Giáo trình kỹ thuật điện

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI I/ Các tai nạn, thống kê và phân loại những tai nạn do dòng điện gây ra 1) Các tai nạn về điện - Điện xâm nhập vào mọi hoạt động, đời sống của con người nhưng con người không cảm nhân được bằng giác quan nên không thấy được sự nguy hiểm có thể hay tính mạng con người. - Các tai nạn do dòng điện gây ra: + Điện giật + Đốt cháy do điện + Hoá chất cháy nổ do điện 2) Thống kê và phân loại những tai nạn do điện gây ra: a)Theo cấp điện áp + U ≤ 1000V chiếm khoảng 76,4% + U > 1000 V chiếm khoảng 23,6% b) Theo nghề nghiệp + Thuộc ngành điện 42,2% + Thuộc các ngành khác: 57,8% c) Theo nguyên nhân tiếp xúc điện + Trực tiếp 56% + Gián tiếp 42,8% + Hồ quang điện 1,12% + Chấn thương do điện trường mạnh 0,08% => Tóm lại các nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn về điện: + Trình độ quản lý chưa tốt thuộc về cán bộ + Vi phạm quy trình vể an toàn điện thuộc về công nhân: Dưới đây là những hình ảnh mô tả một phần những nguyên nhân thường xảy ra trong thực tế II/. Các tình huống dẫn đến tai nạn về điện a/. Tiếp xúc trực tiếp Tai nạn dẫn đến do tiếp xúc các bộ phận của cơ thể người với các phần tử mang điện. Khi làm việc với đường dây hay nhiều thiết bị điện người có thể chạm phải: Dây dẫn trần mang điện (1 pha hay nhiều pha), dây điện có vỏ bọc cách điện bị hỏng vỡ, dây điện đứt con người có thể chạm phải. Việc tiếp xúc với dây pha khi đứng trên nền đất (như hình dưới) là rất nguy hiểm, nhưng còn nguy hiểm hơn khi đứng trên môi trường nước (hình minh họa). b/. Tiếp xúc gián tiếp. Tai nạn dẫn đến do tiếp xúc giữa bộ phận cơ thể người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng bất ngờ có sự rò điện do cách điện bị hư hỏng (như vỏ thiết bị, bệ máy …). c/. Điện áp bước. Do dòng điện chạm đất gây lên (nghiên cứu phần sau). III/. Phạm vi xảy ra tai nạn về điện. Các tai nạn vì điện xảy ra ở tất cả các loại mạng điện, nhưng thường xuyên hơn ở mạng hạ áp. Sự nguy hiểm của tai nạn vì điện ở mạng cao áp chủ yếu dẫn đến đốt cháy cơ thể, do dòng điện đi qua cơ thể là rất lớn. IV/. Tác động của dòng điện đối với cơ thể con người. Khi cơ thể chạm vào vật dẫn điện thì sẽ có khả năng chịu sự tổn thương gây ra bởi dòng điện chạy qua. Khi dòng điện chạy qua cơ thể người sẽ gây ra các tác động: Tác động nhiệt gây đốt nóng các mô và môi trường sinh học của cơ thể, dẫn đến sự quá nhiệt của toàn bộ cơ thể và phá huỷ toàn bộ quá trình trao đổi chất. Sự tác động nhiệt học gây bỏng ở các phần khác nhau của cơ thể. Tác động điện phân gây phân huỷ máu, huyết tương và các dung dịch sinh lý khác của cơ thể người dẫn đến sự phá huỷ trầm trọng các thành phần lý hoá của các cơ quan trong cơ thể, làm cho chúng không còn khả năng thực hiện được nhiệm vụ của mình được nữa. Tác động sinh học gây sự khấn khích của các mô và phá huỷ các quá trình nội điện sinh trong cơ thể. V. Các nhân tố ảnh hưởng tới tác động của dòng điện đối với cơ thể con người. Dòng điện đi qua cơ thể con người gây ta những phản ứng sinh lý phức tạp huỷ hoại bộ phận thần kinh điều khiển các giác