Kĩ thuật an toàn điện

KĨ THUẬT AN TOÀN ĐIỆN
Khái niệm chung 
	Khoa học hiện nay phân tích tương đối đầy đủ về sự tác hại của dòng điện với con người. Dựa vào số liệu lấy từ thực tế xảy ra hay thí nghiệm trên các động vật. Trong số các tai nạn do điện giật trầm trọng nhất là chết người.
 	100% tai nạn thì 	76,4% tai nạn ở U<1000V
 23,6% tai nạn ở U>1000V.
Phân tích theo nghề nghiệp có: - Nạn nhân có nghề điện: 42,2%.
 	- Nạn nhân không có nghề điện: 57,8% .
Nguyên nhân
- Do chạm trực tiếp vào các bộ phận có dòng điện chạy qua: 55,9% trong đó:
+ Không phải do công việc yêu cầu 30,6%.
+ Do công việc yêu cầu 1,7%.
+ Đóng nhầm điện lúc sửa chữa, thao tác 23,6%.
- Chạm phải bộ phận bằng kim loại của thiết bị có điện áp 22,8% trong đó:
+ Lúc không có nối đất 22,2%.
+ Lúc có nối đất 0,6%.
- Chạm phải vật không bằng kim loại có điện áp: nền nhà, tường nhà 20,1%.
- Do hồ quang lúc thao tác 1,12%.
- Bị chấn thương do từ trường, điện trường cao áp, siêu cao áp, cực cao áp 0,08%.
	Nguyên nhân chính gây tai nạn là do chủ quan, sai quy trình quy phạm, quản lí chưa tốt, học tập đào tạo chưa chu đáo.
CHƯƠNG I
TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI
Thực tế người có bị điện giật hay không là do có dòng điện đi qua người gây sinh lí phức tạp, nó có thể huỷ hoại thần kinh, huỷ hoại cơ quan tuần hoàn máu và hô hấp. Dòng càng cao, thời gian càng lớn càng nguy hiểm. Tuy nhiên nếu dòng điện đi qua người đúng vị trí và cường độ có thể chữa bệnh.Dòng điện tác hại càng mạnh với người nghiện rượu.
Sự tổn thương do dòng điện gây nên có thể chia thành 4 loại:
- Chạm phải vật có mang điện áp.
- Chạm phải bộ phận kim loại, vỏ thiết bị mang điện áp do hệ thống cách điện hỏng.
- Tác hại của điện áp bước.
- Bị chấn thương do điện từ trường mạnh, điện áp cao.
Tác hại dòng điện lớn khi trị số dòng điện tăng, thường I ng > 100mA gây tử vong, có trường hợp 5 → 10mA gây tử vong tuỳ trạng thái cơ thể người. 
I ngAT(~) < 10mA
I ngAT(-) < 80mA
	Nguyên nhân chủ yếu làm người chết người là kích thích thần kinh, tim, phổi.
1.1 Điện trở của cơ thể người
 Rda Cda
 Rcơthể Ccothể	 Rng
	Rda Cda
 	 Ung
Điện trở của cơ thể người rất phức tạp, thay đổi trong phạvi rộng, từ vài chục kΩ đến 600 Ω. Người bình thường có điện trở 1000Ω, điện trở cơ thể do lớp sừng của da quyết định. 
Điện trở người không ổn định mà tuỳ thuộc vào:
- Điện áp (điện áp tăng thì Rng giảm).
- Áp lực lên người.
1.2 Ảnh hưởng của trị số dòng điện giật
	Nguyên nhân gây nên tổn thương là do dòng điện đi qua người. Về nguyên tắc dòng càng lớn càng nguy hiểm, thời gian tồn tại dòng qua người càng lâu càng nguy hiểm nhưng nếu nguồn vào đúng các huyệt và có giá trị nhỏ có tác dụng chữa bệnh.
Trị số dòng điện (mA)
Tác dụng của dòng ~ f=50÷60Hz
Tác dụng của dòng 1 chiều
0,6÷1,5
Bắt đàu thấy tê ngón tay
Không cảm giác gì.
2÷3
Ngón tay tê mạnh
Không cảm giác gì.
5÷7
Bắp thịt co, rung
Dau như kim đam nóng
8÷10
Tay khó rời khỏi vật có điện, đau và nhức khớp tay
Nóng tăng lên.
20÷25
Tay không rời được, khó thở
Nóng tăng mạnh, bắp tịt co quắp nhưng chưa mạnh
50÷80
Tê liệt hô hấp, tim đập mạnh
Nóng mạnh, bắp thịt co rút, khó thở.
90÷100
Tê liệt hô hấp, tim ngừng đập
Tê liệt hô hấp
=> Dòng xoay chiều có tác hại mạnh hơn dòng một chiều. Vì vậy dòng an toàn:
Ing an toàn ≤ 10mA (xoay chiều). Ing an toàn≤80mA (một chiều).
	Đôi khi chỉ với dòng điện rất nhỏ vẫn có thể gây nên chết người tuỳ thuộc vào trạng thái cơ thể con người con người hoặc trạng thái bị tai nạn.
1.3 Ảnh hưởng của thời gian dòng điện giật
	- Thời gian càng dài thì tác hại càng lớn.
	- Do tuỳ thuộc nhịp tim: trong quá trình đập của tim có 0,1 giây tim ngừng làm việc, thời gian này rất nhạy cảm với tác dụng của dòng điện, dễ làm tim ngừng đập. Đối với người cao huyết áp hoặc nghiện rượu thì càng nguy hiểm.
