luận văn thạc sĩ nghiên cứu, thiết kế bộ ngắt dòng dò

Luận văn ựã nghiên cứu các nội dung về an toàn ựiện trong y tế, các nguy cơ giật ựiện, tác dụng của dòng ựiện ựối với cơ thể và cách phòng tránh.. Trong phương pháp ựo cường ựộ dòng ựiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO CỘNG HÒA Xà HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

VIỆN ðẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

-

ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc

-

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Chu Thị Hương Ngày sinh:10/08/1981 Nơi Sinh: Hà Nội Khoá: 02 Khoa: ðiện tử - Viễn thông Ngành: Kỹ thuật ñiện tử

1 ðầu ñề luận văn:

Nghiên cứu, thiết kế Bộ ngắt dòng dò

2 Các số liệu và dữ liệu ban ñầu:

Khi sử dụng trang thiết bị ñiện luôn tiềm ẩn nguy cơ giật ñiện, gây tổn thương, thậm chí dẫn ñến tử vong cho nạn nhận Cường ñộ dòng ñiện cực ñại chưa gây nguy hiểm khi chạy qua

cơ thể người là 5mA Việc thiết kế chế tạo các thiết bị ñảm bảo an toàn ñiện và thiết bị phục

vụ thí nghiệm an toàn ñiện là rất cần thiết

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Nghiên cứu tìm hiểu về ảnh hưởng của dòng ñiện lên cơ thể người, các biện pháp phòng tránh giật ñiện Áp dụng lý thuyết cảm ứng ñiện từ, lý thuyết về ñiện tử ñể tính toán, thiết kế các sản phẩm.

4 Các bản vẽ, ñồ thị:

Bản vẽ sơ ñồ nguyên lý các mạch ñiện, bản vẽ thiết kế khung vỏ, thiết kế mặt của các sản phẩm trong luận văn

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Văn Khang

6 Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 17 tháng 02 năm 2011

7 Ngày hoàn thành luận văn: 30 tháng 10 năm 2011

Ngày tháng năm 2011

Giảng viên hướng dẫn

PGS.TS Nguyễn Văn Khang

Học viên thực hiện

Chu Thị Hương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN ðẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

-

BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Chu Thị Hương Số hiệu sinh viên: Ngành: ðiện tử Khoá: 02 Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện :

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm 2011

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

LỜI NÓI ðẦU

ðiện giật là nguy cơ gây thương tổn chết người xếp ở mức cao Ở Việt Nam hàng năm có 450 -500 vụ tai nạn do ñiện giật làm chết 350 – 400 người, bị thương hàng trăm người, ñó là một con số ñáng lo ngại Những thương tổn và tử vong này luôn có thể phòng tránh ñược Tuy nhiên hầu hết các lĩnh vực người sử dụng thiết bị ñiện không lắp ñặt các thiết bị an toàn ñiện, bảo vệ chống rò ñiện, không nối ñất các thiết bị ñiện theo yêu cầu của các nhà chế tạo Gần ñây nhất là sự việc hàng loạt các máy ATM gây giật ñiện, thậm chí dẫn ñến tử vong làm xôn xao dư luận, và hoang mang cho người sử dụng về mức ñộ an toàn của các thiết bị ñiện công cộng

Trong lĩnh vực y tế, môi trường ẩm ướt do nước, dịch, máu…luôn tiềm ẩn nguy

cơ giật ñiện cho những người sử dụng thiết bị ñiện ðiều này càng nguy hiểm hơn với các bệnh nhân trước những nguy cơ giật vĩ mô và giật vi mô

Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng các thiết bị ñảm bảo an toàn ñiện

là rất cần thiết Chế tạo thành công bộ ngắt dòng dò thông minh với những ưu ñiểm như phát hiện dòng dò cỡ nhỏ từ 0.5mA, tính năng cảnh báo thông minh, tự ñộng ngắt mạch khi dòng dò vượt ngưỡng 5mA là một sản phẩn an toàn ñiện hiệu quả và dễ sử dụng trong thực tế

Trong quá trình thực hiện, luận văn ñã nhận ñược nhiều sự giúp ñỡ cũng như sự ñộng viên khích lệ của gia ñình, bạn bè và ñặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của PGS

TS Nguyễn Văn Khang Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc ñến thầy giáo hướng dẫn cùng những người ñã giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn Tôi hy vọng thầy, cô và bạn bè sẽ tiếp tục giúp ñỡ tôi hoàn thiện tốt hơn luận văn này trong tương lai

Hà nội, ngày tháng năm 2011

Học viên thực hiện

Chu Thị Hương

MỤC LỤC

LỜI NÓI ðẦU 3

MỤC LỤC 5

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 7

DANH SÁCH CÁC BẢNG 9

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 MỞ ðẦU 11

1.1.Giới thiệu 11

1.2 Tinh hình an tòan ñiện trong thực tế 12

1.3 Nội dung luận văn CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT AN TOÀN ðIỆN 14

2.1 Tác ñộng dòng ñiện lên cơ thể người và các yếu tố liên quan 14

2.1.1 Nguy cơ giật ñiện khi tiếp xúc với vật mang ñiện 14

2.1.2 Tác hại của dòng ñiện ñối với cơ thể con người 19

2.1.2.1 Ngưỡng cảm nhận 19

2.1.2.2 Dòng thả lỏng 20

2.1.2.3 Chứng tê liệt hệ hô hấp, ñau và mệt mỏi 20

2.1.2.4 Hiện tượng rung tâm thất 20

2.1.2.5 Cơn co tim duy trì 21

2.1.2.6 Bỏng và tổn thương thực thể 21

2.1.2.7 Tác hại của dòng ñiện với một số cơ quan, tổ chức trên cơ thể người 21

2.1.3 Những yếu tố liên quan ñến mức ñộ tác ñộng của dòng ñiện lên cơ thể 23 2.2 Các phương pháp hạn chế nguy cơ giật ñiện 25

2.2.1 An toàn trong hệ thống cung cấp ñiện 26

2.2.1.1 Hệ thống khuếch ñại ñiện tim ñạo trình chân phải 26

2.2.1.2 Hệ thống tiếp ñất ñẳng thế 26

2.2.1.3 Hệ thống phân phối ñiện cách ly 28

2.2.1.4 Bộ GFCI (Ground –Fault Circuit Interrupter ) 28

2.2.2 An toàn trong thiết kế thiết bị 29

2.3 Cơ sở bộ ngắt dòng dò khi nối ñất gặp sự cố 33

2.3.1 Cơ sở cảm ứng ñiện từ, áp dụng ño cường ñộ dòng ñiện 33

2.3.1.1 Các ñịnh luật, hiện tượng cảm ứng ñiện từ 33

2.3.1.2 Áp dụng chế tạo cảm biến dòng ñiện dò 35

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁC KHỐI CHỨC NĂNG 3.1 Giới thiệu một số linh kiện dùng trong thiết kế 38

3.1.1 Cảm biến dòng ñiện dò ……… ………37

3.1.2 Vi ñiều khiển AVR ATmega 16……… ………38

3.1.3 IC khuếch ñại thuật toán TL084……… ………50

3.2 Yêu cầu của sản phẩm cần ñạt ñược 53

3.3 Sơ ñồ khối chức năng và sự phối hợp hoạt ñộng giữa các khối 54

3.3.1 Sơ ñồ khối chức năng 54

3.3.2 Nguyên lý hoạt ñộng……… ………55

3.4 Thiết kế sơ ñồ nguyên lý của bộ ngắt dòng dò……… ………55

3.4.1 Thiết kế phần cứng……… ………55

3.4.2 Mạch nguyên lý cảm biến dòng và khuếch ñại vi sai……….………56

3.4.3 Sơ ñồ nguyên lý khối chỉnh lưu và lọc thông thấp……….……….58

3.4.4 Sơ ñồ nguyên lý bộ ñiều khiển trung tâm và khối chấp hành.……….58

3.4.5 Sơ ñồ nguyên lý khối nguồn………59

3.4.6 Sơ ñồ nguyên lý của bộ ngắt dòng dò………….……… ………60

3.5 Thiết kế phần mềm nhúng ñiều khiển……….………60

3.7 Thiết kế kiểu dáng sản phẩm……… 67

Kết quả ñạt ñược………69

Kết luận……… 71

Tài liệu tham khảo……… 72

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Chú chim ựậu chân trần trên dây ựiện cao thế nhưng vẫn không bị giật .15

Hình 2.2 Người ựứng trên mặt ựất, chạm tay vào dây lửa của lưới ựiện .15

Hình 2.3 Người ựứng trên mặt ựất, chạm tay vào dây nối ựất nên không bị giật ựiện 16

Hình 2.4 Dòng dò từ dây lửa ra vỏ, do lỗi lớp cách ựiện, hay chập dây với vỏ .17

Hình 2.5 Dòng dò tụ kắ sinh, hoặc tụ lọc nhiễu nguồn .17

Hình 2.6 Nguy cơ giật ựiện khi tiếp xúc với vỏ thiết bị ựiện 18

Hình 2.7 Dòng ựiện giật vi mô chạy thẳng qua tim, nếu dây nối ựất bị ựứt thì nguy cơ giật ựiện sẽ cao hơn .19

Hình 2.8 Mô hình trở kháng bên trong cơ thể người .25

Hình 2.9 Bộ khuếch ựại ựiện tim tham chiếu ựất [1] 26

Hình 2.10 Hệ thống tiếp ựất ựẳng thế [1] 27

Hình 2.11 Hệ thống phân phối ựiện cách ly [1] 28

Hình 2.12 GFCI Ờ Bộ ngắt ựiện khi nối ựất gặp sự cố [1] .29

Hình 2.13 Bốn cách bố trắ nguồn và dây nối ựất hiệu quả 32

Hình 2.14 Thắ nghiệm của Michael Faraday về tác dụng từ trường biến thiên 33

Hình 2.15 Từ thông biến thiên sinh ra suất ựiện ựộng cảm ứng khi dịch chuyển vòng dây dẫn trong từ trường 34

Hình 2.16 Tác ựộng hỗ cảm của dòng ựiện trên hai vòng dây dẫn ựặt cạnh nhau 34

Hình 2.17 Nguyên lý cảm biến dòng dò

Hình 3.1 Cảm biến dòng ựiện dò 38

Hình 3.2 đồ thị kết quả test 38

Hình 3.3 Sơ ựồ chân vi ựiều khiển Atmega16 loại 40 chân và 44 chân [8] 41

Hình 3.4 Cấu trúc bên trong vi ựiều khiển Atmega16 [8] 41

Hình 3.5 Cấu trúc bộ ADC của ATmega16 [8] 42

Hinh 3.6 Thanh ghi ADMUX [8] 43

Hình 3.7 Thanh ghi ADCSRA [8] 44

Hình 3.8 Thanh ghi dữ liệu ADC [8] 46

Hình 3.9 Bộ ựếm gộp trước của ADC [8] 47

Hình 3.10 Sai số bù của bộ biến ựổi ADC 49

Hình 3.11 Sai số khuếch ựại của bộ biến ựổi ADC 49

Hình 3.12 độ không tuyến tắnh của bộ biến ựổi ADC 50

Hình 3.13 độ không tuyến tắnh vi sai của bộ biến ựổi ADC 50

Hình 3.14 Sơ ựồ chân, nguyên lý bên trong IC khuếch ựại thuật toán TL084 [9] 51

Hình 3.15 Sơ ựồ mạch khuếch ựại ựảo áp dụng IC TL084 52

Hình 3.16 đồ thị quan hệ ựiện áp ựỉnh tối ựa của tắn hiệu ra và tần số tắn hiệu 52

Hình 3.17 đồ thị quan hệ hệ số khuếch ựại vi sai tối ựa của mạchẦẦẦ.ẦẦẦ ẦẦ52

Hình 4.15 với tần số tắn hiệu 53

Hình 3.18 Giao ựiện phần mềm Orcad 9.2 thiết kế mạch nguyên lý và mạch in 57

Hình 3.19 Sơ ựồ nguyên lý khối cảm biến dòng và khuếch ựại vi sai 58

Hình 3.20 sơ ựồ nguyên lý khối chỉnh lưu và lọc thông thấp bậc 2 59

Hình 3.21 đáp ứng tần số và pha của mạch lọc 59

Hình 3.22 Sơ ựồ nguyên lý bộ ựiều khiển trung tâm và khối chấp hành 60

Hình 3.23 Sơ ựồ nguyên lý khối nguồn 60

Hình 3.24 Mạch nạp STK500, nạp phần mềm nhúng cho vi ựiều khiển 62

Hình 3.25 Giao diện chương trình biên dịch CodevesionAVR 2.04.4a 63

Hình 3.26 Lưu ñồ thuật toán ñiền khiển bộ ngắt dòng dò 64

Hình 3.27 Thiết kế hộp sản phẩm bộ ngắt dòng dò 69

Hình 3.28 Mặt trên của bộ ngắt dòng dò 69

Sản phẩm bộ ngắt dòng dò Error! Bookmark not defined Ghép nối bộ ngắt dòng dò vào hệ thống ñiện 71

