Trị số điện áp tiếp xúc cho phép đối với nhà xưởng khó giáo là
Biện pháp chống tiếp xúc điện1. Chống tiếp xúc điện trực tiếp1.1. Bảo vệ chínhĐảm bảo mức cách điện cần thiết: sử dụng RCD thích hợp, thực hiện các lớp bọc bằng giấy cách điện, nhựa PVC, XLPE,.. Show Bảo vệ bằng cách sử dụng rào chắn các phần mang điện, đặt chúng ở các vị trí trên cao không với tới được, hoặc đặt trong tủ kín. Ví dụ: Dây dẫn trần trên cao có sứ cách điện, các tủ hợp bộ bên trong có các thanh cái đặt trên sứ được khóa kín, tủ chỉ mở sau khi đã cắt nguồn bằng cách sử dụng các chìa khóa đặc biệt. Bảo vệ bằng cách sử dụng điện áp cực thấp (24V, 12V và 6V). Trường hợp này công suất của mạng cực thấp nên chỉ áp dụng ở những nơi đặt biệt nguy hiểm ví dụ như hầm mỏ , phòng nha khoa, phòng mổ,.. 1.2. Bảo vệ phụCác biện pháp ngăn ngừa chạm điện trực tiếp nêu trên đã đủ để có thể bảo vệ chống điện giật trực tiếp. Tuy vậy, vẫn có thể xảy ra tai nạn trực tiếp do sai xót, nhầm lẫn. (Ví dụ: hư hỏng lớp bọc cách điện do động cơ, nhiệt, do oxi hóa,..). Trong trường hợp này người ta sẽ dùng các biện pháp bảo vệ phụ bằng cách đặt các thiết bị chống dòng rò RCD (residual current device). RCD là thiết bị bảo vệ có độ nhạy cao tác động theo dòng rò I= 10 ~ 30mA. Trong chế độ bình thường: Ipha = -IN IRCD = 0 Khi có người chạm vào dây pha: Ipha = [Ipha + Ing] IN Do đó IRCD 0; IRCD = Ing. 2. Chống tiếp xúc gián tiếp vào điệnXét mạng điện U 1 kV, tiếp xúc gián tiếp vào điện xảy ra khi người sờ vào vật mang điện áp do chọc thủng cách điện (chạm pha, vỏ) hoặc người đi trong vào vùng đất nhiễm điện. Trong các xí nghiệp sản xuất số lượng thiết bị điện thường rất lớn công nhân có nguy cơ tiếp xúc gián tiếp vào điện do sự cố chạm vỏ. Biện pháp bảo vệ an toàn trong trường hợp này gồm 2 nội dung:
Thời gian thiết bị bảo vệ nguồn khi chạm vỏ phụ thộc trị số Utx và loại nguồn điện như trong bảng sau: Bảng 1. Bảng trị số thời gian cắt nguồn max (thời gian cho phép tồn tại Utx tương ứng); Ucpmax = 50V
Bảng 2. Bảng trị số thời gian cắt nguồn max (thời gian cho phép tồn tại Utx tương ứng); Ucpmax = 25V
2.1. Các hệ thống nối đất trong mạng nối đất theo tiêu chuẩn IECBiện pháp bảo vệ an toàn chống chạm điện gián tiếp được thực hiên phụ thuộc phương pháp nối đất của hệ thống cung cấp điện. 2.1.1. Định nghĩa các sơ đồ nối đất chuẩn hóaCác sơ đồ nối đất được mô tả theo đặc tính về phương pháp nối đất điểm trung tính của mạng hạ áp và phương pháp nối vỏ kim loại của các thiết bị điện trong mạng này. 2.1.1.1. Sơ đồ nối đất TT
Đặc tính:
Hệ quả:
Trong điều kiện bình thường, trên dây PE không có sụt áp và sẽ không có các khuyết điểm như của sơ đồ TN-C. Khi có hư hỏng cách điện, xung điện áp xuất hiện theo dây PE thường thấp và các nhiễu có thể bỏ qua.
2.1.1.2. Sơ đồ TN (Bảo vệ nối trung tính, nối không) Nguồn được nối đất như sơ đồ TT. Trong mạng, cả vỏ kim loại và các vật dẫn tự nhiên của lưới sẽ được nối với dây trung tính. Một vài phương án của sơ đồ TN là: Đặc tính: + Dây trung tính là dây bảo vệ và được gọi là PEN. Sơ đồ này không được phép sử dụng đối với các dây nhỏ hơn 10mm2(dây Cu) và 16mm2 (Al) và thiết bị điện cầm tay. + Sơ đồ (TN-C) đòi hỏi một sự đẳng thế hiệu quả trong lưới với nhiều điểm nối đất lặp lại. Các vỏ thiết bị và vật dẫn tự nhiên sẽ nối với dây trung tính. + Cách nối PE: dây trung tính và PE được sử chung được gọi là PEN. + Bố trí bảo vệ chống chạm điên gián tiếp: sơ đồ có dòng chạm vỏ và điện áp tiếp xúc lớn nên:
Hệ quả: + Quá áp:
+ Chống cháy:
Tương hợp điện từ:
Ăn mòn: sự ăn mòn bắt đầu từ thành phần dòng DC mà dây PEN có thể tải và thành phần dòng điện đất. Chúng ăn mòn điện cực nối đất và kết cấu kim loại trong trường hợp nối đất lặp lại nhiều lần. Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp trong sơ đồ có dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn. Tự động ngắt nguồn khi có hư hỏng cách điện.
Thiết kế và vận hành :
2.1.1.3. Sơ đồ TN-S (3 pha 5 dây) (S- separate)
Đặc tính:
Hệ quả:
Khi có hư hỏng cách điện, điện áp xung lớn sẽ xuất hiện dọc theo PE, tạo nên hiện tượng quá độ như sơ đồ TN-C. Nếu bảo vệ chống tiếp xúc giản tiếp được trang bị thiết bị bảo vệ quá dòng thì các đặc trưng tương tự sơ đồ TN-C sẽ được sử dụng. Thiết kế vận hành:
Sử dụng RCD với dòng tác động 500mA sẽ tránh được hư hỏng về điện. Những hư hỏng này xảy ra do hư hỏng cách điện hoặc ngắn mạch qua tổng trở. 2.1.1.4. Sơ đồ TN-C-S
Sơ đồ TN-C và TN-S có thể được cùng sử dụng trong cùng một lưới. Trong sơ đồ TN-C-S sơ đồ TN-C (4 dây) không bao giờ được sử dụng sau sơ đồ TN-S. Điểm phân dây PE tách khỏi dây PE thường là điểm đầu của lưới. 2.1.1.5. Sơ đồ IT trung tính cách ly bảo vệ nối đất
Vỏ kim loại và vật dẫn tự nhiên sẽ được nối tới một điện cực nối đất chung. Trên thực tế, mọi dây dẫn đều có một điện kháng đối với đất vì không có cách điện nào là hoàn hảo. Song song với đường rò điện trở sẽ có đường rò dòng chung với đất. Ví dụ: Trong sơ đồ ba pha, 3 dây hạ áp, 1km cáp sẽ cho tổng trở C1, C2, C3, và R1, R2, R3 và tương đương với một Zct bằng 3000 đến 4000. 2.1.1.6. Sơ đồ IT (nối đất qua điện trở) Một điện trở (từ 1 2k) được nối giữa điểm trung tính cuộn hạ biến áp phân phối và đất. Các vỏ kim loại và vật dẫn tự nhiện sẽ nối tới cực nối đất. Nguyên nhân dùng Zs là để tạo thế cố định so với đất (Zs nhỏ hơn Zct) của các lưới nhỏ và do đó giảm ngưỡng quá áp do sự cố chạm từ cuộn cao thế của máy biến áp nguồn sang hạ. Tuy nhiên việc lắp theo Zs sẽ làm tăng dòng sự cố khi xảy ra chạm vỏ điểm thứ nhất. Đặc tính: + Cách nối đất: điểm trung tính của máy biến áp được cách ly với đất hoặc nối đất qua điện trở và bộ hạn chế quá áp. Trong điều kiện bình thường, áp của nó gần bằng áp của vỏ thiết bị qua điện dung rò so với đất của mạch và thiết bị. + Vỏ các thiết bị và vật dẫn tự nhiên của tòa nhà sẽ nối tới điện cực nối đất riêng:
+ Khó có khả năng đồng thời xảy ra sự cố tại hai điểm nếu mạng được lắp đặt một thiết bị giám sát cách điện trở bảo vệ vào báo tín hiệu xảy ra ở điểm thứ nhất. Từ đó có thể định vị chính xác và loại bỏ nó. + Bộ hạn chế quá áp (OL) cần được đặt để ngăn chặn khả năng tăng điện thế giữa phần mang điện và vỏ thiết bị. Hiệu điện thế này có thể vượt quá điện áp chịu đựng của thiết bị hạ thế khi có sự cố hư hỏng cách điện trung áp. Bảo vệ quá áp cần được thực hiện theo tiêu chuẩn chung của sơ đồ nối đất. + Tính liên tục cung cấp điện và tương hợp điện từ: Dòng sự cố điểm thứ nhất khi hư hỏng cách điện thường thấp. + Sự cố điểm thứ nhất do hư hỏng cách điện hạ áp sẽ không tạo ra sự sụt áp nào hoặc nhiễm điện từ trên dải tần rộng tương ứng với dòng sự cố cách điện truyền thống. + Quá áp: Sau sự cố điểm thứ nhất, các thiết bị tiếp tục làm việc và điện áp dây sẽ xuất hiện giữa pha bình thường và vỏ thiết bị. Thiết bị cần chon theo điều kiên này. Lưu ý:
+ Thiết bị chống dòng rò cũng có thể được dùng. Nếu sự cố xảy ra phía sau của cùng một RCD, thiết bị có thể coi dòng sự cố như dòng tải và có thể không tác động. Một RCD tách biệt cần lắm riêng cho mỗi mạch. Nếu hai nơi trên cùng lưới sử dụng một sơ đồ IT có các điện cực nối đất của chúng tách biệt nhau thì RCD cần phải được đặt trên đầu vào của chúng. Điều này cho phép tránh hư hỏng cách điện trên pha thứ nhất của nơi thứ nhất và hư hỏng cách điên trên pha thứ hai trên nơi thứ hai. Hỏa hoạn: Sử dụng bộ kiểm soát hư hỏng điện và có thể dùng RCD với dòng 500mA để tránh hỏa hoạn do sự cố về điện. Thiết kế và vận hành: + Các nhân viên bảo trì được huấn luyện để có khả năng định vị đúng và loại trừ sự cố điểm thứ nhất. + Công trình điện cần được thiết kế cẩn thận: sử dụng sơ đồ IT khi có yêu cầu cao về liên tục cung cấp điện, khảo sát ảnh hưởng của dòng rò và chú ý tới RCD, cô lập và phân chia lưới v.v.. + Nếu RCD 30mA được dùng để bảo vệ mạch ổ cắm thì:
Lưu ý: Dây nối đất được thiết bị bảo vệ 4 cực (bao gồm cả bảo vệ trung tính) hoặc thiết bị bảo vệ hai cực. Trong tủ phân phối cuối cùng, thiết bị bảo vệ một cực + bảo vệ trung tính có thể được dùng nếu tiết diện dây pha và trung tính như nhau và khi RCD được lắp ở phía trước đó. Các tiêu chuẩn chọn lựa chọn:
Phương án lựa chọn cần thỏa mãn các tiêu chuẩn cơ bản sau:
2.1.2. So sánh các sơ đồ nối đất khác nhauSơ đồ dạng TT nên dùng cho lưới bị hạn chế sự kiểm tra hoặc lưới có thể mở rộng ra hoặc cải tạo (đối với lưới công cộng hay khách hàng), nguyên nhân là vì sơ đồ này rất đơn giản. Mặt khác, do sử dụng hai hệ thống nối đất riêng biệt, cần phải lưu ý bảo vệ quá áp. Trạm khách hàng với sơ đồ TN:
Hộ tiêu thụ hạ áp với sơ đồ TT:
Sơ đồ IT: thường sử dụng khi cần độ tin cậy cung cấp điện cao. Tuy nhiên nó đòi hỏi:
Sơ đồ TN-S: Nên dùng cho lưới được theo dõi kiểm tra thường xuyên hoặc lưới không mở rộng, cải tạo. Sơ đồ này thường chỉ cần các RCD có độ nhạy trung bình. Không nên dùng các sơ đồ TN-C và TN-C-S để tránh hỏa hoạn và nhiễm điện từ do:
Người ta có thể phối hợp các sơ đồ nối đất lại với nhau trong một mạng điện nếu cần thiết. 2.2. Các biện pháp bảo vệ bằng cách tự động cắt nguồn cung cấpNguyên tắc: biện pháp bảo vệ này phụ thuộc vào hai yêu cầu căn bản:
Giá trị Utx càng lớn càng phải nhanh chóng cắt nguồn cung cấp. Giá trị cao nhất của Utx có thể được xem là không nguy hiểm người được gọi là giới hạn về mức đạn áp tiếp xúc Ucp. 2.2.1. Tự động cắt điện đối với mạng được nối đất kiểu TNNguyên lý:
(= 22.In đối với MCCB có dòng định mức 160A) Trị số đặt của mạch ngắt tức thời kiểu từ của MCCB nhỏ hơn nhiều lần so với 3,576A, vì vậy đảm bảo MCCB sẽ cắt nguồn trong khoảng thời gian ngắt nhất. Bảng 3. Bảng thời gian cắt tối đa quy định đối với mạng nối đất kiểu TN (IEC 363-4-41).
+ Chú thích 1:
+ Chú thích 2: Khi giới hạn điện áp cho phép là 25V, thời gian cắt cho phép là:
+ Chú thích 3: Việc sử dụng RCD có thể là cần thiết đối với mạng nối đất kiểu TN, như đã giải thích ở chú thích. Sử dụng mạng nối đất kiểu TNC-S có nghĩa là dây bảo vệ và dây trung tính phải được cách ly phía trước RCD. Sự cách ly này được thực hiện ở tại tủ điện. Bộ tác động kiểu tức thời của CB sẽ loại bỏ dòng ngắn mạch pha đất trong vòng ít hơn 0,1s. Ngoài ra, khi Ia = Im, các bộ tác động có thời gian trễ tác động bằng từ hay điện tử, sẽ đảm bảo tự động cắt nguồn với khoảng thời gian cho phép tối đa. Tuy nhiên, cần xem xét đến những sai khác nhất định khi áp dụng đối với các tiêu chuẩn khác nhau. Để đảm bảo cắt sự cố trong khoảng thời gian cho phép, cần đẩm bảo điều kiện dòng sự cố tính toán Uo/Zs hay 0,8.Uo/ZCphải lớn hơn dòng đặt cắt tức thời hoặc lớn hơn mức ngưỡng của đặt tuyến t = f(I). Bảo vệ cầu chì:
2.2.2. Tự động cắt nguồn trong mạng TT2.2.2.1. Trường hợp chung Bảng 4. Dòng chỉnh định đối với từng trường hợp là một hàm theo điện trở Ra của mạng hạ áp.
Bảng giá trị giới hạn trên của điện trở nối đất của lưới với độ nhạy khác nhau của RCD tương ứng với điện áp cho phép UL là 50 V và 25V. 2.2.2.2. Trường hợp mạch phân phân phối Tiêu chuẩn IEC 364-4-41 và một số tiêu chuẩn quốc gia khác công nhận thời gian cắt sự cố tối đa là 1s đối với mạch phân phối (ngược lại với các mạch cuối). Điều này cho phép đảm bảo tính chọn lọc theo từng cấp. Ví dụ:
2.2.2.3. Trường hợp vỏ các thiết bị, hoặc một nhóm thiết bị đang nối đất riêng Trong trường hợp này bảo vệ chống chạm điện gián tiếp được thực hiện bằng các RCD riêng đặt trong từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị có nối đất chung. Độ nhạy của chống phải tương ứng với điện trở của cực nối đất. RCD có độ nhạy rất cao:Tiêu chuẩn IEC 364-4-471 khuyến cáo sử dụng RCD có độ nhạy cao ( 30 mA) trong các trường hợp sau:
Ở nơi có nguy cơ cháy cao
Các RCD có độ nhạy cao (I 30mA) sẽ làm việc hiệu quả trong hai trường hợp để tránh nguy hiểm do chứa điện gián tiếp và bảo vệ phụ chống nguy hiểm do chạm điện trực tiếp . Các loại RCD:
Các RCD phải đặt đầu nguồn trong mạng TT, chúng phải có khả năng cắt chọn lọc so với RCD khác trong mạch nhằm đảm bảo tính liên tục cung cấp điện .
Các thiết bị này theo tiêu chuẩn IEC 1008 là bộ cắt mạch giống LBS (Load Break Switches: cầu dao phụ tải). Chúng được thiết kế theo khả năng cắt và chịu dòng ngắn mạch song chúng không cắt được dòng ngắn mạch. Vì vậy phải nhất thiết có một SCPD (Short Circuit Protwective Device: thiết bị bảo vệ chống ngắn mạch) được mắc nối tiếp với RCCB.
Lưu ý: Cả RCCB và RCBO theo IEC 1008 và 1009 cho phép cách ly hoàn toàn mạch khi mở. Các thiết bị này thường dùng cho lưới dân dụng.
Việc phối hợp nhằm cắt sự cố có chọn lọc được thực hiện bằng cách tạo thời gian trễ hoặc bằng cách chia nhỏ các mạch, theo đó, mỗi phần tử hoặc mỗi nhóm được bảo vệ riêng. Tính chọn lọc được đảm bảo khi chỉ có CB phía trước vị trí sự cố là tác động. Trong trường hợp các thiết bị được sắp xếp tuần tự, mức chọn lọc được thực hiện theo ba hoặc bốn mức như sau:
Thông thường, ở các tủ phân phối và các bảo vệ thiết bị riêng rẽ, các thiết bị tự động cắt nguồn khi có nguy cơ chạm điện gián tiếp khi mắc chung với bảo vệ sung chống chạm điện trực tiếp . Tính chọn lọc giữa các RCD: Sự chọn lọc được thực hiện bằng việc sử dụng nhiều mức dộ nhạy khác nhau: 30mA, 100mA và các thời gian cắt tương ứng. Sự chọn lọc theo hai mức bảo vệ:
Bảo vệ:
2.2.3. Tự động cắt nguồn khi bị chạm đất tại hai điểm trong mạch nối đất kiểu IT2.2.3.1. Chạm đất điểm thứ nhất Trong sơ đồ mạng kiểu IT cần chú ý rằng chạm đất điểm thứ nhất sẽ không gây tác động cắt nguồn. Khi xảy ra chạm đất một điểm, dòng sự cố rất nhỏ, vì vậy Id × RA < 50V và không gây nên điện áp tiếp xúc nguy hiểm. Thực tế dòng Id là rất nhỏ, nó không đe dọa người sử dụng cũng không ảnh hưởng tới thiết bị. Tuy nhiên trong sơ đồ này: Cần thường xuyên theo dõi điều kiện cách điện so với đất, phải báo tín hiệu (bằng âm thanh hoặc đèn chớp) khi xảy ra chạm đất điểm thứ nhất; Cần nhanh chóng xác định điểm bị chạm đất và tiến hành sửa chữa nếu muốn hệ thống nối đất kiểu IT làm việc trong chế độ hoàn toàn tin cậy; Ngoài ra hệ thống IT còn cho phép tiếp tục cung cấp điện khi bị chạm đất điểm thứ nhất, đây là một ưa điểm so với các hệ thống khác. Khi xảy ra sự cố một pha chạm đất, như đã chỉ ra trên hình dòng điện chạy qua điện trở nối đất Rna và có giá trị bằng tổng vector của các điện dung trên các pha không bị sự cố. Điện áp của các pha không bị sự cố (do khi xảy ra một pha chạm đất) bị tăng lên lần so với Upha đất lúc bình thường, do đó dòng điện dung cũng tăng lên lần tương ứng. Nhưng vector dòng điện dung này lệch pha nhau 60° vì vậy khi cộng các vector, giá trị đi qua dòng nối đất RaA = 3×66 mA =198 mA và Id trên hình vẽ. 2.2.3.2. Chạm đất điểm thứ hai Việc xuất hiện đồng thời hai điểm chạm đất một lúc (trên hai pha khác nhau) là nguy hiểm. Việc cắt nhanh sự cố bằng cầu chì hay CB phụ thuộc vào kiểu nối đất cụ thể và có hay không các điện cực nối đất riêng. Khi xuất hiện thêm điểm chạm đất thứ hai trên pha khác, hoặc trên dây trung tính bắt buộc phải nhanh chóng cắt