	- Đối với điện áp cao khi phóng điện qua người thì thường có dòng lớn nhưng khi phóng điện thì người luôn ở trạng thái thế thủ hoặc ngã ra làm đứt đoạn dòng, dòng tồn tại trong thời gian ngắn nên không vào tim nên không bị nguy hiểm. Nếu thời gian lớn thì đốt cháy cơ thể người.
	- Khi trực tiếp tiếp xúc nguồn phải có biện pháp phòng ngừa để giảm dòng qua người.
1.4 Đường đi của dòng điên giật
	Dòng qua tim phổi quyết định tác hại của nó với cơ thể con người
- Dòng điện qua tay – tay thì có 3,3%Ing qua tim.
- Tay phải – chân có 6,7%Ing qua tim.
- Chân – chân có 0,4Ing qua tim.
	Đường đi của dòng điện có ý nghĩa cực kì quan trọng, vì vậy dòng điện qua tim hoặc cơ quan hô hấp phụ thuộc cách tiếp xúc của người với mạch điện. Khi dòng điện qua người thì phân bố đèu trên cơ quan lồng ngực. Phân lượng dòng qua tim trong trường hợp “tay – chân” có trị số lớn nhất nên cần có biện pháp phòng ngừa.
1.5 Ảnh hưởng của tần số dòng điện giật
	Z = Rng + jX ; X = 1/ωC = 1/2πfC
	Trong thực tế thì tần số càng cao thì càng bớt nguy hiểm.
STT
Tần số (Hz)
Uthí nghiệm (V)
Số chó thí nghiệm
Xác suất chó bị chết
1
50
117÷120
15
100%
2
100
117÷120
21
45%
3
125
100÷121
10
20%
4
150
120÷125
10
0%
	Giải thích ảnh hưởng của tần số của dòng điện giật có thể dựa vào tế bào máu. Khi tần số thấp thì mức độ co và giãn của tế bào máu lớn dễ bị phá hoại, nếu tần số tăng lên thì mức độ kích thích của tế bào máu ít hơn. Nếu tần số quá cao (ti vi, đài) và tác dụng lâu dài thì nguy hiểm. Nếu tần số cao, công suất lớn càng nguy hiểm (lò vi sóng).
1.6 Điện áp cho phép
	- Càng bé càng tốt. Một số nước quy định điện áp cho phép khác nhau.
VD: 	Hà Lan, Thụy Điển, Pháp : U = 24 V.
 	Ba Lan, Thụy Sỹ, Tiệp Khắc : U = 50 V.
 	Liên Xô, Việt Nam : U = 65, 36, 12 V.
CHƯƠNG II
CẤP CỨU NGƯỜI BỊ ĐIỆN GIẬT
	Bất kì người nào làm việc trong ngành điện đều phải biết cấp cứu. Trước khi cấp cứu phải tách nạn nhân ra khỏi dòng điện càng nhanh càng tốt và ngay sau đó phải làm mọi cách để nạn nhân có tim phổi hoạt động trở lại.
	+ Sau 1 phút nạn nhân được cấp cứu thì 90% được cứu sống.
	+ Sau 6 phút nạn nhân được cấp cứu thì 10% dược cứu sống.
	+ Sau > 10 phút nạn nhân được cấp cứu thì 0% được cứu sống.
	Nếu nạn nhân bị ngất, choáng thì cho ngửi mùi NH3 và cho thoáng.
	Nếu nạn nhân bị tắt thở thì hà hơi thổi ngạt, kéo lưỡi ra. Khi tim đã đập và thở được không được đưa đi cấp cứu ngay mà phải để nằm im tại chỗ, ủ ấm ngay, cho uống nước nóng
CHƯƠNG III
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN ĐIỆN
3.1 Hiện tượng dòng điện đi vào đất
	Khái niệm cơ bản về an toàn điện xuất phát từ phân tích các hiện tượng do dòng điện chạm đất gây nên. Khi cách điện của thiết bị điện bị hỏng sẽ có dòng điện chạm đất, dòng điện này trực tiếp đi vào đất hay qua bộ phận nối đất của máy.
	 Thiết bị	
	Khi dòng điện chạm đất sẽ làm thay đổi trạng thái mạng điện tạo nên một vùng rò điện phụ thuộc vào điện trở đất (Rdât). Chúng ta có thể xem trường dòng điện đi vào đất như trường tĩnh điện như là tập hợp đường sức, đường đẳng thế.
	Gọi: J : là mật độ dòng điện trong đất.
	 γ : là điện dẫn suất của đất.
	 ρ : điện trở suất của đất.
	 E : cường độ điện trường đi trong đất.
=> J = γE = E/ρ =>E = Jρ (1)
Biết Iđất => J = Iđất/(2πx2) (2)
	 Iđất ρ	Iđ.ρ
 du = E.dx = Jρ.dx =	dx ; φA = UA =
	2πx2	 2πxA
 UA = k/xA
Phân bố điện áp trong vùng rò điện đối với đất có dạng là đường hypebol (đường hiệu thế), thường khi gần điện cực ( khoảng 1m) thì điện áp rơi trong đoạn này chiếm 68%, còn ngoài 20m trở ra có thể coi điẹn áp này bằng 0. Vì vậy càng đứng xa chỗ vật rò điện càng an toàn.
	Tính toán : 
Có :	Uđ , Iđ => 	Rđ = Uđ/Iđ ( điện trở tản )
 	 Z = Rđt - jXđt (đt - giá trị đẳng trị )
	Iđ Iđ Ihđ
	VD:	C
	B
	A
 Ucđ Iđ
	r0
 U0 	UA
Ucđ = Iđ.Rđ(A)	( cđ - cách điện )
Uo = Iđ.ro
RA = UA/IA
ro = Uo/Iđ
	Xoay chiều : Z = U/Iđ 
=> Điện trở tản là tỉ số giữa điện áp trên vật nối đất với dòng điện đi qua vật nối đất vào trong đất.