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tác ñộng của dòng ñiện 60 Hz lên cơ thể người tuổi trung niên [1] 24

Bàng 3.1 Chọn kênh ñầu vào bộ ADC của Atmega16 [8] 43

Bảng 3.2 Chọn giá trị ñiện áp tham chiếu cho bộ ADC [8] 44

Bảng 3.3 Chọn số chia cho bộ chia tần [8] 45

Bảng 3.4 Mô tả thời gian một chu kỳ chuyển ñổi ADC [8] 48

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Interrupter

Bộ ngắt mạch khi nối ñất gặp sự cố

MIPS Millions of instructions per second Triệu phép tính trên giây

RISC Reduced Instructions Set

Computer

Máy tính với tập lệnh ñơn giản hóa SPI Serial peripheral interface Chuẩn truyền thông ngoại vi nối tiếp UART Universal Asynchronous serial

Reveiver and Transmitter

Bộ truyền nhận nối tiếp không ñồng

bộ

dò Thiết bị có thể cảnh báo người sử dụng về nguy cơ dò ựiện khi dòng dò >500ộA,

và ngắt mạch khi dòng dò vượt ngưỡng 5mA

Quá trình thực hiện luận văn cần phải trải qua các bước từ nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết, thiết kế sản phẩm, chế tạo, thử nghiệm kiểm tra sản phẩm đó là một quá trình liên tục từ lý thuyết ựến thực tế, thiết kế phần cứng, phần mềm nhúng, thiết kế cơ khắ, ựến ựo ựạc kiểm nghiệm kết quả

Luận văn ựã nghiên cứu các nội dung về an toàn ựiện trong y tế, các nguy cơ giật ựiện, tác dụng của dòng ựiện ựối với cơ thể và cách phòng tránh Cùng với ựó là các lý thuyết về cảm ứng ựiện từ, lý thuyết về ựiện tử, phương pháp hạn chế giật ựiện, phương pháp ựo dòng ựiện dò Từ ựó thiết kế chế tạo mạch ựo dòng ựiện dò bằng cảm biến dòng, áp dụng hiện tượng cảm ứng ựiện từ, không tiếp xúc trực tiếp với dòng ựiện Hiện nay có nhiều phương pháp ựo dòng ựiện, có thể phân chia thành hai phương pháp lớn là can thiệp và không can thiệp Trong phương pháp ựo cường ựộ dòng ựiện can thiệp các thiết bị ựo cường ựộ dòng (ampe kế) phải mắc nối tiếp với dây ựiện có dòng ựiện chạy qua Việc áp dụng phương pháp này ựể ựo dòng ựiện dò trong thiết bị ựiện gặp một số hạn chế lớn do không biết lấy tắn hiệu dòng ựiện dò từ ựâu, vì dòng ựiện dò từ vỏ máy xuống ựất có thể qua dây nối ựất, nhưng cũng có thể qua các ựiểm tiếp xúc với ựất khác, thậm chắ chạy qua cơ thể người bị ựiện giật xuống ựất Một hạn chế nữa do bắt buộc thiết bị ựo phải ựược lắp ựặt như một thành phần trong mạch ựiện nên khó có thể áp dụng vào các thiết bị ựiện ựã chế tạo khó thay ựổi

Phương pháp ño không can thiệp dựa vào từ trường do dòng ñiện sinh ra ñể xây dựng phương pháp ño Với dòng ñiện xoay chiều, từ trường biến thiên do dòng ñiện sinh ra gây ra suất ñiện ñộng cảm ứng trên cuộn dây ñặt gần dòng ñiện, ño suất ñiện ñộng cảm ứng này có thể xác ñịnh ñược giá trị dòng ñiện sinh ra nó Phương pháp ño này an toàn và không ảnh hưởng ñến mạch ñiện của thiết bị Phương pháp này ñược áp dụng rộng rãi trong thực tế

1.2 Tình hình an toàn ñiện trong thực tế

Trên thực tế nhu cầu sử dụng thiết bị an toàn trên hệ thống ñiện là rất lớn Trong ñời sống dân dụng luôn tiềm ẩn nguy cơ giật ñiện Hệ thống lưới ñiện ở Việt Nam vào tới các hộ gia ñình hầu như không có dây tiếp ñất bảo vệ Các trang thiết bị ñiện dân dụng không có dây nối ñất và không áp dụng các biện pháp an toàn như khuyến cáo của nhà sản xuất

Sự việc gần ñây các máy ATM rút tiền tự ñộng có dòng dò lớn, gây giật ñiện, thậm chí gây tử vong cho nạn nhân, ñã cảnh báo sự thiếu an toàn tại các thiết bị ñiện công cộng Nhiều trường hợp dòng ñiện dò tại các cột ñèn, cột ñiện gây nguy hiểm cho người dân ñã ñược ghi nhận trên nhiều thông tin truyền thông Những trường hợp không may ñó ít nhiều gây dư luận hoang mang

Trong lĩnh vực y tế, an toàn ñiện ñược ñưa vào chương trình bắt buộc cho các tổ chức, cơ sở y tế Giật ñiện có thể xảy ra với bệnh nhân, những người vận hành thiết bị, khách tham quan bệnh viện hay tham quan các thiết bị chăm sóc sức khỏe ðiện giật ñề cập tới cả giật vĩ mô (dòng lớn truyền từ tay nọ sang tay kia có qua tim) và giật vi mô (dòng nhỏ tới thẳng tim) An toàn ñiện trong y tế phải hạn chế tối ña các tình huống gây nguy hiểm, các tình huống ñó ñều là các tình huống ñộng nên cần ñược thường xuyên quan tâm

Mục tiêu của an toàn ñiện trong các tổ chức y tế liên quan tới bất kỳ một thiết bị vận hành bằng ñiện nào ñược sử dụng tại các khu vực công cộng, các khu vực chăm sóc sức khỏe nói chung và các khu vực chăm sóc ñặc biệt trong bệnh viện

Qua phân tích ở trên, với sự ña dạng của các trang thiết bị ñiện dân dụng tới lĩnh

1.3 Nội dung luận văn

Chương 1 Mở ñầu Chương 1 giới thiệu chung về luận văn, cũng như nhu cầu thực

tế ñối với các sản phẩm mà luận văn thực hiện Chương 1 cũng giới thiệu về cấu trúc trình bày của luận văn

