Chạm trực tiếp dây pha điện hạ áp (điện áp dưới 1000 V)

Hệ thống lưới điện hạ áp tần số công nghiệp 50 Hz phổ biến hiện nay là lưới điện 3 pha 4 dây có trung tính nối đất trực tiếp với điện áp dây (pha – pha) là 380V, điện áp pha (pha – trung tính) là 220V như sơ đồ sau:

Nối đất trung tính nhằm mục đích đảm bảo độ ổn định điện áp các pha khi sự cố chạm đất dây pha hay phụ tải lệch pha.

Khi người chạm trực tiếp vào dây pha, trở thành vật dẫn nối ngắn mạch hay nối nối tiếp qua thiết bị dùng điện, làm khép kín mạch điện thì sẽ có dòng điện chạy qua người. Dòng điện có thể đủ lớn gây tổn thương đến các bộ phận của cơ thể người dẫn đến thương tích hay tử vong.

Khi ở gần, sửa chữa, sử dụng điện ta cần chú ý phòng ngừa xảy ra các dạng khép kín mạch điện qua người sau:

• (1) Nối pha này qua pha kia
• (2) Nối dây pha với dây trung tính
• (3) Nối dây pha xuống đất

Chạm trực tiếp dây trung tính hạ áp

Một trong các điều kiện kỹ thuật để đảm bảo an toàn vận hành, an toàn cho người, hệ thống trung tính của lưới điện hạ áp công nghiệp phải có đủ:

• Nối đất trung tính máy biến áp
• Dây trung tính nối từ cực nối đất máy biến áp
• Nối đất trung tính lặp lại

Nếu dây trung tính đảm bảo nối đất chắc chắn thì người chạm trực tiếp vào dây trung tính chỉ phải chịu một lượng dòng điện rò qua người không đủ gây nguy hiểm bởi lúc này mạch khép qua người là: dây trung tính – người và đất, hơn nữa nếu phụ tải cân 3 pha thì dòng điện trong dây trung tính rất nhỏ.

Trường hợp nguy hiểm khi dây trung tính bị đứt nối đất phía nguồn thì người chạm trực tiếp vào dây trung tính lúc này sẽ có điện từ dây pha xông qua thiết bị và đi qua người. Mạch điện khép kín sẽ là: dây pha – thiết bị dùng điện – đoạn dây trung tính – người và đất. Dòng điện qua người sẽ bằng dòng điện đi qua thiết bị, có thể gây tử vong. Nếu có trung tính nối đất lặp lại thì dòng điện sẽ chia thành hai nhánh: một nhánh qua người và một nhánh qua tiếp đất lặp lại. Độ lớn của dòng điện phụ thuộc vào điện trở của mạch dẫn. Nếu điện trở mạch tiếp đất lặp lại lớn thì dòng điện qua người có thể sẽ lớn đến mức nguy hiểm.

Một đặc điểm nguy hiểm nữa là khi mất trung tính, thiết bị điện không hoạt động nhưng vẫn có điện ra tới các đầu dây. Cho nên trước khi tiếp xúc phải kiểm tra chắc chắn hết điện.

Phát sinh hồ quang điện hạ áp

Khi nối tắt không qua điện trở phụ tải tức là gây ngắn mạch pha với pha hay pha với trung tính. Với dòng điện lớn tại một khe hở hẹp đủ điều kiện sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện qua không khí và phát sinh tia lửa hồ quang.

Đối với những điểm đấu nối có tiếp xúc xấu cũng xảy ra hiện trượng phóng hồ quang qua không khí trong khe hở hẹp. Với cáp điện hai, ba hay bốn ruột, trường hợp phát sinh hồ quang do tiếp xúc cũng gây ngắn mạch sang dây bên cạnh do nhiệt độ làm hỏng cách điện, tạo nên phóng điện giữa pha và phát triển sự cố từ ngắn mạch một pha thành hai pha và ba pha gây hồ quang lớn. Trường hợp ở các thanh dẫn hẹp (như cực aptomat), hồ quang ngắn mạch một pha có thể tạt sang pha bên cạnh và tạo ngắn mạch hai rồi ba pha.

Người ở gần khu vực phát sinh hồ quang có thể sẽ bị vầng lửa mạnh có nhiệt độ cao tạt vào.

Phóng điện cao áp (điện áp từ 1000V trở lên)

Điện cao áp cũng xảy ra các trường hợp phóng điện giữa các pha, phóng điện qua khe hở tiếp xúc như điện hạ áp nhưng có mức độ nguy hiểm cao hơn.

Khi đóng cắt dao cách ly cao áp (có tải) đã tạo khe hở hẹp làm phát sinh hồ quang. Do không có bộ phận dập hồ quang nên hồ quang phát triển làm ngắn mạch các pha gây sự cố.

Ngoài ra điện cao áp còn có hiện tượng phóng điện qua không khí do điện dung. Đó là hiện tượng khi người đứng gần điện cao áp ở một khoảng cách nào đó sẽ bị phóng điện qua không khí vào người.

Đối với đường dây trên không, điện áp từ 1000V trở lên ta cần chú ý đến điện dung của đường dây đối với đất. Khoảng cách phóng điện phụ thuộc vào điện áp đường dây, cường độ dòng điện trong dây dẫn, mật độ điện tích trong môi trường không khí.

Sau khi cắt điện, trên dây dẫn vẫn còn có một lượng điện tích gọi là điện tích tàn dư. Lượng điện tích tàn dư phụ thuộc vào tham số mạnh điện và thời điểm cắt điện. Nếu người chạm vào thì cũng sẽ có dòng điện qua người gây nguy hiểm.

Người bị phóng điện cao áp, ngoài yếu tố nguy hiểm do nhiệt độ của tia lửa hồ quang mạnh còn có dòng điện qua người lớn.

Điện cảm ứng

Với một đường dây dẫn điện, khi trong dây dẫn có dòng điện chạy qua thì xung quanh dây dẫn có từ trường. Độ lớn của từ trường xung quanh dây dẫn phụ thuộc vào điện áp, tần số và cường độ dòng điện.

Theo nguyên lý cảm ứng từ, nếu đường sức từ trường cắt qua một đường dây kim loại thì trong dây kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng. Cường độ từ trường càng lớn thì dòng điện cảm ứng càng mạnh.

Với một đường dây kim loại bất kỳ đi gần đường dây cao áp đang vận hành ở một khoảng cách nào đó, trong đường dây kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, Dòng điện này có thể đủ lớn gây nguy hiểm.

Điện áp bước

Khi cách điện của thiết bị điện bị thủng, dây điện đứt rơi xuống đất, sứ vỡ điện chạm xà hay điện chạm vào tường nhà, hàng rào …sẽ có dòng điện truyền xuống đất hay gọi là dòng điện chạm đất. Nếu thiết bị bảo vệ không kịp thời cắt nguồn điện thì dòng điện sẽ lan toả trong đất.

Quỹ tích những điểm cách đều về điện trở so với điểm chạm đất sẽ tạo nên một mặt đẳng áp. Càng xa điểm chạm đất, do điện trở đất tăng lên, dòng điện tản trong đất càng giảm do đó điện áp càng giảm.

Để khảo sát đồ thị phân bố điện áp trong vùng dòng điện rò trong đất, người ta giả thiết dòng điện đi vào đất qua một cực kim loại hình bán cầu có phương trình tính tại điểm A là:

Từ phương trình khảo sát người ta xác định được sự phân bố điện áp trong vùng dòng điện rò trong đất đối với điểm xa vô cùng ngoài vùng dòng điện rò có dạng đường hypecbon.

Xét trên đồ thị ta thấy: tại điểm 0: điện áp đối với đất ở chỗ trực tiếp chạm đất:

U_đ = I_đr_đ

Trong đó: r_đ: điện trở tản ở chỗ chạm đất.

Càng xa điểm chạm đất, do điện trở đất tăng lên, dòng điện tản trong đất càng giảm đáng kể làm cho điện áp tại các điểm trên mặt đất giảm.

Khi chạm vào hai điểm có điện áp chênh lệch nhau thì điện áp đặt lên hai điểm đó gọi là điện áp bước:

U_b = U_A – U_B

Không thể cho rằng điện áp bước không nguy hiểm. Dòng điện qua hai chân người không đi qua đường tuần hoàn hay hô hấp nhưng sẽ làm cho các cơ bắp của người bị co giật làm người ngã xuống, tay hay đầu chạm đất, dòng điện sẽ qua tim và gây nguy hiểm tính mạng.

Điện chạm vỏ kim loại

Vỏ thiết bị điện trong nội dung này cần hiểu bao gồm cấu kiện bao bọc và giá đỡ bằng kim loại.

Thiết bị điện trong khi vận hành có thể xảy ra sự cố điện chạm ra vỏ do hư hỏng cách điện hay đầu dây bị đứt từ bên trong hoặc bên ngoài chạm vỏ.

