Giáo trình An toàn điện - PGS. TS. Quyền Huy Ánh (ĐH SPKT TP.HCM)

Giáo trình an toàn điện PGS TS Quyền Huy Ánh cung cấp kiến thức chuyên sâu về an toàn điện, ứng dụng trong thực tiễn và nghiên cứu.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: An Toàn Điện
• Đề tài: Giáo Trình An Toàn Điện PGS TS Quyền Huy Ánh
• Loại tài liệu: Giáo Trình

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. TAI NẠN ĐIỆN
• 1.2.1. Điện giật
• 1.2.2. Đốt cháy điện
• 1.2.3. Hỏa hoạn, nổ
• 1.3. TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI
• 1.3.1. Tác dụng kích thích
• 1.3.2. Tác dụng gây chấn thương
• 1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN GIẬT
• 1.4.1. Đặc tuyến dòng điện-thời gian
• 1.4.2. Đặc tuyến điện áp-thời gian
• 1.4.3. Điện trở của người
• 1.4.4. Đường đi dòng điện qua người
• 1.4.5. Tần số dòng điện
• 1.4.6. Môi trường xung quanh
• 1.4.7. Điện áp cho phép
• 1.5. DÒNG ĐIỆN TẢN TRONG ĐẤT
• 1.6. ĐIỆN ÁP BƯỚC

Tóm tắt

I. Review giáo trình an toàn điện PGS TS Quyền Huy Ánh chi tiết

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, điện năng trở thành nguồn năng lượng không thể thiếu trong mọi lĩnh vực đời sống. Tuy nhiên, đi kèm với lợi ích là những rủi ro tiềm ẩn, đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về an toàn. Giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh ra đời như một tài liệu nền tảng, cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và chuyên sâu, từ các khái niệm cơ bản đến các phương pháp phân tích và bảo vệ phức tạp. Cuốn sách không chỉ là tài liệu học tập cho sinh viên ngành điện mà còn là cẩm nang thiết yếu cho các kỹ sư, công nhân kỹ thuật đang làm việc trực tiếp với hệ thống điện. Tầm quan trọng của tài liệu này thể hiện ở việc hệ thống hóa các tiêu chuẩn quốc tế như IEC, giúp người đọc tiếp cận với những quy định cập nhật và chuẩn mực nhất. Nội dung được trình bày logic, bắt đầu từ việc nhận diện mối nguy, phân tích tác động của dòng điện lên cơ thể, các yếu tố ảnh hưởng, và cuối cùng là các biện pháp phòng ngừa và bảo vệ. Điểm nhấn của giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa lý thuyết hàn lâm và các ví dụ tính toán thực tế, giúp người học dễ dàng hình dung và áp dụng vào công việc. Tài liệu đi sâu vào các hệ thống nối đất, một trong những giải pháp kỹ thuật quan trọng nhất để đảm bảo an toàn. Các phân tích về điện áp bước và điện áp tiếp xúc được minh họa bằng công thức và sơ đồ rõ ràng, giúp làm sáng tỏ những hiện tượng nguy hiểm thường bị bỏ qua. Việc hiểu rõ các khái niệm này là yếu tố tiên quyết để thiết kế và vận hành hệ thống điện an toàn, giảm thiểu tối đa nguy cơ tai nạn. Đây là một công trình nghiên cứu công phu, đóng góp giá trị lớn cho công tác bảo hộ lao động trong ngành điện tại Việt Nam.

1.1. Giới thiệu tổng quan về tác giả và tài liệu cốt lõi

PGS. TS. Quyền Huy Ánh là một chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực kỹ thuật điện, với nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình giáo trình an toàn điện của ông được biên soạn một cách bài bản, chắt lọc từ những kiến thức chuyên ngành sâu rộng và các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Tài liệu này không chỉ đơn thuần liệt kê các quy tắc, mà còn giải thích cặn kẽ bản chất vật lý của các mối nguy hiểm từ điện. Nội dung bao quát các chương mục quan trọng như: các khái niệm cơ bản về tai nạn điện, tác động sinh lý của dòng điện, phân tích dòng điện qua người trong các loại mạng điện khác nhau, và đặc biệt là các chương chuyên sâu về hệ thống nối đất và thiết bị bảo vệ. Mỗi khái niệm đều được định nghĩa rõ ràng, giúp người đọc xây dựng một nền tảng kiến thức vững chắc.

