a. Yêu cầu về an toàn khi sử dụng các dụng cụ điện.
- Về cấu tạo, các thiết bị điện cầm tay cần phải bảo đảm an toàn tuyệt đối cho nguời sử dụng và phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Các phần dẫn điện phải có che chắn để không cho người bất ngờ va chạm phải.
- Mức độ cách điện phải tốt ở tất cả các bộ phận, chỗ dây dẫn điện đi vào dụng cụ phải có các ống đệm.
- Thiết bị điện cầm tay điện áp trên 36V phải nối đất. Việc nối đất thực hiện bằng một ruột riêng của dây dẫn cấp điện. Ruột này phải nối chắc chắn với vỏ dụng cụ điện ở phía trong nhờ một cực nối đất đặc biệt. Thường cực này được đánh dấu “ 3”
- Trước khi đóng điện vào thiết bị cầm tay phải kiểm tra tình trạng dây cung cấp điện
b. Yêu cầu về an toàn khi sử dụng các thiết bị chiếu sáng
- Bóng đèn sáng treo thấp hơn 2,5m phải dùng loại có chụp có cấu tạo kín để người đỡ chạm vào hoặc dùng nguồn điện áp 36V
- Dây dẫn đến đèn không được chịu lực, không được dùng dây dẫn để treo đèn.
- Khi lắp thiết bị chiếu sáng phải chú ý đến chế độ làm việc của dây trung tính. Nếu trung tính nối đất dây trung tính nối vào ống ren, dây pha nối vào đuôi đèn qua công tắc.
- Các đèn lắp đặt trên cao không được rung theo gió. c. Yêu cầu về an toàn điện khi thao tác trên cao.
- Nếu là trụ gỗ phải kiểm tra thân và chân trụ để có biện pháp an toàn - Nếu là trụ sắt phải kiểm tra rò điện
- Phải mang giầy, đội mũ an toàn, đeo dây bảo hộ. Khi sử dụng dây phải thử lại dây, khi móc khóa phải ghim vào khóa để kiểm tra độ chắc chắn của móc khóa
- Khi làm việc ở trên cao phải có ít nhất 2 người. Không được ném lên hay làm rơi bất cứ vật gì có thể gây nguy hiểm cho người phía dưới. Muốn đưa đồ lên, xuống ta phải dùng dây kéo lên và thả xuống.
- Người ở dưới phải đội mũ an toàn, tránh xa tầm rơi của các đồ vật.
- Nếu làm ở nơi đông người phải có biển báo, rào chắn để đề phòng tai nạn cho người qua lại.
2.5.3. Hiện tƣợng dòng điện đi vào đất.
a. Dòng điện tản trong đất.
Khi có dây dẫn điện bị đứt chạm đất hoặc khi thiết bị điện có nối đất hỏng cách điện thì xuất hiện hiện tượng dòng điện đi vào đất.
Tại vị trí chạm đất sẽ hình thành những vòng tròn đẳng áp có giá trị lớn nhất tại tâm là vị trí chạm đất và giảm dần khi xa điểm chạm đất.
Hình 2.38. Dòng điện tản trong đất b. Điện áp bước
- Điện áp đối với đất ở chỗ trực tiếp chạm đất:
Uđ = Iđrđ [2.1]
rđ: điện trở tản ở chỗ chạm đất
- Ở những điểm khác nhau trên mặt đứng đều có thế khác nhau, trường hợp ta đứng cách xa chỗ chạm đất từ 20 m trở lên thì thế điện sẽ bằng không.
- Những vòng tròn đồng tâm (hay mặt phẳng) mà tâm điểm là chỗ chạm đất chính là các vòng tròn đẳng thế (hay mặt phẳng đẳng thế).
- Khi ta đứng trên mặt đất thì hai chân ở hai vị trí khác nhau cho nên người sẽ bị một điện áp nào đấy tác dụng. Điện áp đặt giữa hai chân gọi là điện áp bước.
Biểu thức tính điện áp bước:
Ub = Ux - Ux + a = a x a x I 2 [2.2]
a: Độ dài của bước chân (khoảng 0,4 ÷ 0,8m ) x: khoảng cách đến chỗ chạm đất.
* Ví dụ: Tính điện áp bước lúc người đứng cách chỗ chạm đất (vật nối đất) x = 2200 cm và dòng điện chạm đất Iđ = 1000A (dòng điện qua vật nối đất). Điện trở suất của đất ρ = 104 cm.
Giải
- Điện áp bước lúc người đứng cách chỗ chạm đất
Ub = 25,4V 2280 . 2200 . 2 10 . 80 . 1000 4
Khi có người đứng trong khu vực có đòng điện đi vào đất thì giữa 2 chân
người đó hình thành một điện áp người ta gọi là điện áp bước. Điện áp bước lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào các yếu tố sau:
- Trị số điện áp lưới
- Khoảng cách người đứng đến điểm chạm đất - Chiều dài bước chân
- Điện trở suất của đất
Khi có hiện tượng dòng điện đi vào đất ta phải chụm hai chân lại và di chuyển ra khỏi khu vực nguy hiểm bằng cách bước chân sao cho nhỏ nhất. Ra khỏi khu vực nguy hiểm từ 4 - 5m với điện trong nhà, từ 8-10m với điện ngoài trời.
Hình 2.39. Phân điện áp bước * Chú ý:
- Khi người đứng trong khu vực có dòng điện chạm đất sẽ bị tác dụng của điện áp bước cần bình tĩnh rút 2 chân gần sát nhau, sau đó bước chân rất ngắn ra xa chỗ chạm đất (hay nhảy lò cò hoặc bước theo hình xoắn ốc ra xa chỗ chạm đất)
- Khi gặp người đứng trong khu vực này, cần phải báo ngay cho điện lực khu vực gần nhất để cắt điện, đồng thời làm rào chắn cách nơi chạm đất 15-20m. - Điện áp bước có thể bằng không, mặc dầu người đứng gần chỗ chạm đất nếu hai chân người đều đặt trên vòng tròn đẳng thế, hoặc đứng cách xa chỗ chạm đất 20m.
c. Điện áp tiếp xúc.
Trong quá trình tiếp xúc với thiết bị điện nếu có mạch điện khép kín qua người thì điện áp giáng trên người lớn hay nhỏ tùy thuộc vào các điện trở khác mắc nối tiếp với thân người như: (găng tay, ủng, thảm cách điện, nền nhà.…) Phần điện áp đặt vào thân người gọi là điện áp tiếp xúc (Utx).
Trong trường hợp chạm vào một cực (một pha), điện áp tiếp xúc là thế giữahai điểm trên đường đi của dòng điện mà ta chạm phải. Ví dụ: Giữa vỏ thiết bị và chân của người.
Chẳng hạn khi ta đứng dưới đất chạm vào vỏ thiết bị của động cơ được nối đất có điện trở Rđ. Trên vỏ thiết bị, một pha bị chọc thủng cách điện. Trường hợp này vật nối đất và vỏcác thiết bị đều mang điện áp đối với đất là:
Do đó khi chạm vào vỏ thiết bị đều có thế là (Uđ ). Lúc này chân người chạm đất (Uch) phụ thuộc vào khoảng cách tại nơi ta đứng và vật nối đất.
Utx = Uđ – Uch [2.4]
Thế của mặt đất càng giảm khi ta càng đứng xa vật nối đất, khoảng cách từ 20m trở lên Utx = Uđ.
Trường hợp chung có thể biểu diễn điện áp tiếp xúc như sau:
Utx = Uđ [2.5]
: Hệ số tiếp xúc ( < 1)
Trong thực tế điện áp tiếp xúc luôn luôn bé hơn điện áp giáng trên vật nối đất (dây chạm đất).
2.5.4. An toàn trong các mạng điện.
Trong thực tế có người chạm vào 1 dây điện chân chạm đất nhưng vẫn không bị điện giật trong khi có ngưòi mang dép khi chạm vào một dây dẫn đã bị điện giật, có người thao tác với lưới điện đã cắt điện vẫn bị điện giật. Tại sao có những lý do trên. Chúng ta hãy phân tích các loại mạng điện sẽ biết được điều đó.
a. Mạng một pha đơn giản
Là mạng một chiều hoặc mạng 1 pha. Được chia làm 2 dạng là: Trung tích cách ly và trung tính trực tiếp nối đất.
Mạng trung tính nối đất
Người ta lấy một đầu của máy phát hoặc một đầu cuộn sơ cấp máy biến áp nối đất ta có mạng trung tính trực tiếp nối đất.
Ta có các trường hợp tiếp xúc điện như sau: Chạm vào dây trung tính (dây nối đất)
Người đứng trên đất chạm vào dây trung tính sẽ không gây nguy hiểm cho người.