Đối với điện cao áp hay hạ áp thiết bị điện theo quy định phải nối đất an toàn hoặc nối đất nối không đảm đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

Tuy nhiên trong trường hợp thiết bị bảo vệ không tác động cắt kịp thời đều gây nguy hiểm cho người.

Sơ đồ nối đất an toàn

Nguyên lý làm việc: Khi có một pha chạm vỏ sẽ xảy ra hiện tượng chạm đất qua bộ tiếp đất và tản dòng điện xuống đất tương tự như hiện tượng điện áp bước nêu tại mục 6. Độ lớn điện áp đối với đất trên vỏ thiết bị phụ thuộc vào dòng điện chạm đất và điện trở tản của đất ở chỗ nối đất (U_đ = I_đr_đ).

• Ưu điểm của sơ đồ này là gọn, dễ thực hiện, dùng được cho cả thiết bị không có bảo vệ phía điện vào.
• Nhược điểm là với thiết bị điện hạ áp không có rơle bảo vệ chạm đất, nếu có bảo vệ ngắn mạch cũng không tác động cắt ra kịp thời do đó khó phát hiện và vẫn nguy hiểm cho người.

Sơ đồ nối không

Nối không là: vỏ thiết bị điện được nối trực tiếp vào dây trung tính.

Nguyên lý làm việc: Khi có một pha chạm vỏ sẽ xảy ra hiện tượng ngắn mạnh 1 pha, thiết bị bảo vệ tác động cắt nguồn điện.

• Ưu điểm của sơ đồ này là cắt điện kịp thời, loại trừ sớm yếu tố nguy hiểm cho người.
• Nhược điểm là nếu thiết bị bảo vệ không chắc chắn, khi có điện chạm vỏ sẽ gây sự cố cháy, nổ làm hư hỏng thiết bị điện. Vì vậy khi áp dụng sơ đồ này phải bố trí lắp đặt thiết bị bảo vệ có độ tin cậy.

Sơ đồ nối đất kết hợp nối không

Nguyên lý làm việc: Khi có một pha chạm vỏ sẽ xảy ra hiện tượng ngắn mạnh 1 pha, theo sơ đồ nối không, thiết bị bảo vệ tác động cắt nguồn điện. Nếu thiết bị bảo vệ không cắt được nguồn điện thì sơ đồ nối đất sẽ làm việc như đã nêu tại mục 7.2.

Đóng điện nhầm

Sau khi cắt điện bằng các thiết bị đóng, cắt như cầu dao, cầu chì, aptômát, máy cắt … để sửa chữa, nếu không thực hiện các biện pháp ngăn ngừa thì có thể có người khác đóng nhầm trở lại.

Biện pháp ngăn ngừa hiệu quả là dùng khoá để khoá bộ truyền động, khoá hộp bảo vệ. Chìa khoá phải do người sửa chữa hay người chịu trách nhiệm vận hành giữ và chỉ được đóng lại sau khi công việc sửa chữa đã kết thúc.

Thao tác sai quy trình

Ví dụ:

• Không kiểm tra hết điện hay cắt hết phụ tải khi thao tác dao cách ly cao áp (không có bộ phận dập hồ quang).
• Không đủ điều kiện an toàn khi thao tác như: không có trang bị an toàn. Cầu dao hạ áp không có hộp bảo vệ …
• Trước khi thao tác không kiểm tra tình trạng thiết bị để phát hiện những hư hỏng như: lưỡi dao lỏng rơi ra, lưỡi dao bị nối tắt, cách điện bị cháy, vỡ …
• Sau khi đóng, cắt điện không kiểm tra vị trí lưỡi dao.
• Đóng cắt điện không đúng phạm vi cần đóng, cắt.

Các nguồn điện khác xông đến

Khi cắt điện để sửa chữa, nếu không thực hiện các biện pháp an toàn (như tiếp đất, cắt tách rời thiết bị với lưới điện …) thì có thể có nguồn điện khác xông đến gây nguy hiểm.

Ví dụ:

• Đường dây đang sửa chữa rơi chạm vào đường dây khác đang có điện.
• Đường dây đang có điện rơi chạm vào đường dây đang sửa chữa.
• Máy phát điện cấp điện ngược lên đường dây đang sửa chữa.
• Dòng sét đánh từ xa truyền đến.
• Cảm ứng từ đường dây khác đang vận hành.

Chúc bạn an toàn!