số dòng điện tác động vào thể người thay đổi sau: Trị số dòng điện (mA) 0,6/1,5 2/3 3/7 8/10 20/25 50/80 Tác dụng dòng điện xoay chiều 50 % 60hz Bắt đầu thấy ngón tay tê Ngón tay tê mạnh Bắt thịt co lại rung Tay khó rời khỏi vật có điện rời Khớp tay ngón tay lịng bàn tay cảm thấy đau Tay khơng rời vật có điện , đau , khó thở Cơ quan hơ hấp bị tê liệt , tim bắt đầu dập mạnh 90/100 Tác dụng dịng điện chiều K có cảm giác K có cảm giác Đau kim châm cảm thấy nóng Nóng tăng lên Nóng ngày tăng lên thịt co lại chưa mạnh Cảm giác nóng mạnh lên bắp thịt co rút khỏ thở Cơ quan hô hấp tê liệt Cơ quan hô hấp bị tê liệt kéo dài 3s xong tim bị tê liệt đến lúc ngưng đập Yếu tố thời gian tác động dòng điện vào thể người quan trọng biểu nhiều hình thái khác Đầu tiên thấy thời gian tác dụng dòng điện ảnh hưởng đến điện trở người Thời gian tác dụng lâu điện trở người giảm xuống vị lớp da bị nóng dần lên lớp sừng da bị chọc thủng nhiều Như tác hại dòng điện thể người tăng lên Kết luận : thời gian tỉ lệ nghik với điện trở người tỉ lệ thuận với dòng điện , điện áp Đường dòng điện +dòng từ tay sang tay có 3.3% dịng điện tổng qua tim +dòng từ tay sang chân có 6,7% dịng điện tổng qua tim +dịng từ chân sang chân có 0,4% dịng điện tổng qua tim Kết luận +đường dịng có ý nghĩa quan trọng lượng dịng điện qua tim hay qua quan hô hấp phụ thuộc vào cách tiếp xúc người hay mạch điên +dòng điện phân bố tưởng đối lồng ngực +dịng điện từ tay đến chân có dịng qua tim nhiều Tần số Khi máy phát tần số 3000hz dến 10000hz hay công suất lớn 10kW khơng có tượng điện giật Nhưng với thiết bị công suất lớn điện áp 10kW ,500000Hz sủa chết người Điện áp chiều an toàn xoay chiều Tổng trở thể người giảm lúc tần số tăng lên nghĩa tần số tăng lên mức độ nguy hiểm cao Dòng điện qua thể người gây nên phản ứng sinh lý phưc tạp làm hủy phận thần kinh điều khiển giác quan bên người , làm tê liêt thịt , sưng màng phổi , hủy hoại quan hô hấp tuần hồn máu Tác dụng dịng điện tăng lên người hay uống rượu Nguyên cứu tác hại dòng điện đối vời thể người trình lâu dài phức tạp Nhưng chưa có lý thuyết giải thích cách hồn chỉnh dịng điện chạy qua người Sự tổn thương có loại : + tổn thương chạm vào vật dẫn có mang điện áp +tổn thương chạm phải phận kim loại hay vỏ thiết bị có mạng điện bị hỏng cách điện + tổn thương điện áp bước xuất chổ bị hư hỏng cách điện hay chỗ dòng điện vào đất Nhận xét : tác hại dòng điện gây nên hậu phụ thuộc vào độ lớn , loại dịng điện , điện trở người , đường dòng điện qua thể người, thời gian td tình trạng sức khỏe Câu 5: Trình bày khái niệm, phạm vi ứng dụng mạng điện pha? Phân tích an tồn mạng điện pha? Theo quy trình thiết bị điện người ta chia thiết bị điện làm loại : + thiết bị điện có điện áp làm việc 1000V + thiết bị điện có điện áp làm việc 1000v Điểm trung tính máy biến áp hay máy phát điện thiết bị điện nối đất khơng nối đất Nếu trung tính k nối với thiết bị nối đất nối qua thiết bị để bù dòng điện dung mạng , qua máy biến áp điện áp hay khí cụ có điển trở lớn gọi trung tính cách điện với đất Ngược lại tt nối trực tiếp với thiết bị nối đất qua điện trở bé trung tính trục tiếp nối đất Các trường hợp bị tổ thương dòng điện Chạm vào hai cực hay ba cực vật dẫn điện Chạm vào cực (pha-đất); Bị tác dụng điện áp bước Chạm vào vật khơng dẫn điện có điện áp xuất bất ngờ Mạng điện có điện áp 1000V với điện dung bé: mạng điện áp thường có chiều dài dây cáp không 1KM điện dung bỏ qua Xét trường hợp người chạm vào pha điện trở người coi mắc nối tiếp vào hai pha lại qua điện trở tác dụng pha đất Trị số dòng điện qua người Ing r1 = r2 =r3 =rcd ; = 3U Rng+r cd C1 = C2 =C3= Mạng điện trung tính cách điện áp 1000V Ở coi điện trở r1=r2=r2= vô cùng; điện dung có giá trị khơng bỏ qua Gg1=g2=g3=0 ; C1=C2=C3=C 3U Ta có ct Ing = √ Rng2 +( ) ѡCC Mạng điện trung tính cách điện, điện áp 1000V với điện dung lớn Đây loại mạng điện dùng cáp điên áp 1000V có chiều dài đường dây lớn ½ km với loại mạng điện ta xét đồng thời dòng rò điện dung Giải thiết r1=r2=r3=r x1=x2=x3=x 10 3U Ta có ct Ing = √ Rng2 +( ) ѡCC 11 Câu 6: Phân tích an tồn mạng điện đơn giản mạng điện cách điện đất Giả sử r1 =r2 = rcd ta có Ing = U Rng+ Rcd U Dòng điện tổng mạch Io : Io = r 1+ r rcd điện trở cách điện ( r`1= Rng r ) Rng+ r Điện áp đặt vào người Ung = Io * r`1 Ung Dòng điện qua người Ing = Rng = U r Rng (r 1+ r 2) U r Ta có ct Ing = Rng (r 1+ r 2)+r 1r Từ pt ta thấy vai trò cách điện điều kiện an tồn Nếu lấy dịng an toan người 0,01 A điện trở cách điện k bé trị số sau :Rcd ≥ 100U-2Rng Trường hợp nguy hiểm chạm vào pha bị chạm đất lúc đị dịng qua U người : Ing = Rng Mạng điện hai dây: mạng điện dùng để đo lường pha, để cung cấp cho MBA hàn hay cung cấp cho MBA dùng cho đèn cầm tay Lúc bình thường chạm vào dây dẫn có nối đất khơng nguy hiểm điện áp đặt vào người khơng lớn Điện áp tính : Ung = Uab = Ilv * rab Ilv dòng làm việc mang điên – rab điện trở đoạn dây ab Dù chạm vào điểm b cách xa điểm nối đất , điênh áp không lớn 5% điện áp mạng điện Điều phù hợp vs tình trạng làm việc bình thường mạng điện ứng với dòng làm việc I lv.Trường hợp nguy hiểm lúc xảy ngắn mạch 12 Câu 7: Phân tích an tồn người chạm vào cực mạng điện đơn giản có điện dung nhỏ? 13 14 Câu 8: Phân tính bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nào? Hãy tính phạm vi bảo vệ chống sét cho cơng trình? Phạm vi bảo vệ cột thu sét 15 Độ cao vượt lên vật bảo vệ cột thu sét ha= h- hx gọi độ cao hiệu dụng cột thu xét Phạm vi bảo vệ dây thu sét 16 Phạm vi bảo vệ dây thu sét Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét 17 Câu 9: Vì phải nối đất lặp lại? Trình bày phạm vi ứng dụng bảo vệ nối dây trung tính?Các hình thức nối đất lặp lại? + Giảm điện áp dây trung tính đất xảy chạm vỏ thiết bị + Giảm nhẹ chế độ cố trường hợp dây trung tính bị đứt + Khi có nối đất lặp lại điện áp tiếp xúc giảm U 'tx1 I d r0 Điện áp tiếp xúc thiết bị trước quãng đứt U r1 r1 r0 Làm cho phân bố thiết bị trước chỗ bị đứt sau chỗ bị đứt Nếu r0=r1 điện áp tiếp xúc U/2 hai phía chỗ đứt + Khơng có nối đất lặp lại + Nối đất lặp lại bố trí tập trung + Nối đất lặp lại bố trí hình mạng lưới Điểm trung tính khơng nối đất lặp lại Mục đích 1: biến chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch đưa đến cắt nhanh chỗ bị hư hỏng Cơng thức tính: U U (1,2 1.4) I dmA IN 2,5 I ccdin I N r r k ph r r k ph + Mục đích 2: giảm điện áp vỏ thiết bị đất đến trị số an toàn cho người Khi dây trung tính khơng có nối đất lặp lại, để đảm bảo điện áp nói có trị số an toàn cần thỏa mãn điều kiện sau: I Z U N Cơng thức tính gần K txcp U txcp Z K S ph Z ph Z K U U txcp Dây trung tính có nối đất lặp lại bố trí tập trung (hình tia) U tx I N Z K r1 U txcp rdt r1 I N Z K 2U tx Dây trung tính có nối đất lặp lại bố trí hình vịng 18 U tx 1I N Z K r1 U txcp rdt r1 II BÀI TẬP Bài 1: Hãy xác định dòng điện qua người người chạm vào hai cực tụ điện sau cắt khỏi lưới điện Biết điện áp cực thời điểm t=0.5s người chạm điện 3kV, điện dung hai dây hai dây chạm đất 0,3 F / km , điện trở người Rng=1,5 k Bài làm Bài 2: Hãy xác định dòng điện qua người người chạm đường dây tải điện cao áp thời điểm vừa cắt khỏi nguồn có chiều dài km kể từ nguồn đến chỗ chạm điện trường hợp: Chạm vào dây Chạm vào hai dây Biết điện áp dây thời điểm t=1s người chạm điện 6kV, điện dung hai dây hai dây chạm đất 0,3 F / km , điện trở người Rng=1,5 k Bài làm Đây mạng điện cao áo có điện dung xet mạng cao áp nhận thấy rặng mạng điện tồn lượng điện tích tàn dư , điện tích tàn dư phụ thuộc vào thơng số mạch điện với thời gian tác động Xd dòng di qua chạm dây Ing = −1 Uo Rng (2C 12+ c11) Rng e Xd dòng di qua chạm dây Ing = −t Uo Rng C e Rng Bài 3: 19 Hãy xác định dòng điện qua người người chạm vào pha mạng điện pha trung tính cách điện với đất trường hợp: Người chạm điện chế độ mạng điện làm việc bình thường? Người chạm điện chế độ mạng điện xảy chạm đất pha khác? Có nhận xét sau tính tốn trường hợp trên? Biết: +Mạng có điện điện áp 380/220 V, f = 50Hz; +Điện trở cách điện Rcđ = 40k; điện dung không đáng kể; +Điện trở người Rng = 1k Bài làm Đây mạng điện áp mạch tồn điện trở để đơn giản ta giả thiết sau : R1=R2=R3=Rct ; C1=C2=C3=0 Người chạm điện chế độ mạng điện làm việc bình thường? Ing = 3U Rng+rcd Người chạm điện chế độ mạng điện xảy chạm đất pha khác? Ing = Rng Nhận xét dòng qua người tỉ lệ với dòng bình thường Bài 4: 20