Chương 2 Nghiên cứu lý thuyết an toàn ñiện Trong chương này giới thiệu những

nghiên cứu, tìm hiểu về các ảnh hưởng của dòng ñiện lên cơ thể con người và các yếu

tố liên quan tới mức ñộ của các tác ñộng ñó Sau ñó sẽ trình bày về các biện pháp phòng tránh nguy cơ giật ñiện, tập trung vào trong lĩnh vực y tế Tiếp theo là áp dụng

lý thuyết cảm ứng ñiện từ vào việc thiết kế thiết bị cảm biến dòng ñiện dò

Chương 3 Thiết kế các khối chức năng Chương 3 trình bày cụ thể về mục tiêu, yêu

cầu của sản phẩm mà luận văn thực hiện Qua phân tích các yêu cầu kỹ thuật ñó thiết

kế các khối chức năng ñảm bảo các tính năng và yêu cầu ñặt ra Cùng với ñó là trình bày sự phối hợp hoạt ñộng của các khối trong hệ thống Sau khi thiết kế các khối chức năng sẽ ñi thiết kế các sơ ñồ nguyên lý cho từng khối, sơ ñồ nguyên lý của cả mạch ngắt dòng dò Trong chương này cũng có ñề cập ñến một số linh kiện quan trọng ñược

sử dụng cho thiết kế mạch và các phần mềm dung cho thiết kế

Kết quả ñạt ñược Trình bày cụ thể về các thông số kỹ thuật của các sản phẩm, cũng

như hướng dẫn lắp ñặt, hướng dẫn sử dụng

Kết luận Phần kết luận sẽ tổng kết về những ñiều ñạt ñược, những ñiều chưa ñạt

ñược khi thực hiện luận văn và hướng phát triển trong luận văn trong tương lai

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT AN TOÀN đIỆN 2.1 Tác ựộng dòng ựiện lên cơ thể người và các yếu tố liên quan

Khi dòng ựiện chạy qua cơ thể con người sẽ gây ra các tác ựộng vật lý như: co

cơ, khó thở, rung tâm thất, cháy, ựiện giảiẦ loại tác ựộng và mức ựộ thương tổn trên

cơ thể người tùy thuộc vào các yếu tố ựặc trưng của dòng ựiện và vị trắ tiếp xúc

Giật ựiện liên quan tới việc kắch thắch các mô cơ thể bằng ựiện và hậu quả của

nó có thể chỉ là cảm giác nhói nhẹ cho tới giật bó cơ rất mạnh thậm chắ còn rung tâm thất Mức ựộ nguy hiểm của giật ựiện ựược phản ánh chủ yếu qua cường ựộ dòng ựiện chạy qua cơ thể người bị giật tại các tần số cụ thể

Giật vĩ mô ựược ựịnh nghĩa là một dòng ựiện mức cao cỡ mA, dòng ựiện này chạy trên da, qua cơ thể người khi tiếp xúc với một nguồn ựiện áp Sẽ có hai ựiểm tiếp xúc trên cơ thể người, dòng ựiện này có thể sẽ qua tim và gây nên sự rung tim, thậm chắ có thể gây tử vong

Giật vi mô ựược ựịnh nghĩa là dòng ựiện nhỏ cỡ ộA chạy trực tiếp thẳng tới tim qua một ống dẫn dịch nhỏ trong ựộng mạch hoặc tĩnh mạch

Giật ựiện xảy ra khi có từ hai ựiểm tiếp xúc của nạn nhân với hai ựiểm có ựiện thế khác nhau trên hệ thống ựiện

Sau ựây chúng ta sẽ xét các nguy cơ giật ựiện, các yếu tố liên quan và các ảnh hưởng sinh lý trong cơ thể con người khi có dòng ựiện chạy qua

2.1.1 Nguy cơ giật ựiện khi tiếp xúc với vật mang ựiện

Nếu không có hai ựiểm tiếp xúc trở lên trên cơ thể người, nơi dòng ựiện ựi vào

và ựi ra, thì không có nguy cơ giật ựiện Nếu hai ựiểm tiếp xúc có cùng ựiện thế thì cũng không bị giật ựiện đó là lý do tại sao chim ựậu trên dây ựiện cao thế nhưng không bị giật vì không có dòng ựiện nào chạy qua cơ thể nó để dòng ựiện chạy qua một vật dẫn thì cần có ựiện áp chênh lệch trên nó Nếu không có ựiện áp chênh lệch thì không có dòng chạy qua vật dẫn Vì thế dù con chim có ựậu cả hai chân trên dây ựiện,

ñiểm có cùng ñiện thế, do ñó không có ñiện áp chênh lệch giữa chúng nên không có dòng ñiện nào chạy qua cơ thể của nó

Hình 2.1 Chú chim ñậu chân trần trên dây ñiện cao thế nhưng vẫn không bị giật

Nhiều người tin rằng không thể bị giật khi chỉ tiếp xúc với một dây dẫn ñiện Giống như những chú chim, nếu chúng ta chắc chắn chỉ tiếp xúc với một dây dẫn tại một thời ñiểm thì vẫn ñảm bảo an toàn Tất nhiên ñiều ñó là không ñúng Không giống như những chú chim, con người thường ñứng trên mặt ñất khi chúng ta tiếp xúc với dây dẫn ñiện Trong hệ thống ñiện lưới luôn nối ñất tại nguồn Khi một người ñứng trên mặt ñất và chạm tay vào dây dẫn ñiện ñã nối hai ñiểm trên một mạch ñiện, tạo thành một mạch kín (dây dẫn, người và ñất) Khi ñó sẽ có dòng ñiện chạy qua cơ thể người gây giật ñiện

Hình 2.2 Người ñứng trên mặt ñất, chạm tay vào dây lửa của lưới ñiện

ðất của nguồn ñiện lưới cấu tạo bởi các cọc kim loại dẫn ñiện tốt ñược chôn sâu xuống ñất ñể tạo tiếp xúc tốt nhất với ñất ðất của nạn nhân bị giật ñiệt thường thông qua chân của họ, phần cơ thể chạm ñất

Có những ñiểm trên hệ thống ñiện ñảm bảo an toàn khi tiếp xúc, ñó là những ñiểm có cùng ñiện thế với ñất, những ñiểm nối ñất Ví dụ với người trong hình trên, nếu anh ta chạm tay vào ñiểm dưới của ñiện trở thì sẽ không bị giật ñiện, thậm chí nếu chân anh ta vẫn tiếp xúc với mặt ñất

Hình 2.3 Người ñứng trên mặt ñất, chạm tay vào dây nối ñất nên không bị giật ñiện

Bởi vì tại ñiểm tiếp xúc ñó ñược nối với ñất của mạch ñiện, cân bằng ñiện thế với mặt ñất, không có ñiện áp nào ñặt lên người này và anh ta sẽ không bị giật ñiện