Chạm vào dây pha (dây không nối đất)
Người đứng trên đất chạm vào dây pha, dòng điện qua người sẽ là I=
ng R
U
[2.6] Dòng điện này là rất nguy hiểm, trong thực tế đây là tai nạn điện thường gặp. Do đó, người ta yêu cầu khi thao tác với lưới điện cần mang giầy cách điện.
Chạm vào cả dây pha và dây trung tính.
Đây là trường hợp nguy hiểm nhất vì toàn bộ điện áp lưới đặt lên người bị nạn.
Mạng trung tính cách ly
Ta có các trường hợp tiếp xúc điện như sau: Chạm vào một trong 2 dây.
Chạm vào 1 trong 2 dây pha điều ít nguy hiểm. Chạm vào cả dây pha và dây trung tính.
Đây là trường hợp nguy hiểm nhất giống như mạng trung tính nối đất
Hình 2.41. Mạng trung tính cách ly b. Mạng điện 3 pha 3 dây
Mạng trung tính cách ly
Ing= 2 2 2 2 2 ) 3 + 2 + 1 ( + ) + 3 + 2 + 1 ( )] 3 + 2 ( 3 + ) 3 2 ( 3 [ + )] 2 3 ( 3 + ) 2 + 3 ( 3 [ . 2 1 C C C ω g g g g C C G G C C ω g g g U ng ng ω [2.7] Trong đó: g là điện dẫn.
C là điện dung của các pha với đất.
f
π
ω=2 , f là tần số
Hình 2.42. Mạng trung tính cách ly 3 dây 3 pha
Trường hợp mạng điện có đường dây ngắn, điện áp thấp dưới 1KV. Khi đó C1 = C2 = C3 = 0 g1 = g2 = g3 = 1/Rcd Suy ra cd ng ng R R U I + 3 3 = [2.8]
Như vậy, dòng điện đi qua người phụ thuộc vào điện trở cách điện. Thông thường thì điện trở cách điện khá tốt nên Ingcó thể giảm đến mức an toàn.
Trường hợp mạng điện có đường dây dài cách điện tốt, điện áp cao trên 1KV. Mạng điện lớn hơn 1KV thường đi trên không nên cách điện rất tốt g1 = g2 = g3= 0, điện dung rất cao C1 = C2 = C3= C. Khi đó Ingđược tính như sau:
2 2 +( 1 ) 9 3 = ω C R U I ng ng [2.9]
Ingbây giờ phụ thuộc vào điện dung C nếu điện dung C lớn thì rất nguy hiểm cho người.
Mạng trung tính trực tiếp nối đất
Như đã trình bày ở 2 phần trước, mạng điện 3 pha có trung tính nối đất rất nguy hiểm khi chạm vào dây pha.
Hình 2.43. Mạng trung tính trực tiếp nối đất 3 dây 3 pha
2.5.5. Bảo vệ nối dây trung tính.
a. Ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính.
- Ý nghĩa của việc thay thế này là xuất phát từ chỗ bảo vệ nối đất dùng cho mạng điện dưới 1000V khi trung tính có nối đất không đảm bảo điều kiện an toàn khi có hiện tượng chạm vỏ thiết bị.
- Vấn đề đặt ra là phải cắt nhanh chỗ bị sự cố để khắc phục tình trạng trên. Bằng cách đơn giản nhất là dùng dây nối vỏ thiết bị với dây trung tính để biến sự chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch một pha để bảo vệ làm việc cắt nhanh chỗ bị sự cố.
b. Bảo vệ nối dây trung tính trong các mạng điện.
Mạng điện áp 3 pha 4 dây 380/220V hay 220/127V, trung tính trực tiếp nối đất:
- Lúc cách điện của thiết bị trong mạng điện áp dưới 1000V bị chọc thủng (hiện tượng chạm vỏ) sẽ có dòng điện đi vào đất, theo biểu thức:
Iđ = U/ Rđ + R0 [2.10]
Với: Rđ–điện trở nối đất của thiết bị R0–điện trở nối đất làm việc
Hình 2.44. Mạng điệp áp 3 pha 4 dây
- Trong trường hợp trị số dòng điện ngắn mạch có thể không đủ làm chảy cầu chì hay làm các thiết bị bảo vệ hoạt động, nên vẫn tồn tại trên thiết bị hiện tượng “ chạm vỏ” làm các phần này không mang điện nay lại có điện (tuy lúc này điện áp người khi tiếp xúc Utx< U ), đồng thời gây trên các pha còn lại các điện áp rất cao có thể nguy hiểm cho người khi chạm phải.