1.2. Tầm quan trọng của kiến thức an toàn điện trong thực tế

Kiến thức về an toàn điện là yêu cầu bắt buộc đối với bất kỳ ai làm việc trong môi trường có liên quan đến điện. Tài liệu của PGS. TS. Quyền Huy Ánh nhấn mạnh rằng "mối nguy hiểm điện chỉ có thể biết được khi tiếp xúc với các phần tử mang điện, nhưng như vậy là đã có thể bị tai nạn hoặc chết người". Điều này cho thấy sự khác biệt cơ bản giữa rủi ro điện và các rủi ro cơ học khác. Việc thiếu hiểu biết có thể dẫn đến những hậu quả thảm khốc. Giáo trình cung cấp các kịch bản thực tế về tai nạn điện giật, hỏa hoạn do điện, giúp nâng cao ý thức và trang bị kỹ năng phòng tránh. Áp dụng đúng các nguyên tắc trong sách giúp giảm thiểu rủi ro, bảo vệ tính mạng con người và tài sản, đồng thời đảm bảo sự vận hành liên tục và ổn định của hệ thống điện trong sản xuất và sinh hoạt.

II. Top nguyên nhân gây tai nạn điện và các mối nguy hiểm chính

Các tai nạn điện là một trong những mối đe dọa nghiêm trọng nhất trong môi trường lao động và sinh hoạt. Giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh đã phân loại và phân tích chi tiết các nguyên nhân và dạng tai nạn phổ biến. Nguyên nhân chính gây ra tai nạn thường xuất phát từ việc vi phạm quy trình kỹ thuật an toàn, sử dụng thiết bị không đạt chuẩn, hoặc thiếu kiến thức cơ bản. Đối với mạng hạ áp, tai nạn thường xảy ra do chạm trực tiếp vào dây dẫn hở, vỏ thiết bị bị rò điện, hoặc các bộ phận mang điện không được che chắn cẩn thận. Trong khi đó, ở mạng cao áp, nguy hiểm không chỉ đến từ việc tiếp xúc trực tiếp mà còn từ hiện tượng phóng điện hồ quang điện khi người hoặc vật đến quá gần đường dây. Một nguyên nhân khác ít được chú ý nhưng cực kỳ nguy hiểm là điện áp bước, xuất hiện khi có sự cố chạm đất. Dòng điện tản vào đất tạo ra một vùng chênh lệch điện thế, và nếu một người bước vào vùng này, dòng điện sẽ đi qua cơ thể giữa hai chân. Giáo trình nhấn mạnh: “Khi dây dẫn điện bị đứt và rơi xuống đất cần phải báo ngay cho Điện lực khu vực gần nhất để cắt điện ngay”. Sự thiếu hiểu biết về hiện tượng này có thể gây ra những tai nạn chết người. Ngoài ra, việc tự ý sửa chữa, câu mắc điện, sử dụng điện sai mục đích như chích cá cũng là những hành vi tiềm ẩn rủi ro cao. Cuốn giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh không chỉ chỉ ra các nguyên nhân kỹ thuật mà còn nhấn mạnh đến yếu tố con người, từ người sử dụng đến cán bộ quản lý, khẳng định rằng việc đào tạo và trang bị kiến thức đầy đủ là biện pháp phòng ngừa hiệu quả nhất.

2.1. Phân loại các dạng tai nạn điện điện giật và hồ quang

Tài liệu phân loại tai nạn điện thành ba dạng chính: điện giật, đốt cháy do hồ quang, và hỏa hoạn/nổ. Điện giật là dạng tai nạn phổ biến nhất, xảy ra khi có dòng điện chạy qua cơ thể người. Nó được chia thành hai loại: chạm trực tiếp và chạm gián tiếp. Theo tiêu chuẩn IEC 61140, "bảo vệ chống chạm điện trực tiếp" được gọi là "bảo vệ cơ bản", trong khi "bảo vệ chống chạm điện gián tiếp" được gọi là "bảo vệ sự cố". Dạng thứ hai là đốt cháy do hồ quang điện, xảy ra khi người đến gần vật mang điện áp cao, gây ra phóng điện qua không khí. Dòng điện hồ quang có nhiệt độ cực lớn, có thể gây bỏng nặng và phá hủy mô cơ thể. Cuối cùng là hỏa hoạn và nổ, thường là hệ quả của ngắn mạch, quá tải làm phát nhiệt dây dẫn hoặc tia lửa điện trong môi trường dễ cháy nổ.

2.2. Phân tích nguyên nhân ở mạng hạ áp và mạng cao áp

Nguyên nhân tai nạn ở hai cấp điện áp có sự khác biệt rõ rệt. Ở mạng điện hạ áp (U < 1000V), các nguyên nhân chủ yếu bao gồm: chạm vào dây dẫn không có vỏ bọc hoặc vỏ bọc bị hư hỏng; chạm vào vỏ kim loại của thiết bị bị rò điện (hiện tượng "chạm vỏ"); và các hộp nối, ổ cắm không có nắp che chắn an toàn. Ngược lại, đối với mạng điện cao áp (U > 1000V), nguy hiểm lớn nhất đến từ việc vi phạm khoảng cách an toàn. Ngay cả khi không chạm vào vật mang điện, hiện tượng phóng điện qua không khí vẫn có thể xảy ra, tạo ra hồ quang điện gây chết người. Do đó, việc tuân thủ nghiêm ngặt hành lang an toàn lưới điện và các quy định làm việc trên cao là tối quan trọng.

III. Hướng dẫn phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tai nạn điện

Mức độ nguy hiểm của một vụ tai nạn điện giật không chỉ phụ thuộc vào điện áp mà còn bị chi phối bởi nhiều yếu tố phức tạp. Giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh đã dành một chương quan trọng để phân tích các yếu tố này, cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các biện pháp bảo vệ hiệu quả. Yếu tố quyết định nhất là giá trị dòng điện qua người và thời gian dòng điện tồn tại. Nghiên cứu chỉ ra rằng, với dòng xoay chiều 50-60Hz, giá trị an toàn phải nhỏ hơn 10mA. Mối quan hệ giữa dòng điện và thời gian được thể hiện qua "Đặc tuyến thời gian-dòng điện" theo tiêu chuẩn IEC 60479-1, phân chia các vùng tác động sinh lý từ không phản ứng (AC-1) đến xác suất gây ngừng tim cao (AC-4). Một yếu tố quan trọng khác là điện trở cơ thể người, giá trị này không cố định mà thay đổi tùy thuộc vào tình trạng da (khô hay ẩm), diện tích tiếp xúc, áp suất và thời gian tiếp xúc. Khi da bị ẩm ướt, điện trở có thể giảm xuống chỉ còn vài trăm Ohm, làm tăng dòng điện qua người lên mức cực kỳ nguy hiểm. Đường đi của dòng điện qua cơ thể cũng quyết định mức độ rủi ro. Dòng điện đi qua tim là nguy hiểm nhất. Theo tiêu chuẩn IEC, trường hợp nguy hiểm nhất là từ tay trái qua chân. Ngoài ra, tần số dòng điện và môi trường xung quanh (độ ẩm, nhiệt độ) cũng có ảnh hưởng đáng kể. Cuốn giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh cung cấp những phân tích sâu sắc, giúp hiểu rõ tại sao cùng một điện áp nhưng mức độ nguy hiểm lại khác nhau trong các điều kiện khác nhau.

