Bài giảng An toàn điện: Chương 2 Phân tích mạng điện theo quan điểm an toàn điện

17/02/2014

An toàn là trên hế
hết- safety first

LOGO

CÁC NỘI DUNG SẼ NGHIÊN CỨU
1. Xác định dòng điện chạy qua cơ thể người
2. Phân tích mạng điện đơn giản
3. Phân tích mạng 3 pha
4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện
5. Ảnh hưởng của trường điện từ

1. Xác định dòng điện chạy qua cơ thể con người

1.1. Phân tích an toàn

1.1. Phân tích an toàn

 Khái niệm: Phân tích an toàn trong mạng điện là tính toán,

1.2. Các loại lưới điện

xác định giá trị dòng điện qua người trong các điều kiện

1.3. Nhận dạng chế độ trung tính

khác nhau mà người có thể tiếp xúc với mạng điện trong quá
trình vận hành lưới điện và thiết bị điện.

1


17/02/2014

1.2. Các loại lưới điện
 Mạng điện đơn giản
• Lưới điện cách điện đối với đất
• Lưới điện có nối đất
 Mạng điện 3 pha
• Lưới điện 3 pha cách điện đối với đất

1.3. Nhận dạng chế độ trung tính
 Chữ thứ nhất: Thể hiện rõ tình trạng
trung tính của lưới điện đối với đất.
• T: được nối với đất
• I: cách điện đối với đất hoặc được
nối với đất qua một tổng trở lớn

• Lưới điện 3 pha nối đất

1.3. Nhận dạng chế độ trung tính
 Chữ thứ hai: Thể hiện rõ tình trạng của vỏ
kim loại của thiết bị sử dụng điện đối với
đất.
• T: nối giữa vỏ kim loại của thiết bị sử
dụng điện với đất
• N: nối giữa vỏ kim loại của thiết bị sử

1.3. Nhận dạng chế độ trung tính

 Chữ thứ ba: liên quan đến mạng điệnTN
• C: dây dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trung
tính N được hỗn hợp hay hòa lẫn vào nhau,
mà người ta thường gọi là PEN
• S: dây dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trung
tính N được tách biệt.

dụng điện với dây trung tính.

2


17/02/2014

1.3. Nhận dạng chế độ trung tính

2. Phân tích mạng điện đơn giản

 Các chế độ trung tính
2.1. Khi người chạm vào 2 cực

• Chế độ trung tính TT

2.2. Khi chạm vào 1 cực

• Chế độ trung tính IT
• Chế độ trung tính TN-C
• Chế độ trung tính TN-S
• Chế độ hỗn hợp TN-C-S

2.1. Khi chạm vào 2 cực

2.2. Khi chạm vào 1 cực
2.2.1. Mạng điện cách điện đối với đất
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất

Mạng điện cách điện đối
với đất

Mạng điện nối với đất

I ng 

U
R ng

Mạch điện tương đương

3


17/02/2014

2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Khi chạm vào 1 pha

Mạch điện tương đương

2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Dòng điện đi qua người

I ng 

UR1
( R ng  Rch )( R1  R 2 )  R1 R 2

 Trong đó
• Rch là điện trở của dày, dép + nền
• Rng là điện trở người
• R1 là điện trở cách điện của dây 1 với đất
• R2 là điện trở cách điện của dây 2 với đất

2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Dòng điện đi qua người
• Nếu R1 = R2 = Rcđ
I ng 

2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Dòng điện đi qua người
• Nếu không có Rch

U
2 ( Rng  Rch )  Rcđ

 Nếu Rcđ càng tốt thì mức độ nguy
hiểm càng giảm

I ng 

U

2 Rng  Rcđ

 Dòng điện qua người tăng lên

4


17/02/2014

2.2.1.Mạng điện cách điện với đất

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất

 Điều kiện Rcđ cách điện an toàn
I ng 

U
 I ngcp
2 R ng  R cd

 R cd 

U
I ngcp

 Mạng điện 1 dây dẫn

 2 R ng

• Nếu lấy dòng điện an toàn 10 mA

R cd  100 U  2 R ng

 Mạng điện 2 dây dẫn

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Mạng điện 1 dây dẫn: là mạng điện chỉ dùng một dây dẫn
để dẫn điện đến nơi tiêu thụ, còn dây còn lại sử dụng các
đường ray, đất, kết cấu sắt thép.

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Mạng điện 1 dây dẫn
• Dòng điện qua người
I ng 

URcđ
( Rng  Rch )( Rcd  R0 )  Rcđ R0

• Nếu nối đất tốt thì R0 0 thì
Mạch điện tương đương

I ng 

U
Rng  Rch

5


17/02/2014

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Mạng điện 2 dây dẫn

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Chạm vào dây dẫn 1 (dây về )
• Điện áp đặt lên người

Ung  Ilv Rab
 Trong đó
• Ung là điện áp tại điểm tiếp xúc
• Ilv là dòng điện làm việc
• Rab là điện trở của đoạn dây dẫn ab

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Chạm vào dây dẫn 1 (dây về )

2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Chạm vào dây dẫn 2 ( dây đi )

Mạch điện tương đương

• Khi chạm vào điểm b

Ub  Ilv Rab  5%U
• Khi xảy ra ngắn mạch điện áp tại C

Uc 
 Rất nguy hiểm

U

2
• Dòng điện chay qua cơ thể người
I ng 

R ng

U
 R ch  R 0

6


17/02/2014

3. Phân tích mạng điện 3 pha
3.1. Một số khái niệm

3.1. Một số khái niệm
 Phân loại thiết bị theo cấp điện áp

3.2. Mạng có trung tính cách điện đối với đất

• Thiết bị điện có điện áp < 1000 V

3.3. Mạng có trung tính nối đất trực tiếp

• Thiết bị điện có điện áp > 1000 V

3.1. Một số khái niệm
 Trung tính máy biến áp

• Trung tính không nối với thiết bị nối đất
hoặc nối qua thiết bị để bù dòng điện

3.1. Một số khái niệm
 Dây trung tính: là dây nối với điểm trung tính trực tiếp
nối đất, sử dụng làm dây ngược khi phụ tải các pha không
đều nhau.

điện dung trong mạng gọi là trung tính
cách điện đối với đất.
• Trung tính nối trực tiếp với thiết bị nối
đất hoặc qua một điện trở nhỏ gọi là
trung tính trực tiếp nối đất

7


17/02/2014

3.1. Một số khái niệm
 Các trường hợp tai nạn thường gặp
• Chạm vào 2 hoặc 3 pha

3.2. Mạng điện trung tính cách điện với đất
3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
3.2.2. Trường hợp chạm vào 2 pha

• Chạm vào 1 pha
• Chạm vào vật không dẫn điện nhưng
khi có sự cố dẫn điện

• Bị tác dụng của điện áp bước
• Tổn thương do hồ quang điện

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Trường hợp chung

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Trường hợp chung
• Dòng điện qua người
I ng 

 Trong đó
• U là điện áp pha
• C1, C2, C3 là điện dung các pha đối với đất
• R1, R2, R3 là điện trở các pha đối với đất
• Rng là điện trở của người

U.gng
2

3(g  g ) 
1

2

 
2



3. .(C3  C2 )  3( g2  g3 )  3. .(C2  C3 )
(gng  g1  g2  g3 ) 2  2 (C1  C2  C3 ) 2

2

 Trong đó
• g = 1/R là điện dẫn
• ω = 2лf ; f là tần số nguồn điện

8


17/02/2014

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Mạng có điện áp < 1000V
• Mạng có điện dung bé
- Giả sử C1 = C2 = C3= 0 và R1 = R2 = R3 =Rcd
- Dòng điện qua người
3U
I ng 
3Rng  Rcd

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Với mạng có điện áp > 1000V

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Với mạng có điện áp < 1000V
• Mạng có điện dung lớn
- Giả sử C1 = C2 = C3= C và R1 = R2 = R3 = Rcd

- Dòng điện qua người
I ng 

U
Rng

1
1

Rcd (Rcd  6Rng )
2
9(1  Rcd2  2C2 )Rng

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Khi chạm vào 1 pha còn pha còn lại chạm đất

• Giả sử C1 = C2 = C3= C và R1 = R2 = R3 = ∞
• Dòng điện qua người
I ng 

3U
1
2
9Rng
 ( )2
C

• Dòng điện qua người
I ng 

Ud
Rng

Rất nguy hiểm

9


17/02/2014

3.2.2. Trường hợp chạm vào 2 pha
 Khi chạm vào 2 pha

3.3. Mạng điện trung tính nối với đất trực tiếp
3.3.1. Ý nghĩa của nối đất trung tính
3.3.2. Khi chạm vào 1 pha
3.3.3. Khi chạm vào 2 pha

 Dòng điện qua người
I ng 

Ud
Rng

Rất nguy hiểm

3.3.1. Ý nghĩa của việc nối đất trung tính
 Triệt tiêu hay hạn chế điện áp dư đến mức
an toàn khi có hiện tượng lệch pha.
 Có ưu điểm kinh tế trong tính toán đường

dây tải điện

3.3.1. Ý nghĩa của việc nối đất trung tính
 Giảm bớt nguy hiểm do chạm đất gây
nên, giữ cho điện áp của các dây pha đối
với đất không tăng cao lúc xảy ra chạm
đất.
 Khi xảy ra chạm đất sẽ đưa đến ngắn
mạch 1 pha → thiết bị bảo vệ cắt mạch
điện.

10


17/02/2014

3.3.2. Khi chạm vào 1 pha
 Chạm vào 1 đây pha

 Chạm vào 2 đây pha

• Dòng điện qua người
I ng 

U

f

R ng

3.3.3. Khi chạm vào 2 pha

• Dòng điện qua người
Rất nguy hiểm

4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện

I ng 

U d
R ng

 Rất nguy hiểm

4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện
 Dòng điện qua người khi chạm vào hai cực

 Khi cắt đường dây ra khỏi lưới điện →
Điện áp do điện dung trên đường dây
• Thông số của mạch điện U, f
• Thời điểm cắt mạch

 Trong đó

I ng

U0

e
R ng

t
R ng C 12

• U0 điện áp dư trên đường dây ngay thời điểm chạm vào
mạch điện
• Rng điện trở người
• C12 điện dung giữa các đường dây dẫn của đường dây đã
cắt

11


17/02/2014

4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện
 Mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua người và thời gian

4. Ảnh hưởng của trường điện từ
 Khi một dây dẫn có điện áp U sẽ tích lũy điện
tích → Hiện tượng cảm ứng điện từ → sinh ra
điện áp trên dây cô lập đặt gần nó
 Khi một dây dẫn có dòng điện I chạy qua thì
sẽ sinh ra một trường điện từ xung quanh →
sinh ra một suất điện động trên vật dẫn đặt
trong từ trường của nó

4. Ảnh hưởng của trường điện từ

5. Bài tập

 Khi một dây dẫn có điện áp U sẽ tích lũy điện

 Bài 1: Một lưới điện 3 pha, có điện áp pha là 220V, trung tính nối đất. Một

tích → Hiện tượng cảm ứng điện từ → sinh ra

người đứng dưới đất chạm vào 1 pha. Cho Rđế = 0, R0 = 0, Rng = 1000.

điện áp trên dây cô lập đặt gần nó

Hãy:

 Khi một dây dẫn có dòng điện I chạy qua thì
sẽ sinh ra một trường điện từ xung quanh →

1. Vẽ đường đi của dòng điện qua cơ thể con người?
2. Tính dòng điện chạy qua con người?
3. Tính R đế cần thiết để dòng qua người nằm trong giới hạn an toàn?

sinh ra một suất điện động trên vật dẫn đặt
trong từ trường của nó

12


17/02/2014

5. Bài tập

5. Bài tập

 Bài 2: Ở mạng điện 3 pha có điện áp 230/400V, một người chạm vào dây

 Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Một người chạm vào pha 2 và 3. Cho

pha số 3 (line) thông qua một bút thử điện có điện trở bằng 59kΩ, chân đi

Upha=220V; Rđế=0, R0=0; Rng=1000

đất. (cho Rng=1000Ω và R0=0Ω)

1. Vẽ đường đi của dòng điện qua cơ thể con người?

1. Xác định đường đi của dòng điện chạy qua cơ thể con người?

2. Tính giá trị dòng điện chạy qua người ?

2. Tính giá trị dòng điện qua người?

3. Tính giá trị R đế cần thiết để dòng qua người nằm trong giới hạn an toàn?

3. Dòng điện này có gây nguy hiểm cho người không? Tại sao?

5. Bài tập
Bài 4: Một mạng điện 3 pha bốn dây 230/400V, nguồn lấy từ lưới điện công

5. Bài tập
Hình vẽ

cộng (chế độ trung tính nối đất) như hình dưới. Cho biết Rđ= 20, R0=0.
Tất cả các hộ tiêu thụ điện hay thiết bị sử dụng điện trong gia đình đều ở
trạng thái không làm việc. Sau đó người ta thực hiện các thử nghiệm sau
đây:
1. Người ta mắc 1 bóng đèn 230V công suất 150W giữa một dây pha và dây
trung tính. Đèn có sáng không? Tại sao?
2. Người ta mắc bóng đèn tròn giữa dây trung tính và đất. Đèn có sáng
không? Tại sao?
3. Người ta mắc bóng đèn giữa dây pha và đất. Đèn có sáng không? Tại sao?

13


17/02/2014

5. Bài tập

5. Bài tập

Bài 5: Một xí nghiệp mà chế độ trung tính

Bài 6: Khi thợ hàn thay que hàn mà tiếp xúc với một dây (dây còn lại

tương ứng với sơ đồ trung tính nối đất. Các

nối đất) có điện áp bằng điện áp không tải của MBA hàn là 70V.

máy móc bố trí ở trong phân xưởng được cung

1. Vẽ đường đi của dòng điện qua cơ thể con người?

cấp điện với điện áp 230/400V. Hãy xem xét

2. Tính giá trị dòng điện qua cơ thể con người?

như ở hình vẽ dưới. Nếu 1 pha của máy 1

3. Người này có thể bị điện giật chết không? Tại sao? Nếu anh ta mang

chạm mát với một điện trở tiếp xúc là 4. Cho

trang bị bảo hộ an toàn như giầy, găng tay khi hàn thì sao?

Rđ=30 Ω và R0=10 Ω
1. Dòng điện rò sẽ là bao nhiêu?
2. Khi người chạm vào máy 1 này thì người phải chịu điện áp là bao
nhiêu?

LOGO

14