quan bên trong của con người, làm tê liệt cơ thịt, sưng màng phổi, tê liệt cơ quan hô hấp và tuần hoàn máu, ngưng trệ quá trình lưu thông máu. Tóm lại, tác hại và hậu quả của dòng điện đối với cơ thể con người gây nên trên nhiều mặt nhưng quan trọng nhất là phá huỷ cơ quan tuần hoàn và hô hấp (tim ngừng đập, ngừng thở). a/. Điện trở của người Thân thể người gồm: Da, thịt, xương, máu, thần kinh … tạo thành. Trong đó điện trở của da là lớn nhất mà điện trở của da lại do điện trở của lớp sừng trên da quyết định. Điện trở của người là một đại lượng rất không ổn định không chỉ phụ thuộc vào trạng thái sức khoẻ của cơ thể từng lúc mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh, điều kiện tổn thương …v..v… Điện trở của người có thể thay đổi trong phạm vi từ 600W đến vài chục KW. Giá trị điện trở của người phụ thuộc vào các yếu tố: Da ẩm ướt do tiếp xúc với nước hay do mồ hôi cũng làm cho điện trở người giảm. Diện tích tiếp xúc của da với điện cực tăng lên hay áp lực tiếp xúc tăng lên khiến cho điện trở người giảm. Thời gian tồn tại dòng điện qua người lâu cũng làm cho điện trở của người giải vì da bị đốt nóng sẽ đổ mồ hôi khiến điện trở cách điện của da sẽ giảm. Điện áp qua người tăng cũng làm cho điện trở của người giảm: Với U ≥ 30V thì da người sẽ bị chọc thủng Với U = 250V thì lớp da coi như bị bỏng hết Trong tính toán an toàn điện thì có thể coi điện trở người bằng 1000W. b/. Đường đi của dòng điện. Nếu trên đường đi của dòng điện mà có các cơ quan quan trọng như tim, phổi, não … thì sự nguy hiểm sẽ vô cùng lớn vì chúng sẽ nhận sự tác động trực tiếp của dòng điện. Đường đi của dòng điện cũng có ý nghĩa quan trọng vì lượng dòng điện qua tim hay qua cơ quan hô hấp phụ thuộc vào cách tiếp xúc của người với mạch điện. Các nhà khoa học Liên Xô đã làm thí nghiệm nhiều lần và ghi được các kết quả sau: Tay qua tay: 3,3% dòng điện tổng đi qua tim. Tay phải chân trái: 6,7% dòng điện tổng đi qua tim. Chân chân: 0,4% dòng điện tổng đi qua tim. Phần lớn dòng điện qua tim qua trục dọc mà trục này nằm trên đường từ tay phải đến chân. Tuy nhiên cũng không nên nghĩ dòng điện đi từ chân đến chân là không nguy hiểm vì khi đó các bắp thịt bị co bóp đẫn đến ngã do đó đường đi của dòng điện sẽ thay đổi. c/. Cường độ dòng điện. Giá trị của dòng điện càng cao thì sự nguy hiểm càng lớn. Dòng xoay chiều nguy hiểm hơn dòng 1 chiều. Xét bảng sau: Trị số dòng điện (mA) Tác dụng dòng điện xoay chiều 50 ¸ 60Hz Tác dụng của dòng điện một chiều 0,6 ¸ 1,5 Bắt đầu thấy ngón tay tê Không có cảm giác gì 2 ¸ 3 Ngón tay tê rất mạnh Không có cảm giác gì 3 ¸7 Bặp thịt co lại và rung Đau như kim châm cảm thấy nóng 8 ¸ 10 Tuy đã khó rời khỏi vật có điện nhưng vẫn rời được. Ngón tay, khớp tay, lòng bàn tay cảm thay đau. Nóng tăng lên 20 ¸ 25 Tay không rời khỏi vật có điện, đau khó thở. Nóng càng tăng lên, thịt co quắp lại nhưng chưa mạnh 50 ¸ 80 Cơ quan hô hấp bị tê liệt. Tim bắt đầu đập mạnh Cảm giác nóng mạnh. Bắp thịt cở tay co rút, khó thở 90 ¸ 100 Cơ quan hô hấp bị lê liệt kéo dài 3 giây hoặc dài hơn, tim bị tê liệt đến ngừng đập. Cơ quan hô hấp bị