Hình 1.2 b: Nguyên nhân gây tại nạn điện do người chạm giữa vào một dây pha trong mạng điện ba pha trung tính cách điện với đất 5.. NGUYÊN NHÂN GÂY RA TAI NẠN VỀ ĐIỆN VÀ TÁC DỤNG CỦA DÒN
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN
Nguyên nhân gây tai nạn về điện
Phân tích các tai nạn điện thấy rằng, các nguyên nhân gây tai nạn về điện là do :
1.Người tiếp xúc với một dây pha và dây trung tính ở vị trí lớp cách điện bị hỏng:
Trường hợp này điện áp đặt vào người là điện áp pha : U ng =UP (hình 1.1a)
Khi một người tiếp xúc với hai dây pha khác nhau và lớp cách điện bị hỏng, điện áp tác động lên cơ thể sẽ tương đương với điện áp dây, cụ thể là Ung = Ud = 3 UP.
3.Người đứng trên mặt đất (không cáh điện) chạm vào một dây pha của mạng điện ba pha trung tính nối đất (hình 1.2a) hoặc cách điện với đất
Trong hình 1.2a, dòng điện đi qua cơ thể người từ dây pha xuống đất và trở về nguồn qua điện trở nối đất của dây trung tính Ngược lại, ở hình 1.2b, dòng điện đi qua người xuống đất và trở về nguồn qua các điện trở cách điện (R cđ) của dây dẫn nối với đất.
4 Điện giật do điện áp bước Ub:
Khi một dây dẫn bị đứt và chạm đất, dòng điện sẽ đi vào lòng đất, dẫn đến sự phân bố điện áp do điện trở của đất Điện thế tại mỗi điểm trên mặt đất giảm dần khi xa điểm chạm đất, và ngoài phạm vi 20m, điện thế có thể xem như bằng 0 Đường phân bố điện thế có hình dạng hyperbol.
1.3) Nếu người đi vào vùng đất mà trong đó có dòng điện chạy qua thì giữa hai chân người có một điện áp ,gọi là điện áp bước
(Ub) Dưới tác dụng của điện áp bước, dòng điện đi từ chân nọ qua người sang chân kia gây ra tai nạn điện giật
Điện áp bước (Ub) phụ thuộc vào kích thước bước chân của người, khoảng cách từ điểm tiếp xúc với mặt đất đến người, và điện áp của mạng điện Khi khoảng cách (x) từ điểm chạm đất tăng lên, giá trị điện áp bước sẽ giảm Ngược lại, nếu điện áp của mạng điện cao hơn, điện áp bước sẽ tăng.
Hình 1.4 : Phân bố điện thế
Hình 1.4 minh họa sự phân bố điện thế của các điểm trên mặt đất khi xảy ra hiện tượng chạm đất, có thể do dây dẫn một pha rơi xuống hoặc cách điện một pha của thiết bị điện bị chọc thủng.
Điện áp đối với đất tại vị trí tiếp xúc trực tiếp với mặt đất có thể được xác định là điện áp của các điểm trên mặt đất Đối với những điểm cách xa vị trí chạm đất từ 20m trở lên, điện áp có thể xem như bằng không.
Những vòng tròn đồng tâm (hay chính xác hơn là các mặt phẳng mà tâm điểm là chỗ chạm đất chính là các vòng tròn cân) đẳng thế
Khi một người đứng gần chỗ chạm đất, hai chân thường ở hai vị trí khác nhau, dẫn đến sự xuất hiện của điện áp bước Điện áp bước, ký hiệu là Ub, là điện áp giữa hai chân của người trong vùng có dòng chạm đất Công thức tính điện áp bước là Ub = Uch1 – Uch2.
Trong đó : U ch1 , Uch2 là điện áp đặt vào hai chân người
Hay nếu chân thứ nhất đứng ở vị trí cách điểm chạm đất là x còn chân thứ hai ở vị trí (x+a) thì :
Trong đó: a là độ dài khoảng bước của chân người, thường lấy a = 0,8 m
Theo công thức đã nêu, điện áp bước giảm dần khi khoảng cách từ điểm chạm đất tăng lên Đặc biệt, ở khoảng cách 20m trở lên từ vị trí chạm đất, điện áp bước có thể được coi là bằng không.
Khi có sự chạm đất với dòng chạm đất I đ 0A tại khu vực có điện trở suất của đất là ρ 4 Ohm, điện áp bước mà người đứng cách điểm chạm đất 2,2m (220cm) sẽ được tính toán dựa trên các yếu tố này.
