Kỹ thuật an toàn điện

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

910
lượt xem 380
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Kỹ thuật an toàn điện" có nội dung gồm 2 chương trình bày những khái niệm cơ bản về an toàn điện, phân tích điều kiện an toàn khi tiếp xúc với mạng điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật an toàn điện

Kü thuËt an toµn ®iÖn CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN 1-1. NGUYÊN NHÂN GÂY RA TAI NẠN VỀ ĐIỆN TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI 1.1.1. Nguyªn nh©n g©y ra tai n¹n vÒ ®iÖn Ph©n tÝch c¸c tai n¹n ®iÖn thÊy r»ng, c¸c nguyªn nh©n g©y ra tai n¹n vÒ ®iÖn lµ do : 1. Ngêi tiÕp xóc víi mét d©y pha vµ d©y trung tÝnh ë vÞ trÝ líp c¸ch ®iÖn bÞ háng. Trêng hîp nµy ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi lµ ®iÖn ¸p pha: Ung = UP (h×nh 1-1a). A A B B C C 0 0 Ing Ing Ung = UP Ung = 3 UP a) b) H×nh 1-1. a - TiÕp xóc víi mét d©y pha vµ d©y trung tÝnh; b – TiÕp xóc víi hai d©y pha 2. Ngêi tiÕp xóc víi hai d©y pha kh¸c nhau ë vÞ trÝ líp c¸ch ®iÖn bÞ háng. Lóc nµy ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi b»ng ®iÖn ¸p d©y: U ng = U d = 3U p (h×nh 1-1b). 3. Ngêi ®øng trªn ®Êt (kh«ng c¸ch ®iÖn) ch¹m vµo mét d©y pha cña m¹ng ®iÖn ba pha trung tÝnh nèi ®Êt (h×nh 1-2a) hoÆc c¸ch ®iÖn víi ®Êt (h×nh 1-2b). ë trêng hîp h×nh 1-2a, dßng ®iÖn ®i qua ngêi tõ d©y pha xuèng ®Êt vµ vÒ nguån qua ®iÖn trë nèi ®Êt cña d©y trung tÝnh. Trong h×nh 1-2b, dßng ®iÖn ®i qua ngêi xuèng ®Êt vÒ nguån qua c¸c ®iÖn trë c¸ch ®iÖn (Rc®) cña d©y dÉn ®èi víi ®Êt. A A B B C C Ing Ing Rc® Rc® Rc® Ung = UP r0 a) b) H×nh 1-2. Ch¹m vµo mét d©y pha cña m¹ng 3 pha trung tÝnh nèi ®Êt (a) vµ trung tÝnh c¸ch ®iÖn (b) 4. §iÖn giËt do ®iÖn ¸p bíc Ub. Khi mét d©y dÉn bÞ ®øt vµ ch¹m ®Êt (hoÆc vá thiÕt bÞ cã nèi ®Êt bÞ ch¹m mét pha) th× dßng ®iÖn sÏ ®i vµo trong lßng ®Êt. V× ®Êt cã ®iÖn trë nªn cã sù ph©n bè ®iÖn ¸p. §iÖn thÕ t¹i mçi ®iÓm trªn mÆt ®Êt gi¶m dÇn khi cµng xa ®iÓm ch¹m ®Êt. ë ngoµi ph¹m vi 20 m th× ®iÖn thÕ ®ã cã thÓ xem nh b»ng 0. §êng 3
ph©n bè ®iÖn thÕ cã d¹ng h×nh hypecbol (h×nh 1-3). NÕu ngêi ®i vµo vïng ®Êt trong ®ã cã dßng ®iÖn ch¹y qua th× gi÷a 2 ch©n ngêi cã mét ®iÖn ¸p, gäi lµ ®iÖn ¸p bíc (Ub). Díi t¸c dông cña ®iÖn ¸p bíc, dßng ®iÖn ®i tõ ch©n nä qua ngêi sang ch©n kia g©y tai n¹n ®iÖn giËt. §iÖn ¸p bíc cã gi¸ trÞ phô thuéc vµo ®é lín cña bíc ch©n ngêi, kho¶ng c¸ch x tõ ®iÓm ch¹m ®Êt tíi ngêi vµ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p cña m¹ng ®iÖn. Cµng xa chç ch¹m ®Êt (x cµng lín) th× Ub cµng nhá. §iÖn ¸p m¹ng cµng lín th× Ub cµng lín. 5. Do ®iÖn ¸p tiÕp xóc Utx. Khi Um¹ng ngêi ch¹m vµo vËt mang ®iÖn, gi÷a tay vµ ch©n ngêi cã mét ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi (h×nh 1-3) gäi lµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc. Dßng ®iÖn ch¹y qua ngêi Utx trong trêng hîp nµy b»ng: U ng I ng = Ub Rng trong ®ã Utx - ®iÖn ¸p tiÕp xóc; Rng - ®iÖn trë cña ngêi. y x §iÖn ¸p tiÕp xóc phô thuéc vµo r® 20 m kho¶ng c¸ch y tõ chç ngêi ®øng tíi chç nèi ®Êt (y cµng lín th× Utx cµng lín), phô thuéc vµo ®iÖn ¸p cña m¹ng H×nh 1-3. Sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p (Um¹ng cµng lín th× Utx cµng lín). bíc vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc vµo kho¶ng c¸ch tõ chç ngêi ®øng ®Õn chç nèi ®Êt 6. Phãng ®iÖn do ®iÖn ¸p cao. §èi víi ®êng d©y cao ¸p hay ®iÖn ¸p cao, khi ngêi ®Õn gÇn, mÆc dï cha tiÕp xóc trùc tiÕp, nhng ë kho¶ng c¸ch ®ñ nhá th× sÏ cã hiÖn tîng phãng ®iÖn do cao ¸p. Dßng ®iÖn ®i qua c¬ thÓ rÊt lín vµ g©y tai n¹n trÇm träng. 7. Tai n¹n do hå quang ®iÖn. Khi ®ãng c¾t c¸c m¸y c¾t ®iÖn, c¸c cÇu dao cã phô t¶i lín, hay khi ng¾n m¹ch, v,v... th× hå quang ph¸t sinh. NhiÖt ®é cña tia hå quang rÊt lín (3.000 ÷6.0000C) vµ nÕu ngêi ë trong tÇm ho¹t ®éng cña hå quang th× sÏ bÞ tai n¹n do hå quang sinh ra. Mét phÇn hay toµn bé c¬ thÓ bÞ huû ho¹i v× báng nÆng, vÕt th¬ng do hå quang g©y ra thêng s©u vµ khã ch÷a trÞ. 8. Tai n¹n còng cã thÓ x¶y ra khi ngêi tiÕp xóc víi c¸c phÇn tö ®· ®îc c¾t ra khái nguån ®iÖn nhng vÉn cßn ®iÖn tÝch (do ®iÖn dung). Trêng hîp nµy thêng x¶y ra ®èi víi ®êng d©y cao ¸p trªn kh«ng, c¸p ngÇm cao ¸p hoÆc h¹ ¸p, tuy ®· c¾t ®iÖn nhng vÉn cßn ®iÖn ¸p do ®iÖn dung cña ®êng d©y g©y nªn. §Ó tr¸nh tai n¹n, ngêi ta dïng tiÕp ®Êt di ®éng ®Ó nèi ®Êt ®êng d©y sau khi ®· c¾t ®iÖn, sau ®ã míi tiÕp xóc. Nh vËy, phÇn lín c¸c trêng hîp tai n¹n vÒ ®iÖn x¶y ra lµ do ch¹m ph¶i vËt dÉn ®iÖn hoÆc vËt cã ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn bÊt ngê vµ thêng x¶y ra ®èi víi ngêi kh«ng cã chuyªn m«n hoÆc kh«ng tu©n theo c¸c nguyªn t¾c vÒ kü thuËt an toµn ®iÖn. Cã thÓ nãi, nguyªn nh©n chÝnh cña tai n¹n lµ do tr×nh ®é tæ chøc qu¶n lý cha tèt, do vi ph¹m quy ®Þnh vÒ kü thuËt an toµn, kÕt qu¶ lµ thao t¸c, vËn hµnh thiÕt bÞ kh«ng ®óng quy tr×nh, ®ãng ®iÖn lóc cã ngêi ®ang söa ch÷a, ... 4