3.1. Đặc tuyến dòng điện thời gian và điện trở cơ thể người

Tiêu chuẩn IEC 60479-1 đã xây dựng đặc tuyến thể hiện mối quan hệ giữa thời gian và dòng điện gây tác hại lên cơ thể. Đặc tuyến này là công cụ cơ bản để thiết kế các thiết bị bảo vệ. Ví dụ, vùng AC-3 mô tả hiện tượng co cơ và khó thở, trong khi vùng AC-4 có nguy cơ gây ngừng tim. Bên cạnh đó, điện trở cơ thể người là một thông số biến thiên. Giáo trình nêu rõ, giá trị này bao gồm điện trở lớp da và điện trở nội tạng. Lớp sừng khô trên da có điện trở lớn nhất. Khi da ẩm hoặc bị tổn thương, điện trở tổng giảm mạnh. Trong tính toán an toàn, người ta thường lấy giá trị điện trở tính toán là Rng = 1000Ω để đảm bảo an toàn cho các trường hợp xấu nhất.

3.2. Khái niệm điện áp bước và điện áp tiếp xúc nguy hiểm

Điện áp tiếp xúc (Touch Voltage) là hiệu điện thế xuất hiện giữa các bộ phận cơ thể người khi chạm vào một vật bị nhiễm điện (như vỏ máy) và đồng thời tiếp xúc với đất. Đây là nguyên nhân trực tiếp gây ra dòng điện nguy hiểm qua người. Trong khi đó, điện áp bước (Step Voltage) là hiệu điện thế giữa hai chân của một người đang đứng trong vùng có dòng điện sự cố tản vào đất. Khi một dây điện cao thế rơi xuống đất, nó tạo ra các vòng tròn đẳng thế. Nếu một người bước qua các vòng tròn này, một điện áp sẽ đặt lên cơ thể theo mạch chân-chân. Mặc dù ít nguy hiểm hơn điện áp tiếp xúc, nó có thể gây co giật, làm người bị ngã và chuyển thành tiếp xúc tay-chân, làm tăng mức độ nguy hiểm.

IV. Phương pháp bảo vệ qua các hệ thống nối đất tiêu chuẩn IEC

Nối đất là một trong những biện pháp kỹ thuật an toàn quan trọng và cơ bản nhất trong hệ thống điện. Giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh dành riêng một chương để giới thiệu chi tiết về các hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 60364-3. Việc lựa chọn hệ thống nối đất phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của các biện pháp bảo vệ chống điện giật và an toàn cháy nổ. Tiêu chuẩn IEC phân loại hệ thống điện dựa trên hai chữ cái, xác định mối quan hệ giữa nguồn điện với đất và giữa vỏ thiết bị với đất. Ba hệ thống chính được đề cập là TT, IT và TN. Mỗi hệ thống có những đặc điểm, ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại công trình và yêu cầu vận hành khác nhau. Hiểu rõ bản chất của từng hệ thống là yêu cầu bắt buộc đối với kỹ sư thiết kế. Ví dụ, hệ thống nối đất TT có trung tính nguồn và vỏ thiết bị được nối đất độc lập, đơn giản nhưng đòi hỏi thiết bị bảo vệ có độ nhạy cao. Trong khi đó, hệ thống nối đất TN nối vỏ thiết bị trực tiếp vào điểm trung tính đã nối đất của nguồn, tạo ra dòng ngắn mạch lớn khi có sự cố chạm vỏ, giúp thiết bị bảo vệ tác động nhanh. Hệ thống này lại được chia nhỏ thành TN-S, TN-C và TN-C-S tùy thuộc vào việc dây bảo vệ (PE) và dây trung tính (N) đi chung hay riêng. Cuốn giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh cung cấp một cái nhìn hệ thống và so sánh chi tiết, giúp người đọc lựa chọn và áp dụng đúng giải pháp cho từng ứng dụng cụ thể.

4.1. Tìm hiểu hệ thống nối đất TT IT và các đặc điểm chính

Hệ thống TT có chữ T thứ nhất nghĩa là trung tính nguồn nối đất trực tiếp, chữ T thứ hai nghĩa là vỏ thiết bị được nối với một hệ thống nối đất riêng biệt. Hệ thống này phổ biến trong các mạng điện công cộng. Hệ thống IT có chữ I nghĩa là trung tính nguồn cách ly với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn. Hệ thống này đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện rất cao vì sự cố chạm đất đầu tiên không gây gián đoạn nguồn. Nó thường được sử dụng trong các bệnh viện, trung tâm dữ liệu, nơi yêu cầu vận hành liên tục. Tuy nhiên, hệ thống IT đòi hỏi phải có thiết bị giám sát cách điện liên tục.

4.2. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống nối đất TN TN S TN C

Hệ thống TN (Terra-Neutral) có trung tính nguồn nối đất trực tiếp và vỏ thiết bị được nối với trung tính nguồn qua dây bảo vệ PE. Ưu điểm lớn của hệ thống này là khi có sự cố chạm vỏ, nó sẽ tạo ra một mạch vòng ngắn mạch có tổng trở thấp, tạo ra dòng sự cố lớn đủ để các thiết bị bảo vệ như CB, cầu chì tác động nhanh chóng và dứt khoát. Trong hệ thống TN-S (Separated), dây bảo vệ PE và dây trung tính N là hai dây riêng biệt. Trong hệ thống TN-C (Combined), hai chức năng này được gộp chung trong một dây PEN. Hệ thống TN-C tiết kiệm chi phí dây dẫn nhưng có thể gây nhiễu điện từ và tiềm ẩn rủi ro nếu dây PEN bị đứt.

V. Cách phân tích dòng điện qua người trong từng loại mạng điện

Để đánh giá chính xác mức độ nguy hiểm và thiết kế biện pháp bảo vệ phù hợp, việc phân tích và tính toán dòng điện qua người trong các kịch bản sự cố là cực kỳ cần thiết. Giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh cung cấp các phương pháp phân tích chi tiết cho từng loại mạng điện, từ mạng một pha đến ba pha, mạng cách điện và mạng nối đất. Phân tích này dựa trên việc xây dựng các sơ đồ thay thế và áp dụng các định luật cơ bản của mạch điện. Trong mạng điện có trung tính cách điện với đất, khi người chạm vào một pha, dòng điện qua người phụ thuộc vào điện trở cách điện của các pha còn lại so với đất. Về lý thuyết, nếu điện trở cách điện là vô cùng lớn, dòng điện qua người sẽ rất nhỏ. Giáo trình đưa ra công thức tính toán cụ thể: $I_{ng} = U / (\sqrt{3}R_{ng} + R_c)$, trong đó $R_c$ là điện trở cách điện. Tuy nhiên, tài liệu cũng cảnh báo về ảnh hưởng của điện dung đường dây, yếu tố có thể làm tăng đáng kể dòng điện qua người, đặc biệt với các mạng cáp ngầm dài. Đối với mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất, tình huống trở nên nguy hiểm hơn. Khi người chạm vào một dây pha, người đó sẽ chịu gần như toàn bộ điện áp pha, và dòng điện qua người được xác định chủ yếu bởi điện trở người. $I_{ng} ≈ U_p / R_{ng}$. Trường hợp này, giá trị điện trở cách điện của các pha khác không còn nhiều ý nghĩa. Những phân tích định lượng này trong cuốn giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh là cơ sở khoa học vững chắc để lựa chọn thiết bị bảo vệ và quy định các quy trình vận hành an toàn.

5.1. Trường hợp chạm điện trong mạng điện cách điện với đất

Mạng điện trung tính cách điện (hệ thống IT) có ưu điểm là khi xảy ra chạm đất một pha lần đầu, dòng sự cố rất bé, không gây nguy hiểm và không làm gián đoạn cung cấp điện. Dòng điện qua người khi chạm vào một pha lúc này phụ thuộc vào tổng trở cách điện và điện dung của toàn mạng so với đất. Giáo trình cung cấp các công thức tính toán chi tiết, kể cả khi xét đến điện dung C của dây dẫn. Ví dụ, một mạng điện 3 pha 400V có điện trở cách điện cao vẫn có thể gây nguy hiểm nếu điện dung của mạng lớn, vì dòng điện dung có thể đạt đến giá trị gây chết người.

5.2. Đánh giá rủi ro khi chạm điện trong mạng trung tính nối đất

Đây là trường hợp phổ biến nhất trong các mạng điện hạ áp dân dụng và công nghiệp (hệ thống TN và TT). Khi người đứng trên đất và chạm vào dây pha, một mạch điện gần như khép kín qua cơ thể người về điểm trung tính nối đất của nguồn. Dòng điện qua người lúc này rất lớn, chỉ bị giới hạn bởi điện trở người và điện trở nền đất. Phân tích trong tài liệu chỉ rõ rằng trong trường hợp này, điện áp đặt lên người gần bằng điện áp pha ($U_p$). Đây là tình huống cực kỳ nguy hiểm, đòi hỏi các thiết bị bảo vệ như RCD (thiết bị chống rò) hoặc CB phải tác động cắt nguồn trong thời gian cực ngắn để cứu sống nạn nhân.

VI. Tổng kết giá trị cốt lõi từ giáo trình an toàn điện này

Cuốn giáo trình an toàn điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh không chỉ là một tài liệu kỹ thuật đơn thuần mà còn là một công trình khoa học toàn diện, mang lại giá trị thực tiễn to lớn. Giá trị cốt lõi của giáo trình nằm ở việc hệ thống hóa kiến thức một cách logic, từ nhận diện mối nguy, phân tích nguyên nhân, đến đề xuất các giải pháp bảo vệ dựa trên tiêu chuẩn quốc tế. Tài liệu đã làm rõ những khái niệm phức tạp nhưng quan trọng như điện áp bước, điện áp tiếp xúc, và vai trò của các hệ thống nối đất TT, TN, IT. Việc áp dụng các kiến thức này vào thực tế giúp các kỹ sư, nhà quản lý và công nhân có thể thiết kế, lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống điện một cách an toàn và hiệu quả. Các phân tích định lượng về dòng điện qua người trong các loại mạng điện khác nhau cung cấp cơ sở vững chắc để lựa chọn đúng các thiết bị bảo vệ, như máy cắt hạ áp (CB) hay thiết bị chống dòng rò (RCD). Cuốn sách nhấn mạnh tầm quan trọng của cả hai nhóm biện pháp: bảo vệ chống chạm điện trực tiếp (cách điện, che chắn) và bảo vệ chống chạm điện gián tiếp (nối đất, tự động cắt nguồn). Trong bối cảnh công nghệ phát triển, các hệ thống điện ngày càng phức tạp, những kiến thức nền tảng và chuyên sâu từ giáo trình an toàn điện PGS. TS. Quyền Huy Ánh càng trở nên quý giá, góp phần xây dựng một môi trường làm việc an toàn và bền vững.

6.1. Đúc kết biện pháp bảo vệ chống chạm điện trực tiếp và gián tiếp

Giáo trình tổng kết hai nhóm giải pháp bảo vệ chính. Bảo vệ chống chạm điện trực tiếp (bảo vệ cơ bản) nhằm ngăn ngừa việc tiếp xúc với các bộ phận bình thường mang điện. Các biện pháp bao gồm: cách điện hoàn toàn các phần tử mang điện, sử dụng các vỏ bọc, hộp che chắn, đặt thiết bị ngoài tầm với, hoặc sử dụng điện áp cực thấp (SELV, PELV). Bảo vệ chống chạm điện gián tiếp (bảo vệ sự cố) nhằm bảo vệ con người khi cách điện bị hỏng, khiến các bộ phận vỏ kim loại đột nhiên có điện. Các biện pháp chính là: nối đất bảo vệ vỏ thiết bị, tự động cắt nguồn cung cấp, sử dụng thiết bị cách điện cấp II, hoặc cách ly điện.

6.2. Tầm nhìn và ứng dụng kiến thức trong công nghiệp hiện đại

Kiến thức từ giáo trình có tính ứng dụng cao trong nền công nghiệp 4.0. Các hệ thống tự động hóa, trung tâm dữ liệu, và nhà máy thông minh đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện và mức độ an toàn cực kỳ cao. Việc lựa chọn đúng hệ thống nối đất (ví dụ, hệ thống IT cho trung tâm dữ liệu) và thiết kế hệ thống bảo vệ nhiều cấp là rất quan trọng. Hơn nữa, sự phát triển của năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió cũng đặt ra những thách thức mới về an toàn điện. Những nguyên tắc cơ bản về phân tích dòng sự cố, bảo vệ chống quá áp, và phối hợp các thiết bị bảo vệ được trình bày trong sách vẫn là nền tảng không thể thiếu để giải quyết các vấn đề an toàn trong những hệ thống điện hiện đại này.