- Vì vậy muốn bảo vệ nối dây trung tính đạt được mục đích khi có sự cố các cầu chì và các thiết bị bảo vệ khác cắt được mạch điện nhanh chóng phải tăng dòng điện ngắn mạch: INM > 3Iđm và trị số R0 càng nhỏ. Như vậy, trong mạng này dây trung tính cũng là dây bảo vệ.
Mạng điện áp 3 pha 5 dây.
- Khi mạng điện 3 pha 4 dây có tải không cân bằng sẽ có điện trên dây trung tính, do đó khi thao tác rất nguy hiểm. Để khắc phục trường hợp này có hiện nay một số nước áp dụng mạng điện 3 pha 5 dây.
- Ngoài dây trung tính N làm nhiệm vụ dẫn điện, ta có thêm dây PE gọi là dây bảo vệ dây này chỉ dẫn điện khi có sự cố chạm vỏ thiết bị.
c. Nối đất lặp lại dây trung tính. Mục đích nối đất lặp lại:
Hình 2.46. Mạng nối đất lặp lại
- Khi tiến hành bảo vệ nối dây trung tính, nhất thiết không được để cho dây trung tính vì một nguyên nhân nào đó mà cách điện đối với đất. Khi đó điện áp dây trung tính có thể tăng tới trị số điện áp pha. Vì thế bảo vệ nối dây trung tính chỉ có thể áp dụng đối với những lưới điện có điểm trung tính của nguồn cung cấp được nối trực tiếp đến hệ thống tiếp đất.
- Dây trung tính không chỉ được nối đất ở nguồn cung cấp (nối đất làm việc) mà còn được nối đất tại các nơi khác trong mạng điện gọi là nối đất lặp lại.
- Nối đất lặp lại nhằm mục đích giảm thấp trị số điện áp trên dây trung tính và đề phòng trường hợp đứt dây trung tính.
Trường hợp đứt dây trung tính không có nối đất lặp lại: Khi xảy ra hiện tượng chạm vỏ thiết bị, điện áp tiếp xúc (Utx):
- Phía trước chỗ đứt dây trung tính: Utx = 0 - Phía sau chỗ đứt dây trung tính: Utx = Upha
Trường hợp đứt dây trung tính có nối đất lặp lại:
- Ta có dòng điện chạm đất: Iđ = U/ Rđ + R0 [2.11] -Điện áp tiếp xúc của nguời lúc này: Utx = U. Rđ / Rđ + R0 [2.12] -Ta thấy điện áp tiếp xúc trong trường hợp này đã giảm sau chỗ đứt và khi Rđ =R0 thì Utx = U/2 đồng đều hơn tại nơi trước và sau chỗ đứt dây trung tính. Vì thế trị số điện trở nối đất lặp lại thường vào khoảng <10.
Hình thức nối đất lặp lại của dây trung tính: Người ta chia ra 3 dạng nối dây trung tính sau:
+ Không có nối đất lặp lại:
Qui trình hiện nay cho phép không dùng nối đất lặp lại cho mạng điện dùng cáp có lõi riêng hay vỏ bằng kim loại của cáp dùng làm dây trung tính.
Tại các đoạn dây ngắn từ 100m trở xuống hay công trình ở đó không dây trung tính.
+ Nối đất lặp lại bố trí tập trung:
Dùng trong các mạng điện đường dây trên không, các chỗ rẽ nhánh, và trên các đoạn từ 1 - 2 km của các mạch không rẽ nhánh.
+ Nối đất lặp lại bố trí mạch vòng:
Dùng đối với các thiết bị cố định bằng cách đóng các thanh sắt theo chu vi của phòng và nếu phòng rộng đóng thêm 1 dây giữa, hàn tất cả các thanh sắt lại bằng 1 thanh dẫn chung. Nên tận dụng triệt để các vật nối đất tự nhiên.
Phạm vi ứng dụng:
- Bảo vệ nối dây trung tính tức là thực hiện nối các bộ phận không mang điện áp với dây trung tính, dây trung tính được nối đất ở nhiều chỗ. Bảo vệ nối dây trung tính dùng thay cho bảo vệ nối đất trong các mạng điện 4 dây điện áp thấp 380/220V và 220/127V nếu trung tính của các mạng này trực tiếp nối đất. - Trong mạng 380/220V: bảo vệ nối dây trung tính được dùng trong mọi cơ sở sản xuất không phụ thuộc vào môi trường xung quanh.
- Trong mạng 220/127V chỉ cần ở các trường hợp sau: