bài giảng kỹ thuật an toàn điện

KỸ THUẬT AN TOÀN ĐIỆN
3/25/2014 1
Nội dung môn học
Phần 1. Khái niệm và phân tích an toàn trong các mạng điện
• Chương 1. Những khái niệm cơ bản
• Chương 2. Phân tích an toàn trong mạng điện đơn giản
• Chương 3. Phân tích an toàn trong mạng điện 3 pha
Phần 2. Các biện pháp kỹ thuật an toàn
3/25/2014 2
Phần 2. Các biện pháp kỹ thuật an toàn
• Chương 4. Bảo vệ nối đất
• Chương 5. Bảo vệ nối dây trung tính
• Chương 6. Bảo vệ an toàn bằng thiết bị chống dòng điện rò
Chương 7. Các biện pháp an toàn khác
• Chương 8. Xử lý, cấp cứu người bị điện giật
• Chương 9. Phòng chống điện từ trường
Tài liệu tham khảo
1. TS Nguyễn Đình Thắng, TS Nguyễn Minh Chước
Kỹ thuật an toàn điện  NXB tại chức ĐHBKHN
2. Nguyễn Xuân Phú (Chủ biên)
Kỹ thuật an toàn trong sử dụng và cung cấp điện  NXB
KHKT, 2003
3/25/2014 3
KHKT, 2003
3. Titres d'habilitation électrique
4. RCD protection
Phần 1.
Khái niệm và PTAT trong các mạng điện
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. CÁC TAI NẠN VỀ ĐIỆN
1.1.1. Phân loại tai nạn điện

3/25/2014 4
Các tai nạn điện
Điện giật
Đốt cháy do điện Hoả hoạn cháy nổ do điện
1.1.2. Nguyên nhân dẫn đến tai nạn điện
Chạm điện gián tiếpChạm điện trực tiếp
Nguyên nhân dẫn đến tai nạn điện
Kh
ác
3/25/2014 5
Chạm vào các phần tử
bình thường có điện áp
Chạm vào các phần tử bình
thường không có điện áp
• HQ điện
• Xuất hiện trong
KV điện trường mạnh
tiÕp xóc trùc tiÕp
Ph
N
3/25/2014 6
§Êt
Pha  Trung tÝnh
Pha  ®Êt
I
ng
. . . .
Chạm vào thanh cái
3/25/2014 7
TIẾP XÚC GIÁN TIẾP

Ph
N
. .
3/25/2014 8
Đất
I
ng
Ph
N
. .
TIẾP XÚC GIÁN TIẾP
3/25/2014 9
Đất
I
ng
. .
1.1.3. Số liệu thống kê tai nạn điện
Số liệu thống kê
tai nạn điện
a. Theo cấp điện áp:
• U ≤ 1kV: 76,4%
• U > 1kV: 23,6%
b. Theo nghề nghiệp:
• Thuộc ngành điện: 42,2%
• Các ngành khác: 57,8%
3/25/2014 10
tai nạn điện
c. Theo nguyên nhân tiếp xúc điện:
• Trực tiếp: 55,9%
• Gián tiếp: 42,8%

• HQ điện: 1,12%
• Xuất hiện trong KV điện trường mạnh:0.08%
d. Theo nguyên lứa tuổi:
• Dưới 20: 14,5%
• 2130: 51,7%
• 3140: 21,3%
• Trên 40: 12,5%
1.2. TC DNG CA DềNG IN
Khi ngời tiếp xúc với các phần tử có điện áp (kể cả tiếp xúc trực tiếp
hoặc gián tiếp), sẽ có dòng điện chạy qua cơ thể, các bộ phận của cơ thể
phải chịu tác động nhiệt, điện phân và tác dụng sinh học của dòng điện
làm rối loạn, phá huỷ các bộ phận này, có thể dẫn đến tử vong.
a) Tác động về nhiệt: của dòng điện đối với cơ thể ngời thể hiện qua
hiện tợng gây bỏng, phát nóng các mạch máu, dây thần kinh, tim, não và các
bộ phận khác trên cơ thể dẫn đến phá huỷ các bộ phận này hoặc làm rối
loạn hoạt động của chúng khi dòng điện chạy qua.
3/25/2014 11
loạn hoạt động của chúng khi dòng điện chạy qua.
b) Tác động điện phân: của dòng điện thể hiện ở sự phân huỷ các chất
lỏng trong cơ thể, đặc biệt là máu, dẫn đến phá vỡ các thành phần của máu
và các mô trong cơ thể.
c) Tác động sinh học: của dòng điện biểu hiện chủ yếu qua sự phá huỷ
các quá trình điện sinh, phá vỡ cân bằng sinh học, dẫn đến phá huỷ các
chức năng sống.
Mức độ nguy hiểm của dòng điện đối với cơ thể ng-ời tuỳ thuộc vào trị số
của dòng điện, loại dòng điện (dòng điện một chiều hoặc dòng điện
xoay chiều) và thời gian duy trì dòng điện chạy qua cơ thể (IEC 604791).
Standard IEC 604791
Time/current zones defining the effects of AC current
(15 Hz to 100 Hz)

• Vùng 1: Không cảm nhận được
• Vùng 2: Cảm thấy khó chịu
• Vùng 3: Co các cơ, b (10 mA) letgo
threshold
• Vùng 4: Rung cơ tim, c1(30 mA)
a
3/25/2014 12
b c1: probability 0 %
c1 c2: probability ~ 5 %
c2 c3: probability ~ 50 %
>c3: probability > 50 %
Đường a  Ngưỡng cảm nhận có dòng điện qua người
Đường b  Ngưỡng buông  nhả
Standard IEC 604791: Ngưỡng dòng điện tới hạn
(Critical current thresholds)
Tim ngừng đập
Tim đập mạnh  Ngưỡng RCT
Tê liệt cơ quan hô hấpNghẹt thở
AC
3/25/2014 13
Tê liệt cơ quan hô hấpNghẹt thở
Bắt đầu co cơ  Ngưỡng buông nhả
Có cảm giác nhói nhẹ  Ngưỡng cảm nhận
Ngưỡng dòng điện tới hạn
130
DC
3/25/2014 14
5
?
100

Không xác định
Dßng ®iÖn xoay chiÒu: I
cp
= 10 mA
Dßng ®iÖn mét chiÒu: I
cp
= 50 mA
1.3. ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC & TỔNG TRỞ CƠ THỂ NGƯỜI
Điện áp tiếp xúc và tổng trở
cơ thể là hai đại lượng dùng
để xác định trị số dòng điện
qua người.
1.3.1. Điện áp tiếp xúc U
tx
: Lµ
®iÖn ¸p gi÷a hai ®iÓm trªn
®-êng ®i cña dßng ®iÖn qua
3/25/2014 15
®-êng ®i cña dßng ®iÖn qua
c¬ thÓ ng-êi (hay chÝnh lµ
®iÖn ¸p ®Æt lªn c¬ thÓ ng-êi
khi ng-êi tiÕp xóc ®iÖn)
th-êng lµ gi÷a tay víi tay
hoÆc gi÷a tay vµ ch©n.
Z
T
= Z
ng
= Z
p

+ Z
i
1.3.2. Tổng trở cơ thể người:
Z
ng
Điện áp tx
Đường điện
Diện tích,
áp suất
3/25/2014 16
Z
ng
Nhiệt độ
Tình trạng
da
Thời gian đi qua
1.3.3. Điện áp tiếp xúc cho phép U
txcp
Nhà xưởng
Ngập nước
U
tx
= U
ng
= R
ng
.I
ng
1200 * 10 mA = 12 V
Ẩm ướt

2500 * 10 mA = 25 V
Khô ráo
5000 * 10 mA = 50 V
U
txcp
12 V
24 V
48 V
• Tiêu chuẩn Pháp:
3/25/2014 17
Khô ráo
5000 * 10 mA = 50 V 48 V
Ngập nước 1200 * 10 mA = 12 V
Ẩm ướt 2500 * 10 mA = 25 V
Khô ráo
5000 * 10 mA = 50 V
12 V
25 V
50 V
• Tiêu chuẩn IEC:
Chức vụ có tư cách
Dụng cụ
Những phương pháp
1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TÁC ATĐ
3/25/2014 18
Năng lực
Môi trường
Luật lao động Những quy phạm
Điện áp
Công tác

An toàn
Khi TBĐ có dòng chạm vỏ, đường dây điện đứt rơi xuống
đất,… tại chỗ chạm đất sẽ có dòng điện tản vào trong đất.
Dòng điện này tản ntn vào trong đất? Để trả lời câu hỏi này là
một vấn đề hết sức phức tạp, nhưng có thể hình dung một
cách đơn giản: Xét TH dòng điện này tản vào trong đất thông
qua một bán cầu kim loại có bán kính r chôn sát mặt đất. Với
1.5. HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
3/25/2014 19
qua một bán cầu kim loại có bán kính r
0
chôn sát mặt đất. Với
giả thiết:
• Môi trường chôn điện cực có điện trở suất ρ là thuần nhất.
• Dòng điện chạm đất I
đ
đi từ tâm bán cầu toả vào trong đất
theo đường bán kính.
• Trường của dòng điện I
đ
là dạng trường tĩnh (tức là tập hợp
các đường sức và đường đẳng thế của chúng giống nhau).
1.5. HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
1.5.1. Sự phân bố thế tại chỗ dòng điện chạm đất
2
d
x2
I

j

dx
x2
ρ.I
Jdx Edx du
2
d



ĐL Ôm dưới dạng vi phân: J = E hay E = J
x2
ρ.I
dx
x
1
2π
ρ.I
duUUU
d
x
2
d
x
xx





3/25/2014 20

1.5. HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
1.5.2. Điện trở tản
Khi dòng điện đi vào trong đất, bị điện trở của điện cực và đất cản trở. Điện
trở này gọi là điện trở tản R
đ
:
 ,
r2
ρ
R
0
d

d
d
I
U
ρ.Iρ.I
3/25/2014 21
1.5.3. Điện áp tiếp xúc U
tx
J

U
d
U
tx
u (V)
l (m)
l (m)

U’
tx
TBĐ
I
d
a)
0
l (m)
u (V)
U
d
20
b)
U
tx
= U
d
x
,
x2
ρ.I
r2
ρ.I
U- U U- U U
d
0
d
xdchantaytx



1.5. HIN TNG DềNG IN TN VO TRONG T
1.5.4. in ỏp tip xỳc U
b
Từ CT ta thấy rằng càng
đứng xa chỗ dòng điện chạm
đất (điện cực nối đất) điện
áp bớc càng có trị số nhỏ. Khi
U
d
u (V)
a)(x2
.a.I
a)x(2
.I
x2
.I
U- UU
ddd
axx b





x

3/25/2014 22
áp bớc càng có trị số nhỏ. Khi
ngời đứng cách chỗ chạm đất
trên 20 m có thể coi điện áp

bớc bằng 0.
J

U
b
l (m)l (m)
TBĐ
I
d
a
x
Vớ d: I

= 1000A; = 10
2
m
v a = 0,8m thỡ U
b
= 30,6 V
Nh vậy điện áp bớc và điện áp tiếp xúc thay đổi hoàn toàn trái
ngợc nhau khi khoảng cách đến chỗ chạm đất thay đổi.
Chương 2. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN ĐƠN
GIẢN
2.1. KHÁI NIỆN CHUNG
 Khái niệm về mạng điện đơn giản
 Phân loại mạng điện đơn giản
+ Theo điện dung có: Mạng điện dung nhỏ và
mạng điện dung lớn
Chương 2.
PTAT TRONG M

ẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN
3/25/2014 23
mạng điện dung lớn
+ Theo chế độ làm việc có: Mạng nối đất và
mạng cách điện với đất.
 Góc độ chạm điện dẫn đến mất an toàn điện
trong các mạng đơn giản có thể do chạm điện
trực tiếp hoạc gán tiếp.
+ Chạm vào hai dây: Rất nguy hiểm
+ Chạm vào 1 dây: Nguy hiểm tuỳ thuộc vào
từng loại mạng điện và chạm vào dây nào.
2.2. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN
CÓ ĐIỆN DUNG NHỎ
cdng
R2R
U


ng
I
2.2.1. Mạng 2 dây cách điện với đất
* Như vậy, mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào:
 Điện áp của mạng U
 Điện trở cơ thể người R
3/25/2014 24
 Điện trở cơ thể người R
ng
 Điện trở cách điện của mạng R
cđ
2.2.2. Mạng Mạng chỉ có 1 dây:

* Chú ý: Khi 1 dây chạm đất mà người chạm vào dây còn lại sẽ rất nguy hiểm.
 
cd2ocd20ng
cd2
R.RRRR
U.R
I


ng
* Khi R
0
= 0 thì:
ng
ng
R
U
I 
2.2.3. Mạng 2 dây có 1 dây nối đất
• TH chạm vào dây không nối đất: U
ng
≈ U
• TH chạm vào dây nối đất: U
ngmax
= 5%U
*
U
R
ng
1

2
B
R
0
Z
t
C
A
I
lv
I
lv
3/25/2014 25
*
Chú ý:
 Khi dây 1 chạm vào dây 2 và tiết diện 2 dây như
nhau thì U
ngmax
= 0,5U
 Khi dây nối đất đứt ở phía đầu nguồn thì U
ng
≈ U.