nguồn. Việc cắt sự cố thực hiện khác nhau trong từng trường hợp sau đây: Khi mạng có tất cả các vỏ thiết bị được nối trực tiếp tới dây PE chung, trong trường hợp này các điện cực nối đất không nằm trong đường đi của dòng chạm đất, vì vậy dòng sự cố sẽ đạt giá trị lớn và các thiết bị bảo vệ quá dòng thông thường sẽ được sử dụng, ví dụ như CB và cầu chì. Điểm sự cố đầu có thể xảy ra ở cuối của mạng, trong khi đó điểm chạm đất thứ hai có thể xảy ra ở phía đầu nguồn của mạng. Do đó khi tính toán dòng sự cố thích hợp để điều chỉnh các thiết bị bảo vệ quá dòng thường qui ước nhân đôi tổng trở của mạch vòng sự cố. Khi hệ thống bao gồm dây trung tính thêm vào dây pha, dòng ngắn mạch nhỏ nhất xảy ra khi một trong hai điểm chạm đất là từ dây trung tính xuống đất (cả bốn dây này đều cách điện so với đất trong tình trạng nối đất kiểu IT). Vì vậy trong mạng nối đất kiểu IT có 4 dây, khi tính dòng ngắn mạch để xác định các mức bảo vệ, phải tính với điện áp pha-trung tính nghĩa là: Thời gian chảy cầu chì thời gian cắt sự cố:
Bảng 5. Bảng thời gian cắt sự cố lớn nhất đối với mạng nối đất kiểu IT (IEC 364-4-41).
Khi điện áp qui ước là 25V, thời gian cắt sự cố như sau:
Theo phương pháp quy ước: Ví dụ: Trong trường hợp ở hình 13, trị số dòng tác động của bộ tác động tức thời hoặc có trễ can được xác định. Có thể áp dụng các mức thời gian cắt sự cố như đã trình bày trong bảng. Ví dụ: Trong ví dụ hình 13, bảo vệ chống ngắn mạch được thực hiện bằng việc sử dụng MCCB 160A là thích hợp để cắt sự cố ngắn mạch pha-pha ở các phía cuối mạch. Lưu ý, trong một mạng điện kiểu IT, các phần mạch của hai nhánh cùng chạm vỏ được giả sử là có cùng chiều dài và dây dẫn cùng tiết diện. Dây PE cùng tiết diện như dây pha. Trong trường hợp này tổng trở mạch vòng ngắn mạch khi sử dụng phương pháp qui ước sẽ gấp đôi so với khi tính một mạch trong mạng TN. Nếu tất cả các vỏ máy không được nối tới cực nối đất chung của cả hệ thống có thể xảy ra trường hợp chạm đất thêm điểm thử hai ở một nhóm độc lập khác hay ở một thiết bị có nối đất độc lập khác. Vì vậy việc thêm vào một bảo vệ khác so với bảo vệ được mô tả trường hợp một là cần thiết. Đó là các RCD được đặt ở các máy cắt tổng của cả nhóm và tại từng nhánh thiết bị có nối đất riêng. Lý do của việc đặt thêm các RCD là khi các điện cực nối đất độc lập kết nối qua đất, dòng ngắn mạch pha pha thường bị giới hạn khi đi qua các điện trở nối đất, điều này làm cho các bảo vệ quá dòng lớn làm việc không tin cậy. Các RCD có độ nhạy cao hơn nên sẽ tác động chắc chắn hơn, tuy nhiên, trường hợp này các RCD phải có dòng đặt lớn hơn dòng chạm đất điểm thứ nhất. Khi xảy ra chạm đất điểm thứ hai bên trong một nhóm có điện cực nối đất chung, các bảo vệ quá dòng sẽ tác động như đã mô tả ở phần trên trong trường hợp một trong mạng ba pha bốn dây, bảo vệ chống quá dòng trong dây trung tính đôi khi được thực hiện bằng cách dùng biến dòng kiểu xuyến đặt trên dây trung tính. |