An toàn điện (trường đh thủ dầu một)

CÁC KHÁI NI Ệ M CƠ BẢ N V Ề AN TOÀN ĐIỆ N

KHÁI NI Ệ M V Ề AN TOÀN ĐIỆ N

1.1.1 Các thuật ngữ vềan toàn điện

An toàn điện: Tình trạng của thiết bị không gây ra tình trạng nguy hiểm vềđiện với người lao động

Kỹ thuật an toàn điện: Hệ thống các biện pháp tổ chức và kỹ thuật, các phương tiện nhằm bảo vệ người khỏi bị tai nạn điện

Tai nạn điện: Tác động có hại và nguy hiểm của dòng điện, hồ quang điện, trường điện từvà tĩnh điện lên cơ thểcon người

Chấn thương điện: Tai nạn do tác động của dòng điện và hồ quang điện lên cơ thểngười

Thiết bịđiện: Thiết bị sản xuất hoặc biến đổi, truyền dẫn, phân phối tiêu thụnăng lƣợng điện

Chạm vỏ: Hiện tƣợng nối điện giữa phần mang điện với phần kim loại bình thường không mang điện của thiết bị khi có sự cố

Làm việc có cắt điện hoàn toàn là quá trình thực hiện các công việc liên quan đến thiết bị điện ở cả trong nhà và ngoài trời, nơi mà nguồn điện đã được ngắt hoàn toàn từ mọi phía, bao gồm cả đầu vào của đường dây trên không và đường cáp Các lối đi dẫn đến phần phân phối ngoài trời hoặc các phòng bên cạnh cần phải được khóa cửa để đảm bảo an toàn Trong một số trường hợp đặc biệt, công việc có thể được thực hiện chỉ với nguồn điện hạ áp.

Làm việc có cắt điện một phần liên quan đến việc thực hiện các công việc trên thiết bị điện, trong đó chỉ một phần được tắt điện Trong trường hợp này, thiết bị điện có thể bị cắt điện hoàn toàn, nhưng các lối đi ra khu vực phân phối ngoài trời hoặc sang phòng bên cạnh vẫn được giữ mở để đảm bảo an toàn và thuận tiện cho việc di chuyển.

Phương tiện bảo vệ cá nhân là trang bị mà n gười của đơn vi ̣ công tác phải sử dụng để phòng ngừa tai nạn cho chính mình

Xe chuyên dùng là loại xe được trang b ị phương tiện để sử dụng cho mục đích riêng biê ̣t

Cắt điện là cách ly phần đang mang điện khỏi nguồn điện Điện hạ áp: là điện áp dưới 1000 V Điện cao áp: là điện áp từ 1000 V trở lên

1.1.2 Hiện tƣợng điện giật (electric shock)

Hiện tượng điện giật xảy ra khi dòng điện đi qua cơ thể người, dẫn đến những tác động sinh học nghiêm trọng Những tác động này có thể ảnh hưởng đến chức năng thần kinh, tuần hoàn và hô hấp, đồng thời gây bỏng cho nạn nhân.

Khi dòng điện này đủ lớn và nếu không được cắt kịp thời, người có thể bị nguy hiểm đến tính mạng

Vật dẫn điện là những vật liệu cho phép electron di chuyển khi chịu tác động của trường tĩnh điện Một số ví dụ về vật dẫn điện bao gồm nước, đồng, sắt và nhôm Đặc biệt, cơ thể người cũng được xem là một vật dẫn điện.

• V ật cách điệ n ( ch ất điệ n môi ) : là những vật liệu không cho phép Electron dịch chuyển qua Ví dụ nhựa, sứ, gỗ, không khí, chân không

Một mạng điện hoạt động bình thường khi các dây pha và thiết bị điện được cách điện an toàn với vỏ và đất, ngăn chặn việc tiếp xúc với nguồn điện cho người vận hành và người sử dụng Tuy nhiên, khi cách điện bị hỏng hoặc do sự bất cẩn và thao tác sai, nguy cơ con người tiếp xúc với nguồn điện tăng cao.

1.1.3 Điều kiện xảy ra hiện tƣợng điện giật

• Tiếp xúc vào nguồn điện đang mang điện

• Hình thành mạch khép kín nguồn áp này qua cơ thể người

• Dòng điện qua người có giá trị đủ lớn và tồn tại trong cơ thể với một thời gian đủ lâu

1.1.4 Các tai nạn điện thường xảy ra

 Điệ n gi ậ t: Điện giật do các nguyên nhân sau:

 Chạm trực tiếp: Xảy ra khi người chạm vào dây dẫn trần đang mang điện ở trạng thái làm việc bình thường

 Chạm gián tiếp: Xảy ra khi người chạm vào vật xuất hiện điện áp bất ngờ do hƣ hỏng cách điện

Hình 1.1: Các loại chạm điện

Trường hợp đốt cháy điện xảy ra do:

 Ngắn mạch kéo theo phát sinh hồquang điện

 Người đến gần vật mang điện áp cao, tuy chưa chạm nhưng có thể bị bỏng hay chết do hồquang đốt cháy da thịt

 Dòng điện vƣợt quá giới hạn làm cho dây dẫn phát nóng phát sinh hồ quang điện gây cháy

 Hóa chất đặt gần thiết bị có dòng điện lớn, nhiệt độ cao rất dễ phát sinh cháy nổ

 Hỏa hoạn, nổ xảy ra ở môi trường dễ cháy nổ: bụi bặm, khí dễ cháy, hơi hóa chất…

1.1.5 Các số liệu thống kê về tai nạn điện

Các y ế u t ố liên quan T ỉ l ệ b ị điệ n gi ậ t

Nạn nhân không có chuyên môn vềđiện: 57,8%

• Chạm trực tiếp vào điện: 55.9%

Do vô tình, không do công việc yêu cầu tiếp xúc: 6,7%

Do công việc yêu cầu tiếp xúc với dây dẫn: 25,6% Đóng điện nhầm lúc đang tiến hành sửa chữa, kiểm tra: 23,6%

• Chạm gián tiếp vào bộ phận kim loại của thiết bị bị chạm vỏ:

Lúc thiết bị không đƣợc nối đất: 22,2%

Lúc thiết bị có nối đất: 0,6%

• Chạm vào vật không phải bằng kim loại có mang điện áp như tường, các vật cách điện, nền nhà: 20,1%

• Bị chấn thương do hồ quang sinh ra lúc thao tác các thiết bị (đóng mở cầu dao, FCO) : 1,2%

Phần lớn các trường hợp điện giật xảy ra khi người không có chuyên môn tiếp xúc với vật dẫn điện hoặc nguồn điện áp bất ngờ.

1.1.6 Nguyên nhân xảy ra tai nạn vềđiện

Do người chạm vào: Dây dẫn đang mang điện không bọc cách điện, cách điện bị hƣ hỏng, xuống cấp, hiện tƣợng “chạm vỏ”, không có nắp che chắn

Khi tiếp cận gần các thiết bị hoặc đường dây điện áp cao (22KV, 66KV, 110KV…), người dùng có thể gặp nguy hiểm do hồ quang điện, ngay cả khi không chạm trực tiếp.

Lúc này do khoảng cách giữa người và vật mang điện nhỏ hơn khoảng cách an toàn nên xảy ra hiện tƣợng phóng điện, đốt cháy cơ thể

Khi dây điện rơi xuống đất, mỗi điểm trên mặt đất sẽ có một điện thế khác nhau, với điện thế cao hơn gần điểm tiếp xúc Nếu một người đi vào khu vực này, họ sẽ bị ảnh hưởng bởi điện áp bước giữa hai chân, dẫn đến dòng điện chạy từ chân này sang chân kia, gây ra nguy cơ bị điện giật.

Việc không tuân thủ quy trình kỹ thuật an toàn điện có thể dẫn đến nhiều rủi ro nghiêm trọng Hành động tự ý trèo lên cột điện và vi phạm hành lang lưới điện là những hành vi nguy hiểm Ngoài ra, sửa chữa điện trong nhà mà không cắt cầu dao có thể gây ra tai nạn điện Sử dụng thiết bị điện không đúng quy cách và không đảm bảo chất lượng cũng là nguyên nhân chính gây ra sự cố Cuối cùng, việc sử dụng điện bừa bãi và không đúng mục đích cần được chấm dứt để đảm bảo an toàn cho mọi người.

Do người sử dụng điện không được đào tạo, trang bị kiến thức về an toàn điện một cách đầy đủ và có hệ thống

Do trình độ cán bộ tổ chức, quản lý công tác lắp đặt, xây dựng và sửa chữa công trình điện chƣa tốt

Việc vi phạm quy trình kỹ thuật an toàn trong quá trình đóng điện khi có người đang sửa chữa, chẳng hạn như quên đóng dao tiếp đất an toàn, và thao tác vận hành thiết bị điện không đúng quy trình có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.

Nhận thức và hiểu biết về an toàn điện còn hạn chế, dẫn đến việc một số người tự ý trèo lên trạm điện để bắt chim Hành động này tiềm ẩn nguy cơ cao, đặc biệt khi di chuyển các vật nặng, cồng kềnh dưới đường dây điện, dễ gây chạm vào dây dẫn Ngoài ra, việc sử dụng cáp tời để vận chuyển ngô từ trên đồi xuống mà không chú ý đến khoảng cách an toàn với đường dây cao áp có điện cũng rất nguy hiểm.

CÁC TÁC H ẠI KHI CÓ DÒNG ĐIỆN QUA NGƯỜ I

Khi dòng điện qua người sẽ gây các tác hại sau: Cảm giác đau nhói dây thần kinh, liệt cơ bắp, bỏng điện, tử vong

Hình 1.2: Phạm vi ảnh hưởng của dòng điện qua cơ thểngười

 Vùng AC-1: Người chưa có cảm giác bị điện giật

 Vùng AC-2: Bắt đầu thấy tê

 Vùng AC-3: Bắp thịt bị co rút

 Vùng AC-4: Mất ý thức – Choáng hoặc ngất

 Đường cong C1: Giới hạn trường hợp chưa ảnh hưởng tới nhịp tim

 Đường cong C2: Giới hạn trường hợp 5% bị ảnh hưởng tới nhịp tim (Hiện tƣợng nghẹt tâm thất)

 Đường cong C3: Giới hạn trường hợp 50% bị ảnh hưởng tới nhịp tim

Hiện tượng nghẹt tâm thất gây ra sự bất thường trong hoạt động của tim, dẫn đến việc ngừng tuần hoàn máu và có thể gây tử vong trong thời gian ngắn.

B ả ng 1.1: Giá trị tác hại của dòng điện qua cơ thểngười

I ngườ i (mA) Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người

Dòng AC (50-60 Hz) Dòng DC

0,61,5 Bắt đầu có cảm giác tê Chƣa có cảm giác

23 Tê tăng mạnh Chƣa có cảm giác

57 Bắp thịt tay co lại và rung Đau nhƣ kim đâm, thấy nóng 810 Tay khó rời vật mang điện Nóng tăng mạnh

2025 Tay không thể rời vật mang điện, khó thở

Bắp thịt co và rung

Khi hô hấp bị tê liệt, nhịp tim sẽ đập mạnh và người bệnh không thể rời xa vật mang điện, dẫn đến khó thở Nếu tình trạng này kéo dài trên 3 giây, tim sẽ bị tê liệt và ngừng đập, đồng thời hô hấp cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Giá trị an toàn tối đa của dòng điện đối với con người là Ing ≤ 10 mA cho dòng điện xoay chiều với tần số công nghiệp và Ing ≤ 50 mA cho dòng điện một chiều.

Với dòng điện xoay chiều khoảng (1050) mA, người bị điện giật khó có thể tự mình rời khỏi vật mang điện vì sự co giật của các cơ bắp.

Khi dòng điện vượt quá 50 mA, nguy cơ tử vong do điện giật gia tăng do sự mất ổn định của hệ thần kinh và sự co thắt của các sợi cơ tim, dẫn đến tình trạng tim ngừng đập.

I giới hạn nguy hiểm AC  10 mA

I gi ớ i h ạ n nguy hi ể m DC  50 mA

CÁC Y Ế U T Ố LIÊN QUAN ĐẾ N TÁC H Ạ I C ỦA DÒNG ĐIỆ N CH Ạ Y

Mức độ nghiêm trọng của chấn thương do điện giật phụ thuộc vào cường độ dòng điện và thời gian tiếp xúc Dòng điện chỉ 0,1 A trong 2 giây có thể gây tử vong, trong khi dòng điện dưới 10 mA cho phép kiểm soát cơ bắp tay Tuy nhiên, khi dòng điện vượt quá 10 mA, cơ bắp có thể bị tê liệt hoặc "đóng băng", khiến người dùng không thể thao tác với công cụ hay dây điện Việc cầm giữ các thiết bị điện trong thời gian dài có thể dẫn đến nguy cơ tiếp xúc điện cao hơn, gây ra tình trạng tê liệt hô hấp, làm ngưng thở.

Dòng điện càng mạnh qua cơ thể, nguy cơ tổn thương nghiêm trọng hoặc tử vong của nạn nhân càng cao Biểu thức tính dòng điện qua người có thể được diễn đạt như sau:

Ing: Dòng điện qua người

Utx: Diện áp đặt lên cơ thểngười

Zng: Tổng trở người, thường lấy bằng điện trở người

Tổng trởngười được tạo thành từcơ thểngười gồm: lớp da tiếp xúc bên ngoài và các thành phần trong cơ thểnhư thịt, máu, mỡ, xương, dịch cơ thể v.v

Sơ đồ thay thế của Zngnhƣ sau:

Hình 1.3: Sơ đồtương đươngđiện trởngười

Khi bị điện giật, người trở thành một bộ phận của mạch điện Điện trở người ở hai đầu cực tiếp xúc gồm 3 phần:

 Điện trở R 1 và điện dung C 1 lớp da mà dòng Ing đi vào

 Điện trở nội tạng R ng

 Điện trở R 2 và điện dung C 2 lớp da mà dòng Ingđi ra

Ở tần số điện công nghiệp 50 Hz hoặc 60 Hz, giá trị điện dung C thường rất nhỏ, dẫn đến điện trở phản kháng XC gần như vô hạn Do đó, ảnh hưởng của XC có thể bị bỏ qua, và tổng trở Zng có thể được xem như tương đương với điện trở Rng.

R1 , R2: điện trở lớp da có giá trị rất lớn với R3 là điện trở các phần bên trong cơ thể vì lớp da có phần lớp sừng bên ngoài

Giá trị dòng điện đi qua cơ thể người khi tiếp xúc với nguồn điện phụ thuộc vào điện trở của cơ thể Điện trở này rất khác nhau giữa các cá nhân và chịu ảnh hưởng từ hệ cơ bắp, cơ quan nội tạng, và hệ thần kinh Không chỉ dựa vào tính chất vật lý và sự thích ứng của cơ thể, điện trở còn bị chi phối bởi trạng thái sinh học phức tạp Do đó, điện trở của mỗi người không giống nhau và có thể thay đổi theo điều kiện và thời điểm khác nhau.

Rng =1 K ÷ vài chục K Khi mất lớp da:

Điện trở cơ thể người Rng là một đại lượng không ổn định, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tình trạng sức khỏe, môi trường xung quanh, độ ẩm của da tại điểm tiếp xúc, điều kiện tổn thương, điện áp tiếp xúc và thời gian dòng điện qua người.

Khi điện áp tiếp xúc Utx cao, dòng điện đi qua cơ thể người sẽ tăng, dẫn đến hiện tượng điện phân và làm tăng lượng mồ hôi, từ đó giảm điện trở Rng.

Nếu Utx đủ lớn sẽ xảy ra hiện tƣợng chọc thủng tại chỗ tiếp xúc làm R1, R2  0,

B ả ng 1.2: Sự phụ thuộc của R ng vào U tiếp xúc

Da m ỏ ng & r ấ t ẩ m Da ẩm bình thườ ng Da khô

5% dân số 50% dân số 45% dân số

 Khi thời gian tiếp xúc điện ttx càng lâu, Rng càng bị giảm thấp hơn do quá trình phá hủy lớp da và hiện tƣợng điện phân phát triển

 Áp suất tiếp xúc tăng, Rngười giảm

 Diện tích tiếp xúc Stx càng tăng, Rng càng giảm vì đường đi của dòng điện qua cơ thể người có kích thước lớn hơn

 Trạng thái của người cũng là yếu tố quan trọng làm thay đổi Rng

Người lao động mệt mỏi, ra nhiều mồ hôi, có nhịp tim nhanh, hoặc người say rượu, mắc bệnh thần kinh, hay bị ướt đều có nguy cơ bị điện giật cao hơn so với người bình thường, dẫn đến khả năng tử vong cao hơn khi xảy ra tai nạn điện.

1.3.2 Ảnh hưởng của đường đi dòng điện qua người: Đây là yếu tố có mức độ ảnh hưởng đến sự nguy hiểm của nạn nhân nhiều nhất vì nó quyết định lƣợng dòng điện đi qua tim hay cơ quan tuần hoàn của nạn nhân Đường đi của I người % I người đi qua tim

Dòng điện di chuyển từ tay trái xuống chân, với lượng điện đi qua tim nhiều nhất, vì phần lớn dòng điện theo trục dọc từ tay phải đến chân.

Khi bị điện giật, nguy hiểm nhất là khi dòng điện đi qua tay trái và chân, vì lượng dòng điện đi qua tim có thể gây rối loạn nhịp tim hoặc ngừng tim, dẫn đến tử vong.

Có ba đường đi cơ bản của dòng điện qua cơ thểngười

Tay qua tay có thể gây ra tình trạng rung tâm thất, khó thở, hôn mê hoặc tử vong do tim và phổi nằm trên đường đi của dòng điện.

Chân qua chân có thể gây ra tình trạng tê liệt tạm thời hoặc sụp đổ cho nạn nhân, mặc dù tim không nằm trên đường đi của dòng điện Các cơ bắp ở chân sẽ co lại, dẫn đến những ảnh hưởng nghiêm trọng này.

Tay qua chân: Tim, phổi nằm trên đướng đi của dòng điện Vì thế các hiện tượng rung tâm thất, khó thở, sụp đổ, bất tỉnh hoặc tử vong

Mặc dù không có dấu hiệu bên ngoài rõ ràng từ sự giật điện, nhưng các mô và cơ quan bên trong có thể bị tổn thương nghiêm trọng Các triệu chứng tổn thương nội tại có thể không xuất hiện ngay lập tức, dẫn đến nguy cơ không kịp thời can thiệp Bất kỳ ai trải qua tình trạng này cần được theo dõi chặt chẽ để phát hiện sớm các vấn đề sức khỏe tiềm ẩn.

Nguyễn Cao Trí Trang cho biết có 17 loại giật điện mà bạn cần tìm kiếm sự chăm sóc y tế ngay lập tức Để giảm thiểu nguy cơ bị điện giật, hãy sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân phù hợp và tuân thủ quy trình an toàn.

Hình 1.4: Đường đi dòng điện qua cơ thểngười

1.3.3 Ảnh hưởng của tần số Ở tần số điện công nghiệp (50-60 (Hz)) mức độ phá hủy các tế bào, đặc biệt là các tếbào có liên quan đến tim và hô hấp rất lớn, do đó trị số dòng nguy hiểm giới hạn bé nhất

B ả ng 1.3: Giới hạn dòng điện nguy hiểm theo tần số

Giới hạn dòng điện nguy hiểm

1.3.4 Thời gian dòng điện qua cơ thể

Thời gian tiếp xúc càng lâu, điện trở thân người càng bị giảm thấp hơn do quá trình phân hủy lớp da và hiện tƣợng điện phân phát triển

B ả ng 1.5: Thời gian tiếp xúc cho phép theo mức điện áp

U AC (V) U DC (V) Thời gian tiếp xúc tối đa cho phép

ĐIỆ N ÁP CHO PHÉP U CP

Điện áp cho phép U cp là mức điện áp an toàn mà con người có thể tiếp xúc mà không gặp nguy hiểm đến tính mạng U cp được sử dụng trong thiết kế để đảm bảo an toàn điện Mức điện áp này phụ thuộc vào tiêu chuẩn của từng quốc gia, điều kiện môi trường và tần số nguồn điện.

B ả ng 1.6: Mức điện áp cho phép

Theo tiêu chuẩn Theo tần số Nơi khô ráo Nơi ẩm ƣớt

Ba Lan, Thụy Sĩ, Tiệp, Đức, IEC

Hà Lan, Thụy Điển AC

Ucp = 25 V Ucp = 60 V Ở những nơi đặc biệt nguy hiểm nhƣ hầm mỏ, phòng đông lạnh, bể bơi, nhà tắm, phòng nha sĩ, phòng mổ v.v Ucp = 6V hoặc 12V (V)

HI ỆN TƢỢNG DÒNG ĐIỆN ĐI TRONG ĐẤ T (I đ )

Hiện tượng tượng dòng điện đi trong đất xảy ra trong các trường hợp sau:

• Khi dây pha bịđứt rơi xuống đất

• Khi thiết bị điện bị chạm vỏ do hƣ hỏng cách điện, vỏ thiết bị đƣợc nối đất qua điện trở tiếp đất R đ

Hình 1.5: Dòng điện tản trong đất

Trong 2 trường hợp này, dòng điện sự cố sẽ chạy giữa vị trí chạm đất hoặc điện cực nối đất, tỏa ra môi trường đất chung quanh để trở về nguồn hoặc đi qua điện cực nối đất khác

Khi cách điện của thiết bị bị hư hỏng, nếu vỏ thiết bị được nối đất, dòng điện sẽ đi vào đất, tạo ra xung quanh điện cực nối đất một vùng có dòng điện rò và điện áp phân bố trong đất.

Khi dòng điện đi vào một điện cực hình bán cầu đặt trong đất đồng nhất với điện trở suất , dòng điện sẽ phân bố đồng đều trong đất theo mọi hướng Điều này có nghĩa là mật độ dòng điện tại các điểm cách đều điểm tiếp xúc với đất là như nhau.

Mật độdòng điện tại điểm cách tâm bán cầu một khoảng x là:

I d là dòng điện đi vào trong đất

2ᴫx 2 là diện tích mặt bán cầu có bán kính x Điện áp giáng trên lớp đất có bề dày dx, cách điểm có I đ đi vào trong đất một khoảng x là:

Nguy ễ n Cao Trí Trang 20 Điện thế tại điểm A cách điện cực một khoảng x chính là hiệu điện thế tại A với điểm ở xa vô cùng ( = 0) là:

Hình 1.6: Phân bốđiện áp tiếp xúc và điện áp bước khi dòng điện sự cố chạy vào trong đất

Nếu xét trường hợp xA→ 0, tức là xét U đ tại vị trí có I đ đi vào Khi đó Uđ → cực đại và có trị số:

Với Rđ là điện trở tản của đất Độtăng điện áp tại điểm có tọa độ xA   so với chỗ có dòng I đ đi vào đất :

𝑥Trường hợp dây dẫn bị đứt xuống đất, phân bốđiện áp được trình bày như sau:

Hình 1.7: Phân bốđiện áp Điện áp trên cực nối đất sẽ tổn hao:

ĐIỆ N ÁP TI Ế P XÚC (U tx )

Điện áp tiếp xúc (Utx) là điện áp gây ra trên cơ thể người khi có sự tiếp xúc giữa hai điểm khác nhau, chẳng hạn như tay và chân hoặc tay với tay Hiện tượng này xảy ra khi có điện áp bất ngờ xuất hiện do sự hư hỏng cách điện của các thành phần trong mạch điện.

Khi chân người tiếp xúc trực tiếp với đất và tay chạm vào thiết bị có sự cố điện, điện áp tiếp xúc Utx được xác định là điện áp giữa tay và chân của người đứng tại điểm x.

Utx = Utay – Uv ịtríchânngườiđứ ng hoặc Utx = Utay – Utay

Khi thiết bị có nối đất bị hƣ hỏng cách điện, khi đó vỏ thiết bị mang điện áp là:

Khi một người tiếp xúc với thiết bị nối điện cực và đứng với hai chân chụm nhau trên mặt đất, dòng điện chạy qua cực tiếp đất sẽ tạo ra điện áp tiếp xúc.

I đ : là dòng điện đi vào trong đất

R đ : là điện trở nối đất

Ux : là điện áp tại điểm cách cực nối đất một khoảng là x

Điện áp tiếp xúc tăng khi khoảng cách giữa người và cực tiếp đất tăng Khi người đứng cách vật 20m, điện áp tiếp xúc Ux sẽ bằng 0, dẫn đến việc điện áp tiếp xúc tương đương với điện áp của cực tiếp đất Uđ.

Hình 1.8: Điện áp tiếp xúc người

Dòng điện chạm có thể xác định bằng biểu thức sau:

Utx = I chạm x R đ = 15,5 x 10 = 155 V Khi R nền = 0; Rng= 2kΩ

Ung = Ing x Rng = 155V Trường hợp này Ung > Ucp = 50 V

Nguy hiểm đối với người

ĐIỆN ÁP BƯỚ C (U b )

Là điện áp đặt giữa 2 chân người do dòng điện chạm đất tạo nên

2πx x + a Trong đó: x: khoảng cách từ chỗdòng đi vào đất đến chân người a : khoảng cách bước chân Khi x 20m, Ub  0

Khi người đứng hai chân tại hai điểm của cùng một đường đẳng thế Ub = 0

Khi người đứng chụm hai chân lại, a  0, Ub-  0

 Giới hạn cho phép của Ub không quy định

 Ub nhỏ không nguy hiểm do đặc tính sinh lý dòng từ chân qua chân

 Tuy nhiên với Ub0÷250V, chân có thể bị co rút và sẽ nguy hiểm nếu ngã vì lúc này dòng đi từ tay qua chân

 Khi xảy ra chạm đất phải cấm người đến gần với khoảng cách:

 4 ÷ 5m đối với thiết bị trong nhà

 8 ÷ 10m đối với thiết bị ngoài trời

Tính điện áp bước Ub lúc người đứng cách chỗ chạm đất x = 15m, dòng điện chạm đất I đ = 5kA, điện trở suất ρ= 150 Ω m, khoảng cách giữa 2 bước chân người a

Giải: Điện áp bước đặt lên người trong trường hợp trên là:

CÁC BƯỚ C TI Ế N HÀNH KHI X Ả Y RA TAI N ẠN ĐIỆ N

1.8.1 Cách ly nguồn điện với người bị nạn

Tai nạn điện giật xảy ra đột ngột và thường do sự thiếu hiểu biết về các nguyên tắc an toàn khi tiếp xúc với điện Hậu quả có thể gây bỏng nặng hoặc thậm chí tử vong do ngừng hô hấp và tuần hoàn Do đó, việc sơ cứu ban đầu là rất quan trọng trong việc cứu sống nạn nhân.