1.1.2. t¸c dông cña dßng ®iÖn ®èi víi c¬ thÓ con ngêi Khi ngêi tiÕp xóc víi m¹ng ®iÖn sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua ngêi vµ ngêi sÏ chÞu t¸c dông cña dßng ®iÖn. Cã thÓ chia t¸c dông cña dßng ®iÖn ®èi víi c¬ thÓ con ngêi lµm hai lo¹i: T¸c dông kÝch thÝch. PhÇn lín c¸c trêng hîp chÕt ngêi v× ®iÖn giËt lµ do t¸c dông kÝch thÝch g©y nªn. §Æc ®iÓm cña nã lµ dßng ®iÖn qua ngêi bÐ (25 ÷100 mA), ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi kh«ng lín l¾m, thêi gian dßng ®iÖn qua ngêi t¬ng ®èi ng¾n (vµi gi©y). Khi ngêi míi ch¹m vµo ®iÖn, v× ®iÖn trë cña ngêi cßn lín, dßng ®iÖn qua ngêi bÐ, t¸c dông cña nã chØ lµm b¾p thÞt tay, ngãn tay co qu¾p l¹i. NÕu n¹n nh©n kh«ng rêi khái vËt mang ®iÖn ®îc th× ®iÖn trë cña ngêi dÇn dÇn gi¶m xuèng vµ dßng ®iÖn t¨ng lªn, hiÖn tîng co qu¾p cµng t¨ng. Thêi gian tiÕp xóc víi vËt mang ®iÖn cµng l©u cµng nguy hiÓm v× ngêi kh«ng cßn kh¶ n¨ng rêi khái vËt mang ®iÖn, dÉn ®Õn tª liÖt tuÇn hoµn vµ h« hÊp. Mét ®Æc ®iÓm cña t¸c dông kÝch thÝch lµ kh«ng thÊy râ chç dßng ®iÖn vµo ngêi vµ ngêi bÞ n¹n kh«ng cã th¬ng tÝch. T¸c dông g©y chÊn th¬ng. T¸c dông g©y chÊn th¬ng thêng x¶y ra khi ngêi tiÕp xóc víi ®iÖn ¸p cao. Khi ngêi ®Õn gÇn vËt mang ®iÖn (6kV hay lín h¬n), tuy cha ch¹m ph¶i, nhng v× ®iÖn ¸p cao sinh ra hå quang ®iÖn, dßng ®iÖn hå quang ch¹y qua ngêi t¬ng ®èi lín. Do ph¶n x¹ tù nhiªn cña ngêi rÊt nhanh, ngay lóc Êy ngêi cã khuynh híng tr¸nh xa vËt mang ®iÖn, kÕt qu¶ lµ hå quang chuyÓn qua vËt nèi ®Êt gÇn ®Êy, v× vËy dßng ®iÖn qua ngêi trong thêi gian rÊt ng¾n, t¸c dông kÝch thÝch kh«ng ®a ®Õn tª liÖt tuÇn hoµn vµ h« hÊp, nhng ngêi bÞ n¹n cã thÓ bÞ chÊn th¬ng hay chÕt do ®èt ch¸y da thÞt. Hå quang ®iÖn cã thÓ sinh ra khi thao t¸c ®ãng c¾t c¸c m¸y c¾t, c¸c cÇu dao cã phô t¶i lín, hay khi ng¾n m¹ch,... NhiÖt ®é tia hå quang rÊt lín (3000 ÷ 60000C), nÕu ngêi ®øng trong tÇm ho¹t ®éng cña hå quang th× sÏ bÞ tai n¹n do hå quang ®iÖn g©y ra. Mét phÇn c¬ thÓ bÞ huû ho¹i, vÕt th¬ng do hå quang g©y ra thêng s©u vµ khã ch÷a trÞ. Còng cã trêng hîp ®iÖn giËt, tuy dßng ®iÖn cha trùc tiÕp lµm tæn th¬ng hay chÕt ngêi, nhng do co giËt hay hèt ho¶ng mµ n¹n nh©n r¬i xuèng ®Êt nªn bÞ chÊn th¬ng hoÆc chÕt. 1-2. NHỮNG YẾU TỐ CHÍNH XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HIỂM CỦA ĐIỆN GIẬT Dßng ®iÖn ch¹y qua c¬ thÓ con ngêi sÏ lµm co giËt c¸c b¾p thÞt, ph¸ ho¹i c¸c qu¸ tr×nh sinh lý bªn trong c¬ thÓ dÉn tíi tª liÖt thÇn kinh, tª liÖt tuÇn hoµn vµ h« hÊp. TÝnh chÊt t¸c h¹i cña dßng ®iÖn vµ hËu qu¶ cña nã phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: trÞ sè cña dßng ®iÖn giËt, lo¹i dßng ®iÖn, ®iÖn trë cña c¬ thÓ ngêi, ®êng ®i cña dßng ®iÖn qua c¬ thÓ ngêi, thêi gian t¸c dông cña dßng ®iÖn, m«i trêng xung quanh vµ t×nh tr¹ng søc khoÎ cña ngêi. 1.2.1. §iÖn trë cña ngêi C¬ thÓ con ngêi cã thÓ coi nh mét ®iÖn trë. Líp sõng trªn da (dµy kho¶ng 0,05 – 0,2 mm) cã ®iÖn trë lín nhÊt, x¬ng còng cã ®iÖn trë t¬ng ®èi lín, cßn thÞt vµ m¸u cã ®iÖn trë bÐ. Khi ngêi tiÕp xóc vµo vËt mang ®iÖn, nÕu da kh« r¸o, kh«ng cã th¬ng tÝch g× th× ®iÖn trë cña ngêi cã thÓ ®Õn 10.000 hay 100.000 «m. NÕu mÊt líp sõng trªn 5
da th×®iÖn trë cña ngêi cßn kho¶ng 800 ÷ 1000 «m, vµ nÕu mÊt hÕt líp da th× ®iÖn trë cña ngêi chØ cßn 600 ÷ 800 «m. §iÖn trë cña ngêi kh«ng ph¶i lµ trÞ sè cè ®Þnh mµ thay ®æi phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè, chñ yÕu lµ: t×nh tr¹ng cña da (da s¹ch hay bÈn, kh« hay ít), chiÒu dµy líp sõng, diÖn tÝch vµ ¸p suÊt tiÕp xóc, ®iÖn ¸p, tÇn sè dßng ®iÖn, tr¹ng th¸i thÇn kinh cña ngêi. NÕu da ngêi bÞ ít hay cã må h«i th× ®iÖn trë cña ngêi gi¶m xuèng. DiÖn tÝch tiÕp xóc cµng lín th× ®iÖn trë cµng nhá, víi ®iÖn ¸p b»ng 50 – 60V cã thÓ xem ®iÖn trë ngêi tû lÖ nghÞch víi diÖn tÝch tiÕp xóc. Khi ¸p suÊt tiÕp xóc kho¶ng 1 kG/cm2 trë lªn, ®iÖn trë cña ngêi tû lÖ nghÞch víi ¸p suÊt tiÕp xóc. Khi dßng ®iÖn qua ngêi t¨ng, da bÞ ®èt nãng lªn, ngêi cã må h«i, do ®ã ®iÖn trë cña ngêi gi¶m. Thêi gian t¸c dông cña dßng ®iÖn cµng l©u, ®iÖn trë cña ngêi cµng gi¶m xuèng v× da cµng bÞ nãng, må h«i ra cµng nhiÒu vµ v× nh÷ng biÕn ®æi ®iÖn ph©n trong c¬ thÓ con ngêi. §iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi còng cã ¶nh hëng rÊt nhiÒu ®Õn ®iÖn trë cña ngêi. Khi ®iÖn ¸p t¨ng lªn th× ®iÖn trë cña ngêi gi¶m xuèng v× ngoµi hiÖn tîng ®iÖn ph©n nãi trªn