Slie Giáo Trình An Toàn Điện

9/3/2013 1
PHẦN 2 : AN TOÀN ĐIỆN
Biên soạn : Nguyễn Quang Thuấn
9/3/2013 2
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
• Chương 4. Xử lý, cấp cứu người bị điện giật
Phần 2. Các biện pháp kỹ thuật an toàn
• Chương 5. Bảo vệ nối đất
• Chương 6. Bảo vệ nối dây trung tính
• Chương 7. Bảo vệ an toàn bằng thiết bị chống dòng điện rò
Chương 8. Các biện pháp an toàn khác
9/3/2013 3
Tài liệu tham khảo
1. GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN VÀ AN TOÀN ĐIỆN
Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
2. TS Nguyễn Đình Thắng, TS Nguyễn Minh Chước
Kỹ thuật an toàn điện - NXB tại chức ĐHBKHN
3. Nguyễn Xuân Phú (Chủ biên)
Kỹ thuật an toàn trong sử dụng và cung cấp điện - NXB
KHKT, 2003
9/3/2013 4
Phần 1. Khái niệm và PTAT trong các mạng điện
Chƣơng 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.TAI NẠN VỀ ĐIỆN
1.1.1. Phân loại tai nạn điện
Các tai nạn điện
Điện giật

Đốt cháy do điện Hoả hoạn cháy nổ do điện
9/3/2013 5
1.1.2. Nguyên nhân dẫn đến tai nạn điện
Chạm vào các phần tử
bình thường có điện áp
Chạm điện gián tiếp Chạm điện trực tiếp
Nguyên nhân dẫn đến tai nạn điện giật
Chạm vào các phần tử bình
thường không có điện áp
Khác
• HQ điện
• Xuất hiện trong
KV điện trường mạnh
9/3/2013 6
tiÕp xóc trùc tiÕp
Ph
N
§Êt
Pha - Trung tÝnh Pha - ®Êt
I
ng
. . . .
9/3/2013 7
Chạm vào thanh cái
9/3/2013 8
Ph
N
Đất
I
ng

. .
TIẾP XÖC GIÁN TIẾP
9/3/2013 9
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%
c. Theo nguyên nhân tiếp xúc điện:
• Trực tiếp: 55,9%
• Gián tiếp: 42,9%
• 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%
9/3/2013 10
1.2. TC DNG CA DếNG IN
a) Tác động về nhiệt: Dũng in chy qua c th ngi gõy bng, phỏt
núng mch mỏu, dõy thn kinh, tim, nóo dn n phỏ hy chỳng hoc lm
ri lon hot ng ca chỳng
b) Tác động điện phân: phân huỷ các chất lỏng trong cơ thể (mỏu )dẫn
đến phá vỡ các thành phần của máu và các mô trong cơ thể.
c) Tác động sinh học: 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 ngi 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 60479-1).
9/3/2013 11
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)
b -c1: probability 0 %
c1 -c2: probability ~ 5 %
c2 -c3: probability ~ 50 %
>c3: probability > 50 %
a
Đường a - Ngưỡng cảm nhận có dòng điện qua người
Đường b - Ngưỡng buông - nhả
9/3/2013 12
Standard IEC 60479-1: Ngƣỡng dòng điện tới hạn
(Critical current thresholds)
Tim ngừng đập
Tim đập mạnh - Ngưỡng RCT
Tê liệt cơ quan hô hấp-Nghẹt thở
Bắt đầu co cơ - Ngưỡng buông nhả
Có cảm giác nhói nhẹ - Ngưỡng cảm nhận
AC
9/3/2013 13