Khi phát hiện người bị điện giật, cần nhanh chóng tách nạn nhân ra khỏi nguồn điện bằng cách ngắt thiết bị đóng cắt hoặc rút phích cắm Tránh sử dụng tay không; thay vào đó, hãy dùng vật dụng khô không bằng kim loại để đẩy nạn nhân ra Nên mang găng tay cao su, quấn bao nylon, hoặc đứng trên vật liệu khô như ván để đảm bảo an toàn khi tiếp cận.

Hình 1.9: Cách ly nạn nhân bằng gậy gỗ khô

• Nếu trời tối thì phải chuẩn bị nguồn ánh sáng thay thế khi cắt nguồn điện.

• Nếu người bị nạn ở trên cao thì phải chuẩn bị để hứng đỡ khi người đó rơi xuống.

Nếu không cắt đƣợc nguồn điện có thể sử dụng:

Kìm cách điện, búa, rìu, dao cán bằng gỗ để cắt, chặt đứt dây điện

Dùng vật cách điện (cây khô, sào nhựa…) tách dây điện ra khỏi người bị nạn (chú ý người cấp cứu phải đứng trên vật cách điện).

Để cứu người bị nạn khỏi nguồn điện, hãy túm vào quần áo khô của họ, đảm bảo người cấp cứu đứng ở nơi khô ráo và trên vật cách điện Cần sử dụng găng tay cách điện hoặc quấn thêm vải khô, túi nilông, và tuyệt đối không chạm trực tiếp vào cơ thể nạn nhân để tránh nguy cơ điện giật cho cả hai.

Hình 1.10: Kéo áo khô của nạn nhân

Khi phát hiện tình huống mất an toàn về điện, cần ngay lập tức thông báo cho Điện lực hoặc cảnh sát PC&CC qua số điện thoại 114 Hãy cung cấp rõ ràng địa điểm của người bị tai nạn điện để được hỗ trợ kịp thời.

Hình 1.11: Gọi điện cho cơ quan chức năng

Trong trường hợp gặp nạn nhân trong mạch điện cao áp, người cứu hộ cần trang bị ủng và găng tay cách điện, cùng với sào cách điện để gạt hoặc đẩy nạn nhân ra khỏi mạch điện Nếu không có dụng cụ cách điện, có thể sử dụng sợi dây kim loại tiếp đất một đầu, ném đầu kia vào cả ba pha để tạo ra ngắn mạch, từ đó cắt điện và tách nạn nhân ra khỏi mạch điện an toàn.

1.8.2 Sau khi đã tách người bị nạn ra khỏi nguồn điện phải tuỳ vào các hiện tƣợng sau đây để xử lý thích hợp:

Khi nạn nhân ở trong khu vực có nước, điều quan trọng là phải đưa họ ra khỏi vùng nước ngay lập tức Sau đó, cần ủ ấm để tránh tình trạng hạ thân nhiệt, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết lạnh Việc duy trì thân nhiệt cho nạn nhân là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho sức khỏe của họ.

1.8.2.1 Người bị nạn chưa mất tr i giác Để nạn nhân ra chỗ thoáng khí, yên tĩnh chăm sóc cho hồi tỉnh Sau đó mời y, bác sĩ hoặc đƣa nạn nhân đến cơ sở y tế gần nhất để theo dõi, chăm sóc.

1.8.2.2 Người bị nạn đã mất trí giác

Khi nạn nhân đã mất tri giác, ta thực hiện theo các bước sau: Đặt nạn nhân nơi thoáng khí, yên tĩnh

Nới rộng quần áo, thắt lưng, moi rớt rãi trong miệng người bị nạn ra.

Cho người bị nạn ngửi amoniac hoặc nước tiểu.

Ma sát toàn thân người bị nạn cho nóng lên.

Mời y, bác sỹ đến hoặc đưa người bị nạn đến cơ sở y tế gần nhất để theo dõi chăm sóc.

Sau khi bệnh nhân ngất, việc đưa họ vào bệnh viện để kiểm tra và theo dõi là rất quan trọng, vì có thể xảy ra biến chứng trong vài ngày sau Ngay cả những trường hợp mất ý thức nhẹ cũng cần được cẩn trọng để đảm bảo sức khỏe.

1.8.2.3 Người bị nạn đã tắt thở

Trong trường hợp nạn nhân ngừng thở và ngưng tim, việc thực hiện hô hấp nhân tạo kịp thời và đúng cách trong những phút đầu tiên có thể cứu sống đa số nạn nhân Để kiểm tra tình trạng thở của nạn nhân, hãy áp má vào mũi họ và quan sát sự di động của lồng ngực, hoặc đặt tay vào động mạch hai bên cổ Nên di chuyển nạn nhân đến nơi thoáng khí để đảm bảo sự an toàn.

Nới rộng quần áo, thắt lưng, moi rớt rãi trong miệng người bị nạn ra Nếu lưỡi thụt vào thì phải kéo ra.

Tiến hành hô hấp nhân tạo và ép tim lồng ngực ngay lập tức, duy trì liên tục và kiên trì cho đến khi nạn nhân có thể thở lại hoặc được xác định đã chết Chỉ dừng lại khi có ý kiến từ y bác sĩ.

Khi thực hiện sơ cứu bằng cách nhấn tim và hà hơi thổi ngạt, cần đặt nạn nhân ở nơi thoáng đãng và trên bề mặt cứng Việc đặt nạn nhân trên giường có độ lún, như giường đệm lò xo, sẽ làm giảm hiệu quả của việc nhấn tim.

Nhiều người thắc mắc liệu nạn nhân bất tỉnh đã ngưng tim và ngưng thở hay chưa, và có cần sơ cứu hay không Trong trường hợp này, vẫn cần thực hiện hà hơi, thổi ngạt và ấn tim như bình thường Nếu nạn nhân có phản xạ thở, họ sẽ có phản ứng như gạt tay ra.

Khi gặp nạn nhân bị bỏng, việc tạt nước vào vết thương có thể làm giảm điện trở của da từ 10-15 lần, dẫn đến tổn thương nghiêm trọng hơn Ngoài ra, cần tránh các biện pháp như cạo gió hay xoa dầu, vì chúng chỉ làm chậm quá trình cấp cứu.

PHƯƠNG PHÁP HÀ HƠI THỔ I NG Ạ T K Ế T H Ợ P ÉP TIM NGOÀI

1.9.1 Để nạn nhân nằm ngửa, nới rộng quần áo và dây thắt lƣng, moi rớt rãi trong miệng người bị nạn ra, đệm dưới cổcho đầu hơi ngửa ra sau để đảm bảo đường hô hấp đƣợc thông thoáng

Hình 1.12: Đặt nạn nhân nằm ngửa

1.9.2 Người cứu đứng hoặc quỳ bên cạnh người bị nạn, đặt chéo hai bàn tay lên ngực trái (vị trí tim) của người bị nạn rồi dùng cả sức mạnh thân người ấn nhanh, mạnh, làm lồng ngực người bị nạn nén xuống 3 đến 4 cm Sau khoảng 1/3 giây thì buông tay ra để lồng ngực người bị nạn trở lại bình thường Làm như vậy khoảng 60 lần/phút

Hình 1.13:Ép tim nạn nhân

1.9.3 Đồng thời với động tác ép tim, phải có người thứ2 đểhà hơi: Tốt nhất là có miếng gạc hoặc khăn mùi soa đặt lên miệng người bị nạn, người cứu ngồi bên cạnh đầu lấy một tay bịt mũi người bị nạn, tay kia giữ cho miệng người bị nạn há ra hít thật mạnh để lấy nhiều không khí vào phổi rồi ghé sát miệng người bị nạn mà thổi vào lồng ngực phồng lên (hoặc bịt miệng để thổi vào mũi người bị nạn khi không thổi vào miệng được) hà hơi cho người bị nạn từ14 đến 16 lần/phút

Để thực hiện cứu hộ hiệu quả, cần kết hợp nhịp nhàng giữa thổi hơi vào miệng nạn nhân và xoa bóp tim Cụ thể, sau mỗi lần thổi ngạt, tiến hành ép tim 4 nhịp, tương ứng với khoảng thời gian 4 giây cho mỗi nhịp thở và 1 giây cho mỗi nhịp đập của tim Quá trình này cần được duy trì liên tục cho đến khi nạn nhân tự thở lại hoặc có sự can thiệp của y bác sĩ.

Nếu chỉ có một người thực hiện cứu hộ, nên thay đổi động tác theo chu kỳ: sau mỗi 2 đến 3 lần thổi ngạt, chuyển sang ấn ngực từ 4 đến 6 lần.

Việc cấp cứu người bị điện giật là một nhiệm vụ khẩn cấp cần thực hiện nhanh chóng Trong quá trình cứu hộ, hãy giữ bình tĩnh và kiên trì Chỉ nên ngừng cứu khi chắc chắn rằng nạn nhân đã không còn dấu hiệu sống, như khi thấy vỡ sọ hoặc bị cháy toàn thân.

CÁC SAI L Ầ M KHI C Ấ P C ỨU NGƯỜ I B Ị ĐIỆ N GI Ậ T

1.10.1 Không xem xét nguồn điện đã ngắt hay chƣa Đó là sai lầm lớn nhất và cũng nguy hiểm nhất Người cứu quá vội vàng, mất bình tĩnh dùng tay kéo nạn nhân khỏi nguồn điện Nhƣng nếu nguồn điện chƣa ngắt, người cứu cũng bị điện giật do cơ thể nạn nhân dẫn điện.

1.10.2 Vội vàng đƣa nạn nhân đi cấp cứu:

Việc thực hiện hô hấp nhân tạo kịp thời và đúng cách trong những phút đầu tiên có thể cứu sống nạn nhân bị ngừng thở do điện giật với tỷ lệ lên đến 98% Tuy nhiên, nếu bỏ lỡ thời gian vàng này, như trường hợp người cứu đã mất 3 phút ép tim và thổi ngạt, nạn nhân có nguy cơ cao sẽ không qua khỏi trước khi được cấp cứu.

1.10.3 Đổnước muối vào người, hoặc chôn nạn nhân dưới đất:

Nhiều người vẫn tin rằng điện giật là do tích lũy điện trong cơ thể, dẫn đến việc họ áp dụng các phương pháp như đổ nước muối hoặc chôn nạn nhân dưới đất để giải phóng dòng điện Tuy nhiên, những phương pháp này không chỉ không hiệu quả mà còn làm lỡ mất thời gian quý giá 3 phút đầu tiên để thực hiện ép tim và thổi ngạt, đồng thời có thể gây hạ thân nhiệt, đe dọa tính mạng nạn nhân.

1.10.4 Để nạn nhân nằm nguyên tƣ thế khi thấy có dấu hiệu tỉnh lại

Khi cấp cứu, việc chuyển nạn nhân sang tư thế hồi phục (nằm nghiêng sang phải) là rất quan trọng để giúp họ dễ thở, tránh chèn ép tim phổi và ngăn ngừa tình trạng hít phải dịch nôn Nếu không thực hiện đúng, nạn nhân có thể gặp nguy hiểm đến tính mạng trong khi chờ xe cấp cứu.

1.10.5 Hô hấp nhân tạo sai kỹ thuật

Nếu tay không được đặt đúng vị trí trong quá trình hồi sức tim phổi, có thể gây nguy hiểm cho nạn nhân Ví dụ, nếu tay lệch xuống bụng thay vì đúng vị trí tim, việc ép xuống sẽ đẩy hơi lên tim, gây nguy hiểm Hơn nữa, nếu không ép đủ độ sâu (5 cm cho người lớn) và tốc độ (100 nhịp/phút), sẽ không đạt hiệu quả cứu sống.

Theo Cục An toàn Kỹ thuật và Môi trường Công nghiệp (Bộ Công Thương), hàng năm, Việt Nam ghi nhận từ 400 đến 500 vụ tai nạn điện Nguyên nhân chủ yếu của những vụ tai nạn này là do sự bất cẩn và thiếu kiến thức về an toàn điện.

Nguy ễ n Cao Trí Trang 29 thức trong sử dụng điện Chính vì vậy, việc sơ cứu đúng cách có ý nghĩa rất lớn trong việc cứu sống nạn nhân.

CÁC BI Ệ N PHÁP PHÒNG NG ỪA ĐIỆ N GI Ậ T

Để ngăn ngừa nguy cơ điện giật, các gia đình nên thiết kế ổ điện an toàn và thường xuyên kiểm tra hệ thống điện Việc đảm bảo các thiết bị điện luôn trong tình trạng an toàn, không bị hở hoặc mát là rất quan trọng.

Khi sửa điện phải dùng găng tay, ủng, kìm, bút thử điện cách điện, tuyệt đối không dùng tay không để nối và cắt điện

Không để các dụng cụ điện, dây dẫn điện ngang tầm tay trẻ em

Trẻ em không nên chơi gần các thiết bị điện như ổ cắm, nồi cơm điện đang nấu, và quạt điện để đảm bảo an toàn Người lớn cũng cần tránh sử dụng điện cho các mục đích như đánh cá, diệt chuột hay chống trộm.

1.11.1 Lắp thiết bị đóng cắt, bảo vệ

Phải lắp đặt trên dây pha, khuyến khích lắp đặt thiết bị bảo vệ đóng cắt đồng thời cả dây pha và dây trung tính

Chọn thiết bịđóng cắt bảo vệ:

+ Phải phù hợp với công suất sử dụng

+ Phải có nắp đậy che kín phần mang điện

Phải lắp đặt thiết bị đóng cắt, bảo vệ ở đầu dây cấp điện chính và các nhánh rẽ ở các tầng nhà

Khuyến khích lắp đặt thiết bị chống rò điện, đặc biệt vùng ngập nước

Hình 1.16: Lắp đặt thiết bịđóng cắt bảo vệ

1.11.2 Lắp đặt cầu dao, cầu ch́ì, công tắc, ổ cắm điện ở công trình nhà:

Để đảm bảo an toàn và thuận tiện khi sử dụng, thiết bị điện nên được đặt ở vị trí cao ráo Đặc biệt, các hộ gia đình có trẻ nhỏ hoặc nằm trong khu vực dễ bị ngập nước cần đặt thiết bị điện cao hơn nền nhà ít nhất 1,40 mét.

Hình 1.15:Chiều cao tối thiểu

1.11.3 Lắp đặt thiết bị điện trong nhà

Nối đất vỏ kim loại các thiết bị dùng điện trong nhà nhƣ: Tủ lạnh, máy giặt, bếp điện

Không nên lắp đặt thiết bị điện ở những khu vực ẩm ướt hoặc có nguy cơ ngập nước Nếu việc bố trí thiết bị là cần thiết, cần phải đảm bảo an toàn bằng cách sử dụng thiết bị chống rò điện để bảo vệ.

Hình 1.17: Nối đất vỏ thiết bị điện

Để đảm bảo an toàn điện, cần thường xuyên kiểm tra đường dây, thiết bị đóng cắt và bảo vệ điện như cầu dao, cầu chì, công tắc, ổ cắm, cũng như các thiết bị sử dụng điện trong nhà.

Nên ngắt nguồn điện các thiết bị điện khi không sử dụng (cắt cầu dao hoặc rút phích cắm điện)

Khi dây dẫn điện bị đứt hoặc tróc cách điện, các thiết bị điện cần được thay thế hoặc sửa chữa trước khi tiếp tục sử dụng để đảm bảo an toàn.

Hình 1.18: Kiểm tra đường dây điện thường xuyên

1.11.5 Khi có giông sét, mưa, bão, ngập nước

Khi có giông sét, mưa bão hoặc ngập nước, hãy cắt điện và rút phích cắm các thiết bị điện tử như ti vi, máy tính và điện thoại Đặc biệt, nên tách cáp an-ten ra khỏi ti vi để tránh nguy cơ sét lan truyền.

Khi nhà bị ngập nước, mưa bão làm tốc mái, đổ tường nên cắt cầu dao điện để tránh sự cố chạm chập điện, rò điện…

Hình 1.19: Cách ly thiết bịđiện ra khỏi nguồn

1.11.6 Khi cần sửa chữa hoặc lắp đặt điện trong nhà

Khi sửa chữa và lắp đặt thiết bị điện trong nhà, cần ngắt điện bằng các thiết bị đóng cắt như cầu dao, cầu chì, công tắc và treo biển báo “CẤM ĐÓNG ĐIỆN, CÓ NGƯỜI ĐANG LÀM VIỆC” tại vị trí đó Nếu không có ánh sáng, nên treo đèn bên cạnh biển báo để đảm bảo người khác dễ dàng nhận biết Trong một số trường hợp, có thể sử dụng khóa để ngăn ngừa việc đóng điện nhầm từ người khác.

1.11.7 Sử dụng các công cụđiện cầm tay (máy khoan, máy cắt, máy mài …)

Khi sử dụng thiết bị điện cầm tay như máy khoan, máy cắt, và máy mài, người dùng cần đeo găng tay cách điện và giày bảo hộ để phòng tránh điện giật và giảm thiểu rủi ro do rò điện từ thiết bị.

Hình 1.20: Mang găng tay bảo vệ

1.11.8 Khi tay ƣớt hoặc nền, sàn nhà ẩm ƣớt

Khi tiến hành công việc mà tay bị ƣớt hoặc sàn bị ẩm, không nên chạm vào bất kỳ dụng cụ sử dụng điện nào

Không đóng cắt cầu dao, công tắc hoặc cắm (rút) phích cắm điện

Sàn nhà ẩm ƣớt muốn thao tác phải đứng trên vật cách điện (ghế gỗ, bàn gỗ, nhựa khô ) Chú ý, ghế gỗ không bị ẩm ƣớt

Hình 1.21: Làm việc khi sàn bịướt

1.11.9 Khi chƣa cắt nguồn điện:

Tuyệt đối không đƣợc chạm vào các thiết bị sau khi chƣa cắt nguồn:

 Những chỗ hở của dây điện (nơi vỏ cách điện bị nứt, tróc, bị bung băng keo cách điện)

 Cầu dao, cầu chì không có nắp che …

Hình 1.22: Khi chưa cắt nguồn

Sử dụng dây dẫn điện và thiết bị điện kém chất lượng trong nhà có thể dẫn đến nguy cơ chạm chập và rò rỉ điện, gây ra tai nạn nghiêm trọng hoặc cháy nổ Để đảm bảo an toàn, cần chọn lựa sản phẩm chất lượng cao và tuân thủ các quy định về điện.

Hình 1.23: Dây dẫn chất lượng kém

Phơi quần áo; treo, móc vật dụng, hàng hoá vào dây dẫn điện

Hình 1.24: Treo quần áo lên dây điện

Cắm trực tiếp đầu dây dẫn điện (không có phích cắm) vào ổ cắm điện

Phích cắm, ổ cắm phải chắc chắn (phích cắm là phía thiết bị dụng cụ sử dụng điện, ổ cắm là phía nguồn điện)

Khi rút phích cắm điện không nắm dây điện kéo ra, phải nắm vào phần nhựa của thân phích cắm

Hình 1.25: Phích cắp không an toàn

1.11.13Không: Để thiết bị điện có phát nhiệt (ti vi, bàn ủi, bếp điện ) ở gần vật dễ cháy

Hình 1.26: Thiết bị phát nhiệt

Hình 1.27: Dùng điện bắt cá

Bắn súng, bắn pháo hoa, ném đất đá, và sử dụng dây kim loại, dây kim tuyến để thả diều vào đường dây và trạm điện có thể gây ra hiện tượng chạm chập, phóng điện, và đứt dây, tạo ra nguy hiểm nghiêm trọng.

Hình 1.28: Thả diều vào đường dây điện

Khi lắp đặt các thiết bị như an-ten, dây phơi, giàn giáo xây dựng, hộp đèn, biển quảng cáo hoặc các vật dụng khác, cần chú ý để tránh rơi hoặc va chạm vào công trình lưới điện cao áp Việc này không chỉ đảm bảo an toàn cho người thi công mà còn bảo vệ hệ thống điện khỏi hư hại.

Nếu vi phạm khoảng cách trên sẽ bịphóng điện gây tai nạn

Hình 1.29: Lắp an-ten gần dây điện

1.11.17 Khi mƣa bão, giông sét:

Nên hạn chế ra đường nhằm tránh bị cây đổ, đường dây điện có thể bị đứt

Để tránh nguy cơ bị điện giật do rò rỉ điện, hãy tuyệt đối không chạm vào cột điện, dây chằng cột điện, dây nối đất tại các cột điện, thùng điện kế và thùng cầu dao.

1.11.18 Không đƣợc vi phạm khoảng cách an toàn phóng điện:

Khi làm việc gần các đường dây và trạm điện, người, phương tiện và xe máy thi công phải tuân thủ khoảng cách tối thiểu an toàn Cụ thể, khoảng cách tối thiểu là 2 mét đối với đường dây, trạm điện trung thế 15 kV; 4 mét cho đường dây cao thế 110 kV; 6 mét cho đường dây cao thế 220 kV; và 8 mét cho đường dây cao thế 500 kV Việc tuân thủ các khoảng cách này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn lao động và tránh những rủi ro điện.

Dựng lều, quán, nhà cửa có mái và tường bao bằng vật liệu dễ cháy dưới đường dây, trạm điện.

1.11.20Cây trồng gần công trình điện:

Không để cành cây, dây leo vi phạm khoảng cách an toàn đối với đường dây dẫn điện, và trạm điện.

Khi chặt cây và tỉa cành gần đường dây và trạm điện, cần phải cẩn trọng để tránh cây đổ hoặc cành rơi có thể chạm vào các thiết bị điện, gây đứt dây hoặc phóng điện, dẫn đến tai nạn và hư hỏng thiết bị.

Tự ý tháo gỡ các kết cấu của công trình điện nhƣ: dây điện, thanh giằng, dây néo, dây nối đất …

Trạm có tường, rào bao quanh (trạm trong phòng, trạm có hàng rào bảo vệ): không đột nhập vào trạm

Trạm đặt trên cột điện (trạm giàn, trạm một cột, trạm trụ ghép, trạm treo): không tự ý leo lên cột điện

Cột trâu, bò, gia súc và thuyền bè vào cột điện.

Sử dụng công trình lưới điện cao áp vào những mục đích khác khi chưa có thoả thuận với đơn vị quản lý lưới điện cao áp.

1.11.24Khi phát hiện trụđiện ngã, dây điện đứt:

Người phát hiện không được đến gần và phải báo cho mọi người xung quanh biết

Tìm cách lập rào chắn và gọi số điện thoại khẩn cấp để ngành điện xử lý.

1 Định nghĩa hiện tƣợng điện giật là gì? Cho ví dụ minh họa

2 Nêu điều kiện xảy ra hiện tƣợng điện giật.

3 Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến tổng trở người.

4 Trình bày các yếu tố liên quan đến tác hại của dòng điện qua người

5 Dòng điện cho phép là gì? Mức dòng điện cho phép là bao nhiêu?

6 Điện áp cho phép là gì? Mức điện áp cho phép ở Việt Nam là bao nhiêu.

7 Tính điện áp bước Ub lúc người đứng cách chỗ chạm đất x = 10m, dòng điện chạm đất I đ = 10kA, điện trở suất ρ = 150 Ω.cm, khoảng cách giữa 2 bước chân người a = 0.8m?

8 Tính điện áp bước và điện áp tiếp xúc trong trường hợp sau

PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆ N

M ẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢ N

Mạng điện dơn giản là mạng điện xoay chiều một pha hạ áp hoặc mạng điện một chiều đi dây trên không hoặc dưới dạng cáp ngầm

2.1.1.1 Ch ạ m vào hai c ự c c ủ a m ạng điệ n

Hình 2.1: Chạm vào hai cực của mạng điện không nối đất

Thông thường điện trở người lớn hơn nhiều lần so với điện trở dây dẫn Rng >>

Rd, nên ta bỏ qua điện trở dây dẫn

Vậy dòng điện qua người được tính:

Rng: điện trở cơ thể người

Rd : điện trở dây dẫn

U : điện áp 2 cực mạng điện

Dòng điện qua người khi người chạm vào mạng điện không nối đất điện áp U 220V, Rng= 1000Ω.

Giá trịdòng điện qua người lớn hơn rất nhiều dòng điện cho phép

Trường hợp này nguy hiểm nhất vì dù người có đứng trên ghế cách điện vẫn không có tác dụng giảm dòng qua người

Hình 2.2: Chạm vào một cực của mạng điện đơn giản không nối đất

Không có cách điện nào hoàn hảo, do đó, lớp điện môi giữa đường dây mạng điện và mặt đất vẫn tồn tại dòng điện rò Lớp điện môi này có thể được thay thế bằng các thông số như điện trở cách điện và điện dung.

Giả thiết điện trở nền Rn = 0 và điện dung C bé, ta có sơ đồ tương đương như sau:

Trong mạng điện đơn giản, khoảng cách giữa các dây so với đất gần như bằng nhau, do đó chúng ta có thể xem R1 = R2 = R cđ, với R cđ là điện trở cách điện của dây dẫn với đất.

Công thức 2R ng + R cđ được sử dụng để xác định điện trở cách điện cần thiết cho các mạng điện cách ly, nhằm bảo vệ an toàn chống chạm điện trực tiếp trong hệ thống điện hạ áp.

Khi một người tiếp xúc với mạng điện trong khi đang mang giày, dép hoặc đứng trên các bề mặt cách điện như bàn, ghế, thảm có điện trở lớn Rn, dòng điện đi qua cơ thể sẽ giảm theo một công thức nhất định.

Khi xét mạng điện cách điện so với đất với điện áp nguồn U = 220V, một người có điện trở Rng = 0Ω chạm vào một cực của mạng dẫn đến dòng điện Icp = 10 mA Để đảm bảo an toàn và tránh nguy hiểm đến tính mạng, cần tính toán giá trị điện trở R cđ phù hợp.

Giải: Điều kiện an toàn:

Để đảm bảo an toàn khi người chạm vào một cực của mạng 220V, cách điện phải được chế tạo với giá trị lớn hơn 20kΩ để đảm bảo cách điện hiệu quả so với đất.

2.1.1.3 Ch ạ m vào m ộ t dây khi dây còn l ạ i ng ắ n m ạ ch xu ống đấ t

Hình 2.3: Chạm vào một dây khi dây còn lại ngắn mạch xuống đất

Khi Rdây nhỏ và Rn = 0, điện áp mà người tiếp xúc nhận được chính là điện áp nguồn Tình huống này tương tự như việc chạm vào hai cực của mạng điện.

R ng Trường hợp này cũng rất nguy hiểm

Khi một người chạm vào một dây của mạng điện đơn giản có điện áp U = 0V, trong khi dây còn lại ngắn mạch chạm đất, dòng điện qua người được tính toán dựa trên các điện trở Rng = 1kΩ và Rn = 10 kΩ, với giả định rằng điện trở dây dẫn có thể bỏ qua Kết quả tính toán cho thấy mức độ nguy hiểm của dòng điện đối với người chạm vào dây, từ đó nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ các quy tắc an toàn điện.

1000 + 10000 = 20(mA) Trường hợp này người vẫn bị nguy hiểm vì Ing > Icp = 10mA Với Rn = 0 thì mức độ nguy hiểm xảy ra càng cao Khi đó:

1000= 220 mA ≫I cp Người có thể tử vong ngay tức thời

2.1.2.1 Ch ạ m vào hai c ự c c ủ a m ạng điệ n

Trường hợp này giống hoàn toàn trường hợp chạm vào hai cực của mạng điện đơn giản cách điện so với đất

Hình 2.4 : Chạm vào hai cực của mạng điện có nối đất

Dòng điện qua người được xác định theo biểu thức:

R ng Dòng điện qua người không phụ thuộc vào điện trở nối đất nguồn

Hình 2.5: Chạm vào dây pha của mạng có nối đất

Dòng điện qua người được tính theo biểu thức:

R dây + R n + R ng + R đ Thường điện trở dây dẫn Rdây, có giá trị rất nhỏ so với Rn, Rng nên có thể bỏ qua:

R ng + R n + R đ Dòng điện qua người phụ thuộc vào điện trở người, điện trở nối đất nguồn R đ , điện trở nền Rn

Tính dòng điện qua người khi một người chạm trực tiếp vào một dây pha của mạng điện có nối đất trung tính, điện áp U = 220V, Rng= 1kΩ, Rn= 10kΩ, Rđ= 4Ω.

Dòng điện qua người bằng:

Khi tiếp xúc với dây pha của mạng điện đơn giản có nối đất, nguy cơ nguy hiểm đến tính mạng vẫn rất cao, với dòng điện khoảng 20mA Để giảm thiểu rủi ro, cần phải sử dụng ủng và găng tay cách điện, đồng thời đứng trên thảm cách điện hoặc bàn ghế có điện trở cách điện Rn lớn.

2.1.2.3 Ch ạ m vào dây trung tính

Hình 2.6: Chạm vào dây trung tính của mạng điện đơn giản Ở chếđộ làm việc bình thường, có thểxem chân người ở điểm A, chạm vào điểm

B của dây trung tính Vậy điện áp đặt vào cơ thểngười bằng điện áp trên đoạn dây AB (UBA)

Nguy ễ n Cao Trí Trang 44 Điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào vị trí người chạm trên dây trung tính

IM: Dòng điện làm việc của mạng điện

RAB: Điện trở trên đoạn dây AB

Có thể bỏ qua ảnh hưởng của nhánh rẽ qua Rng (vì Rng >> RAB)

Trong hệ thống điện 220/380V, điện trở của dây trung tính RN rất nhỏ, dẫn đến việc điện áp tại điểm C có thể cao nhất khi chạm vào Điều này có nghĩa là, càng xa nguồn điện, điện áp tiếp xúc càng lớn và nguy cơ gây nguy hiểm càng cao.

Trong trường hợp này, Utrungtínhmax có thể lấy là khoảng 5% U, đại diện cho điện áp tổn thất trên đường dây hạ áp Dòng điện đi qua cơ thể người ở mức rất nhỏ và có thể được tính toán theo biểu thức cụ thể.

R ng + R n + R đ Xét ví dụnhƣ trên, U = 220V, Rng= 1kΩ, Rn= 10kΩ, Rđ = 4Ω Điện áp tiếp xúc:

100x220 = 11V < U cp Dòng điện qua cơ thể người khi chạm vào dây trung trính của mạng:

2.1.2.4 Trườ ng h ợ p ch ạ m vào khi x ả y ra ng ắ n m ạ ch gi ữ a dây pha và dây trung tính

Khi tiết diện dây pha bằng dây trung tính, điện áp tại điểm C sẽ là 0,5U Gần điểm A, điện áp giảm dần, do đó nếu một người chạm vào dây trong trường hợp ngắn mạch, người đó sẽ phải chịu điện áp gần bằng 0,5U.

Với mạng 220V, khi bị ngắn mạch người chạm vào sẽ chịu một điện áp bằng 110V Mức điện áp này khá nguy hiểm

Hình 2.7: Chạm vào mạng khi bị ngắn mạch

2.1.2.5 Trườ ng h ợ p dây trung tính b ị đứ t

Hình 2.8: Chạm vào dây nối đất bị đứt

Khi người tiếp xúc với dây nối đất bị đứt trong đoạn AB, họ sẽ phải chịu điện áp gần bằng điện áp U của mạng, tương tự như trường hợp chạm vào dây pha đã đề cập trước đó.

2.1.3 Mạng cách điện với đất có điện dung lớn

Mạng điện có điện dung lớn thường là mạng xoay chiều hoặc mạng một chiều cao áp Ngoài ra, mạng hạ áp sử dụng cáp ngầm với chiều dài lớn cũng được xem là mạng có điện dung lớn Điều này xảy ra do khoảng cách giữa các pha và giữa các pha với đất trong cáp ngầm nhỏ hơn nhiều so với đường dây trên không, dẫn đến thành phần điện dung C lớn hơn.

Do trị số C lớn , trong quá trình vận hành sẽ xảy ra hiện tƣợng cảm ứng và tích lũy điện tích q có giá trị q= C.U trên đường dây

Khi cắt nguồn do lƣợng q tích đƣợc nên điện áp trên các dây tại thời điểm cắt nguồn khác 0 và bằng Udƣ U dƣ tắt dần theo hàm mũ:

2.1.3.1 Ch ạ m vào hai c ự c c ủ a m ạng đã cắt điệ n

Người chạm vào 2 dây tại thời điểm mạng vừa được cắt nguồn

Hình 2.9: Chạm vào hai cực của mạng đã cắt điện

Sau khi cắt ra khỏi nguồn, nếu đường dây không được tiếp địa thì điện tích tàn dư của đường dây vẫn có thể gây nguy hiểm cho người

𝑅𝑛𝑔 e − RC t Dòng Ing này không chỉ nguy hiểm do trị số có thể lớn, thời gian tồn tại phụ thuộc

Rng và C11, C12 mà còn nguy hiểm do nhiệt lƣợng sinh ra lớn làm đốt nóng thân thể Nhiệt lƣợng sinh ra

Để đảm bảo an toàn trong quá trình sửa chữa điện, cần cắt nguồn điện và nối đất các đầu dây nhằm xả hết điện tích dư xuống đất trước khi tiến hành thao tác.

2.1.3.2 Ch ạ m vào m ộ t c ự c c ủ a m ạng đã cắt điệ n

Hình 2.10: Chạm vào một cực của mạng đã cắt điện

Dòng qua người được tính theo công thức:

M Ạ NG BA PHA

2.2.1 Mạng ba pha có trung tính nối đất trực tiếp

Hình 2.11: Chạm vào một dây pha

Dòng điện qua người khi chạm vào một dây pha

3 R ng + R n + R đ Trong đó: U là điện áp dây của mạng điện

Nếu R đ ≈ 0, Rn ≈ 0 hoặc vào chạm 1 dây pha và dây trung tính, dòng điện qua người sẽ là:

Trường hợp nguy hiểm nhất là chạm vào 2 dây pha, khi đó điện áp tiếp xúc đặt lên người là điện áp dây:

2.2.2 Mạng ba pha không nối đất trung tính

Hình 2.12: Chạm vào một dây pha của mạng ba pha cách điện so với đất

Xét trường hợp người chạm vào một cực của mạng ba pha như hình 2.12

Trong đó: U là điện áp dây

R1 = R2 = R3 = R cđ là điện trởcách điện của các pha so với đất

C1 = C2 = C3= C là điện dung của các pha so với đất

Ta giải bài toán mạch ba pha không đối xứng Xét lần lượt các trường hợp sau:

2.2.2.1 B ỏ qua điệ n tr ở cách điệ n R cđ

U đ = g ng + jωC U 1 −jωCU 1 g ng + 3jωC = g ng U 1 g ng + 3jωC

U ng = U 1 −U đ = U 1 − g ng U 1 g ng + 3jωC = 3jωCU 1 g ng + 3jωC Dòng qua người:

1 jωC+ 3R ng Giá trịđộ lớn dòng qua người:

U đ = g ng + g U 1 −gU 1 g ng + 3g = g ng U 1 g ng + 3g

U ng = U 1 −U đ = U 1 − g ng U 1 g ng + 3g = 3gU 1 g ng + 3g Dòng qua người:

2.2.2.3 Xét m ạng có tính đến điệ n tr ở cách điệ n R cđ và điệ n dung C

U ng = U 1 −U đ = U 1 − g ng U 1 g ng + 3jωC + 3g = 3 g + jωC U 1 g ng + 3 jωC + g Dòng qua người:

Khi một người chạm vào một pha trong khi một trong hai pha còn lại bị sự cố chạm đất, tình huống này rất nguy hiểm Người đó sẽ phải chịu một mức điện áp lớn, có thể là điện áp dây Nếu bỏ qua điện trở tại chỗ chạm đất, dòng điện qua người sẽ tăng cao, gây nguy hiểm đến tính mạng.

Trong mạng điện cách điện với đất, dòng điện chạm đất một pha thường rất nhỏ, không đủ để thiết bị bảo vệ phát hiện Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng, công việc vẫn phải tiếp tục cho đến khi nguồn dự trữ được đóng hoặc pha bị sự cố được khắc phục.

Khi so sánh an toàn giữa mạng điện hạ áp có trung tính nối đất và trung tính cách điện, cần lưu ý rằng khi người chạm vào một pha trong chế độ làm việc bình thường, mức độ nguy hiểm và rủi ro sẽ khác nhau Mạng điện hạ áp có trung tính nối đất thường cung cấp một mức độ bảo vệ tốt hơn, giúp giảm thiểu nguy cơ điện giật so với mạng điện có trung tính cách điện Việc hiểu rõ sự khác biệt này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị trong hệ thống điện.

Mạng trung tính cách điện có đặc điểm là dòng điện qua người nhỏ do sự tồn tại của điện dung và điện dẫn giữa các pha với đất, giúp giảm thiểu nguy cơ nguy hiểm đến tính mạng.

Mạng trung tính nối đất có nguy cơ cao hơn so với mạng trung tính cách điện, khi dòng điện qua người lớn hơn nhiều và người phải chịu gần như toàn bộ điện áp pha Trong trường hợp một pha chạm đất, đối với mạng trung tính cách điện, điện áp của các pha còn lại sẽ tăng lên mức điện áp dây, dẫn đến dòng điện chạm đất nhỏ Điều này có thể khiến các thiết bị bảo vệ không hoạt động, gây ra tình trạng chạm đất duy trì và làm mất đối xứng ba pha.

Phụ tải một pha nối pha không chạm đất với dây trung tính có thể bị phá hỏng

Do điện áp pha tăng lên thành điện áp dây

Người chạm vào pha không chạm đất nguy hiểm hơn so với mạng trung tính nối đất cùng cấp điện áp Trong mạng trung tính nối đất, các pha còn lại giữ điện áp gần như không thay đổi, và dòng điện chạm đất lớn giúp thiết bị bảo vệ dễ dàng cắt phần tử bị chạm đất ra khỏi mạng điện mà không ảnh hưởng đến các thiết bị khác, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Khi trung tính bị đứt phía đầu nguồn, mạng trung tính cách điện sẽ làm phụ tải một pha ngừng cấp điện, trong khi mạng trung tính nối đất vẫn duy trì cấp điện cho phụ tải một pha Khi có sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp do hỏng cách điện hoặc sét đánh, mạng trung tính cách điện sẽ chịu điện áp pha bên trung áp, gây nguy hiểm cho người và thiết bị, trong khi mạng trung tính nối đất với điện trở nhỏ sẽ giữ điện áp trung tính thấp, đảm bảo an toàn hơn cho người và thiết bị.

BẢ O V Ệ CH ỐNG ĐIỆ N GI Ậ T VÀ B Ả O V Ệ CH Ố NG

CÁC LO ẠI SƠ ĐỒ N ỐI ĐẤ T

Các biện pháp bảo vệ chống điện giật và hoả hoạn liên quan chặt chẽ đến sơ đồ nối đất Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về các loại sơ đồ nối đất Sơ đồ nối đất được định nghĩa là mối liên hệ giữa hai phần tử với đất.

• Điểm trung tính của nguồn cung cấp điện

• Các vỏ kim loại của thiết bị điện tại nơi sử dụng điện

Ký hiệu các loại sơ đồ nối đất gồm 2 hoặc 3 chữ cái:

Chữ thứ nhất : Thể hiện sự liên hệ với đất của điểm trung tính của nguồn cung cấp điện, là một trong hai chữ sau đây:

• T: Điểm trung tính trực tiếp nối đất

• I : Điểm trung tính cách ly với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn (khoảng vài ngàn ôm)

Chữ thứ hai: Thể hiện sự liên hệ với đất của các vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện, là một trong hai chữsau đây:

• T : Vỏ kim loại nối đất trực tiếp

• N : Vỏ kim loại nối với điểm trung tính N của nguồn cung cấp điện (điểm này đã đƣợc nối đất trực tiếp)

Có các loại sơ đồ nối đất sau đã đƣợc tiêu chuẩn hoá: IT, TT, TN Sơ đồ TN lại chia làm 3 dạng TN - C, TN - S và TN - C - S

Tất cả các vỏ kim loại của thiết bị được kết nối với nhau thông qua dây bảo vệ PE, dây này được nối đất tại nơi sử dụng điện trong sơ đồ nối đất TT và IT, hoặc nối với điểm trung tính của nguồn đã được nối đất trong sơ đồ nối đất TN.

3.1.1 Sơ đồ IT Điểm trung tính của nguồn cung cấp điện cách ly đối với đất hoặc nối đất qua một tổng trở lớn hàng ngàn ôm hoặc qua bộ hạn chế quá áp

Vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện đƣợc nối đất trực tiếp thông qua dây

PE Dây PE tách biệt với dây trung tính

Hệ thống IT giảm ngƣỡng quá áp khi xuất hiện sự cố chạm từ cuộn cao sang cuộn hạ máy biến áp nguồn

Khi hư hỏng cách điện, dòng sự cố thứ nhất thường thấp và không nguy hiểm

Nếu sự cố thứ 2 xảy ra trên pha khác sẽ tạo dòng ngắn mạch và gây nguy hiểm

Hệ thống IT thường được sử dụng khi yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao (ví

Nguy ễ n Cao Trí Trang 53 dụ: mạng cung cấp điện cho các hệ thống thông tin, sân bay, bệnh viện…)

Cần sử dụng thiết bị vận hành khi có sự cố 2 pha hay lắp đặt thiết bị kiểm soát cách điện

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống IT

Mọi dây dẫn đều có điện kháng với đất do không có hệ thống điện nào hoàn hảo Đồng thời, sẽ tồn tại đường rò dòng dung song song với đường rò điện trở đến đất.

Hình 3.2: Tổng trởcách điện trong sơ đồ IT

Trong sơ đồ ba pha, ba dây hạ áp, cứ 1km cáp sẽ cho tổng trở rò R1, R2, R3 và C1, C2, C3 và tương đương với một Zct bằng 3kΩ đến 4kΩ

Hình 3.3: Tổng trở tương đương với tổng trở cách điện trong sơ đồ IT

3.1.2 Sơ đồ TT Điểm trung tính của nguồn cấp điện đƣợc nối đất trực tiếp

Vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện nối đất trực tiếp Nối đất vỏ thiết bị độc lập với nối đất nguồn

Dây trung tính không đƣợc nối đất (ở phía sau của RCD)

Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống TT

Sơ đồ TT sử dụng 2 hệ thống nối đất độc lập nên cần lưu ý bảo vệ quá áp

TT xóa các nhiễu tần số cao và tần số thấp

Khi sự cố, xung điện áp trên dây PE thấp Mạch tự động ngắt khi có hƣ hỏng cách điện bằng RCD

Hệ thống TT thường được áp dụng cho các mạng điện có hạn chế trong việc kiểm tra hoặc những mạng điện có khả năng mở rộng và cải tạo, chẳng hạn như mạng điện công cộng và mạng điện phục vụ khách hàng.

3.1.3 Sơ đồ TN Điểm trung tính của nguồn cấp điện: nối đất trực tiếp ( giống nhƣ trong sơ đồ T

Các vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện nối với điểm trung tính của nguồn cung cấp điện

Sơ đồ TN lại chia làm 3 dạng:

Vỏ kim loại của thiết bị điện được kết nối với dây trung tính, tạo thành một mạch an toàn Dây trung tính không chỉ thực hiện chức năng dẫn điện mà còn đóng vai trò bảo vệ, được gọi là dây PEN Để tăng cường độ an toàn, dây PEN nên được nối đất tại nhiều điểm khác nhau.

Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống TN – C

Để đảm bảo an toàn trong hệ thống điện, cần trang bị thiết bị tự động bảo vệ như cầu dao (CB) hoặc cầu chì để ngắt nguồn khi xảy ra sự cố Tuy nhiên, không nên sử dụng RCD trong trường hợp này.

Khi xảy ra sự cố, vỏ thiết bị, đất và dây trung tính có cùng điện áp sẽ dẫn đến sụt áp nguồn, gây ra nhiễu lớn và tăng nguy cơ cháy nổ.

Khi tải không đối xứng, trong dây PE có điện Mạng TN – C không dùng nơi có khả năng cháy nổ cao

Hệ thống TN-C thường được áp dụng cho mạng có dây/cáp đồng với tiết diện lớn hơn 10mm² và nhôm lớn hơn 16mm², thích hợp cho các mạng không mở rộng hoặc cải tạo Ƣu điểm chính của hệ thống này là khả năng đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc cung cấp điện.

 Phát hiện phần tử chạm vỏđơn giản

 Không đảm bảo tính liên tục cung cấp điện

 Nguy cơ cháy nổ cao, nhiễu điện từ lớn

Vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện đƣợc nối với điểm trung tính của nguồn bằng một dây riêng gọi là dây bảo vệ PE

Dây trung tính N và dây bảo vệ PE tách riêng

Dây trung tính N không đƣợc nối đất, dây PE nối đất lặp lại càng nhiều càng tốt

Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống TN – S

Hệ thống bắt buộc áp dụng cho mạng sử dụng dây/cáp đồng có tiết diện F Cu < 10mm², dây/cáp nhôm F Al < 16mm², thiết bị di động, mạng kiểm tra thường xuyên hoặc mạng không mở rộng, cải tạo Ưu điểm của hệ thống này là trong điều kiện làm việc bình thường, dây PE không xảy ra sụt áp và không tạo ra nhiễu điện từ.

Khuyết điểm: Khi xảy ra chạm điện, dòng chạm và điện áp tiếp xúc lớn, nguy cơ cháy nổ cao

Mạng điện trong nhà được thiết kế theo sơ đồ TN-C (3 pha-4 dây) ở phần trước, trong khi phần sau chuyển sang sơ đồ TN-S (3 pha-5 dây) nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ và mở rộng mạng điện.

Không sử dụng hệ thống TN-C và TN-C-S cho các công trình có khả năng cháy và lây nhiễm điện từ cao

1 Trong sơ đồ TN-C, dây PEN cần đƣợc nối đất lặp lại càng nhiều càng tốt Đối với nhà cao tầng, thực tế là không thể thực hiện đƣợc việc nối đất lặp lại nhƣ trên, thay vào đó việc nối dây PEN với các kết cấu kim loại của công trình, vừa tạo ra mạng liên kết đẳng thế, vừa có tác dụng tương tựnhư nối đất lặp lại

2 Trong sơ đồ TN-C cấm không đặt thiết bị cắt trên dây trung tính

3 Sơ đồ TN-C cấm không đƣợc sử dụng cho mạng điện tiết diện dây dẫn nhỏ hơn 10mm 2 nếu là dây đồng hoặc 16mm 2 nếu là dây nhôm Sơ đồ này cũng cấm không đƣợc sử dụng cho các ổ cắm điện để cắm các dây mềm cung cấp điện cho các thiết bị lưu động

4 Trong sơ đồ TN-C, khi thiết bị điện làm việc bình thường, luôn luôn có dòng điện không cân bằng đi trong dây trung tính và các kết cấu kim loại của công trình, qua các loại đường ống ga, ống nước, dẫn đến hậu quả:

- Nguy cơ hỏa hoạn cao

- Các bộ phận kim loại này chóng bị ăn mòn

- Là nguồn gây ra nhiễu điện từ

Trong thực tế, nếu nguồn cung cấp điện là lưới điện hạ áp công cộng thì bắt buộc phải áp dụng sơ đồ TT hoặc TN

3.1.3.4 Đặc điể m chung c ủa các sơ đồ n ối đấ t

Trong thực tế, việc chọn loại hệ thống nối đất căn cứ vào các yêu cầu sau:

 An toàn chống điện giật

 An toàn chống hoả hoạn

 Bảo vệ chống quá áp

 Bảo vệ chống nhiễu điện từ

 Liên tục cung cấp điện

1 Bảo vệ chống điện giật:

Tất cả mọi sơ đồ nối đất đều có tác dụng bảo vệ chống điện giật

2 Bảo vệ chống hỏa hoạn:

Trong sơ đồ I T, khi xảy ra sự cố chạm vỏ, dòng điện nhỏ làm giảm nguy cơ hỏa hoạn Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, cần bố trí lực lượng có khả năng phát hiện và sửa chữa nhanh chóng sự cố chạm vỏ đầu tiên, nhằm tránh tình trạng xảy ra đồng thời hai sự cố chạm vỏ trên hai pha khác nhau.

Trong sơ đồ T N, khi có sự cố chạm vỏ, dòng điện sự cố là rất lớn, hàng ngàn ampe, nên nguy cơ hoả hoạn cũng rất lớn

B Ả O V Ệ CH ỐNG ĐIỆ N GI Ậ T DO TI Ế P XÚC TR Ự C TI Ế P

3.2.1Bảo vệ bằng cách bọc cách điện các phần mang điện

Hình 3.8: Bọc cách điện các phần mang điện

1: Lõi dẫn điện – Đồng 2: Lớp cách điện – PVC 3: Lớp bọc ngoài - PVC

Việc bọc cách điện nhằm ngăn chặn tiếp xúc trực tiếp với các phần mang điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Các bộ phận mang điện cần được bao bọc hoàn toàn bằng vật liệu cách điện đạt tiêu chuẩn, chỉ có thể tháo gỡ bằng cách phá hủy Đối với thiết bị chế tạo tại nhà máy, lớp bọc cách điện phải tuân thủ quy cách kỹ thuật Tương tự, lớp cách điện cho các bộ phận được bọc tại nơi lắp đặt cũng cần phù hợp với các quy định về cách điện.

3.2.2 Bảo vệ bằng rào chắn hoặc hộp cách điện

Các bộ phận mang điện cần được bảo vệ bằng cách đặt chúng trong hộp hoặc sau các rào chắn làm từ vật liệu cách điện Mục đích của các rào chắn và hộp cách điện là ngăn chặn mọi tiếp xúc với các bộ phận mang điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Hình 3.9: Rào chắn trạm biến áp

Để đảm bảo an toàn điện, cần sử dụng rào chắn hoặc vỏ bọc lắp cố định chắc chắn, có độ bền cơ và cách ly với các phần có điện, phù hợp với điều kiện làm việc bình thường Cần xem xét các ảnh hưởng từ bên ngoài và yêu cầu sử dụng dụng cụ hoặc chìa khóa để tháo ra, với cấp bảo vệ tối thiểu là IPXXB hoặc IP2X nhằm ngăn ngừa tiếp xúc của con người và vật nuôi với phần có điện Nếu có lỗ mở để thay thế thiết bị, cần thực hiện biện pháp ngăn ngừa tiếp xúc vô ý và cung cấp cảnh báo để tránh chạm phải phần có điện.

3.2.3 Bảo vệ bằng vật cản

Vật cản được thiết kế để ngăn chặn tiếp xúc vô tình, nhưng không thể ngăn cản nếu có ý định vượt qua Việc sử dụng vật cản có thể tháo rời giúp bảo vệ những khu vực có người qua lại hoặc làm việc, nơi có nguy cơ tiếp xúc với vật mang điện mà không có ý thức.

3.2.4 Bảo vệ bằng cách đặt ngoài tầm với

Trong tầm với, không được có hai bộ phận ở điện thế khác nhau Tầm với được xác định là 2,5m theo chiều thẳng đứng và 1,25m theo chiều ngang Nếu có cầm dụng cụ, chiều dài của dụng cụ phải được cộng thêm vào các kích thước này.

Hình 3.10: Giới hạn tầm với

3.2.5 Bảo vệ dự phòng bổ sung bằng thiết bị bảo vệtheo dòng điện dƣ (RCD)

Các biện pháp bảo vệ chính từ 3.2.1 đến 3.2.4 được thiết lập để đảm bảo an toàn, trong khi các biện pháp dự phòng chỉ được áp dụng khi các biện pháp chính bị vi phạm hoặc mất hiệu lực Cần lưu ý rằng biện pháp dự phòng không thể thay thế cho các biện pháp chính đã nêu.

Biện pháp này dùng một thiết bị bảo vệtheo dòng điện dƣcó độ nhạy cao, dòng điện định mức tác động là từ 30 mA trở xuống

1 Các biện pháp bảo vệ chống điện giật do tiếp xúc trực tiếp nêu trên không phụ thuộc vào sơ đồ nối đất, có thể áp dụng một hoặc nhiều biện pháp đồng thời

2 Trong thực tế, các biện pháp bảo vệnày đƣợc áp dụng nhƣ sau:

Biện pháp bảo vệ an toàn điện thường được thực hiện bằng cách bọc cách điện cho các phần mang điện Đây là quy trình phổ biến mà các nhà máy chế tạo thiết bị điện, dây và cáp điện áp dụng trong quá trình sản xuất.

Trong quá trình thi công lắp đặt, việc sử dụng biện pháp bảo vệ bằng rào chắn hoặc hộp cách điện là cần thiết khi các biện pháp an toàn khác không đủ hiệu quả.

3 Biện pháp bảo vệ bằng vật cản và biện pháp bảo vệ bằng cách đặt ngoài tầm với thường được áp dụng cho những người trong nghề và phải có ngừơi giám sát

4 Biện pháp dự phòng bổ sung bằng thiết bị bảo vệtheo dòng điện dƣ (RCD) độ nhạy cao thường được áp dụng cho các ổ cắm điện (cung cấp điện cho các thiết bị di

Nguy ễ n Cao Trí Trang 64 động hoặc cầm tay bằng dây điện mềm), mạch điện đi vào những nơi nguy cơ cao nhƣ phòng giặt, phòng tắm v.v

Căn cứđểxác định dòng điện tác động của RCD này từ 30mA trở xuống là theo các nghiên cứu trong tài liệu IEC479

3.2.5.1 Nguyên lý ho ạt độ ng RCD

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RCD được trình bày trong hình 3.11, cho thấy dòng điện chạy qua các dây dẫn (dây pha và dây trung tính) đi qua lõi của một mạch từ Từ thông trong mạch từ phụ thuộc vào tổng đại số của các từ thông do các thành phần dòng trên các dây dẫn sinh ra, trong đó dòng chạy theo một chiều được coi là dương, trong khi dòng chạy ngược lại được xem là âm.

Trong mạch điện bình thường, tổng dòng điện i1 và i2 bằng 0, không có từ thông sinh ra trên lõi từ và không có sức điện động trong cuộn dây Khi xảy ra chạm vỏ thiết bị, dòng chạm id sẽ đi qua lõi tới vị trí sự cố, dẫn đến tình trạng i1 + i2 không bằng 0 Dòng không cân bằng này tạo ra từ thông Φ, tương tự như nguyên tắc bảo vệ so lệch Từ thông xoay chiều sinh ra sẽ cảm ứng sức điện động trong cuộn dây, khiến dòng i3 chạy qua cuộn cách ly của thiết bị RCD Nếu dòng rò vượt quá giá trị cho phép, máy cắt sẽ tự động ngắt điện.

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý RCD

Thiết bị dòng rò (RCD) thường được gắn vào hoặc liên kết với các các thành phần sau đây:

Loại công nghiệp, CB khối - MCCB (moulded-case circuit breakers) và máy cắt không khí - ACB (air circuit breakers)

CB loại dân dụng và CB cỡ nhỏ MCB (miniature circuit breakers)

Ngắt tải rò phù hợp với từng quốc gia riêng biệt

Rờ le với máy biến dòng hình xuyến (loại vòng) tách riêng

RCD là thiết bị bắt buộc trong mạng TT có nối đất, với khả năng phân biệt và tác động chọn lọc, giúp đảm bảo cung cấp điện liên tục.

 CB lo ạ i công nghi ệ p tích h ợ p ho ặ c g ắ n thêm module RCD

Hình 3.12: CB loại công nghiệp Vigi Compact

Hình 3.13: CB loại công nghiệp với module RCD Acti 9DIN-Rail

 CB lo ạ i dân d ụ ng và c ỡ nh ỏ v ớ i RCD

Hình 3.14: CB dòng rò dân dụng (RCCB) bảo vệ chống dòng rò

 CB dòng rò và RCD v ớ i bi ế n dòng vòng xuy ế n r ờ i

Hình 3.15: RCD với các biến dòng dạng xuyến

3.2.5.3 Ứ ng d ụ ng RCD a) Dòng rò xu ống đất thườ ng tr ự c: mỗi mạng hạ áp đều tồn tại dòng rò xuống đất thường xuyên, do cách điện của mạng không hoàn hảo và do điện dung giữa các pha cũng nhƣ điện dung pha- đất

B Ả O V Ệ CH Ố NG H Ỏ A HO ẠN DO NGUYÊN NHÂN ĐIỆ N

Hoả hoạn do nguyên nhân điện phát sinh từ những hiện tƣợng sau:

 Dây dẫn điện bị ngắn mạch

 Dây dẫn điện bị quá tải

 Các mối nối không chặt

 Hình thành đường rò điện

 Lựa chọn sơ đồ nối đất không thích hợp

3.4.1 Dây dẫn điện bị ngắn mạch

Khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch giữa các dây pha hoặc giữa dây pha và dây trung tính, dòng điện sẽ tăng đột ngột, tạo ra nhiệt độ cao Nhiệt này có thể dẫn đến hiện tượng tự bốc cháy và làm cháy các vật liệu xung quanh, từ đó gây ra nguy cơ hoả hoạn.

Các mạch điện phải đƣợc bảo vệ chống ngắn mạch bằng máy cắt hạ áp hoặc bằng cầu chì

3.4.2 Dây dẫn điện bị quá tải

Khi dây dẫn điện chịu tải quá mức trong thời gian dài, dòng điện và nhiệt độ tăng cao sẽ làm hỏng lớp cách điện, dẫn đến nguy cơ xảy ra sự cố ngắn mạch.

Vì vậy, các mạch điện phải đƣợc bảo vệ chống quá tải bằng các thiết bị có độ nhạy cao

3.4.3 Các mối nối không chặt

Mối nối không chặt sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, gây ra nhiệt lượng khi dòng điện đi qua Nhiệt độ tại mối nối tăng cao có thể làm hư hỏng cách điện hoặc tạo ra tia lửa điện, dẫn đến nguy cơ ngắn mạch.

Do đó, các mối nối phải xiết chặt đúng quy định ngay từ khi lắp đặt và định kỳ kiểm tra

3.4.4 Hình thành đường rò điện

Các thiết bị điện và đường dây điện đặt ở những khu vực ẩm ướt, bẩn thỉu, hoặc khó tiếp cận mà không được bảo trì định kỳ sẽ dễ dàng gây ra hiện tượng rò rỉ điện.

Hiện tượng hình thành đường rò điện có thể âm ỉ tiến triển trong nhiều năm, dẫn đến nguy cơ hồ quang điện và hoả hoạn Để bảo vệ chống lại hoả hoạn do hiện tượng này, cần sử dụng thiết bị bảo vệ theo dòng điện dư (RCD) với độ nhạy trung bình dưới 500 mA.

3.4.4.1 Mô t ả hi ện tượ ng

Bề mặt lớp cách điện có thể bị ẩm do nước mưa, nước lau nhà hoặc hơi nước trong không khí, kết hợp với bụi bẩn trong không khí tạo thành chất điện phân Điều này hình thành đường dẫn điện từ ruột ra vỏ, gây ra dòng điện rò ban đầu khi thiết bị hoạt động bình thường, thường chỉ khoảng vài microampe.

Hình 3.44: Bề mặt lớp cách điện bịẩm ướt

Bề mặt lớp cách điện có thể ở trạng thái khô hoặc ướt Khi khô, dòng điện rò bị ngắt quãng tại các điểm khô nhất, trong khi hai bên vẫn ẩm ướt và dẫn điện Nếu điện áp đặt vào vượt quá khả năng chịu đựng của vùng khô, có thể xảy ra hiện tượng tia lửa điện nhỏ, với nhiệt độ tại tâm điểm có thể lên tới trên 1000 °C, đủ để gây cháy nhẹ bề mặt lớp cách điện.

Hình 3.45: Tia lửa nhỏ phát sinh

Những vết than nhỏ do cháy nhẹ để lại trên bề mặt lớp cách điện làm giảm tính cách điện của nó, đồng thời khiến cho khu vực đó trở thành dẫn điện.

Hư hỏng vật liệu cách điện dẫn đến việc bề mặt cách điện bị suy giảm, gây ra dòng điện rò tăng lên khoảng vài miliampe trong giai đoạn ẩm ướt Khi chuyển sang giai đoạn khô, dòng điện rò bị ngắt quãng và tạo ra tia lửa điện.

Hình 3.47: Sựtăng lên của dòng rò

Hiện tượng dòng điện rò ngắt quãng gây ra tia lửa, làm cháy bề mặt lớp cách điện và để lại vết than Sự lặp đi lặp lại của hiện tượng này làm suy giảm nghiêm trọng lớp cách điện, dẫn đến việc dòng điện rò ngày càng tăng Khi dòng điện rò đạt tới 15 miliampe, bề mặt lớp cách điện có thể bị cháy thực sự, gây tổn thất nặng nề cho lớp cách điện.

Hình 3.48: Diện tích cháy lan rộng

Theo thời gian, sau các chu kỳ khô và ướt, dòng điện rò rỉ gia tăng, dẫn đến việc lớp cách điện bị tổn hại nghiêm trọng, với nhiều khu vực trên bề mặt đã bị cháy đen.

Khi dòng điện đạt khoảng 300-500mA, các khu vực đã bị cháy thành than có thể phát sinh tia lửa điện, tạo ra nhiệt đủ mạnh để làm cháy vật liệu cách điện Nếu không được xử lý kịp thời, tình trạng này có thể dẫn đến hỏa hoạn nghiêm trọng.

Hình 3.50: Vật liệu bốc cháy

3.4.4.2 Tính ch ấ t c ủ a s ự hình thành đường rò điệ n

Sự hình thành đường rò điện là hiện tượng phổ biến, diễn ra âm thầm và gia tăng dần dần ở những nơi kín đáo Nếu không được xử lý kịp thời, hiện tượng này có thể dẫn đến hỏa hoạn, gây ra nguy hiểm nghiêm trọng.

Hiện tƣợng này phụ thuộc vào:

- Môi trường xung quanh: độẩm ướt, bụi bẩn, sựthay đổi nhiệt độ

- Bản thân chất cách điện

+ Có dễ bị nhiễm ẩm và hút bụi không?

+ Có dễ bị cháy không?

Khi xảy ra cháy, nguyên tố carbon trong cấu trúc hóa học của chất cách điện sẽ chuyển hóa thành dạng rắn (than) bám trên bề mặt hoặc thành dạng khí và bay hơi.

3.4.4.3 Phòng tránh s ự c ố hình thành đường rò điệ n

Có các biện pháp chủ yếu:

Lựa chọn trang thiết bị đạt tiêu chuẩn và lắp đặt đúng kỹ thuật giúp hạn chế dòng điện rò và ngăn chặn sự phát triển của nó, từ đó tránh được các sự cố điện.

- Định kỳ kiểm tra bảo dưỡng, xoá bỏ sựhình thành đường rò điện

TÍNH TOÁN VÀ ĐO ĐIỆ N TR Ở N ỐI ĐẤ T

Tùy theo hiệu quả và nhiệm vụ, người ta chia hệ thống nối đất thành 3 dạng nối đất

Nối đất làm việc là quá trình kết nối một số điểm trong mạng điện, chẳng hạn như điểm trung tính của nguồn, với hệ thống nối đất Điều này nhằm đảm bảo hoạt động bình thường cho mạng và thiết bị điện.

Nối đất an toàn là việc kết nối các bộ phận không mang điện của thiết bị như vỏ máy, khung máy, giá đỡ và chân sứ với hệ thống nối đất Điều này nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi tiếp xúc với các bộ phận này, đặc biệt trong trường hợp cách điện bị hỏng.

Nối đất chống sét là quá trình kết nối thiết bị chống sét với hệ thống nối đất, giúp phân tán dòng điện sét vào lòng đất Điều này đảm bảo an toàn cho công trình, thiết bị và con người khi xảy ra hiện tượng sét đánh.

Nối đất tự nhiên bao gồm các thiết bị như ống dẫn nước chôn ngầm, ống kim loại trong đất và vỏ bọc kim loại của cáp Những yếu tố này chỉ được xem là phương pháp nối đất bổ sung.

Nối đất nhân tạo là phương pháp được áp dụng để duy trì điện trở đất trong giới hạn cho phép và đảm bảo sự ổn định lâu dài Phương pháp này sử dụng các cọc thép hoặc thanh dẹp hình chữ nhật dài từ 2 đến 3 mét, được đóng sâu xuống đất Tiết diện của cọc nối đất cần đạt tối thiểu 48mm² cho các thiết bị có điện áp dưới 1000V.

≥ 100mm 2 với trang thiết bị có U > 1000V

Tùy theo loại đất và giá trị điện trở của hệ thống nối đất mà chúng ta có thể lắp đặt hệ thống nối đất theo các kiểu sau:

Khoảng cách cọc bằng 2 đến 3 lần chiều dài cọc Sử dụng nơi đất ẩm, điện trở suất thấp, xa công trình(ngoại ô…).

Hàng cọc nối đất cách mép tường 1÷1,5m Sử dụng khi phạm vi công trình hẹp (đô thị…) hoặc trang thiết bị có U>1000V, dòng điện chạm đất lớn

Lưu ý khi thi công hệ thống nối đất:

Trước khi lắp đặt cọc nối đất bằng sắt hoặc thép, cần phải làm sạch gỉ sét, không sơn và có thể tráng kẽm hoặc sử dụng cọc thép bọc đồng Đường dây nối đất chính nên được chôn sâu từ 0,5 đến 0,7m ngoài trời, có thể đặt trong rãnh hoặc dọc theo tường bên trong nhà.

Dây nối đất chính và trang thiết bị nối với nhau thông qua bản đồng nối đất Cấm nối trực tiếp trang thiết bị với dây nối đất chính

3.5.3 Cách tính toán trị sốđiện trở nối đất (R nđ )

3.5.3.1 H ệ th ố ng n ối đất đơn giả n

 Cọc nối đất chôn nổi

Chú ý: ρtt: Điện trở suất tính toán của đất

• Nếu điện trở suất của đất đo vào mùa khô (ρđo) thì: ρ tt = ρ đo

• Nếu điện trở suất của đất đo vào mùa mƣa (ρđo) thì: ρ tt = ρ đo K m

L: Chiều dài cọc (m) d: Đường kính cọc (m)

Loại nối đất Dạng cực K m Đất khô Đất ẩm

An toàn & làm việc • Thanh ngang chôn sâu 0,5m

 Cọc chôn dưới đất, cách mặt đất một khoảng h:

 Thanh nằm ngang trên mặt đất

 Thanh nằm ngang chôn cách mặt đất một khoảng h

 Hai cọc nằm ngang chôn dưới đất một khoảng h

 Ba cọc nằm ngang chôn dưới đất một khoảng h

 Bốn cọc nằm ngang chôn dưới đất một khoảng h

 Sáu cọc nằm ngang chôn dưới đất một khoảng h

 Tám cọc nằm ngang chôn dưới đất một khoảng h

 Bản kim loại tròn đường kính D chôn dưới đất một khoảng h

Nếu bản kim loại hình vuông cạnh a thì D = 1,13a

Ta có công thức chung cho dạng thanh nằm ngang

L: Chiều dài của thanh Nếu mạch vòng, lấy bằng chu vi K: Hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất

 Nếu thanh có dạng mạch vòng hình chữ nhật l 1 / l

Trong những khu vực có điện trở suất đất cao và diện tích lắp đặt nối đất hạn chế, hệ thống nối đất có thể sử dụng cọc dài tới 20m hoặc hơn Khi đất có cấu trúc 2 lớp với điện trở suất khác nhau, điện trở của cọc nối đất thẳng đứng sẽ được xác định theo các yếu tố này.

 ρ 1 , ρ 2 : điện trở suất lớp đất trên và dưới (Ωm)

 h: bề dày của lớp đất trên (m)

 L: chiều dài cọc nối đất (m)

 d: đường kính cọc nối đất (m)

Hệ thống nối đất gồm n cọc chôn thẳng đứng:

Hệ thống nối đất gồm thanh (dây) nằm ngang nối các cọc chôn thẳng đứng:

Hệ thống nối đất hỗn hợp gồm các cọc và thanh (dây) kết hợp:

 R C : điện trở một cọc nối đất

 R th :điện trở thanh dây

 η c ,η th : hệ số sử dụng cọc và thanh

 R C Σ , R th Σ : điện trở hệ thống cọc và thanh (dây) nối đất

B ả ng 3.8: Hệ số sử dụng của hệ thống cọc và thanh

Số cọc chôn thẳng đứng

Tỉ số a/l (a: khoảng cách giữa các cọc (m); l: chiều dài cọc (m))

Khi đặt các cọc theo mạch vòng

Hệ thống nối đất bao gồm 5 cọc tròn, mỗi cọc dài 3m và có đường kính 40mm, được lắp đặt dọc theo thanh có đường kính 30mm và chiều dài 12m Toàn bộ hệ thống được chôn sâu 0,5m dưới mặt đất Để tính điện trở nối đất, cần biết điện trở suất của đất vào mùa mưa là ρ đ = 100 Ωm và hệ số Km = 1,3.

Giải: Điện trở của một cọc:

Khi đặt các cọc thành dãy

30.0,5 10 − 3 = 15,8Ω Điện trở của hệ thống cọc

7,28 5.0,7 = 10,65Ω Điện trở của hệ thống thanh:

,8 0,74= 21,35Ω Điện trở của cả hệ thống:

Hệ thống nối đất bao gồm 5 cọc, mỗi cọc dài 3m và đường kính 30mm, cùng với thanh nối đất dạng tròn có đường kính 20mm Hệ thống được chôn sâu 0,5m so với mặt đất Để tính điện trở nối đất của hệ thống, cần biết điện trở suất của đất ρđ o là 100 Ω.m (đo vào mùa mưa) và hệ số Km là 1,3.

Giải: Điện trở của cọc nối đất:

4.0,5 + 3 = 39,3Ω Điện trở của thanh nối đất:

5.0,5 10 − 3 = 8,79Ω Điện trở của hệ thống 5 cọc:

= 47,5 5.0,87 = 10,92Ω Điện trở của hệ thống thanh khi nối với cọc:

Nguy ễ n Cao Trí Trang 115 Điện trở của hệ thống nối đất:

3.5.4 Phương phápđođiện trở nối đất

3.5.4.1 Phương pháp Volt kế & Ampere k ế

Hình 3.51: Đo điện trở bằng Volt kế và Ampere kế

Khoảng cách giữa cọc đất E, cọc dò S và cọc phụ H là 20m

Dùng máy biến áp cách ly cung cấp nguồn điện áp xoay chiều có thểthay đổi giá trị vào 2 đầu cọc E và cọc H Điện trở nối đất cần đo:

I Phương phápnày dùng đểđo điện trở nối đất có giá trị nhỏ

3.5.4.2 Phương pháp máy đo vớ i c ọ c ph ụ và c ọ c dò

Hình 3.52: Đo điện trở bằng máy đo, cọc dò và cọc phụ

3.5.4.3 Phương pháp dùng máy đo không sử d ụ ng c ọ c ph ụ và c ọ c dò

Hình 3.53: Đo điện trở không sử dụng cọc dò và cọc phụ

Hình 3.54: Đo điện trở không sử dụng cọc dò và cọc phụ

1 Cho mạng điện nhƣ hình vẽ, áp nguồn xoay chiều ba pha có Upha = 220V, fPHz , ρđâ ́t = 100Ωm a ) Mạng đƣợc nối vỏ bảo vệ theo sơ đồ gì? Nêu các thiết bị bảo vệ khi chạm vỏ? Nhiệm vụdây PE trong sơ đồ này? b ) Thiết bị 1 bị chạm vỏ, cho Rnđthiếtbị1 Ω; Rnđthiếtbị2 0Ω; RnđHT =4Ω.Vẽ sơ đồ thay thế mạch dòng chạm vỏ c ) Tính dòng chạm vỏ, điện áp tiếp xúc Utx1 ; Utx2 ; Utx3 khi khoảng cách từ chân người 1,2,3 đến các Rnđthiếtbị như hình vẽ Kết luận về an toàn khi Ucp%V

2 Cho mạng điện nhƣ hình vẽ, áp nguồn xoay chiều ba pha có Upha = 220V, fPHz , ρđâ ́t= 100Ωm a) Mạng đƣợc nối vỏ theo sơ đồ an toàn gì ? Thiết bị bảo vệ khi chạm vỏ? Nhiệm vụ dây PE

Nguyễn Cao Trí Trang 118 đề cập đến thiết bị 3 trong sơ đồ bị chạm vỏ pha C Cần vẽ sơ đồ tương đương mạch dòng chạm vỏ để phân tích Tiếp theo, tính toán dòng chạm vỏ và điện áp tiếp xúc Utx1, Utx2, Utx3 là rất quan trọng Cuối cùng, cần rút ra kết luận về an toàn khi điện áp cho phép Ucp%V.

Mạng điện ba pha với điện áp Upha = 220V và tần số f = 50Hz cần được nối vỏ bảo vệ theo sơ đồ phù hợp, sử dụng thiết bị bảo vệ khi có chạm vỏ Điện trở nối đất có nhiệm vụ lặp lại để đảm bảo an toàn điện Đối với thiết bị có ba chạm vỏ pha A, cần vẽ phân bố dòng chạm, sơ đồ thay thế và tính toán dòng điện chạm vỏ, dòng chạy trên dây trung tính và dòng I đất Đồng thời, xác định điện áp tiếp xúc khi người chạm tay vào vỏ thiết bị Utx1, Utx2, Utx3, từ đó rút ra kết luận về an toàn trong ba trường hợp với Ucp = 25 (V) và ρđất = 100Ω.m.

BẢ O V Ệ A N TOÀN KHI ĐIỆ N ÁP CAO XÂM NH Ậ P ĐIỆ N ÁP TH Ấ P

KHÁI NI Ệ M CHUNG

Một số thiết bị điện khi vận hành tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau Ví dụ: Máy biến áp, BU, BI, dụng cụđiện, máy hàn điện, TV, …

Mỗi cấp điện áp đều được thiết kế với lớp cách điện tương ứng Khi lớp cách điện này bị chọc thủng do lão hóa hoặc tác động từ môi trường như độ ẩm cao, điện áp cao có thể xâm nhập vào khu vực điện áp thấp Hệ quả là cách điện ở phía điện áp thấp bị hư hỏng, dẫn đến nguy cơ xuất hiện điện áp cao trên vỏ máy, gây nguy hiểm cho người sử dụng Do đó, cách điện của thiết bị hạ áp không thể chịu được điện áp cao, khiến người tiếp xúc có thể gặp phải điện áp nguy hiểm từ phía cao áp.

Mạng điện phân phối trên không thường có các dây tải điện với hai hoặc ba cấp điện áp song song, chẳng hạn như 15 kV và 0,4 kV Dây trần thường được sử dụng làm nhánh cái trong hệ thống này, giúp tối ưu hóa việc phân phối điện năng.

15 kV bị đứt có thể rơi vắt trên dây 0,4 kV khiến cho thiết bị phía 0,4 kV phải bị chịu áp lên đến 15kV

Hình 4.1: Hai cấp điện áp vận hành song song

Trong máy biến áp, cuộn cao và cuộn hạ thường được quấn trên cùng một lõi từ và cách điện với nhau Cuộn cao được quấn ở phía trong do dòng điện nhỏ hơn, trong khi cuộn hạ nằm ở phía ngoài Khi xảy ra sự cố hỏng cách điện, nguy hiểm nhất là khi đầu pha của cuộn cao tiếp xúc với trung tính của cuộn hạ.

Sự cố chạm từ Ucao sang Uth ấ p có thể gây hư hỏng thiết bị và tiềm ẩn nguy hiểm cho người sử dụng, đặc biệt là tình trạng hỏng cách điện của máy biến áp nguồn cấp cho phía hạ áp.

PHÂN TÍCH NGUY HI Ể M KHI CÓ S Ự XÂM NH ẬP ĐIỆ N ÁP

4.2.1 Mạng hạ áp có trung tính nối đất trực tiếp

Trường hợp này trung tính của mạng hạ áp được nối đất trực tiếp, còn phía cao áp trung tính cách điện đối với đất

Hình 4.2: Sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp mạng hạ áp trung tính nối đất trực tiếp

Khi xảy ra sự xâm nhập điện áp cao vào điện áp thấp, dòng điện sự cố sẽ đi qua điện trở nối đất R0 của máy biến áp và các điện dung CA, CB, CC của mạng cao áp Trong tình huống này, có thể tạm thời bỏ qua các điện dẫn cách điện bên cao áp do chúng rất nhỏ so với điện dẫn của hệ thống nối đất làm việc (g0 = 1/R0).

Nếu coi CA = CB = CC = C thì dòng sự cố có thể tính theo công thức:

I đ = 3ωCU p 1+9ω 2 C 2 R 0 2 Điện áp của trung tính mạng hạ áp:

Up: Điện áp pha của mạng cao áp C: Điện dung các điện của mạng cao áp

R0: Điện trở nối đất làm việc mạng hạ áp ω: Tần số góc của dòng điện

Nếu ωC bé, bảo vệ phía cao áp không cắt nguồn

Khi điện áp U0 tăng cao, người tiếp xúc với vỏ thiết bị có thể gặp nguy hiểm nếu vỏ thiết bị được nối với dây trung tính Sự thay đổi điện áp các pha so với đất sẽ tương ứng với sự biến đổi điện áp tại điểm trung tính.