cßn cã hiÖn tîng chäc thñng. Víi líp da máng, hiÖn tîng chäc thñng ®· cã thÓ xuÊt hiÖn ë ®iÖn ¸p 10 – 30V. Nhng nãi chung ¶nh hëng cña ®iÖn ¸p thÓ hiÖn râ rÖt nhÊt øng víi trÞ sè ®iÖn ¸p tõ 250V trë lªn. 1.2.2. TrÞ sè dßng ®iÖn qua ngêi Nh ®· ph©n tÝch ë trªn ta thÊy r»ng, nguy hiÓm ®èi víi ngêi lµ do dßng ®iÖn ch¹y qua ngêi. Qua kÕt qu¶ ph©n tÝch c¸c tai n¹n vÒ ®iÖn ®· x¶y ra trªn thùc tÕ chóng ta rót ra ®îc t¸c dông cña dßng ®iÖn ®èi víi c¬ thÓ con ngêi nh sau (b¶ng 1 –1). B¶ng 1-1 T¸c dông cña dßng ®iÖn ®èi víi c¬ thÓ ngêi Dßng ®iÖn (mA) Dßng ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè 50 – 60 HZ Dßng ®iÖn mét chiÒu 0,6 ÷1,5 B¾t ®Çu thÊy tª ngãn tay Kh«ng cã c¶m gi¸c 2÷3 Ngãn tay tª rÊt m¹nh Kh«ng cã c¶m gi¸c 5÷7 B¾p thÞt tay co l¹i vµ rung §au nh kim ®©m vµ thÊy nãng 8÷10 Tay khã rêi vËt mang ®iÖn nhng cã thÓ Nãng t¨ng lªn rÊt m¹nh rêi ®îc, ngãn tay, khíp tay, bµn tay c¶m thÊy ®au. 20÷25 Tay kh«ng thÓ rêi vËt mang ®iÖn, ®au Nãng t¨ng lªn vµ b¾t ®Çu cã hiÖn t¨ng lªn. khã thë. tîng co qu¾p 50÷80 H« hÊp bÞ tª liÖt, tim ®Ëp m¹nh RÊt nãng, c¸c b¾p thÞt co qu¾p, khã thë 90÷100 H« hÊp bÞ tª liÖt, kÐo dµi 3 gi©y th× tim H« hÊp bÞ tª liÖt bÞ tª liÖt vµ ngõng ®Ëp. Tõ b¶ng 1-1 thÊy r»ng, víi mét trÞ sè dßng ®iÖn nhÊt ®Þnh, sù t¸c dông cña nã vµo c¬ thÓ con ngêi hÇu nh kh«ng thay ®æi. ë tÇn sè 50 - 60 HZ, dßng ®iÖn xoay chiÒu an toµn ®èi víi ngêi ph¶i bÐ h¬n 10 mA, cßn víi dßng ®iÖn mét chiÒu ph¶i bÐ h¬n 50 mA. 1.2.3. Thêi gian ®iÖn giËt Khi thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua ngêi t¨ng lªn, do ¶nh hëng cña ph¸t nãng, líp sõng trªn da cã thÓ bÞ chäc thñng lµm cho ®iÖn trë cña ngêi gi¶m xuèng, do ®ã dßng ®iÖn qua ngêi sÏ t¨ng lªn vµ cµng nguy hiÓm. 6
Khi dßng ®iÖn qua ngêi trong thêi gian ng¾n th× tÝnh chÊt nguy hiÓm phô thuéc vµo nhÞp ®Ëp cña tim. Mçi chu kú co gi·n cña tim kÐo dµi ®é 1 gi©y, trong chu kú ®ã cã kho¶ng 0,1 gi©y tim nghØ lµm viÖc (gi÷a tr¹ng th¸i co vµ gi·n). ë thêi ®iÓm nµy tim rÊt nh¹y c¶m víi dßng ®iÖn qua nã. NÕu thêi gian dßng ®iÖn qua ngêi lín h¬n 1 gi©y th× thÕ nµo còng trïng víi thêi ®iÓm tim nghØ nãi trªn. ThÝ nghiÖm cho thÊy r»ng, dï dßng ®iÖn lín (gÇn b»ng 10A) ®i qua ngêi mµ kh«ng gÆp thêi ®iÓm nghØ cña tim còng kh«ng cã nguy hiÓm g×. C¨n cø vµo nh÷ng lý luËn trªn chóng ta cã thÓ gi¶i thÝch t¹i sao ë c¸c m¹ng ®iÖn cao ¸p nh 110 kV, 35 kV, 10 kV, 6 kV, ... tai n¹n do ®iÖn g©y ra Ýt dÉn ®Õn trêng hîp tim ngõng ®Ëp hay ngõng h« hÊp. Víi ®iÖn ¸p cao, dßng ®iÖn xuÊt hiÖn tríc khi ngêi ch¹m vµo vËt mang ®iÖn, n¹n nh©n cha kÞp ch¹m vµo vËt mang ®iÖn th× hå quang ®· ph¸t sinh vµ dßng ®iÖn qua rÊt lín (cã thÓ ®Õn vµi ampe). Dßng ®iÖn nµy t¸c ®éng rÊt m¹nh vµo ngêi vµ g©y cho c¬ thÓ ngêi mét ph¶n x¹ phßng thñ rÊt m·nh liÖt. KÕt qu¶ lµ hå quang bÞ dËp t¾t ngay (hoÆc chuyÓn sang bé phËn dÉn ®iÖn bªn c¹nh), dßng ®iÖn chØ tån t¹i trong thêi gian kho¶ng vµi phÇn cña gi©y. Víi thêi gian ng¾n nh vËy rÊt Ýt khi lµm tim ngõng ®Ëp hay h« hÊp bÞ tª liÖt. ë chç bÞ ®èt ch¸y sÏ sinh ra mét líp h÷u c¬ c¸ch ®iÖn cña th©n ngêi, chÝnh líp nµy ng¨n c¸ch dßng ®iÖn qua ngêi mét c¸ch hiÖu qu¶. Tuy nhiªn, ta kh«ng nªn kÕt luËn ®iÖn ¸p cao kh«ng nguy hiÓm v× dßng ®iÖn qua ngêi trong trong thêi gian ng¾n nhng cã thÓ ®èt ch¸y nghiªm träng hay lµm chÕt ngêi. 1.2.4. §êng ®i cña dßng ®iÖn qua ngêi Ngêi ta ®o ph©n lîng dßng ®iÖn qua tim ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é nguy hiÓm cña c¸c con ®êng dßng ®iÖn qua ngêi. Ph©n lîng dßng ®iÖn qua tim theo c¸c con ®êng dßng ®iÖn qua ngêi cho trong b¶ng 1-2. B¶ng 1-2 §êng dßng ®iÖn qua ngêi Ph©n lîng dßng ®iÖn qua tim (%) Tõ ch©n qua ch©n 0,4 Tõ tay qua tay 3,3 Tõ tay tr¸i qua ch©n 3,7 Tõ tay ph¶i qua ch©n 6,7 §êng ®i cña dßng ®iÖn tõ ch©n qua ch©n lµ Ýt nguy hiÓm nhÊt. Song nÕu v× hèt ho¶ng, ngêi ng· ra, m¹ch ®iÖn thay ®æi chuyÓn thµnh c¸c trêng hîp sau nguy hiÓm h¬n. 1.2.5. TÇn sè dßng ®iÖn TÇn sè dßng ®iÖn xoay chiÒu còng cã ¶nh hëng nhiÒu ®Õn tai n¹n vÒ ®iÖn. Qua nghiªn cøu thÊy r»ng, víi tÇn sè 50 – 60 HZ lµ nguy hiÓm h¬n c¶. TÇn sè cµng cao cµng Ýt nguy hiÓm. TÇn sè trªn 500.000 HZ kh«ng giËt nhng cã thÓ g©y báng. 1.2.6. M«i trêng xung quanh NhiÖt ®é vµ ®Æc biÖt lµ ®é Èm còng cã ¶nh hëng ®Õn ®iÖn trë cña ngêi vµ c¸c vËt c¸ch ®iÖn, do ®ã còng lµm thay ®æi dßng ®iÖn qua ngêi. 7
1-3. HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN TẢN TRONG ĐẤT ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC, ĐIỆN ÁP BƯỚC 1.3.1. HiÖn tîng dßng ®iÖn t¶n trong ®Êt Trong tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, gi÷a phÇn cã ®iÖn vµ c¸c bé phËn nèi ®Êt, c¸c bé phËn ngêi cã thÓ ch¹m vµo ®Òu ®îc ng¨n c¸ch víi nhau b»ng chÊt c¸ch ®iÖn. Khi líp c¸ch ®iÖn bÞ chäc thñng, phÇn mang ®iÖn tiÕp xóc víi phÇn nèi ®Êt vµ cã dßng ®iÖn ®i tõ m¹ng ®iÖn xuèng ®Êt qua chç nèi ®Êt. Víi gi¶ thiÕt ®Êt lµ ®ång nhÊt vµ ®¼ng híng, dßng ®iÖn ch¹y trong ®Êt sÏ ph©n bè ®Òu, nghÜa lµ mËt ®é dßng ®iÖn t¹i nh÷ng ®iÓm c¸ch chç dßng ®iÖn ®i vµo ®Êt mét kho¶ng x tÝnh b»ng c«ng thøc: Id J= (1-1) 2πx 2 trong ®ã : I® - dßng ®iÖn t¹i chç ch¹m ®Êt, x – kho¶ng c¸ch tÝnh tõ chç ch¹m ®Êt ®Õn ®iÓm ®ang xÐt. Dßng ®iÖn trong ®Êt g©y nªn mét ®iÖn trêng cã thÓ xem lµ ®Òu. Do ®ã, ®iÖn ¸p gi¸ng trªn mét líp ®Êt dµy dx c¸ch ®iÓm ch¹m ®Êt mét kho¶ng x tÝnh theo c«ng thøc: I d ρdx dU = (1-2) 2πx 2 trong ®ã ρ lµ ®iÖn trë suÊt cña ®Êt, Ωm. Tõ ®ã suy ra thÕ t¹i mét ®iÓm A c¸ch ®iÓm ch¹m ®Êt mét kho¶ng x b»ng: ∞ I d ρ ∞ dx I d ρ ϕ A = U A − U ∞ = ∫ dU = 2π ∫ x 2 2πx = (1-3) x x Theo biÓu thøc (1-3) ta cã thÓ biÓu diÔn ®îc ®iÖn thÕ cña c¸c ®iÓm xung quanh vËt nèi ®Êt khi cã dßng ®iÖn ch¹y vµo ®Êt nh h×nh 1- 4. Cµng xa vËt nèi ®Êt, ®iÖn thÕ cµng gi¶m. Thùc tÕ cho thÊy, 68% ®iÖn ¸p r¬i trong Utx ph¹m vi 1m, 24% tõ 1m ®Õn U® 10m, c¸ch xa vËt nèi ®Êt 20m trªn thùc tÕ thÕ b»ng kh«ng. Ub Khi ®i vµo ®Êt, dßng ®iÖn bÞ ®iÖn trë cña ®Êt c¶n trë, ®iÖn φ trë nµy gäi lµ ®iÖn trë t¶n hay gäi t¾t lµ ®iÖn trë nèi ®Êt. §iÖn trë nèi ®Êt chÝnh lµ ®iÖn trë cña khèi ®Êt cã thÓ tÝch b»ng 1/2 20m 20m h×nh cÇu cã t©m lµ chç nèi ®Êt, b¸n kÝnh b»ngg 20m. NÕu bá Dßng ®iÖn t¶n qua ®iÖn trë rÊt nhá cña d©y trong ®Êt. dÉn nèi ®Êt, ®iÖn trë nèi ®Êt tÝnh nh sau: Ud rd = (1-4) H×nh 1-4. Dßng ®iÖn ph©n t¸n trong ®Êt. Id Quan hÖ gi÷a ®iÖn thÕ cña c¸c ®iÓm trong vïng cã dßng ®iÖn ch¹y trong ®Êt. 8
TrÞ sè ®iÖn trë cña ®Êt phô thuéc vµo chÊt ®Êt vµ thêi gian ®o. 1.3.2. §iÖn ¸p tiÕp xóc Khi ngêi ch¹m vµo vËt mang ®iÖn, gi÷a tay vµ ch©n ngêi cã mét ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi (xem h×nh 1-4), gäi lµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc. Dßng ®iÖn qua ngêi trong trêng hîp nµy b»ng: U ng I ng = (1-5) Rng trong ®ã Utx- ®iÖn ¸p tiÕp xóc, Rng- ®iÖn trë cña ngêi. Cµng ®øng xa chç nèi ®Êt th× ®iÖn ¸p tiÕp xóc cµng lín. 1.3.3. §iÖn ¸p bíc NÕu ngêi ®i vµo vïng ®Êt trong ®ã cã dßng ®iÖn ch¹y qua th× gi÷a hai ch©n ngêi cã mét ®iÖn ¸p, gäi lµ ®iÖn ¸p bíc. Ub = φ1- φ2 trong ®ã: Ub - ®iÖn ¸p bíc, φ1, φ2 thÕ t¹i ch©n thø 1vµ ch©n thø 2. Tõ h×nh vÏ 1-4 ta thÊy r»ng, cµng ®i vµo gÇn vËt nèi ®Êt th× ®iÖn ¸p bíc cµng lín. Díi t¸c dông cña ®iÖn ¸p bíc, dßng ®iÖn ®i qua ngêi lµ: U ng I ng = (1-6) Rng + 2 Rch trong ®ã Rch lµ ®iÖn trë díi ch©n ngêi. Khi ®iÖn ¸p bíc kho¶ng 100 ®Õn 250V, c¸c c¬ b¾p cña ngêi bÞ co qu¾p, ngêi cã thÓ bÞ ng· vµ s¬ ®å m¹ch ®iÖn thay ®æi g©y nguy hiÓm cho ngêi. §Ó ®¶m b¶o an toµn tuyÖt ®èi cho ngêi, khi x¶y ra ch¹m ®Êt cÊm ngêi ®Õn gÇn chç ch¹m ®Êt 4 ÷ 5m (®èi víi thiÕt bÞ trong nhµ) vµ 8 ÷ 10m ®èi víi thiÕt bÞ ngoµi trêi. 1.3.4. §iÖn ¸p cho phÐp Nh ®· biÕt ë trªn, ë tÇn sè 50 - 60 HZ, trÞ sè dßng ®iÖn xoay chiÒu an toµn ®èi víi ngêi ph¶i bÐ h¬n 10 mA, cßn ®èi víi dßng ®iÖn mét chiÒu ph¶i bÐ h¬n 50 mA. ViÖc x¸c ®Þnh trÞ sè dßng ®iÖn qua ngêi trong nhiÒu trêng hîp kh«ng lµm ®îc v× ®iÖn trë ngêi lµ mét ®¹i lîng kh«ng cè ®Þnh, nã thay ®æi vµ phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè. Do vËy x¸c ®Þnh giíi h¹n an toµn cho ngêi kh«ng dùa vµo ”dßng ®iÖn an toµn“ mµ ph¶i theo ”®iÖn ¸p cho phÐp“. Dïng ®iÖn ¸p cho phÐp rÊt thuËn lîi v× víi mçi m¹ng ®iÖn ®iÖn ¸p t¬ng ®èi æn ®Þnh. §iÖn ¸p cho phÐp (cßn gäi lµ ®iÖn ¸p an toµn) lµ ®iÖn ¸p mµ trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc nÕu ngêi cã ch¹m vµo th× dßng ®iÖn qua ngêi kh«ng vît qu¸ møc ®é nguy hiÓm ®Õn tÝnh m¹ng cña ngêi. CÇn nhí r»ng, hiÖn nay vÒ ph¬ng diÖn kü thuËt ngêi ta ph©n ra ®iÖn ¸p cao vµ ®iÖn ¸p thÊp, nhng ®iÖn ¸p thÊp ë ®©y kh«ng cã nghÜa lµ an toµn ®èi víi ngêi. Theo c¸ch ph©n biÖt trªn, thiÕt bÞ ®iÖn ¸p thÊp lµ thiÕt bÞ mµ ®iÖn ¸p cña bÊt cø mét d©y nµo cña hÖ thèng nµy ®èi víi ®Êt ®Òu bÐ h¬n 250 V. Thùc tÕ cho thÊy, ®iÖn ¸p cña m¸y hµn bÐ h¬n 65 V nhng vÉn cã hiÖn tîng ®iÖn giËt chÕt ngêi. 9