5
?
100
130
Không xác định
Dßng ®iÖn xoay chiÒu: I
cp
= 10 mA
Dßng ®iÖn mét chiÒu: I
cp
= 50 mA
DC
Standard IEC 60479-1: Ngƣỡng dòng điện tới hạn
(Critical current thresholds)
9/3/2013 14
1.3. Phân loại môi trƣờng theo mức độ nguy hiểm về điện
1.3.1. Môi trƣờng nguy hiểm :
- Ẩm ướt ( độ ẩm không khí vượt quá 70% )
- Có bụi dẫn điện
- Nền nhà dẫn điện, nhiệt độ cao
1.3.2 Môi trƣờng đặc biệt nguy hiểm
- Đặc biệt ẩm ướt (bể bơi, bể sục …)
- Có tác dụng hóa học ( có chứa hơi, khí có khả năng phá hủy cách điện)
1.3.3 Môi trƣờng bình thƣờng ( ít nguy hiểm )
- Không thuộc hai thể loại trên

9/3/2013 15
1.4. ĐIỆN ÁP TIẾP XÖC & TỔNG TRỞ CƠ THỂ NGƢỜI
Điện áp tiếp xúc và tổng trở cơ
thể là hai đại lượng dùng để xác

định trị số dòng điện qua người.
1.4.1. Điện áp tiếp xúc U
tx
: Lµ
®iÖn ¸p gi÷a hai ®iÓm trªn đường ®i
cña dßng ®iÖn qua c¬ thÓ người (hay
chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¬ thÓ người
khi người tiÕp xóc ®iÖn) thường lµ
gi÷a tay víi tay hoÆc gi÷a tay vµ
ch©n.
Z
T
= Z
ng
= Z
p
+ Z
i
1.4.2. Tổng trở cơ thể ngƣời:
9/3/2013 16
Z
ng
Điện áp tx
Đường điện
Diện tích,
áp suất
Nhiệt độ
Tình trạng
da
Thời gian đi qua

Các yếu tố ảnh hƣởng tới tổng trở cơ thể ngƣời
Da khô : Zng có thể đạt tới 40.000 Ω đến 100.000 Ω
Da ướt, có tổn thương : Zng giảm tới 600 Ω
9/3/2013 17
1.4.3. Điện áp tiếp xúc cho phép U
txcp
Nhà xƣởng
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
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 Pháp:
• Tiêu chuẩn IEC:
9/3/2013 18
Tình huống : 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?
Trả lời :
Coi dòng điện tản vào trong đất thông qua một bán cầu kim loại
có bán kính r
0
chôn sát mặt đất. Với giả thiết:
• Môi trường chôn điện cực có 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 TƢỢNG DÕNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
9/3/2013 19
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






1.5. HIỆN TƢỢNG DÕNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
9/3/2013 20
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
:
1.5.3. Điện áp tiếp xúc U
tx

 ,
r2
ρ
R
0
d

d
d
I
U
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. HIỆN TƢỢNG DÕNG ĐIỆN TẢN VÀO TRONG ĐẤT
9/3/2013 21
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 ngời đứng cách
chỗ chạm đất trên 20 m có thể coi
điện áp bớc bằng 0.
J


U
d

U
b

u (V)
l (m) l (m)

TBĐ
I
d

a
x
a)(x2
.a.I
a)x(2
.I
x2
.I
U- UU
ddd
axx b





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.
1.5. HIN TNG DếNG IN TN VO TRONG T
9/3/2013 22
2.1. KHÁI NIỆN CHUNG
- Mạng điện đơn giản là mạng điện xoay chiều
một pha hạ áp hay một chiều cả cao áp và thấp
áp.
- Phân loại mạng điện đơn giản
+ Theo điện dung có: Mạng điện dung nhỏ và
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.
Chương 2. PTAT TRONG MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN
9/3/2013 23
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
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 
9/3/2013 24
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


* 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.
U
R
ng

1
2
B
R
0

Z
t

C
A
I
lv

I
lv

9/3/2013 25
2.3. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN
CÓ ĐIỆN DUNG LỚN
2.3.1. Sự nguy hiểm của điện tích tàn dƣ
a. Người chạm vào 2 cực của đường dây đã cắt điện:

12ng
CR
t
ng
0
ng
.e
R
U
i


b. Người chạm vào 1 cực của đường dây đã cắt điện:
)C(2CR
t

ng
0
ng
112ng
.e
2R
U
i