tê liệt Ta có thể phân ra thành các ngưỡng: + Ngưỡng cảm nhận: I ≤ 1,5mA: Trị số tối thiểu mà con người cảm nhận được có dòng điện đi qua người. + Ngưỡng buông thả: I ≤ 10mA: Trị số lớn nhất mà người có thể rời khỏi được nguồn điện. + Ngưỡng rung cơ tim: Là trị số tối thiểu của dòng điện qua cơ thể người gây nên hiện tượng rung cơ tim. Ngưỡng rung cơ tim không chỉ phụ thuộc vào trị số của I mà còn phụ thuộc vào thời gian tác động: Thời gian càn ngắn thì ngưỡng càng cao: I = Với Mng < 50kg I = Với mng =70 T< 0,5s thì ngưỡng rung đạt 500mA d/. Tần số dòng điện: Dưới góc độ nguy hiểm thì tần số 50-60 Hz có mức độ nguy hiểm cao nhất. Tần số cao mức độ nguy hiểm sẽ giảm đi. Cơ chế này có thể tạm giải thích: Lúc đặt điện áp một chiều vào tế bào, các phần tử trong tế bào bị phân thành những Ion khác dấu và bị hút ra ngoài màng tế bào. Như vậy phần tử bị cực hoá và và kéo dài ngẫu cực. Các chức năng sinh vật- hoá học của tế bào bị phá hoại đến mức độ nhất định. Bây giờ nếu đặt nguồn xoay chiều vào thì Ion cũng chạy theo 2 chiều khác nhau ra phía ngoài màng tế bào. Nhưng lúc đó dòng điện do đổi chiều thì chuyển động của Ion ngược lại. Nếu 1 tần số nào đấy của dòng điện, tốc độ Ion đủ để cứ trong 1 chu kỳ chạy ngược 2 lần bề rộng của tế bào thì trường hợp nay ứng với mức độ kích thích nhiều nhất, chức năng sinh vật hoá học của tế bào bị phá hoại nhiều nhất. Với dòng điện có tần số cao thì khi dòng điện đổi chiều ion không kịp đạp vào màng tế bào. Nếu tần số càng tăng lên thì đường đi của ion càng ngắn thì mức độ ảnh hưởng đến tế bào càng ít. Lúc tần số cao thì điện trường không ảnh hưởng đến chuyển động của ion, tế bào không bị kích thích nhiều. e/. ảnh hưởng của nguyên tố thời gian Thời gian tác động càng lâu thì càng nguy hiểm do thời gian tăng làm cho điện trở giảm vì lớp da bị nóng dần, lớp sừng trên da bị tiêu huỷ, vì thế tác hại của dòng điện ddoois với cơ thể người tăng. Khi dòng tác động trong thời gian ngắn thì tính chất nguy hiểm phụ thuộc nhịp đập của tim. Mạch đập của người bình thường 60-80 lần/ phút, một chu kỳ co giãn của tim khoảng 1 giây. Trong đó có khoảng 0,4s tim nghỉ làm việc, oqr thời điểm này tim rất nhạy cảm với dòng điện chạy qua nó. Nếu t > 1s thì thế nào cũng trùng với thời điểm nói trên dẫn đến nguy hiểm. f/. Điện áp Ingười = Ungười Rngười Điện áp qua người càng lớn thì dòng điện qua người càng cao, sự nguy hiểm càng tăng. VI. Điện áp tiếp xúc cho phép Người ta không dùng khái niệm dòng điện an toàn vì dòng điện qua người phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sử dụng khái niệm điện áp cho phép vì mỗi mạng điện đều có 1 điện áp cho phép vì mỗi mạng điện đều có một điện áp nhất định UCPVN = UUPLX = 12V, 36V, 65V phụ thuộc vào môi trường làm việc + U = 12V: Dùng cho môi trường đặc biệt nguy hiểm + U = 36V: Dùng cho môi trường có nguy hiểm cao, môi trường có bụi kim loại + U = 65V: Dùng trong môi trường không có nguy hiểm cao, môi trường làm việc bình thường * Môi trường đặc biệt nguy hiểm - Đặc biệt ẩm ướt (độ ẩm chiếm tới 100%) - Nơi có tác dụng hoá học - Nơi vừa có ẩm ướt vừa có bụi kim loại * Môi trường nguy hiểm cao - Âm ướt (độ ẩm chiếm khoảng 75% trở lên) - Có bụi kim loại dẫn điện * Môi trường có nguy hiểm không cao là môi trường không thuộc loại trên. Câu hỏi ôn tập chương 1 1. Hãy nêu những nguyên nhân, các số liệu thống kê và các tình huống dẫn đến tai nạn điện giật? 2. Hãy phân tích tác dụng của dòng điện đối với cơ thể con người? Nêu các nhân tố ảnh hưởng đến tác dụng của của dòng điện đối với cơ thể con người? 3. Trình bày về những quy định của điện áp cho phaep đối với cơ thể con người, CHƯƠNG II: CẤP CỨU NGƯỜI KHI BỊ ĐIỆN GIẬT I. Khái quát chung Như đã biết mức độ nguy hiểm của nạn nhân khi bị điện giật phụ thuộc rất nhiều vào thời gian dòng điện chạy qua cơ thể con người, vì vậy việc cứu chữa nạn nhân phải được tiến hành hết sức khẩn trương và thận trọng. Tỷ lệ nạn nhân được cứu sống phụ thuộc vào thời gian sơ cứu theo số liệu thống kê như sau: Thời gian, phút 1 2 3 4 5 6 Tỷ lệ cứu sống (%) 98 90 70 50 25 10 Từ số liệu bảng trên, ta thấy thời gian sơ cứu có ý nghĩa sống còn đối với các nạn nhân. Để có thể tiến hành sơ cứu có hiệu quả, trước hết cần phải luôn ở trạng thái sẵn sàng. Tất cả mọi người không trừ một ai đều phải nắm vững các thao tác sơ cứu cơ bản. Nơi làm việc phải có đầy đủ các dụng cụ, phương tiện cứu chữa, tủ thuốc và các phương tiện khác như bảng biểu, tranh ảnh áp phích .v.v. về vấn đề sơ cứu nạn nhân. II. Cách tách nạn nhân ra khỏi nguồn điện 1. Những vấn đề cần lưu ý Thao tác đầu tiên khi cứu nạn nhân bị điện giật là giải phóng họ khỏi mạng điện. Cần lưu ý là người cứu cũng dễ bị nguy hiểm nếu không có biện pháp xử lý thích hợp. Nhất thiết không được chạm trực tiếp vào nạn nhân mà phải tách nạn nhân bằng các vật dụng cách điện. Nếu nạn nhân ở trên cao thì phải có biện pháp đỡ. Trường hợp trời tối thì cần phải chuẩn bị nguồn sáng dự phòng. 2. Giải phóng nạn nhân khỏi mạng điện hạ áp a. Trường hợp có thể cắt mạch điện bằng các thiết bị điều khiển đóng cắt, cần nhanh chóng cắt mạch điện bằng cầu dao hoặc Aptômát gần nhất. b. Trường hợp không thể sử dụng các thiết bị đóng cắt cần: Sử dụng các phương tiện an toàn cá nhân như: ủng cách điện, găng tay cách điện, có thể dùng dìu cán gỗ chặt đứt dây dẫn, hoặc túm tóc, quần áo khô của nạn nhân để lôi ra. 3. Giải phóng nạn nhân ra khỏi mạng điện cao áp Việc tiến hành giải phóng nạn nhân ra khỏi mạng điện cao áp nhất thiết phải dùng các phương tiện an toàn như Sào, ủng, găng tay cách điện .v.v. Có thể dùng các thiết bị ngắt mạch nhân tạo để cắt máy cắt đầu nguồn bằng cách ném lên đường dây 1 đoạn dây dẫn nhưng nhất thiết phải nối đất trước một đầu. Một số các hình ảnh khi tách nạn nhân ra khỏinguồn điện. III. Các phương pháp sơ cứu nạn nhân khi bị điện giật 1. Thao tác ban đầu Sau khi đã giải phóng nạn nhân ra khỏi mạng điện cần nhanh chóng tiến hành áp dụng các biện pháp sơ cứu. Trước hết cần xác định trạng thái của nạn nhân. Nạn nhân cần được đặt xuống ở chỗ khô ráo, thoáng mát nhưng tránh gió, nhanh chóng cởi áo, nới lỏng thắng lưng .v.v. để khỏi cản trở sự hô hấp. Để nạn nhân nằm ngửa và kiểm tra nhịp tim, cơ quan hô hấp, đồng tử mắt, đồng thời nhanh chóng cho gọi bác sỹ hoặc nhân viên y tế. a. Trường hợp nạn nhân chưa mất tri giác, tim còn đập, còn thở: để nạn nhân nằm yên tĩnh, nới rộng quần áo và cho gửi Amoniac. b. Nếu nạn nhân bất tỉnh nhân sự, tim ngừng đập toàn thân co giật: Đưa nạn nhân đến chỗ thoáng mát, nới lỏng quần áo, moi miệng xem có gì vướng không, nhanh chóng tiến hành các thao tác hà hơi thổi ngạt, kết hợp ấn lồng ngực cho đến khi nhân viên y tế đến. Chỉ có nhân viên y tế mới có thể khẳng định nạn nhân đã chết hay còn sống. 2. Các phương pháp hô hấp nhân tạo a) Phương pháp hô hấp nhân tạo kiểu nằm sấp Đặt nạn nhân nằm sấp, mặt nghiêng về một phía. Người cấp cứu ngồi lên mông nạn nhân và quì 2 đầu gối ép vào hai bên sườn nạn nhân, xoè hai bàn tay đặt lên lưng phía dưới xương sườn cụt. Dùng sức nặng toàn thân đưa người về phía trước, ấn hai bàn tây xuống theo nhịp thỏ miệng đếm 1,2,3... đều đặn, rồi lại ngẩng người về phía sau tay không xê dịch... rồi lại ấn theo nhịp 1,2,3... Người cấp cứu phải bình tĩnh, kiên trì làm liên tục đến khi nào nạn nhân tự thở được hoặc có lệnh của các y bác sỹ mới được thôi. b) Phương pháp hô hấp nhân tạo kiểu nằm ngửa Đặt nạn nhân nằm ngửa, lấy quần áo kê dưới lưng, cho đầu hơi ngửa ra phía sau. Một người lấy khăn sạch kéo lưỡi và giữ cho lưỡi khỏi tụt vào. Một người cấp cứu quì hai đầu gối cách xa đầu nạn nhân khoảng 20 đến 30 cm, cầm hai cẳng tay nạn nhân từ từ đưa hai tay lên phía trên đầu sao cho hai bàn tây gần chạm nhau và giữa ở vị trí này 2 đến 3 giây đồng hồ. Rồi đưa tay nạn nhân xuống lấy sức mình ép hai khuỷ tay nạn nhân vào lồng ngực của họ. Cần làm cho thật điều hoà theo nhịp 1,2,3... cho lúc hít vào (đưa tay lên) và 1,2,3 cho lúc thở ra (đưa tay xuống)... Người cứu phải thực hành liên tục cho đến khi nạn nhân tự thở được hoặc có lệnh của y bác sỹ mới được dừng lại. Chú ý: Người bị gãy xương ta không làm theo phương pháp này. c) Phương pháp thổi ngạt Đặt nạn nhân nằm ngửa, đầu hơi ngửa ra phía sau, hai tay ruỗi thẳng. Đặt một miếng gạc lên mồm nạn nhân. Người cứu hít không khí đầy lồng ngực rồi gé mồm thổi mạnh vào mồm nạn nhân (chú ý phải bịt mũi và một tay đỡ cằm) cứ một phút thổi khoảng 10 lần. Trong khi đó một người đứng cạnh làm động tác xoa tim bằng cách lấy hai bàn tay chồng lên nhay và đặt vào lồng ngực bên trái nạn nhân (phía tim) vừa ấn vừa day nhịp nhàng khoảng 60 đến 80 lần trong 1 phút phối hợp việc thổi, cứ ấn 5 -> 6 lần thì thổi 1 lần. Người cứu phải làm liên tục cho đến khi nạn nhân tự thở được hoặc có lệnh của y, bác sỹ mới được dừng lại. Phương pháp hà hơi thổi ngạt có hiệu quả rất cao và hiện được áp dụng rất rộng rãi. Câu hỏi ôn tập chương 2 Nếu các phương pháp tách nạn nhân ra khỏi nguồi điện? Nêu các phương pháp cấp cứu người khi bị điện giật? CHƯƠNG III: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN Các khái niệm về an toàn điện xuất phát từ sự phân tích các hiện tượng nói trên I/ Hiện tượng dòng điện tản vào trong đất Giả sử một thiết bị điện mà vỏ thiết bị điện có nối đất qua một điện cực hình bán cầu bằng kim loại có bán kính ro , điện trở suất của