§iÒu kiÖn m«i trêng xung quanh nh bôi, ®é Èm, nhiÖt ®é, ... cã ¶nh hëng rÊt lín ®Õn sù nguy hiÓm vÒ ®iÖn. Theo quy ®Þnh vÒ an toµn ®iÖn, xÝ nghiÖp ®îc chia thµnh ba lo¹i sau: XÝ nghiÖp Ýt nguy hiÓm. §ã lµ c¸c xÝ nghiÖp, ph©n xëng cã chç lµm viÖc kh« r¸o (®é Èm t¬ng ®èi ≤ 60%), kh«ng nãng (nhiÖt ®é ≤ 300C), sµn nhµ lµm b»ng vËt liÖu kh«ng dÉn ®iÖn (gç kh« r¸o, r¶i nhùa, ...), kh«ng cã bôi dÉn ®iÖn. XÝ nghiÖp nguy hiÓm. §ã lµ nh÷ng xÝ nghiÖp, ph©n xëng Èm (®é Èm t¬ng ®èi > 75%) khi lµm viÖc b×nh thêng, ®é Èm cã thÓ ®¹t ®Õn b·o hoµ (cã lóc ®Õn 100%), nh÷ng xÝ nghiÖp kh« r¸o nhng ®«i khi cã Èm, cã bôi dÉn ®iÖn, sµn nhµ lµm b»ng vËt liÖu dÉn ®iÖn (®Êt, bª t«ng, ...), nh÷ng n¬i cã nhiÖt ®é cao (thêng xuyªn > 300C) . XÝ nghiÖp ®Æc biÖt nguy hiÓm. §ã lµ c¸c xÝ nghiÖp cã tõ hai yÕu tè cña xÝ nghiÖp nguy hiÓm trë lªn, vÝ dô võa Èm vµ sµn nhµ l¹i lµm b»ng vËt liÖu dÉn ®iÖn, hoÆc võa rÊt Èm l¹i võa cã h¬i hoÆc khÝ kiÒm ¨n mßn da, ... Tuú thuéc vµo lo¹i xÝ nghiÖp mµ møc ®iÖn ¸p cho phÐp øng dông ®èi víi c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o an toµn cã kh¸c nhau. Theo quy ®Þnh vÒ an toµn, ®èi víi c¸c xÝ nghiÖp kh«ng nguy hiÓm, m¹ng ®iÖn dïng ®Ó th¾p s¸ng chung, c¸c dông cô cÇm tay,... ®îc sö dông ®iÖn ¸p kh«ng qu¸ 220 V. §èi víi c¸c xÝ nghiÖp nguy hiÓm vµ ®Æc biÖt nguy hiÓm, ®Ìn th¾p s¸ng t¹i chç cho phÐp sö dông ®iÖn ¸p kh«ng qu¸ 36 V. §èi víi ®Ìn chiÕu s¸ng cÇm tay trong c¸c xÝ nghiÖp nguy hiÓm vµ ®Æc biÖt nguy hiÓm chØ ®îc sö dông ®iÖn ¸p kh«ng qu¸ 36 V, cßn trong nh÷ng trêng hîp ®Æc biÖt nguy hiÓm cho ngêi vÝ dô lµm viÖc trong lß, trong thïng b»ng kim lo¹i, ... chØ ®îc sö dông ®iÖn ¸p kh«ng qu¸ 12 V. CHƯƠNG 2 Ph©n tÝch ®iÒu kiÖn an toµn khi tiÕp xóc víi m¹ng ®iÖn 2-1. PHÂN TÍCH VỀ AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN Ta coi m¹ng ®iÖn ®¬n gi¶n lµ c¸c m¹ng ®iÖn mét chiÒu hay xoay chiÒu mét pha. Trong c¸c m¹ng ®iÖn nµy, kh«ng kÓ lµ cã nèi ®Êt hay kh«ng nèi ®Êt, trêng hîp nguy hiÓm nhÊt lµ khi ngêi ch¹m vµo c¶ hai cùc cña m¹ng ®iÖn cã ®iÖn ¸p U (h×nh 2-1). Dßng ®iÖn qua ngêi sÏ cã trÞ sè lín nhÊt vµ b»ng: U I ng = (2-1) Rng U víi Rng lµ ®iÖn trë cña ngêi. Ing Trêng hîp nµy thêng x¶y ra khi Rng c«ng nh©n söa ch÷a ®êng d©y cã ®iÖn ¸p. Khi ®ã mét tay ®ang lµm viÖc trªn mét cùc, tay kia (hoÆc ®Çu, tai, vai,...) ch¹m H×nh 2-1. Ngêi ch¹m vµo ph¶i cùc kh¸c. Khi ®ã, dï ngêi cã ®øng hai cùc cña m¹ng ®iÖn trªn ghÕ c¸ch ®iÖn, th¶m c¸ch ®iÖn, .v.v. 10
còng kh«ng cã t¸c dông gi¶m ®îc dßng ®iÖn qua ngêi. Song trong thùc tÕ, ngêi ch¹m ph¶i hai cùc nh vËy lµ rÊt Ýt, hÇu hÕt c¸c tai n¹n vÒ ®iÖn x¶y ra lµ trêng hîp ngêi chØ ch¹m vµo mét cùc cña m¹ng ®iÖn. Lóc nµy tÝnh chÊt nguy hiÓm l¹i liªn quan chÆt chÏ ®Õn t×nh tr¹ng lµm viÖc cña m¹ng ®èi víi ®Êt (m¹ng cã nèi ®Êt hay kh«ng nèi ®Êt). Ta lÇn lît xÐt tõng trêng hîp cô thÓ sau: 2.1.1. M¹ng ®iÖn c¸ch ®iÖn víi ®Êt H×nh 2-2 biÓu diÔn mét m¹ng ®iÖn ®¬n gi¶n c¸ch ®iÖn víi ®Êt. ë ®©y U - ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc cña m¹ng ®iÖn, R2, R2 - ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña d©y dÉn 1 vµ 2 ®èi víi ®Êt. Gi¶ sö ngêi ®øng trªn ®Êt vµ ch¹m vµo d©y dÉn 1. §Ó tÝnh ta cã thÓ vÏ s¬ ®å thay thÕ nh h×nh 2 - 2b. Tõ s¬ ®å thay thÕ trªn ta dÔ dµng tÝnh ®îc dßng ®iÖn qua ngêi : R1 I ng = U (2-2) Rng (R1 + R2 ) + R1 R2 Trêng hîp R1 = R2 = Rc® (®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña m¹ng ®èi víi ®Êt), ta cã: U I ng = (2-3) 2 Rng + Rcd 2 2 U R2 1 U Ing Rng R1 Ing R2 R1 Rng 1 a) b) H×nh 2-2. Ngêi ch¹m vµo mét d©y cña m¹ng ®iÖn ®¬n gi¶n c¸ch ®iÖn víi ®Êt (a) vµ s¬ ®å thay thÕ (b). Tõ c«ng thøc (2-2) vµ (2-3) ta thÊy r»ng, ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña m¹ng ®iÖn cã ¶nh hëng rÊt lín ®Õn dßng ®iÖn qua ngêi. NÕu Rc® ®ñ lín cã thÓ gi¶m ®îc dßng ®iÖn qua ngêi Ing ®Õn møc an toµn. Khi biÕt dßng ®iÖn an toµn qua ngêi cho phÐp Ingcp, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc trÞ sè cÇn thiÕt cña ®iÖn trë c¸ch ®iÖn ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho ngêi nh sau: U Rcd .ct = − 2 Rng (2-4) I ngcp Thêng khi tÝnh to¸n ngêi ta lÊy Rng = 800 ÷1000 Ω ; Ingcp = 8÷10mA (khi f = 50Hz). VËy ®iÒu kiÖn ®Ó ®¶m b¶o an toµn lµ: Rc® ≥ Rc®.ct 11
NÕu lÊy Rng = 1000Ω vµ Ing.cp = 10 mA ta tÝnh ®îc Rc® ®Ó ®¶m b¶o an toµn ®èi víic¸c m¹ng ®iÖn lµ: M¹ng ®iÖn ¸p U = 127V th× Rc® ≥ 10.700Ω M¹ng ®iÖn ¸p U = 220V th× Rc® ≥ 20.000Ω §èi víi m¹ng ®iÖn nµy, trêng hîp nguy hiÓm nhÊt lµ khi ngêi ch¹m vµo d©y dÉn 1 trong lóc d©y dÉn 2 bÞ ch¹m ®Êt (R2 = 0), dßng ®iÖn qua ngêi cã trÞ sè lín nhÊt vµ ta l¹i trë vÒ c«ng thøc (2-1). CÇn chó ý lµ, tÊt c¶ c¸c c«ng thøc trªn ta ®Òu tÝnh to¸n víi trêng hîp nguy hiÓm nhÊt, tøc lµ coi ®iÖn trë sµn díi ch©n ngêi b»ng 0. Song thùc tÕ RS cã mét trÞ sè nhÊt ®Þnh nµo ®ã tuú thuéc vµo vËt liÖu lµm sµn nhµ, ®é Èm, ... §«i khi chç lµm viÖc cßn tr¶i th¶m c¸ch ®iÖn, ngêi lµm viÖc cßn ®i giÇy c¸ch ®iÖn,... Khi ®ã RS kh¸ lín vµ ta cã: (2-5) U I ng = 2 (R ng + R S ) + R cd Râ rµng lµ RS t¨ng th× lµm gi¶m Ing xuèng kh¸ nhiÒu. V× vËy, ®Ó t¨ng thªm ®iÒu kiÖn an toµn khi lµm viÖc, n¬i lµm viÖc ph¶i kh« r¸o, cã tr¶i th¶m c¸ch ®iÖn, ngêi lµm viÖc ph¶i ®i giÇy c¸ch ®iÖn,... §ã lµ c¸c biÖn ph¸p an toµn rÊt cã hiÖu qu¶, tr¸nh ®îc nguy hiÓm cho ngêi khi ch¹m ph¶i mét cùc cña m¹ng ®iÖn. 2.1.2. M¹ng ®iÖn cã nèi ®Êt a) M¹ng ®iÖn mét d©y dÉn 1 M¹ng ®iÖn mét d©y dÉn (h×nh 2-3) lµ m¹ng ®iÖn chØ dïng mét d©y ®Ó dÉn ®iÖn ®Õn Ing U n¬i tiªu thô, cßn d©y dÉn vÒ lîi dông c¸c R1 ®êng ray, ®Êt...