Bài giảng An toàn công nghệp và thiết kế xưởng

+ Màn chắn + Các phương tiện bảo hộ phụ trợ + Thời gian và khoảng cách an toàn + Chống ảnh hưởng của tia laser THÁI NGUYÊN 7-2013 35 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Chương 5. Kỹ thuật an toàn điện 5.1 Tác động của dòng điện với cơ thể người. + Thống kê tai nạn điện Dạng chấn thương % Trình độ nạn nhân % Môi trường lao động % Địa điểm Chấn thương 36 Đủ trình độ 50 Lắp đặt, hiệu chỉnh 23 Xưởng 45 Bỏng 42 Thiếu trình độ 20 Sửa chữa 47 Công trường 10 Điện giật 32 Không liên quan đến điện 30 Việc khác 30 Nơi khác 43 Những người có trình độ hiểu biết về điện thường phải tiếp xúc nhiều với thiết bị điện nên xác suất bị tai nạn cao hơn. + Tác động của dòng điện có thể dẫn đến ngừng hoạt động của các hệ thống tuần hoàn máu, hệ thống hô hấp và hệ thần kinh. Điều đó thường dẫn đến tử vong. + Chết sinh học và chết lâm sàng: Chết sinh học là chết thực không còn khả năng cứu vãn. Chết lâm sàng là quá trình quá độ sống tới chết; xuất hiện từ thời điểm ngừng hoạt động của tim và phổi. Người đang trong tình trạng chết lâm sàng mất hết các dấu hiệu của sự sống: ngừng thở, tim ngừng đập, đồng tử mắt dãn, không phản ứng. Tuy nhiên sự sống chưa hoàn toàn tắt hẳn còn có thể cứu được. Thời gian chết lâm sàng vài phút 4-7 phút, của người lớn kéo dài hơn của trẻ em. + Các nguyên nhân dẫn đến tử vong do dòng điện: 1 hoặc cả 2, 3 khả năng sau: tử vong do ngừng hệ thống hô hấp, do ngừng hệ thống tuần hoàn, do sốc điện. Sốc điện là sự phản ứng phản xạ thần kinh nặng của cơ thể khi có sự kích thích mạnh của dòng điện dẫn đến rối loạn các hệ thống tuần hoàn hô hấp và các quá trình trao đổi chất. Trạng thái sốc điện từ vài phút đến vài ngày. + Các tình huống dẫn đến tai nạn điện: Tiếp xúc trực tiếp, gián tiếp, điện cao áp, điện áp bước,... + Các loại chấn thương do dòng điện gây ra: − Bỏng điện: Là dạng chấn thương nguy hiểm trầm trọng. Vết bỏng xuất hiện tại vị trí của cơ thể tiếp xúc với phần kim loại dẫn điện THÁI NGUYÊN 7-2013 36 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá hoặc hồ quang điện. Vết thương bỏng điện khó chữa hơn so với các vết bỏng nhiệt khác. − Bỏng mạ kim: Thể hiện trên vết bỏng các các phần tử kim loại cực nhỏ, bị nóng chảy dưới tác động của hồ quang điện. Nạn nhân rất khó chịu vì sự căng da do có sự hiện diện của vật lạ và chịu đau đớn từ vết bỏng do kim loại nóng chảy gây ra. Hiện tưởng bỏng mạ kim chiếm 10% trong số các nạn nhân. − Chấn thương cơ học: xuất hiện do kết quả của sự co rút cơ một cách đột ngột và mãnh liệt dưới tác động của dòng điện chạy qua cơ thể người. Kết quả dẫn đến sự đứt da đứt mạch máu, mô thần kinh, trẹo hoặc gẫy xương. − Lóa điện: Hiện tượng viêm màng mắt do tác động của tia tử ngoại mạnh gây nên sự biến đổi hoá học của các tế bào, hiện tượng phát xạ tia tử ngoại xuất hiện khi tiếp xúc với hồ quang điện mà không có bảo vệ. − Dấu điện: Sự xuất hiện vết nâu hay vàng nhạt hình tròn hay ô van lõm sâu ở giữa đôi khi ở dạng trầy da, dập thương, mụn cơm, xuất huyết da, chai da. Dấu điện không nguy hiểm chiếm khoảng 20% nạn nhân vì điện. + Sự tác động ban đầu của dòng điện đến cơ thể phụ thuộc: − Loại dòng điện − Tần số dòng điện − Cường độ dòng điện Ảnh hưởng của cường độ dòng điện xoay chiều đi qua cơ thể người 1A 75mA 30mA 10mA 0.5mA Tim ngừng đập Ngưỡng co cơ tim Ngưỡng tê liệt hệ thống hô h ấp Ngưỡng co cơ bất khả hồi Ngưỡng cảm giác nhẹ 130mA Không xác định 2mA Ngưỡng rối loạn nhịp tim Ngưỡng co cơ bất khả hồi Ngưỡng cảm nhận THÁI NGUYÊN 7-2013 37 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá − Thời gian tác động của dòng điện Thời gian tác động càng dài càng nguy hiểm. − Điện trở cơ thể người Điện trở da (tay) Điện trở nội tạng cơ thể Điện trở da (chân) − Điện áp tiếp xúc Tỷ lệ tổn thương không phụ thuộc tuyến tính vào giá trị điện áp. Điện áp an toàn 12V-24V. Tuy nhiên có thể nói không tồn tại 1 điện áp an toàn tuyệt đối. − Đường đi của dòng điện Trên đường đi của dòng điện mà có các cơ quan quan trọng như tim, phổi, não,... thì sự nguy hiểm sẽ càng lớn vì chúng chịu tác động trực tiếp của dòng điện. − Trạng thái sức khoẻ và tâm lý Người khoẻ mạnh sẽ chịu ảnh hưởng cuả dòng điện ít hơn người ốm yếu dênsức khoẻ, trạng thái tâm lý cũng có ảnh hưởng đến điện trở của người. − Trình độ học vấn Người có kiến thức về điện, an toàn điện sẽ thường chịu hậu quả ít hơn so với người không có kiến thức và không am hiểu do kém bình tĩnh, xử lý không chính xác đúng đắn như người có kiến thức. + Cấp cứu nạn nhân bị điện giật: Tỷ lệ nạn nhân được cứu sống phụ thuộc rất nhiều vào thời gian sơ cứu theo số liệu thống kê Thời gian (phút) 1 2 3 4 5 6 Tỷ lệ cứu sống % 98 90 70 50 25 10 + Giải phóng khỏi nguồn điện o Giải phóng khỏi nguồn hạ áp: Tận dụng các vật cách điện đủ để cách ly điện áp như gỗ khô, sách báo khô, túi nilon, vải khô,...để ngăn cách với người bị nạn để tách họ ra khỏi nguồn, tắt cầu dao chung. THÁI NGUYÊN 7-2013 38 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá o Với mạng điện cao áp: Nhất thiết phải có các dụng cụ chuyên dùng hoặc làm ngắn mạch để tắt nguồn. + Gọi bác sĩ, xe cấp cứu + Sơ cứu o Nếu nạn nhân chưa mất tri giác tim còn đập, còn thở. Để nạn nhân nằm yên tĩnh, nới rộng quần áo, cho ngửi amoniac. o Nếu nạn nhân bất tỉnh nhân sự, tim ngừng đập, toàn thân co giật: Đưa đến chỗ thoáng mát, nới lỏng quần áo, moi miệng xem có vướng? kết hợp hà hơi thổi ngạt, ấn lồng ngực cho đến khi nhân viên y tế đến. Chỉ có nhân viên y tế mới có thể khẳng định nạn nhân còn sống không. + Hô hấp nhân tạo 5.2 Phân tích an toàn trong các mạng điện. + Phân tích an toàn điện là xác định và đánh giá dòng điện chạy qua cơ thể người khi họ tiếp xúc với các phần tử mang điện. + Tất cả các trường hợp thương tổn vì điện là do dòng điện chạy qua cơ thể người gây nên. + Điện áp giữa hai 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 mạng, mức độ cách điện của các phần tử mang điện so với đất, sơ đồ của chính mạng điện và chế độ trung tính của nó (trong thực tế thường sử dụng các loại mạng điện 1 pha 1 dây, 1 pha 2 dây, 3 pha 4 dây trung tính nối đất và 3 pha 3 dây trung tính cách ly. Hai dạng tiếp xúc điện: o Tiếp xúc trực tiếp: − Chạm đồng thời vào hai pha của mạng điện − Chạm đồng thời 1 pha và 1 dây trung tính − Chạm vào 1 dây pha của mạng điện − Chạm vào 1 dây nguội của mạng điện đơn giản. o Tiếp xúc gián tiếp: − Chạm vào vỏ thiết bị khi xảy ra chạm mass. − Rơi vào vùng có điện áp bước. Chế độ trung tính và chế độ nối đất: Trung tính: (Neutral) điểm nối chung của 3 cuộn dây máy phát và máy biến áp ở sơ đồ đấu hình sao. Có 3 chế độ trung tính: + Trung tính cách ly với đất. + trung tính nối đất và THÁI NGUYÊN 7-2013 39 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá + trung tính nối đất qua điện trở. Để bảo vệ an toàn khi tiếp xúc với thiết bị các phần tử kim loại binhg thường không mang điện được nối đất gọi là nối đất bảo vệ. Các phần tử kim loại bình thường không mang điện cũng có thể được nối dây trung tính để tăng cường sự bảo vệ. Theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 364-3/VĐE 0100 có các dạng sơ đồ nối dây trung tính và nối đất như sau: Chế độ nối trung tính và nối đất Giải thích ký hiệu Sơ đồ TN Theo sơ đồ này điểm trung tính được nối đất, vỏ thiết bị được nối với dây trung tính. T: Terrene Nối đất trực tiếp N: Neutral Nối vỏ thiết bị với dây không trong hệ trung tính nối đất PE: Protect Earth Dây nối đất bảo vệ L1L2L3: các dây pha Sơ đồ TT Theo sơ đồ TTcả điểm trung tính và vỏ thiết bị đều được nối đất, các hệ thống nối đất độc lập với nhau. T thứ nhất: Nối điểm trung tính của nguồn T thứ 2: Nối vỏ thiết bị với hệ thống nối đất độc lập với hệ thống nối đất của nguồn Sơ đồ IT I: Isolation: trung tính được cách ly với đất hoặc nối đất qua điện trở T: Nối vỏ thiết bị với đất độc lập với hệ thống nối đất của nguồn. 1-Dây nối đất 2-Vỏ thiết bị 3-điện trở. THÁI NGUYÊN 7-2013 40 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá − Sơ đồ 4 dây trung tính nối đất có ưu thế kinh tế hơn so với sơ đồ 3 dây vì cho phép sử dụng cả hai loại điện áp dây và điện áp pha. Sơ đồ 4 dây có thể cung cấp cho các thiết bị động lực và thiết bị chiếu sáng. − Sơ đồ 3 dây chỉ có thể cung cấp cho các thiết bị động lực vì các thiết bị chiếu sáng chủ yếu chỉ cung cấp bởi điện áp pha. Với sơ đồ IT: Khi xảy ra sự cố chạm mass thứ nhất thì giá trị dòng điện qua vỏ thiết bị rất nhỏ và mạch điện vẫn có thể làm việc bình trường trong một khoảng thời gian nhất định, nếu có chạm vào vỏ máy thì cũng không nguy hiểm đáng kể vì giá trị điện áp tiếp xúc nhỏ (trừ trường hợp nếu điện dung của đường dây lớn). Nhưng khi đó điện áp hai pha không bị sự cố tăng lên căn 3 (≈1.7) lần tức là chuyển thành điện áp dây. Điều này đòi hỏi phải tăng vốn đầu tư vì cách điện của mạng điện trung tính cách ly phải được tính với điện áp dây. Khi có sự cố chạm mass thì sẽ dẫn đến sự nguy hiểm thực sự. Do đó phải nhanh chóng khắc phục sự cố thứ nhất để không cho trường hợp thứ hai xảy ra. Với sơ đồ TN và TT: Khi xảy ra sự cố chạm mass, điện áp tiếp xúc đạt giá trị rất lớn nên rất nguy hiểm. Để bảo vệ an toàn thiết bị cần phải được cắt ra khỏi nguồn. SO SÁNH: Ở chế độ sự cố mạng điện có trung tính nối đất ít nguy hiểm hơn so với mạng điện có trung tính cách ly vì điện áp của các pha lành không tăng nhiều như ở trường hợp mạng điện trung tính cách ly. Nhược điểm của mạng trung tính cách ly là khả năng nguy hiểm do dòng điện dung khi chiều dài đường dây lớn trong khi nguy hiểm này đối với mạng trung tính nối đất thì không có. Ở mạng trung tính nối đất có trang bị bảo vệ nối dây trung tính, khi có ngắn mạch chạm mass, thiết bị sẽ bị cắt khỏi nguồn. Do ảnh hưởng của dòng ngắn mạch lớn nguy cơ gây cháy và quá nhiệt lớn, làm ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng của cách điện. Nếu việc lựa chọn dòng điện cắt không hợp lý có thể dẫn đến nguy hiểm do hoả hoạn. Mạng điện trung tính cách ly được áp dụng khi có sự cung cấp điện ổn định theo thời gian nếu có khả năng đáp ứng được mức độ cách điện cao chiều dài đường dây không lớn nguy cơ tiếp xúc một pha cao. Mạng điện trung tính nối đất áp dụng khi có khó khăn trong việc đảm bảo mức cách điện cao do độ ẩm, môi trường có hại mạng điện có chiều dài lớn, mạng điện sử dụng cho hai cấp điện áp pha và điện áp dây. THÁI NGUYÊN 7-2013 41 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá So sánh các sơ đồ nối đất và trung tính Chỉ tiêu TN TT IT Sơ đồ nối Trung tính nguồn được nối đất, vỏ thiết bị nối với dây 0. Cả điểm trung tính nguồn và vỏ thiết bị đều nối đất Điểm trung tính của nguồn cách ly hoặc nối đất qua điện trở, vỏ thiết bị nối đất Nguyên lý Điện áp tiếp xúc sẽ được hạn chế bởi điện trở nhỏ của hệ thống nối đất nên đảm bảo an toàn khi có sự tiếp xúc Dòng điện sự cố chạy trong mạch vòng gồm nối đất nguồn và nối đất thiết bị bảo vệ. Ở lần sự cố chạm mas đầu tiên điện áp tiếp xúc không gây nguy hiểm. Khi có sự cố thứ 2 dòng điện có giá trị lớn và bảo vệ được thực hiện như với sơ đồ TN Điều kiện Dòng sự cố lớn hơn dòng khởi động của bảo vệ ứng với thời gian cắt tiêu chuẩn Ik>Ia Utx<Ucp Vỏ của tất cả các thiết bị bảo vệ bởi một RCD cần được nối đất với cùng một hệ thống Utx: U tiếp xúc Ucp: U cho phép Ưu điểm Khi có ngắn mạch chạm mass nguồn sẽ ngắt Cắt ngay lần sự cố đầu tiên Không cần có nhân viên trình độ cao Mở rộng và phát triển thiết bị dễ dàng Lý tưởng với điện trở nối đất xấu Cấp điện ổn định Ở chế độ sự cố lần đầu ít nguy hiểm hơn Nhược điểm Dòng ngắn mạch lớn Cần tính toán và hiệu chỉnh chính xác hệ thống nối đất Khi phát triển cần tính toán lại Cung cấp điện không liên tục Cần phải đi kèm thiết bị tự động cắt bảo vệ tốn kém Điện áp pha lành tăng cao, yêu cầu cách điện lớn Có nguy hiểm do dòng điện dung Cần có chuyên gia xử lý sự cố nhanh chóng THÁI NGUYÊN 7-2013 42 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Cần có thiết bị giám sát cách điện thường xuyên Phạm vi áp dụng Áp dụng ở những nơi khó khăn về cách điện, tổng chiều dài đường dây mạng điện lớn, sử dụng 2 cấp điện áp Mạng điện sinh hoạt hạ áp Ở những nơi cần cung cấp điện ổn định, mạng điện có tổng chiều dài đường dây không lớn, nguy cơ tiếp xúc 1 pha cao. Tiếp xúc trực tiếp Tiếp xúc gián tiếp Chạm một cực Chạm hai cực Dây nguội Dây pha M ạn g ha i d ây M ạn g 4 dâ y C hế đ ộ IT C hế đ ộ TN v à TT Sự cố hỏng cách điện thứ nhất Sự cố hỏng cách điện thứ hai Chế độ IT Chế độ TT và TN Không nguy hiểm lắm aa Nguy hiểm a Khá nguy hiểm Tất cả các chế độ TT, TN, IT Phân tích an toàn của mạng điện CÁC TRƯỜNG HỢP TIẾP XÚC • Chạm 2 cực của mạng điện xoay chiều 3 pha − Chạm vào 2 dây pha − Chạm vào 1 dây pha và 1 dây trung tính • Chạm 1 dây pha của mạng xoay chiều trung tính nối đất • Chạm 1 dây pha của mạng xoay chiều 3 pha trung tính cách ly − Chế độ bình thường, bỏ qua điện dung − Chế độ bình thường, có tính đến điện dung − Chế độ sự cố. THÁI NGUYÊN 7-2013 43 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá • Chạm 1 dây của mạng điện 2 dây có trung tính cách ly Trong mạng điện này tuy đường dây được cách điện với đất nhưng luôn tồn tại 1 dòng điện rò từ đường dây xuống đất qua điện trở cách điển R1 và R2. Giả sử R1 = R2 = Rcd. • Chạm vào dây nguội của mạng điện 2 dây có trung tính nối đất • Mạng điện có điện dung lớn Mạng điện này thường là loại mạng điện cao áp hoặc đường dây cáp. Ở các mạng này mặc dù đã được cắt nguồn nhưng sự có mặt của điện dung tạo nên điện áp dư, khi đó chạm vào dây dẫn vẫn có thể nguy hiểm. Giả sử điện dung giữa các dây dẫn với đất là như nhau: C11=C22. Dòng điện chạy qua cơ thể người khi chạm vào 1 cực dây dẫn mới cắt nguồn là )2( 1 0 1112 2 CCR ng ng nge R UI + − = Dòng điện chạy qua người khi chạm vào hai cực là 12 1 0 CR ng ng nge R UI − = trong đó: U0 là điện áp tàn dư sau khi cắt nguồn C12 điện dung giữa các dây dẫn. SỰ NGUY HIỂM CỦA TIẾP XÚC GIÁN TIẾP • Trong sơ đồ TT Rc = 5Ω Rb = 40Ω Ra = 20Ω Giá trị dòng điện khi có ngắn mạch chạm mass 1 pha THÁI NGUYÊN 7-2013 44 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá txddn ph d RRR U I ++= (A) trong đó: Uph là điện áp pha V Rdn là điện trở của hệ thống nối đất nguồn Ω Rd điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ của thiết bị Ω Rtx điện trở tiếp xúc tại nơi xảy ra ngắn mạch Ω Với trường hợp tiếp xúc trực tiếp Rtx = 0. Điện áp tiếp xúc Utx = Id*Rd Ví dụ: Rdn = 10Ω Rd = 30Ω Rtx = 5Ω Giá trị dòng điện chạy trong đất khi có sự cố chạm mass sẽ là A RRR U I txddn ph d 98.453010 220 =++=++= Giá trị điện áp tiếp xúc Utx = Id*Rd = 4.98*30=146.67V • Trong sơ đồ TN Trong sơ đồ này tất cả các bộ phận vỏ, bệ máy được nối đất qua dây trung tính (neutral). Trong tất cả các sơ đồ của hệ thống TN khi cách điện bị hỏng sẽ dẫn đến sự cố ngắn mạch giữa dây pha và dây trung tính, dòng ngắn mạch có thể đạt giá trị lớn dẫn đến tác động của rơle dòng điện cực đại nhưng cũng có thể dẫn THÁI NGUYÊN 7-2013 45 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá đến sự xuất hiện điện áp tiếp xúc tại điểm cách điện bị hỏng, vượt quá 50% giá trị điện áp giữa dây pha và dây trung tính trong thời gian ngắn. Trong thực tế, hệ thống tiếp địa chung thường được đặt sau mỗi khoảng chiều dài của dây bảo vệ (PE hoặc PEN) của mạch, còn các thiết bị dùg điện thường có yêu cầu đặt tiếp địa ngay trên đầu vào. Ở các thiết bị lớn thường đặt thêm các tiếp địa phụ, phân bố trên toàn lãnh thổ, sao cho có thể giảm đến mức tối đa điện áp tiếp xúc. Ở các nhà cao tầng nối bảo vệ được thực hiện đối với mỗi tầng. • Trong sơ đồ IT Trong sơ đồ này điểm trung tính của nguồn được cách điện với đất hoặc nối đất qua điện trở lớn. Tất cả các vỏ, bệ máycủa thiết bị được nối với hệ thống tiếp địa bảo vệ. Với sơ đồ này sự ngắn mạch chạm mass một pha thường không gây nguy hiểm nhưng khi có thêm sự cố ngắn mạch chạm mass thứ hai thì sự việc sẽ trở nên tồi tệ hơn. − Sự cố ngắn mạch chạm mass 1 pha thứ nhất Ở trường hợp mạng điện làm việc bình thường dòng điện dung (dòng rò) chạy xuống đất được xác định theo biểu thức fd ph d ZR U I += Zf điện trở cách điện giữa pha với đất xác định theo biểu thức CCfC Z f *942 1 **2*3 1 **3 1 === πϖ C là điện dung giữa dây pha với đất tính bằng fara (F) Do giá trị điện trở nối đất Rd rất nhỏ so với điện trở cách điện Zf nên có thể coi THÁI NGUYÊN 7-2013 46 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá f ph d Z U I ≈ Khi xảy ra sự cố chạm mass 1 pha do điện áp của các pha lành tăng lên 3 lần nên dòng điện cũng tương ứng tăng lên 3 lần . I'd = 3 *Id giá trị điện áp tiếp xúc khi chạm vào vỏ thiết bị Utx = I'd * Rd Rd điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ của thiết bị. Có thể thấy do giá trị của dòng ngắn mạch chạm đất nhỏ nên giá trị của điện áp tiếp xúc hầu như không gây nguy hiểm gì. Tuy nhiên trong những trường hợp này vẫn phải thường xuyên giám sát mức cách điện và phải đưa tín hiệu cảnh báo bằng còi hoặc đèn nháy đồng thời nhanh chóng khắc phục sự cố. Như vậy khi có sự cố ngắn mạch thứ nhất mạng điện không bị cắt, sự cung cấp điện vẫn diễn ra liên tục. Đó chính là ưu thế của loại sơ đồ có trung tính cách ly. − Sự cố ngắn mạch chạm đất thứ 2 Khi xảy ra sự cố chạm đất thứ hai thì dòng điện ngắn mạch chạm mass sẽ trở thành dòng ngắn mạch giữa các pha nên có giá trị đủ lớn dẫn đến tác động của rơle dòng điện cực đại cắt mạch bằng máy hoặc cầu chảy. SỰ NGUY HIỂM CỦA ĐIỆN ÁP BƯỚC Khi có dòng điện chạy trong đất, trong vùng lãnh thổ có bán kính khoảng 20 m sẽ hình thành 1 điện thế có thể gây nguy hiểm chết người r I d π ρϕ 2 = trong đó Id dòng điện chạy trong đất (A) THÁI NGUYÊN 7-2013 47 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá ϕ-điện trở suất của đất tức là điện trở của 1m3 đất phụ thuộc vào loại đất ϕ.m r-khoảng cách từ đầu dây tiếp xúc với đất đến điểm xét. Điện áp bước là hiệu điện thế giữa hai điểm cách nhau 1 khoảng 0.7 đến 0.8 cm bằng 1 bước chân trên mặt đất trong vùng có dòng điện ngắn mạch chạy xuống đất ở trong phạm vi bán kính dưới 20m do cách điện bị chọc thủng hoặc khi dây dẫn bị đứt rơi xuống. Giá trị điện áp bước lớn nhất khi nạn nhân đi sát ngay chỗ đầu dây tiếp xúc với đất và giảm dần theo độ xa. Gía trị điện áp bước được xác định 21 21 22 r I r I U ddb π ρ π ρϕϕ −=−= ϕ1ϕ2 điện thế tại điểm cách đầu dây tiếp xúc một khoảng r1 và r2 21 12 2 )( rr rrI U db π ρ −= dòng điện chạy qua người gng b ng RR UI 2+= ; Rg là điện trở giầy Dưới tác dụng của điện áp bước, nạn nhân có thể bị co cơ chân, ngã và mạch vòng điện có thể chạy qua người, gây nguy hiểm cho tính mạng. Để thoát khỏi tốt nhất là nhảy lò cò hoặc di chuyển với bước ngắn nhất có thể. 5.3 Bảo vệ chống tiếp xúc điện. + Khoảng cách tiếp cận tối thiểu: là khoảng cách tối thiểu đảm bảo an toàn khi có sự tiếp cận đến vật dẫn trần mang điện. + Khoảng cách giới hạn từ phần tử mang điện đến các vật xung quanh: được xác định phụ thuộc vào cấp điện áp Un kV 250 Ibv m 0.3 2 3 4 Khu vực làm việc là khu vực mà nhân viên thao tác vận hành, thao diễn với các dụng cụ, thiết bị và vật liệu mà họ được trang bị. Khu vực này phải được giới hạn bởi các cọc tiêu và chỉ cho phép những người được giao nhiệm vụ có mặt để thực hiện các công việc cần thiết. − Cọc tiêu: Là vật liệu dùng để giới hạn vùng làm việc, đôi khi có sự hỗ trợ của các vật thể khác như lá cờ đuôi nheo, lưới,... − Barrie: Vật chắn được thiết kế để ngăn ngừa sự tiếp cận hoặc tiếp xúc với vật dẫn cũng có thể được dùng để giới hạn vùng làm việc. − Hộp bảo vệ: Thiết bị được tạo bởi vỏ cách điện bao quanh các phần tử mang điện áp, áp dụng trong trường hợp môi trường nguy hiểm. THÁI NGUYÊN 7-2013 48 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Nhóm Ký hiệu Sử dụng 0 Thiết bị có cách điện làm việc, không có các phần tử để nối đất và không thuộc nhóm II và III I Thiết bị có cách điện làm việc và phần tử để nối đất. Dây dẫn để nối với nguồn cung cấp phải có sợi nối đất và cực tiếp xúc với đất, có ký hiệu PE (dây vàng vằn xanh lá cây) II Thiết bị cho phép bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp bởi các phần tử có cách điện đôi hoặc có cách điện tăng cường. III Thiết bị để làm việc ở cấp điện áp thấp, không có mạch điện ngoài cũng như mạch điện trong mà làm việc ở cấp điện áp khác. Phân loại các biện pháp bảo vệ tránh tai nạn điện giật Bảo vệ chống điện giật Nhiệm vụ của nhà chế tạo Nhiệm vụ của người sử dụng Bảo vệ tổng hợp Bảo vệ nội tại Bảo vệ tập thể Đào tạo Hướng dẫn sử dụng Bảo vệ cá nhân Tự động cắt bảo Nối dây trung tính Nối đất bảo vệ Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp Nguồn điện áp thấp Ngăn cách bảo vệ Cản trở Khoảng cách an toàn Bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp ƒ Bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp các phần tử mang điện Là áp dụng các biện pháp để bảo vệ người, vật nuôi tránh nguy hiểm do tiếp xúc với các phần tử mang điện. Việc bảo vệ có thể thực hiện bằng nhiều biện pháp. Các biện pháp cơ bản: − Tạo khoảng cách. THÁI NGUYÊN 7-2013 49 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá − Ngăn cản sự tiếp xúc. − Cách điện tăng cường. Bảo vệ phụ trợ Từng phần hoặc có giới hạn Điện áp rất thấp Rơ le RCD có độ nhạy cao Khu vực chỉ có những người có chuyên môn Bảo vệ chống tiếp xúc vô tình Máy biến áp cách ly Rào ngăn hoặc hộp bảo vệ Cách điện đúp hoặc tăng cường Bảo vệ hoàn toàn Sử dụng các thiết bị cản trở, màn chắn, nắp đậy tủ Khoảng cách an toàn Bảo vệ tránh tiếp xúc trực tiếp Khoảng cách an toàn: Khoảng cách tiếp cận tối thiểu d là tổng khoảng cách điện áp dU và khoảng cách bảo vệ dbv d=dU +dbv dU = 0.005Un m Un là điện áp định mức của mạng điện dbv Nếu làm tròn với mạng hạ áp thì dU = 0 với mạng cao áp dU =0.1m Với mạng 1 chiều cao áp dưới 1.5kV thì dU = 0. Với điện áp cao hơn thì tính như với mạng xoay chiều. Với mạng hạ áp dbv = 0.3 m với mạng cao áp dbv = 0.5 m THÁI NGUYÊN 7-2013 50 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Biện pháp cản trở: Sử dụng khoá liên động: khi mở tủ điện mạch điện sẽ tự động cắt khỏi nguồn. Biện pháp ngăn cách bảo vệ: Sử dụng cách điện 2 lớp, vỏ cách điện, đặt rào ngăn bố trí để các thiết bị không thể với tới được. ƒ Bảo vệ chống tiếp xúc gián tiếp Nguyên nhân gây rò điện tạo nguy cơ tiếp xúc gián tiếp: − Thiếu sự chăm sóc thường xuyên − Không thận trọng. − Hao mòn cách điện, ... ng ph ng R U I = Nếu Rngười = 2kΩ Ing =230/2 = 115 mA. Dòng điện này là nguy hiểm với con người. Giải pháp thực hiện: − Nối đất tất cả vỏ thiết bị và tạo hệ thống cân bằng điện thế − Tự động cắt nguồn của ngăn thiết bị có thể dẫn đến nguy hiểm do điện áp tiếp xúc, ƒ Bảo vệ chống tiếp xúc không cắt nguồn − Sử dụng điện áp thấp: Không sử dụng loại tự ngẫu − Mạch điện phân ly: − Bố trí vùng cấm và rào ngăn. − Sử dụng buồng đẳng thế: Các phần trong buồng được nối với nhau để không có chênh lệch điện điện áp giữa hai điểm bấy kỳ. • Các phương tiện an toàn điện: Găng tay cách điện, mũ bảo hiểm, ủng cách điện, bộ chỉ điện áp, tiếp địa di động, cọc tiêu biển báo. THÁI NGUYÊN 7-2013 51 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá 5.4 Bảo vệ nối đất. • Khái niệm, định nghĩa: + Hệ thống nối đất: Tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn dòng điện xuống đất. Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nhân tạo. + Cực tiếp địa: Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc dài 2- 30m đóng sâu trong đất. Các cọc này được nối với nhau bằng phương pháp hàn. + Hệ thống nối đất tự nhiên: Hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có sẵn trong lòng đất như các cầu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm. + Hệ thống nối đất nhân tạo: Bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc đồng, nối liên kết bởi các thanh giằng. Hai loại nối đất: + Nối đất làm việc: Là hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối cần thiết để các thiết bị làm việc bình thường như nối đất điểm trung tính của máy biến áp, nối đất các thiết bị chống sét vv... + Nối đất bảo vệ là Hệ thống nối đất với mục đích loại trừ nguy hiểm khi có sự tiếp xúc với người và các phần tử nình thường không mang điện nhưng có thể bị nhiễm điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó. Ví dụ nối đất vỏ máy, khung máy, vỏ thiết bị... • Đặc điểm của quá trình phân tán dòng điện trong đất Mật độ dòng điện đi vào đất là mật độ dòng điện tính trên một đơn vị diện tích của nửa bề mặt hình cầu Sc/2 được tính theo biểu thức 22 2 2 2 c dd c d r I D I S JJ ππ === A/m 2 rc là bán kính tiếp địa Ở 1 điểm cách tiếp địa 1 khoảng x, mật độ dòng điện sẽ là 22 r I J dx π= A/m 2 Cường độ điện trường tại điểm này Ex=Jxρ = 22 r I d π V/m trong đó Id dòng điện chạy trong đất A ρ điện trở suất của đất Ω.m độ rơi điện áp trong dải đất dx là: xxx dEd =ϕ THÁI NGUYÊN 7-2013 52 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Điện thế tại điểm xét có dạng phương trình hypecbol ∫∫ ∞∞ === x d x d xx r I x dxId ππ ρϕϕ 22 2 Giá trị điện thế cực đại trên cực tiếp địa ứng với bán kính của cực tiếp địa rc được xác định r I d πϕ 2max = Vùng đất cách cực tiếp địa 20m trở lên được coi là vùng điện thế zero có ϕ = 0 Với OM<ON O là tâm điểm dòng điện tiếp xúc thì UtxM=ϕmax-ϕM UtxN=ϕmax-ϕN Nếu N nằm cách tâm 20m thì ϕ N= 0 và khi đó điện áp tiếp xúc sẽ lớn nhất Như vậy: Khi người ở càng gần vị trí nơi tiếp địa thì điện áp bước sẽ càng cao Người ở vị trí càng gần tiếp địa thì chạm vào thiết bị thì điện áp tiếp xúc sẽ nhỏ hơn với vị trí xa. • Vai trò của bảo vệ nối đất Id Rd Ing Rng Rdn Rph Rdn Rd Rph Rdn Rtd Rng ` THÁI NGUYÊN 7-2013 53 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Khi có ngắn mạch chạm mass sẽ có dòng điện sự cố chạy trong mạch kín Id xác định theo biểu thức phdntd ph d RRR U I ++= trong đó Uph là điện áp pha V Rtd điện trở tương đương dng dng td RR RR R += Rng điện trở cơ thể người Ω Rd điện trở hệ thống nối đất bảo vệ Rdn điện trở hệ thống nối đất nguồn Rph điện trở dây pha giá trị điện áp đặt trên cơ thể người là Utx = Id.Rtd dòng điện chạy qua cơ thể người Ing=Utx/Rng Thay giá trị Utx vào và thực hiện biến đổi chúng ta có dng dd ng tdd ng RR RI R RII +== Có nghĩa là: dòng điện chạy qua cơ thể người phụ thuộc vào điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ Rd. Trong thực tế cần tính toán sao cho Rd có giá trị đảm bảo an toàn cho người vận hành. • Cấu trúc của hệ thống nối đất Hai kiểu nối đất + Nối đất ngoại biên và + Nối đất bao quanh: Ở loại nối đất bao quanh trường phân bố dòng điện từ các cực tiếp địa đan vào nhau do đó điện thế tại điểm bất kỳ trên mặt đất bên trong khung tiếp địa khá cao nhưng hiệu điện thế giữa các điểm trên lãnh thổ bên trong khung của hệ thống nối đất lại giảm do đó điện áp tiếp xúc sẽ không lớn. Giá trị điện áp tiếp xúc trong trường hợp nối đất bao quanh nhỏ hơn so với trường hợp nối đất ngoại biên do đó dòng điện chạy qua cơ thể người khi tiếp xúc với vỏ bị nhiễm điện sẽ nhỏ hơn trường hợp nối đất ngoại biên. THÁI NGUYÊN 7-2013 54 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Các thanh thép nối đất được nối theo kiểu mạng lưới để san bằng điện áp gọi là nối đất đẳng thế. • Tính toán nối đất Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu Tính toán với đất đồng nhất 1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất Giá trị điện trở nối đất phải đủ nhỏ cho điện áp tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép. d L yc I UR = Ω Id dòng điện ngắn mạch trong đất A UL điện áp tính toán có giá trị UL ≤ Ucp Ucp giá trị điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt bảo vệ với mạng điện áp cao áp Ucp = 250V. Nếu hệ thống nối đất được xây dựng chung cho cả cao áp và hạ áp thì Ucp = 125V. Nếu có sử dụng thiết bị tự động cắt bảo vệ thì giá trị của Ucp theo bảng Điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt tc 0.3 0.2 0.007 0.004 Ucp V 50-120 120-230 230-400 >400 Nếu dòng điện ngắn mạch chạy trong đất có giá trị lớn hơn 500A thì điện trở của hệ thống nối đất Ryc ≤ 0.5 Ω. Ryc tính ra không được lớn hơn 10Ω. Với các trạm biến áp tiêu thụ, giá trị điện trở nối đất phụ thuộc công suất định mức của trạm. Điện trở nối đất cho các khu nhà ở nằm trong giới hạn 4-30Ω, phụ thuộc điện áp cung cấp. Với mạng điện 380/220V Rd ≤ 10 Ω. 2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo Có thể sử dụng các công trình ngầm như ống dẫn bằng kim loại các cấu kiện hệ thống cốt thép vỏ cáp, nền móng để làm hệ thống nối đất; tuy nhiên cấm dùng các đường ống dẫn nhiên liệu để làm hệ thống nối đất. Giá trị điện trở của các công trình trên là nối đất tự nhiên, giá trị thực của nó đo trực tiếp như đo tiếp địa. Nếu giá trị này ≤ Ryc thì không cần phải xây dựng thêm hệ thống nhân tạo. Trong trường hợp ngược lại cần tiến hành xác định giá trị điện trở tiếp địa nhân tạo yctn yctn nt RR RR R −= . Ω. Rtn là R tự nhiên THÁI NGUYÊN 7-2013 55 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá 3. Chọn điện cực tiếp địa và xác định điện trở của chúng Điện cực tiếp địa làm bằng thép tròn, thép ống hoặc thép góc, được đóng sâu trong đất và được nối liên kết với nhau bởi các thanh nối dẹt nằm ngang. Điện trở của cọc tiếp địa phụ thuộc điện trở suất của đất và chiều dài của cọc. Chỉ áp dụng cọc dài khi điện trở suất của đất suất của đất lớn. Điện trở của một số dạng cọc tiếp địa cho trong bảng Điện cực và đặc điểm Sơ đồ bố trí Biểu thức tính Cọc bằng thép tròn đường kính d chiều dài l chôn thẳng đứng cách mặt đất h (m). Điện trở suất của đất ρ (Ωm). hl hl d l l Rdc 7 74ln 2 12(ln 2 + ++= π ρ Cọc bằng thép tròn đường kính d chiều dài l chôn thẳng đứng đầu trên sát mặt đất. d l l Rdc 4ln 2π ρ= Thanh ngang dẹt có bề dài L rộng b nằm cách mặt đất ở độ sâu h (m) bh L L Rnga 5.1(lnπ ρ= Thanh ngang dẹt tròn đường kính d có bề dài L nằm cách mặt đất ở độ sâu h (m). )5.1(ln dh L L Rnga π ρ= Lưới nối đất diện tích Fnd = a'xb' với tổng chiều dài các thanh ngang L=n1,a'+n2.b' n2 và n1 là số thanh ngang theo chiều dọc )] 201 1 1( 20 11[ nd nd luo Fh FLi R + ++= ρ THÁI NGUYÊN 7-2013 56 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá và chiều rộng. Hệ thống gồm n tia tròn đường kính dài l m kết sao đặt gần mặt đất. )ln()414.3ln(ln)1()( )(14ln nnnN nN d L nl Rsao −−≈ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−= π ρ Tấm bản diện tích F (m2) chôn thẳng đứng trong đất. F Rtb ρ25.0= Diện tích nối đất Fnd = a'xb' được xác định trêb cơ sở mặt bằng của vùng được tính toán nối đất. Có thể ước lượng gần đúng theo biểu thức 2 2 436.0 yc nd R F ρ Điện trở của thanh thép góc bản rộng b cũng được xác định tương tự như thép tròn nhưng thay d=0.95b. 4. Xác định số lượng điện cực cần thiết khi chưa tính đến thanh nối ngang. nt dc R Rn =1 5. Xác định điện trở của hệ thống nối đất có tính đến điện trở của các thanh nối ngang 6. Xác định số lượng điện cực chính thức 7. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống nối đất Tính toán nối đất trong các trường hợp hai lớp đất khác nhau Tính toán nối đất theo điện tiếp xúc và điện áp bước cho phép Đo điện trở nối đất + Điện trở của đất phụ thuộc vào loại đất, độ ẩm và nhiệt độ môi trường. + Nó thay đổi theo mùa. Để đảm bảo an toàn điện trở của hệ thống nối đất phải nhỏ và ổn định trong giới hạn cho phép. + Độ ẩm của đất ổn định ở độ sâu nhất định do đó nên đặt hệ thống nối đất đến mức sâu có thể • Phương pháp đo điện trở suất của đất Đo điện trở suất của đất thực hiện theo phương pháp 4 cực "phương pháp Wenner". Theo phương pháp này điện trở suất của đất ρ=2πaR Ωm THÁI NGUYÊN 7-2013 57 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá ρ là điện trở suất của đất a: khoảng cách giữa các cọc R điện trở hiển thị trên thiết bị đo + Cắm 4 cực thăm dò thẳng hàng cách đều nhau a mét. Giá trị của a phụ thuộc độ sâu thử nghiệm. + Các cọc thăm dò không đóng sâu quá 1/3 khoảng cách giữa chúng. 3a V a/2 h=3/4a a aa • Đo điện trở nối đất Có nhiều phương pháp. Các phương pháp thông dụng như sau o Phương pháp 3 cực + Phương pháp này áp dụng trên cơ sở đo điện áp, dòng điện và xác định độ dẫn của đất. + Khi dòng điện đi vào đất trước hết nó chạy qua điện trở tiếp xúc của hệ thống nối đất. Tồn tại quanh mỗi điện cực nối đất 1 vùng ảnh hưởng. + Để đo diện trở nối đất cần áp dụng 1 điện cực phụ ngoài vùng ảnh hưởng gọi là cọc thăm dò. + Ba cực sử dụng trong quá trình đo là E, S và H. + Volt mét sử dụng đo hiệu điện thế giữa E và S (UES) + Ampe mét đo dòng điện giữa các cực nối đất E và H (IEH). Điện trở nối đất xác định theo định luật Ôm RE=UES/IEH. + S phải đặt ngoài vùng ảnh hưởng: theo kinh nghiệm khoảng cách từ cực phụ S đến E là 62% khoảng cách giữa các cực E và H. Phương pháp 62%. + Phép đo tiến hành lần đầu với cực phụ S ở 1 phía và lần 2 ở phía đối diện. Nếu kết quả của 2 phép đo còn khác nhau thì có nghĩa là vị trí của S còn trong vùng ảnh hưởng, cần tăng khoảng cách và đo lại THÁI NGUYÊN 7-2013 58 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Vùng ảnh hưởng của các điện cực E và H o Phương pháp 2 cực Trong trường hợp không thể hoặc rất khó mắc các cực tiếp địa có 1 số thiết bị cho phép thực hiện phép đo 2 cực của điện trở hoặc mạch vòng. Để thực hiện cần sử dụng 1 cực tiếp địa điện trở như ống dẫn nước chẳng hạn. Ống dẫn kim loại cần để được cách riêng và không có chỗ nối cách điện. o Phương pháp không dùng điện cực + Phương pháp dựa trên cơ sở là trong thiết bị với nhiều hệ thống mắc song song điện trở nối đất của hệ thống chúng luôn nhỏ hơn điện trở nối đất của các hệ thống thành phần mà ta cần đo. + Điện trở nối đất của hệ thống mà R1 R2...Rn rất nhỏ. Trong thực tế sai số phép đo của Rx có thể bỏ qua. + Ampe kìm thứ nhất cấp vào 1 điện áp, trong khi đó ampekìm thứ 2 đo dòng điện chạy qua. Điều đó cho phép đo dòng và áp đồng thời và do đó tính được điện trở Rx. Phương pháp đo điện trở bằng ampe kìm thường áp dụng với hệ thống nối đất được xât dựng với nhiều thiết bị song song. • Đo điện trở nối đất của thiết bị đang hoạt động: Sử dụng các thiết bị chuyên dụng trang 200 và 201[1] đo điện trở nối đất của thiết bị đang hoạt độngvà điện trở của cột cao thế, của trạm biến áp. • Giảm điện trở của hệ thống nối đất + Sử dụng các tiếp địa tăng cường: Dùng các cọc có mạ đồng, thành phần thép hàm lượng cac bon thấp. Đóng sâu đến hàng chục mét + Sử dụng dung dịch hoá chất: dùng bột MEG (More Effective Grounding) gồm than chì xi măng pooc lăng và 1 số hoá chất khác. THÁI NGUYÊN 7-2013 59 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Thực hiện: Rải trực tiếp bột MEG trong khu vực của hệ thống tiếp địa hoặc pha nước sạch tưới. Giải pháp dùng MEG đặc biệt hiệu quả với các vùng sỏi đá, vùng núi cao. Các bài tập tính toán nối đất từ trang 203 đến 212 tài liệu [1] 5.5 Bảo vệ nối dây trung tính và nối đất lặp lại. Một trong các giải pháp bảo vệ có hiệu quả là nối dây trung tính hay còn gọi là nối không. Nếu chỉ sử dụng nối đất làm phương tiện bảo vệ duy nhất thì sẽ rất nguy hiểm vì khi có ngắn mạch chạm mass dòng điện sẽ chạy qua mạch vòng của điện nối đất nguồn và điện trở nối đất bảo vệ của thiết bị có giá trị không lớn không thể làm các thiết bị cắt bảo vệ tác động do đó điện áp lưu trên vỏ thiết bị có thể gây nguy hiểm khi tiếp xúc.do đó 5.5.1. Vai trò của bảo vệ nối dây trung tính Bảo vệ nối dây trung tính là biện pháp nối vỏ thiết bị và các phần kim loại không mang điện với dây không nhằm tạo ra dòng ngắn mạch 1 pha khi có sự chạm mass để làm thiết bị bảo vệ (cầu chảy, aptomat) tác động cắt nguồn cung cấp cho thiết bị do đó đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Như vậy hiệu quả của bảo vệ nối dây trung tính là giảm thời gian tác động của dòng điện đối với cơ thể người. ` a) Sơ đồ nối đất bảo vệ b) Sơ đồ bảo vệ nối dây trung tính Rò ra vỏ dòng Id không lớn vì qua điện trở Dòng Id lớn chập pha nếu rò điện hình a) Khi có chạm mass dòng Id sẽ là ddn k d RR UI += Uk điện áp trên vỏ thiết bị so với đất. Dòng Ik thường nhỏ nên không làm thiết bị bảo vệ tác động do đó luôn tồn tại điện áp trên vỏ. Để khắc phục vỏ thiết bị được nối với dây trung tính, lúc này sự rò điện ra vỏ dẫn đến ngắn mạch 1 pha với dòng Ik đủ lớn làm cho thiết bị bảo vệ cắt nguồn, đảm bảo an toàn. Nhưng nối vào dây không nào? THÁI NGUYÊN 7-2013 60 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Trong mạng điện có bảo vệ nối không (nối dây trung tính) người ta phân biệt: + dây không làm việc (dây N) và + dây không bảo vệ (PE) Dây không bảo vệ nối vỏ thiết bị với dây trung tính của nguồn; nó chỉ làm nhiệm vụ bảo vệ Dây không làm việc dùng để cung cấp điện năng cho thiết bị. Nó cũng được nối với trung tính của nguồn nhưng có thể qua cầu chảy hoặc aptomat. Không được dùng dây không làm việc thay cho dây không bảo vệ vì khi cầu chảy đã cháy thì vỏ thiết bị có thể nhiễm điện áp pha rất nguy hiểm. Tiết diện tối thiểu mm2Dây dẫn đồng nhôm Dây trần 4 6 Dây bọc cách điện 1 2 Lõi cáp và dây dẫn nhiều sợi chung với dây pha 1 2 Trên dây N có cầu chảy. Khi chạm mass cầu chảy đứt trên vỏ có điện áp pha. Nối dây trung tính được thực hiện từ mạng điện xoay chiều 42 V và không quá 380V. Với mạng điện 1 chiều từ 110V-440V. Dây bảo vệ rất quan trọng cần kiểm tra thường xuyên. Giá trị tối thiểu của tiết diện THÁI NGUYÊN 7-2013 61 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá 5.5.2. Điều kiện thực hiện bảo vệ nối dây trung tính + Ik ≥ ktcIa ktc và Ia là hệ số tin cậy và dòng khởi động của thiết bị bảo vệ ktc = 3 với cầu chảy và 1.25 với aptomat Ia = kB In In dòng định mức của aptomat kB hệ số Loại aptomat Z B C D MA Bảo vệ Mạch điện từ Máy phát Thiết bị chung Động cơ MBA Chỉ có cuộn điện từ kB 2.4-3.6 3-5 5-10 10-14 12 THÁI NGUYÊN 7-2013 62 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 63 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 64 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 65 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Ik tính gần đúng C ph K R U I 8.0= Rc tổng trở mạch vòng dây pha, trung tính Rc =Rph + RT Fph LRph ρ= T T F LR ρ= ρ=18.8Ωmm2/km với dây đồng và ρ=31.5Ωmm2/km với dây nhôm Fph và FT là tiết diện dây dẫn pha và dây dẫn trung tính bảo vệ. 5.5.3. Nối đất lặp lại Trang 215-224 [2] THÁI NGUYÊN 7-2013 66 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 67 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 68 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 69 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 70 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá THÁI NGUYÊN 7-2013 71 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá 5.6 Cắt bảo vệ, Thiết bị tự động cắt bảo vệ RCD (Residual Current protect Device) là thiết bị cắt bảo vệ phản ứng theo dòng so lệch cùng các cơ cấu bảo vệ quá dòng thuộc lại bảo vệ phụ trách tai nạn tiếp xúc gián tiếp trong hệ thống điện, được thực hiện bằng cách tự động cắt nguồn cung cấp. Nguyên lý hoạt động của thiết bị − Khối quan trọng nhất là máy biến dòng so lệch làm nhiệm vụ cảm biến dòng điện. − Bộ phận khởi động 2 thực hiện với rơle điện từ nhạy cảm tác động trực tiếp hoặc cấu thành điện tử. − Cơ cấu thừa hành 3 gồm các nhóm tiếp điểm với cơ cấu truyền động. Cấu tạo của RCD: 1. Máy biến dòng so lệch 2. Bộ phận khởi động 3. Cơ cấu chấp hành 4. Mạch thử Thiết bị RCD: nguyên lý hoạt động và cấu tạo thực Ở chế độ bình thường khi không có dòng so lệch-dòng điện rò, dòng điện phụ tải chạy trong dây dẫn xuyên qua cửa sổ mạch từ của máy biến dòng 1. Dây dẫn đi xuyên qua cửa sổ mạch từ có chức năng là cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng. Ký hiệu dòng điện chạy về phía phụ tải là I1 và dòng từ phía đó lại là I2 thì chúng ta có I1=I2. THÁI NGUYÊN 7-2013 72 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Các dòng điện này sinh ra trong mạch các từ thông bằng nhau Φ1=Φ2và ngược chiều nên tổng của chúng Φ1+Φ2= 0. Do đó dòng điện trong cuộn thứ cấp bằng 0. Cơ cấu khởi động lúc này không làm việc. Khi có sự tiếp xúc của cơ thể người vào các phần dẫn điện hoặc vào vỏ thiết bị ở tình trang nhiễm điện thì cùng với dòng rò I1 chạy vào RCD còn có dòng rò Iro (chính là dòng so lệch đối với máy biến dòng). Sự mất cân bằng của các dòng điện ở dây pha (I1 + Iro) và dòng điện trong dây trung tính I2 dẫn đến sự mất cân bằng của các từ thông, kết quả làm xuất hiện dòng so lệch I∆ trong cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng. Nếu dòng điện này vượt quá ngưỡng đặt của phần tử khởi động 2 thì nó sẽ tác động đưa tín hiệu đến cơ cấu thừa hành 3. Cơ cấu này sẽ tác động và cắt mạch điện. Kết quả là RCD đã thực hiện chức năng cắt bảo vệ. Các loại thiết bị RCD: Có các loại AC, A, B, S, G, HPI. Các sơ đồ cắt bảo vệ Bảo vệ bằng Sơ đồ nguyên lý Điều kiện cắt Bảo vệ quá dòng điện bằng cầu chảy ở sơ đồ TN-S: dây trung tính và dây bảo vệ riêng rẽ (Separated) trong toàn mạng Cầu chảy hoặc aptomat ở sơ đồ TN-C: dây trung tính và dây bảo vệ chung nhau (Combine) trong toàn mạng (dây PEN). Zs.Ia ≤ Ucp Zs: điện trở mạch sự cố Ia: dòng điện cắt với thời gian: ≤ 5s ≤ 0.2 s trong mạch với dòng đến 35A và với thiết bị cầm tay. Ucp: ngưỡng điện áp tiếp xúc cho phép. Thiết bị bảo vệ chống quá dòng ở sơ đồ TN- C-S: dây trung tính và dây bảo vệ chung nhau trong một phần của mạch (dây PEN) THÁI NGUYÊN 7-2013 73 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá Thiết bị tự động cắt bảo vệ RCD phản ứng theo dòng điện sự cố ở sơ đồ TN-C-S Zs.I∆n≤Ucp I∆n: dòng khởi động ấn định Ucp: ngưỡng điện áp tiếp xúc cho phép: (≤25÷50V AC và ≤120 DC). Thiết bị RCD phản ứng theo dòng điện sự cố ở sơ đồ IT Rd.I∆n≤Ucp I∆n: dòng khởi động ấn định Rd: điện trở của hệ thống nối đất thiết bị được bảo vệ. Thiết bị RCD phản ứng theo điện áp sự cố (trường hợp đặc biệt) R=d=: max 200Ω Kiểm tra cách điện 1-Nối với hệ thống đẳng thế phụ R.Is≤Ucp R: điện trở giữa vỏ thiết bị và phần dẫn ngoài mà có khả năng tiếp xúc đồng thời Tự động cắt với sơ đồ TT (trang 234-235 [1]) Tự động cắt với sơ đồ TN (trang 236-238 [1]) Tự động cắt khi có sự cố ngắn mạch trong sơ đồ IT (trang 239-243 [1]) Tính toán tự động cắt bảo vệ (trang 243-253[1]) Chương 6 Kỹ thuật an toàn chống cháy nổ 6.1 Cháy và tính chất của vật liệu cháy ƒ Cháy là phản ứng hóa học diễn ra rất nhanh của vật chất, kèm theo sự tỏa nhiệt và sự phát sáng (bốc lửa). Phụ thuộc tốc độ lan truyền của ngọn lửa, phân biệt: − Sự cháy bình thường: tốc độ lan truyền vài cm/s đến vài m/s, THÁI NGUYÊN 7-2013 74 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá − Nổ: Cháy trong không gian kín, thoát khí khó khăn gây tăng nhiệt, tăng áp suất, tăng tốc độ lan truyền cháy. − Kích nổ: Tốc độ lan truyền lớn đến vài trăm m/s, hàng nghìn m/s, nhiệt độ khối hỗn hợp khí tăng cao đến nhiệt độ cháy. Hỏa hoạn: Sự cháy không kiểm soát được gây thiệt hại về vật chất. ƒ Các chất được chia thành: − Chất không cháy: không có khả năng cháy khi đến nhiệt độ 2000C − Chất khó cháy: có khả năng cháy dưới tác động mồi cháy trong không khí ở thành phần bình thường; nhưng không có khả năng tự cháy. − Chất dễ cháy: có khả năng cháy trong không khí do nguồn phát cháy và tiếp tục cháy khi tách khỏi nguồn gây cháy. Chúng còn được gọi là nhiên liệu. ƒ Nhiệt độ và sự cháy − Nhiệt độ bùng cháy: nhiệt độ thấp nhất mà hơi nước và khí tạo trên bề mặt hỗn hợp cháy, bùng cháy vào không khí do nguồn phát cháy gây lên; nhưng không ổn định, tốc độ lan truyền thấp. Tbc = 0.736.Tsôi (0K) − Nhiệt độ bắt lửa: nhiệt độ hỗn hợp cháy mà khí cháy và hơi nước thoát vào không khí với tốc độ lớn, gây bắt lửa bởi nguồn phát cháy và diễn ra sự cháy ổn định. − Nhiệt độ tự bắt lửa: nhiệt độ nhỏ nhất tại đó tốc độ phản ứng tỏa nhiệt tăng và kết thúc bằng sự cháy. ƒ Điều kiện cần thiết cho quá trình cháy − Tam giác cháy: mô tả ba yếu tố cần thiết cho quá trình cháy là: chất cháy, chất ô xy hóa và nguồn phát cháy. nhiên liệu nguồn phát cháy Oxy − Thiếu 1 trong 3 yếu tố này không thể gây ra sự cháy 6.2 Bảo vệ chống cháy nổ − Các nguyên nhân tiềm ẩn o Quy trình công nghệ có sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu dễ bắt lửa o Tia lửa điện, dây dẫn điện không đảm bảo an toàn, chập điện. o Quần áo chuyên dụng tẩm dầu và sự cọ xát chúng o Hiện tượng tĩnh điện o Các lò công nghệ có nhiệt độ cao. THÁI NGUYÊN 7-2013 75 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá o Các đường ống dẫn khí đốt, nhiên liệu. o Độ bền của các thiết bị chứa nhiên liệu không đảm bảo o Do người sản xuất thao tác không đúng quy trình o Do sét. − Phân loại môi trường o Loại A: có sử dụng, chứa chất lỏng dễ bắt lửa nhiệt độ bùng cháy ≤ 280C như kho xăng dầu. o Loại B có bụi, sợi nhiên liệu bay lơ lửng dễ bắt lửa, nhiệt độ bùng cháy >200C (phân xưởng chế biến bột rơm, nhà máy xay, xưởng mazut của nhà máy điện). o Loại C: có sinh ra, có chứa chất cháy rắn và lỏng nhưng không có khả năng tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí (xưởng mộc, chế biến thức ăn gia súc, kho chứa than, trạm biến áp,... o Loại D: trong đó có đốt hoặc chế biến sản phẩm không cháy ở trạng thái nung nóng hay nóng chảy (lò hơi, xưởng rèn, gian đặt máy phát điện diezen,... o Loại E: có các chất không cháy ở trạng thái lạnh: trạm bơm, nhà kính, kho lạnh,... − Các yêu cầu chung với hệ thống chống cháy nổ: o Cần chú ý ngay từ khâu thiết kế để khi xảy ra hỏa hoạn có thể phát hiện, cứu chữa. o Có thể sơ tán được người và vật chất nhanh chóng khi cháy nổ o Ngăn chặn ảnh hưởng của điện trong khi cháy nổ. 6.3 Các phương pháp và phương tiện chữa cháy − Các nguyên tắc dập lửa o Không cho oxy (không khí) vào khu vực cháy. o Làm nguội khu vực cháy xuống dưới nhiệt độ bùng cháy. o Phân tách chất cháy bằng chất không cháy. o Ngăn tốc độ phản ứng hóa học trong lửa. o Phân tách ngọn lửa. − Các chất dập lửa o Nước: Không dùng chữa cháy kim loại kiềm, axetylen và các đám cháy có nhiệt độ > 17000C. o Bọt hóa học: Dùng dập cháy xăng dầu hay chất lỏng khác. Không dùng chữa cháy kim loại kiềm, axetylen, thiết bị điện và các đám cháy có nhiệt độ > 17000C. o Bọt khí-cơ học: Cũng dùng chữa cháy xăng dầu, cháy chất rắn. THÁI NGUYÊN 7-2013 76 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ XƯỞNG PHẠM ĐỨC LONG Khoa Công nghệ tự động hoá o Khí trơ và khí không cháy: CO2, NO2. Không dùng chữa cháy phân đạm, kim loại kiềm, kiềm thổ, thuốc súng. Trừ CO2 ra thì khí trơ và khí không cháy có thể dùng dập lửa cho mọi đám cháy cả cháy điện. o Các hợp chất halogen, bột chữa cháy − Các phương tiện, thiết bị o Xe cứu hỏa o Thiết bị dập lửa. o Bình dập lửa: Trên bình chữa cháy có các nhãn biểu thị công dụng chữa cháy cho các nhóm khác nhau Nhãn hiệu A B C D K Nhóm cháy Chất rắn Chất lỏng TB điện Kim loại Bếp ăn Để sử dụng: Tháo chốt an toàn sau đó (với loại bình AB, bình bột phải dốc ngược bình lắc vài cái) hướng vòi vào nơi cần phun, bóp cò (mở khóa van) để chất dập cháy phun ra. o Phương tiện báo hiệu. o Thiết bị cứu nạn. o Khí tài chữa cháy − Sơ cứu nạn nhân bỏng: o Cần thực hiện nhanh chóng. o Bỏng axit hoặc bazơ phải dùng nước sạch rửa o Không cần thay quần áo nếu bị bỏng nặng, bôi thuốc chống bỏng, chống nhiễm trùng o Yêu cầu nạn nhân không cử động nhiều, nằm ở trạng thái thoải mái. o Nhanh chóng đưa đi cấp cứu tại bệnh viện. THÁI NGUYÊN 7-2013 77