3.2 Điện áp tiếp xúc
1
2
	Uđ = αTđ.r0
	 = Uđ – Uα = Utx
 r0
	Trong quá trình tiếp xúc với TBĐ, nếu có mạch điện khép kín qua người thì điện áp giáng trên người lớn hay nhỏ tuỳ thuộc điện trở mắc nối tiếp với thân người (dép, giầy, ủng,), phần điện áp đặt vào người là điện áp tiếp xúc.
	Điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nối đất đến vật nối đất ( ro) và mức độ cân bằng thế α (α ≤ 1). Trong thực tế vận hành thiết bị điện, điện áp tiếp xúc không được tiêu chuẩn hoá.
3.3 Điện áp bước 
	Điện áp đặt lên 2 chân người gọi là điện áp bước (thế giữa 2 chân khác nhau ). 
	ρIđ
 Ub = Ux – Ux+a = 
	2π
 x
∫
x+a
 dx	ρIđ	1	1
 = (	 -	 )
 x2	2π	 x x + a
VD :	- Ở khoảng cách > 20m → Ub = 0
 	- Khi ở gần chỗ chạm đất → Ub tăng
 	Với Ub = 100V đến 250V thì có thể làm bắp chân co lại gây ngã dẫn đến Ub tăng ( do chiều dài cơ thể người )→ dòng điện qua người tăng → nguy hiểm tính mạng.
Điện áp bước cũng không được tiêu chuẩn hoá nhưng có quy định khoảng cách an toàn :	- thiết bị trong nhà cách xa 4m đến 5m
- thiết bị ngoài trời cách xa 8m đến 10m
Để tránh điện áp bước một số nước có quy định phải đeo giầy, ủng khi làm việc ngoài trời. 
CHƯƠNG IV
PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN
Mạng điện đơn giản là mạng điện một pha xoay chiều hay một chiều. Trường hợp nguy hiểm nhất là người chạm phải hai cực của nguồn điện.
Ing = 	
 	Trong nhiều trường hợp không phải cố tình chạm phải hai cực mà do vô tình, một tay chạm phải một cực còn cực kia chạm vào củi tay, lưng,  mặc dù đã có bảo hộ lao động nhưng vẫn gặp nguy hiểm.
4.1 Phân tích an toàn trong mạng điện cách điện đối với đất
 (2)
 (1)
	 r1 r2 
	 Rng
Khi người chạm phải pha (1)
 r2	 r2
 U	 	U
 r’1 Ung r1 Ung Rng 
Các bước tính toán:
	 Rng.r1 
1. Tính r’1:	 r’1 =	 	 (1)
	 Rng + r1	
	 U
2. Tính I0: I0 = 	 (2)
	 r’1 + r2 	
3. Tính Ung : Ung = I0.r’1 (3)
	 Ung
4. Tính Ing : Ing =	 	 	(4)
	 Rng 
	 U.r’1
 Ing = 	(4’)
 Rng.(r’1 + r2)
	 U.r’1
 Ing = 	(5)
 Rng(r1 + r2) + r1r2	
	 U
Từ (5) , nếu r1 = r2 = rcđ => Ing = 	 (6)
	 2Rng + rcđ	
 Dựa vào (6), ta thấy để giảm Ing đến trị số an toàn ta cần: 
- Tăng cường rcđ của mạng điện lên. 
 220 V : rcđ ≥ 20 Ω
 440 V : rcđ ≥ 42 Ω
	=> cần đầu tư vốn ban đầu lớn.
- Mắc nối tiếp Rng là Rnền, đi ủng, găng, thảm cao su,
	U
=> Ing = 	 	(7)
	2(Rng + rn) + rcđ
 Trong trường hợp chung (r1 ≠ r2), từ (5) ta có :
	 U.r1
Ing = 	(8)
 (Rng + rn)(r1+r2) + r1r2
4.2 Phân tích an toàn trong mạng điện một cực ( hay 1 pha) nối đất
	a) Mạng điện một dây
 (1)
	U	r1
	 Rng	rn	
	r0
	VD : Tàu điện ngầm,  
 Rng
 U
 rn r1
 r0	
	U.r1
 Ing = 	(9)
	(Rng + rn)( r1 + r0) + r1.r0
 R0 ≈ 0 => Ing = U/(Rng + rn) (10)
 Qua (10) ta thấy điện trở cách điện của mạng điện không có tác dụng làm giảm Ing . Nếu đứng trên đường ray hoặc vùng đất ẩm (rn = 0) => Ing lớn nhất => rất nguy hiểm , Ing = U/Rng
 b) Mạng điện 2 dây
	(2)
	U	Rtải
(1) 
 U/2 
	r0
Khi tải làm việc bình thường => toàn bộ điện áp sẽ đạt lên tải => an toàn.
Nhưng khi tải bị ngắn mạch thì điện áp bằng U/2 => chạm vào sẽ nguy hiểm đến tính mạng tuỳ thuộc vào vị trí người đứng => cần kiểm tra thiết bị có Rtải một cách liên tục.
4.3 Phân tích an toàn trong mạng điện cách điện đối với đất có điện dung lớn
 	Mạng điện điện áp bé có điện dung lớn thường xuất hiện trong mạng dùng cáp điện.
a) Sự nguy hiểm của điện tích dư
	Khi mạng điện cắt khỏi nguồn thì điện áp vẫn còn dư, nếu đúng thời điểm quá trình quá độ thì điện áp có thể tăng gấp 2 lần.