(m¹ng ®iÖn cña c¸c m¸y hµn Rng ®iÖn, m¹ng ®iÖn tµu ®iÖn,...). I0 ë h×nh 2-3 : RS R0 R0 - ®iÖn trë nèi ®Êt cña m¹ng ®iÖn, R1 - ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña d©y 1 víi ®Êt, H×nh 2-3. M¹ng ®iÖn mét d©y dÉn. U - ®iÖn ¸p cña m¹ng ®iÖn. Khi ngêi ®øng díi ®Êt vµ ch¹m vµo d©y dÉn 1, ta cã thÓ vÏ s¬ ®å thay thÕ ®Ó tÝnh to¸n nh h×nh 2-4. Tõ s¬ ®å thay thÕ ta x¸c ®Þnh ®îc dßng ®iÖn qua ngêi b»ng: R1 (2-6) I ng = U (R + R S )(R1 + R 0 ) + R1 R 0 ng Trêng hîp m¹ng thùc hiÖn nèi ®Êt 1 tèt th× R0 ≈ 0, ta cã: Rng U I ng ≈ (2-7) R1 Ing Rng + RS U RS Nh vËy, dßng ®iÖn qua ngêi t¨ng lªn. Nguy hiÓm nhÊt lµ khi nèi ®Êt tèt R0 (R0 ≈ 0), sµn l¹i Èm ít, kh«ng cã th¶m c¸ch ®iÖn, giÇy c¸ch ®iÖn (RS≈ 0), khi ®ã H×nh 2-4. S¬ ®å thay thÕ khi ngêi ch¹m ta l¹i trë vÒ c«ng thøc (2-1). vµo d©y dÉn 1 cña m¹ng ®iÖn mét d©y 12
b) M¹ng ®iÖn hai d©y dÉn M¹ng ®iÖn hai d©y dÉn cã nèi ®Êt ®îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ 2-5. M¹ng ®iÖn nµy còng thêng gÆp trong c¸c m¸y hµn ®iÖn, m¹ng ®iÖn dïng cho c¸c ®Ìn di ®éng, m¸y biÕn ¸p ®o lêng mét pha,... §èi víi m¹ng ®iÖn nµy ta xÐt hai trêng hîp sau: + Trêng hîp ngêi ch¹m vµo d©y dÉn 1 (cßn gäi lµ d©y vÒ) Khi lµm viÖc b×nh thêng, trªn d©y dÉn cã dßng ®iÖn lµm viÖc ILV ®i qua (h×nh 2- 5a) vµ ®iÖn ¸p ph©n bè trªn d©y dÉn cã d¹ng: Ux.lv = ILV.Rax (2-8) víi : Rax- ®iÖn trë cña ®o¹n d©y dÉn tÝnh tõ a ®Ôn ®iÓm xÐt x, Ux.LV - ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm xÐt x. Ua = 0 và Ub.lv = ILV. Rab VËy ta cã: Dï ch¹m vµo ®iÓm b c¸ch xa ®iÓm nèi ®Êt bao nhiªu, ®iÖn ¸p kh«ng bao giê lín h¬n 5% U®m cña m¹ng. Do ®ã, nÕu ngêi ch¹m vµo d©y dÉn 1 khi lµm viÖc b×nh thêng còng chØ chÞu ®iÖn ¸p lín nhÊt b»ng: Ung.max = Uac = 0,05U®m. 2 2 U Zpt U ILV I b b 1 a c1 a c Rng Rng U CN U CLV R0 R0 a) b 2 H×nh 2-5. M¹ng ®iÖn hai d©y dÉn cã nèi U Zpt ®Êt (ZPt- tæng trë cña phô t¶i cña m¹ng) 1 a- sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn vÒ 1 Rng khi lµm viÖc b×nh thêng ; b - sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn vÒ khi ng¾n m¹ch t¹i c ; c - ch¹m ph¶i d©y dÉn 2. R0 c) Khi ng¾n m¹ch x¶y ra t¹i ®iÓm c (h×nh 2-5b), ta cã: U U cN = I N Rac ≈ (2-9) 2 víi U lµ ®iÖn ¸p cña m¹ng. Nh vËy, so víi khi lµm viÖc b×nh thêng, ®iÖn ¸p ®Æt lªn ngêi khi ng¾n m¹ch kh¸ lín, rÊt nguy hiÓm. V× thÕ trong m¹ng ph¶i ®Æt cÇu ch×, ¸p-t«-m¸t ®Ó nhanh chãng c¾t m¹ch ®iÖn khi ng¾n m¹ch. + Trêng hîp ngêi ch¹m ph¶i d©y dÉn 2 (h×nh 2-5c) Trêng hîp nµy møc ®é nguy hiÓm còng gièng nh trêng hîp ®· xÐt trong m¹ng mét d©y dÉn, nghÜa lµ dßng ®iÖn qua ngêi lín nhÊt, ®îc tÝnh theo c«ng thøc (2-1). 13
2-2. PHÂN TÍCH VỀ AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN 3 PHA Trong m¹ng ®iÖn 3 pha, sù nguy hiÓm khi cã ngêi ch¹m ph¶i c¸c phÇn mang ®iÖn phô thuéc vµo rÊt nhiÒu yÕu tè nh ®iÖn ¸p cña m¹ng, t×nh tr¹ng lµm viÖc cña ®iÓm trung tÝnh, trÞ sè ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña c¸c pha, ®iÖn dung cña c¸c pha ®èi víi ®Êt,... Còng nh m¹ng ®iÖn ®¬n gi¶n, víi bÊt kú m¹ng ®iÖn ba pha nµo, nguy hiÓm nhÊt vÉn lµ trêng hîp ngêi ®ång thêi ch¹m vµo hai pha kh¸c nhau, khi ®ã ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi cã trÞ sè lín nhÊt (øng víi ®iÖn ¸p d©y nhÊt ®Þnh). 3U p Ud I ng = = (2-10) Rng Rng trong ®ã Ud, Up lµ ®iÖn ¸p d©y vµ ®iÖn ¸p pha cña m¹ng ®iÖn. Song trong thùc tÕ, trêng hîp nh vËy lµ rÊt hiÕm. Tai n¹n thêng gÆp lµ do ngêi ch¹m ph¶i mét pha (80-83%). Khi ®ã møc ®é nguy hiÓm phô thuéc rÊt nhiÒu vµo t×nh tr¹ng lµm viÖc cña ®iÓm trung tÝnh cña m¹ng ®iÖn. Ta lÇn lît xÐt tõng trêng hîp cô thÓ sau: 2.2.1. M¹ng ®iÖn cã trung tÝnh c¸ch ®iÖn Ta xÐt m¹ng ®iÖn 3 pha trung tÝnh c¸ch ®iÖn nh h×nh 2-6, cã ®iÖn ¸p cña c¸c pha t¬ng øng ®èi víi ®Êt lµ u1, u2, u3, trÞ hiÖu dông lµ U. c1, c2, c3 - ®iÖn dung cña c¸c pha ®èi víi ®Êt, g1, g2, g3 - ®iÖn dÉn c¸ch ®iÖn cña c¸c pha ®èi víi ®Êt, gng - ®iÖn dÉn cña ngêi. Gi¶ thiÕt ngêi ch¹m ph¶i d©y dÉn 1, dßng ®iÖn qua ngêi lµ Ing. Theo ®Þnh luËt Kiªc-kh«p ta cã ph¬ng tr×nh: du1 du du g ng .u1 + g 1 .u1 + g 2 .u 2 + g 3 .u 3 + c1 + c 2 2 + c3 3 = 0 (2-11) dt dt dt 3 2 1 Ing c1 c2 g2 c3 g1 g3 gng H×nh 2-6. M¹ng ®iÖn 3 pha trung tÝnh c¸ch ®iÖn Gi¶i ph¬ng tr×nh (2-11) ta ®îc: [3( g ][ ] 2 2 + g 2 ) + 3ω (c 3 − c 2 ) + 3 ( g 2 − g 3 ) + 3ω (c 2 + c3 ) 1 = U . g ng (2-12) 3 I ng ( g1 + g 2 + g 3 + g ng ) 2 + ω 2 (c1 + c 2 + c 3 ) 2 2 Tõ c«ng thøc tæng qu¸t nµy ta cã thÓ xÐt mét sè trêng hîp riªng nh sau: 14
