tài liệu an toàn điện

Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành BÀI CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN Các khái niệm an toàn điện xuất phát từ phân tích tượng dòng điện chạm đất gây nên Vì thế, bước cần phân tích tượng nói I DÒNG ĐIỆN ĐI TRONG ĐẤT Khi cách điện thiết bò điện bò chọc thủng có dòng điện chạm đất, dòng điện vào đất trực tiếp hay qua cấu trúc Về phương diện an toàn mà nói, dòng điện chạm đất làm thay đổi trạng thái mạng điện (điện áp dây dẫn đất thay đổi, xuất hiệu khác điểm mặt đất gần chỗ chạm đất) Đất có tính chất có điện trở suất  tính .cm Như xem dòng điện tản từ tâm hình bán cầu tỏa theo đường bán kính Trên sở lý thuyết tương tự, xem trường dòng điện đất giống dạng trường tónh điện, nghóa tập hợp đường sức đường đẳng chúng giống Đại lượng điện trường môi trường dẫn điện mật độ dòng điện j Véc tơ hướng theo hướng véc tơ cường độ điện trường E Phương trình để khảo sát điện trường đất phương trình theo đònh luật ôm dạng vi phaân: j = E (2 – 1) hay E = j đây:  - điện dẫn xuất đất  - điện trở xuất đất E – điện áp đơn vò chiều dài dọc theo đường dòng điện ( cường độ điện trường đất ) - Mật độ dòng điện điểm cách tâm bán cầu x bằng: j= Id 2x (2 – 2) đây: Iđ – dòng điện chạm đất - Điện áp đoạn vô bé dx dọc đường dòng điện: du = Edx = jdx = Id dx 2x (2 –3) - Điện áp điểm A hiệu số điện áp điểm A điểm vô xa (điện áp điểm vô xa xem không) bằng: I  A = UA = d (2 – 4) 2x A - Nếu dòch chuyển điểm A đến gần mặt vật nối đất có điện áp cao đối I  với đất: = d (2 – 5) 2xd đây: xđ – bán kính vật nối đất hình bán cầu (bản thân nối đất xem vật mà điểm có điện áp nhau) Giả thiết dựa sở vật nối đất có điện dẫn lớn (Ví dụ : điện dẫn thép gần 109 lần điện dẫn đất) - Đem chia (2 – 4) cho (2 – 5), ta có: Trang Mơn học : An toàn điện U A xd  U d xA GVGD : Phạm Khoa Thành hay UA = Ud xd xA - Thay tích số số xđ K có phương trình hypecbol sau: UA = K xA Như phân bố điện áp vùng dòng điện rò đất điểm xa vô vùng dòng điện rò có dạng đường hypecbol Đường phân bố điện áp gọi đường hiệu Tại điểm chạm đất mặt vật nối đất có điện áp đất cực đại, có nghóa điện áp vật nối đất với điểm đất vùng dòng điện rò Thí nghiệm cho thấy phân bố điện áp mặt đất gần vật nối đất có dạng gần giống đường hypecbon (hình 3-1) Không riêng vật nối đất có dạng hình bán cầu mà dạng khác vật nối đất hình ống, hình chữ nhật, dây điện rơi xuống đất có phân bố điện áp gần giống hình hypecbol Sở dó tình trạng phân bố điện áp trường hợp tương tự đặc điểm vật dẫn điện Trái đất Đất gần vật nối đất có điện trở cực đại dòng điện dòng điện phải qua tiết diện bé điểm điện áp gián lớn Chúng ta dùng cách đo trực tiếp điện áp điểm vẽ thành dường cong phân bố điện áp đất vùng dòng điện tản đất (hình 3-1) Trong vùng gần 1m cách vật nối đất có độ 68% điện áp rơi Những điểm mặt đất nằm 20m cách chỗ chạm đất thực tế xem vùng dòng điện nguy hiểm hay gọi điểm có điện áp không – đất Trong khoảng cách nói điện áp rơi 1m không vượt 1V Trong vào đất dòng điện tản bò điện trở đất cản trở Điện trở gọi điện trở tản hay gọi điện trở vật nối đất Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành Điện trở vật nối đất hiểu tỉ số điện áp xuất vật nối đất với dòng điện chạy qua vật nối đất vào đất: Rđ = Ud Id Xét ví dụ cách xác đònh điện áp đất có pha chạm đất mạng điện ba pha có trung tính trực tiếp nối đất (hình 3-3) Nếu gọi rphđ – điện trở tản dòng điện chỗ chạm đất ro – điện trở tản vật nối đất làm việc có điện áp pha A đất: UA = Iđrphđ (2-6) - Điện áp dây trung tính đất: Uo = Iđ.ro (2-7) - Nếu đo trực tiếp trò số U A, Uo Iđ điện trở tản dòng điện chỗ chạm đất rphđ điện trở nối đất làm việc ro tính phương trình (2-6) (2-7) sau: rphđ = Ud Id ro = Uo Id Tóm lại, điện trở tản tỉ số điện áp xuất vật nối đất (hay dây dẫn chạm đất) với dòng điện qua vật nối đất (hay dây dẫn) vào đất - Đònh nghóa với trường hợp dây dẫn không nối với đất: = Iđ.Z (2-8) : Iđ – véc tơ dòng điện tản qua điện trở toàn phần liên hệ dây dẫn đất; Z – điện trở toàn phần dạng số phức Z = rđt – jxđt rđt xđt – điện trở cách điện điện dung dây dẫn đất Sơ đồ song song sơ đồ nối tiếp điện trở cách điện điện dung vẽ (hình 3-4) Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành II ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC Trong trình tiếp xúc với thiết bò điện có mạch điện khép kín qua người điện áp giáng người lớn hay nhỏ tùy thuộc vào điện trở khác mắc nối tiếp với thân người (điện trở găng, ủng, thảm cách điện, nhà …) Phần điện áp đặt vào thân người gọi điện áp tiếp xúc (Utx) Vì nghiên cứu an toàn điều kiện chạm vào cực (một pha) chủ yếu nên xem điện áp tiếp xúc hai điểm đường dòng điện mà người chạm phải Ví du:ï vỏ thiết bò chân người Trên hình (3-5) vẽ hình hai động cơ, vỏ động nối với vật nối đất có điện trở Rđ Trên vỏ thiết bò bò chọc thủng cách điện pha Trường hợp vật nối đất vỏ thiết bò mang điện áp đất là: = IđRđ : Iđ – dòng điện qua vật nối đất Người chạm vào động U đ Mặt khác chân người Uch phụ thuộc khoảng cách từ chỗ đứng đến vật nối đất Kết người bò tác dụng hiệu số điện áp Uch Utx = – Uch Như điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bò nối đất đến vật nối đất mức độ cân - Vì mặt đất giảm xa vật nối đất khoảng cách từ 20m trở lên điện áp tiếp xúc xem Utx = Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành - Trường hợp chung biểu diễn điện áp tiếp xúc sau: Utx =  (2-9) đây:  - hệ số tiếp xúc ( < 1) - Trong thực tế điện áp tiếp xúc luôn bé điện áp giáng vật nối đất (dây chạm đất) Điện áp tiếp xúc cho phép không tiêu chuẩn hóa III ĐIỆN ÁP BƯỚC Trên hình (3-6) vẽ phân bố điểm mặt đất lúc có pha chạm đất thiết bò (động cơ) bò chọc thủng cách điện Điện áp đất chỗ trực tiếp chạm đất: = Iđrđ rđ – điện trở tản chỗ chạm đất Điện áp điểm mặt đất đất cách xa chỗ chạm đất từ 20m trở lên xem không Những vòng tròn đồng tâm (hay mặt phẳng) mà tâm điểm chỗ chạm đất vòng tròn đẳng (hay mặt phẳng đẳng thế) Khi người đứng mặt đất hai chân thường hai vò trí khác người bò điện áp tác dụng Điện áp đặt hai chân người dòng điện chạm đất tạo nên gọi điện áp bước Ub Có thể tính điện áp bước theo biểu thức sau: I a Ub = Ux – Ux+a = (2-10) 2x x  a đây: a – độ dài bước chân (khoảng 0,4  0,8m); x – khoảng cách đến chỗ chạm đất Từ phương trình (2-10) thấy đứng cách xa chỗ chạm đất (vật nối đất) trò số điện áp bước bé Ở khoảng cách xa chỗ chạm đất từ 20m trở lên xem điện áp bước không Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành Điện áp bước không người đứng gần chỗ chạm đất hai chân người đầu đặt vòng tròn đẳng (ví dụ: hai điểm A B) Như phụ thuộc khoảng cách đến chỗ chạm đất điện áp bước hoàn toàn trái hẳn với điện áp tiếp xúc Điện áp bước có trò số lớn, không tiêu chuẩn hóa điện áp bước để bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người, quy phạm quy đònh có xảy chạm đất phải cấm người đến gần chỗ bò chạm với khoảng cách sau: Từ  5m thiết bò nhà Từ  10m thiết bò trời Như nói điện áp tiếp xúc người ta không tiêu chuẩn hóa mà tiêu chuẩ n hóa điện áp đất Đây điện áp ứng với dòng điện chạm đất tính toán qua đất thời gian năm không vượt trò số 250V điện áp 1000V 40V thiết bò điện áp 1000V Về điện áp bước cho phép không tiêu chuẩn hóa không nên cho điện áp bước không nguy hiểm đến tính mạng người Dòng điện qua hai chân người nguy hiểm không qua quan hô hấp, tuần hoàn Nhưng với trò số điện áp bước khoảng 100  250V bắp người bò co giật làm người ngã xuống lúc sơ đồ nối điện thay đổi (dòng điện từ chân qua tay) Quy trình “ Kiểm tra sử dụng phương tiện bảo vệ” Liên Xô (cũ) quy đònh lại trạm điện trời phải dùng ủng cách điện điện áp bước U b > 40V Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành BÀI PHÂN TÍCH AN TỒN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN Mạng điện đơn giản mạng điện chiều mạng điện xoay chiều pha Trường hợp nguy hiểm người chạm vào hai cực mạng điện Dòng điện chạy qua người : Ing = U Rng : U – điện áp mạng điện; Rng – điện trở người Trường hợp tương tự trường hợp vận hành mạng điện điện áp 1000V mà không dùng găng tay cách điện quy trình đề Tai nạn xảy sau: người công nhân sửa chữa thiết bò có mang điện áp , tay sờ vào cực mạng điện , chạm vào cực tai, cùi tay tay khác … Dù có dùng găng tay cách điện dày không bảo vệ an toàn cho người công nhân Trong thực tế vận hành chạm vào hai cực mạng điện xảy mà thường chạm vào cực hậu tai nạn tùy thuộc vào trạng thái làm việc mạng điện đất I MẠNG ĐIỆN CÁCH ĐIỆN ĐỐI VỚI ĐẤT Trên hình 4-1 vẽ mạng điện cách điện đất điện áp 1000V Khi người chạm vào cực mạng điện tạo nên mạch kín cách điện mạng điện không đạt lí tưởng r1 r2 có trò số vô lớn mạng điện đất có trò số điện dẫn Rng r1 - Theo sơ đồ đẳng trò, ta có (hình -1b): r’ = - Dòng điện tổng mạch mạch điện Io: Io = - Điện áp đặt vào người: Ung = Io.r’1 - Dòng điện qua người: Ing = U ng Rng (4-1) Rng  r1 U r  r2 (4-2) '  (4-3) ' U r Rng r1'  r2   (4-4) Thay trò số r1' vào phương trình (4-4), ta coù: Ing = U r1 Rng r1  r2   r1r2 (4-5) Trang Môn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành - Giả thiết r1 = r2 = rcđ, ta có: Ing = U Rng  rcd đây: rcđ – điện trở cách điện Từ phương trình thấy rõ vai trò cách điện điều kiện an toàn Nếu lấy dòng điện an toàn người 0,01A điện trở cách điện không bé trò số sau rcđ  100U – 2Rng Ví dụ ta lấy: Rng = 1000  , U = 220V rcđ  20k ; Rng = 1000  , U = 440V rcđ  42k Trường hợp nguy hiểm chạm vào pha mà pha bò chạm đất Lúc dòng điện qua người: Ing = U Rng có nghóa là giống lúc chạm vào hai cực mạng điện nói Trong biểu thức (4-6), (4-7) không xét đến điện trở nhà điện trở bé, không tham gia sơ đồ Tuy nhiên lúc chạm vào cực mạng điện ý nghóa cách điện nhà quan trọng phải tính đến Ing = U r1 Rng  rn r1  r2   r1r2 (4-8) r1 = r2 thì: Ing = U 2Rng  rn   rcd (4-9) : rn – điện trở nhà II MẠNG ĐIỆN CÓ MỘT CỰC HAY MỘT PHA NỐI ĐẤT Mạng điện dây Mạng điện có dây, dây khác đất đường ray Tàu điện hay tàu hỏa chạy điện làm việc theo sơ đồ hình 4-2 Ta có: ro – Điện trở nối đất làm việc ; r1 – Điện trở cách điện dây điện ; rn – Điện trở Trang Mơn học : An toàn điện Ing = GVGD : Phạm Khoa Thành U r1 Rng  rn r1  ro   r1ro (4 – 10) Nếu xem điện trở ro có trò số gần không biểu thức viết: Ing = U Rng  rn  (4 – 11) Nếu người đứng đất ướt hay đường sắt chòu điện áp điện áp toàn mạng điện Vận hành mạng nói nguy hiểm phải mắc dây dẫn cao cách mặt đất khỏang cách an toàn có biện pháp cách li dây dẫn không nối đất Mạng điện hai dây Mạng điện dùng để đo lường pha, để cung cấp cho máy biến áp hàn hay cung cấp cho máy biến điện áp dùng cho loại đèn cầm tay (hình 4-3) Lúc bình thường chạm vào dây dẫn có nối đất không nguy hiểm điện áp đặt vào người không lớn (hình 4-3a) Điện áp tính bằng: Ung = Uab = Ilv.rab : I1v – dòng điện làm việc mạng điện; rab – điện trở đoạn dây ab Dù chạm vào điểm b cách xa điểm nối đất bao nhiêu, điện áp không lớn 5% điện áp toàn mạng điện Điều phù hợp với tình trạng làm việc bình thường mạng điện ứng với dòng điện làm việc I1v Trường hợp nguy hiểm lúc xảy ngắn mạch (hình 4-3b) Trong trường hợp điện áp phân bố đường dây theo điện trở dây dẫn Giả thiết tiết diện dây dẫn đòa điểm, điện áp điểm c gần U/2 gần điểm a điện áp giảm dần Cần ý thêm lúc mạng điện trạng thái bình thường, người chạm vào dây không nối đất mạng điện hai dây điều kiện an toàn giống chạm vào dây mạng điện dây xét phần Trang Mơn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành BÀI PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN BA PHA Theo “ Quy trình thiết bò điện” người ta chia thiết bò điện làm hai loại “ - Thiết bò điện có điện áp làm việc 1000V - Thiết bò điện có điện áp làm việc 1000V Điểm trung tính máy biến áp hay máy phát điện thiết bò điện nối đất không nối đất Nếu trung tính (ở muốn nói dây trung tính) không nối với thiết bò nối đất nối qua thiết bò để bù dòng điện dung mạng , qua máy biến điện áp … hay qua khí cụ có điện trở lớn, gọi trung tính cách điện đất Ngược lại trung tính nối trực tiếp với thiết bò nối đất qua điện trở bé (máy biến dòng) gọi trung tính trực tiếp nối đất Chạm đất nối điện bất ngờ phận thiết bò điện có mang điện áp với cấu trúc khác với đất trực tiếp Dòng điện chạm đất dòng điện vào đất qua chỗ bò chạm đất Những thiết bò điện với trung tính cách điện có dòng chạm đất bé, nghóa theo “Quy trình thiết bò” dòng điện chạm đất có trò số bé 500A Các thiết bò điện với trung tính trực tiếp nối đất điện áp lớn 1000V có dòng điện chạm đất lớn, nghóa theo “Quy trình thiết bò” trò số dòng điện lớn 500A Mạng điện ba pha bốn dây với điện áp 380/220V có trung tính trực tiếp nối đất Dây trung tính dây nối với điểm trung tính trực tiếp nối đất, dùng làm dây ngược phụ tải pha không Không nên cho trung tính dây trung tính không mang điện áp Thực tế, vận hành có dòng điện tác dụng dòng điện rò, lúc có chạm đất pha, trung tính dây trung tính mang điện áp gây nguy hiểm đến tính mạng người Trong mạng điện xét xảy số trường hợp người bò tổn hại dòng điện sau: Chạm vào hai cực hay ba cực vật dẫn điện Chạm vào cực (pha – đất) Chạm vào vật không dẫn điện có điện áp xuất bất ngờ Bò tác dụng điện áp bước Sau đây, xét điều kiện an toàn thiết bò điện với điện áp 1000V có trung tính trực tiếp nối