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 = uf1 – uf2 = u21
u2 – u3 = uf2 –uf3 = u32
u3 – u1 = uf3 – uf1 = u13
( u21, u32, u13 : trị số tức thời của điện áp dây )
=> u2 = u1 – u12
u3 = u1 – u13
thay vào (1)
=> (g1 + g2 + g3).u1 + (C1 + C2 + C3).du1/dt – g2.u21 – C2.du21/dt + g3.u13 + C3du13/dt = 0
đặt g1 + g2 + g3 = g
C1 + C2 + C3 = C (3)
U → u.ejωt ; du/dt → jωu.ejωt
Ũ1(g + jωC) = Ũ21(g2 + jωC2) –Ũ13(g3 + jωC3) (4)
Ũ21 = Ũ1 –Ũ2 = Ũ1(1- a2)
Ũ13 = Ũ3 – Ũ1 = Ũ1(a-1)
với Ũ là giá trị phức của điện áp.
a = ej2π/3 = - 1/2 + j/2
đặt A = [3(g3 + g2) + ω(C3 – C2)]2 + [(g2 – g3) + 3ω(C2 + C3)]2
B = (g1 + g2 + g3)2 + ω2(C1 + C2 + C3)2
=> U1 = U/2 .
=> Ing = U1.gng (5)
Công thức (5) là chìa khóa mở ra mọi trường hợp của mạng điện.
Mạng điện áp thấp thì thuần trở trung tính cách điện : C1 = C2 = C3 = 0
r1 = r2 = r3 = rcđ
(1)
(2)
(3)
r1 r2 r3
Rng
Ing = 3U/(3Rng + r) (6)
Qua (6) ta thấy để giảm d òng điện :
+ tăng cường cách điện cho mạng
+ mắc nối tiếp với nhiều Rnền (ủng, bệ thao tác, thảm cách điện)
Trong trường hợp ba pha cách điện khác nhau : R1 ≠ R2 ≠ R3
√3 .U.r1.√r22 + r1r2 + r32
Ing = (7)
Rng.(r1r2 + r2r3 + r1r3) + r1r2r3
2. Mạng điện trung tính cách điện điện áp > 1000V
r1 = r2 = r3 = ∞ => g = 0
C1 = C2 = C3 = C
C1 C2 C3
Rng
3U
Ing =
√ 9Rng2 + 1/(ωC)2
Với mạng điện điện áp càng cao, đường dây dài, trị số C càng cao → Ing càng lớn → càng nguy hiểm.
3. Mạng điện trung tính cách điện, điện áp < 1000V, với C lớn
1
2
3 rđt
Rng g1 g2 g3 C1 C2 C3 Cđt
r1 = r2 = r3 = r ; C1 = C2 = C3 = C ; Z = rđt + jXđt =
3 Ũ 3Ũ(r – jX)
Ĩng = =
3Rng + (-jX)/(r – jX) 3Rng.r – j(3Rng + rX)
Ở điện áp tương đối cao thường trung tính cách điện. Khi chạm đất một pha thì dòng điện này là dòng điện dung có trị số tương đối lớn có thể làm hỏng cách điện các cuộn dây, thời gian tồn tại Ing lớn, hệ thống bảo vệ không tác động, chỉ báo chạm đất. Để hạn chế Ing thường mắc vào trung tính một cuộn cảm, cuộn cảm được nối đất ( trị số cuộn cảm phụ thuộc vào từng mạng ).
Chú ý : - Đừng coi mạng điện hồ quang là không nguy hiểm và an toàn vì trong thực tế có thể tính toán I ≈ 0 nhưng trongn thực hành có điện áp bù thiếu hoặc thừa sẽ tác dụng lên người gây mất an toàn cho người. Về mặt kinh tế có lợi do dòng hồ quang nhỏ.
Khi chạm đất một pha, người chạm vào pha khác thì Ung là điện áp dây nên Ing cũng tăng lần. Đó chính là nhược điểm của mạng điện trung tính.
Trong trường hợp ngắn mạch một pha của thiết bị và ngắn mạch trung tính dòng này bé nên khó phát hiện và thời gian tồn tại lớn.
5.2 Mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất
1. Ý nghĩa của việc nối đất trung tính
UA
Ung
UB UC
Uhd
r0 U0
- Khi có trung tính trực tiếp nối đất thì về mặt cách điện dễ thực thi, đem hiệu quả kinh tế cao, kích thước thiết bị giảm.
- Khi đường dây có sự cố ngắn mạch : Ing có trị số lớn, hệ thống bảo vệ tác động,sự cố tồn tại trong thời gian ngắn.Khi chưa có chạm đất :
ÜA = ЇAZA = ÜphA; ÜB = ЇBZB = ÜphaB; ÜC = ЇCZC = ÜphaC.
- Khi người chạm pha B ( pha A ngắn mạch ) : Üph < Üng < Üdây.
Nếu hệ thống nối đất trung tính tốt : r0 = 0 ; U0 = 0 → Ung ≈ Upha → bớt nguy hiểm hơn trường hợp trung tính cách điện. Nếu r0 ≠ 0 ; U0 ≠ 0 : Uphđ = Iđ.rphđ
Ung = (U02 + UfB2 + U0. UfB)1/2
Kết quả tính toán cho thấy khi mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất, khi 1 pha bị chạm đất thì điện áp các pha còn lại sẽ vượt quá điện áp pha và điện áp đặt lên người phụ thuộc đại lượng r0, rfđ.
Ing = Uf/(Rng + rnền + r0)
Cách điện giưac các pha không hạn chế dòng điện qua người. Đây là một trong những nhược điểm của mạng trung tính trực tiếp nối đất.
2. Mạng điện có Ulv > 1000V
Khi ngắn mạch dòng có trị số lớn, rơle bảo vệ sẽ tác động trong thời gian ngắn cắt nguồn điện khỏi sự cố. Tại nơi ngắn mạch gây điện áp bước.
Với mạng 6, 10kV trung tính của máy phát thường nối đất qua điện trở, có tác dụng giảm bớt dòng ngắn mạch đi qua cuộn dât máy phát, tránh trường hợp cháy dây quấn MBA. Còn với MBA 6, 10kV thì trung tính cách điện.
3. Mạng điện có Ulv < 1000V
Thường có sự cố chạm đất gây nguy hiểm cho người và thiết bị. Dòng chạm đất nhỏ : Iđ = 380/[(12 + 4) ] = 13,7A
Dòng điện này chỉ làm chảy cầu chì 4-6A, đôi khi trong thực tế gặp cầu chì 15-20A nên dòng chạm đất tồn tại lâu. Khi người chạm phải pha khác thì điện áp đặt lên người gần bằng điện áp dây gây nguy hiểm tính mạng con người => phải tránh chạm đất bằng cách tăng cách điện của dây, kiểm tra cách điện đường dây, thiết bị điện và dùng các hệ thống bảo vệ tác động nhanh hoặc báo động chạm đất.
Tóm lại : Với mạng điện ba pha điện áp trên dưới 1000V đều có thể gây sự cố rất nguy hiểm. Phải có những phương pháp phòng ngừa đúng đắn, quy trình vận hành an toàn.
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro