Phân tích an toàn trong ngành điện

Phân tích an toàn trong
các mạch điện đơn giản
KHÁI NIỆM CHUNG

Mạng điện đơn giản là mạng một chiều hay xoay chiều một pha.

Trường hợp nguy hiểm nhất là chạm vào 2 cực của mạng. Khi này, dòng qua
người sẽ là: I
ng
=U/R
ng
. Với U là điện áp của mạng, R
ng
là điện trở của người.
KHÁI NIỆM CHUNG

Trường hợp này tương tự như ở mạng có U<1000V mà không dùng găng tay
cách điện như quy trình đề ra, khi người sửa chữa thiết bị có mang điện áp,
một tay sờ vào một cực của mạng, chạm vào cực kia có thể bằng tai, cùi tay
hay tay kia…dù có găng tay cách điện dầy vẫn không bảo vệ an toàn cho
người sửa chữa.

Trong thực tế, ít khi xảy ra trường hợp chạm vào hai cực mà thường là chạm
vào một cực và hậu quả của tai nạn tùy thuộc vào trạng thái làm việc của
mạng đối với đất.
Mạng điện cách điện đối với đất.

Với mạng điện cách điện đối với đất có U<1000V, khi người chạm vào một cực
của mạng sẽ tạo nên một mạch kín vì cách điện của mạch không bao giờ đạt
lý tưởng cho nên R
1

và R
2
không phải bao giờ cũng vô cùng lớn nên giữa
mạng và đất có trị số điện dẫn nào đó.
Mạng điện cách điện đối với đất.

Dòng điện đi qua người:

Nếu R
1
=R
2
=R
cđ
(điện trở cách điện)


Mạng điện cách điện đối với đất.

Hình: Mạch điện cách điện đối với đất
Mạng điện cách điện đối với đất.

Nếu dòng an toàn với người là 0,01A
⇒ R
cđ
≥ 100U – 2R
ng

Ta thấy rõ vai trò của R
cđ

với điều kiện an toàn.

Nguy hiểm thứ nhất là khi chạm vào pha mà pha đó chạm đất, khi này: I
ng
=
U/R
ng
giống như khi chạm vào 2 cực của mạng.
Mạng điện cách điện đối với đất.

Ngoài ra còn phải tính đến điện trở của nền nhà. Với R
n
là điện trở nền nhà

nếu R
1
=R
2
=R
cđ
thì ta có:

Vậy nền nhà có ý nghĩa cách điện (nếu R
n
lớn thì I
ng
nhỏ)
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.

Mạng một dây

Mạng chỉ có một dây, còn một dây khác là đất hay đường ray tàu điện hay tàu
hỏa chạy bằng điện.
R
0
: điện trở của nối đất.
R
1
: điện trở cách điện
của dây.
R
n
: điện trở của nền.
R
ng
: điện trở người.
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.

Mạng một dây
Ta có:
R
0
: điện trở của nối đất.
R
1
: điện trở cách điện của dây.
R
n
: điện trở của nền.
R
ng

: điện trở người.
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.

Mạng một dây
Và:
Nếu R
0
≈ 0
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.

Mạng hai dây
Mạng này dùng để đo lường một pha cung cấp cho MBA hàn hay MBA cho đèn
cầm tay.
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.

Mạng hai dây
Khi bình thường nếu chạm vào dây có nối đất thì không nguy hiểm vì điện áp
đặt vào người không lớn:
U
ng
= U
ab
= IR
ab

với I:dòng làm việc
R
ab
:điện trở của đoạn dây ab
Mạng điện có một cực hay một pha nối đất.


Mạng hai dây
Dù chạm vào điểm b cách xa điểm nối đất bao nhiêu, điện áp không bao giờ
>5% điện áp toàn mạng. Điều này chỉ đúng khi làm việc bình thường. Khi
ngắn mạch thì lại rất nguy hiểm vì khi này điện áp tại c gần bằng U/2 và điện
áp phân bố theo điện trở dây dẫn nên càng gần a càng giảm, càng xa a càng
tăng (a:điểm nối đất).
Khi bình thường, nếu chạm vào mạng hai dây không nối đất cũng giống như
chạm vào một dây của mạng một dây khi xét điều kiện an toàn.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.

Các mạng trên xét không kể đến điện dung của mạch.

Các điều kiện đã xét chỉ đúng với mạng điện đường dây trên không, điện áp
dưới 1000V. Với mạng có điện áp cao hơn 1000V thì phải tính đến điện dung
của mạng đường dây trên không và với cả mạng có điện áp nhỏ hơn 1000V là
mạng điện đường dây cáp vì điện dung của lõi cáp đối với đất rất lớn.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
1. Nguy hiểm của điện tích tàn dư.

Nếu người cách điện đối với đất mà chạm vào hai cực thì sẽ có dòng điện đi
qua người:
Trong đó:
U
0
: điện áp tàn dư của đường dây ứng với thời điểm khi chạm vào mạch.
R
ng

: điện trở người.
C
12
: điện dung giữa các dây dẫn của đường dây bị cắt.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
2. Điện dung trong mạch một chiều.

Nếu điện dung C
12
càng lớn thì trị số điện tích tàn dư càng cao và làm dòng
điện duy trì càng lâu và trị số trung bình của dòng điện tác dụng vào người
càng lớn.

Đánh giá sự nguy hiểm của điện tích không những chỉ được đo trị số dòng điện
phóng điện và thời gian phóng điện mà còn ở nhiệt lượng
Q= 0,12CU
2

Nhiệt này đốt nóng thân thể khi chạm vào mạch điện.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
2. Điện dung trong mạch một chiều.

Nếu bỏ qua dòng rò và chỉ kể đến các điện dung C
11
, C
12
, C
22

ta có hiện
tượng sau: Khi người chạm vào mạch thì C
11
và C
22
mắc nối tiếp nhau, ta có:
U
1
/U
2
= C
22
/C
11
. Vì điện dung của các dây dẫn nối với đất thường bằng nhau
C
11
= C
22
nên U
1
=U
2
= U/2. Khi người chạm vào một dây nào đó thì C
11

phóng điện qua người còn C
22
nạp điện.
Mạng điện cách điện đối với đất

có điện dung lớn.
2. Điện dung trong mạch một chiều.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
2. Điện dung trong mạch một chiều.

Vậy qua người có dòng điện chạy qua. Dòng nạp và phóng của C
11
và C
22


đều đi qua điện trở người R
ng
dưới tác dụng của điện áp U/2 và dòng qua
người sẽ là:

Dòng này qua người tồn tại trong một thời gian ngắn.

Với mạng dây cáp dài có U<1000V phải tính đến cả C và điện dẫn của cách
điện.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
3. Điện dung trong mạch xoay chiều.
Mạng điện cách điện đối với đất
có điện dung lớn.
3. Điện dung trong mạch xoay chiều.

Khác với ở mạch một chiều khi người chạm vào một cực của mạng (~0)


Nếu điện dẫn của dây đối với đất bé (R
cđ
= ∞) thì ta chỉ xét điện dung của
dây dẫn đối với đất.

Khi này dòng điện điện dung đi qua người liên tục. Dạng dòng điện phụ thuộc
vào dạng sức điện động, trị số dòng điện phụ thuộc điện dung dây dẫn đối với
đất.

Nếu dây dẫn lớn thì không thể bỏ qua điện trở của nó
Bài tập ứng dụng