đất, cách điện đất I MẠNG ĐIỆN CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐIỆN : Trang 10 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành Trò số xB, rB tuỳ theo điểm ngắn mạch tính toán theo công thức (8-6) khó thực Nếu điều kiện công thức (8-6) không thoả mãn biện pháp bảo vệ nối dây trung tính có lợi cho máy biến áp có U2đm > Utxcp đảm bảo điều kiện: INzK αINzK rll rdt  rll rll rdt  rll ≤ Utxcp - cho trường hợp nối đất lặp lại tập trung (8-7) ≤ Utxcp - cho trường hợp nối đất theo mạch vòng (8-8) Cần ý điều kiện (8-7) (8-8) thoả mãn điều kiện (8-6) không thoả mãn biện pháp bảo vệ nối dây trung tính lợi cho máy biến áp cung cấp điện cho đèn cầm tay dụng cụ điện Không việc nối dây trung tính gây tai nạn tiếp xúc lúc bình thường không xảy nối điện cuộn dây cao áp hạ áp Điều giải tích sau: mạng điện thường có nhiều thiết bò nối với dây trung tính cần vỏ thiết bò bò chọc thủng cách điện, điện áp dây trung tính đất là: Uo = INzK rll rdt  rll đây: ZK – tổng trở dây trung tính; rl - điện trở nối đất lặp lại đường dây cung cấp cho thiết bò có cách điện bò chọc thủng l rđt – điện trở đẳng trò điện trở làm việc ro điện trở lại mắc song song với Nếu tính toán lấy trò số Uo = 36V điện áp tổng đặt vào người Uo + U2đm trường hợp dùng đèn cầm tay hay dụng cụ điện lớn nguy hiểm Ngoài biện pháp nối đất nối dây trung tính xét có thêm biện pháp nối đất phụ (hay nối dây trung tính phụ) gọi “cuộn dây chắn” đặt vào cuộn dây cao áp hạ áp máy biến áp Nếu xảy nối điện bất ngờ xảy cuộn cao áp cuộn chắn mà thôi, cuộn hạ áp cách điện cuộn hạ áp (hình 8-8) Biện pháp bảo vệ có ý nghóa thường xuyên kiểm tra tình trạng làm việc máy biến áp, đặc biệt cách điện cuộn dây chắn cuộn thứ cấp máy biến áp Trang 37 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thaønh BÀI BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP I Khái niệm: Hiện tượng điện áp tăng trị số cho phép lớn thiết bị gọi điện áp Người ta chia làm hai loại: điện áp thiên nhiên điện áp nội Nguyên nhân gây nên điện áp:  Do sét đánh trực tiếp vào đường dây thiết bị  Do cảm ứng điện từ sét đánh vùng lân cận đường dây hay thiết bị Quá điện áp nội bộ: Do tượng độ hệ thống điện thao tác máy cắt điện, đứt đường dây hay tăng giảm phụ tải đột ngột gọi điện áp thao tác Khi thay đổi phương thức vận hành gây nên điện áp nội Trị số lên đến ÷ lần trị số điện áp định mức, thời gian tương đối dài khoảng 10 4µs, khả xuất nhiều Bảo vệ điện áp nội đảm bảo tăng cường độ dự trữ cách điện Do điện áp thí nghiệm cao áp thiết bị lớn trị số điện áp nội Quá điện áp thiên nhiên: a Sự hình thành mây sét: Sét phóng điện khí đám mây đất, hay đám mây mang điện tích trái dấu Các đám mây tích điện lớn tác động luồng khơng khí nóng bốc lên nước ngưng tụ đám mây Khi lớp mây tích điện (thường tích điện âm) tới mức độ tạo nên cường độ trường lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Trang 38 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành b Q trình phóng điện: Thường gặp đám mây tích điện âm thấp xuống độ cao khoảng 2km gây cảm ứng điện tích dương mặt đất Ở đỉnh cao điện tích tập trung nhiều gây nên điện trường lớn Khi cường độ điện đạt đến trị số giới hạn phóng điện q trình phóng điện sét bắt đầu theo giai đoạn: Giai đoạn : Giai đoạn phóng điện đầu Lúc khơng khí bị ion hóa Lúc theo đường dễ phóng điện mây sét phóng thành xung đoạn có nhiều nhánh, tốc độ = 107 ÷ 108 cm/s Giai đoạn 2: Khi tia phóng điện tới mặt đất bắt đầu giai đoạn phóng điện Lúc có trung hòa điện tích mây đất mãnh liệt gây tiếng nổ ánh sáng chói, tốc độ = 10 cm/s Giai đoạn 3: Giai đoạn phóng điện trùng lặp Điện tích mây khơng phóng điện hết lần mà phóng thành nhiều lần liên tiếp kéo dài khoảng mươi phần trăm giây c Dòng điện sét: Nó gây máy sóng cực nhanh Biên độ dòng điện sét thay đổi tùy theo vùng địa lý, thường không vượt 50 kA Trị số điện áp thiên nhiên phụ thuộc vào yếu tố:  Biên độ Imax  Độ dốc đầu sóng Trị số điện áp thiên nhiên lớn, trực tiếp U  3000kV, gián tiếp U = 400 ÷ 500kV Vậy để bảo vệ điện áp thiên nhiên tăng cường cách điện cho thiết bị mà phải có biện pháp khác cho thiết bị II Các hậu dòng điện sét: Đối với người loài súc vật, sét nguy hiểm nguồn điện áp cao dòng điện sét lớn Như biết, cần dòng điện nhỏ khoảng vài chục miliampe qua người gây nên chết người Nhiều sét khơng phóng điện trực tiếp gây nguy hiểm, dòng điện sét qua vật nối đất gây nên chênh lệch lớn vùng đất gần Nếu người hay gia súc đứng gần nơi bị sét đánh có điện áp bước lớn gây nguy hiểm tới thể người gia súc Dòng điện sét có nhiệt độ lớn, phóng vào vật dễ cháy tranh, tre, gỗ nứa… gây nên đám cháy lớn Điều cần phải đặc biệt ý việc bảo vệ kho nhiên liệu vật liệu dễ nổ Khi sét đánh vào nhà cơng trình, tác động dòng sét qua, nhà cơng trình hư hỏng độ bền học Những đường dây tải điện không bị sét đánh, sóng qua điện áp truyền vào trạm phá hủy thiết bị trạm khơng có biện pháp bảo vệ an tồn Cần ý điện áp sét cảm ứng vật dẫn (cảm ứng tĩnh điện, cảm ứng điện từ) có phóng điện sét gần Điện áp lên đến hàng chục kilovolt nên nguy hiểm III Các thiết bị chống sét bảo vệ điện áp: Chức thiết bị chống sét trực tiếp thu sét mình, không cho sét đánh vào đối tượng cần bảo vệ Với kết cấu vững nối đất tốt, chịu đựng nhanh chóng dòng điện sét vào đất Chức thiết bị bảo vệ sét cảm ứng tạo chỗ yếu cách điện để sóng cảm ứng sét phóng qua khơng cho vào đối tượng cần bảo vệ Cột thu lơi: (kim thu lơi) Trang 39 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành a Cấu tạo : gồm phần:  Kim kim loại tròn, đặc, đầu vót nhọn trán kẽm chống rĩ, khơng sơn  Dây nối đất: Nối từ kim xuống phần nối đất, thường bắng sắt tròn có  = ÷ 12mm, sơn chống rỉ  Vật nối đất: đảm bảo điện trở nối đất kim thu lôi đủ nhỏ để không gây điện áp lớn mặt đất, có dòng điện sét chạy từ kim xuống đất b Ngun tắc bố trí : Kim thu lơi bố trí độc lập cột ngồi đối tượng cần bảo vệ hay đặt ngang cơng trình bảo vệ tùy theo tính chất vị trí cơng trình Thu lơi phải đặt cao đối tượng cần bảo vệ Trong đó: = h – hx  : Độ cao hữu dụng cột thu lôi  hx : Độ cao đối tượng cần bảo vệ Do đó, độ cao vượt lên kim so với bối cảnh xung quanh nên hướng phóng điện từ đám mây xuống kim lớn c Phương pháp xác định phạm vi kim thu lôi: * Trường hợp kim: Để thuận tiện việc tính tốn, ta dùng phạm vi bảo vệ Đường sin hình chóp có dạng hình gãy khúc Trường hợp: hx  h  Nếu hx  h :  Nếu hx  h : rx h  hx h   1 x 0,75h h h  h   rx  0,75h1  x  h  rx 0,8h  hx h  1 x 1,5h 0,8h 0,8h h    rx  1,5h1  x   0,8h  Với rx: bán kính phạm vi bảo vệ Các công thức cột thu lôi cao 30m Hiệu giảm sút cột cao 30m Trường hợp ta phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh: p 5,5 h Trang 40 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành * Hai hay nhiều cột thu lơi có độ cao nhau: Mọi cơng trình cần bảo vệ an tồn hai cột thu lơi phải nằm gọn phạm vi bảo vệ, tức cơng trình có độ cao: hx  h0  h  a mặt cơng trình giới hạn mặt phạm vi bảo vệ mức cao hx Khi độ cao cột thu lôi > 30m có hệ số hiệu chỉnh tương tự Độ cao h0 tính: hx  h0  a 7p Trang 41 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành * Phạm vi bảo vệ hai cột thu lơi có độ cao khác nhau: Trường hợp này, ta vẽ phạm vi bảo vệ cột cao Sau đó, qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sin phạm vi bảo vệ cột cao điểm (điểm xem đỉnh cột thu lơi giả định) với cột thấp hình thành đơi cột có độ cao với khoảng cách a’ Khi cơng trình cần bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, sử dụng vài cột cột phải cao nên khó khăn việc thi công lắp ráp Trường hợp phải dùng nhiều cột để bảo vệ Phần phạm vi bảo vệ xác định đôi cột (a ≤ 7h) Ta không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên đa giác hình thành cột thu lôi, mà cần kiểm tra điều kiện bảo vệ an tồn cho vật có độ cao hx nằm đa giác bảo vệ, thỏa mãn điều kiện: d ≤ 8( h – hx ) Với : d đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét Nếu độ cao lớn 30m điều kiện bảo vệ phải hiệu chỉnh với hệ số bảo vệ p Trang 42 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành D ≤ 8( h – hx ) = 8h.a D ≤ 8( h – hx )p = 8h.a.p Dây thu lôi: (Dây chống sét) Mặt cắt thẳng đứng vng góc với dây thu sét phạm vi bảo vệ xác định tương tự cột thu sét có hồnh độ 0,6h 1,2h Chiều rộng phạm vi bảo vệ độ cao h x tính theo cơng thức tương tự: Nếu hx  h :  Nếu hx  h :  hx ) h h bx = 1,2h ( - x ) 0,8 bx = 0,6h ( - Do chiều rộng khu vực có xác suất 100% phóng điện vào dây chống sét, có B = 2h nên dùng hai dây đặt cách nhau: S = 2B = 4h, điểm mặt đất nằm hai dây bảo vệ an toàn S < 4h , bảo vệ cho điểm (giữa hai dây) có độ cao: h0 = h - S Dây chống sét thường dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây có điện áp cao độ cao treo thiết bị dây dẫn thường lớn 2/3 độ treo cao dây chống sét h x = 0,8h nên