Điện, điện tử - Bài 3: Phân tích an toàn điện

KHÁI NiỆM CHUNG VỀ HiỆN TƯỢNG ĐiỆN GiẬTNHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY RA TẠI NẠN ĐiỆNCÁC TÁC HẠI CỦA DÒNG ĐiỆNNHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂMĐiỆN ÁP TiẾP XÚC VÀ ĐiỆN ÁP BƯỚCCÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀNKHÁI NIỆM CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG ĐIỆN GIẬT *Khi có dòng điện đi qua cơ thể người thì sẽ gây ra hiện tượng điện giật (electric shock).Hiện tượng điện giật nó sẽ gây nên những hậu quả sinh học làm ảnh hưởng tới các chức năng thần kinh, tuần hoàn, hô hấp hoặc gây bỏng cho người bị tai nạn. Khi dòng điện này đủ lớn (≥ 10 mA) và nếu không được cắt điện kịp thời, người có thể nguy hiểm đến tính mạng.CÁC NGUYÊN NHÂN XẢY RA TAI NẠN ĐIỆN* Do trình độ tổ chức, quản lý công tác lắp đặt, xây dựng, sửa chữa công trình điện chưa tốt.  Tai nạn do chạm gián tiếp, chạm trực tiếp ở cấp điện áp U ≤ 1 kV. . Do vi phạm quy trình kỹ thuật an toàn, đóng điện khi có người đang sửa chữa, thao tác vận hành thiết bị điện không đúng qui trình. Tai nạn do sự phóng điện hồ quang.  Tai nạn xảy ra do “ điện áp bước”.CÁC TÁC HẠI KHI CÓ DÒNG ĐIỆN ĐO QUA NGƯỜI *Khi dòng điện đi qua cơ thể người sẽ gây nên những phản ứng sinh học phức tạp. Mức độ nguy hiểm đối với nạn nhân bị tai nạn điện phụ thuộc nhiều yếu tố như: Thời gian tồn tại.Biên độ dòng điện. Đường đi của dòng điện.Tần số dòng điện.Tình trạng sức khỏe.Điện trở ngườiCÁC TÁC HẠI KHI CÓ DÒNG ĐIỆN ĐO QUA NGƯỜI *CÁC TÁC HẠI KHI CÓ DÒNG ĐIỆN ĐI QUA NGƯỜI* Các giới hạn dòng điện nguy hiểm đối với người như sau:I giới hạn nguy hiểm AC ≤ 10 mA I giới hạn nguy hiểm DC ≤ 50 mA Các giới hạn điện áp nguy hiểm đối với người như sau: U giới hạn nguy hiểm AC  U giới hạn nguy hiểm DC 24 V (ẩm ướt) 50 V (khô ráo) 50 V (ẩm ướt) 80 V (khô ráo)4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂMGiá trị dòng điện đi qua người là yếu tố quan trọng nhất và phụ thuộc vào: - Điện áp mà người phải chịu.- Điện trở của cơ thể người khi tiếp xúc với phần có điện áp. 4.1. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆNKhi giá trị dòng điện vượt quá 50 mA, có thể đưa đến tình trạng chết do điện giật vì sự mất ổn định của hệ thần kinh và sự co giãn của các sợi cơ tim và làm tim ngừng đập.Hô hấp tê liệtNếu kéo dài với t ≥ 3 s tim ngừng đập90 - 100Tay khó rời vật có điện, bắt đầu khó thởTê liệt hô hấp, tim bắt đầu đập mạnh50 – 80Bắp thịt co và rungTay không rời vật có điện, bắt đầu khó thở20 – 25Nóng tăng dầnTay không rời vật có điện8 – 10Đau như bị kim đâmBắp thịt bắt đầu co5 – 7Chưa có cảm giácTê tăng mạnh2 – 3Chưa có cảm giácBắt đầu thấy tê0,6 - 1,5Điện DCĐiện AC (f = 50 – 60 (Hz))Tác hại đối với ngườiIng (mA)4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.2. ĐIỆN ÁP ĐẶT LÊN NGƯỜI Các giới hạn dòng điện nguy hiểm đối với người như sau:I giới hạn nguy hiểm AC ≤ 10 mA I giới hạn nguy hiểm DC ≤ 50 mA Các giới hạn điện áp nguy hiểm đối với người như sau: U giới hạn nguy hiểm AC  U giới hạn nguy hiểm DC 24 V (ẩm ướt) 50 V (khô ráo) 50 V (ẩm ướt) 80 V (khô ráo)4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.3. ĐƯỜNG ĐI DÒNG ĐIỆN QUA NGƯỜIĐường đi dòng điện qua ngườiPhân lượng dòng điện qua tim (%)Từ chân qua chân0.4Từ tay qua tay3.3Từ tay trái qua chân3.7Từ tay phải qua chân6.7Từ bảng trên ta thấy: - Dòng điện đi từ chân qua chân là ít nguy hiểm nhất. - Dòng điện đi từ tay phải qua chân là nguy hiểm nhất với phân lượng dòng điện qua tim là 6,7%. Bởi vì, phần lớn dòng điện đi qua tim theo trục dọc mà trục này nằm nằm trên đường từ tay phải đến chân.4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.4. TẦN SỐ CỦA NGUỒN ĐIỆN* Nguyên nhân:- Khi dòng điện 1 chiều đi vào cơ thể các Ion trong tế bào phân cực tạo thành các Ion tạo dấu bị hút về 2 phía của tế bào tạo thành ngẫu cực nên tác dụng kích thích nhỏ, mức độ nguy hiểm nhỏ. - Khi dòng điện xoay chiều đi vào cơ thể các Ion chạy về 2 phía của tế bào, khi dòng điện đổi chiều hướng chuyển động của các Ion cũng đổi chiều, chuyển động ngược lại. Do đó tác dụng kích thích mạnh, mức độ nguy hiểm tăng. Khi tần số nhỏ các Ion di chuyển ít và khi tần số rất cao dòng điện đổi chiều liên tục các Ion di chuyển được ít nên mức độ nguy hiểm nhỏ. Nguy hiểm nhất là trong 1 chu kỳ Ion chạy được 2 lần bề rộng của tế bào.Bằng thực nghiệm thấy rằng, ở tần số (50-60)Hz là nguy hiểm nhất. ở tần số cao thì sự nguy hiểm điện giật rất ít. Nhưng sự đốt cháy bởi tần số cao lại càng trầm trọng hơn, tức là nguy hiểm về nhiệt cao hơn.Dòng điện xoay chiều nguy hiểm hơn dòng điện một chiều. Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào tần số của dòng điện. 4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.5. TRẠNG THÁI SỨC KHỎE Khi bị điện giật, nếu cơ thể người bị mệt mỏi hay đang trong tình trạng say rượu thì rất dễ xảy ra hiện tượng choáng vì điện (còn gọi là sốc điện). Hiện tượng choáng vì điện nhạy cảm với phụ nữ và trẻ em hơn là nam giới. Với người bị đau tim hoặc cơ thể đang bị suy nhược rất nhạy cảm khi có dòng điện chạy qua cơ thể.4. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.6. ĐiỆN TRỞ NGƯỜITrong đó: - C1, R1 là điện dung và điện trở của lớp da ở vị trí dòng điện Ing đi vào người. - R2 là điện trở trong của người. - C3, R3 là điện dung và điện trở của lớp da ở vị trí dòng điện Ing đi ra.IngIngIngUngHình 1-1: Sơ đồ điện trở của cơ thể người.C1R1R2C3R34. NHỮNG YẾU TỐ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG NGUY HiỂM4.6. ĐiỆN TRỞ NGƯỜIĐể đơn giản điện trở cơ thể người có thể phân thành 2 phần (hình 1-1):+ Điện trở của lớp da: bộ phận quan trọng đối với điện trở của cơ thể người, điện trở người phụ thuộc vào điện trở của lớp sừng ở da dày khoảng (0,050,2)mm, vì lớp sừng da rất khô và có tác dụng như chất cách điện.+ Điện trở của các bộ phận bên trong cơ thể: có giá trị không đáng kể có giá trị khoảng (5701000).Điện trở cơ thể người khi bị điện giật phụ thuộc vào các yếu tố sau:- Điện áp đặt lên người: - Vị trí mà cơ thể tiếp xúc với phần tử mang điện áp:- Diện tích tiếp xúc: - áp lực tiếp xúc: Điều kiện môi trường: - Thời gian dòng điện tác dụng:5. ĐiỆN ÁP TiẾP XÚC VÀ ĐiỆN ÁP BƯỚCHình 1-2: Phân bố điện áp tiếp xúc và điện áp bướckhi dòng điện sự cố chạy vào trong đất.RdUb =Ux-Ux+aUxUx+aIdUdUxUtx=Ud-UxUtx=Udxdx20m5. ĐiỆN ÁP TiẾP XÚC VÀ ĐiỆN ÁP BƯỚCKhi thiết bị có nối đất bị hư hỏng cách điện, khi đó vỏ thiết bị mang điện áp là:Ud = Id. RdNếu người tiếp xúc với một thiết bị được nối đến điện cực và đứng hai chân chụm nhau trên đất, thì dòng điện chạy qua cực tiếp đất này sẽ tạo nên điện áp tiếp xúc (hình 1-2) là:Utx = Ud. UxTrong đó: - Id là dòng điện đi vào trong đất, Rd là điện trở nối đất. - Ux là điện áp tại điểm cách cực nối đất 1 khoảng là x.Từ biểu thức ta thấy: điện áp tiếp xúc càng lớn khi người đứng càng xa cực tiếp đất. Nếu người đứng cách xa vật 20m thì Ux = 0, do đó điện áp tiếp xúc bằng với điện áp của cực tiếp đất Ud.5. ĐiỆN ÁP TiẾP XÚC VÀ ĐiỆN ÁP BƯỚCTrong đó: - a là độ dài của bước chân (0,40,8)m.- x là khoảng cách đến chỗ chạm đất.Điện áp bước bằng 0 khi đứng ở khoảng cách xa hơn 20m hoặc 2 chân đứng trên vòng tròn đẳng thế.CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN ĐIỆN* Sử dụng các thiết bị bảo vệ khi tiếp xúc, sửa chửa điện Dùng các biện pháp tiếp đất bảo vệ kết hợp với các thiết bị như cầu dao chống giật6. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.1. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 1 PHA12URngIngNgười tiếp xúc với hai cực của mạng điệnMạng điện 1 pha có trung tính cách ly so với đấtNgười tiếp xúc với 1 cực của mạng điệna. Sơ đồ lưới điện.b. Sơ đồ thay thế của mạng khi người chạm phải dây12U0Inga)CRcđCRcđ12IngUngRsb)Rcd1Xc1Rcd2Xc2URng6. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.1. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 1 PHAMạng điện 1 pha có trung tính trực tiếp nối đất1USơ đồ mạng điện và thay thế khi người chạm vào dây dẫn 1RcdIngRngI0RsR0H×nh 2-5: M¹ng ®iÖn hai d©y dÉna) Ch¹m ph¶i d©y dÉn 2.b) Sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn vÒ 1 khi lµm viÖc b×nh th­êng.c) Sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn d©y dÉn vÒ 1 khi ng¾n m¹ch t¹i b.2UZpt1a)2IlvZpt1b)bacUb.lv21c)bacUb.N6. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.2. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 3 PHAMạng điện 1 pha có trung tính cách li so với đấtSơ đồ lưới điện thay thế của mạng khi người chạm phải pha 1UIngRcđ123CRcđCRcđCU123URngRcđ11CRcđ21CIngRcđ31C6. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.2. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 3 PHAMạng điện 1 pha có trung tính cách li so với đấtSơ đồ lưới điện khi người tiếp xúc 2 phaUIng1236. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.2. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 3 PHAMạng điện 1 pha có trung tính nối đấtNgười tiếp xúc với một dây dẫn trong mạng 3 pha trung tính trực tiếp nối đất321RngIngR0RsUf6. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.2. AN TOÀN TRONG MẠNG ĐiỆN 3 PHAMạng điện 1 pha có trung tính nối đấtHình 2-9: Mạng điện ba pha trực tiếp nối đất.U1U2U3U0Ung321RngIngR0RdRngIng321U0R0U'1R'dUngOO'U'12136. CÁC BiỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN6.2. AN TOÀN KHI TiẾP XÚC GIÁN TiẾP VỚI VẬTa)b)c)d)UfUNhững khả năng xuất hiện điện áp tiếp xúc.a. Giữa vỏ thiết bị và đất.b. Giữa một phần tử tiếp xúc với vỏ thiết bị và đất.c. Giữa vỏ thiết bị và một phần tử tiếp xúc với đất (nước máy).d. Giữa hai vỏ thiết bị bị sự cố ở hai pha khác nhau.CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN ĐIỆN* Sơ đồ bảo vệ an toàn điện kiểu TTTrung tính MBA nối đấtVõ thiết bị nối đấtDùng áptômát có bảo vệ so lệch