* Dòng điện đi vào trong đất
Khi cách điện của thiết bị hƣ hỏng, nếu vỏ thiết bị đƣợc nối đất sẽ có dịng điện đi vào trong đất và tạo nên xung quanh điện cực nối đất một vùng có dịng điện rị và điện áp phân bố trong đất.
Xét dòng điện đi vào một điện cực hình bán cầu đặt trong đất có tính chất thuần nhất và điện trở suất là ρ, dòng điện sẽ phân bố đều trong đất theo mọi hƣớng tức là mật độ dòng điện tại những điểm cách đều điểm chạm đất là nhƣ nhau. Hay nói cách khác, vùng đất xung quanh điểm dây chạm đất sẽ xuất hiện các mặt đẳng thế, trên mặt đất có các vịng đẳng thế.
Mật độ dòng điện tại điểm cách tâm bán cầu một khoảng x
trong đó Id là dịng điện đi vào trong đất. 2..x2
là diện tích của bán cầu có bán kính là x.
Xét một lớp đất có độ dầy là dx, theo hình mặt cầu bán kính x thì trên đó có một điện áp là
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 33
Điện áp tại mỗi điểm quanh điện cực nối đất càng xa thì điểm nối đất điện áp càng giảm.
Bằng thực nghiệm có 68% điện áp rơi trong phạm vi 1 m. 24% điện áp rơi trong khoảng (1 - 10)m. Cách xa hơn 20m, điện áp coi nhƣ bằng 0.
Điện trở nối đất chính là điện trở của khối đất nửa bán cầu có bán kính là 20m. Nếu có điện áp đặt lên thiết bị nối đất Rđ là Ud thì dịng điện đi vào trong đất Id đƣợc xác định
Hình 2.2 - Phân bố điện áp tiếp xúc và điện áp bƣớc
khi dòng điện gặp sự cố chạy vào trong đất
* Điện áp tiếp xúc
Trong q trình tiếp xúc với thiết bị điện, nếu có mạch điện khép kín qua ngƣời, điện áp giáng lên ngƣời lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào điện trở khác mắc nối tiếp với ngƣời.
Điện áp đặt vào ngƣời (tay - chân) khi ngƣời chạm phải vật có mang điện áp (hoặc điện áp giữa tay ngƣời khi chạm vào vật có mang điện áp và đất nơi ngƣời đứng) gọi là điện áp tiếp xúc.
Vì chúng ta nghiên cứu an tồn trong điều kiện chạm vào một pha là chủ yếu cho nên có thể xem điện áp tiếp xúc là thế giữa hai điểm trên đƣờng dịng điện đi mà ngƣời có thể chạm phải.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 34
Hình 2.3 - Phân bố điện áp tiếp xúc
Hai thiết bị điện (động cơ, máy sản xuất...) đƣợc nối với vật nối đất có điện trở đất là Rd. Giả sử cách điện của một pha của thiết bị 1 bị chọc thủng và có dịng điên chạm đất đi từ vỏ thiết bị vào đất qua vật nối đất. Lúc này, vật nối đất cũng nhƣ vỏ các thiết bị có nối đất đều mang điện áp đối với đất là
Tay ngƣời chạm vào thiết bị nào cũng đều có điện áp là Uđ trong lúc đó điện áp của chân ngƣời Ux lại phụ thuộc ngƣời đứng tức là phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ đứng đến vật nối đất. Kết quả là ngƣời bị tác động của hiệu số điện áp đặt vào tay và chân, đó là điện áp tiếp xúc
trong đó Id là dịng điện đi vào trong đất, Rd là điện trở nối đất.
Ux là điện áp tại điểm cách cực nối đất một khoảng là x.
Từ biểu thức, điện áp tiếp xúc càng lớn khi ngƣời đứng càng xa cực tiếp đất. Nếu ngƣời đứng cách xa vật 20m thì Ux = 0, do đó điện áp tiếp xúc bằng với điện áp của cực tiếp đất Ud.
* Điện áp bƣớc
Sự phân bố thế của các điểm trên mặt đất lúc có pha chạm đất (do dây dẫn 1 pha rớt chạm đất hay cách điện một pha của thiết bị điện bị chọc thủng...).
Ta biết điện áp đối với đất ở chỗ trực tiếp chạm đất là
- Điện áp của các điểm trên mặt đất đối với đất ở cách xa chổ chạm đất từ 20m trở lên có thể xem bằng khơng.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 35
- Khi ngƣời đứng trên mặt đất thƣờng 2 chân ở 2 vị trí khác nhau, nên ngƣời sẽ phải chịu sự chênh lệch giữa hai điện thế khác nhau Ux và Ux+a và sẽ có dịng điện qua ngƣời. Điện áp đặt lên ngƣời phụ thuộc vào khoảng cách bƣớc chân nên đƣợc gọi là điện áp bước.
( )
trong đó a là độ dài của bƣớc chân 0,4m ÷ 0,8m. x là khoảng cách đến chỗ chạm đất.
Hình 2.4 – Minh họa điện áp bƣớc
Điện áp bƣớc bằng 0 khi đứng ở khoảng cách xa hơn 20m hoặc 2 chân cùng đứng trên vịng trịn đẳng thế.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 36