4.2.2 Mạng hạáp có trung tính cách điện với đất

Hình 4.3: Sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp mạng hạáp trung tính cách điện với đất

Khi tính toán gần đúng, có thể bỏ qua các điện dẫn cách điện bên cao áp và điện dung cách điện bên hạ áp Trong trường hợp này, điện áp tại điểm trung tính của mạng hạ áp gần tương đương với điện áp pha phía cao áp và điện áp giữa điểm trung tính và mặt đất.

Dòng điện chạm đất khép kín I đ là dòng điện đi qua điện dẫn cách điện trong mạng điện hạ áp và điện dung cách điện của mạng cao áp Điện dẫn của cách điện mạng hạ áp gần bằng điện dẫn của các pha nối song song với nhau, được biểu thị bằng công thức ga = gb = gc = 1/R cđ Các điện dung của các pha cũng tương đương nhau, tức là CA = CB = CC = C.

CÁC BI Ệ N PHÁP B Ả O V Ệ

4.3.1 Mạng hạ áp có trung tính nối đất trực tiếp

Mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp ở cả cấp trung và hạ thế, với thiết bị bảo vệ được lắp đặt ở phía cao áp để cắt dòng ngắn mạch một pha sau máy biến áp.

Khi điện áp cao xâm nhập vào điện áp thấp, hiện tượng này dẫn đến chạm đất một pha trong mạng cao áp, buộc hệ thống bảo vệ máy biến áp phải hoạt động để cô lập sự cố Để đảm bảo an toàn, điện trở nối đất trung tính của máy biến áp cần phải nhỏ hơn hoặc bằng 4Ω.

Hình 4.4: Mạng hạ áp trung tính nối đất trực tiếp

Trong trường hợp hệ thống hạ áp có trung tính nối đất trực tiếp và hệ thống cao áp có trung tính cách điện, dòng điện dung chạm đất một pha rất nhỏ có thể không đủ để kích hoạt bảo vệ quá dòng, dẫn đến việc dòng điện chạm đất I đ qua R0 tồn tại lâu Đồng thời, cả bốn dây của mạng hạ áp đều có điện áp đối với đất tăng lên, khiến vỏ thiết bị nối với dây trung tính có điện áp U0 được tính toán.

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và bảo vệ cách điện phía hạ áp trong trường hợp xảy ra tăng điện áp, cần chọn giá trị R0 phù hợp Điều kiện lựa chọn R0 phải đảm bảo rằng cách điện phía hạ áp không bị hư hỏng khi có sự cố điện xảy ra.

Trong thực tế, điện trở R0 được kết nối song song với các điện trở Rl của hệ thống nối đất, nhằm lặp lại dây trung tính hạ áp Việc thực hiện nối đất Rn lặp lại nhiều lần với trị số nhỏ giúp giảm điện áp giữa vỏ và đất (UN ≈ U vỏ - đất) trong sơ đồ TN.

Hình 4.5: Nối đất lặp lại dây trung tính hạ áp

Nguy ễ n Cao Trí Trang 123 Điện áp của trung tính phía hạ áp cũng nhƣ vỏ thiết bị đƣợc nối với dây trung tính sẽ là:

R 0 +R ltđ 𝑥𝐼 đ Trong đó: Rltđ: Điện trởtương đương của nối đất lặp lại

4.3.2 Mạng hạáp có trung tính cách điện với đất

Hình 4.6: Sử dụng màn chắn kim loại giữa cuộn cao và cuộn hạ

Sử dụng màn chắn kim loại giữa cuộn cao Ucao và cuộn hạ Uth ấ p giúp ngăn chặn sự cố hư hỏng cách điện trung - hạ thế, bảo vệ phía hạ thế khỏi điện áp cao Màn chắn này không chỉ ngăn ngừa ngắn mạch xuống đất mà còn làm tăng dòng sự cố đủ để kích hoạt thiết bị bảo vệ trung thế, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Để bảo vệ khỏi sự xâm nhập của điện áp cao vào hệ thống điện áp thấp, chúng ta sử dụng màn chắn kim loại giữa cuộn cao và cuộn hạ Việc này giúp cách điện so với đất và đảm bảo an toàn bằng cách sử dụng cầu chì nổ.

Hình 4.8: Sử dụng cầu chì nổ

Cầu chì nổ có lớp mi-ca cách điện và bình thường nó ngăn cách trung tính cuộn thứ cấp của máy biến áp với đất

Khi điện áp cao xâm nhập vào phía điện áp thấp, khoảng cách không khí giữa các lớp mi-ca sẽ bị chọc thủng Dòng sự cố sẽ tạo ra mạch khép kín qua R0 ở phía hạ áp và các điện dung cách điện phía cao áp, hoặc qua trung tính cao áp nếu trung tính này được nối đất, tương tự như trường hợp mạng hạ áp có trung tính nối đất.

Biện pháp để đảm bảo an toàn cho cách điện của cuộn dây hạ áp và người tiếp xúc đó là:

- Nếu trung tính cao áp nối đất, bảo vệ máy biến áp cắt nhanh máy biến áp để loại trừ sự cố Điện trở R0 bên hạáp ≤ 4Ω.

- Nếu trung tính cao áp cách điện, chọn trị số R0 theo biểu thức như trường hợp trung tính hạ áp nối đất:

Máy biến áp cao áp công suất lớn nên sử dụng cầu chì nổ để bảo vệ hiệu quả, bên cạnh đó cần kết hợp với các biện pháp bảo vệ khác như bảo vệ hơi và bảo vệ so lệch ngang Đối với máy biến áp có điện áp phía cao áp dưới 3kV, cầu chì nổ có thể không phát huy tác dụng do lớp mi-ca không bị đánh thủng Trong trường hợp này, giải pháp tối ưu là thực hiện nối đất trung tính hạ áp.

Cầu chì nổ phải đƣợc kiểm tra 3 tháng một lần, không để bụi bám vào khe hở của cầu chì gây tác động nhầm

Hiện nay, cùng với sự tiến bộ của công nghệ thay vì sử dụng khe hở có thể sử dụng điện trở phi tuyến MOV (Metal Oxyde Varistor)

4.3.3 Biện pháp bảo vệ cho máy biến áp có điện áp thứ cấp U ≤ 1000V

Đối với máy biến áp có điện áp cao dưới 1000V (U ≤ 1000V) và điện áp thấp dưới 100V (U ≤ 100V), việc sử dụng khe hở phóng điện để chống xâm nhập điện áp cao không còn hiệu quả Để bảo vệ khỏi sự xâm nhập của điện áp cao, biện pháp thường được áp dụng là nối một đầu ra của cuộn thứ cấp của máy biến áp vào điện cực nối đất hoặc vào dây trung tính, nếu sử dụng bảo vệ nối dây trung tính.

Hình 4.9: Nối đầu ra cuộn thứ cấp MBA vào điện cực nối đất

Nếu xảy ra nối điện giữa cuộn dây cao áp và hạáp thì điện áp rơi trên điện cực nối đất đƣợc xác định theo biểu thức:

Sự xâm nhập điện áp cao khi cuộn thứ cấp nối đất Người chạm vào cuộn dây thứ cấp sẽ bị tác dụng của điện áp tiếp xúc

Điện áp U2 của cuộn dây thứ cấp MBA thay đổi tùy thuộc vào cách tiếp xúc, chiều quấn dây và tác dụng khử từ của dòng điện Iđ Để đảm bảo an toàn, thường tiến hành tính toán dựa trên các trường hợp cụ thể.

U2 = U2 đm Điều kiện an toàn:

U 2đm là điện áp thứ cấp định mức

Utxcp là điện áp tiếp xúc cho phép

Với máy biến dòng, cuộn thứ cấp xem nhƣ nối tắt và U 2đm = 0

Khi kết nối một đầu ra của cuộn thứ cấp với dây trung tính, cần lưu ý đến khả năng xảy ra sự cố nối điện giữa cuộn dây cao áp và hạ áp Trong trường hợp này, thiết bị điện bảo vệ sẽ hoạt động để đảm bảo an toàn cho các máy biến áp.

Hình 4.10: Sơ đồ nối dây trung trính với cuộn dây thứ cấp của máy biến áp

Muốn vậy phải đảm bảo điều kiện:

INlà dòng điện ngắn mạch giữa cuộn dây cao và hạ áp;

Icclà dòng điện định mức của cầu chì bảo vệ;

Rph là điện trở dây pha;

Rk là điện trở dây trung tính;

X là điện kháng đường dây;

RB , XB lần lƣợt là điện trở và điện kháng của cuộn dây máy biến áp lúc ngắn mạch

Trị số R B và X B biến đổi theo điểm ngắn mạch, vì vậy nếu điều kiện không được thỏa mãn, việc bảo vệ nối dây trung tính vẫn mang lại lợi ích cho các máy biến áp.

U 2đm > U txcp , khi đảm bảo các điều kiện:

ZN: Tổng trở của dây trung tính

R đt : Điện trở đẳng trị của điện trở làm việc R0 và các điện trở còn lại mắc song song

Rl: Điện trở nối đất lặp lại của đường dây cung cấp cho thiết bị có cách điện bị hỏng

Trong mạng điện, nhiều thiết bị được kết nối với dây trung tính Nếu vỏ của một thiết bị điện bị chọc thủng cách điện, điện áp của dây trung tính nối với đất sẽ bị ảnh hưởng.

R đt + R l là một phần quan trọng trong hệ thống điện Ngoài ra, việc áp dụng biện pháp nối đất hoặc nối dây trung tính thông qua "cuộn dây chắn" giữa hai cuộn dây cao áp và hạ áp của máy biến áp cũng rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

Hình 4.11: Biện pháp dùng cuộn dây chắn

ĐỀ PHÒNG TĨNH ĐIỆ N

S Ự HÌNH THÀNH TĨNH ĐIỆ N

Tĩnh điện là điện tích đứng yên, hình thành từ sự mất cân bằng trong cấu trúc phân tử của vật liệu cách điện như nhựa và giấy, cũng như các vật dẫn điện như nhôm, sắt, và thép Để hiểu rõ hơn về tĩnh điện, cần phân tích bản chất của hiện tượng này.

Nguyên tử thường có số proton và electron bằng nhau, do đó chúng trung hòa về điện Khi hai vật liệu cọ sát, electron sẽ di chuyển giữa các nguyên tử, khiến nguyên tử nhận thêm electron mang điện tích âm, trong khi nguyên tử mất electron sẽ mang điện tích dương Hiện tượng tĩnh điện xảy ra khi hai vật thể có điện tích khác nhau; chúng sẽ hút nhau, còn khi có cùng điện tích, chúng sẽ đẩy nhau.

Hình 5.1: Sự di chuyển của các electron

Điện tích chủ yếu hình thành khi hai vật thể khác loại cọ sát nhau, bên cạnh đó, nó cũng có thể được tạo ra từ quá trình nén hoặc phân rã Ma sát giữa các vật thể làm tăng nhiệt độ và kích thích chuyển động của các phân tử trong chất.

Hiện tượng sét là một dạng phóng điện tĩnh điện, với lượng tĩnh điện phát ra phụ thuộc vào vật liệu bị ma sát, mức độ ma sát và độ ẩm môi trường Trong số các vật liệu, chất dẻo thường tạo ra điện tích tĩnh lớn nhất.

Trong điều kiện độ ẩm thấp, như không khí khô vào mùa đông, sự hấp thu điện tích tĩnh phát triển nhanh chóng Ngược lại, khi không khí có độ ẩm cao, nước trong không khí giúp các electron rò rỉ nhanh, làm giảm hiện tượng tích điện so với trong không khí khô.

Tĩnh điện (electrostatics) hình thành từ sự ma sát giữa các vật cách điện hoặc giữa vật cách điện và vật dẫn điện Ngoài ra, hiện tượng này cũng xảy ra khi các chất lỏng cách điện va đập hoặc chảy vào kim loại.

- Tĩnh điện còn tạo ra ở trên các hạt nhỏ rắn cách điện trong quá trình nghiền nát

Sự xuất hiện của điện tích tĩnh điện xảy ra do quá trình phức tạp liên quan đến sự phân bố lại các điện tử và ion khi hai vật thể khác nhau tiếp xúc với nhau.

- Tĩnh điện còn xuất hiện do hiện tƣợng cảm ứng tĩnh điện.

CÁC TÍNH CH Ấ T

Theo giả thuyết nhiễm điện tiếp xúc, quá trình ma sát giữa các vật chất dẫn đến sự không cân bằng lực nguyên tử và phân tử tại bề mặt tiếp xúc, tạo ra một lớp điện tích kép với hai dấu hiệu trái ngược nhau.

Khoảng cách giữa các lớp điện tích bằng một vài lần đường kính phân tử, còn điện áp tiếp xúc bằng một vài mili Volt

Những bề mặt này có các điện tích tĩnh điện trái dấu, ta coi chúng nhƣ là tụ điện có điện tích Q đƣợc xác dinh bằng công thức:

U – Hiệu điện thếởtrên các mặt tụđiện (Volt)

𝜀0 - Hằng sốđiện môi chân không d

𝜀𝑟 - Hằng sốđiện môi không khí, môi trường ma sát

Diện tích bản cực (cm²) và khoảng cách giữa hai bản cực là hai yếu tố quan trọng trong điện dung Khi các bề mặt mang điện tiếp xúc, điện dung đạt giá trị tối đa trong khi thế hiệu rất nhỏ Khi Q = const và đủ lớn, việc tăng khoảng cách giữa các bề mặt mang điện sẽ làm giảm dung tích C và tăng thế hiệu Chẳng hạn, nếu khoảng cách giữa các tấm nạp điện tích là 10^-5 cm với điện áp 10V, khi khoảng cách tăng lên 10^-2 cm, điện dung sẽ giảm 1000 lần và điện áp tăng lên 1000V Tiếp tục tăng khoảng cách đến 1cm có thể làm tăng hiệu điện thế lên vài ngàn volts Tuy nhiên, khả năng tăng thế hiệu bị giới hạn bởi cường độ điện trường chọc thủng của môi trường giữa các điện tích trái dấu, như không khí với giới hạn khoảng 30kV/cm Khi điện trường đạt trị số chọc thủng, hiện tượng phóng điện giữa các tấm nạp điện sẽ xảy ra, tạo ra tia lửa điện.

Thế hiệu cao chỉ đạt được khi vật dẫn có khả năng cách điện tốt Nếu cách điện không đủ, điện tích sẽ rò rỉ xuống đất do cảm ứng điện từ, dẫn đến việc không thu được thế hiệu cao Từ đó, có thể thấy rõ tầm quan trọng của việc phòng ngừa tĩnh điện.

Khả năng nhiễm điện hiệu quả cao phụ thuộc vào tính dẫn điện của vật liệu, thành phần hóa học của nó và các yếu tố khác Điện trở riêng của vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng này.

Nguy ễ n Cao Trí Trang 130 của vật chất 𝜌 ≥ 10 6 Ω thì khảnăng nhiễm điện ở thế hiệu cao sẽ nguy hiểm do có thể gây phóng tia lửa điện qua không khí

Sự phóng tia lửa điện rất nguy hiểm vì nó có thể gây ra hỏa hoạn khi năng lượng tỏa ra từ tia lửa điện vượt quá mức năng lượng tối thiểu cần thiết để làm bốc cháy môi trường xung quanh.

Năng lượng tối thiểu gây cháy cho các hỗn hợp hơi, khí và bụi trong giới hạn nổ của chúng có sự biến đổi lớn, dao động từ 0.10 đến 100 J/m³ và có thể cao hơn.

Năng lƣợng phóng tia lửa điện xác định theo công thức :

C - Điện dung (Farad) U- Điện áp giữa các bản cực (Volt) Trong các điều kiện sản xuất , điện tích tĩnh điện phát sinh và tích lũy khi:

• Vận chuyển các chất lỏng không dẫn điện ở trong thùng chứa không đƣợc tiếp đất và ở trong các đường ống làm cách li với đất

• Các chất khí, trong đó có chứa bụi hoặc chất lỏng ở dạng sương mù ,bị nén hoặc đốt nóng xì ra khỏi ống làm cách li với đất

• Vận chuyển hỗn hợp bụi không khí bằng đường ống (vận chuyển khói thải của các nhà máy…)

Đai truyền động tạo ra ma sát với trục và các quá trình khác, khiến hiệu điện thế có thể đạt từ 20-50kV Đặc biệt, khi đai truyền chạy với vận tốc 1m/s, hiệu điện thế có thể lên tới 80kV.

Việc tích điện áp lớn, đặc biệt là khi thế hiệu đạt 3kV, có thể gây ra tia lửa điện, dẫn đến nguy cơ cháy nổ với hầu hết các loại khí dễ cháy Khi thế hiệu tăng lên 5kV, nguy cơ này còn mở rộng ra nhiều loại bụi dễ cháy khác.

Sự nhiễm điện của vật tăng lên khi điện tích gia tăng, đặc biệt cần lưu ý đến các hạt cứng và lỏng nhỏ như bụi và khói Các hạt này có thể tích điện khi va chạm nhiều lần hoặc ma sát với không khí và bề mặt ống dẫn Khi có phóng tia lửa điện, những hạt nhỏ này có thể bốc cháy và gây nổ Điện tích tĩnh điện cũng có thể tích lũy trên cơ thể con người nếu cách ly với đất bằng vật liệu không dẫn điện Những điện tích này phát sinh khi công nhân mặc quần áo bằng len, tơ, hoặc sợi nhân tạo di chuyển trên sàn không dẫn điện và thao tác với chất dẫn điện Đã ghi nhận nhiều vụ nổ trong các phòng có sàn cao su hoặc chất dẻo do tia lửa điện từ cơ thể con người gây ra.

Tác dụng sinh học của tĩnh điện lên người

Phóng điện có thể không nguy hiểm do cường độ dòng điện rất nhỏ, chỉ khoảng vài microampe, nhưng vẫn có thể gây ra sự sợ hãi dẫn đến tai nạn như ngã từ trên cao Tuy nhiên, việc bị phóng điện nhiều lần có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, đặc biệt là hệ thần kinh, và có thể gây ra một số bệnh.

Nhiều hoạt động hàng ngày có thể dẫn đến sự tích tụ điện tích trên cơ thể con người, chẳng hạn như khi một người bước ra khỏi xe hơi và có thể bị điện giật khi đóng cửa Tĩnh điện tích tụ giữa cơ thể và chỗ ngồi trên xe trong suốt thời gian ngồi, và khi đứng dậy, điện tích này có thể đủ lớn để gây ra hiện tượng điện giật.

Tĩnh điện có thể tạo ra điện áp cao lên đến vài ngàn Volt nếu không có đường dẫn xả điện tích Khi người chạm vào cửa xe, điện áp cao dẫn đến phóng điện và xả điện từ người vào xe Để tránh bị điện giật do hiện tượng phóng điện, người nên chạm tay vào khung kim loại ở cửa xe trước khi rời khỏi chỗ ngồi, giúp xả điện tích từ từ.

Khi một người đi trên sàn thảm khô, cơ thể họ có thể tạo ra điện thế lên đến vài ngàn Volt Khi ngón tay gần chạm vào tay nắm cửa, điện áp này được phóng qua không khí, tạo ra một dòng hổ quang điện xuyên qua lớp cách điện của không khí.

Bảng 5.1 trình bày các hoạt động thường gặp của con người dẫn đến hiện tượng tĩnh điện, với điện áp tương ứng thay đổi theo các mức độ ẩm không khí khác nhau.

B ả ng 5.1: Những hoạt động hằng ngày của con người phát sinh điện áp tĩnh điện

Cách thức phát sinh ra tĩnh điện Điện áp tĩnh điện (kV) Độẩm

Người đi nhanh qua tấm thảm

Người đi nhanh qua nơi có sàn bằng nhựa vinyl

Công nhân ngồi trên ghế Đồ gốm ngâm trong ống bằng nhựa Đồ gốm ngâm trong Styrofoam

Mạch đóng gói khi các bọt nhựa đƣợc loại bỏ

5.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU THEO KHẢNĂNG TÍCH ĐIỆN

Khi hai vật liệu khác nhau cọ xát, một vật sẽ được nạp điện tích dương trong khi vật kia sẽ nạp điện tích âm Các nhà khoa học đã phân loại các vật chất dựa trên khả năng giữ hoặc phóng Electron, và sắp xếp chúng thành một bảng.

Nguy ễ n Cao Trí Trang 132 bản phân loại vật liệu theo khả năng tích điện (bảng 5.2 cho với một số loại vật liệu thông thường)

CÁC ĐỊ NH LU ẬT CƠ BẢ N C ỦA ĐIỆN TÍCH TĨNH ĐIỆ N

Hiện tượng tĩnh điện đã được nghiên cứu trong hàng trăm năm qua, với sự đóng góp của nhiều nhà khoa học nổi tiếng như Ampère, Priestley, Franklin, Faraday, Volta và Coulomb.

Năm 1785, Charles Coulomb đã thực hiện nhiều thí nghiệm sử dụng thanh xoắn mỏng do ông phát minh, nhằm xác định lực tương tác giữa hai vật mang điện tích nhỏ trong chân không hoặc không khí Ông phát hiện rằng lực này tỷ lệ thuận với điện tích của mỗi vật và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

𝑞1 và 𝑞2là độ lớn điện tích âm hoặc dương r: là khoảng cách giữa hai vật mang điện tích k: là hằng số cân bằng

Nếu sử dụng trong hệ đơn vị quốc tế (SI) thì đơn vị của các thông số trong trên là q(C), r(m), F(N), hằng số k đƣợc tính là:

Hằng số điện môi chân không, ký hiệu là ε0, có giá trị là 8,854 x 10^-12 F/m Lực tương tác giữa hai điện tích sẽ đẩy nhau nếu chúng có cùng dấu và hút nhau nếu chúng mang điện tích trái dấu.

Lực tương tác F là một đại lượng vector, bao gồm cả biên độ và hướng Phương trình tương tác lực có thể được diễn đạt dưới dạng vector, và khi thay thế giá trị k vào phương trình này, ta nhận được những kết quả chính xác hơn.

F = k.q 1 q 2 r 2 u r Đây là phương trình vector tổng quát của định luật Coulomb trong hệ đơn vị chuẩn SI, trong đó, ur là vector đơn vị của lực tương tác F.

V Ậ T CH ẤT VÀ TĨNH ĐIỆ N

Kim loại như đồng và bạc có một electron ở lớp vỏ nguyên tử ngoài cùng, cho phép electron này dễ dàng thoát ra và di chuyển giữa các nguyên tử khác nhau.

Nguyễn Cao Trí Trang 134 mô tả về sự tác động của trường tĩnh điện lên vật liệu Các vật liệu cho phép electron di chuyển được gọi là vật dẫn điện, trong đó bạc và đồng là những vật dẫn tốt với điện trở rất nhỏ Một số vật dẫn hiệu quả có 2 electron ở lớp ngoài cùng, trong khi một số ít như nhôm có 3 electron ở lớp ngoài cùng Các electron ở lớp ngoài cùng của những vật dẫn này thường rất lỏng lẻo và có khả năng di chuyển nhanh chóng từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Electron tự do trong dây dẫn cho phép toàn bộ dây có cùng hiệu điện thế và phân cực Ngược lại, trong các chất điện môi, electron bị giữ chặt gần hạt nhân nguyên tử, làm cho việc tách ra trở nên khó khăn Trường tĩnh điện có thể tạo ra cực tính trong vật cách điện, mặc dù không gây nạp điện như ở vật dẫn Việc nạp điện cho vật cách điện được gọi là nạp cực tính, cho phép chúng lưu trữ điện tích với các dạng cực tính và điện áp khác nhau Điều này giải thích hiện tượng một số vùng của vật chất hút nhau trong khi những vùng khác đẩy nhau Khi nối vật cách điện với đất, không có dòng chuyển dịch electron như ở vật dẫn, dẫn đến khái niệm điện tích tĩnh trung tính trên vật cách điện.

Tính chất điện của vật liệu, bao gồm điện trở suất và khả năng xả điện, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật Việc đo đạc các tính chất này cần tuân theo các tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế để đảm bảo độ chính xác và tính nhất quán.

HI ỆN TƢỢNG PHÓNG ĐIỆN TÍCH TĨNH ĐIỆ N

Sự phóng điện tích tĩnh điện là hiện tượng di chuyển điện tích giữa hai vật có hiệu điện thế khác nhau Hiện tượng này xảy ra khi điện tích tĩnh được tích lũy trên một vật thể không dẫn điện và sau đó có một đường dẫn truyền xuống đất.

Tích tụ điện tích xảy ra khi các vật liệu nhân tạo như nylon ma sát với vật cách điện, tạo ra hiện tượng điện tĩnh Hiện tượng này thường diễn ra hàng ngày trong các văn phòng và gia đình, đặc biệt là khi có tấm thảm dệt nhân tạo trong không gian sống.

Khi một người bước qua một căn phòng trải thảm, họ sẽ được nạp điện do sự chuyển dịch của các ion từ thớ thảm Mức độ nạp điện này phụ thuộc vào độ ẩm trong không khí, và hiện tượng phóng điện sẽ xảy ra khi người đó chạm vào bề mặt có điện thế thấp hơn.

Hiện tượng phóng điện qua bàn phím máy vi tính có thể tạo ra điện áp hàng ngàn volt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các thiết bị nhạy cảm trong máy Phóng điện này có khả năng trực tiếp hoặc gián tiếp gây hại cho các thiết bị bán dẫn và hệ thống điện tử.

Hiện tượng phóng điện ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống điện tử Dù đã có nhiều nỗ lực trong nhiều năm để khắc phục vấn đề này, hiện tượng phóng điện vẫn là một thách thức lớn trong ngành công nghiệp điện tử.

Nguyễn Cao Trí Trang 135 ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm, chi phí sản xuất, chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm, cũng như lợi nhuận của nhà sản xuất.

Trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và thương mại, hiện tượng tĩnh điện không chỉ mang lại những lợi ích đáng kể mà còn có thể gây ra những thiệt hại nghiêm trọng.