+ Trêng hîp 1: g1 = g2 = g3 = 1/Rc® Khi c1 = c2 = c3 = 0 3U I ng = Thay vµo (2-12) ta ®îc: (2-13) 3Rng + Rcd Trong trêng hîp nµy, dßng ®iÖn qua ngêi khi ch¹m ph¶i mét pha cña m¹ng ®iÖn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®iÖn trë cña ngêi Rng vµ ®iÖn trë c¸ch ®iÖn Rc® cña m¹ng ®èi víi ®Êt. NÕu Rc® ®ñ lín cã thÓ gi¶m Ing ®Õn møc an toµn. Trêng hîp nµy thêng x¶y ra trong c¸c m¹ng ®iÖn ¸p thÊp (m¹ng cã ®iÖn ¸p díi 1000V), cã chiÒu dµi ®êng d©y ng¾n nªn ®iÖn dung ®èi víi ®Êt nhá kh«ng ®¸ng kÓ. + Trêng hîp 2: Khi c1 = c2 = c3 = c; g1 = g2 = g3 = 0 3U Ta cã : (2-14) I ng = 2 1 9 R ng +   2  ωc  Trêng hîp nµy thêng x¶y ra trong m¹ng điện có điện áp cao c¸ch ®iÖn ®èi víi ®Êt tèt (Rc® = ∞), chiÒu dµi ®êng d©y lín nªn ®iÖn dung C còng lín. §iÖn dung C cµng lín (nhÊt lµ ®èi víi c¸c m¹ng c¸p) dßng ®iÖn qua ngêi cµng lín vµ cµng nguy hiÓm. + Trêng hîp 3: Khi g1 = g2 = g = g3 = g c1 = c2 = c3 = c U 1 I ng = Ta cã : (2-15) Rcd ( Rcd + 6 Rng ) Rng 1+ 9(1 + Rcd ω 2 c 2 ) Rng 2 2 §©y lµ trêng hîp trung gian cña hai trêng hîp 1 vµ 2. Khi m¹ng ®iÖn cã c¸ch ®iÖn kh«ng tèt l¾m, chiÒu dµi ®êng d©y lín, ®iÖn ¸p cao. 2.2.2. M¹ng ®iÖn trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt ý nghÜa cña viÖc nèi ®Êt ®iÓm trung tÝnh. Ta xÐt mét m¹ng ®iÖn cã trung tÝnh 3 trùc tiÕp nèi ®Êt nh h×nh 2 - 7, trong ®ã: 2 R0 - ®iÖn trë nèi ®Êt cña ®iÓm trung 1 tÝnh; Rs - ®iÖn trë cña sµn nhµ díi ch©n Ing Rng ngêi. Gi¶ thiÕt khi d©y dÉn 1 bÞ ch¹m ®Êt (ch¹m vá), ngêi ®øng trªn ®Êt vµ ch¹m RS R0 ph¶i d©y dÉn 2. §Ó gi¶m bít nguy hiÓm, trong trêng hîp nµy, ngêi ta thùc hiÖn H×nh 2-7. nèi ®Êt ®iÓm trung tÝnh cña nguån cung M¹ng ®iÖn 3 pha trùc tiÕp nèi ®Êt cÊp (m¹ng 220/127V vµ 380/220V) ®Ó khi ch¹m ®Êt mét pha, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch lín lµm cho b¶o vÖ r¬ le nhanh chãng c¾t m¹ch ®iÖn sù cè, gi¶m x¸c suÊt ngêi ch¹m ph¶i d©y dÉn ë t×nh tr¹ng nµy. MÆt kh¸c, do nèi ®Êt trùc tiÕp ®iÓm trung tÝnh nªn khi cã mét pha ch¹m ®Êt, ngêi ch¹m ph¶i mét 15
trong c¸c pha cßn l¹i chØ chÞu ®iÖn ¸p b»ng & hoÆc lín h¬n ®iÖn ¸p pha mét chót. U1 §å thÞ vÐc t¬ ®iÖn ¸p khi x¶y ra ch¹m & U cd ®Êt pha 1 vµ ngêi ch¹m vµo pha 2 nh h×nh 2-8. Ta dÔ dµng thÊy: & U 12 0/ U ng = U + U − 2U 0U cos120 & 2 2 0 Ung & 0 U0 0 = U 02 + U 2 + U 0U (2-16) Trong ®ã: & U3 & U2 U0 - ®iÖn ¸p cña ®iÓm trung tÝnh khi cã mét pha ch¹m ®Êt (®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn H×nh 2-8. §å thÞ vÐc t¬ khi ch¹m ®Êt trë nèi ®Êt R0), pha 1 ®ång thêi ngêi ch¹m vµo pha 2 U - ®iÖn ¸p pha cña m¹ng. Khi R0 cµng nhá (nèi ®Êt tèt), U0 cµng nhá vµ ®iÖn ¸p Ung ≈ U. Nhîc ®iÓm chñ yÕu cña líi ®iÖn trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt lµ trong trêng hîp lµm viÖc b×nh thêng, ngêi ch¹m ph¶i mét d©y (h×nh 2-9), dßng ®iÖn qua ngêi t¬ng ®èi lín: U I ng = (2-17) Rng + R0 + RS NÕu nèi ®Êt tèt, ta cã thÓ coi R0 ≈ 0 vµ U khi ngêi ®øng trªn nÒn ®Êt Èm ít RS ≈ 0 3 U th×: I ng ≈ . Nh vËy, trêng hîp nµy 2 Rng 1 ®iÖn ¸p ®Æt vµo ngêi b»ng ®iÖn ¸p pha U. Ing Qua ph©n tÝch trªn ta thÊy, kh¸c h¼n Rng víi líi cã trung tÝnh c¸ch ®iÖn, ë líi trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cña c¸c pha ®èi víi ®Êt dï rÊt lín (R1 RS R0 = R2 = R3 = ∞) vÉn kh«ng lµm gi¶m ®îc dßng ®iÖn qua ngêi khi ngêi ch¹m ph¶i H×nh 2-9. Ngêi ch¹m ph¶i mét d©y dÉn mét d©y pha, ®iÖn ¸p ngêi ph¶i chÞu lµ trong m¹ng trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt ®iÖn ¸p pha rÊt nguy hiÓm. M¹ng ®iÖn ¸p cao (U > 1000V). §èi víi c¸c líi cã U ≥ 110kV trung tÝnh ®îc nèi ®Êt trùc tiÕp. VÒ mÆt an toµn th× nèi ®Êt trùc tiÕp cã lîi lµ khi ch¹m ®Êt mét pha trong m¹ng, b¶o vÖ r¬ le c¾t ngay m¹ch ®iÖn sù cè, gi¶m thêi gian tån t¹i cña ®iÖn ¸p gi¸ng quanh chç ch¹m ®Êt vµ chç nèi ®Êt, do ®ã gi¶m x¸c suÊt nguy hiÓm ®èi víi ngêi lµm viÖc gÇn ®ã. Nhîc ®iÓm cña nèi ®Êt trùc tiÕp trung tÝnh lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt lín lµm cho ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë nèi ®Êt lín. §iÖn ¸p nµy cã thÓ truyÒn sang m¹ng cã U < 1000 V nÕu c¸c m¹ng nµy nèi ®Êt chung. §èi víi líi ®iÖn cã U ≤ 35kV, ®iÓm trung tÝnh Ýt khi trùc tiÕp nèi ®Êt, thêng c¸ch ®iÖn hoÆc nèi ®Êt qua cuén dËp hå quang. Khi nèi ®Êt qua cuén dËp hå quang, vÒ 16