đất tính bằng cm. Khi xảy ra hư hỏng cách điện, dòng điện đi vào đất gọi là Iđ. Do đất có điện trở nên có sự phân áp ở trong đât và trên mặt đất. Lúc này ta có thể coi trường của dòng điện đi trong đất như trường tĩnh điện (là tập hợp của những đường sức và đường đẳng thế giống nhau) Phân tích khảo sát điện trường đi trong đất là phân tích theo định luật ôm dưới dạng vi phân: Hay E = j.p Trong đó: E: Cường độ điện trường trong đất J: Mật độ dòng điện : Diện dẫn suất của mặt đất p: Điện trở suất của đất Xét một lớp đất có bán kính là x, độ dày của lớp đất là dx Mật độ dòng điện tại 1 điểm cách tâm bán cầu là x: Trong đó: Id: Dòng điện chạm đất : Diện tích của lớp đất -> Điện áp trên đoạn vô cùng bé dx đọc trên đường đi của dòng điện: -> Vậy điện áp tại 1 điểm A nào đó và cũng là hiệu số điện áp giữa điểm A và 1 điểm vô cùng xa (có thể xem như bằng 0) Dịch chuyển điểm A lên trên mặt đất (do cùng nằm trên vòng tròn đẳng thế) - Xét tại một điểm A’ lên trên mặt đất cách tâm bán cầu 1 đoạn x Vậy điện áp tại chỗ chạm đất: - Khi đi vào đất dòng điện còn bị đất cản trở, điện trở này gọi là điện trở nối dất hay điện trở phân tán. - Điện trở nối đất là tỷ số giữa điện áp xuất hiện trên vật nối đất với dòng điện chạy qua vật nối đất vào đất Đường cong chỉ sự phân bố điện áp trên mặt đất lúc có chạm đất * Nhận xét - Trong vùng gần 1m có 68% điện áp rơi - Càng xa điểm chạm đát điện áp càng giảm - Ngoài 20m là những điểm có điện áp bằng 0 II. Điện áp tiếp xúc Điện áp tiếp xúc là phần điện áp đặt lên thân người hay có thể xem Utx là hiệu điện thế giữa hai điểm trên đường đi của dòng điện mà người có thể chạm phải. Có hai động cơ mà vỏ của nó được nối đất có điện trở Rđ. trên vỏ động cơ 1 bị chọc thủng cách điện 1 pha. Khi đó vật nối đất và vỏ thiết bị đều mang điện áp đối với đất: Uđ = Iđ.Rđ Iđ: Dòng qua vật nối đất Người chạm vào bất kỳ động cơ nào đều có thể là Uđ Mặt khác có thể chân người Uch phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ chân người đứng đến vật nối đất (khoảng cách càng xa Uch càng giảm) Kết quả là người bị tác dụng bởi hiệu điện thế giữa Uđ và Uch Utx = Uđ = Uch Như vậy điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nối đến vật nối đất và mức độ cân bằng thế. Vì thế của mặt đất càng giảm khi càng xa vật nối đất cho nên ở khoảng cách từ 20 trở lên thì -> Utx = Uđ là lớn nhất: Như vậy, càng xa điểm chạm đất -> Utx càng lớn. Trương hợp chung, chúng ta có thể biểu diễn: Utx = .Uđ - : là hệ số tiếp xúc < 1 III. Điện áp bước UB Điện áp bước là điện áp đặt giữa hai chân người do dòng điện chạm đất gây nên gọi là điện áp bước. Khi có dòng điện chạy trong đất, trong vùng lãnh thổ bán kính khoảng 20m sẽ hình thành điện thế có thể gây nguy hiểm cho con người x: Khoảng cách từ điểm chạm đất đến vị trí cần xét ρ: điện trở suất của đất Iđ: Dòng điện chạy trong đất a: Khoảng cách hai chân người đứng x: Khoảng cách từ điểm chạm đất đến vị trí cần xét Quy định: VN: a = 0,8m Pháp: a = 1m Nhận xét - Càng gần điểm chạm đất UB càng lớn (ngược với UTx) - Càng xa điểm chạm đất UB càng bé. Với x > 20 thì UB = 0 Chú ý: Nếu người đứng gần chỗ chạm đất mà hai chân người đặt trên vòng tròn đẳng thế thì UB = 0 Dòng điện đi qua chân tuy ít nguy hiểm vì nó không đi qua các cơ quan tuần hoàn, hô hấp song cũng không nên cho rằng điện áp bước không nguy hiểm nhưng dưới tác dụng của điện áp bước, nạn nhân sẽ chịu sự co cơ chân và có thể bị ngã, khi đó tuy không còn điện áp bước nữa nhưng lại rơi tình cảnh nguy hiểm hơn thay vì mạch vòng từ chân qua chân sẽ hình thành mạch vòng mới với những đường đi nguy hiểm hơn nhiều tạo nên mối đe doạ chết người thực sự. Nếu chẳng may rơi vào hoàn cảnh đó phải từ từ thoát ra với bước đi nhỏ nhất có thể . Để đảm bảo an toàn cho người, quy trình quy định khi có điểm chạm đất cấm người đến gần điểm chạm với khoảng cách sau: - Từ 4-5m với thiết bị trong nhà - từ 8-10m với thiết bị ngoài trời Bài tập áp dụng: Hãy tính điện áp bước trong trường hợp người vận hành đứng trong vùng có điện, biết vị trí của chân trái và chân phải cách điểm chạm đất tương ứng là 2m và 2,8 m, dòng điện sự cố chạy qua hệ thống nối đất là Iđ = 8,5A, điện trở suất của đất p = 300, Rng = 1000 Bài giải Ta gọi: - Vị trí chân trái cách điểm chạm đất một khoảng x1 = 2m - Vị trí chân phải cách điểm chạm đất một khoảng là x2 = 2,8m Như vậy ta có khoảng cách giữa hai chân người: a = 2,8 – 2 = 0,8m Vậy điện áp bước trong trường hợp này bằng: Câu hỏi ôn tập chương 3 Thế nào là điện áp tiếp xúc? Nêu cách tính điện áp tiếp xúc? Thế nào là điện áp bước? Nêu cách tính điện áp bước? CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN Phân tích an toàn là xác định và đánh giá mức độ nguy hiểm của dòng điện chạy qua có thể người khi họ tiếp xúc với các phần tử mang điện. Tất cả các trường hợp tổn thương vì điện là do dòng điện chạy qua có thể người gây lên. Điện áp giữa 2 điểm của mạng điện mà nạn nhân đồng thời chạm phải gọi là điện áp tiếp xúc. Mức độ nguy hiểm của sự tiếp xúc này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Sơ đồ mạch vòng nơi dòng điện chạy qua cơ thể người, điện áp mang điện, sơ đồ của chính mạng điện và chế độ trung tính của nó (trong thực tế thường sử dụng các loại mạng: một pha một một dây, một pha 2 dây, 3 pha 4 dây trung tính nối đất và mạng 3pha 3 dây TT cách ly), mức độ cách điện của phần tử mang điện so với đất…v..v.. Như ta đã phân tích, các trường hợp dẫn đến tai nạn về điện rất đa dạng, tuy nhiên có thể nêu một số dạng chủ yếu: * Tiếp xúc trực tiếp: - Chạm đồng thời vào 2 pha của mạng điện. - Chạm đồng thời 1 pha và 1 dây trung tính. - Chạm vào 1 dây pha của mạng. - Chạm vào dây nguội của mạng điện đơn giản. * Tiếp xúc gián tiếp - Chạm vào vỏ thiết bị khi xảy ra chạm masses - Rơi vào vùng có điện áp bước I. Phân tích an toàn trong mạng điện đơn giản * Khái niệm: Mạng điện đơn giản là mạng điện 1 chiều hay xoay chiều 1 pha (mạng gồm 2 cực). * Phân loại mạng điện đơn giản: - Theo điện dung thì có mạng điện dung nhỏ và mạng điện dung lớn - Theo chế độ nối đất thì có mạng nối đất và mạng cách điện với đất. - Nếu người đồng thời chạm vào 2 cực của mạng Ing = U: Là điện áp của mạng Ing: Là dòng điện qua người Rng: Là