không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà biểu thị góc bảo vệ  góc đường thẳng đứng với đường thẳng nối liền dây chống sét dây dẫn ngồi Có thể tính tốn trị số tới hạn  310 (tương ứng với tg = 0,6) thực tế: =200 ÷ 250 Trang 43 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành Các thiết bị bảo vệ điện áp cảm ứng truyền theo đường dây thiết bị: Để chống sét lan truyền biện pháp an tồn chơn ngầm đường dây điện, dây điện thoại đường ống vào đất Ở đô thị, người ta cần thiết làm điều Các cơng trình mới, khu vực đặt vấn đề xây dựng hệ thống kỹ thuật ngầm…Các cơng trình hữu phải bố trí chống sét lan truyền chống sét ống dùng để bảo vệ điện áp cho cách điện dây dẫn, chống sét van để bảo vệ trạm biến áp Thiết bị chống sét thiết bị ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ chống điện áp khí Khi xuất điện áp, phóng điện trước làm giảm trị số điện áp đặt cách điện thiết bị hết điện áp tự động dập tắt dòng điện xoay chiều, phục hồi lại trạng thái làm việc bình thường a Khe hở phóng điện: Kết cấu khe hở phóng điện có nhiều dạng, phổ biến khe hở sừng Nó là: 2, 15, 20, 33 35v Tồn điện trở, khe phóng điện đặt vỏ sứ kín để ẩm khơng lọt vào, ảnh hưỡng đến đặt tính điện chống sét Loại chống sét PB van có điện áp đạt từ đến 10kV dùng để bảo vệ trạm biến áp trạm phân phối công suất bé Loại PBM dùng bảo vệ máy điện b Chống sét kiểu ống: Phần thiết bị sét làm vật liệu sinh khí chất fribrobakelit (loại PT) hay chất dẻo viriplast (loại PTB), đầu ống có nắp kim loại giữ điện cực thanh, đầu hở đặt điện cực hình xuyến Khe hở S1 gọi khe hở hay ke hở dập hồ quang Còn khe hở S gọi khe hở ngồi có tác dụng cách ly thân ống với đường dây đề khơng bị hư hỏng dòng điện rò Khi có q điện áp thiên nhiên, hai khe hở phóng điện Dòng điện sét qua chống sét vào phận nối đất Sau hết dòng xung kích có dòng điện tần số cơng nghiệp tức dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét Dưới tác dụng hố quang dòng điện ngắn mạch, chất sinh khí bị phát nóng sản sinh nhiều khí lên tới hàng chục atm thổi tắt hồ quang ( thổi phía đầu hở ống) Độ dài khe hở chọn theo điều kiện phối hợp cách điện điều chỉnh phạm vi định Còn khe hở định khả dấp hồ quang Để dập hồ quang ống cần có đủ khí, điện phụ thuộc vào trị số dòng điện hồ quang Bởi có qui định giới hạn dòng điện Ngược lại, dòng điện xoay chiều khơng q lớn tạo nên áp suất cao, phá hoại ống Khi đặt chống sét ống điểm lưới điện, cần phải kiểm tra dòng điện ngắn mạch chạm đất điểm đó, để đảm bảo chống sét tự dập tắt hồ quang Khi chống sét làm việc nhiều lần, chất sinh khí bị hao mòn, lượng khí sinh khơng đủ dập tắt hồ quangv v…nên đường kính ống tăng q 20 ÷ 25% so với trị số ban đầu phải thay chống sét khác Tham số chống sét ống ghi sau: PT 110  0,8 Để biểu thị chống sét ống có thải khí bị ion hóa nên lắp ống chống sét cột phải cho khí khơng gây nên phóng điện pha hay phóng điện xuống đất Muốn phạm vi khí phải khống có dây dẫn pha khác, khơng có kết cấu nối đất Trang 44 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành phạm vi khí chống sét pha khác Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây khơng có chống sét Tính tốn phận nối đất chống sét: Hệ thống chống sét hoạt động hiệu nhờ phận nối đất Do kiểm tra an tồn chống cháy cho cơng trình, người ta cần kiểm tra trị số điện trở nối đất chống sét cho loại cơng trình Trị số để tính tốn lựa chọn phận nối đất chống sét cho cơng trình Điện trở nối đất : (Rđ), phụ thuộc vào yếu tố Điện trở suất vùng đất bố trí phận nối đất (đ), đơn vị cm, xác định cách dùng đồng hồ đo trực tiếp Khi đo cần tính đến ảnh hưỡng thời tiết hệ số K m : Mùa khô Km = 1,4 Mùa mưa Km = 1,8 d  RF L Với R () điện trở khối đất có tiết diện F (cm2) chiều dài L (cm) Điện trở nối đất xung kích : (Rđxk) nối đất chống sét Điện trở nối đất Rđ trang bị nối đất thiết bị điện không lớn 4 Điện trở nối đất cơng trình có thiết bị điện với cấp điện áp khác tuân theo qui định ngành điện Ví dụ: Thiết bị 220v 8, 380v 4, 660v 2… HÌNH ẢNH CÁC ĐẦU KIM THU SÉT Trang 45 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành BÀI TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI Hiện nay, điện sử dụng rộng rãi sinh hoạt sản xuất Số người tiếp xúc với máy móc, thiết bò dùng điện ngày nhiều Nguy hiểm điện gây khó phát trước giác quan nhìn, nghe, ngửi … Do vậy, hiểu biết thực đủ nguyên tắc an toàn điện quan trọng cần thiết A SỰ NGUY HIỂM CỦA ĐIỆN I TÁC DỤNG SINH LÝ CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI Tác dụng kích thích Phần lớn trường hợp chết người điện giật tác dụng kích thích gây nên người bò nạn không bò thương tích bên Khi người chạm vào phần tử mang điện, thể trạng thái co giật, bò rối loạn trình sinh lý, mê man bất tỉnh Nếu tác dụng kích thích kéo dài vòng -6 giây người bò nạn không tách khỏi phần tử mang điện, chết Tác dụng gây chấn thương Khi người đến gần vật mang điện có điện cao (từ 6kV trở lên), chưa chạm phải phần tử mang điện, bò điện giật phóng điện hồ quang Do dòng điện hồ quang lớn người bò chấn thương nặng hay chết II NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỨC ĐỘ TÁC HẠI DO ĐIỆN GIẬT Điện trở người Cơ thể người có trò số điện trở khoảng từ 400 - 10000 Điện trở người phụ thuộc vào: tình trạng da (sạch, ẩm …), chiều dày lớp sừng bề mặt da, diện tích lực tiếp xúc với phần tử mang điện … Lưu ý rằng, dòng điện lớn, da nhanh chóng nóng lên, toát mồ hôi, điện trở giảm làm cho dòng điện tăng, nguy hiểm tăng; thời gian tác dụng dòng điện lâu, điện trở người giảm da nóng lên, mồ hôi toát nhiều, điện trở giảm theo dòng điện tăng, nguy hiểm tăng Thời gian dòng điện qua người Thời gian dòng điện qua người yếu tố ảnh hưởng đến mức độ nguy hiểm điện giậ t Thời gian dòng điện qua người lâu, mức độ nguy hiểm điện giật tăng nhanh, ảnh hưởng phát nóng, điện trở người giảm xuống Trò số dòng điện qua người Tác dụng cường độ dòng điện qua người nêu bảng 1.1 Cường độ dòng điện lớn, mức độ nguy hiểm điện giật cao Trang 46 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành BẢNG 1.1 TÁC HẠI CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ NGƯỜI I (mA) 0,6 – 1,5 2–3 5–7 – 10 20 – 25 50 – 80 90 – 100 Dòng điện xoay chiều (50Hz-60Hz) Cảm giác tê Cảm giác tê Co giật run Tay khó rời khỏi vật có điện, cảm thấy đau Tay không rời khỏi vật có điện, đau nhức, khó thou Hô hấp bò tê liệt, tim đập mạnh Dòng điện chiều Không cảm giác Đau kim đâm nóng Đau nhức bỏng tăng lên mạnh Bỏng tăng lên bắt đầu có tượng co quắp Rất nóng, khó thở, bắp thòt co quắp Hô hấp bò tê liệt, kéo dài giây Hô hấp bò tê liệt tim ngừng đập Đường dòng điện qua người Người ta dùng phân lượng dòng điện qua tim để đánh giá mức độ nguy hiểm đường dòng điện qua người BẢNG 1.2 PHÂN LƯNG DÒNG ĐIỆN QUA TIM THEO CON ĐƯỜNG DÒNG ĐIỆN QUA NGƯỜI Đường dòng điện qua người Phân lượng dòng điện qua tim (%) - Từ chân qua chân 0,4 - Từ tay qua tay 3,3 - Từ tay trái qua chân 3,7 - Từ tay phải qua chân 6,7 Như bảng 1.2 cho thấy, dòng điện từ chân qua chân nguy hiểm Song, người bò hốt hoảng, bò ngã xuống dễ trở thành trường hợp khác nguy hiểm Tần số dòng điện Mức độ tác hại dòng điện phụ thuộc vào tần số dòng điện Dòng điện có tần số cao nguy hiểm, tần số 50-60Hz nguy hiểm B TAI NẠN DO ĐIỆN I NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY TAI NẠN DO ĐIỆN Do vô ý chạm phải vật mang điện Trường hợp xảy vật mang điện thường che chắn cẩn thận, mặt khác người sử dụng sửa chữa điện có hiểu biết an toàn điện Do chạm phải phận kim loại vốn không mang điện “chạm vỏ” trở thành mang điện Trang 47 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành Hiện tượng phận kim loại vốn không mang điện trở thành có điện gọi tượng “chạm vỏ”, nguyên nhân thường gây nên tai nạn điện Do vậy, việc đònh kỳ kiểm tra cách điện vỏ phần tử mang điện thiết bò dùng điện cần thiết Do điện áp bước Khi dây dẫn có điện bò đứt rơi xuống đất, có dòng điện tản chạy đất phạm vi bán kính 20m từ điểm chạm đất, có điện Điểm gần nơi dây dẫn chạm đất có điện lớn Điện áp hai điểm A B cách 0,8 mét bước chân người gọi điện áp bước UAB = VA – VB  Do đó, người vào vùng có bán kính 20 mét kể từ điểm dây dẫn chạm đất, chòu điện áp bước có dòng điện qua người Hình 1.1: Dòng điện tản đất gây nên điện áp bước Do phóng điện hồ quang Nếu người đến gần vật mang điện có điện cao (từ 6kV) có tượng phóng điện hồ quang gây chấn thương cho người II SƠ CỨU NGƯỜI BỊ ĐIỆN GIẬT Trong việc cứu chữa người bò điện giật, việc phải ngắt điện nhanh chóng tách người bò điện giật khỏi vật mang điện Nếu người bò nạn bò bất tỉnh phải khẩn trương làm hô hấp nhân tạo, không mang đâu xa, không cần chờ đợi thầy thuốc Lưu ý rằng, thời gian từ lúc nạn nhân bò điện giật đến lúc cứu chữa phút hy vọng cứu sống nạn nhân khoảng 10% Tách nạn nhân khỏi vật mang điện Có thể thực đồng thời biện pháp sau: - Nhanh chóng ngắt nguồn điện, ngắt cầu dao, cầu chì, công tắc … liên quan đến nguồn điện - Có thể dùng vật cách điện ghế nhựa, quần áo khô… kéo người bò nạn khỏi vật mang điện Lưu ý rằng, cứu chữa nạn nhân, người cứu nạn phải thực cách điện tốt so với đất (có thể đứng bàn, ghế…) Hô hấp nhân tạo Sau tách nạn nhân khỏi vật mang điện, người bò nạn bò bất tỉnh, phải khẩn trương làm hô hấp nhân tạo Việc làm hô hấp nhân tạo phải tiến hành liên tục nạn nhân phục hồi hô hấp Trang 48 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành a) Phương pháp co duỗi tay Đặt nạn nhân nằm ngửa, kê lưng cao để đầu bật ngửa sau quỳ phía đầu nạn nhân (hình 1.2) Nắm hai tay nạn nhân kéo duỗi lên đầu chạm đất đếm 1, 2, (là lúc hít vào) Tiếp ngả người phía trước ấn hai tay lên ngực giúp nạn nhân thở đếm 4, 5, Cứ lúc nạn nhân tự hô hấp Mời bác só đến đưa nạn nhâ n đến bệnh viện sau lúc nạn nhân bắt đầu tự thở Hình 1.2: Hô hấp nhân tạo phương pháp co duỗi tay b Phương pháp hà thổi ngạt Đây phương pháp hữu hiệu Trước thổi ngạt cần móc hết đờm dãi vật khác miệng nạn nhân Người cứu nạn nhân hít dài, tay bòt mũi nạn nhân thổi mạnh vào miệng nạn nhân Nhờ dưỡng khí thừa thổi người cứu nạn (còn 15% oxi) mà hồng cầu nạn nhân cung cấp dưỡng khí, hoạt động Hình 1.3: Phương pháp hà thổi ngạt quan hô hấp nạn nhân phục hồi lại (hình 1.3) IV QUY TẮC AN TOÀN KHI SỬ DỤNG ĐIỆN Cần ngắt nguồn điện lắp đặt sửa chữa mạng điện, sửa chữa thiết bò, máy móc dùng điện Nếu ngắt điện cầu chì hay công tắc, nên kiểm tra để biết chắn dây pha cắt dây trung tính điện Với thiết bò đưa vào sử dụng để lâu dùng lại, kiểm tra, tránh tình trạng chạm vỏ trước cung cấp điện Nếu cần phải di dời thiết bò dùng điện vận hành, nên ngắt nguồn điện di dời thiết bò Nếu phải làm việc với phần tử mang điện, phải đảm bảo chắn người làm việc cách ly với đất, không đồng thời tiếp xúc với hai điểm có mang điện phải sử dụng dụng cụ chuyên ngành sửa chữa điện Lưu ý rằng, lúc làm việc không chạm người vào vật dẫn khác chạm vào người khác Đònh kỳ kiểm tra để đảm bảo chắn dây nối đất tiếp xúc làm việc tốt Trang 49 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành C CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN AN TOÀN ĐIỆN Cần lưu ý biện pháp đảm bảo an toàn tuyệt đối, người ta thường kết hợp đồng thời vài biện pháp để nâng cao hiệu an toàn Đònh kì kiểm tra tình trạng cách điện Để ngăn ngừa tình trạng “chạm vỏ”, má y móc thiết bò dùng điện phải đònh kỳ kiểm tra độ cách điện vỏ máy phần tử mang điện Bụi ẩm nguyên nhân gây nên tình trạng chạm vỏ, việc làm vệ sinh hút bụi ẩm cần thiết Sử dụng điện áp thấp Điện áp cao mức độ nguy hiểm tăng, tính chất công dụng thiết bò sử dụng, nhà chế tạo chọn lựa điện áp làm việc điện áp thấp Như hình 1.4, điện áp đầu 12 vôn mặt an toàn hình b điện áp cao nguy hiểm cho người Hình 1.4: a) Điện đầu với đất thấp b) Điện đầu với đất cao Nối đất Biện pháp nối phần vỏ thiết bò với đất đơn giản quan trọng sử dụng máy móc thiết bò Thiết bò nối đất gồm dây dẫn nối phần vỏ thiết bò với cọc nối đất có điện trở nhỏ, cọc đóng sâu xuống đất (hình 1.5) Nếu có tượng người đứng đất chạm vào vỏ người mạch dây nối đất mắc song song; dòng điện phần lớn qua mạch nối đất, dòng điện qua người không đáng kể, không gây nguy hiểm cho người Hình 1.5: Nối đất bảo vệ mạch ba pha không nối đất trung tính Trang 50 Môn học : An toàn điện GVGD: Phạm Khoa Thành Nối đẳng Dùng dây dẫn nối phận mà ta tiếp xúc với sàn đứng mà ta làm việc Nếu chạm vỏ phận có điện thế, tay chân người có điện nên dòng điện qua người Dùng phương tiện bảo vệ Yêu cầu chung sửa chữa mạch điện thiết bò phải thực ngắt điện Các dụng cụ kim, tuốc-nơ-vít phải có cán bọc cách điện Ở nơi ẩm ướt cần có găng tay hay ủng cách điện Trang 51 ... trở toàn phần dạng số phức Z = rđt – jxđt rđt xđt – điện trở cách điện điện dung dây dẫn đất Sơ đồ song song sơ đồ nối tiếp điện trở cách điện điện dung vẽ (hình 3-4) Trang Mơn học : An tồn điện. .. trạm điện trời phải dùng ủng cách điện điện áp bước U b > 40V Trang Môn học : An tồn điện GVGD : Phạm Khoa Thành BÀI PHÂN TÍCH AN TỒN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN Mạng điện đơn giản mạng điện. .. Mơn học : An toàn điện GVGD : Phạm Khoa Thành BÀI PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN BA PHA Theo “ Quy trình thiết bò điện người ta chia thiết bò điện làm hai loại “ - Thiết bò điện có điện áp