Điện áp bước có thể bằng 0 khi hai chân người đứng trên cùng một vòng tròn đẳng thế, tuy nhiên, điện áp bước vẫn có thể đạt giá trị lớn Để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người trong trường hợp xảy ra chạm đất, cần quy định khoảng cách cấm người lại gần khu vực bị chạm.
Từ 4÷5 m đối với thiết bị trong nhà
Từ 8÷10 m đối với thiết bị ngoài trời
Điện áp bước không được tiêu chuẩn hóa, nhưng điều này không có nghĩa là nó không nguy hiểm đến tính mạng con người Mặc dù dòng điện đi qua hai chân thường ít nguy hiểm, nhưng khi điện áp vượt quá 100V, cơ bắp có thể co rút, khiến người bị ngã Khi đó, sơ đồ nối điện có thể thay đổi và trở nên nguy hiểm hơn.
Điện giật do điện áp tiếp xúc Utx xảy ra khi người chạm vào vật mang điện, tạo ra một điện áp giữa tay và chân Điều này dẫn đến dòng điện chạy qua cơ thể người, gây ra nguy hiểm.
Trong đó : Ung =Utx là điện áp tiếp xúc
Rng là điện trở của con người, và điện áp tiếp xúc (U tx) tỷ lệ thuận với khoảng cách (y) từ vị trí người đứng đến điểm nối đất; tức là, khi khoảng cách y tăng, điện áp tiếp xúc U tx cũng tăng Ngoài ra, điện áp của mạng (U mạng) cũng ảnh hưởng đến điện áp tiếp xúc, với U mạng càng lớn thì U tx càng cao.
Khi tiếp cận đường dây cao áp, hiện tượng phóng điện có thể xảy ra ngay cả khi chưa có tiếp xúc trực tiếp, đặc biệt là khi khoảng cách giữa người và nguồn điện đủ nhỏ.
Dòng điện đi qua cơ thể rất lớn và gây ra tai nạn nghiêm trọng,.
Hình 1.6: Sự phóng điện ở đường dây cao thế
7 Tai nạn do hồ quang điện :Khi đóng cắt các máy cắt điện, các cầu dao có phụ tải lớn , hay khi ngắn mạch … thì hồ quang sẽ phát sinh Nhiệt độ của tia hồ quang rất lớn (3000÷6000 0 C) và nếu người ở trong tầm hoạt động của hồ quang thì sẽ bị tai nạn do hồ quang sinh ra Một phần hay toàn bộ cơ thể bị hủy hoại do bỏng nặng, vết thương do hồ quang gây ra thường sâu và khó chữa trị
Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người
Khi một người tiếp xúc với mạng điện, dòng điện sẽ chạy qua cơ thể họ, gây ra tác động nhất định Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người có thể được phân chia thành hai loại chính.
1 Tác dụng kích thích: Phần lớn các trường hợp chết vì điện giật là do tác dụng kích thích của dòng điện gây nên Đặc điểm của nó là dòng qua người bé (25÷100mA) , điện áp đặt vào người không lớn lắm, thời gian dòng điện qua người tương đối ngắn ( vài giây) Khi người mới chạm vào điện, vì điện trở người còn lớn, dòng điện qua người bé, tác dụng của nó chỉ làm bắp thịt tay, ngón tay co quắp lại Nếu nạn nhân không rời khỏi vật mang điện thì dòng điện qua người sẽ dẫn tăng lên Hiện tượng co quắp càng tăng Thời gian tiếp xúc với vật mang điện càng lâu càng nguy hiểm vì người không còn khả năng rời khỏi vật mang điện, dãn đén tê liệt tuần hoàn và hô hấp Một đặc điểm của tác dụng kích thich là không thấy rõ chỗ dòng điện vào người và người bị nạn không có thương tích
2 Tác dụng gây chấn thương: Tác dụng gây chấn thương thường xảy ra khi người tiếp xúc với điện áp cao Khi người đến gần vật mang điện(6kV hay lớn hơn), tuy chƣa chạm phải, nhƣng vì điện áp cao sinh ra hồ quang điện, dòng điện hồ quang chạy qua người tương đối lớn Do phản xạ tự nhiên của người rất nhanh, ngay lúc ấy người có khuynh hướng tránh xa vật mang điện, kết quả là hồ quang chuyển qua vật nối đất gần đấy, vì vậy dòng điện qua người trong thời gian rất ngắn, tác dụng kích thích không đưa đến tê liệt tuần hoàn và hô hấp, nhưng người bị nạn có thể bị chấn thương hoặc chết do đốt cháy da thịt.