	Khi chạm 2 cực:	U0
	 ing = e-τ/Rng.C12
 	 Rng	
 I
 U0
 Rng	2C12
	 C12	
 τ1 τ τ2 τ 
 Nếu C = C12 
 => ing = (U/Rng). e-τ/2Rng.C12
 => điện dung càng lớn càng nguy hiểm.
 Nếu cùng trị số dòng điện thì τ2 > τ1.
=> Điện dung lớn hơn nguy hiểm lớn hơn.
Để tránh được điện tích tàn dư đôi khi người ta dùng biện pháp ngắn mạch 2 cực sau khi ngắt nguồn điện.
 +(2)	
	 C12
 -(1)
 Rng	C11	C22
Chuyển đổi sơ đồ:
 	+(2)
	 C22 	 2C12	 U/2
U
 Rng	 C11	 2C12	 U/2
 -(1)
	C11 + C22
	Rng
	U	 -τ
Ing = 	. e Rng (C11 + 2C22)	(11)
	2Rng
	Khi người chạm vào 1 pha → có dòng điện dung phóng điện qua người, dòng điện này phụ thuộc vào:
	+ Điện áp U.
	+ Rng
	+ Điện dung của mạng điện.
	+ Thời gian.
	Khi chạm phải tụ điện thì nhiệt lượng được sinh ra làm đốt nóng cơ thể con người => Rng giảm => Ing tăng => gây nguy hiểm.
b) Điện dung trong mạng điện một chiều
	+(2)
	U	 C12
 -(1)
 Rng C11 r1	r2	C22	
	+(2)
+	 	 C22 R2	
- C12	 
 	 C11	 Rng	 R1
	- - (1)
	Trước khi người chạm phải dây (1) thì C11 và C22 mắc nối tiếp với nhau
( C11 = C22 ) => Q11 = Q22 
U1/U2 = C22/C11 => U1 = U2 = U/2
	Khi người chạm vào pha (1) thì điện tích của C11 sẽ phóng điện qua người => điện áp của tụ 1 giảm từ U/2 đến 0. Còn điện áp của tụ 2 tăng từ U/2 đến U
	(1)
U/2 C11	 C22	 Rng
	 U	 -τ
ing = 	. e Rng (C11 + 2C22)	
	2Rng (12) 
 Đối với điện áp thấp thì điện trở cách điện nối đất mỗi pha đều có. Khi người chạm pha (1) => Rng // R1 
	 Rng.R1
R’1 = 
	 Rng + R1
U’1 = Irò.R’1
U’2 = U – U’1 => ΔU = U – U’1 = U’2 – U2
	 U	 -τ
=> ing = 	 . e Rng (C11 + 2C22)	
	 Rng
	 U.R1
 Ing = 
	 Rng.R1 + Rng.R2 + R1R2
 ∑Ing
	∑Ing
 ing	
 Rng T
c) Điện dung trong mạng điện xoay chiều
U	
 Rng C11 C22
Muốn tính ing => tính Z
	(2)
 X2
	rđt	đẳng trị
	Xđt 
 (1)
	(2)
 Z2 = X2
 Rng Z1 = X1
 (1)
Do nguồn là xoay chiều → dòng điện dung đi qua người lý thuyết phụ thuộc vào sức điện động của nguồn điện, phụ thuộc vào điện dung của các dây dẫn nối đất C11, C22
CHƯƠNG 5
PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN BA PHA
Khái niệm 
 	Theo quy trình mạng điện, các thiết bị điện phân theo điện áp : thấp Ulv < 1000V
	 cao Ulv > 1000V 
 - Điện áp thấp : 380/220V, 220/127V,  đều có 3 dây lửa và 1 dây trung tính. Dây trung tính nối đất qua điện trở nối đất. Dây trung tính luôn có dòng điện và điện áp đi qua.
- Điện áp cao. Cấp điện áp : 
	+ Trung áp 6, 10, 12, 22, 35kV → thường là trung tính cách điện hoặc nối đất qua một điện trở tác dụng.
	+ Cao áp 110, 220, 330kV. Mạng điện này thường có trung tính trực tiếp nối đất → khi có ngắn mạch ( 1 pha nối đất ) → dòng ngắn mạch lớn.
	+ Siêu cao áp 500, 750, kV. Theo dòng ngắn mạch : bé In < 500A
	 lớn In > 500A
 	Khi dòng ngắn mạch lớn thì tại chỗ bị ngắn mạch sẽ có dòng điện đi qua đất → tạo 1 vùng rò điện → nguy hiểm (điện áp bước ).
 	Ở tại điểm trung tính → có dòng đi vào đất có trị số lớn, nếu phân bố không tốt → gây điện áp bước → nguy hiểm tính mạng.
 	=> Cẩn thận với mạng điện ba pha có thể xảy ra thương vong trong các trường hợp :	+ Chạm phải 2 hoặc 3 cực
	+ Chạm phải 1 cực và đất
	+ Chạm phải vật bình thường không mang điện áp nhưng xuất hiện điện áp bất ngờ do cách điện bị hỏng.
	+ Tác dụng của điện áp bước.
5.1 Phân tích an toàn trong mạng điện có trung tính cách điện
1. Trường hợp chung : g1 ≠ g2 ≠ g3 ≠ g1 ; C1 ≠ C2 ≠ C3 ≠ C1
	g1	 g2	g3	C1	C2	C3
 Rng
Theo định lý Kirhoff I : trước khi người chạm phải pha 1 ta có
	g1.u1 + g2.u2 + g3.u3 + C1.du1/dt + C2.du2/dt + C3.du3/dt = 0 (1)
	( u1, u2, u3 : trị số tức thời của điện áp pha )
	u1 – u2 = u1 – u2 = u21
	u2 – u3 = uf2 –uf3 = u32
	u ... iện trở hệ thống nối đất.
- Để tản dòng điện lớn xuống đất ta phải tính toán tiết diện dây nối đất đảm bảo tính ổn định. Đối với những thanh dẫn ta phải hàn với nhau ( không nên bắt bulông, không dùng dây nhiều sợi )
6.5 Tính toán bảo vệ nối đất
- Để xác định thông số chính của hệ thống nối đất gồm bao nhiêu thanh, cọc, cách bố trí để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xuất phát từ điện áp tiếp xúc, điện áp bước.
- Bề mặt, tiết diện thanh nối đất phải đủ lớn để đảm bảo yêu cầu ổn định nhiệt và tản tốt dòng đi vào đất.
Xác định điên trở nối đất
 	Iđ, rđ, Uđ → Uđ = Iđ.rđ
Điện áp tiếp xúc cho phép Utxcp = αUđ
=> 	rđ = Utxcp/(Iđ.α)
Utxcp đối với từng trường hợp thì có yêu cầu khác nhau :
 	+ Nhà xưởng có mức độ nguy hiểm cao : Utxcp = 36V
 	+ Nhà xưởng có mức độ đặc biệt nguy hiểm : Utxcp = 12V
- Điện trở nối đất : rđ = f(Ulv,p,In,)
 	+ Đối với thiết bị có điện áp làm việc Ulv ≥ 1000V thì nối đất cho mọi trường hợp và rđ ≤ 4Ω
 	+ Với mạng điện nông thôn ( công suất bé : P ≤ 100kVA ; Icầuchì ≤ 25A ) thì rđ ≤ 10Ω
 	+ Đối với thiết bị có điện áp làm việc > 1000V thì rcộtđiện < 10Ω
 Rđ = 250/Iđ ≤ 10Ω ( Icđ bé )
 	+ Đối với mạng điện vừa cao áp vừa hạ áp dòng chạm đất lớn thì rđ ≤ 125/Iđ ( kiểm tra điều kiện an toàn )
 	+ Đối với hệ thống dòng điện rất lớn
 	RHT = ( Rtn // Rnt ) ≤ 0,5Ω với điều kiện Rnt ≤ 1Ω
 	Kiểm tra an toàn của thiết bị khi bị sét đánh. Các tiêu chuẩn chỉ đưa vào kinh nghiệm sản xuất vận hành thiết bị, đồng thời trong nghiên cứu, tính toán đảm bảo an toàn.
 	Người vận hành trạm phải được đào tạo bài bản. Phải có dụng cụ, thiết bị an toàn.Đối với hệ thống điện thường điện áp cao, dòng phóng điện lớn nên yêu cầu hệ thống nối đất r < 0,5Ω vì dòng ngắn mạch lớn, dòng đi vào đất chỉ có tính chất tức thời.
Xác định dòng điện tính toán => rđ ≤ Utxcp/(Iđ.α)
 	Khi tính toán hệ thống nối đất chúng ta cần phải tính dư ra hệ số an toàn đồng thời hệ thống dây, thanh, cọc đảm bảo ổn định nhiệt khi dòng đi qua để khỏi bị đứt dây, chống ăn mòn 
CHƯƠNG 7
BẢO VỆ NỐI ĐẤT DÂY TRUNG TÍNH
7.1 Ý nghĩa
Chỉ dùng cho mạng điện áp thấp < 1000V
Dùng trung tính nối với vỏ thiết bị, khi cách điện bị hư hỏng thì biến ngắn mạch chạm vỏ thành ngắn mạch một pha với dây trung tính sinh ra In lớn, khi đó cầu chì và aptômat sẽ tác động cắt nguồn điện. 
TB
	A
	B
	C
	 “0”
	r0	rđ
Khi chưa có bảo vệ nối đất trung tính Iđ = U/(r0 + rđ)
Đôi khi trị số dòng điện bé cầu chì và aptômat sẽ nhảy.
Mục đích : nối đất dây trung tính là biến chạm vỏ thành ngắn mạch một pha để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chỗ bị hư hỏng ra khỏi mạng điện.
7.2 Phạm vi ứng dụng
- Bảo vệ nối dây trung tính chỉ dùng cho trường hợp U < 1000V, có nối đất dây trung tính.
 	- Đối với phân xưởng sản xuất thì bảo vệ nối dây trung tính dùng cho mọi cơ sở sản xuất phụ thuộc môi trường xung quanh.
- Với mạng điện 220/127 bảo vệ nối dây trung tính chỉ dùng cho các trường hợp : xưởng đặc biệt nguy hiểm
- Đối với thiết bị đặt ngoài trời phải bảo vệ nối dây trung tính
- Đối với các thiết bị cầm tay phải có bảo vệ nối dây trung tính. 
- Đối với thiết bị trong nhà : tủ lạnh, điều hòa,  ở điều kiện khô ráo không sử dụng bảo vệ nối dây trung tính.
7.3 Nối đất làm việc, nối đất lặp lại
TB
TB
TB
	 C
	 B
	 A
	 “0”
 	r0	 rll	r12
- Đứt dây trung tính, ngắn mạch một pha ( như hình vẽ ).
 	Mặc dù các thiết bị đều được nối đất bảo vệ nối đất dây trung tính nhưng khi xảy ra sự cố ngắn mạch TB2 dẫn đến người chạm TB2 bị điện giật, người thứ 3 và các TB về sau đều bị giật, còn người chạm TB1 cũng bị điện giật nhưng nhẹ hơn. Vì vậy để hạn chế sự cố xảy ra người ta cần nối đất lặp lại. Khi có điện trở nối đất lặp lại thì điện áp đặt lên vỏ thiết bị sẽ giảm dẫn đến bớt nguy hiểm hơn.
 rll = r0 ≤ 4Ω thì an toàn.
Bình thường không có sự cố xảy ra, nếu có rll thì rht(hệ thống dây trung tính) = r0 // rll → giảm điện trở → hệ thống an toàn hơn.
	Utx1 ≈ 0
	Utx2 = Utx3 ≈ U
Để giảm Utx trên vỏ thiết bị → nối đất lặp lại.
	U’tx1 = Ur0 /(r0 + rl)
	U’tx2 = U’tx3 = Url /(r0 + rl)
Nếu rl ≈ r0 => U’tx2 = U’tx3 = U’tx1 = U/2
Nếu có điều kiện thì có nhiều vị trí nối đất lặp lại // với nhau (rl1 // rl2 // ) = rlđt
=> Bảo vệ cho dây trung tính không đứt dây.
	Trong thực tế hệ thống điện có 3 trạng thái làm việc như sau :
	+ Lưới điện không có nối đất lặp lại
	+ Lưới điện có nối đất lặp lại nhưng bố trí tập trung
	+ Lưới điện có nối đất lặp lại có hình ô lưới hoặc mạch vòng
	Ưu điểm của nối đất lặp lại tập trung là chi phí đầu tư ít hơn nhưng tạo vùng rò điện có Ubước lớn.
	Nối đất ô lưới hoặc mạch vòng : tản dòng điện nhanh biên độ nhỏ hơn, điện áp san đều hơn tránh được điện áp bước nhưng chi phí tốn kém hơn.
	Với đường dây tải điện trên không, chỗ rẽ nhánh hay bị đứt dây => trước hoặc sau rẽ nhánh có nối đất lặp lại.
	Những thiết bị cầm tay thường dùng 1 pha 2 dây cung cấp điện cho thiết bị → phải có dây thứ 3 là dây không nối với vỏ thiết bị.
7.4 Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
1. Biến chạm vỏ thành ngắn mạch một pha
Khi dòng ngắn mạch tương đối lớn → chảy cầu chì, nhảy aptômat.
Ingắn = Uf/(rk + rf) ≥ 2,5Iđm cầu chì.
Trong trường hợp không thuần trở
Ingắn	= Uf /[(rk + rf)2 + X2] ≥ 2,5Iđm cầu chì.
2. Điện áp trên vỏ thiết bị phải < Utxcp
 In.Z ≤ Utxcp
để điện áp tiếp xúc nhỏ → nối đất lặp lại.
Quy định : + tiết diện dây trung tính S = (50 ÷ 70)%.Sdâydẫnpha
 + dây nối thiết bị với dây trung tính có tiết diện S = (30 ÷ 50)%.Sdâydẫnpha
vì : khi sự cố xảy ra, dòng ngắn mạch lớn và lâu sẽ hại máy biến áp nguồn. Vì vậy dây nối giữa thiết bị với dây trung tính sẽ giống như cầu chì cắt nguồn khỏi ngắn mạch.
a. Trung tính không có nối đất lặp lại 
 	Tùy từng vị trí thiết bị có điện áp vỏ thiết bị có khác nhau, đặc biệt là vị trí sau chỗ bị đứt có điện áp lớn.
TB1
TB2
	 C
	 B
	 A
	Zk.In	 “0”
	 In.Zn	
 r0	 
b. Trung tính có nối đất lặp lại
Khi rl = r0 → Utx = 1/2.In.Zk
Trong nhiều trường hợp ta phải tính Utx < Utxcp → nối đất lặp lại tốt hơn.
Trong hệ thống điện có nhiều rl theo nhiều hướng khác nhau => làm cho hệ thống điện tốt hơn và an toàn hơn. 	rlđt = ( rl1 // rl2 //  // rln )
c. Dây trung tính có nối đất lặp lại bố trí mạch vòng
- Utx sẽ giảm do dòng ngắn mạch tản ra hai bên
- Điện áp bước nhỏ → đảm bảo an toàn
7.5 Tính toán điện trở nối đất làm việc và nối đất bảo vệ
Tính toán điện trở làm việc theo hai điều kiện sau :
 	+ Phải có điện áp chạm đất thấp nhất
 	+ Chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp
	Ung = (U02 + U.U0 + U2)
CHƯƠNG 8
SỰ NGUY HIỂM KHI ĐIỆN ÁP CAO XÂM NHẬP SANG ĐIỆN ÁP THẤP
8.1 Khái niệm
Điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp là sự nối điện giữa các cuộn dây có cấp điện áp khác nhau, khi có sự cố xảy ra vì cách điện bị chọc thủng hay bị đứt dây.Hiện tượng này thường xảy ra ở các MBA di động cung cấp điện cho các đèn cầm tay, dụng cụ cầm tay, máy hàn, Khi điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp như 12 → 65V thì rất nguy hiểm vì các mạng điện này có cách điện yếu → sẽ đánh thủng cách điện bên hạ áp → gây nguy hiểm.
 	Trong MBA điện lực ít bị xảy ra hiện tượng này.Có trường hợp đứt dây cao áp rơi xuống hạ áp → gây nguy hiểm cho đường dây hạ áp → cháy thiết bị.
 	MBA đo lường trong trạm biến áp, người tiếp xúc liên tục, nếu có sự nối giữa các đường dây có cấp điện áp khác nhau thì rất nguy hiểm.
 	Đánh giá sự nguy hiểm của hiện tượng xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp chúng ta phải tìm các biện pháp bảo vệ tích cực dựa vào chế độ làm việc của thiết bị điện.
1. Cao áp có trung tính cách điện, hạ áp có trung tính cách điện
	> 1000 V	< 1000 V
 C
	 B 
	 A
	g1 g2 g3	
 C1	C2	C3
Khi một pha nào đó bên cao áp phát điện sang dây trung tính của hạ áp. Tại điểm trung tính của hạ áp có trị số gần bằng điện áp pha bên cao áp. Điểm trung tính hạ áp có trị số 	 U0 = Iđ /(g1 + g2 + g3)
2. Cao áp có trung tính cách điện, hạ áp có trung tính trực tiếp nối đất
Đối với U0 có thể phát điện ra vỏ → nguy hiểm cho người, đồng thời tại chỗ nối đất sẽ sinh ra điện áp bước có trị số lớn → nguy hiểm.
Khi U0 có trị số lớn sẽ gây nguy hiểm cho nguời khi chạm vỏ thiết bị, với dây trung tính nối đất. Với vỏ thiết bị : đồng thời điện áp các pha cũng biến thiên, có thể có pha có trị số lớn, vì vậy chúng ta cần có biện pháp bảo vệ chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp.
 CA	> 1000 V HA	< 1000 V
	C1	C2	C3 U0 g1 g2 g3
 r0
3. Cả cao áp và hạ áp đều trung tính trực tiếp nối đất
	CA	> 1000 V HA	< 1000 V
 C
	 B 
	 A
 g1 g2 g3	
 C1 C2 C3
 r0 r0 r0
Khi có sự phóng điện từ điện áp cao sang dây trung tính bên hạ áp, tức là phóng điện một pha xuống đất, dòng phóng điện có trị số lớn. Hệ thống bảo vệ tác động nhanh cắt nguồn cao áp.
8.2 Các biện pháp bảo vệ chống sự xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp
 	Phải dựa vào chế độ làm việc của hệ thống điện hay thiết bị điện.
1. Cao áp trung tính cách điện, hạ áp trung tính trực tiếp nối đất
- Giảm r0 để giảm U0 bên hạ áp cho đến mức an toàn.về trị số r0 ≤ 4Ω. Nhưng tùy thuộc vào dòng Iđ mà chúng ta có thể giảm r0 lớn hơn
r0 ≤ 250/Iđ ≤ 10Ω ( thiết bị bảo vệ nối dây trung tính ).
 	r0 ≤ 125/Iđ ≤ 4Ω , với công suất nguồn tương đối lớn
Tuy nhiên điện áp 125, 250V không phải là an toàn cho người, chính vì vậy cần phải hết sức lưu ý và tính toán cho từng trường hợp cụ thể để có hiệu quả an toàn hơn. 
Để giảm r0 và bảo vệ nối dây trung tính mạng hạ áp → phải dùng nối đất lặp lại ở nhiều vị trí.
 	rlđt = (rl1 // rl1 // rl3 // )
=> 	rlđt // r0 => U0 = Iđ.r0.rlđt /(r0 + rlđt) → giảm được U0 trên dây trung tính. 
2. Cả cao áp và hạ áp đều nối đất trực tiếp
 	Giảm r0 để giảm U0 → thời gian sự cố ngắn bằng thời gian đóng cắt của các thiết bị bảo vệ bên cao áp.
3. Cao áp và hạ áp có trung tính cách điện
 	Dòng phóng điện có trị số bé, hệ thống bảo vệ không tác động, thời gian tồn tại sự cố lâu, bằng thời gian phát hiện đến lúc sửa chữa xong. Vì vậy dùng biện pháp :
 	Nếu công suất nguồn lớn, dùng cầu chì nổ : bao gồm hai điện cực, ở giữa là các tấm mica cách điện. Bình thường không có sự cố thì mica có tác dụng cách điện nối đất. Nhưng khi có sự cố sẽ gây tiếng nổ báo hiệu để người cắt nguồn điện. Nhược điểm là tấm mica có tính chất dễ tách lớp → độ ẩm ngấm vào bên trong → nó có thể tác động nhầm. Chính vì vậy cần phải kiểm tra định kỳ.
 	Nếu điện áp thấp hơn 3kV, 6kV thì hầu như không phóng điện qua mica, không gây tiếng nổ → phải dùng rơle so lệch để điều khiển cắt nguồn bên cao áp → an toàn phía hạ áp. Đôi khi dùng cả rơle hơi.
 	Đối với máy phát điện, để phát ra các cấp điện áp khác nhau, trung tính không được trực tiếp nối đất, vì vậy không dùng được mica mà phải dùng rơle.
4. Các biện pháp bảo vệ chông điện áp cao xâm nhập sang điện áp thấp U< 100V
a. Nguồn có trung tính cách điện
 U1 U1
 Màn chắn
 U2 U2
b. Nguồn điện có trung tính trực tiếp nối đất
Trong tính toán : Utx = Uđ + U2 ≤ Utxcp
Trong trường hợp nguy hiểm nhất : Utx = U1 + U2 ≤ Utxcp
Đối với máy biến áp, dụng cụ cầm tay, nếu ta dùng cầu chì hoặc aptômat bảo vệ U1, U2 ta cần tính dòng ngắn mạch :
	In = U /[(rph + rB + r0)2 + (X + XB)2] ≥ 2,5Iđmcc
 	Để đảm bảo nguồn điện làm việc tốt, đồng thời dây trung tính có điện trở R0 bé phải nối đất lặp lại.
Tóm lại, để bảo vệ chống xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp, có nhiều biện pháp trong chế tạo thiết bị và trong vận hành, phải chọn cầu chì, aptômat cho đúng.
CHƯƠNG 9
CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT
9.1 Quá điện áp khí quyển và đặc tính của sét
- sét là hiện tượng tự nhiên khi phóng điện tia lửa ở một khoảng cách dài. Có hai hiện tượng phóng điện sét là : mây → mây tạo thành sấm, và mây → đất tạo thành sét.
- Khoảng 80% các đám mây phóng điện xuống đất mang điện tích (-), lúc đó đất mang điện tích (+).
- Thường sét đánh vào nơi có điện dẫn lớn ( ao, hồ, đất ẩm, ... ) hoặc nơi có mỏ kim loại  
 	Khi phóng điện thì mây phóng tia tiên đạo xuống mặt đất, khi tia này gần đến mặt đất thì xuất hiện một dòng phóng điện ngược trái dấu. Khi chúng tiếp xúc nhau → gây tiếng nổ.
-Do tính chất chọn lọc của phóng điện sét mà chúng ta phải dùng cột thu sét, dây thu sét.
- Khi có phóng điện sét có thể có vài lần phóng điện : 
lần 1 có vận tốc 1,5.107 cm/s 
 lần 2 có vận tốc 2.108 cm/s 	(ít khi có lần thứ 4)
 Dòng điện sét có thể biến thiên từ vài kA cho đến hàng trăm kA. Với dòng điện này có thể gây nóng chảy, phá huỷ các công trình.
- Ở Việt Nam có mật độ giông sét lớn, các vùng địa lý khác nhau thì có mật độ sét khác nhau:
	Miền Bắc :	70 đến 110 ngày/năm
	Miền Nam : 	138 ngày/năm ( TP.HCM )
	 	139 ngày/năm ( Hà Tiên )
	 Is
Tham số của dòng điện sét Is
a = dis/dt 	Imax
I = at t ≤ τđs
 Im t ≥ τđs
	 t (μs)
	τđs
Độ dốc a có thể biến thiên từ 10kA/µs đến 50kA/µs. Thường lấy trung bình 
a = 30kA/µs
	Imax = 150 kA
- Đối với các thiết bị đặt ngoài trời thường bị sét đánh hoặc bị sóng truyền từ đường dây vào nên khi chế tạo những thiết bị này cần phải kiểm tra cách điện, sức chịu đựng điện áp xung.
9.2 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
- Cột thu lôi
- Dây chống sét 
- Các thiết bị có phát xạ sớm để thu hút sét đánh vào chỗ đó, 
a. Dùng 1 cột thu sét	
Rx = 1,6(h – hx) /(1 + hx/h)
 	h
	hx
 rđ
 Rx 
	1,5h	0,75h	0,75h	1,5h
	h ≤ 30m	hx ≤ 2/3.h => rx = 1,5h.(1 – hx /0,8h)
	hx > 2/3.h => rx = 0,75h.(1 – hx /h)
 	h> 30m → hệ số hiệu chỉnh p = 5,5 /
b. Dùng 2 cột có chiều cao bằng nhau
	a ≤ 7h
	h0 = h – a/f
r0x = 1,5h0(1 – hx /0,8h0)	hx ≤ 2/3.h0
r0x = 0,75h0(1 – hx/h0)	hx > 2/3.h0 
	h	h0
	a	0,75h	1,5h
c. Dùng 2 cột có chiều cao khác nhau
	h2
	h1	h0
	h1’
	0,75h2	cột giả tưởng
d. Dùng nhiều cột thu lôi
Ta phải tính đường kính Di ngoại tiếp các tam giác, 
tứ giác (đa giác).
	Chọn hamax = Dimax /8
hx : chiều cao cần bảo vệ
	h = ( hx + hamax ) → làm tròn
	tính rx; r0xij
 	Trong mọi phương án cần phải tính toán để thiết bị nằm dưới vùng bảo vệ thì thiết bị mới được an toàn.
 	Khi hx > 2/3.h → bx = 0,6.h.( 1 – hx/h )
 	hx ≤ 2/3.h → bx = 1,2.h.( 1 – hx/0,8h )
 	h0 = h – S/4 	(S là khoảng cách 2 dây)
9.3 Nối đất chống sét
- Nếu điện áp ≥ 110kV thì nối đất chống sét, bảo vệ làm chung. Nhưng khi điện áp nhỏ hơn cần phải tách riêng.
- Để tính toán nối đất chống sét người ta thường nối đất mạch vòng, kiểm tra có đạt yêu cầu hay không. Nếu không đạt yêu cầu cần phải làm mạch vòng phối hợp nối đất bổ xung gồm 1 tia cạnh cột thu lôi. Khi đó cần phải có thanh cân bằng áp để giảm trị số điện áp bước. khi tính toán ta chỉ tính cho 1 tia, vài cọc.
CHƯƠNG 10
NHỮNG PHƯƠNG TIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN CHO AN TOÀN ĐIỆN
Tránh sự tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện :
- Tăng cường cách điện cho thiết bị, tính toán theo các cấp điện áp khác nhau
- Phải có che chắn, rào chắn hình ô lưới, có chiều cao nhất định. Trong nhà và ngoài trời tính toán khác nhau, các cấp điện áp khác, chiều cao khác nhau.
Khoảng cách giữa thiết bị và rào chắn khác nhau. Rào chắn phải nối đất, rào chắn dạng tấm tuỳ thuộc hồ quang có thể sinh ra.
 	- Dụng cụ cần thiết khi làm việc với điện : găng, ủng, rào cách điện, kìm cách điện, bút thử điện, sào phải đủ độ bền cơ, có bệ thao tác, thảm cao su.