điện trở của người. Trong trường hợp này dòng điện qua người là rất lớn dẫn đến nguy hiểm. Trường hợp chạm vào 2 cực của mạng trên thực tế ít xảy ra, thường là chạm vào một cực và hậu quả của tai nạn thuộc vào trạng thái làm việc của mạng đối với đất. I.1. Mạng điện đơn giản có điện dung nhỏ. 1. Mạng hai dây có cách điện với đất (trung tính cách ly) Trong mạng điện trung tính cách ly, tuy dòng được cách điện với đất nhưng luôn luôn tồn tại một dòng điện rò từ đường dây xuống đất qua 2 điện trở cách điện R1 và R2. Giả thiết điện trở các dây là như nhau R1 = R2 = Rcđ. Ta có sơ đồ của trường hợp này. Dòng điện chạy trong mạch kín được xác định: I0 = - Điện trở tương đương: Rtđ = Giá trị điện áp đặt lên cơ thể người UTX = I0 . Rtđ Dòng điện chạy qua cơ thể người : Ing = Thay giá trị Utx vào ta có: Ing = Thay giá trị Rtđ = vào biểu thức trên => Ing = (nếu R1≠R2 thì Ing=) Nhận xét: Nhìn vào biểu thức trên ta thấy mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào: - Điện áp đặt lên người U - Điện trở của cơ thể người Rng - Điện trở cách điện của mạng : Nếu Rcđ tăng -> Ing sẽ giảm Rõ ràng giá trị dòng điện qua có thể người không chỉ phụ thuộc vào điện trở của cơ thể người mà còn phụ thuộc vào điện trở cách điện của đường dây. Nếu coi trị số an toàn qua cơ thể người là Iatmin thì dưới góc độ an toàn giá trị của điện trở. Cách điện phải là: Rcđ = Chú ý: Với trường hợp người chạm vào 1 pha, pha còn lại bị chạm đất. Khi đó: Ing = Trường hợp này là nguy hiểm nhất giống như chạm vào 2 cực của mạng: * Trong các trường hợp trên chúng ta không xét đến điện trở của nền vì điện trở này thường bé hay không tham gia vào sơ đồ. Tuy nhiên lúc chạm vào 1 cực của mạng điện thì ý nghĩa cách điện của nền nhà là rất quan trọng và phải tính đến. Lúc này dòng điện quá người: Ing = Nếu coi: R1 = R2 = Rcđ => Ing = Rn: Là điện trở của nền 2. Mạng điện một dây Mạng này chỉ có 1 dây (1 pha) - dây còn lại được nối đất hay nó là đường ray (VD: tàu hoả hay tàu điện chạy điện làm việc theo sơ đồ này) Xét trường hợp dưới: Khi đó: Dòng điện qua người: Ing = Trong đó: - R0 là điện trở nối đất - Rn: điện trở của nền - R1 điện trở cách điện của đường dây. Vì R0 ≤ 4 W so với Rng = 1000 W -> Nó quá bé nên coi R0 = 0 => Ing = Nhưng nếu người đứng trên nền đất ướt hay đường ray có điện dần tốt tức là Rn = 0 thì người sẽ chịu 1 điện áp bằng toàn bộ điện áp của mạng -> Vận hành mạng này rất nguy hiểm. Ing = => Ing rất lớn => nguy hiểm Vì vậy phải mắc dây trên cao cách mặt đất, 1 khoảng an toàn hoặc có biện pháp cách ly dây dẫn không nối đất. 3. Mạng hai dây có trung tính nối đất Dây là mạng, thường dùng để cung cấp cho các thiết bị chuyên dụng như máy hàn. Ở mạng này dòng điện làm việc chạy trên cả 2 dây như nhau 3.1. Trường hơp chạm vào dây nối đất: Dòng điện làm việc gây ra độ rơi điện áp trên dây nguội, phụ thuộc vào giá trị điện trở của dây dẫn. Giá trị độ rơi điện áp tải điểm tiếp xúc được xác định theo biểu thức: DUMN = Ilv . RNM Trong đó: Ilv: là dòng làm việc chạy trên dây dẫn phụ thuộc vào công suất của phụ tải. Ilv = Trong đó: - Spt là công suất của p