3 NHỮNG YẾU TỐ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HIỂM CỦA ĐIỆN GIẬT:
Dòng điện xâm nhập vào cơ thể con người có thể gây ra co giật cơ bắp và làm hỏng các quá trình sinh lý, dẫn đến tê liệt thần kinh, tuần hoàn và hô hấp.
Tính chất và tác hại của dòng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ dòng điện, loại dòng điện, điện trở của cơ thể người, đường đi của dòng điện qua cơ thể, thời gian tác dụng, môi trường xung quanh và tình trạng sức khỏe của con người.
Điện trở của người
Cơ thể người hoạt động như một điện trở, với lớp sừng trên da có điện trở suất lớn nhất, khoảng 0.05-0.2mm Xương cũng có điện trở tương đối lớn, trong khi thịt và máu có điện trở thấp Khi tiếp xúc với vật mang điện, nếu da khô và không có thương tích, điện trở của cơ thể có thể lên tới 10.000 đến 100.000 Ohm Tuy nhiên, nếu lớp sừng trên da bị mất, điện trở của cơ thể chỉ còn từ 600 đến 800 Ohm.
Bảng 2.1: Điện trở người phụ thuộc trạng thái của da
Nghiên cứu cho thấy điện trở cơ thể người là một đại lượng không đồng nhất, với sự khác biệt giữa dòng điện đi qua cơ thể và điện áp đặt vào Thí nghiệm đã chỉ ra rằng có sự lệch pha giữa hai yếu tố này, và sơ đồ thay thế cho điện trở của cơ thể người có thể được biểu diễn bằng hình vẽ minh họa.
Hình 2.1.1: Sơ đồ thay thế tương đương điện trở người
Vì thành phần điện dung rất bé nên trong tính toán thường bỏ qua
Điện trở của người luôn luôn thay đổi trong một phạm vi rất lớn từ vài chục ngàn Ω đến 600Ω Trong tính toán thường lấy giá trị trung bình là 1000Ω
Khi da bị ẩm hoặc khi tiếp xúc với nước hoặc do mồ hôi đều làm cho điện trở người giảm xuống
Điện trở của người phụ thuộc vào áp lực và diện tích tiếp xúc; khi áp lực và diện tích tiếp xúc tăng, điện trở giảm Sự thay đổi này rõ rệt hơn trong vùng áp lực nhỏ hơn 1 kG/cm².
Hình 2.1.2 :Sự phụ thuộc của điện trở người vào áp lực tiếp xúc kG/cm 2
Điện trở của cơ thể con người phụ thuộc vào điện áp đặt vào, vì ngoài hiện tượng điện phân, còn có hiện tượng chọc thủng Khi điện áp đạt 250V, lớp da ngoài cùng sẽ mất hết tác dụng bảo vệ, dẫn đến việc điện trở của cơ thể giảm xuống rất thấp.
Hình 2.1.3: Sự phụ thuộc điện trở người vào điện áp ứng với các thời gian tiếp xúc khác nhau (0,015s và 3s) Đường đi của dòng điện tay – tay
- Đường đi của dòng điện tay - chân
Cường độ dòng điện qua người
Cường độ dòng điện là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ nguy hiểm khi dòng điện đi qua cơ thể người Phân tích các tai nạn điện đã xảy ra cho thấy tác động của dòng điện đến sức khỏe con người rất nghiêm trọng.
Bảng 2.2: Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người (Trang 45- Giáo trình An Toàn Điện của ThS Phạm Thị Thu Vân- Đại học Bách
Tiêu chuẩn IEC 479-1 xác định phạm vi tác hại của dòng điện qua cơ thể người dựa trên mối quan hệ giữa biên độ dòng điện và thời gian tiếp xúc Tiêu chuẩn này mô tả các ảnh hưởng sinh học trong từng vùng, được thể hiện qua đồ thị minh họa.
Hình 2.2 minh họa phạm vi ảnh hưởng sinh học của dòng Ing dựa trên biên độ và thời gian tồn tại, theo tiêu chuẩn IEC 479-1 Trong đó, vùng 1 thể hiện trạng thái của người chưa có cảm giác bị điện giật.