Phóng điện đã dẫn đến nhiều phát minh hữu ích như máy photocopy và máy gây tê, tuy nhiên, nó cũng tiềm ẩn nhiều nguy hiểm Hiện tượng phóng điện không chỉ làm giảm chất lượng sản phẩm và phá hủy thiết bị, mà còn có thể gây ra cháy nổ, dẫn đến thương tích hoặc thậm chí tử vong Dự đoán cho thấy, mức năng lượng mất mát trung bình trong thiết bị sản xuất dao động từ 16% đến 22%, trong khi người sử dụng có thể chịu tổn thất từ 27% đến 33%.

NH Ữ NG S Ự C Ố DO ĐIỆN TÍCH TĨNH ĐIỆ N

Điện tích tĩnh điện là một nguyên nhân chính gây rủi ro cao trong các ngành công nghiệp, dẫn đến nhiều sự cố tiêu tốn hàng triệu đô la mỗi năm Tại Châu Âu và Mỹ, các sự cố phóng điện do tĩnh điện xảy ra rất thường xuyên, gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất.

5.7.1 Những vấn đề liên quan đến chất lƣợng sản phẩm và làm giảm tốc độ sản xuất

Tĩnh điện trên bề mặt vật thể khi đạt khoảng 3000 volt sẽ tạo ra từ trường tĩnh điện, gây ra sự phân cực cho các vật thể trong trường Sự phân cực này tạo ra lực hút Culon đủ mạnh để kéo các vật thể vào bề mặt của vật mang tĩnh điện.

Hiện tượng hút bụi có tác động tiêu cực đến chất lượng các quy trình sản xuất yêu cầu bề mặt sạch sẽ, bao gồm in ấn, lắp đặt, đóng gói thực phẩm và dược phẩm, cũng như các quy trình tráng phủ, sơn, xi mạ và sản xuất điện tử.

Bởi vậy, trong sản xuất chúng ta thường gặp phải các vấn đề khó chịu:

Màng film, chai lọ bịbám dính bụi, tích điện làm giảm chất lƣợng sản phẩm. Các bao bì làm ra không thể xếp ngay hàng

Tĩnh điện cao gây ra tia lửa điện dẫn đến cháy nổ Hỏa hoạn từ những nơi dễ cháy nhƣ dung môi in.

Mực in bị lem ( vết chân chim, kéo râu…).

Công nhân bị điện giật gây tai nạn lao động.

Phế phẩm tăng do người công nhân không muốn lại gần màng film…

Quy trình đóng rót bị hút bụi, miệng túi bị hở.

Các sản phẩm nằm không đúng vị trí vì đẩy nhau do nhiễm tĩnh điện gây phế phẩm.

Kẹt màng vào các trục cuốn của máy có thể xảy ra khi điện tích tĩnh trên các máng tự động cho gia súc ăn hoặc trong trường hợp cho ăn bằng tay Tình trạng này có thể dẫn đến sự phân chia hoặc tách rời một máng khỏi các máng kế cận.

Điện tích tĩnh phát ra trường tĩnh điện tương tự như nam châm, có khả năng đẩy các vật có cùng điện tích và hút các vật có điện tích trái dấu hoặc trung hòa Hiện tượng này giải thích lực hấp dẫn giữa các vật liệu tích điện, cũng như ảnh hưởng của chúng đến hệ thống máy móc hoặc trục lăn, dẫn đến việc hãm động cơ Do đó, trong nhiều trường hợp, động cơ cần phải hoạt động ở tốc độ thấp để tránh các sự cố liên quan đến tĩnh điện.

Nhiều sản phẩm, đặc biệt là các loại chất dẻo, dễ dàng bám bụi và tích tụ điện tích tĩnh lớn trên bề mặt Những điện tích này có khả năng hấp thụ bụi bẩn trong không khí, ngay cả khi cách chúng chỉ 1m, và giữ chặt bụi bẩn trên bề mặt Điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm trong các hoạt động như in ấn hay đúc.

5.7.3 Gây tổn thương cho người

Khi tiếp xúc với các vật liệu tích điện cao, con người có thể bị điện giật, gây tổn thương trực tiếp hoặc gián tiếp Một số người nhạy cảm hơn với điện do tính chất cách điện của giày dép họ đang mang.

Một ví dụtrường hợp điện giật trực tiếp là khi một người bước ra khỏi chỗ ngồi trong xe ô tô và sau đó chạm tay vào cửa xe

Công nhân có nguy cơ bị điện giật tại điểm phân phối cuối của băng chuyền sấy khô khi nhiệt độ của dây đai thay đổi đột ngột, dẫn đến việc nó trở thành vật tích điện cao Sự tiếp xúc của người vận hành với các bộ phận máy móc trong tình huống này có thể gây ra tai nạn nghiêm trọng.

Những người buôn bán chứng khoáng cũng thường bị sốc điện khi họ kéo các cuộn phim hay khi tách các tấm thẻ tín dụng

5.7.4 Các hiện tƣợng cháy nổ Điện tích tĩnh điện thường tìm thấy trên các vật liệu không dẫn điện hay có điện trở suất cao ngăn cản sự chuyển động của điện tích Có hai trạng thái mà điện tích tĩnh có thể chuyển động nhanh chóng và rất nguy hiểm đối với môi trường dễ cháy nổ

Trạng thái đầu tiên xảy ra khi một vật tích điện tĩnh điện cho đến khi điện trường vượt qua ngưỡng phóng điện của không khí, dẫn đến sự xuất hiện của tia lửa điện Trong trạng thái thứ hai, điện tích trên một dây dẫn điện có vỏ cách điện dễ dàng di chuyển và sẽ phát ra tia lửa khi gần mặt đất ngay từ lần phát điện đầu tiên.

5.7.5 Tác hại đối với kỹ thuật in Điện tích tĩnh điện đƣợc ứng dụng trong chỉnh sửa ảnh Sau khi chổi lăn đƣợc chà lên hình ảnh nhiều lần, sự ma sát gây ra một điện tích để tạo nên mạng Polyester Màn ảnh thường mang điện tích âm được áp đặt lên một nền bằng nhựa cũng mang

Nguyễn Cao Trí Trang 137 cho biết rằng trong suốt chu kỳ in, điện tích âm có thể gây ra hiện tượng hai vật tích điện cùng dấu đẩy nhau Điều này dẫn đến việc mực in bắn lung tung và tạo ra lỗi trên hình ảnh.

NH Ữ NG M Ố I NGUY HI Ể M C ỦA TĨNH ĐIỆ N TRONG CÔNG

Điện năng đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các quy trình công nghiệp và hoạt động hàng ngày Trong quá trình xử lý, sự tích lũy điện tích tĩnh trên các bộ phận sản phẩm có thể tạo ra điện thế lên tới hàng chục ngàn kV Do đó, hiện tượng phóng điện có thể xảy ra, gây hư hỏng cho thiết bị một phần hoặc toàn bộ.

Nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là dầu mỏ và hóa chất, rất nhạy cảm với hiện tượng phóng điện, ngay cả với mức điện áp chỉ vài trăm Volt Các lĩnh vực khác như dệt may, phân bón, giấy, cao su, sản xuất bột mì, vận chuyển thóc lúa và bệnh viện cũng chịu thiệt hại do phóng điện, dẫn đến giảm độ chính xác trong đo lường và mức độ cho phép khi tích tụ điện tích.

Nhiều hoạt động hàng ngày có thể tạo ra điện thế tĩnh lên đến 30 V trên cơ thể con người khi di chuyển trên sàn nhà Điện áp này phụ thuộc vào loại vật liệu của sàn, chẳng hạn như thảm hay nhựa vinyl, cũng như loại giày và vớ mà người sử dụng đang mang Đặc biệt, với sàn bằng vật liệu vinyl, điện áp có thể đạt đến vài kV.

Với sự phát triển của công nghệ điện tử, thiết bị ngày càng nhỏ gọn, dẫn đến khoảng cách cách điện giảm và mạch điện trở nên ngắn hơn, làm tăng khả năng phóng điện Hiện tượng này có thể gây hư hại cho linh kiện điện tử khi điện áp tối thiểu đạt 20V, mặc dù không phải lúc nào cũng xảy ra nhưng vẫn ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị Các vật dụng tại nơi làm việc như máy pha cà phê, chất liệu sàn, thùng rác và quần áo cũng có thể phát ra tĩnh điện Nếu không có biện pháp chống tĩnh điện, công nhân có thể vô tình làm hỏng thiết bị điện tử mà không hề hay biết.

B ả ng 5.3: Mức giới hạn điện áp của các loại linh kiện điện tử

Loại thiết bị Tầm nhạy cảm phóng điện

Các hoạt động của con người gây hư hỏng các bộ phận điện là một vấn đề quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử Những phát minh trong thiết kế IC đã tạo ra mạch điện dày đặc hơn và đa chức năng hơn, làm tăng độ nhạy cảm với phóng điện Bảng 5.3 cung cấp thông tin về khả năng chịu đựng của một số loại linh kiện.

Để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện, điện thế tĩnh điện cần được duy trì dưới 100V nhằm ngăn chặn sự cố điện Bảo vệ tĩnh điện cơ bản bao gồm việc phòng ngừa các khu vực dễ phát sinh điện tích và nhanh chóng loại bỏ điện tích tồn tại.

Phá hủy thiết bị điện có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng, bao gồm tổn thất trực tiếp và tiềm ẩn Tổn thất trực tiếp xảy ra khi các bộ phận bị hư hỏng vĩnh viễn, thường do phóng điện tĩnh điện, và thường được phát hiện trong quá trình kiểm tra.

Phá hủy tiềm ẩn có thể xảy ra do phóng điện yếu từ thiết bị, mặc dù chúng vẫn hoạt động tốt trong quá trình kiểm tra Theo thời gian, những thiết bị này làm suy yếu hệ thống và có thể dẫn đến hư hỏng toàn bộ, gây ra chi phí sửa chữa cao Những sự cố này thường xuất hiện sau khi sản phẩm đã được kiểm tra lần cuối hoặc đã đến tay người tiêu dùng, làm cho việc phát hiện rất khó khăn Hơn nữa, kiểu hư hỏng này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến danh tiếng của sản phẩm và công ty.

Một hỏng hóc khác khi phóng điện là việc tạo ra dòng điện không đủ, dẫn đến thiệt hại toàn bộ Khi sử dụng, điều này có thể gây ra mất mát từng phần mềm hoặc lưu trữ thông tin sai lệch.

Thóc gạo và lúa mì được vận chuyển qua ống hoặc dây chuyền băng tải, trong đó, sự chuyển động của gạo trong ống tạo ra ma sát và tích điện tĩnh Khi gạo di chuyển, nó tích tụ năng lượng điện, phụ thuộc vào tốc độ, diện tích bề mặt và sự rò rỉ điện Nếu điện tích vượt quá ngưỡng điện thế phóng điện tại nhiệt độ nhất định, tia lửa điện có thể hình thành, dẫn đến nguy cơ cháy nổ trong hệ thống băng tải và gây tai nạn cho người vận hành Việc đánh giá trường tĩnh điện trong các hệ thống này là khó khăn, trừ khi biết tỷ trọng điện bề mặt (ρs) khoảng 10 µC/m², với giới hạn tỷ trọng điện bề mặt không khí là 25 µC/m² Tuy nhiên, điện thế và trường tĩnh điện trong ống có thể được xác định theo một phương trình cụ thể.

V và E - điện thế và điện trường ứng với khoảng cách x ρ0- mức độdày đặc của ống x – khoảng cách tính từ tâm ống r - bán kính của ống;

𝜀- hằng sốđiện môi truyền trong ống a - tiết diện ống dẫn

Theo Crowley (1986), trong quá trình vận chuyển ngũ cốc, điện thế có thể đạt đến vài MV Tuy nhiên, giá trị này có thể giảm đáng kể do điện tích rò rỉ từ hạt gạo xuống đất qua các ống dẫn, dẫn đến điện áp giảm xuống mức thấp hơn nhiều.

Băng chuyền dây đai thường được sử dụng trong ngành công nghiệp xay xát, như nâng lúa gạo và nghiền ngũ cốc Trong môi trường này, không khí bị ô nhiễm bởi bụi bẩn, dễ gây ra phóng điện tĩnh Phóng điện có thể xuất phát từ hai nguồn: ma sát giữa dây đai và hạt gạo, và sự di chuyển của công nhân gây ra tĩnh điện khi tiếp xúc với sàn Khi điện tích trên người công nhân đủ lớn, có thể tạo ra tia lửa điện khi chạm vào kim loại Ngoài ra, tĩnh điện còn làm tích lũy điện tích trên người do bụi bẩn, vì vậy việc vệ sinh thường xuyên là rất cần thiết.

5.11.3Ngành công nghiệp xăng dầu

Sự hình thành diện tích tĩnh điện trong ngành công nghiệp xăng dầu là vấn đề quan trọng cần được chú ý, vì nếu hệ thống phát ra tia lửa điện, sẽ gây ra hỏa hoạn và thiệt hại nghiêm trọng cho tài sản và con người Hiện tượng phóng điện tĩnh điện xảy ra khi các hạt mang điện tích tích lũy trên bề mặt của hai vật liệu kết nối và bất ngờ tách rời Mức năng lượng phóng điện phụ thuộc vào lượng hạt điện tích tích lũy, tính chất của hai loại vật liệu, độ ẩm và diện tích bề mặt của các vật liệu liên kết.

Trong ngành công nghiệp xăng dầu, môi trường xung quanh thường chứa hơi và gas dễ cháy Khi năng lượng từ tia lửa vượt qua ngưỡng đánh lửa của các chất này, hiện tượng đánh tia lửa sẽ xảy ra Năng lượng cần thiết để kích hoạt sự cháy được tính toán dựa trên các yếu tố cụ thể.

C - điện dung giữa các vật thể tính bằng F

Năng lượng đánh lửa tối thiểu của các chất cháy phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm trong không khí, độ dài tia lửa điện và hình dạng của cực phát tia lửa Chẳng hạn, năng lượng đánh lửa tối thiểu của Benzen và khí tự nhiên khoảng vài mJ.

NH Ữ NG M Ố I NGUY HI Ể M T Ừ THI Ế T B Ị ĐIỆ N VÀ M ẠNG ĐIỆ N 144

Các hệ thống máy móc gồm nhiều thiết bị lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, nhiều phần tử trong các thiết bị đó là nguồn phát tĩnh điện.

Sau đây, chúng ta xét hai ví dụ cụ thể là: tĩnh điện trong máy biến áp và từ các đường dây truyền tải điện

Máy biến áp đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống năng lượng, vì khả năng hư hỏng và ngừng hoạt động của chúng ảnh hưởng lớn đến tính liên tục của nguồn cung cấp Do đó, việc giảm thiểu thời gian bảo trì và sửa chữa là rất quan trọng.

Máy biến áp công suất lớn sử dụng phương pháp làm mát bằng cách luân chuyển dầu nóng từ đỉnh thùng chứa qua các ống tản nhiệt, sau đó dầu sẽ quay trở lại thùng.

Trong quá trình dầu chảy qua hệ thống, điện tích được sinh ra do ma sát với lõi sắt, ống dẫn và bộ tản nhiệt Nếu không được nối đất, tĩnh điện sẽ tích tụ, tạo ra điện áp cao lên tới vài kV trên máy biến áp Tình trạng này có thể dẫn đến sự hình thành tia lửa điện bên trong hoặc bên ngoài máy biến áp Sự xuất hiện thường xuyên của tia lửa điện sẽ gây lão hóa và hư hỏng dây quấn cũng như dầu trong máy biến áp, làm giảm tuổi thọ của thiết bị Mức độ nhiễm tĩnh điện còn phụ thuộc vào loại chất lỏng điện môi sử dụng.

Tích lũy tĩnh điện trong máy biến áp phụ thuộc vào các yếu tố như độ tinh khiết và tuổi thọ của dầu, tốc độ chảy, khối lượng dầu, vật liệu ống dẫn, độ nhám bề mặt và nhiệt độ dầu Thí nghiệm của Radwan cho thấy, khi dầu ma sát với thép, nhôm và đồng thau, mức độ tĩnh điện giảm dần theo thứ tự Đặc biệt, ma sát với miếng bìa ép tạo ra tĩnh điện gấp 8 lần so với thép Để giảm thiểu tĩnh điện trong máy biến áp và hệ thống làm mát, cần nối đất các lõi, thùng và hệ thống ống dẫn dầu, đồng thời thêm các chất phụ gia như chlorothiazide, hexamine và theophylline Nghiên cứu của Radwan năm 1992 chỉ ra rằng việc thêm 10ppm theophylline vào dầu có thể giảm nguy cơ nhiễm tĩnh điện lên đến 77%, với chi phí giảm tuổi thọ dầu chỉ 5,6%.

5.9.2 Đường dây truyền tải điện cao thế

Năng lượng được truyền tải qua các đường dây điện dài với điện áp từ 220kV đến 500kV, thường được lắp đặt tại những khu vực có mật độ dân cư cao.

Để bảo vệ cư dân và các công trình xây dựng, việc thiết lập khoảng cách an toàn là rất cần thiết, tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn cho các cấp điện áp.

B ả ng 5.4: Khoảng cách an toàn theo cấp điện áp

5 Các giá trị trong bảng trên có thể khác nhau giữa các nước, tuy nhiên giá trị sai biệt thường chỉ vào khoảng ± 20%

Đường dây truyền tải có thể ảnh hưởng đến nông dân, động vật, thực vật, ống dẫn nhiên liệu, hàng rào và xe cộ do sự xuất hiện của điện dung, điện cảm và điện trở giữa chúng Phân tích này tập trung vào các điện dung ký sinh, vì điện áp cảm ứng phụ thuộc vào yếu tố này.

Nguyên tắc cơ bản hình thành điện dung ký sinh giữa các vật thể với đất là do điện tích được cảm ứng từ điện dung của hệ thống, dẫn đến sự phân chia điện áp giữa chúng Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống đường dây cao thế.

Hình 5.2: Điện áp cảm ứng lên xe cộphía dưới đường dây điện cao thế Điện áp dưới đường dây truyền tải được tính như sau:

Vl: Điện áp dây cao thế

Voe: Điện áp giữa vật với đất

Clo: Điện dung giữa dây và vật

Coe: Điện dung giữa vật và đất

Các ống dẫn và rào chạy song song với đường dây truyền tải có thể tích điện và đạt điện áp cao tới vài kV do hiện tượng cảm ứng khi chúng được cách điện với đất Giá trị điện áp này phụ thuộc vào năng lượng điện áp của đường dây, khoảng cách giữa chúng và đường dây cao thế, cùng với cách sắp đặt các pha của đường dây.

Hình 5.3: Điện áp cảm ứng từđường dây điện cao thế lên ống dẫn Điện áp của đường ống cách điện được tính theo công thức:

U: Điện áp dây (kV) h1, h2, h3: Khoảng cách thực giữa các dây dẫn với đất (m) d1p, d2p, d3p: Khoảng cách giữa dây pha 1, 2, 3 và ống dẫn (m)

Nếu ống dẫn đƣợc nối đất tại một điểm, dòng điện ngắn mạch sẽ chạy xuống đất theo công thức sau:

Với c là điện dung của ống dẫn với đất trên một đơn vị chiều dài và l là chiều dài của ống

Khi công nhân chạm vào ống dẫn trong quá trình lắp đặt, họ có nguy cơ bị điện giật Mức độ nghiêm trọng của điện giật phụ thuộc vào điện áp của ống dẫn Dòng điện chạy qua cơ thể người khi tiếp xúc với ống dẫn là dòng điện ngắn mạch tại vị trí đó.

Có thể mô phỏng hiện tƣợng trên bằng mạch điện:

Hình 5.4: Mạch điện tương đương khi người chạm vào đường ống dẫn

Dòng điện qua người được tính theo:

Cp: Tổng điện dung của ống với đất

Dung kháng 1/jωCp thường có giá trị lớn hơn nhiều so với tổng trở của người tiếp xúc, do đó dòng điện qua người gần như tương đương với dòng ngắn mạch trong phương trình đã nêu.

Dòng qa người phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn và không bị ảnh hưởng bởi tổng trở tiếp xúc Điện dung trên mỗi đơn vị chiều dài giữa ống dẫn và mặt đất dao động từ 20pF/m đến 40pF/m, tùy thuộc vào tỷ lệ chiều cao (h) so với bán kính (r) Cụ thể, điện dung là 20pF/m khi h/r > 5 và 40pF/m khi h/r = 2.

Những hàng rào bằng kim loại đƣợc tính toán giống nhƣ ống dẫn khi đánh giá điện áp cảm ứng và dòng ngắn mạch.

CÁC BI ỆN PHÁP ĐỀ PHÒNG

Để đảm bảo an toàn trong sản xuất và vận chuyển, việc truyền điện tích tĩnh điện qua tiếp đất cho các thiết bị, bể chứa và ống dẫn là rất quan trọng Chẳng hạn, xe bồn chở xăng cần được trang bị dây xích sắt để tiếp đất, nhằm ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ do điện tích tĩnh.

Để giảm nguy cơ tĩnh điện trong các phòng có nguy hiểm, cần tăng độ ẩm tương đối của không khí lên 70% hoặc làm ẩm các vật liệu Phần lớn các vụ nổ do tĩnh điện xảy ra khi độ ẩm thấp, vì vậy việc duy trì mức độ ẩm cao là rất quan trọng.

Nguyễn Cao Trí Trang 148 cho biết, độ ẩm không khí thấp từ 30-40% gây ảnh hưởng đến tính dẫn điện, do đó cần thực hiện các biện pháp như ion hóa không khí để cải thiện khả năng dẫn điện của môi trường.

Trong bộ phận đai truyền chuyển động:

Máy phát tĩnh điện vĩnh cửu này có điện áp cảm ứng rất cao, do đó, việc tiếp đất cho phần kim loại là rất quan trọng Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, nên sử dụng chổi tiếp đất hoặc lược tiếp đất.

Để bảo vệ đai truyền, cần bôi lớp dầu dẫn đặc biệt như graphit lên bề mặt ngoài khi máy nghỉ, hoặc sử dụng đai truyền làm từ vật liệu có điện trở suất nhỏ hơn 10^4 Ω.cm.

Để giảm thiểu nguy cơ nổ do tĩnh điện, cần duy trì độ ẩm môi trường không khí từ 80 đến 85% Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành sản xuất như len, vải và giấy Các biện pháp kiểm soát độ ẩm sẽ giúp tăng cường an toàn trong quá trình sản xuất.

 Làm trơn bề mặt bằng lớp hồ phủ ngoài

 Tăng độ ẩm của sản phẩm từ 4÷5% lên 8-10% bằng các chất hút nước như glycerin…

 Tăng độ ẩm của môi trường xung quanh lên 80% Đối với bụi công nghiệp, dùng các biện pháp:

 Tiếp đất tất cảvỏmáy, thiết bịbộlọc, lưới ống dẫn mà trong đó có xảy ra quá trình nghiền sàng phân ly, chuyển động của bụi công nghiệp

 Tiếp đất cần trục quay có cách ly với đất ởổ trục

 Đặt lưới kim loại có tiếp đất ởtrong đường ống có dẫn bụi

Để đảm bảo điều kiện sản xuất tối ưu, cần làm ẩm không khí đến mức cho phép Trong quá trình vận chuyển, các chuyên gia có thể áp dụng những biện pháp hiệu quả để rót nhiên liệu lỏng.

Tiếp đất cố định là việc sử dụng các cọc tiếp đất đã được đóng sẵn tại các bể, kho, và trạm cung cấp nhiên liệu Khi thực hiện việc đổ rót, cần phải nối dây tiếp đất từ cọc tiếp đất tới các đầu ống bể chứa bằng kim loại để đảm bảo an toàn.

Tiếp đất lưu động là phương pháp sử dụng cho các xe chở nhiên liệu, thông qua việc nối dây xích vào xe và kéo lê trên mặt đường Phương pháp này giúp truyền tĩnh điện tích lũy trên người, đảm bảo an toàn trong quá trình vận chuyển.

 Làm sàn dẫn điện hoặc vùng tiếp đất; tiếp đất quả đấm tay mở cửa, tay vịn cầu thang và tay quay các thiết bị máy móc

Công nhân cần được trang bị giầy dẫn điện, với đế làm từ da cao su dẫn điện hoặc cao su co đóng đinh, nhằm đảm bảo an toàn khi làm việc Những loại giầy này không chỉ chống va đập mà còn không bị xòe lửa khi có ma sát, giúp giảm thiểu nguy cơ chấn thương và bảo vệ sức khỏe cho người lao động.

 Cấm mặc áo quần bằng len,tơ.,sợi có khả năng nhiễm điện cao, cấm đeo nhẫn, vòng cò thểtích lũy điện tích tĩnh điện

Sàn và giày được coi là vật dẫn điện nếu điện trở riêng giữa bề mặt sàn và đất hoặc giữa các điện cực trong và ngoài giày ở đế không vượt quá 10^6 Ω.cm Các loại sàn không dẫn điện bao gồm sàn atsphan, sàn trải thảm cao su và vải sơn Tại các công trường, việc sử dụng bơm để đưa vữa lên các tầng qua ống cao su có thể gây ra tĩnh điện và tích lũy điện áp trên ống cao su không dẫn điện.

Nguyễn Cao Trí Trang 149 cho rằng việc chỉ tiếp đất trên máy bơm không đảm bảo hiệu quả truyền điện tích từ ống đi Do đó, cần quấn một lớp dây vào vòi phun và kết nối đầu kia với than của bơm vữa để đảm bảo an toàn và hiệu suất.

 Các thiết bị tiếp đất để đề phòng tĩnh điện cần phải có điện trở bằng hoặc lớn hơn 10ohm

Trong trường hợp không thể thực hiện tiếp đất để bảo vệ tĩnh điện, các thiết bị sẽ được kết nối với hệ thống tiếp đất cho các thiết bị điện Để phát hiện và đo điện tích tĩnh điện, người ta sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau như vôn kế tĩnh điện, tĩnh nghiệm điện có tụ điện, và hệ thống tín hiệu tự động báo có tĩnh điện.

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống chứa, cần phải tiếp đất cẩn thận cho bể chứa, đường ống, cầu nổi, máy móc trong kho, cũng như các xitec trên tàu hỏa và ô tô nhằm dẫn tĩnh điện hiệu quả.

CH Ấ T KH Ử TĨNH ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA ĐIỆ N 149 Chương 6 AN TOÀN KHI LÀM VIỆ C Ở T Ầ N S Ố CAO

Chất khử tĩnh điện là công cụ quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, giúp chống lại các vấn đề liên quan đến tĩnh điện Chúng được sử dụng để trung hòa điện tích tĩnh trong quá trình sản xuất giấy, vải, đặc biệt trong ngành dệt, nhựa và các quy trình sản xuất tương tự Những chất này không chỉ tối đa hóa sản xuất mà còn giảm thiểu chất thải và nâng cao an toàn Các loại chất khử tĩnh điện bao gồm xịt và chải chống tĩnh điện, nhằm ngăn chặn sự tích lũy điện tích tĩnh trong các thiết bị như ống kính hiển vi, ổ đĩa, nguyên liệu chụp ảnh và cuộn dây kim loại.

5.11.1 Nối đất Đểđảm bảo làm việc an toàn về tĩnh điện , điện tích tĩnh đƣợc loại bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng hợp lý các mặt bàn nối đất, day đeo tay và thảm trải sàn Tốc độ xả điện phụ thuộc vào điên dung của dây dẫn và điện trở của đường dây nối đất

Nối đất cơ thể người là phương pháp hiệu quả nhất khi các vật thể tích điện, trong khi đó, nếu vật thể không dẫn điện, việc nối đất không còn ý nghĩa Thay vào đó, ion hóa không khí, tăng độ ẩm và sử dụng các tác nhân chống tĩnh điện là những giải pháp hiệu quả hơn Sử dụng phương pháp nối đẳng thế và nối đất giúp giảm thiểu nguy cơ phát sinh điện tích cao do hiện tượng tĩnh điện.

Nối đất là quá trình kết nối các vật thể dẫn điện với mặt đất, bao gồm máy móc sản xuất và các bộ phận kim loại Việc này rất quan trọng vì nó giúp giảm thiểu diện tích tĩnh điện, bảo vệ thiết bị và nâng cao an toàn trong môi trường làm việc.

Dây đeo tay tạo đẳng thế (Wrist strap) và các liên kết khác được sử dụng để nối đất cho công nhân, đảm bảo an toàn chống tĩnh điện tại các khu vực nhạy cảm như ngành công nghiệp bán dẫn, điện tử và chất nổ Việc nối đất chắc chắn giúp ngăn ngừa tình trạng bị điện giật khi có sự cố ngắn mạch xảy ra với nguồn điện kết nối đến dây đeo tay.

Nối đất là một phương pháp hữu ích giúp giảm thiểu vấn đề điện tích tĩnh điện, nhưng không phải là giải pháp hoàn chỉnh Việc nối đất có thể hỗ trợ trong việc bảo vệ thiết bị và con người khỏi những tác động của điện tích tĩnh.

Nguy ễ n Cao Trí Trang 150 thợ máy cũng không thể quét sạch điện tích tĩnh điện trên quần áo họ va trên các hộp nhựa mà họ có thểđang giữ

Nối đẳng thế là quá trình kết nối hai hoặc nhiều vật dẫn điện bằng dây dẫn, nhằm cân bằng điện thế giữa các bộ phận kim loại không dẫn điện gần nhau Việc sử dụng bộ phận kẹp nối đất chỉ được chấp nhận trong trường hợp nối đẳng thế tĩnh điện.

Bằng cách sử dụng điện tích trên bề mặt bị trung hòa, điện trường tại các bề mặt nối đất liền kề được tăng cường, tập trung tại nhiều điểm có bán kính cong nhỏ, dẫn đến sự phá hủy điện nội bộ trong không khí gần những điểm này Quá trình phá hủy tạo ra hồ quang điện bắc qua khe hở của bề mặt, sinh ra hàng loạt ion không khí di chuyển vào trong điện trường giữa khu vực phóng điện vầng quang và bề mặt Các ion có điện tích khác dấu trên bề mặt sẽ di chuyển và có xu hướng kết hợp để trở thành trung hòa về điện, cho đến khi điện trường tại các điểm mạnh hơn sức mạnh phá hủy của không khí.

Biện pháp trung hòa điện hiệu quả thường sử dụng một mạng lưới dây kim loại chất lượng cao, được gắn vào một thanh sắt đỡ Ngoài ra, dây dẫn bằng sợi cácbon có đường kính khoảng 10 mm cũng là một lựa chọn thay thế rất hiệu quả.

Phương pháp trung hòa này gặp bất tiện do sự bất lực khi hoạt động trong điều kiện mật độ điện tích bề mặt thấp và khuynh hướng bù đắp yếu Sự bù đắp này kết hợp với biến đổi khí động lực học của dòng ion chảy trên bề mặt, gây ra bởi sự di chuyển không khí từ chuyển động bề mặt Để tối thiểu hóa ảnh hưởng này, việc sử dụng một tác nhân trung hòa thứ hai, như dây hoặc điểm kim loại phóng điện nóng, là cần thiết.

Trung hòa ch ủ độ ng

Các tác nhân này tương tự như tác nhân trung hòa bị động trong việc tập trung trường tĩnh điện tại các điểm chính hoặc dây kim loại cung cấp nguồn phát lớn Tuy nhiên, điểm khác biệt là cần sử dụng nguồn năng lượng điện xoay chiều điện áp cao để tạo ra trường tĩnh điện Sự phát sinh ion không phụ thuộc vào mức độ điện tích trên bề mặt, mà trường tĩnh điện trên bề mặt chỉ liên quan đến cách di chuyển của các ion có cực tính và số lượng thích hợp để đạt được trung hòa điện.

Cấp điện áp thường được sử dụng trong khoảng từ 6 kV đến 12 kV cho tần số làm việc chính Đối với các đĩa quay có vận tốc lớn hơn 2m/s, cần áp dụng tần số cao hơn để đảm bảo độ trung hòa đồng đều.

Mức độ rủi ro gây giật điện cho con người và nguy cơ cháy nổ trong không khí có thể được giảm thiểu hiệu quả bằng cách sử dụng trung hòa điện tích cực thông qua cầu nối điện dung với giá trị thấp của nguồn.

Nguyễn Cao Trí Trang 151 cung cấp điểm phóng điện, giúp giảm rủi ro điện giật Việc nối đất các điểm xả điện và lắp đặt các cực điện thế cao gần nhau trong khoảng cách thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn.

Phương pháp trung hòa chủ động sử dụng dòng không khí để thổi ion mang điện tích dương và âm đến bề mặt cần trung hòa Mục tiêu là tạo ra hỗn hợp ion dương và âm phù hợp, giúp tách ra bởi trường điện tích của bề mặt Số lượng lớn ion sẽ được thổi gần bề mặt để trung hòa điện tích Phương pháp này giúp giảm tính dẫn điện của vùng xử lý và thường được áp dụng trong các nhà máy sản xuất bán dẫn.

S Ự HÌNH THÀNH TRƯỜNG ĐIỆ N T Ừ T Ầ N S Ố CAO

Khi dòng điện thay đổi theo thời gian, như trong trường hợp dòng điện xoay chiều, điện trường và từ trường sẽ tương tác với nhau, tạo thành một trường điện từ thống nhất Trường điện từ tần số cao có khả năng lan tỏa ra không gian mà không cần dây dẫn, với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.

C: Vận tốc ánh sáng (3.10 5 km/s) n: Chiết suất của môi trường

Trường điện từthay đổi theo tần số của dòng điện sinh ra nó

Tần số và chu kỳ của trường điện từ có quan hệ tỉ lệ nghịch f = 1 Trong đó: T f: Tần sốdao động của trường điện từ (Hz)

T: Chu kỳdao động của trường điện từ (s)

Khoảng cách mà trường điện từđã lan ra sau một chu kỳ gọi là bước sóng  của trường điện từ λ =λ0 n =C T n = C

o: Bước sóng của sóng điện từ trong chân không

Bước sóng của sóng điện từ thay đổi tùy thuộc vào môi trường, với giá trị lớn nhất xảy ra trong chân không Sóng điện từ (đơn sắc) được phân loại dựa trên tần số (Hz) hoặc bước sóng trong chân không.

Ngoài ra, người ta còn sắp sếp các loại sóng điện từ theo thang sóng điện từnhư sau:

B ả ng 6.1: Thang sóng điện từ

Tần số (Hz) Bước sóng𝜆 (cm)

Sóng vô tuyến Siêu cao: f = 3.10 5 ÷3.10 8 10 4 ÷𝟏𝟎 𝟐

Cực cao: f=3.10 8 ÷3.10 10 10 2 ÷𝟏𝟎 𝟎 Sóng hồng ngoại: 𝑓 = 3.10 12 ÷𝟑.𝟏𝟎 𝟏𝟒 10 − 2 ÷𝟏𝟎 −𝟒

Sự tỏa lan trường điện từtrong không gian mang theo năng lượng của nó

Trong ngành công nghiệp, các trường điện từ có tần số cao từ 3.10^4 đến 3.10^6 Hz với bước sóng từ 10.000m đến 100m được ứng dụng rộng rãi Tần số siêu cao từ 3.10^6 đến 3.10^8 Hz có bước sóng từ 100m đến 1m, trong khi tần số cực cao từ 3.10^8 đến 3.10^11 Hz có bước sóng từ 100cm đến 0,1cm.

Lò cao tần được sử dụng để nung nóng vật liệu, phôi và các chi tiết khác nhau thông qua từ trường được tạo ra bởi các cuộn dây cảm ứng.

Nguyên tắc nung nóng vật liệu bằng năng lượng cao tần:

Khi một vật bằng kim loại được đặt trong từ trường thay đổi liên tục, nó sẽ bị cảm ứng một sức điện động có tần số tương ứng với tần số của trường Sức điện động này tạo ra dòng điện xoay chiều, làm nóng kim loại Dòng điện cảm ứng chủ yếu xuất hiện trên bề mặt của vật, và khi tần số dòng điện tăng cao, lớp bề mặt bị nung nóng sẽ trở nên mỏng hơn Quá trình truyền nhiệt là cần thiết để làm nóng các lớp kim loại sâu hơn.

Các liệu cách điện không thể nung nóng trực tiếp bằng dòng điện vì dòng điện phát sinh trong chúng không đủ lớn Thay vào đó, để nung nóng các vật phi kim loại, tấm kim loại được sử dụng để truyền nhiệt từ dòng điện cảm ứng Dưới tác dụng của điện trường, một số điện tử tự do trong vật phi kim loại tạo ra dòng điện nhỏ, trong khi các điện tử liên kết bị phân cực theo hướng của điện trường Sự phân cực này phụ thuộc vào sự thay đổi hướng và tần số của điện trường, với lực hút chống lại quá trình này Tương tự như hiện tượng ma sát giữa hai vật rắn, cơ năng tiêu hao để khắc phục lực điện từ sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng vật cách điện.

ẢNH HƯỞ NG C ỦA TRƯỜNG ĐIỆ N T Ừ T Ầ N S Ố CAO ĐẾN CƠ THỂ

Cạnh các nguồn phát cao tần, có hai vùng chính hình thành: vùng cảm ứng và vùng bức xạ Vùng cảm ứng, nằm trong khoảng cách không quá 1/6 bước sóng từ nguồn phát, là nơi có ưu thế cảm ứng Ngược lại, khu vực bên ngoài vùng cảm ứng được gọi là vùng bức xạ.

Trong vùng cảm ứng, con người chịu ảnh hưởng của các trường từ và điện thay đổi theo chu kỳ Ngược lại, trong vùng bức xạ, trường điện từ tác động lên con người đồng thời với tất cả các thành phần từ và điện biến đổi liên tục.

Mức độ tác động của trường điện từ lên cơ thể con người phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ dài bước sóng, loại nguồn (xung hay liên tục), cường độ bức xạ, thời gian tác động, khoảng cách từ nguồn đến cơ thể và sự cảm thụ riêng của từng người Năng lượng của trường điện từ trong vùng cảm ứng sẽ bị hấp thụ và tiêu tán trên cơ thể, tùy thuộc vào tính chất dẫn điện của các bộ phận khác nhau trong cơ thể con người.

Trong vùng bức xạ, năng lƣợng mà cơ thể hấp thụ có thể phản xạ ra ngoài phụ thuộc độ dày của lớp mỡ nơi phần cơ thểđang xét.

Tần số càng cao (nghĩa là bước sóng càng ngắn) năng lượng điện từ mà cơ thể hấp thụ càng tăng

B ả ng 6.2: % năng lượng cơ thể hấp thu theo tần sốsóng điện từ

Loại tần số % Năng lƣợng cơ thể hấp thụ so với tổng mức năng lƣợng truyền qua

Tần số cao dẫn đến mức hấp thụ năng lượng điện từ lớn, nhưng độ thấm sâu lại ít, chỉ gây bỏng dộp trên bề mặt da và ít nguy hiểm đến các bộ phận bên trong cơ thể.

Tác hại của sóng điện từ không chỉ dựa vào năng lượng bức xạ mà còn phụ thuộc vào độ thấm sâu của sóng vào cơ thể Độ thấm sâu càng cao, tác hại càng lớn Dưới đây là bảng số liệu thể hiện mối liên hệ giữa độ thấm sâu của năng lượng trường điện từ tần số cao và bước sóng.

B ả ng 6.3: Độ thấm sâu của năng lượng trường điện từ tần sốcao vào bước sóng

Bước sóng Độ thấm sâu

Loại mm Bề mặt lớp da

Loại cm Da và các tổ chức dưới da

Loại dm Vào sâu trong các tổ chức khoảng 10-15 cm

Loại m Vào sâu hơn 15cm

Nguyễn Cao Trí Trang 157 chỉ ra rằng độ thấm sâu và lượng năng lượng hấp thụ trong các bảng đã nêu có thể làm rõ những tính chất quan trọng của sóng điện từ.

 Sóng décimetre gây biến đổi lớn nhất đối với cơ thể so với sóng centimetre và sóng metre

 Sóng milimetre gây tác dụng bệnh lý rất ít so với sóng centimetre và décimetre

Dưới tác động của các trường điện từ tần số cao, các ion trong cơ thể sẽ di chuyển, tạo ra một dòng điện cao tần trong các tổ chức Kết quả là một phần năng lượng của trường sẽ bị hấp thụ.

Mức độ hấp thụ năng lượng điện từ và sự tỏa nhiệt trong cơ thể phụ thuộc vào tần số của nguồn bức xạ Các cơ quan nội tạng có độ truyền dẫn khác nhau, dẫn đến tác dụng nhiệt có thể xảy ra mạnh mẽ ở một số cơ quan nhất định Độ truyền dẫn, ký hiệu là n, tỷ lệ với thành phần chất lỏng trong tổ chức cơ thể, với máu và bắp thịt có độ truyền dẫn mạnh nhất, trong khi mô mỡ có độ truyền dẫn yếu nhất Chiều dày lớp mỡ tại khu vực bị bức xạ ảnh hưởng đến mức độ phản xạ sóng ra ngoài cơ thể Đại não và tủy xương sống có lớp mỡ mỏng, trong khi mắt không có lớp mỡ, do đó những bộ phận này chịu tác động nhiều hơn.

Năng lượng điện từ khi được hấp thụ sẽ phá hủy tính định hướng không gian của dịch thể phân tử lưỡng cực trong cơ thể, dẫn đến việc biến đổi năng lượng thành nhiệt và làm nóng các bộ phận Cường độ nung nóng phụ thuộc vào cường độ bức xạ và tốc độ tản nhiệt của các bộ phận hấp thụ Những khu vực ít được cung cấp máu như nhân mắt, vỏ não và các cơ quan có nước bão hòa cao như gan, tuyến tụy, lá lách, thận dễ bị nung nóng hơn Sóng điện từ tác động lên các cơ quan này có thể làm gia tăng các quá trình viêm mãn tính, gây đau đớn cho cơ thể và dẫn đến vết loét lan truyền, chảy máu bên trong Đặc biệt nguy hiểm là sự phỏng nhiệt ở các tổ chức sâu bên trong, do tia bức xạ thấm sâu gây ra.

ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TẦN SỐ RADIO

6.3.1 Ngành, nghề, công việc tiếp xúc:

Trong thiên nhiên, bức xạ tần số radio và cao tần tồn tại khắp nơi, từ tầng khí quyển của trái đất cho đến mặt trời và các vì sao.

+ Các máy phát sóng: ăng ten đài phát thanh, đài truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc, trạm rada.

Các thiết bị phát ra bức xạ bao gồm máy thu hình, máy vi tính, điện thoại di động, lò đốt sóng cao tần, thiết bị đun nóng kim loại, hàn điện, đèn ống, đèn sấy khô, bản in, đèn khử trùng và dây tải điện cao áp.

Tác hại đối với hệ thần kinh trung ương có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm ảnh hưởng đến tuần hoàn não, gây nhức đầu, rối loạn giấc ngủ và ăn uống, giảm trương lực cơ, cũng như tăng tiết mồ hôi ở đầu ngón tay, dẫn đến tình trạng suy nhược cơ thể.

Tác hại đến mắt: Làm đục thuỷ nhân mắt, tổn thương giác mạc.

Tác hại đến hệ tim mạch: Tim đập chậm, huyết áp giảm.

Tác hại đến cơ quan tạo huyết làm biến đổi sinh lý hồng cầu, bạch cầu.

Tác hại đến cơ quan sinh dục: Tiếp xúc liều cao ảnh hưởng đến buồng trứng, tinh hoàn, làm giảm tinh trùng.

Tiếp xúc ở liều cao làm tăng thân nhiệt, ảnh hưởng đến chuyển hoá và cảm giác ngoài da

Che chắn kín các lỗ hổng, không để bức xạ cao tần thoát ra ngoài bằng lưới kim loại hoặc tấm kim loại đục lỗ.

Khu vực nguy hiểm phải có biển báo.

Người tiếp xúc phải sử dụng PTBVCN thích hợp

Hàng năm phải tổ chức khám sức khoẻ định kỳ và đo kiểm tra MTLĐ

Tập huấn cho NLĐ biết các tác hại của điện từ trường để họ phòng ngừa.

Không tuyển dụng và bố trí lao động nữ, người bị bệnh tim mạch, bệnh máu làm công việc phải tiếp xúc với năng lƣợng bức xạ cao.

BỨC XẠ ION HOÁ (TIA PHÓNG XẠ)

6.4.1 Ngành nghề, công việc tiếp xúc

Ngành thăm dò địa chất, khai thác khoáng sản có chứa chất phóng xạ…

Trong ngành công nghiệp, các ứng dụng quan trọng bao gồm nhà máy điện nguyên tử, lò phản ứng hạt nhân và nhà máy tách đồng vị phóng xạ Ngoài ra, sản xuất xi măng, thủy tinh, bia và giấy cũng đóng vai trò thiết yếu Hơn nữa, việc vận hành máy đo khuyết tật và xác định cấu trúc vật đặc là những hoạt động không thể thiếu trong quá trình sản xuất và kiểm tra chất lượng.

Ngành hàng không, cửa khẩu: Kiểm tra hàng hoá bằng chất phóng xạ.

Ngành nông nghiệp: Bảo quản giống, kích thích sinh trưởng cây trồng, diệt vi khuẩn, nấm mốc, bảo quản thực phẩm.

Ngành y tế: Chẩn đoán, điều trị bệnh, thăm dò chức năng , sản xuất thuốc chữa bệnh…

Các cơ quan nghiên cứu về các lĩnh vực: Vật lý, năng lƣợng nguyên tử hạt nhân, địa chất khoáng sản…

Ngành quốc phòng: Chế tạo vũ khí

Trong thiên nhiên: Bức xạ mặt trời, các vì sao, đám mây tích điện.

6.4.2 Tính nguy hiểm của các bức xạ thường gặp

Bức xạ An-pha có khả năng đâm xuyên thấp, vì vậy cần tránh tiếp xúc khi làm việc với nguồn hở Trong khi đó, bức xạ Bê-ta có khả năng đâm xuyên mạnh hơn, yêu cầu phải che chắn bằng vật liệu nặng như chì hoặc sắt để bảo vệ khỏi bức xạ ngoài.

Tia X: Có bản chất là sóng điện từ nhƣng khác nhau về nguồn gốc sinh ra nó. Bức xạ gam-ma: Khả năng đâm xuyên mạnh, rất nguy hiểm, gây tổn thương cục bộ, phải che chắn bằng tấm chì

Bức xạ nơ-ron: Khả năng đâm xuyên cực mạnh, rất nguy hiểm, phải che chắn bằng vật liệu có chứa nguyên tử Hy-dro (nước, pa-ra-phin)

6.4.3 Tác hại đến sức khoẻ

Nạn nhân bị nhiễm xạ cấp tính có thể xuất hiện các triệu chứng nghiêm trọng sau vài giờ, bao gồm nhức đầu dữ dội, chóng mặt, buồn nôn và nôn mửa dữ dội Họ cũng có thể gặp phải tiêu chảy, nhiễm độc và rối loạn điện giải, dẫn đến nguy cơ truỵ tim mạch và có thể gây tử vong.

Việc tiếp xúc với các tác nhân độc hại có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe, bao gồm tổn thương da, viêm da, và viêm thận mãn tính Ngoài ra, nó còn có thể dẫn đến viêm loét giác mạc, đục nhân mắt, và tổn thương các tuyến sinh dục Hơn nữa, các tác nhân này có khả năng huỷ diệt tinh trùng, gây rung tóc, teo loét da, cũng như gây nhiễm độc thai nhi và biến đổi gen di truyền.

Tiếp xúc với liều phóng xạ dưới 100 rems có thể gây ra những tổn thương âm thầm cho cơ quan tạo huyết, dẫn đến sự giảm bạch cầu và tiểu cầu Hệ thống tuỷ xương bị suy yếu nghiêm trọng, gây ra các triệu chứng như xuất huyết và nhiễm trùng nặng, có khả năng đưa nạn nhân đến tình trạng hôn mê và tử vong.

Nhiễm xạ có thể dẫn đến nhiều loại ung thư ác tính, bao gồm ung thư thượng bì, ung thư máu, ung thư xương, ung thư vú, ung thư tuyến giáp, ung thư phổi và ung thư dạ dày.

Cần tránh bố trí cơ sở làm việc có nguồn bức xạ gần khu dân cư, nhà trẻ, trường học và công sở Đồng thời, cơ sở nên được đặt ở vị trí cuối chiều gió và cuối nguồn nước để đảm bảo an toàn cho cộng đồng.

Phòng làm việc phải đảm bảo TCVS về kích thước, độ dày của tường, phải có hệ thống che chắn nguồn bức xạ.

Phải thu gom các chất thải có nguồn phóng xạ (rắn, lỏng…) để xử lý theo quy định hiện hành.

Thường xuyên tẩy xạ nơi làm việc và các thiết bị.

Nhân viên tiếp xúc với nguồn bức xạ phải đƣợc tập huấn về AT-VSLĐ và phải đƣợc cấp chứng chỉ.

Người làm việc với nguồn phóng xạ cần thực hiện khám sức khỏe định kỳ mỗi 6 tháng Việc này bao gồm các xét nghiệm cần thiết để đánh giá tác hại nghề nghiệp liên quan đến phóng xạ.

Phải tổ chức kiểm tra, theo dõi liều chiếu cá nhân liên tục nhằm quản lý số liệu chiếu xạ cho từng nhân viên.

Cần thực hiện biện pháp quản lý chặt chẽ đối với các thiết bị phát ra bức xạ Khi phát hiện dấu hiệu bất thường, cần báo ngay cho người có trách nhiệm hoặc tạm ngừng hoạt động ngay lập tức.

Cơ sở phải có đội cấp cứu tại chỗ và phải được tập huấn thường xuyên.

Căn cứ vào tính nguy hiểm của nguồn phóng xạ để bố trí các phòng làm việc thích hợp theo từng khu vực.

Cơ sở có nguồn phóng xạ phải có hệ thống thông gió, cấp nước và thoát nước đảm bảo TCVS.

Các chất thải phóng xạ sau khi thu gom cần được lưu trữ tạm thời ở khu vực riêng biệt để đảm bảo an toàn trong thời gian bán phân rã Sau đó, chúng sẽ được xử lý theo quy định, bao gồm xi măng hóa và chôn sâu dưới lòng đất, tùy thuộc vào thời gian phân rã của từng loại chất Thùng chứa chất thải phải được sơn màu vàng và gắn nhãn phóng xạ để dễ dàng nhận diện và phân biệt.

Chất thải phóng xạ lỏng và chất phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn có thể được thu gom vào bể chứa trong một khoảng thời gian nhất định Trước khi thải ra ngoài, cần phải kiểm tra mức độ phóng xạ để đảm bảo an toàn.

Phóng xạ lỏng có chu kỳ bán rã dài có thể được xử lý bằng phương pháp keo tụ để lắng, thông qua quá trình trao đổi ion hoá hơi Ngoài ra, các phương pháp như xi măng hoá hoặc bitum hoá cũng có thể được áp dụng để quản lý phóng xạ lỏng này.

Khi vận chuyển, cần sử dụng dụng cụ và phương tiện chứa riêng biệt, đảm bảo vật liệu không thấm nước, không cháy và không bị ăn mòn Liều xuất ngoài bao bì phải tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng, không vượt quá TCCP Đồng thời, kiện hàng phóng xạ tuyệt đối không được xếp chung với các chất dễ cháy nổ, chất oxy hóa hoặc chất thải ăn mòn.

Nguồn phóng xạ hở và kín chưa sử dụng cần được lưu trữ trong kho riêng biệt, đảm bảo rằng liều phóng xạ xuất ra ngoài không vượt quá 0,1 mrems/h Kho phải được trang bị hệ thống thông gió liên tục và có sơ đồ sắp xếp các chất phóng xạ rõ ràng.

Người lao động tiếp xúc với phóng xạ phải sử dụng PTBVCN thích hợp, khi phóng xạ dây vào quần áo phải tẩy xạ.

BỨC XẠ TỬ NGOẠI

6.5.1 Ngành, nghề, công việc tiếp xúc:

Mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên chủ yếu, cung cấp bức xạ tử ngoại với cường độ mạnh Nếu không có tầng khí quyển ô-zôn, bức xạ này có thể gây hại nghiêm trọng, thậm chí tiêu huỷ sinh vật trên trái đất.

Nguồn nhân tạo: Hàn điện hồ quang, đèn huỳnh quang, lò luyện kim, lò thuỷ tinh, đèn thuỷ ngân cao áp, đèn dây tóc…

Trong y tế còn ứng dụng bức xạ tử ngoại để tiệt trùng, điều trị bệnh còi xương…

6.5.2 Tác hại đến sức khoẻ

Tác hại của việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho da, bao gồm tình trạng cháy nắng nặng, tăng huyết sắc tố ảnh hưởng đến thẩm mỹ, và phần da bị hở sạm màu Ngoài ra, viêm da, da khô, mất khả năng đàn hồi cũng là những hệ quả thường gặp, làm tăng nguy cơ phát triển các bệnh ác tính ngoài da.

Tác hại ở mắt: Viêm mi mắt, viêm màng tiếp hợp, viêm giác mạc, đục nhân mắt, tổng thương võng mạc.

Làm việc ngoài trời phải đội nón, mũ rộng vành.

Mặc quần áo bảo hộ lao động bằng sợi bông giúp bảo vệ cơ thể, nên chọn màu sáng thay vì màu thẫm để giảm hấp thụ nhiệt Cần che chắn da để tránh tiếp xúc trực tiếp với tia tử ngoại, sử dụng khăn bông trắng để che mặt và đeo găng tay để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc.

Tiếp xúc với bức xạ tử ngoại trong công nghiệp phải sử dụng kính BHLĐ che cả mắt lẫn mặt.

Ngăn chặn nguồn bức xạ bằng cách bố trí hợp lý nguồn bức xạ tử ngoại.

Tăng cường hệ thống quạt thông gió.

Che chắn nguồn bức xạ lan truyền ảnh hưởng tới xung quanh.

Không bố trí người có tiền sử bệnh ngoài da, bệnh mắt làm các công việc tiếp xúc với bức xạ tử ngoại

Hàng năm phải tổ chức khám sức khoẻ định kỳ, khám BNN cho đối tƣợng tiếp xúc

Tổ chức tập huấn cho người lao động biết tác hại của bức xạ tử ngoại.

BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

6.6.1 Ngành, nghề, công việc tiếp xúc

Nguồn tự nhiên: Mặt trời, các vì sao

Nguồn nhân tạo bao gồm các thiết bị và quy trình như lò kuyện kim, lò đúc kim loại, lò rèn, lò nấu thủy tinh, thổi thủy tinh, hàn điện, lò nung đốt các loại, ngọn lửa, đèn huỳnh quang và đèn pha Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và chế biến vật liệu, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp.

Bức xạ hồng ngoại còn đƣợc ứng dụng trong chữa bệnh.

6.6.2 Tác hại đến sức khoẻ

Tác hại ở mắt: Làm đục giác mạc, viêm giác mạc, đục nhân mắt, làm tăng nhiệt độ thuỷ dịch và mống mắt, gây hỏng giác mạc, làm khô mắt.

Tiếp xúc với năng lượng bức xạ cao có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho da, bao gồm dãn mao mạch, tăng sắc tố và da ban đỏ Trong những trường hợp nặng, tình trạng này có thể dẫn đến phù da và tăng nhiệt độ, ảnh hưởng đến quá trình thải nhiệt và gây cảm giác đau đớn.

Tác hại của tia hồng ngoại bao gồm giảm khả năng miễn dịch, ảnh hưởng đến sự dẫn truyền thần kinh, và gây viêm mũi họng, viêm xoang Đặc biệt, ở nam giới, tia hồng ngoại còn có thể làm giảm lượng tinh trùng.

Bức xạ hồng ngoại kết hợp với điều kiện vi khí hậu không tốt gây stress nhiệt.

Dùng tấm nhôm nhẵn bóng che nguồn bức xạ khu vực làm việc.

Dùng hệ thống màn nước chảy che chắn bức xạ.

Để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, cần sử dụng PTBVCN thích hợp như mặc quần áo bằng sợi bông, đeo tạp dề bằng sợi pha nhôm, và đeo kính lọc khi hàn Ngoài ra, khi quan sát trong lò nóng chảy, nên sử dụng kính hấp thụ nhiệt để bảo vệ mắt.

Không bố trí người bị tổn thương da và mắt làm việc với tia hồng ngoại.

Hàng năm phải tổ chức khám sức khoẻ định kỳ, khám BNN cho các đối tƣợng tiếp xúc.

Tổ chức tập huấn cho người lao động về tác hại nghề nghiệp của bức xạ hồng ngoại.

BẢ O V Ệ CH Ố NG SÉT

HI ỆN TƢỢ NG SÉT

Trong những năm qua, mỗi khi mùa mưa đến, chúng ta không chỉ chuẩn bị các biện pháp phòng chống bão lụt mà còn cần chú ý đến hiện tượng dông sét, có thể gây hại nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và con người Sét là sự phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất khi điện trường khí quyển đạt giá trị tới hạn Ở Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới, dòng điện sét thường rất lớn, khoảng 30kA Khi một công trình bị sét đánh, cấu trúc của nó có thể bị phá hủy do áp suất và nhiệt độ cao, thiết bị điện có thể hỏng do trường điện từ, và con người có thể bị tổn thương nếu ở gần điểm phóng điện.

Dông là hiện tượng khí quyển xảy ra chủ yếu vào mùa hè, khi sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí diễn ra mạnh mẽ Luồng không khí nóng mang theo hơi nước bay lên cao, nguội dần và hình thành các giọt nước nhỏ hay tinh thể băng, tạo thành mây Khi nhiệt độ trái đất tăng, không khí nóng bay lên cao hơn, làm cho mây dày đặc hơn Khi các tinh thể băng trong mây lớn lên, chúng sẽ rơi xuống thành mưa Mây càng dày thì màu sắc càng đậm, và sự va chạm giữa các luồng khí nóng và tinh thể băng trong mây tạo ra điện tích, dẫn đến hiện tượng mây bị phân cực điện Các phần tử điện tích âm nặng hơn nằm ở đáy mây, trong khi các phần tử điện tích dương nhẹ hơn được đẩy lên trên.

Trong đám mây, một điện trường cục bộ của lưỡng cực điện hình thành, khiến các phần tử di chuyển nhanh hơn và tạo ra nhiều điện tích hơn Quá trình này tiếp diễn cho đến khi điện trường đạt giá trị tới hạn, dẫn đến phóng điện nội bộ trong đám mây, được gọi là chớp.

Dưới đám mây thường tồn tại một lớp điện tích dương, tạo thành một điện trường với phần đáy đám mây mang điện âm Điện trường này phát sinh một tia sét ban đầu, gọi là dòng tiên đạo, di chuyển xuống đất với tốc độ khoảng 150 km/s Trong quá trình di chuyển, dòng tiên đạo ion hóa không khí, và do đó, khi gặp các khu vực có điện trở không khí yếu, nó sẽ phát triển theo hướng đó, dẫn đến hình dạng ngoằn ngoèo và phân nhánh của tia sét.

Hiệu ứng cảm ứng điện trong đám mây dông tạo ra một lượng điện dương trên mặt đất, phân bố trên các vật dẫn điện như nhà cửa, cây cối và trụ điện Vật dẫn điện tốt sẽ có điện tích lớn hơn, tạo ra điện trường mạnh Khi dòng tiên đạo phát triển xuống gần mặt đất, nó sẽ chọn vật có điện trường mạnh nhất để phóng điện, gọi là hiện tượng sét Giai đoạn trao đổi điện tích giữa đám mây và mặt đất diễn ra tại kênh sét, nơi dòng điện có thể đạt đến 200kA, làm nhiệt độ tăng lên khoảng 20.000 o C, tạo ra ánh sáng chói (chớp) Nhiệt độ cao khiến không khí xung quanh kênh sét giãn nở mạnh, gây ra tiếng nổ lớn (sấm) Ánh sáng di chuyển nhanh hơn âm thanh, vì vậy chúng ta thấy chớp trước và sau đó mới nghe tiếng sấm.

TÁC H Ạ I C Ủ A SÉT

Đối với người trước hết sét nhưnguồn điện áp cao và rộng lớn

Như chúng ta đã biết, chỉ cần một dòng điện rất nhỏ cũng đã gây chết người, vì vậy nếu bị sét đánh thì người sẽbịchết ngay

Sét không chỉ gây nguy hiểm khi phóng điện trực tiếp mà còn có thể tạo ra điện áp bước nguy hiểm khi dòng điện đi qua vật nối đất Thực tế cho thấy, đã có nhiều trường hợp hàng trăm con bò chết do ảnh hưởng của sét.

Sét có thể gây ra những đám cháy lớn và nếu nó đánh trực tiếp vào các công trình hay thiết bị, sẽ dẫn đến những thiệt hại nghiêm trọng.

Tác hại của sét có nhiều dạng nhƣng có thể chia thành hai loại chủ yếu sau:

7.2.1 Tác hại do sét đánh trực tiếp

Sét đánh trực tiếp, hay còn gọi là sét đánh thẳng, xảy ra khi dòng điện phóng xuống trực tiếp vào các đối tượng, thường là những điểm cao như cột điện, cột buồm, ống khói hoặc đồi núi.

Sét đánh trực tiếp gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng, với nhiệt độ không khí tại nơi bị sét đánh có thể lên tới hàng vạn độ C, đủ để làm chảy các tấm sắt dày 4mm Điều này đặc biệt nguy hiểm đối với các công trình chứa vật liệu nổ cháy như kho mìn hay bể xăng dầu Các công trình kiến trúc bằng gạch, ngói, bê tông cũng không tránh khỏi sự tàn phá, và những vật liệu dẫn điện kém sẽ chịu mức độ phá hoại càng nặng nề hơn.

Sét đánh vào đường dây điện cao áp và các nhà máy điện có thể gây ra sự cố nghiêm trọng, dẫn đến mất điện và hư hỏng thiết bị như máy điện và máy biến thế Đối với mạng thông tin viễn thông, hiện tượng này có thể gây cháy tổng đài, gián đoạn thông tin và thiệt hại lớn về vật chất.

7.2.2 Tác hại do ảnh hưởng gián tiếp của sét

Sét còn gây ảnh hưởng gián tiếp qua hiện tượng cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ

Cảm ứng tĩnh điện xảy ra ở các công trình trên mặt đất có tiếp đất kém khi nằm dưới các đám mây dông có điện Hiện tượng này tạo ra các điện tích trái dấu so với điện tích của đám mây Khi sét đánh gần, điện tích trên công trình sẽ mất đi, nhưng vẫn tồn tại một thời gian, dẫn đến điện áp cao Điện áp này có thể xâm nhập vào nhà qua dây điện hoặc ống kim loại, gây ra tia lửa có nguy cơ gây nổ cháy hoặc tai nạn cho con người.

Khi sét đánh vào dây dẫn trên công trình hoặc gần đó, một từ trường mạnh sẽ được tạo ra xung quanh Từ trường này gây ra sức điện động cảm ứng trong các mạch vòng kín, thường bao gồm nhiều kết cấu kim loại hàn nối ngẫu nhiên Dòng điện cảm ứng này có thể gây ra những nguy hiểm như làm nóng các điểm tiếp xúc kém và tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ.

Do ảnh hưởng của cảm ứng điện từ, điện áp có thể đạt tới hàng vạn vôn, gây ra hiện tượng phóng tia lửa điện tới các vật xung quanh Để giảm thiểu tác hại của sét, việc thực hiện các biện pháp chống sét là rất cần thiết.

B Ả O V Ệ CH ỐNG SÉT ĐÁNH TRỰ C TI Ế P

Trong 264 năm qua, kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét, nhiều phương pháp và thiết bị phòng chống sét đã được phát triển và đưa ra thị trường Tuy nhiên, hiệu quả của nhiều phương pháp vẫn chưa được xác định rõ ràng, và một số kết quả thậm chí còn gây ra hiệu ứng không mong muốn Bài viết này sẽ tóm tắt những ý kiến chung của các nhà khoa học về vấn đề phòng chống sét.

Phương pháp dùng lồng Farađây

Lồng kim loại là một giải pháp hiệu quả để bảo vệ khỏi sét, theo lý thuyết sóng điện từ Phương pháp này thường được áp dụng cho các khu vực đặc biệt như nơi chứa thuốc nổ và hạt nhân Tuy nhiên, chi phí cao và tính khả thi hạn chế khiến nó không thể áp dụng cho tất cả các công trình Có một số phương pháp lồng Faraday không lý tưởng nhưng vẫn khá hiệu quả trong việc phòng chống sét mà bạn nên xem xét.

Phương pháp chống sét truyền thống

Năm 1752, Benjamin Franklin đã giới thiệu một phương pháp bảo vệ nhà cửa và thuyền bè khỏi sét bằng cách sử dụng kim thu sét Ông đặt kim thu sét bằng kim loại trên đỉnh nóc nhà, kết nối với dây kim loại dẫn xuống đất Franklin tin rằng phương pháp này có hai chức năng chính: làm chệch hướng tia sét ra khỏi nhà và dẫn năng lượng xuống đất, giúp phân tán năng lượng điện an toàn.

Nguyễn Cao Trí Trang 168 đã chỉ ra rằng phương pháp chống sét của Franklin, đã được kiểm chứng trong suốt 264 năm qua, thực sự giúp giảm thiệt hại cho nhà cửa và tàu thuyền Tuy nhiên, phương pháp này và các hệ thống tương tự không phân tán điện tích và do đó không thể ngăn chặn tia sét.

Phương pháp chống sét truyền thống bao gồm hai dạng: hệ thống gắn thẳng với nhà và hệ thống bao quanh hoặc nằm trên Hệ Franklin, một ví dụ điển hình của hệ gắn thẳng, vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay Quy phạm NFPA 780 quy định chi tiết về chiều cao, cách bố trí kim thu sét, kích cỡ dây nối đất, cũng như phương pháp thực hiện và đặc tính của hệ nối đất Gần đây, một số nghiên cứu cho thấy kim tù hoạt động hiệu quả hơn so với kim nhọn.

Hệ Franklin, còn được gọi là hệ mắt xích hay lưới, bao quanh hoặc nằm trên khu vực cần bảo vệ Hệ thống này bao gồm các dây dẫn treo trên cột, nối với hệ thống đất và thường được đặt cách nhà từ 10 đến 20 mét Ưu điểm của hệ Franklin là khả năng tiếp nhận tia sét từ khoảng cách xa hơn so với hệ thống nối trực tiếp, mặc dù chi phí lắp đặt thường cao hơn.

Hệ thống chống sét Franklin không đảm bảo hiệu quả 100%, vì sét có thể đánh trực tiếp vào nhà mà bỏ qua kim thu sét, ngay cả khi kim thu sét được đặt cao Mặc dù kim thu sét có thể thu hút sét, nhưng dây nối đất lại không hiệu quả trong việc dẫn các thành phần tần số cao của tia sét, đặc biệt khi có các vật kim loại gần đó Điều này dẫn đến nguy cơ hỏng hóc cho các thiết bị điện tử nhạy cảm với sét trong nhà Do đó, cần trang bị các thiết bị chống sét chuyên dụng cho những thiết bị này.

Phương pháp truyền thống đã chứng minh hiệu quả bảo vệ trong nhiều năm, nhưng với yêu cầu cao hiện nay từ các thiết bị điện tử, nhà máy hạt nhân và đạn dược, những nhược điểm của nó có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng.

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, kim thu sét tích cực đã được nghiên cứu và chế tạo để chủ động bắt sét, bảo vệ các công trình khỏi thiệt hại Tại Việt Nam, hiện có gần mười loại kim thu sét chủ động từ nhiều quốc gia như Mỹ, Pháp, Úc, Ý Các loại kim thu sét này hoạt động dựa trên các nguyên lý khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính.

Loại phóng điện sớm là các kim thu sét có khả năng phát ra dòng mồi sớm, trước khi điện trường khí quyển đạt đến trị số tới hạn Điều này cho phép chúng chủ động thu hút dòng phóng điện sét từ xa, bảo vệ công trình hiệu quả hơn Khi hoạt động, kim thu sét như được kéo dài ra gấp nhiều lần chiều dài thực, tạo ra độ cao ảo, từ đó mở rộng phạm vi bảo vệ so với các kim thu sét cổ điển ở cùng độ cao.

Kim thu sét loại phân tán điện tích tạo ra lớp điện tích không gian dương ở vùng khí quyển trên đầu kim nhờ nguyên lý phóng điện điểm Khi trường tĩnh điện của mây dông mạnh, dòng phóng điện và lớp điện tích không gian gia tăng, tạo ra một màn chắn tĩnh điện Điều này làm yếu đi điện trường giữa đám mây dông và mặt đất, từ đó giảm thiểu nguy cơ phóng điện sét.

Một dạng kết hợp giữa hai loại hệ thống chống sét là phóng điện trì hoãn, giúp tăng cường phạm vi bảo vệ Tuy nhiên, loại hệ thống này có chi phí cao hơn so với hai loại trước đó.

Hút sét bằng tia laser

Ngày nay, việc chống sét cho các công trình hiện đại trở nên cần thiết hơn bao giờ hết, đặc biệt là đối với những địa điểm quan trọng như kho chất nổ, đạn dược, hạt nhân và các trung tâm máy tính thiết yếu như trung tâm điều khiển bay và điều hành mạng Việc áp dụng các phương pháp chống sét hiệu quả cao là điều bắt buộc để bảo vệ an toàn cho các cơ sở này.

Để tìm kiếm giải pháp chống sét hiệu quả 100%, các công ty đã đầu tư hàng triệu đô la hàng năm vào nghiên cứu công nghệ hút sét bằng laser Những nhóm nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực này bao gồm giáo sư Bazelyan (Nga) và giáo sư Zen Kawazaki (Nhật Bản) Kết quả ban đầu đã cho thấy khả năng thu sét thành công, điển hình là vào năm 1997, Nhật Bản đã hai lần thu được tia sét qua phương pháp này Mặc dù về mặt kỹ thuật, việc thực hiện là khả thi, nhưng thách thức lớn nằm ở việc đồng bộ hóa và chi phí cho mỗi lần chống sét bằng laser rất cao, có thể đắt hơn vàng Nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn đang tiếp tục được phát triển.

Phương pháp phòng chống tích cực

Phương pháp dự báo dông sét sớm đã trở thành một công cụ hiệu quả trong những năm gần đây, nhờ vào sự phát triển của các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh và hệ thống định vị phóng điện Các công nghệ này cho phép dự đoán khả năng xảy ra dông sét tại một khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút Những phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không, điện lực và bảo đảm an toàn cho con người.

B Ả O V Ệ CH Ố NG SÉT C Ả M Ứ NG VÀ LAN TRUY Ề N

Sét cảm ứng bao gồm hai loại chính: cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ Cảm ứng tĩnh điện chủ yếu nguy hiểm cho các công trình chứa chất dễ cháy như xăng dầu và khí đốt, do ảnh hưởng của phóng điện thứ cấp Trong khi đó, cảm ứng điện từ lại đe dọa các thiết bị hiện đại, đặc biệt là những linh kiện điện tử nhạy cảm với xung điện, thường thấy trong các công trình bưu điện, viễn thông và phát thanh truyền hình.

Hiện nay, nhiều cơ quan và xí nghiệp đang sử dụng dây chuyền công nghệ hiện đại với máy móc điều khiển tự động, nhưng thường xuyên gặp phải vấn đề nhiễu loạn điều khiển và dữ liệu không chính xác do ảnh hưởng của sét Mặc dù không bị sét đánh trực tiếp vào khu vực sản xuất, một số khối văn phòng vẫn bị hư hỏng bộ đàm, máy điện thoại, máy fax và thậm chí có thể gây hư hỏng hàng loạt máy vi tính, dẫn đến mất dữ liệu Nguyên nhân chính là do ảnh hưởng của cảm ứng sét đối với các thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc do dòng điện lớn của sét lan truyền qua hệ thống điện.

Nguy ễ n Cao Trí Trang 189 nguồn hay đường truyền dữ liệu vào làm hư hỏng thiết bị, làm mất hoặc nhiễu loạn thông tin, dữ liệu

Để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm như máy tính, điện thoại, bộ đàm và máy fax khỏi thiệt hại do sét, cần thực hiện các biện pháp chống sét cảm ứng và sét lan truyền, bên cạnh việc áp dụng biện pháp chống sét đánh trực tiếp.

Chống sét cảm ứng là việc nối đất cho các thiết bị điện và cấu trúc kim loại như ống kim loại để ngăn ngừa phóng điện do cảm ứng điện từ của sét Việc kết nối các thành phần kim loại gần nhau là cần thiết để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Chống sét lan truyền là biện pháp quan trọng để bảo vệ hệ thống điện và thông tin khỏi dòng điện sét Dòng điện sét có thể xâm nhập qua cáp điện cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt, cũng như qua các đường truyền thông tin như điện thoại và mạng máy tính Do đó, cần thực hiện các biện pháp an toàn trên cả hai loại đường truyền này để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng.

Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn điện cho thiết bị

Chống sét lan truyền trên đường truyền thông tin, dữ liệu

Hình 7.12: Sét lan truyền trên đường dây điện

7.4.1 Chống sét van (LA: Lightning Arrester)

Hình 7.13: Lắp đặt chống sét van

Chống sét van là một thiết bị chống sét hoàn hảo nhất dùng để bảo vệ cho trạm biến áp, trạm phân phối và các máy điện khác

Cấu tạo của chống sét van gồm hai phần:

Bên ngoài là một ống sứ hay chất dẻo cách điện có hình dạng và kích thước tùy thuộc cấp điện áp định mức sử dụng

Bên trong ống chứa hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến

Khe hở phóng điện được cấu tạo từ nhiều cặp khe hở ghép nối tiếp, mỗi cặp bao gồm hai đĩa đồng mỏng và một tấm đệm mica hoặc bìa cách điện dày khoảng 1mm để tạo ra khe hở phóng điện Số lượng cặp khe hở phóng điện trong mỗi chống sét van phụ thuộc vào thiết kế của nhà chế tạo Ngoài ra, điện trở phi tuyến bao gồm các tấm hình trụ tròn ghép nối tiếp, thường được làm từ Vilit, Tirit hoặc ZnO, trong đó Vilit là loại phổ biến nhất.

Nguyên lý hoạt động của chống sét van chủ yếu dựa vào tính chất của điện trở Vilit Khi điện áp tăng cao, điện trở của Vilit sẽ giảm, và khi điện áp giảm, điện trở sẽ tăng nhanh chóng.

Khi quá điện áp tác động lên chống sét van, điện trở của nó nhanh chóng giảm, cho phép sóng sét được dẫn xuống đất Khi điện áp trở về mức bình thường, điện trở của chống sét van tăng cao, ngăn chặn dòng điện tiếp tục Đồng thời, điện áp dư trên chống sét van cũng ở mức thấp, đảm bảo an toàn cho thiết bị được bảo vệ.

Chống sét van có khả năng làm giảm biên độ và độ dốc của sóng sét, giúp bảo vệ hiệu quả cho các máy điện bằng cách ngăn chặn hiện tượng xuyên kích giữa các vòng dây trong cùng một pha Tuy nhiên, điện trở Vilit dễ bị nhiễm ẩm, dẫn đến thay đổi đặc tính điện và giảm hiệu quả của chống sét van, vì vậy cần thực hiện các biện pháp chống nhiễm ẩm cho điện trở này.

7.4.2 Bộ lọc xung (SRF : Surge Reduction Filter)

SRF là thiết bị tích hợp hai chức năng quan trọng: mạch kẹp năng lượng cao và mạch lọc đặc biệt Hai mạch này được kết nối nối tiếp trong mạch động lực, nằm ở phía nguồn vào.

Có khảnăng cắt dòng xung sét cao

Có khảnăng cắt đa xung.

Có khả năng phân biệt xung sét và quá áp của điện lưới

Có kích thước nhỏ gọn và vỏ bằng kim loại bọc kín an toàn cho người sử dụng và các thiết bị xung quanh

Thiết bị cắt lọc sét được thiết kế để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi hư hại do quá áp đột biến, xung sét và hiện tượng giao thoa RF.

Thiết bị cắt lọc sét đƣợc thiết kế với 3 cấp bảo vệ bên trong thiết bị nhƣ sau:

Tầng bảo vệ sơ cấp bao gồm bộ lọc thông thấp bằng cuộn dây và tụ điện LC, cùng với bảo vệ thứ cấp Thiết bị cắt lọc sét có khả năng hấp thu các xung quá áp đột biến hoặc xung sét ở chế độ thường (pha/trung tính) và chế độ ngang (trung tính/đất) từ hai hướng: từ nguồn vào và từ phía đầu tải Thiết bị này thích ứng lắp đặt trên nguồn điện 1 pha và 3 pha.

Chống sét lan truyền trên nguồn điện AC theo 2 cấp: Cắt sét sơ cấp và cắt lọc sét thứ cấp

Thiết bị cắt lọc sét thứ cấp sử dụng công nghệ thông minh, được lắp nối tiếp trước tải và phụ thuộc vào dòng tải, không tiêu hao điện năng Với thời gian đáp ứng dưới 1ns, thiết bị này mang lại hiệu suất cao và có nhiều loại sản phẩm để lựa chọn.

Thiết bị cắt lọc sét được lắp đặt nối tiếp trước tải, phù hợp với dòng tải sử dụng, và có thể lắp ở bất kỳ vị trí nào trong hệ thống phân phối điện hạ thế Thiết bị này có thể được đặt tại tủ phân phối điện chính của tòa nhà hoặc tại tủ phân phối phụ cung cấp điện cho các thiết bị điện tử nhạy cảm.

Tầng bảo vệ thứ nhất của thiết bị cắt lọc sét sử dụng công nghệ MOV, SAD và GDT, có khả năng chịu đựng dòng xung sét lên đến 40KA, 70KA hoặc 100KA Thiết bị này được đấu nối giữa các dây pha và trung tính, nhằm hấp thu các xung quá áp đột biến hoặc xung sét trong chế độ thường Những xung quá áp này thường phát sinh từ các công tắc đóng ngắt và nhiễu trong hệ thống điện.