mÆt an toµn nã cã t¸c dông gi¶m ®îc dßng ®iÖn ®i qua chç ch¹m ®Êt, do ®ã gi¶m ®îc ®iÖn ¸p gi¸ng quanh chç ch¹m ®Êt. Nãi tãm l¹i, ®øng vÒ mÆt an toµn mµ xÐt, líi trung tÝnh c¸ch ®iÖn tèt h¬n v× khi ®iÖn trë c¸ch ®iÖn lín vµ ®iÖn dung cña d©y dÉn bÐ th× khi ngêi ch¹m ph¶i mét pha ®ì nguy hiÓm h¬n (®iÖn ¸p ®Æt lªn ngêi nhá h¬n ®iÖn ¸p pha). Song cÇn chó ý r»ng ®èi víi m¹ng ®iÖn cao ¸p th× dï ngêi ch¹m vµo pha nµo còng ®Òu nguy hiÓm. M¹ng ®iÖn ¸p thÊp ( U < 1000V). §èi víi m¹ng ®iÖn nµy, t×nh tr¹ng lµm viÖc cña ®iÓm trung tÝnh cÇn ph¶i ®¶m b¶o sao cho khi ngêi ch¹m ph¶i mét pha, dßng ®iÖn qua ngêi lµ bÐ nhÊt. Khi trung tÝnh c¸ch ®iÖn víi ®Êt, dßng ®iÖn ch¹m ®Êt mét pha bÐ h¬n nhiÒu so víi khi trung tÝnh nèi ®Êt trùc tiÕp v× ®iÖn trë c¸ch ®iÖn ®· h¹n chÕ dßng ®iÖn nãi trªn (theo biÓu thøc 6-19). Song nÕu trung tÝnh c¸ch ®iÖn, khi c¸ch ®iÖn bÞ háng, ®iÖn ¸p x©m nhËp ra vá vµ c¸c phÇn b»ng kim lo¹i b×nh thêng kh«ng mang ®iÖn, ®iÖn ¸p nµy sÏ tån t¹i rÊt l©u (do b¶o vÖ r¬le, cÇu ch× kh«ng t¸c ®éng), x¸c suÊt ngêi ch¹m ph¶i nh÷ng phÇn mang ®iÖn trong m¹ng nµy rÊt nhiÒu, v× ë m¹ng nµy ngêi ph¶i tiÕp xóc thêng xuyªn víi thiÕt bÞ, do ®ã trong thùc tÕ m¹ng 220/127V vµ 380/220V ®Òu ®îc nèi ®Êt trùc tiÕp ®iÓm trung tÝnh vµ thiÕt bÞ ph¶i thùc hiÖn ®ång thêi hai lo¹i b¶o vÖ: b¶o vÖ nèi ®Êt vµ b¶o vÖ nèi d©y trung tÝnh. 2-3. SỰ PHÓNG ĐIỆN ĐIỆN DUNG, ẢNH HƯỞNG CỦA TĨNH ĐIỆN VÀ TRƯỜNG ĐIỆN TỪ §êng d©y dÉn diÖn tuy ®· c¾t khái nguån nhng ®iÖn tÝch tµn d cña ®êng d©y vÉn cã thÓ g©y nguy hiÓm cho ngêi. Trong trêng hîp nµy, sù nguy hiÓm lµ do ®êng d©y cã ®iÖn dung nªn ®· ®îc n¹p ®iÖn tÝch tríc khi bÞ c¾t khái nguån, hoÆc cã thÓ cã ®iÖn ¸p c¶m øng sinh ra do ¶nh hëng cña tÜnh ®iÖn hay trêng ®iÖn tõ cña nh÷ng ®êng d©y t¶i ®iÖn ë gÇn. 2.3.1.Ảnh hëng cña ®iÖn dung líi ®iÖn Khi ®êng d©y ®· c¾t khái nguån, do ®êng d©y cã ®iÖn dung nªn trªn ®êng d©y vÉn cßn mét ®iÖn ¸p. §iÖn ¸p do ®iÖn tÝch d g©y nªn kh«ng chØ phô thuéc vµo th«ng sè cña m¹ng ®iÖn mµ cßn phô thuéc vµo thêi ®iÓm c¾t m¹ch ®iÖn. §iÖn ¸p nµy cã thÓ cã trÞ sè b»ng hai lÇn biªn ®é hay h¬n n÷a. NÕu ngêi ®øng c¸ch ®iÖn víi ®Êt mµ ch¹m vµo hai cùc cña ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn th× sÏ cã dßng ®iÖn qua ngêi: t ing U0 −R C I ng = (2-18a) ng 12 e U0 = I Rng max R ng 2C12 ë ®©y : U0 - ®iÖn ¸p d cña ®êng d©y øng víi thêi ®iÓm khi ngêi ch¹m vµo m¹ng ®iÖn, V, C12 Rng - ®iÖn trë ngêi, Ω, t 0 C12 - ®iÖn dung gi÷a c¸c d©y dÉn cña ®êng d©y ®· bÞ c¾t, tÝnh b»ng F. H×nh 2-10. §êng cong chØ sù phô thuéc ing = f(t) NÕu biÕt ®îc trÞ sè ®iÖn dung C12, ®iÖn 17
¸p ë thêi ®iÓm ban ®Çu U0, cho mét trÞ sè ®iÖn trë ngêi Rng nµo ®Êy, chóng ta x©y dùng ®îc quan hÖ gi÷a ing víi thêi gian t nh h×nh vÏ 2-10. Khi ®iÖn dung cña ®êng d©y cµng lín, trÞ sè ®iÖn tÝch tµn d cµng cao (Q = CU), dßng ®iÖn qua ngêi duy tr× cµng l©u, trÞ sè trung b×nh cña dßng ®iÖn t¸c dông vµo ngêi cµng lín vµ cµng nguy hiÓm ®èi víi ngêi. NÕu ngêi ch¹m vµo mét d©y cña ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn vµ gi¶ thiÕt Rc® = ∞, mét c¸ch gÇn ®óng cã thÓ tÝnh nh sau: Trong thêi ®iÓm cña chÕ ®é lµm viÖc cha æn ®Þnh, ngêi sÏ chÞu t¸c dông cña dßng ®iÖn tÝch cña ®iÖn dung d©y dÉn 1 ®èi víi ®Êt C11 vµ mét phÇn dßng ®iÖn dung gi÷a c¸c d©y dÉn C12 (h×nh 2-11a). Dïng hai ®iÖn dung nèi tiÕp 2C12 ®Ó thay thÕ cho C12 vµ gi¶ thiÕt ®iÓm gi÷a cña chóng nèi ®Êt (h×nh 2-11b). KÕt qu¶ lµ lóc ngêi sê vµo mét cùc cña ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn sÏ bÞ phãng ®iÖn cña 2C12 vµ C11 (h×nh 2-11c). Dßng ®iÖn qua ngêi cã thÓ tÝnh : t U 0 − Rng ( 2 C12 + C11 ) (2-18b) I ng = e 2 R ng Sù nguy hiÓm cña ®iÖn tÝch d kh«ng chØ do trÞ sè dßng ®iÖn phãng vµ thêi gian phãng mµ cßn do nhiÖt lîng ®èt nãng c¬ thÓ ngêi lóc ngêi ch¹m vµo m¹ng ®iÖn: 2 CU . q = 0,24 2 (+) (+) 2 2 2C12 C22 C12 (-) 1 Rng C11+ 2C12 2C12 C11 C11 C22 Rng Rng 1 (-) c) a) b) H×nh 2-11. Ch¹m vµo mét cùc cña ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn. 2.3.2.Ảnh hëng cña tÜnh ®iÖn vµ trêng ®iÖn tõ Nh chóng ta ®· biÕt, khi mét d©y dÉn cã ®iÖn ¸p th× tÝch luü ®iÖn tÝch. Mét d©y dÉn kh¸c ®îc c« lËp vµ n»m gÇn ®ã sÏ cã hiÖn tîng c¶m øng ®iÖn lµm xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p n¬i d©y dÉn c« lËp. Mét dßng ®iÖn ch¹y trong d©y dÉn t¹o nªn mét trêng ®iÖn tõ xung quanh nã. C¸c vËt dÉn ®iÖn n»m trong trêng ®ã ®Òu chÞu c¶m øng vµ sinh ra mét søc ®iÖn ®éng nªn xuÊt hiÖn mét ®iÖn ¸p. Trêng hîp thêng gÆp lµ hai ®êng d©y trªn kh«ng cïng chung mét trô, mét ®êng d©y cao thÕ ®ang vËn hµnh vµ mét ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn. Khi ch¹m vµo ®êng d©y ®· c¾t ®iÖn sÏ cã dßng ®iÖn phãng qua ngêi cã thÓ ®¹t trªn 100mA g©y ra chÕt ngêi. Trong c«ng t¸c söa ch÷a ®êng d©y, sau khi ®· c¾t ®iÖn ph¶i thùc hiÖn nèi ng¾n m¹ch vµ nèi ®Êt ®êng d©y ®Ó trõ khö dßng ®iÖn do ®iÖn dung vµ do c¶m øng cña ®êng d©y. 18