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 />