Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị kiểm tra dòng điện rò ra vỏ thiết bị điện cầm tay dùng điện một pha

K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM<br /> THIẾT BỊ KIỂM TRA DÒNG ĐIỆN RÒ RA VỎ<br /> THIẾT BỊ ĐIỆN CẦM TAY DÙNG<br /> <br /> ÐIỆN MỘT PHA<br /> CN. Võ Thành Nhân<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> T<br /> Phân vibn BUo hj lao đjng và BVMT mi_n Nam<br /> Tóm tắt: thấy một trong những nguyên Khi cấp nguồn hạ áp vào<br /> ình hình tai nạn lao nhân gây ra tai nạn điện là vấn dụng cụ điện nếu Rcđ của dụng<br /> động (TNLĐ) điện đề rò rỉ điện trên các dụng cụ cụ bị đánh thủng thì sẽ có dòng<br /> ngày một tăng cao mà cầm tay đang được sử dụng điện rò ra vỏ của dụng cụ điện<br /> nguyên nhân chính là do sự rò trên công trường và chưa có này, để xác định được dòng<br /> rỉ điện ra bên ngoài của các sự quản lý kiểm tra hiệu quả điện rò thì phải thiết lập một<br /> thiết bị điện không được kiểm dẫn đến tai nạn khi sử dụng. thiết bị đo được gắn như hình<br /> tra trước khi đưa vào sử dụng. Do đó việc trang bị các phương vẽ với nguyên lý hoạt động như<br /> Đề tài 212/03/VBH đã tiến hành tiện kiểm tra độ an toàn của sau: Một đầu đo đặt lên 1 cực<br /> nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị điện trước khi đưa vào bất kỳ của nguồn còn đầu kia<br /> thử nghiệm thiết bị kiểm tra sử dụng là điều cần thiết. đặt lên các bộ phận kim loại<br /> nhanh dòng điện rò của các II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN chạm tới được nối với lá kim<br /> thiết bị điện cầm tay trước khi CỨU loại có S < 200cm2 tiếp xúc các<br /> đưa vào sử dụng nhằm đảm Vibc nghiên cqu đRnc ti^n bề mặt chạm tới được của vật<br /> bảo an toàn cho NLĐ khi làm hành dta vào nguyên lý sau: liệu cách điện với phần mang<br /> việc. Đề tài đã sử dụng các điện của dụng cụ điện sử dụng.<br /> Nguyên lý phát hiện dòng rò<br /> phần mềm chuyên dụng để tiến Sau khi đặt điện áp thử<br /> khi dụng cụ điện cầm tay không<br /> hành thiết kế các mạch điện tử nghiệm, dòng điện rò đo được<br /> hoạt động trong đó nguồn cấp<br /> và lập trình điều khiển nhằm trong vòng 5s được tính bằng<br /> hạ áp: 240V-260V Theo TCVN<br /> làm cho sản phẩm được hoạt công thức thể hiện ở hình 1.<br /> 7996 – 1: 2009.<br /> động một cách ổn định và có độ<br /> tin cậy cao. Sản phẩm của đề Dụng cụ điện<br /> tài là thiết bị kiểm tra nhanh<br /> dòng điện rò từ 10mA trở lên.<br /> I. MỞ ĐẦU<br /> Xã hội ngày càng phát triển<br /> thúc đẩy các ngành xây dựng<br /> phát triển theo, tai nạn lao động<br /> cũng ngày càng gia tăng do<br /> nhiều nguyên nhân, trong đó<br /> nguyên nhân do điện chiếm Nguồn hở áp<br /> trên 70% (theo các thống kê về<br /> TNLĐ). Qua quá trình khảo sát<br /> và đánh giá, chúng tôi nhận Hình 1. SQ đh thi^t k^ và công thqc tính<br /> <br /> <br /> 34 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014<br />  K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ch^ tSo đánh giá thr nghibm miếng ốp dẫn điện tốt để ốp cảm biến. Nếu như dụng cụ<br /> thi^t bd: vào vỏ kim loại của dụng cụ điện không bị rò điện thì không<br /> Việc chế tạo thiết bị đo dựa điện cần kiểm tra, đầu còn lại có dòng điện rò sinh ra nên ở<br /> vào tiêu chuẩn TCVN 7996 – 1: của miếng ốp được đưa vào ngoài vỏ của dụng cụ không<br /> 2009 và quy chuẩn kỹ thuật tồn tại dòng điện và cảm biến<br /> quốc gia về an toàn lao động sẽ không nhận được tín hiệu.<br /> đối với dụng cụ điện cầm tay Ngược lại, nếu như dụng cụ<br /> truyền động bằng động cơ với điện bị rò điện ra ngoài thì vỏ<br /> các đặc tính kỹ thuật dễ sử của dụng cụ điện sẽ có một<br /> điện thế và có dòng điện tương<br /> dụng và đáp ứng được mục Dụng cụ điện<br /> tiêu của đề tài. ứng được truyền vào cảm biến<br /> Có nhiều phương pháp để thông qua miếng ốp được ốp<br /> tiến hành thiết kế nhưng qua vào vỏ kim loại của dụng cụ.<br /> quá trình nghiên cứu nhóm tác Cảm biến nhận được tín hiệu<br /> điện này sẽ truyền về vi điều<br /> giả đã chọn phương pháp thiết Cảm biến khiển để xử lý và đưa ra các<br /> kế thiết bị đo dựa vào mô hình<br /> sử dụng một cảm biến như sau lệnh điều khiển cần thiết.<br /> (xem hình 2). Việc tiến hành thiết kế<br /> mạch, vẽ mạch, lập trình...<br /> Nguyên lý hoạt động của mô Vi điều khiển được thực hiện bằng các phần<br /> hình như sau: Dụng cụ điện<br /> mềm chuyên dụng như: orcad,<br /> được cấp nguồn 220V để hoạt Hình 2. Mô hình thi^t k^ sr<br /> protues, avr studio…<br /> động và chúng ta làm một dong mjt cUm bi^n<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. SQ đh nguyên lý toàn bj mSch thi^t k^<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 35<br />  K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU gần bề mặt của lớp vỏ. Dòng Instructions Set Computer -<br /> 3.1. Các linh kiện sử dụng điện được cung cấp đi qua Máy tính có tập lệnh đơn giản<br /> phần dây đồng sẽ tạo ra một hóa) với kiến trúc Harvard thuộc<br /> - Cảm biến dòng ICS712: IC<br /> trường điện từ mà IC sẽ họ AVR được sản xuất bởi Cty<br /> cảm biến dòng tuyến tính dựa<br /> chuyển đổi thành điện áp ATMEL với tính năng mạnh mẽ.<br /> vào hiệu ứng Hall, được tích<br /> tương ứng. Thiết bị được tối ưu Có 130 lệnh mạnh xử lý hầu hết<br /> hợp đầy đủ với chất dẫn dòng<br /> hóa một cách chính xác thông trong một chu kỳ xung nhịp.<br /> điện trở thấp và độ cách điện<br /> qua các tín hiệu từ rất gần đến - ADC giải mã MCP 3204:<br /> 2.1kV RMS. Thiết bị bao gồm<br /> bộ biến đổi Hall. Là một ADC 12 bit, có hiệu suất<br /> mạch điện Hall tuyến tính, độ<br /> lệch thấp và chính xác với - Vi điều khiển Atmega 8: Là cao và năng lượng thấp được<br /> đường dây dẫn đồng được đặt bộ vi xử lý RISC (Reduced đóng gói nhỏ gọn, làm cho nó<br /> trở nên hoàn chỉnh trong các<br /> mạch ứng dụng điều khiển.<br /> MCP 3204 được thiết kế theo<br /> tiêu chuẩn công nghiệp SPITM<br /> cho phép liên kết với bất kỳ vi<br /> điều khiển PIC nào.<br /> - LCD 16x2: (Liquid Crystal<br /> Display) được sử dụng trong rất<br /> nhiều các ứng dụng của VĐK.<br /> LCD có rất nhiều ưu điểm so với<br /> các dạng hiển thị khác: Nó có<br /> khả năng hiển thị kí tự đa dạng,<br /> trực quan (chữ, số và kí tự đồ<br /> họa), dễ dàng đưa vào mạch<br /> ứng dụng theo nhiều giao thức<br /> giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài<br /> nguyên hệ thống…<br /> - IC 7805 và các linh kiện phụ<br /> trợ khác như tụ điện, điện trở,<br /> Hình 4. SQ đh layout mSch đi_u khi`n led…<br /> 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch<br /> thiết kế<br /> Mạch thiết kế được thiết kế<br /> gồm có 2 phần chính: mạch<br /> nguồn và mạch điều khiển hiển<br /> thị với các chức năng và nhiệm<br /> vụ khác nhau nhằm mục đích<br /> đảm bảo cho toàn bộ hệ thống<br /> điều khiển của thiết bị hoạt<br /> động bình thường, ổn định và<br /> đúng như mục đích thiết kế của<br /> tác giả.<br /> - Mạch nguồn có nhiệm vụ<br /> tạo ra nguồn điện ổn định để<br /> nuôi toàn bộ mạch điều khiển,<br /> đảm bảo cung cấp đủ điện thế<br /> để cho mạch điều khiển hoạt<br /> Hình 5. Mô hình hRkng dYn sr dong thi^t bd động ổn định. Đồng thời khối<br /> <br /> <br /> 36 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014<br />  K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> mạch nguồn còn có một nhiệm<br /> vụ nữa là lấy điện thế rò xoay<br /> chiều từ thiết bị cần kiểm tra<br /> thông qua cổng CON1 được liên<br /> kết với dụng cụ cần kiểm tra, và<br /> biến điện thế xoay chiều thành<br /> một chiều đưa vào cảm biến<br /> dòng thông qua cổng CON2.<br /> - Khối mạch điều khiển và<br /> hiển thị có nhiệm vụ là điều<br /> khiển sự hoạt động của toàn bộ<br /> thiết bị thông qua các lệnh và<br /> cấu trúc được lập trình sẵn nạp<br /> vào vi điều khiển ATmega8 và<br /> hiển thị các thông số cần kiểm<br /> tra qua hệ thống hiển thị đó là<br /> các led màu và LCD hiển thị.<br /> 3.2. Sơ đồ layout Hình 6. Mi^ng tay gp thi^t k^<br /> Sau khi hoàn thành thiết kế<br /> sơ đồ nguyên lý thì vẽ layout<br /> mạch bằng orcad layout plus,<br /> sản phẩm sau khi layout mạch<br /> nguồn và mạch điều khiển<br /> được thể hiện như hình 4.<br /> 3.3. Sản phẩm chế tạo và<br /> cách sử dụng<br /> Mô hình sản phẩm được<br /> chế tạo sau khi thiết kế như<br /> hình 5,6.<br /> - Cắm nguồn cho thiết bị,<br /> bật nút POWER có 3 đèn 220V,<br /> 5V, và đèn xanh cháy sáng,<br /> nếu trường hợp đèn xanh<br /> không sáng mà đèn đỏ sáng thì<br /> nhấn nút Offset, khi nhấn nút Hình 7. Nguhn dòng th^ Sunking PSK 1501A<br /> Offset thì đèn vàng sáng.<br /> - Miếng tay ốp được ốp vào BUng 1. K^t quU đo b\ng phRQng pháp so sánh vki nguhn Sunking<br /> vỏ kim loại của dụng cụ cầm PSK 1501A<br /> tay cần kiểm tra và cắm vào ổ<br /> cắm số 1 trên hình 5. Giaù trò trung bình maø saûn<br /> - Ổ cắm số 2 trên hình 5 là Nguoàn doøng (mA) phaåm ño ñöôïc sau 30 laàn Sai soá<br /> nơi cung cấp nguồn để nuôi<br /> dụng cụ điện cầm tay cần kiểm<br /> ño (mA)<br /> <br /> tra. Lưu ý bật nút ON/OFF trên<br /> | 100 98,67 ± 0,93 1,3%<br /> ổ cắm mới có điện thế. | 120 119,33 ± 0,67 1%<br /> Sau khi làm các bước trên<br /> | 10 9,67 ± 0,33 3,3%<br /> thì thiết bị sẽ tự động tiến hành | 50 51 ± 0,88 2%<br /> kiểm tra dụng cụ điện. Nếu đèn | 70 69,67 ± 0,58 1%<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 37<br />  K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> xanh vẫn sáng thì dụng cụ điện dòng tải lớn hơn 10mA, đèn Việc dùng phương pháp so<br /> không bị rò, nếu đèn đỏ sáng xanh sáng nếu giá trị dòng nhỏ sánh với thiết bị tạo dòng<br /> thì dụng cụ điện bị rò và giá trị hơn 10mA. Sunking PSK 1501A được tiến<br /> dòng rò được hiển thị qua LCD 3.4. Kết quả kiểm tra và hiệu hành như sau: Nguồn dòng<br /> trên thiết bị kiểm tra. chuẩn sản phẩm được lấy từ đầu ra của thiết bị<br /> - Ổ cắm số 3 trên hình 5 Việc hiệu chuẩn thiết bị được tạo dòng Sunking PSK 1501A<br /> được dùng để đo dòng tải của thực hiện bằng 2 phương được đưa vào sản phẩm đo<br /> các dụng cụ điện. Chỉ cần cắm pháp: phương pháp so sánh dòng điện rò mà nhóm tác giả đã<br /> dụng cụ điện cần đo dòng tải với thiết bị tạo dòng và phương tạo ra thông qua miếng ốp và so<br /> vào ổ cắm này thì thiết bị sẽ tự pháp dùng hệ các điện trở sánh giá trị nhận được của sản<br /> động hiển thị dòng tải của dụng chuẩn trong phòng thí nghiệm. phẩm thiết kế với giá trị dòng<br /> cụ cần kiểm tra qua LCD, đồng điện mà nguồn dòng đã tạo ra.<br />
Phương pháp so sánh<br /> thời đèn đỏ sẽ sáng nếu giá trị Kết quả đạt được khi thực<br /> với thiết bị tạo dòng<br /> hiện hiệu chuẩn bằng phương<br /> pháp so sánh với nguồn dòng<br /> Sunking PSK 1501A được thể<br /> hiện trong bảng 1.<br />
Phương pháp dùng hệ<br /> các điện trở chuẩn<br /> Việc hiệu chuẩn bằng cách<br /> sử dụng hệ các điện trở chuẩn<br /> được tiến hành như sau: Ta áp<br /> một điện thế xoay chiều 220V<br /> vào các điện trở có các giá trị<br /> đã chọn thì theo định luật Ohm<br /> sẽ có một dòng điện tương ứng<br /> được tạo ra và chúng ta tính<br /> được dòng điện này bằng công<br /> thức I = U/R. Sau đó đưa dòng<br /> điện này vào sản phẩm và xem<br /> Hình 8. Hb các đibn trm giá trị dòng điện mà sản phẩm<br /> <br /> BUng 2. K^t quU đo b\ng phRQng pháp so sánh vki hb đibn trm chuXn<br /> <br /> Giaù trò TB maø saûn phaåm ño ñöôïc<br /> Giaù trò R Keát quaû tính theo Ñònh luaät Ohm (mA) Sai soá<br /> sau 30 laàn ño (mA)<br /> R = 6,8 U 220<br /> R 680<br /> I= = = 0,032A = 32 mA 30,33 ± 0,33 5,2%<br /> K:<br /> R = 22 U 220<br /> 22000<br /> I= = = 0,01A = 10 mA 9,67 ± 0,33 3,3%<br /> K: R<br /> R = 10 U 220<br /> R 10000<br /> I= = = 0,022A = 22 mA 20 ± 0,02 10%<br /> K:<br /> <br /> R = 15 U 220<br /> R 15000<br /> I= = = 0,015A = 15 mA 14,33 ± 0,92 4,5%<br /> K:<br /> <br /> <br /> <br /> 38 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014<br />  K^t quU nghiên cqu KHCN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> đo được có phù hợp với giá trị của sản phẩm theo đúng mục kiện có thể thay thế cho cảm<br /> dòng điện mà chúng ta đã tính tiêu mà đề tài đã đề ra. biến dòng sử dụng hiệu ứng<br /> dựa vào công thức định luật - Tạo khuôn mẫu thiết bị: Hall mà vẫn đáp ứng được mục<br /> Ohm không. Việc tạo khuôn mẫu được tiêu của đề tài đã đề ra.<br /> Kết quả đạt được khi đo nhóm tìm hiểu nhiều sản phẩm<br /> bằng phương pháp so sánh với khác nhau để tạo được mẫu<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> hệ điện trở chuẩn được trình thiết bị vừa đảm bảo mục đích<br /> của đề tài, vừa phù hợp với [1]. Safe maintenance of portable<br /> bày trong bảng 2.<br /> nhu cầu của người sử dụng. tools in constructionEuropean<br /> Như vậy, thông qua hai Agency for Safety and Health at<br /> phương pháp hiệu chuẩn trên - Lắp ráp và kiểm tra hoạt<br /> động của sản phẩm. Work -http://osha.europa.eu<br /> cho thấy sản phẩm hoạt động<br /> ổn định với độ chính xác cao - Ứng dụng và hoàn thiện [2]. Hướng dẫn sử dụng năng<br /> đảm bảo được mục tiêu mà đề sản phẩm. lượng hiệu quả trong ngành công<br /> tài đã đề ra, đó là xác định được Sản phẩm được thiết kế nghiệp Châu Á – www.energyeffi-<br /> dòng điện rò từ 10mA trở lên. nhằm mục đích kiểm tra nhanh ciencyasia.org<br /> Tuy nhiên, trong một vài trường thiết bị điện khi đang hoạt động [3]. TS. Nguyễn Thị Lan Hương,<br /> hợp cũng có sự sai số do đặc có bị rò rỉ điện ra bên ngoài hay Nhiễu điện từ và phương pháp<br /> tính của cảm biến sử dụng, do không và sản phẩm đã đáp ứng chống nhiễu<br /> mạng điện không được ổn định được mục tiêu của đề tài. [4]. Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia<br /> và một số nguyên nhân khác Trong vòng 1 – 2s sản phẩm đã về an toàn lao động đối với dụng<br /> như sai số của linh kiện sử cho ra kết quả hiển thị dòng cụ điện cầm tay truyền động<br /> dụng…Trong quá trình thử điện đang bị rò ra vỏ là bao<br /> bằng động cơ (National technical<br /> nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận nhiêu qua đèn báo và LCD.<br /> regulation on safe work of Hand-<br /> thấy rằng sản phẩm hoạt động Tuy nhiên sản phẩm thiết kế held motor-operated electric<br /> ổn định trong khi thiết bị rò có cũng có một số tồn tại như sau: tools)<br /> giá trị từ vài chục mA trở lên. - Chưa khắc phục triệt để<br /> [5]. Tiêu chuâtn IEC 60745-<br /> IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ được vấn đề nhiễu do từ<br /> 2:2006.<br /> 4.1. Kết luận trường, do đó độ chính xác của<br /> thiết bị sẽ bị ảnh hưởng khi [6]. TCVN 7996-2:2009<br /> Nghiên cứu tổng quan về thiết bị hoạt động trong môi [7]. TCVN 7996 -1:2009<br /> các thiết bị cầm tay: nhóm đã trường có từ trường.<br /> tiến hành tập hợp các dữ liệu [8]. Guideline on Managing<br /> về các thiết bị cầm tay đã và - Cần công nghiệp hóa kiểu Safety in the Use of Portable<br /> đang được sử dụng trên thị dáng của thiết bị. Electrical Equipment in the<br /> trường, đặc biệt là trong ngành 4.2. Kiến nghị Workplace<br /> xây dựng, tìm hiểu các nguyên Để đáp ứng được nhu cầu [9]. Safe maintenance of portable<br /> nhân gây ra tai nạn của thiết bị sử dụng thực tế lâu bền trong tools in construction<br /> cầm tay, hồi cứu các dữ liệu đã công nghiệp thì sản phẩm cần<br /> [10]. Monitoring of leakage cur-<br /> được các chuyên gia, các nhà giải quyết được 2 vấn đề cơ<br /> bản sau: rent for composite insulators and<br /> nghiên cứu trước đó tìm hiểu<br /> electrical devices Muhammad<br /> và nghiên cứu làm cho đề tài - Khắc phục vấn đề nhiễu do Amin, Salman Amin and<br /> phong phú hơn. từ trường. Muhammad Ali UET Taxila,<br /> - Nghiên cứu tài liệu để thiết - Cải tiến kiểu dáng cho phù Pakistan<br /> kế và lập trình ứng dụng sản hợp với nhu cầu sử dụng.<br /> phẩm: tìm hiểu về các phần [11]. www.datasheetcatalog. com<br /> mềm vẽ mạch chuyên dụng, Để khắc phục được vấn đề [12]. http://www.altera.com<br /> các phần mềm lập trình điều nhiễu do từ trường thì trong<br /> thời gian tới nhóm nghiên cứu [13]. www.bkit4u.com<br /> khiển để tiến hành thiết kế bản<br /> sẽ tìm hiểu thêm các loại linh [14]. http://www.alldatasheet.com<br /> vẽ, các sơ đồ mạch điều khiển<br /> <br /> <br /> Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2014 39<br />