Vùng 2: bắt đầu thấy tê
Vùng 3:bắp thịt bị co rút
Vùng 4:mất ý thức – choáng hoặc ngất Đường cong C 1 : Giới hạn trường hợp chưa ảnh hưởng tới nhịp tim Đường cong C 2 :Giới hạn trường hợp 5% bị ảnh hưởng tới nhịp tim ( nghẹt tâm thất). Đường cong C3: giới hạn trường hợp 50% bị ảnh hưởng tới nhịp tim
Nghẹt tâm thất là hiện tượng khiến tim không hoạt động bình thường, dẫn đến việc ngừng tuần hoàn máu Tình trạng này có thể gây nguy hiểm đến tính mạng, khiến nạn nhân có nguy cơ tử vong trong thời gian ngắn.
Thời gian điện giật
Khi thời gian dòng điện chạy qua cơ thể tăng lên, dòng điện có thể gây nóng, dẫn đến việc lớp sừng trên da bị chọc thủng Điều này làm giảm điện trở của cơ thể, khiến dòng điện qua người tăng lên, gây ra nguy cơ nguy hiểm cao hơn.
Khi dòng điện tác động trong thời gian dài, xác suất gây tổn thương cho tim tăng lên, đặc biệt khi dòng điện chạy qua tim trong pha T, pha nhạy cảm nhất của chu trình tim Trong mỗi chu kỳ tim kéo dài khoảng một giây, có khoảng 0,4 giây tim nghỉ giữa trạng thái co và giãn, lúc này tim rất nhạy cảm với dòng điện.
Hình 2.3 minh họa sự nguy hiểm khi dòng điện chạy qua tim trùng với pha T của chu trình tim Biểu đồ điện tâm đồ của người khỏe mạnh cho thấy đặc tính phụ thuộc giữa xác suất xảy ra tai nạn và thời điểm dòng điện tác động lên tim.
Đường đi của dòng điện qua người
Yếu tố này ảnh hưởng lớn nhất đến mức độ nguy hiểm của nạn nhân, vì nó quyết định lượng dòng điện đi qua tim hoặc hệ tuần hoàn của họ.
Các thí nghiệm trên động vật cho thấy : Đường đi của I ng Tỷ lệ Ing qua tim
Bảng 2.4 : Đường đi của dòng điện ảnh hưởng đến tỷ lệ dòng qua tim
Tần số dòng điện
Tần số dòng điện xoay chiều cũng có ảnh hưởng nhiều đến tai nạn về điện Qua các nghiên cứu cho thấy , tần số
Tần số 50-60Hz được coi là nguy hiểm nhất đối với con người Khi tần số vượt quá mức này, mức độ nguy hiểm sẽ giảm, và tương tự, nếu tần số thấp hơn mức này, mức độ nguy hiểm cũng sẽ giảm.
500.000 Hz thì sẽ không gây giật nhƣng có thể gây bỏng cho người
Hình 2.5 : Đồ thị giới hạn nguy hiểm I=f(f) Người ta làm thí nghiệm trên động vật và có được mối quan hệ giữa
Igiới hạn nguy hiểm và tần số nhƣ hình 2.5
Khi áp dụng điện áp một chiều lên các tế bào, các phần tử trong tế bào bị phân cực thành các ion trái dấu và bị kéo ra ngoài Quá trình này dẫn đến sự phân cực hóa và kéo dài thành ngẫu cực, gây ảnh hưởng tiêu cực đến các chức năng hóa sinh của tế bào Mức độ phá hủy này phụ thuộc vào cường độ điện áp DC và thời gian tác động.
Khi áp dụng nguồn điện AC vào tế bào, các ion di chuyển theo hai chiều khác nhau ra ngoài màng tế bào Tuy nhiên, do dòng điện AC thay đổi chiều theo thời gian, các ion sẽ chuyển động ngược lại Ở tần số 50-60Hz, tốc độ của các ion đủ để trong một chu kỳ điện, chúng có thể di chuyển hai lần bề rộng tế bào Điều này dẫn đến số lần va đập vào màng tế bào tăng cao nhất, gây tổn hại nghiêm trọng đến chức năng hóa sinh của tế bào.
Khi tần số dòng điện tăng, đường đi của ion được rút ngắn và mức độ phá hủy tế bào giảm Ở tần số rất cao, các ion không kịp chuyển động theo biến thiên của nguồn điện, dẫn đến việc tế bào hầu như không bị phá hủy.
Môi trường xung quanh
Nhiệt độ và độ ẩm có tác động đáng kể đến điện trở của con người và các vật liệu cách điện, dẫn đến sự thay đổi trong dòng điện đi qua cơ thể.
CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN
YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHÂN VIÊC LÀM VIỆC TRỰC TIẾP VỚI THIẾT BỊ ĐIỆN
Về sức khỏe:phải qua kiểm tra đủ sức khỏe, không bị tim, mắt nhìn rõ
Để đảm bảo an toàn điện, cần có kiến thức vững vàng về điện, hiểu rõ các sơ đồ điện và khả năng áp dụng quy phạm kỹ thuật an toàn Ngoài ra, việc nắm vững kiến thức cấp cứu cho người bị điện giật cũng là điều thiết yếu.
Công nhân có bậc thợ và bậc an toàn cao mới được phép thao tác một mình, trong đó bậc thợ yêu cầu trình độ hiểu biết về sơ đồ và thiết bị, còn bậc an toàn liên quan đến kiến thức về an toàn điện.
TỔ CHỨC LÀM VIỆC
Để đảm bảo quy trình làm việc hiệu quả, cần có phiếu giao nhiệm vụ được ký nhận, trong đó ghi rõ nội dung công việc, địa điểm, thời gian thực hiện, yêu cầu về bậc thợ, số lượng người tham gia và phạm vi công việc.
Ghi rõ điều kiện an toàn điều kiện an toàn (phải đi ủng, mang gang tay, sào cách điện, nối đất…)
Trong quá trình làm việc, đối với các công việc yêu cầu tiếp xúc, làm việc trên cao hoặc trong không gian kín, cần ít nhất hai người tham gia Người lãnh đạo phải là thợ bậc cao, có trách nhiệm chỉ huy, theo dõi và kiểm tra công việc Nếu công việc quá phức tạp, người lãnh đạo sẽ trực tiếp thực hiện và cử người khác trong nhóm giám sát Trong thời gian này, người giám sát không tham gia vào công việc mà chỉ tập trung vào việc đảm bảo các nguyên tắc kỹ thuật an toàn cho nhóm.
CHỐNG TIẾP XÚC ĐIỆN TRỰC TIẾP
Đảm bảo mức cách điện cần thiết : Tạo Rcđ thích hợp theo cấp điện áp, đƣợc thực hiện thông qua các lớp bọc bằng giấy cách điện, nhựa PVC,…
Bảo vệ bằng cách sử dụng rào chắn các phần mang điện, đặt chúng trên cao ở các vị trí không với tới, hoặc đặt trong tủ kín…
Dây dẫn trần treo cao được trang bị sứ cách điện, trong khi các tủ hợp bộ bên trong chứa thanh cái được đặt trên sứ và được khóa kín Tủ chỉ có thể mở ra sau khi đã ngắt nguồn điện, sử dụng chìa khóa đặc biệt.
Bảo vệ an toàn bằng cách sử dụng điện áp cực thấp (24V, 12V hoặc 6V) là giải pháp hiệu quả cho những khu vực đặc biệt nguy hiểm như hầm mỏ, phòng nha khoa và phòng mổ, nơi mà công suất mạng rất thấp.
Các biện pháp ngăn ngừa chạm điện trực tiếp có thể đã đủ để bảo vệ, nhưng vẫn có nguy cơ xảy ra tai nạn do sai sót hoặc nhầm lẫn, chẳng hạn như hư hỏng lớp bọc cách điện do tác động cơ, nhiệt hoặc lão hóa Để tăng cường bảo vệ, cần sử dụng thêm thiết bị chống dòng rò (RCD - Residual Current Device).
RCD là thiết bị bảo vệ có độ nhạy cao, tác động theo dòng rò với dòng tác động cắt (I_cut) ≥ vài mA (5, 10, 20, 30 mA, …) Trang
Dòng rò trong RCD (Rơ le dòng rò) được định nghĩa là dòng không cân bằng, xảy ra khi dòng điện trong các dây dẫn không bằng nhau.
Mô hình nguyên lý RCD 1 pha
1 Bộ khuếch đại so lệnh và cơ cấu tác động cơ-điện
2 Các vòng dây (thứ cấp)
4 Tiếp điểm thường mở, để tạo dòng rò giả tạo (để kiểm tra)
Hình 2.1.2: Mô hình nguyên lý RCD 1 pha
Dòng điện trong dây L và dây N thường bằng nhau, dẫn đến tổng từ thông qua cuộn dây (2) bằng không Do đó, sức điện động cảm ứng và dòng điện sinh ra trong cuộn dây (2) cũng bằng không.
- Do một nguyên nhân nào đó, Ví dụ: do chạm vỏ kim loại của thiết bị → thiết bị đang tồn tại một điện áp nguy hiểm
Khi thiết bị được trang bị nối đất hoặc có người chạm vào, một phần dòng điện từ dây L sẽ chạy qua vỏ thiết bị và dây nối đất (hoặc cơ thể người) xuống đất, tạo thành mạch kín mà không qua dây N để trở về nguồn Điều này dẫn đến sự không bằng nhau giữa dòng điện trong dây L và N (mất cân bằng), từ đó phát sinh suất điện động cảm ứng nhỏ trong quấn dây (2) Suất điện động cảm ứng này tỷ lệ thuận với giá trị dòng rò.
- Khối khuếch đại – so sánh (1) sẽ khuếch đại tín hiệu điện áp này và so sánh giá trị đó với một ngưỡng giá trị đặt trước nào đó
Nếu giá trị dòng rò vượt quá ngưỡng cho phép, cơ cấu tác động cơ-điện sẽ tự động ngắt nguồn điện, ví dụ như ngắt cầu dao (CB), nhằm bảo đảm an toàn cho người sử dụng.
Nếu sử dụng RCD có dòng tác động cắt (Icut) ≤ 30mA sẽ đảm bảo cắt nhanh nguồn điện, không gây nguy hiểm chết người
Tiêu chuẩn IEC 364-4-471 khuyến cáo sử dụng RCD có độ nhạy cao trong các trường hợp sau:
Các ổ cắm ngoài trời có dòng định mức 32A ở các vị trí đặc biệt nguy hiểm
Các ổ cắm ở nơi ẩm ƣớt với bất kỳ dòng định mức nào
Mạch cấp điện cho các công trường, xe cắm trại, du thuyền và hội chợ du lịch có thể được sử dụng để cung cấp nguồn điện ổn định Bảo vệ này có thể áp dụng cho mạng độc lập hoặc cho từng nhóm thiết bị, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc sử dụng điện.
Các ổ cắm ngoài trời có dòng định mức ≥ 20A cấp cho các thiết bị cầm tay.
CHỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN
Trong mạng hạ áp U≤ 1kV, nguy cơ tiếp xúc điện xảy ra khi người tiếp xúc với vật mang điện áp, do lớp cách điện bị chọc thủng hoặc khi bước vào vùng đất nhiễm điện Tại các xí nghiệp sản xuất, số lượng thiết bị lớn làm tăng khả năng công nhân gặp phải tình huống tiếp xúc gián tiếp với điện, đặc biệt là do sự cố chạm vỏ.
Chống tiếp xúc gián tiếp vào điện
Sử dụng các thiết bị bảo vệ thích hợp
Thực hiện hình thức nối vỏ ( sơ đồ nối đất ) thích hợp
2.2.1 TRANG BỊ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT : Trang 5 [3]
Tiêu chuẩn quốc tế IEC 60364 quy định 3 hệ thống nối đất (nối mát) nhƣ sau:
1 Mạng TN: Trong mạng TN, nguồn đƣợc nối đất, vỏ các thiết bị đƣợc nối đất thông qua dây nối đất Có các loại mạng nối đất TN sau: a Mạng TN-S : (S - separate, riêng biệt) – 3 pha 5 dây
Dây trung tính (N) và dây nối đất thiết bị (PE - Protective Earth) là hai loại dây tách biệt Vỏ của các thiết bị được nối đất an toàn thông qua dây PE, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Hình2.2.1a : Sơ đồ nối đất TN-S b Mạng TN-C: (C – Common, chung) –3 pha 4 dây
Dây PE và dây trung tính (N) là một, gọi tắt là dây (PEN) Nối mass bảo vệ của thiết bị đƣợc nối vào dây PEN này
Hình 2.2.1b : Sơ đồ nối đất TN-C c Mạng TN-C-S :
Hệ thống điện TN-C-S là sự kết hợp giữa mạng TN-C và TN-S Tại đầu nguồn của dây truyền tải và phân phối điện, nơi chưa có nối đất cho thiết bị, dây trung tính và dây nối đất được sử dụng chung để tiết kiệm, tạo thành sơ đồ TN-C Khi đến các trạm phân phối cụ thể, như trạm phân phối tại tòa nhà, văn phòng hoặc nhà xưởng, dây trung tính và dây nối đất được tách riêng thành dây N và dây PE.
