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

17/02/2014
1
LOGOAn toàn là trên hết- safety first
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
1.2. Các loại lưới điện
1.3. Nhận dạng chế độ trung tính
1.1. Phân tích an toàn
 Khái niệm: Phân tích an toàn trong mạng điện là tính toán,
xác định giá trị dòng điện qua người trong các điều kiện
khác nhau mà người có thể tiếp xúc với mạng điện trong quá
trình vận hành lưới điện và thiết bị điện.
17/02/2014
2
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
• Lưới điện 3 pha nối 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
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
dụng điện với dây trung tính.
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.
17/02/2014
3
1.3. Nhận dạng chế độ trung tính
 Các chế độ trung tính
• Chế độ trung tính TT
• 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. Phân tích mạng điện đơn giản
2.1. Khi người chạm vào 2 cực
2.2. Khi chạm vào 1 cực
2.1. Khi chạm vào 2 cực
Mạng điện cách điện đối 
với đất
Mạng điện nối với đất
ng
ng R
UI 
Mạch điện tương đương
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
17/02/2014
4
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
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
2121
1
))(( RRRRRR
URI
chng
ng
2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Dòng điện đi qua người
• Nếu R1 = R2 = Rcđ
Nếu Rcđ càng tốt thì mức độ nguy
hiểm càng giảm
cđchng
ng RRR
UI
)(2
2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Dòng điện đi qua người
• Nếu không có Rch
Dòng điện qua người tăng lên
cđng
ng RR
UI
2
17/02/2014
5
2.2.1.Mạng điện cách điện với đất
 Điều kiện Rcđ cách điện an toàn
• Nếu lấy dòng điện an toàn 10 mA
ng
ngcp
cd
ngcp
cdng
ng
R
I
UR
I
RR
UI
2
2
ngcd RUR 2100 
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Mạng điện 1 dây dẫn
 Mạng điện 2 dây dẫn
 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
Mạch điện tương đương
 Mạng điện 1 dây dẫn
• Dòng điện qua người
• Nếu nối đất tốt thì R0 0 thì
00 ))(( RRRRRR
URI
cđcdchng
cđ
ng
chng
ng RR
UI
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
17/02/2014
6
 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
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
ablvng RIU 
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
 Chạm vào dây dẫn 1 (dây về )
• Khi chạm vào điểm b
• Khi xảy ra ngắn mạch điện áp tại C
Rất nguy hiểm
URIU ablvb %5 
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
2
UUc 
 Chạm vào dây dẫn 2 ( dây đi )
0RRR
UI
chng
ng
2.2.2. Mạng điện có 1 cực hay 1 pha nối đất
Mạch điện tương đương
• Dòng điện chay qua cơ thể người
17/02/2014
7
3. Phân tích mạng điện 3 pha
3.1. Một số khái niệm
3.2. Mạng có trung tính cách điện đối với đất
3.3. Mạng có trung tính nối đất trực tiếp
3.1. Một số khái niệm
 Phân loại thiết bị theo cấp điện áp
• Thiết bị điện có điện áp < 1000 V
• 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
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
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.
17/02/2014
8
3.1. Một số khái niệm
 Các trường hợp tai nạn thường gặp
• Chạm vào 2 hoặc 3 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. 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
3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Trường hợp chung
 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
3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Trường hợp chung
• Dòng điện qua người
Trong đó
• g = 1/R là điện dẫn
• ω = 2лf ; f là tần số nguồn điện
   
2
321
22
321
2
3232
2
2321
)()(
).(.3)(3).(.3)(3
2
.
CCCgggg
CCggCCgggUI
ng
ng
ng


17/02/2014
9
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
cdng
ng RR
UI
3
3
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
2
22
2 )1(9
)6(
1
1
ngcd
ngcdcdng
ng
RCR
RRRR
UI
 
3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Với mạng có điện áp > 1000V
• Giả sử C1 = C2 = C3= C và R1 = R2 = R3 = ∞
• Dòng điện qua người
22 )1(9
3
C
R
UI
ng
ng

3.2.1. Trường hợp chạm vào 1 pha
 Khi chạm vào 1 pha còn pha còn lại chạm đất
• Dòng điện qua người
ng
d
ng R
UI Rất nguy hiểm
17/02/2014
10
3.2.2. Trường hợp chạm vào 2 pha
ng
d
ng R
UI Rất nguy hiểm
 Khi chạm vào 2 pha
 Dòng điện qua người
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
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.
17/02/2014
11
3.3.2. Khi chạm vào 1 pha
 Chạm vào 1 đây pha
• Dòng điện qua người
ng
f
ng R
U
I Rất nguy hiểm
3.3.3. Khi chạm vào 2 pha
 Chạm vào 2 đây pha
• Dòng điện qua người
ng
d
ng R
U
I  Rất nguy hiểm
4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện
 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
4. Ảnh hưởng của điện dung lưới điện
 Dòng điện qua người khi chạm vào hai cực
Trong đó
• 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
120 CR
t
ng
ng
nge
R
UI
17/02/2014
12
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
 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
5. Bài tập
 Bài 1: Một lưới điện 3 pha, có điện áp pha là 220V, trung tính nối đất. Một 
người đứng dưới đất chạm vào 1 pha. Cho Rđế = 0, R0 = 0, Rng = 1000.
Hãy:
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?
17/02/2014
13
5. Bài tập
 Bài 2: Ở mạng điện 3 pha có điện áp 230/400V, một người chạm vào dây 
pha số 3 (line) thông qua một bút thử điện có điện trở bằng 59kΩ, chân đi 
đất. (cho Rng=1000Ω và R0=0Ω)
1. Xác định đường đi của dòng điện chạy qua cơ thể con người?
2. Tính giá trị dòng điện qua người?
3. Dòng điện này có gây nguy hiểm cho người không? Tại sao?
5. Bài tập
 Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Một người chạm vào pha 2 và 3. Cho 
Upha=220V; Rđế=0, R0=0; Rng=1000
1. Vẽ đường đi của dòng điện qua cơ thể con người?
2. Tính giá trị dòng điện chạy qua người ?
3. Tính giá trị R đế cần thiết để dòng qua người nằm trong giới hạn an toàn?
5. Bài tập
Bài 4: Một mạng điện 3 pha bốn dây 230/400V, nguồn lấy từ lưới điện công 
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?
5. Bài tập
Hình vẽ
17/02/2014
14
5. Bài tập
Bài 5: Một xí nghiệp mà chế độ trung tính
tương ứng với sơ đồ trung tính nối đất. Các
máy móc bố trí ở trong phân xưởng được cung
cấp điện với điện áp 230/400V. Hãy xem xét
như ở hình vẽ dưới. Nếu 1 pha của máy 1
chạm mát với một điện trở tiếp xúc là 4. Cho
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?
5. Bài tập
Bài 6: Khi thợ hàn thay que hàn mà tiếp xúc với một dây (dây còn lại 
nối đất) có điện áp bằng điện áp không tải của MBA hàn là 70V.
1. Vẽ đường đi của dòng điện qua cơ thể con người?
2. Tính giá trị dòng điện qua cơ thể con người?
3. Người này có thể bị điện giật chết không? Tại sao? Nếu anh ta mang 
trang bị bảo hộ an toàn như giầy, găng tay khi hàn thì sao?
LOGO