ðối với các thiết bị ñiện luôn có nguy cơ dò ñiện ra vỏ máy Nguy hiểm nhất là trường hợp dò ñiện từ dây lửa ra vỏ máy Có thể do dây lửa chạm vào vỏ máy, hoặc do cách ñiện kém dẫn ñến dòng ñiện từ dây lửa dò trực tiếp ra vỏ máy Nguy cơ thứ hai là dòng dò tụ và dòng dò trở

Dòng dò tụ có thể do các tụ lọc nguồn ñiện nối giữa dây lửa và vỏ máy ñể lọc nhiễu nguồn, trường hợp khác là dây lửa tạo thành một phiến của tụ, lớp vỏ cách ñiện của dây tạo thành lớp ñiện môi, ñế kim loại (ñất) tạo thành phiến kia của tụ Dòng dò

ñiện trở tăng lên từ trở kháng của lớp vỏ bọc cách ñiện quanh dây nguồn Các chất ñiện môi nhựa dẻo nóng hiện nay hay các dây nguồn có trở kháng cao ñến mức mà dòng dò tổng nhỏ không ñáng kể so với dòng dò tụ ñiện

Hình 2.4 Dòng dò từ dây lửa ra vỏ, do lỗi lớp cách ñiện, hay chập dây với vỏ

Hình 2.5 Dòng dò tụ kí sinh, hoặc tụ lọc nhiễu nguồn

Luôn tiềm ẩn nguy cơ giật ñiện khi tiếp xúc với vỏ thiết bị ñiện

Hình 2.6 Nguy cơ giật ñiện khi tiếp xúc với vỏ thiết bị ñiện

Hình trên là nguy cơ giật ñiện vĩ mô khi tiếp xúc với vỏ thiết bị ñiện không có dây nối ñất hoặc dây nối ñất bị ñứt

Có nhiều nguy cơ gây giật vi mô Chủ yếu là dòng ñiện vi mô chạy trực tiếp qua tim qua ống dẫn dịch Bệnh nhân rất mẫn cảm với nguy cơ giật vi mô khi họ phải dùng các dụng cụ như:

- Các ñiện cực của bộ tạo nhịp tim ngoài

- Các ñiện cực cho các thiết bị ñiện tim (ECG) bên trong

- Các ống dẫn dịch ñược ñặt trong tim ñể ño huyết áp, lấy mẫu máu, hoặc ñể bơm chất nhuộm thuốc vào tim

Do ngưỡng giới hạn của dòng dò qua tim rất nhỏ, nên nguy cơ gây tử vong do giật ñiện là rất cao

Hình 2.7 Dòng ựiện giật vi mô chạy thẳng qua tim, nếu dây nối ựất bị ựứt thì

nguy cơ giật ựiện sẽ cao hơn

2.1.2 Tác hại của dòng ựiện ựối với cơ thể con người

Dòng ựiện ựi qua cơ thể người gây nên ba ảnh hưởng cơ bản: làm tổn thương các mô, làm teo cơ hay mất cảm giác không ựiều khiển ựược và sự rung tim đánh giá ựúng mức các hậu quả này phụ thuộc vào khả năng hoạt ựộng của các tế bào Các tế bào cơ và tế bào thần kinh trong cơ thể làm việc như các pin hay các ựơn vị phân cực Các hiệu thế của tế bào phân cực, khử cực, duy trì phân cực tăng lên từ sự tập trung khác nhau của các ion natri, kali và clo qua các màng tế bào nửa thấm Các tế bào phân cực ở hiệu ựiện thế -70MV có thể ựược kắch thắch bởi bất cứ cách nào sau ựây: cơ học, hóa học, nhiệt, quang, và ựiện

Cụ thể hơn, sau ựây chúng ta sẽ xem xét các ảnh hưởng sinh lý trong cơ thể con khi có dòng ựiện chạy qua

2.1.2.1 Ngưỡng cảm nhận

Khi mật ựộ dòng ựiện ựủ lớn ựể kắch thắch các ựầu dây thần kinh trong da, người ta sẽ cảm thấy ran ran như kiến bò Ngưỡng cảm nhận là dòng ựiện nhỏ nhất khi người ta có thể phát hiện ựược cảm giác trên Ngưỡng này thay ựổi ựáng kể tùy theo từng người và phù hợp với từng ựiều kiện cụ thể Một người nào ựó nắm một sợi dây

ựồng nhỏ bằng tay ướt thì ngưỡng cảm nhận thường bằng 0.5 mA ở tần số 60 Hz Với dòng một chiều thì ngưỡng này là 2mA-10mA [1]

2.1.2.2 Dòng thả lỏng

Khi dòng ựiện tăng, thần kinh và cơ ựược kắch thắch mạnh hơn (thậm chắ ựến mức ựau và mệt mỏi) sẽ xuất hiện những cơn co cơ bị ựộng hoặc sự rút lui do phản xạ phản ứng với dòng ựiện Nếu dòng ựiện tiếp tục tăng, các cơn co cơ bị ựộng có thể sẽ ngăn cản các cơn co cơ chủ ựộng Dòng ựiện tối ựa mà con người có thể rút lui một cách chủ ựộng gọi là dòng thả lỏng Dòng thả lỏng trung bình ựối với một nam giới thường là 10mA [1]

2.1.2.3 Chứng tê liệt hệ hô hấp, ựau và mệt mỏi

Nếu dòng ựiện tiếp tục tăng, sự co cơ hô hấp bị ựộng có thể sẽ gây ngạt thở trầm trọng nếu vẫn không ngừng cung cấp ựiện Trong quá trình nghiên cứu các dòng thả lỏng, tác giả Dalziel ựã quan sát thấy bệnh nhân ngừng thở ở dòng 18-22 mA [1] Các cơn co cơ bị ựộng và kắch thắch thần kinh mạnh có thể làm người ta thấy ựau ựớn và dòng ựiện nếu tồn tại một thời gian dài sẽ gây nguy hiểm cho tắnh mạng

2.1.2.4 Hiện tượng rung tâm thất

Tim rất nhạy cảm với dòng ựiện đó là ựiều hết sức nguy hiểm Nếu dòng ựiện

ựủ ựể kắch thắch một phần cơ tim thì sự lan truyền các hoạt ựộng trong cơ tim sẽ bị rối loạn Một khi hoạt ựộng trong tâm thất bị rối loạn không thể kiểm soát nổi thì chức năng bơm của tim sẽ dừng và tử vong sẽ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn

Hiện tượng rối loạn không kiểm soát ựược của cơ tim này gọi là hiện tượng rung tâm thất đặc biệt nguy hiểm khi dòng ựiện gây ra nguyên nhân này ựã ựi qua mà rung tâm thất vẫn tồn tại Hiện tượng rung tâm thất chắnh là lý do gây ra tử vong khi bị ựiện giật Ngưỡng gây rung tâm thất ựối với một người ựàn ông có chiều cao trung bình là 75mA ựến 400mA [1] Nhịp tim sẽ ựược khôi phục bình thường trở lại chỉ khi một xung ựiện có biên ựộ lớn, thời gian ngắn ựược ựưa vào cơ thể bệnh nhận ựể khử cực cùng một lúc cho toàn bộ các tế bào cơ tim Sau khi toàn bộ các tế bào cùng ựược thả lỏng, nhịp tim sẽ ựược phục hồi trở lại bình thường

Trên thực tế, nguy hiểm nhất của giật ựiện là gây nên sự rung tim đó là hiện tượng cơ tim bị rung thay vì nhịp bơm máu ựều ựặn Kết quả là tim bơm máu không hiệu quả Mô tim là một trong các mô nhạy cảm nhất trong cơ thể người, sự kắch thắch tim bằng ựiện bên trong thông thường bắt ựầu bằng nút xoang nhĩ ở phắa tâm nhĩ phải, khởi ựầu hoạt ựộng ựồng bộ tim

Sự rung tâm thất có thể là kết quả của quá trình kắch thắch tim từ bên ngoài Một vài tế bào tim bị trục trặc và có thể gây nên một phản ứng dây chuyền của hoạt ựộng hỗn loạn Sự sai lệch tiêu ựiểm của các xung ựiện truyền ựi và gây sự mất ựồng bộ chức năng tim Người ta có thể chết sau vài phút nếu không ựược chữa trị kịp thời bằng phương pháp hồi sức tim phổi hoặc khử rung tim bằng máy khử rung tim Khử rung tim ựòi hỏi một dòng ựiện lớn cỡ 6A trở lên chạy qua ngực nhằm thiết lập lại nhịp tim

2.1.2.5 Cơn co tim duy trì

Khi dòng ựiện ựủ lớn thì toàn bộ cơ tim bị co Mặc dù tim ngừng trong quá trình dòng ựiện ựược duy trì nhưng nhịp bình thường sẽ phát sinh trở lại khi dòng ựiện ựược ngắt (gần giống như quá trình chống rung tim) Các kết quả từ các thắ nghiệm chống rung tim trên ựộng vật cho thấy rằng: dòng tối thiểu ựể co cơ tim hoàn toàn nằm trong vùng từ 1A tới 6A Không có bất kỳ một tổn thương nào ựối với tim qua những dòng ựiện này [1]

2.1.2.6 Bỏng và tổn thương thực thể

Những hiểu biết về ảnh hưởng của dòng ựiện 10A còn rất ắt, ựặc biệt là các dòng ựiện tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn Thường thì tại các ựiểm ựầu vào của dòng ựiện trên da nóng lên và gây ra bỏng Các mô não và mô thần kinh khác mất tất cả khả năng kắch thắch khi có dòng ựiện lớn chạy qua Ngoài ra, những dòng ựiện quá lớn có thể gây ra các cơn co cơ có khả năng bóc cơ ra khỏi xương

2 1.2.7 Tác hại của dòng ựiện với một số cơ quan, tổ chức trên cơ thể người

Dưới ựây sẽ liệt kê tác hại của dòng ựiện ựối với một số cơ quan tổ chức trên cơ thể người có dòng ựiện chạy qua

Da:

- Thương tổn cơ tim, hoặc rối loạn dẫn truyền

- Có thể gây nhồi máu cơ tim

- Các tổ chức mô của hệ thần kinh trung ương ñặc biệt rất dễ bị thương tổn

và các di chứng cấp tính hoặc mãn tính ñược tìm thấy trên 25% trong số các nạn nhân

bị giật ñiện

- Các thương tổn thần kinh dễ nhận thấy nhất gồm tủy sống cổ, các dây thần kinh ngoại biên của chi trên bởi vì dòng ñiện thường chạy qua một hoặc hai cánh tay

- Khi dòng ñiện chạy qua não thì bệnh nhân có thể bị bất tỉnh tạm thời, co giật, lú lẫn, phù não và xuất huyết não

Hô hấp:

- Ngừng hô hấp, có thể do dòng ñiện ñi qua não gây cản chức năng trung tâm ở hành não, hoặc do sự co cứng cơ hoành và thành ngực, do bại liệt cơ hô hấp kéo

2.1.3 Những yếu tố liên quan ñến mức ñộ tác ñộng của dòng ñiện lên cơ thể

Nhắc lại ñịnh luật Ôm:

V I R

Dưới ñây sẽ liệt kê một số yếu tố ảnh hưởng tới mức ñộ tác ñộng của dòng ñiện lên

cơ thể con người khi có dòng ñiện chạy qua:

nguy hiểm hơn dòng ñiện một chiều Ngưỡng ñiện áp an toàn của dòng ñiện xoay chiều trong ñiều kiện khô ráo là 50V, của dòng ñiện một chiều là 80V Dòng ñiện một chiều

có khuynh hướng chỉ gây lên co thắt cơ 1 lần duy nhất, thường ném nạn nhân ra khỏi nguồn ñiện, do ñó thời gian tiếp xúc với dòng ñiện ngắn Dòng ñiện xoay chiều gây co

cơ liên tục hoặc làm co cứng cơ khi các sợi cơ ñược kích thích từ 40 ñến 110 lần mỗi giây.Tác dụng “ co cứng cơ ” làm duy trì sự tiếp xúc của người bị ñiện giật với dòng ñiện Dòng ñiện xoay chiều có khả năng tạo nên rung tâm thất (khi cường ñộ dòng ñiện

từ 50 ñến 100mA) bởi vì dòng ñiện xoay chiều gây một kích thích rung lặp ñi lặp lại Nếu tần số dòng ñiện tăng lên trên 1kHz sẽ không tạo ra các ngưỡng cảm nhận hay các hiện tượng ñe dọa sự sống nữa

- ðiện thế: Dòng ñiện cao thế (>1000 volts) thường gây nên những thương tổn nghiêm trọng nhất Dòng ñiện hạ thế 220V trong dân dụng cũng có nguy cơ gây

thương tổn, tử vong cao, nguy cơ giật ñiện lớn Trên nguyên tắc, mọi ñiện thế trên 40V ñều nguy hiểm với con người

- Cường ñộ dòng ñiện: Là yếu tố chủ yếu quyết ñịnh tác dụng của dòng ñiện lên

cơ thể con người Dưới ñây là bảng tác ñộng của dòng ñiện tần số 50-60Hz lên cơ thể người:

Bảng 2.1 Tác ñộng của dòng ñiện 60Hz lên cơ thể người tuổi trung niên [1]

duy trì ñược chức năng tim và hô hấp

ñược

tạm thời hệ hô hấp Nếu cường ñộ cao có thể gây cháy

Khi dòng ñiện ñi qua cơ thể ñạt ngưỡng 8-10mA nạn nhân khó có thể rời khỏi vật mang ñiện Ngưỡng 40-50mA có thể có nguy cơ nguy hiểm tới tính mạng do ngất không thể rời khỏi vật mang ñiện

- ðiện trở của ñiểm tiếp xúc, các tổ chức mô: Xương và da có sức cản lớn nhất ñối với dòng ñiện chạy qua ðiện trở của da (hay trở kháng da) là yếu tố quan trọng nhất ngăn cản luồng ñiện bởi vì chính bề mặt da là nơi dòng ñiện phải ñi qua ñể ñi vào

cơ thể Trở kháng da thường nằm trong khoảng 10K – 1MΩ ðiện trở của da rất thay ñổi, tùy thuộc vào ñộ dày, tính chất khô ráo và mức ñộ sạch sẽ ðiện trở của da có thể

bị giảm rất nhiều do sự ẩm ướt Khi da bị ướt hoặc bị tổn thương, trở kháng da có thể

thành một tổn thương nguy hiểm ñến tính mạng Môi trường y tế có các yếu tố như nước, dịch, hóa chất, máu… tiềm ẩn nguy cơ giật ñiện rất cao Các tổ chức bên trong như: cơ, mạch máu và dây thần kinh có ñiện trở thấp nhất

Hình 2.8 Mô hình trở kháng bên trong cơ thể người

- Thời gian: Ngưỡng của dòng ñiện gây rung tim ñối với ñộng vật tăng rất nhanh ñối với khoảng thời gian ñiện giật có giá trị nhỏ hơn 1 giây (qua các nghiên cứu thực tế) Như ta ñã biết, rung tim rất nguy hiểm trong khoảng 100 ms của chu kỳ tim, nó gần tương ứng với sóng T của ñiện tâm ñồ Vì vậy, những cơn giật trong khoảng thời gian ngắn ñược cung cấp trong khoảnh khắc của chu kỳ tim sẽ có ngưỡng rung tim cao hơn rất nhiều lần

2.2 Các phương pháp hạn chế nguy cơ giật ñiện

Có hai phương pháp cơ bản ñể phòng chống ñiện giật:

các vật nối ñất và các nguồn ñiện

Sau ñây chúng ta sẽ khảo sát một số phương pháp phòng chống nguy cơ giật ñiện

2.2.1 An toàn trong hệ thống cung cấp ñiện

ðảm bảo an toàn trong hệ thống cung cấp ñiện giảm ña số các nguy cơ giật ñiện Trong y tế, ñiều này ñặc biệt quan trọng khi bệnh nhân ñược nối với thiết bị theo dõi trong một thời gian dài Sau ñây sẽ giới thiệu một số biện pháp an toàn hệ thống cung cấp ñiện trong lĩnh vực y tế

2.2.1.1 Hệ thống khuếch ñại ñiện tim ñạo trình chân phải

Trong hình 2.9 minh họa hệ thống ñạo trình chân phải Bộ khuếch ñại và lấy mẫu tín hiệu ñiện nguồn tần số 50-60Hz có nhiễu từ bệnh nhân và gửi trả một tín hiệu phản hồi về phía bệnh nhân, tín hiệu này sẽ loại bỏ nhiễu Dòng phản hồi không bao giờ vượt quá dòng tạp âm ban ñầu vừa chảy qua bệnh nhân Do ñó, bệnh nhân sẽ ñược cách ly một các hiệu quả với ñất với dòng dò rất nhỏ, và việc ghi tín hiệu ñiện tim sẽ rõ ràng hơn (giảm ñược nhiễu)

Hình 2.9 Bộ khuếch ñại ñiện tim tham chiếu ñất [1]

Việc cách ly bệnh nhân qua một bộ khuếch ñại ñạo trình chân phải giảm các ñường dẫn của dòng ñiện qua bênh nhân, mục ñích của việc này là ngăn các dòng ñiện lớn hơn 10 µA chạy qua cơ tim theo một ống dẫn dịch bên trong

2.2.1.2 Hệ thống tiếp ñất ñẳng thế

Hệ thống tiếp ñất ñiện trở nhỏ ñảm bảo phòng chống nguy cơ giật ñiện vi mô lẫn vĩ mô

Hình 2.10 Hệ thống tiếp ñất ñẳng thế [1]

Hệ thống tiếp ñất ñẳng thế bảo vệ các bệnh nhân, cũng như người sử dụng thiết

bị ñiện an một cách an toàn qua việc giữ cho tất cả các bề mặt dẫn ñiện và các ñiểm tiếp ñất xung quanh bệnh nhân ở một ñiện thế như nhau Hệ thống này bảo vệ ñược bệnh nhân ngay cả khi hệ thống tiếp ñất ở khu vực lân cận có sự cố

Trong hệ thống này tất cả ñất của hộp ñiện và các mặt dẫn ñiện gần bệnh nhân ñược nối với với ñiểm ñất thiết bị bệnh nhân Mỗi ñiểm ñất thiết bị bệnh nhân ñược nối với ñiểm ñất tham chiếu, ñiểm ñất tham chiếu này hình thành một kết nối ñơn với ñất

ðiểm ñất thiết bị bênh nhân khác

Hộp ñiện

Tới các ñiểm ñất thiết bị bệnh nhân khác

ðiểm ñất tham chiếu

Tới ñất của tòa nhà

của tòa nhà Nếu hiệu ñiện thế cực ñại giữa hai bề mặt kim loại bất kỳ nào ñược giữ dưới mức 5mV, thì dòng ñiện qua bệnh nhân có ñiện trở 500 Ω sẽ không vượt quá 10µA Các hệ thống này có dây nối ñất rất lớn và cồng kềnh lộ ra khỏi thiết bị

2.2.1.3 Hệ thông phân phối ñiện cách ly

ðể giải quyết triệt ñể ảnh hưởng của dòng tiếp ñất người ta dùng hệ thống phân phối ñiện cach ly như hình dưới

Hình 2.11 Hệ thống phân phối ñiện cách ly [1]

Các biến áp cách ly tạo ra các hệ thống cách ly ñường dây bằng cách làm gián ñoạn các ñường nối trực tiếp với ñất trung tính Các biến áp cách ly ñược thiết kế theo hướng giảm chênh lệch ñiện thế tới 5mV giữa ống dẫn dịch và vỏ thiết bị hoặc ñất Các thiết bị này ñược sử dụng trong các phòng phẫu thuật

Trong các hệ thống này sử dụng thêm các thiết bị theo dõi cách ly ñường dây là một thiết bị theo dõi liên tục trở kháng của ñường dây nguồn ñược cách ly với ñất

2.2.1.4 Bộ GFCI (Ground –Fault Circuit Interrupter )

Là bộ ngắt mạch ñiện khi nối ñất gặp sự cố, thiết bị này sẽ tự ñộng ngắt nguồn ñiện cung cấp khi có sự cố tiếp ñất Trong các thiết bị có dòng dò rất nhỏ thì dòng qua dây nóng sẽ bằng dòng qua dây trung tính Bộ GFCI sẽ cảm nhận sự khác nhau giữa

ThiÕt bÞ theo dâi c¸ch ly

®−êng d©y

Chu«ng b¸o

BiÕn ¸p nguån c¸ch ly

§Êt

hai dòng ñiện ñó, gây ra do dòng ñiện dò, và ngắt nguồn khi dòng dò vượt giới hạn cho phép

Hình 2.12 GFCI – Bộ ngắt ñiện khi nối ñất gặp sự cố [1]

2.2.2 An toàn trong thiết kế thiết bị

Khi thiết kế thiết bị ñiện, nhất là thiết bị ñiện trong y tế, yêu cầu an toàn phải ñặt lên hàng ñầu Sau ñây chúng ta sẽ xét một số tiêu chí an toàn khi thiết kế thiết bị ñiện y

tế

của hệ thống tiếp ñất Tiếp ñất thiết bị ñiện phải tuyệt ñối tuân thủ các quy ñịnh của các tiêu chuẩn cấp bệnh viện

Riêng cáp nguồn hiện nay trên thị trường ñã xuất hiện cáp có dòng dò nhở hơn 1µA/m

cơ vĩ mô Cách ly sơ cấp là một cách ly chức năng thông thường giữa vật dẫn và bệ máy Một lớp cách ly thứ cấp riêng biệt giữa bệ và vỏ máy sẽ giữ cho bệnh nhân ñược

an toàn ngay cả khi sự cố tiếp ñất bệ máy xuất hiện

Receptacle R¬le

Cuén d©y

Dây an toàn

Hép ®iÖn

- Vận hành ở ñiện áp thấp: Hiện nay, phần lớn các thiết bị ñiện tử vận hành bằng

vi mạch bán dẫn ñều hoạt ñộng bằng pin, acqui ñiện áp thấp, hoặc biến thế cách ly ñiện

áp thấp Nguy cơ vi mô có thể ñược loại trừ nếu ñiện áp này ñủ nhỏ, kể cả khi xuất hiện tiếp xúc với da ướt

thống ño và theo dõi tín hiệu sinh học dùng ñể giảm nhiễu và cách ly rất tốt với bệnh nhân Với những bộ khuếch ñại thuật toán ñời mới, dòng dò qua bệnh nhân có thể ñạt dưới 1µA ở ñiều kiện thường

rãi trong các thiết bị ño và theo dõi tín hiệu sinh học Nhờ kỹ thuật này mà bệnh nhân hoàn toàn ñược thả nổi so với thiết bị và môi trường xung quanh Vì vậy mà nó ñược ñánh giá là phương pháp tốt nhât ñể bảo vệ bệnh nhân cả về nguy cơ vi mô lẫn nguy cơ

vĩ mô

trí, nối dây nguồn và cách nối ñất cũng quan trọng như là các thiết bị vận hành bằng ñiện Bốn sơ ñồ sau ñây mô tả cách bố trí nguồn và cách nối ñất thích hợp Nguyên tắc chung của cả bốn cách này là phân phối nguồn từ một hộp ñấu nối trung tâm và giữ sao cho tất cả các dây nối tới các ổ cẳm có ñộ dài xấp xỉ bằng nhau, ñặc biệt là các dây nối

ñất Các dây nối ñất giữa các ổ căm có thể có ñộ dài ngắn hơn 4,5 mét

2.3 Cơ sở bộ ngắt dòng dò khi nối ñất gặp sự cố

2.3.1 Cơ sở cảm ứng ñiện từ, áp dụng ño cường ñộ dòng ñiện

2.3.1.1 Các ñịnh luật, hiện tượng cảm ứng ñiện từ

Năm 1831 Michael Faraday ñã chứng tỏ từ trường biến thiên có thể sinh ra dòng ñiện

Hình 2.14 Thí nghiệm của Michael Faraday về tác dụng của từ trường biến thiên

Ông tiến hành làm thí nghiệm với một nam châm di chuyển trong một cuộn dây ñiện quấn nhiều vòng và rút ra các kết luận sau:

ñiện cảm ứng trong mạch ñó

ñổi

qua mạch

Ðồng thời với Faraday, Lenz cũng nghiên cứu hiện tượng cảm ứng ñiện từ và ñã tìm ra ñịnh luật tổng quát giúp ta xác ñịnh chiều của dòng ñiện cảm ứng, gọi là ñịnh

luật Lenz Nội dung ñịnh luật như sau: Dòng ñiện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó

Hình 2.15 Từ thông biến thiên sinh ra suất ñiện ñộng cảm ứng khi dịch chuyển

vòng dây dẫn trong từ trường

Từ thông qua một vòng dây biến thiên cũng sinh ra trên ñó một suất ñiện ñộng cảm ứng [3]:

Hình 2.16 Tác ñộng hỗ cảm của dòng ñiện trên hai vòng dây dẫn ñặt cạnh nhau

Trên vòng dây thứ nhất C1 có dòng ñiện I1 biến thiên chạy qua Do I1 biến ñổi nên từ trường do C1 gây ra cũng biến ñổi và từ thông mà C1 gửi qua C2 cũng biến ñổi

Trong ñó:

1

hc

d d

M

φ

Hiện tượng hỗ cảm là nguyên lý chính cho các máy biến áp, và cũng là nguyên

lý chính áp dụng ñể xây dựng phần tử cảm biến dòng ñiện dò trong mạch ngắt dòng dò

2.3.1.2 Áp dụng chế tạo cảm biến dòng ñiện dò

Hình 2.17 Nguyên lý cảm biến dòng dò

Trong hình 2.17 là nguyên lý cấu tạo của cảm biến dòng dò Dòng ñiện trên dây

Suất ñiện ñộng cảm ứng gây ra trên cuộn thứ cấp là:

d d

d d

φ φ

(2.5)

Trong ñó:

- n là số vòng dây trên cuộn thứ cấp

Nếu không có dòng ñiện dò thì dòng ñiện trên dây lửa và dây trung tính sẽ có cùng ñộ lớn nhưng ngược chiều, tức là :

0