Sơ đồ nối đất TN-C-S, như được thể hiện trong Hình 2.2.1c, yêu cầu tuân thủ quy định của Ủy ban An toàn Điện Quốc tế IEC, trong đó nhấn mạnh rằng sơ đồ TN-C không được sử dụng sau sơ đồ TN-S để đảm bảo an toàn.
Hình 2.2.2 : Sơ đồ nối đất TT
Phương pháp nối đất là cách kết nối điểm nối sao-trung tính của cuộn sơ sấp MBA phân phối hoặc máy phát trực tiếp với đất Các bộ phận nối đất và vật dẫn tự nhiên sẽ được liên kết với một cực nối đất riêng biệt trong lưới điện Cực này có thể hoạt động độc lập hoặc có mối liên hệ điện với cực của nguồn, và hai vùng ảnh hưởng của các cực này có thể chồng chéo mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ.
Bố trí dây PE : dây PE đƣợc bố trí riêng biệt với dây trung tính và đƣợc xác định theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra
Để bảo vệ an toàn khỏi hiện tượng chạm điện gián tiếp, việc bố trí bảo vệ là rất cần thiết Dòng điện sinh ra do chạm đất hoặc chạm vỏ thiết bị có thể không đủ lớn để kích hoạt các thiết bị bảo vệ quá dòng Do đó, sử dụng RCD (thiết bị ngắt dòng rò) là giải pháp hiệu quả để bảo vệ khi xảy ra hiện tượng chạm vỏ hoặc dòng rò.
3 Mạng IT: (hệ thống trung tính cách ly, vỏ nối đất)
Hình 2.2.3a : Sơ đồ nối đất IT
Sơ đồ này yêu cầu trung tính nguồn phải được cách ly với đất, không được nối đất trực tiếp, hoặc có thể nối đất thông qua một điện trở và bộ hạn chế quá áp Đồng thời, vỏ các thiết bị và các vật dẫn tự nhiên cần được nối đất tới một điện cực nối đất riêng biệt.
Sơ đồ nối đất IT là lựa chọn tối ưu cho những công trình và khu vực cần cung cấp điện liên tục, vượt trội hơn so với các sơ đồ TN và TT.
Hệ thống điện động lực (thường là hệ 380V-50Hz, 440V-60Hz) trên các loại tàu biển, giàn khoan, công trình biển, … rất thường dùng sơ đồ IT này
Khi thiết kế hệ thống điện cho tàu và giàn khoan, việc sử dụng sơ đồ TN hoặc TT có thể dẫn đến rủi ro lớn khi xảy ra sự cố chạm đất, vì điện trở của kim loại rất nhỏ, gây ra dòng ngắn mạch lớn và có thể làm ngắt nguồn điện ngay lập tức Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị mà còn có nguy cơ gây hỏa hoạn cao Ngược lại, sơ đồ IT với trung tính cách ly giúp giảm thiểu rủi ro, vì khi xảy ra sự cố chạm mát chỉ ở một pha, dòng ngắn mạch sẽ rất nhỏ hoặc bằng không Nhờ đó, hệ thống điện vẫn tiếp tục hoạt động và cung cấp điện cho thiết bị mà không bị gián đoạn, chỉ khi có sự cố chạm mass ở pha tiếp theo thì các thiết bị bảo vệ mới hoạt động.
Trong mạng IT, việc trang bị thiết bị báo động và kiểm tra chạm đất là rất quan trọng để kịp thời xử lý sự cố chạm đất pha thứ I Một trong những thiết bị đơn giản thường được sử dụng là sơ đồ đèn kiểm tra chạm mass.
Nguyên lý hoạt động của các đèn D1, D2, D3 cho thấy rằng chúng là những đèn giống nhau và đều sáng đồng đều trong trạng thái bình thường Nếu không nhấn nút ET mà một trong các đèn sáng hơn hoặc mờ hơn so với hai đèn còn lại, điều này chỉ ra rằng điện áp giữa các pha không cân bằng, giả sử rằng các bóng đèn đang hoạt động tốt.
Khi xảy ra sự cố chạm đất hoặc cách điện của một pha xuống thấp, ví dụ như pha L1, việc nhấn nút thử ET sẽ làm đèn D1 mờ đi trong khi các đèn D2, D3 sáng hơn Qua việc quan sát trạng thái của các đèn này, ta có thể xác định pha nào bị chạm mát để có biện pháp xử lý kịp thời.
Hình 2.2.3b: Sơ đồ kiểm tra chạm mass trong mạng IT
Một nhược điểm của mạng IT là hiện tượng quá áp xảy ra khi có sự cố chạm vỏ một pha Ví dụ, trong mạng điện 3 pha 380V, điện áp cách điện giữa pha và vỏ thiết bị thường là 220V Tuy nhiên, khi một pha bị chạm vỏ, điện áp cách điện của hai pha còn lại với vỏ sẽ tăng lên 380V Do đó, cần tính toán khả năng cách điện của cáp điện, cuộn dây động cơ và thiết bị so với vỏ để tránh hiện tượng phá hỏng cách điện do quá áp ngay từ giai đoạn thiết kế và lựa chọn thiết bị phù hợp khi mua sắm.
Các thiết bị xử lý thông tin thường sử dụng sơ đồ IT để cấp nguồn, tuân theo tiêu chuẩn IEC 60950 Những thiết bị này thường được trang bị biến áp cách ly và hệ thống nối đất theo chuẩn IT.
CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐIỆN TRỰC TIẾP VÀ GIÁN TIẾP KHÔNG CẦN NGẮT MẠCH
1 Mạng SELV (Safety ly Extra Low Voltage):
Mạng đảm bảo an toàn bằng điện áp cực thấp (SELV) được áp dụng tại những khu vực có nguy cơ cao khi sử dụng thiết bị điện, chẳng hạn như bể bơi, công viên giải trí, hầm mỏ và trong quá trình sửa chữa tàu biển Mạng SELV được cung cấp với điện áp cực thấp từ thứ cấp của máy biến áp, tuân thủ theo tiêu chuẩn IEC.
742, với mức điện áp đầu ra luôn ≤ 50V
Mức cách điện xung giữa cuộn sơ và cuộn thứ cấp của máy biến áp (MBA) mạng rất cao, đôi khi còn được trang bị màng kim loại có nối đất để tăng cường an toàn điện giữa hai cuộn này.
Hình 2.3.1 : Sơ đồ mạng SELV
Ba điều kiện áp dụng để đảm bảo an toàn trong mạng này là:
Không có bất kỳ dây nào của mạng SELV đƣợc nối xuống đất
Tất cả các phần vỏ kim loại của thiết bị được cấp điện từ mạng SELV cần phải đảm bảo không được nối đất với các vỏ kim loại của thiết bị mạng khác hoặc với các vật dẫn tự nhiên.
Tất cả các dây của mạng điện SELV và các phần của mạng có áp cao hơn phải đƣợc cách ly tốt với
Rcđ ít nhất đương đương với Rcđ giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp cách ly
Các mạch SELV cần được lắp đặt trong ống cách điện chuyên dụng, trong khi cáp có cách điện theo điện áp lớn nhất của các mạng khác vẫn có thể sử dụng cho hệ thống SELV.
Các ổ cắm ngoài của mạng SELV không được trang bị đầu cắm có dây đất Để ngăn chặn việc cắm nhầm vào các điện áp khác, ổ cắm và đầu cắm của mạng SELV cần được thiết kế đặc biệt.
Trong điều kiện thông thường, mạng SELV với điện áp dưới 25V không cần bảo vệ chống chạm điện trực tiếp, vì ở mức điện áp này, dòng điện qua cơ thể người rất nhỏ, không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
2 Sử dụng mạng PELV (Protection by Extra Low Voltage):
Mạng điện áp thấp thường được sử dụng trong các khu vực cần đảm bảo an toàn, như bể bơi, công viên giải trí và hầm mỏ, nhằm giảm thiểu rủi ro trong những môi trường nguy hiểm.
Hình 2.3.2a :Sơ đồ mạng PELV
Các quan điểm thiết kế giống với mạng SELV chỉ khác ở chỗ mạch phía thứ cấp có nối đất tại một điểm.
Tiêu chuẩn IEC 364-4-41 xác định rõ ràng các đặc điểm quan trọng của mạng PELV, trong đó nhấn mạnh rằng bảo vệ chống chạm điện trực tiếp là cần thiết trừ khi thiết bị được lắp đặt ở khu vực nối đẳng thế hoặc có điện áp định mức ≤ 25V (trị hiệu dụng) Ngoài ra, thiết bị cũng phải được đặt ở nơi khô ráo, tránh khả năng tiếp xúc với cơ thể người trên diện rộng.
Hình 2.3.2b: Điện áp thấp đƣợc lấy từ máy biến áp
Trong mọi trường hợp khác, điện áp tối đa cho phép là 6V (trị hiệu dụng), do đó không cần thiết phải có biện pháp bảo vệ chống chạm điện trực tiếp.
