Giáo trình kỹ thuật an toàn điện

Giáo trình kỹ thuật an toàn điện

KĨ THUẬT AN TOÀN ĐIỆN Khái niệm chung Khoa học hiện nay phân tích tương đối đầy đủ về sự tác hại của dòng điện với con người. Dựa vào số liệu lấy từ thực tế xảy ra hay thí nghiệm trên các động vật. Trong số các tai nạn do điện giật trầm trọng nhất là chết người. 100% tai nạn thì 76,4% tai nạn ở U<1000V 23,6% tai nạn ở U>1000V. Phân tích theo nghề nghiệp có: - Nạn nhân có nghề điện: 42,2%. - Nạn nhân không có nghề điện: 57,8% . Nguyên nhân - Do chạm trực tiếp vào các bộ phận có dòng điện chạy qua: 55,9% trong đó: + Không phải do công việc yêu cầu 30,6%. + Do công việc yêu cầu 1,7%. + Đóng nhầm điện lúc sửa chữa, thao tác 23,6%. - Chạm phải bộ phận bằng kim loại của thiết bị có điện áp 22,8% trong đó: + Lúc không có nối đất 22,2%. + Lúc có nối đất 0,6%. - Chạm phải vật không bằng kim loại có điện áp: nền nhà, tường nhà 20,1%. - Do hồ quang lúc thao tác 1,12%. - Bị chấn thương do từ trường, điện trường cao áp, siêu cao áp, cực cao áp 0,08%. Nguyên nhân chính gây tai nạn là do chủ quan, sai quy trình quy phạm, quản lí chưa tốt, học tập đào tạo chưa chu đáo. 1 CHƯƠNG I TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI Thực tế người có bị điện giật hay không là do có dòng điện đi qua người gây sinh lí phức tạp, nó có thể huỷ hoại thần kinh, huỷ hoại cơ quan tuần hoàn máu và hô hấp. Dòng càng cao, thời gian càng lớn càng nguy hiểm. Tuy nhiên nếu dòng điện đi qua người đúng vị trí và cường độ có thể chữa bệnh.Dòng điện tác hại càng mạnh với người nghiện rượu. Sự tổn thương do dòng điện gây nên có thể chia thành 4 loại: - Chạm phải vật có mang điện áp. - Chạm phải bộ phận kim loại, vỏ thiết bị mang điện áp do hệ thống cách điện hỏng. - Tác hại của điện áp bước. - Bị chấn thương do điện từ trường mạnh, điện áp cao. Tác hại dòng điện lớn khi trị số dòng điện tăng, thường I ng > 100mA gây tử vong, có trường hợp 5 → 10mA gây tử vong tuỳ trạng thái cơ thể người. I ngAT(~) < 10mA I ngAT(-) < 80mA Nguyên nhân chủ yếu làm người chết người là kích thích thần kinh, tim, phổi. 1.1 Điện trở của cơ thể người Điện trở của cơ thể người rất phức tạp, thay đổi trong phạvi rộng, từ vài chục kΩ đến 600 Ω. Người bình thường có điện trở 1000Ω, điện trở cơ thể do lớp sừng của da quyết định. 2 R da C da R cơthể C cothể R ng R da C da U ng Điện trở người không ổn định mà tuỳ thuộc vào: - Điện áp (điện áp tăng thì R ng giảm). - Áp lực lên người. 1.2 Ảnh hưởng của trị số dòng điện giật Nguyên nhân gây nên tổn thương là do dòng điện đi qua người. Về nguyên tắc dòng càng lớn càng nguy hiểm, thời gian tồn tại dòng qua người càng lâu càng nguy hiểm nhưng nếu nguồn vào đúng các huyệt và có giá trị nhỏ có tác dụng chữa bệnh. Trị số dòng điện (mA) Tác dụng của dòng ~ f=50÷60Hz Tác dụng của dòng 1 chiều 0,6÷1,5 Bắt đàu thấy tê ngón tay Không cảm giác gì. 2÷3 Ngón tay tê mạnh Không cảm giác gì. 5÷7 Bắp thịt co, rung Dau như kim đam nóng 8÷10 Tay khó rời khỏi vật có điện, đau và nhức khớp tay Nóng tăng lên. 20÷25 Tay không rời được, khó thở Nóng tăng mạnh, bắp tịt co quắp nhưng chưa mạnh 50÷80 Tê liệt hô hấp, tim đập mạnh Nóng mạnh, bắp thịt co rút, khó thở. 90÷100 Tê liệt hô hấp, tim ngừng đập Tê liệt hô hấp => Dòng xoay chiều có tác hại mạnh hơn dòng một chiều. Vì vậy dòng an toàn: I ng an toàn ≤ 10mA (xoay chiều). I ng an toàn ≤80mA (một chiều). Đôi khi chỉ với dòng điện rất nhỏ vẫn có thể gây nên chết người tuỳ thuộc vào trạng thái cơ thể con người con người hoặc trạng thái bị tai nạn. 1.3 Ảnh hưởng của thời gian dòng điện giật - Thời gian càng dài thì tác hại càng lớn. - Do tuỳ thuộc nhịp tim: trong quá trình đập của tim có 0,1 giây tim ngừng làm việc, thời gian này rất nhạy cảm với tác dụng của dòng điện, dễ làm tim ngừng đập. Đối với người cao huyết áp hoặc nghiện rượu thì càng nguy hiểm. 3 - Đối với điện áp cao khi phóng điện qua người thì thường có dòng lớn nhưng khi phóng điện thì người luôn ở trạng thái thế thủ hoặc ngã ra làm đứt đoạn dòng, dòng tồn tại trong thời gian ngắn nên không vào tim nên không bị nguy hiểm. Nếu thời gian lớn thì đốt cháy cơ thể người. - Khi trực tiếp tiếp xúc nguồn phải có biện pháp phòng ngừa để giảm dòng qua người. 1.4 Đường đi của dòng điên giật Dòng qua tim phổi quyết định tác hại của nó với cơ thể con người - Dòng điện qua tay – tay thì có 3,3%I ng qua tim. - Tay phải – chân có 6,7%I ng qua tim. - Chân – chân có 0,4I ng qua tim. Đường đi của dòng điện có ý nghĩa cực kì quan trọng, vì vậy dòng điện qua tim hoặc cơ quan hô hấp phụ thuộc cách tiếp xúc của người với mạch điện. Khi dòng điện qua người thì phân bố đèu trên cơ quan lồng ngực. Phân lượng dòng qua tim trong trường hợp “tay – chân” có trị số lớn nhất nên cần có biện pháp phòng ngừa. 1.5 Ảnh hưởng của tần số dòng điện giật Z = R ng + jX ; X = 1/ωC = 1/2πfC Trong thực tế thì tần số càng cao thì càng bớt nguy hiểm. STT Tần số (Hz) U thí nghiệm (V) Số chó thí nghiệm Xác suất chó bị chết 1 50 117÷120 15 100% 2 100 117÷120 21 45% 3 125 100÷121 10 20% 4 150 120÷125 10 0% Giải thích ảnh hưởng của tần số của dòng điện giật có thể dựa vào tế bào máu. Khi tần số thấp thì mức độ co và giãn của tế bào máu lớn dễ bị phá hoại, nếu tần số tăng lên thì mức độ kích thích của tế bào máu ít hơn. Nếu tần số quá cao (ti vi, đài) và tác dụng lâu dài thì nguy hiểm. Nếu tần số cao, công suất lớn càng nguy hiểm (lò vi sóng). 4 1.6 Điện áp cho phép - Càng bé càng tốt. Một số nước quy định điện áp cho phép khác nhau. VD: Hà Lan, Thụy Điển, Pháp : U = 24 V. Ba Lan, Thụy Sỹ, Tiệp Khắc : U = 50 V. Liên Xô, Việt Nam : U = 65, 36, 12 V. CHƯƠNG II CẤP CỨU NGƯỜI BỊ ĐIỆN GIẬT Bất kì người nào làm việc trong ngành điện đều phải biết cấp cứu. Trước khi cấp cứu phải tách nạn nhân ra khỏi dòng điện càng nhanh càng tốt và ngay sau đó phải làm mọi cách để nạn nhân có tim phổi hoạt động trở lại. + Sau 1 phút nạn nhân được cấp cứu thì 90% được cứu sống. + Sau 6 phút nạn nhân được cấp cứu thì 10% dược cứu sống. + Sau > 10 phút nạn nhân được cấp cứu thì 0% được cứu sống. Nếu nạn nhân bị ngất, choáng thì cho ngửi mùi NH 3 và cho thoáng. Nếu nạn nhân bị tắt thở thì hà hơi thổi ngạt, kéo lưỡi ra. Khi tim đã đập và thở được không được đưa đi cấp cứu ngay mà phải để nằm im tại chỗ, ủ ấm ngay, cho uống nước nóng… CHƯƠNG III NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN 5 3.1 Hiện tượng dòng điện đi vào đất Khái niệm cơ bản về an toàn điện xuất phát từ phân tích các hiện tượng do dòng điện chạm đất gây nên. Khi cách điện của thiết bị điện bị hỏng sẽ có dòng điện chạm đất, dòng điện này trực tiếp đi vào đất hay qua bộ phận nối đất của máy. Khi dòng điện chạm đất sẽ làm thay đổi trạng thái mạng điện tạo nên một vùng rò điện phụ thuộc vào điện trở đất (R dât ). Chúng ta có thể xem trường dòng điện đi vào đất như trường tĩnh điện như là tập hợp đường sức, đường đẳng thế. Gọi: J : là mật độ dòng điện trong đất. γ : là điện dẫn suất của đất. ρ : điện trở suất của đất. E : cường độ điện trường đi trong đất. => J = γE = E/ρ =>E = Jρ (1) Biết I đất => J = I đất /(2πx 2 ) (2) I đất ρ I đ. ρ du = E.dx = Jρ.dx = dx ; φ A = U A = 2πx 2 2πx A U A = k/x A Phân bố điện áp trong vùng rò điện đối với đất có dạng là đường hypebol (đường hiệu thế), thường khi gần điện cực ( khoảng 1m) thì điện áp rơi trong đoạn này chiếm 68%, còn ngoài 20m trở ra có thể coi điẹn áp này bằng 0. Vì vậy càng đứng xa chỗ vật rò điện càng an toàn. Tính toán : Có : U đ , I đ => R đ = U đ /I đ ( điện trở tản ) 6 Thiết bị Z = R đt - jX đt (đt - giá trị đẳng trị ) I đ I đ I hđ VD: C B A U cđ I đ r 0 U 0 U A U cđ = I đ .R đ(A) ( cđ - cách điện ) U o = I đ .r o R A = U A /I A r o = U o /I đ Xoay chiều : Z = U/I đ => Điện trở tản là tỉ số giữa điện áp trên vật nối đất với dòng điện đi qua vật nối đất vào trong đất. 3.2 Điện áp tiếp xúc 7 U đ = αT đ .r 0 = U đ – U α = U tx r 0 Trong quá trình tiếp xúc với TBĐ, nếu có mạch điện khép kín qua người thì điện áp giáng trên người lớn hay nhỏ tuỳ thuộc điện trở mắc nối tiếp với thân người (dép, giầy, ủng,…), phần điện áp đặt vào người là điện áp tiếp xúc. Điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nối đất đến vật nối đất ( r o ) và mức độ cân bằng thế α (α ≤ 1). Trong thực tế vận hành thiết bị điện, điện áp tiếp xúc không được tiêu chuẩn hoá. 3.3 Điện áp bước Điện áp đặt lên 2 chân người gọi là điện áp bước (thế giữa 2 chân khác nhau ). ρI đ U b = U x – U x+a = 2π x ∫ x+a dx ρI đ 1 1 = ( - ) x 2 2π x x + a VD : - Ở khoảng cách > 20m → U b = 0 - Khi ở gần chỗ chạm đất → U b tăng Với U b = 100V đến 250V thì có thể làm bắp chân co lại gây ngã dẫn đến U b tăng ( do chiều dài cơ thể người )→ dòng điện qua người tăng → nguy hiểm tính mạng. Điện áp bước cũng không được tiêu chuẩn hoá nhưng có quy định khoảng cách an toàn : - thiết bị trong nhà cách xa 4m đến 5m - thiết bị ngoài trời cách xa 8m đến 10m Để tránh điện áp bước một số nước có quy định phải đeo giầy, ủng khi làm việc ngoài trời. 8 1 2 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN Mạng điện đơn giản là mạng điện một pha xoay chiều hay một chiều. Trường hợp nguy hiểm nhất là người chạm phải hai cực của nguồn điện. I ng = Rng U Trong nhiều trường hợp không phải cố tình chạm phải hai cực mà do vô tình, một tay chạm phải một cực còn cực kia chạm vào củi tay, lưng, … mặc dù đã có bảo hộ lao động nhưng vẫn gặp nguy hiểm. 4.1 Phân tích an toàn trong mạng điện cách điện đối với đất (2) (1) r 1 r 2 R ng Khi người chạm phải pha (1) r 2 r 2 U U r’ 1 U ng r 1 U ng R ng Các bước tính toán: 9 R ng .r 1 1. Tính r’ 1 : r’ 1 = (1) R ng + r 1 U 2. Tính I 0 : I 0 = (2) r’ 1 + r 2 3. Tính U ng : U ng = I 0 .r’ 1 (3) U ng 4. Tính I ng : I ng = (4) R ng U.r’ 1 I ng = (4’) R ng .(r’ 1 + r 2 ) U.r’ 1 I ng = (5) R ng (r 1 + r 2 ) + r 1 r 2 U Từ (5) , nếu r 1 = r 2 = r cđ => I ng = (6) 2R ng + rc đ 10 . Phân tích an toàn trong mạng điện cách điện đối với đất có điện dung lớn Mạng điện điện áp bé có điện dung lớn thường xuất hiện trong mạng dùng cáp điện. a). CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN 5 3.1 Hiện tượng dòng điện đi vào đất Khái niệm cơ bản về an toàn điện xuất phát từ phân tích các hiện tượng do dòng điện chạm