Nội dung chính

BÀI MÔ TẢ HỌC THUẬT VÀ PHÂN TÍCH NỘI DUNG: GIÁO TRÌNH AN TOÀN ĐIỆN (TÁC GIẢ: PGS. TS. QUYỀN HUY ÁNH)

---

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình An toàn điện của tác giả Quyền Huy Ánh (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) là tài liệu học tập thuộc khối kiến thức cơ sở ngành và chuyên ngành bắt buộc trong chương trình đào tạo kỹ sư Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa và Kỹ thuật An toàn Lao động. Vị trí của môn học trong chương trình đào tạo nhằm thiết lập nền tảng kỹ thuật về bảo vệ con người và thiết bị trước các rủi ro năng lượng điện trong quá trình vận hành, thiết kế và thi công hệ thống điện công nghiệp và dân dụng.

Mục tiêu học tập của giáo trình bao gồm:

1. Xác định các cơ chế tác động sinh học - vật lý của dòng điện, hồ quang và trường điện từ lên cơ thể người theo các tiêu chuẩn quốc tế.
2. Thiết lập mô hình giải tích mạch điện tương đương để tính toán định lượng dòng điện qua người ($I_{ng}$), điện áp tiếp xúc ($U_t$) và điện áp bước ($U_b$) trong các cấu hình mạng điện một pha và ba pha.
3. Nắm vững phương pháp tính toán thiết kế, đo đạc và kiểm tra hệ thống nối đất bảo vệ (TT, IT, TN) theo tiêu chuẩn IEC.
4. Lựa chọn đúng chủng loại và thông số tác động của các thiết bị đóng cắt - bảo vệ hạ áp (CB, MCB, MCCB) nhằm loại trừ sự cố ngắn mạch, quá tải và rò điện.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo trình tự logic kỹ thuật: từ các khái niệm cơ bản về sinh lý - vật lý dòng điện, chuyển dịch sang phân tích giải tích mạch sự cố trong từng chế độ làm việc của mạng điện, sau đó triển khai giải pháp kỹ thuật bảo vệ thụ động (hệ thống nối đất, cân bằng thế) và giải pháp bảo vệ chủ động (thiết bị đóng cắt bảo vệ tự động). Điểm đặc sắc của tài liệu là việc chuẩn hóa toàn diện theo hệ thống tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) kết hợp việc cập nhật các công nghệ vật liệu nối đất hiện đại và công cụ tính toán số học chuyên dụng.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua các chương trọng tâm với tính liên kết toán học và kỹ thuật chặt chẽ:

• Chương 1: Các khái niệm cơ bản: Thiết lập định nghĩa về tai nạn điện gồm ba dạng chính: điện giật (chạm trực tiếp/bảo vệ cơ bản, chạm gián tiếp/bảo vệ sự cố theo IEC 61140), đốt cháy do hồ quang điện và hỏa hoạn cháy nổ. Phân tích tác dụng kích thích (co thắt cơ, rung thất tim, sốc điện) và tác dụng chấn thương; đặc tuyến thời gian - dòng điện xoay chiều 15Hz - 100Hz theo tiêu chuẩn IEC 60479-1 phân chia từ vùng AC-1 đến AC-4 (với các ngưỡng nguy cơ nghẽn tâm thất AC-4-1 đến AC-4-3); đặc tuyến điện áp - thời gian với ngưỡng điện áp tiếp xúc an toàn $U_t \le 50\text{V}$ (điều kiện khô ráo) và $U_t \le 25\text{V}$ (điều kiện ẩm ướt theo IEC 60364-7); mô hình điện trở tương đương của cơ thể người ($R_{ng} = 1000\Omega$ trong tính toán); phân lượng dòng qua tim theo các đường dẫn tiếp xúc (ngực - tay trái có hệ số 1,5; tay trái - chân có hệ số 1,0; tay phải - chân có hệ số 0,8); lý thuyết phân bố dòng điện tản trong đất từ điện cực bán cầu tạo đường cong hyperbol $U_x$; giải tích điện áp bước $U_b$ và điện áp tiếp xúc $U_t$; tiêu chuẩn phân loại công trình (ít nguy hiểm, nguy hiểm, đặc biệt nguy hiểm) và phân loại thiết bị hạ áp/cao áp.
• Chương 2: Phân tích dòng điện qua người: Khảo sát giải tích định lượng dòng điện qua cơ thể người trong các trường hợp tiếp xúc: mạng điện cách điện với đất (mạng 1 pha chạm 2 cực, chạm 1 cực có xét điện trở cách điện $R_c$ và điện trở nền $R_n$; mạng 3 pha chạm 1 cực có xét điện dung $C$ của đường dây); mạng điện có trung tính nối đất (mạng 1 pha chạm dây pha hoặc dây trung tính ở chế độ bình thường và ngắn mạch; mạng 3 pha hạ áp và cao áp $U > 1000\text{V}$ trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua cuộn dập hồ quang); phân tích các biện pháp kỹ thuật chống chạm trực tiếp (cách điện, rào chắn, đặt ngoài tầm với) và chống chạm gián tiếp (nối đất, cách ly, tự động ngắt nguồn).
• Chương 3: Hệ thống nối đất: Trình bày hệ thống nối đất chuẩn theo IEC 60364-3 bao gồm hệ thống TT, IT, TN (với các cấu hình TN-S, TN-C, TN-C-S); quy định kỹ thuật về dây bảo vệ PE và dây trung tính kết hợp bảo vệ PEN; phương pháp xác định tiết diện dây PE/PEN theo phương pháp đơn giản hóa và phương pháp đẳng trị nhiệt chuẩn IEC 724 ($S_{PE} \ge \frac{I\sqrt{t}}{K}$); lý thuyết điện trở suất của đất $\rho$, phương pháp đo 4 cực Wenner ($\rho = 2\pi a R$); công thức giải tích tính toán điện trở nối đất $R_{ht}$ cho các dạng điện cực (cọc đơn chôn thẳng đứng, cọc chôn sâu, thanh chôn nằm ngang, hệ thống nhiều cọc kết hợp thanh); công nghệ nối đất hiện đại (cọc thép bọc đồng, mối hàn hóa nhiệt CADWELD, hóa chất giảm điện trở đất GEM của hãng Erico, cọc hóa chất, máy đo điện tử LCD và phần mềm GEM Version 3.1).
• Chương 4: Thiết bị đóng cắt và bảo vệ hạ áp: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt hạ áp (CB - Circuit Breaker), cơ cấu đóng cắt, cơ cấu ngắt ngắn mạch điện từ, cơ cấu lưỡng kim nhiệt ngắt quá tải, buồng dập hồ quang; phân loại máy cắt hạ áp cỡ nhỏ MCB (Miniature Circuit Breaker) và máy cắt hạ áp khối MCCB (Moulded Case Circuit Breaker); các thông số kỹ thuật định mức phục vụ phối hợp bảo vệ ($I_n, U_e, U_i, I_{cu}, I_{cs}$).

Progression logic của giáo trình phát triển từ hiện tượng sinh lý $\rightarrow$ toán học hóa giải tích mạch điện $\rightarrow$ thiết kế công trình nối đất bảo vệ $\rightarrow$ trang bị thiết bị tự động cắt lọc sự cố.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng lý thuyết thông qua:

• Lý thuyết trường điện từ và dòng điện tản trong đất: Dựa trên định luật Ohm dạng vi phân ($j = \frac{E}{\rho} \Rightarrow E = j\rho$), xác định mật độ dòng điện qua mặt bán cầu $j = \frac{I}{2\pi x^2}$ và thiết lập hàm điện thế $U_x = \frac{I\rho}{2\pi x}$, dẫn ra phương trình hyperbol mô tả sự phân bố điện áp quanh điểm chạm đất.
• Mô hình mạch điện sinh học tương đương: Biểu diễn cơ thể người bằng sơ đồ mạch thay thế gồm điện trở và điện dung lớp da ở vị trí tiếp xúc ($R_1, C_1, R_2, C_2$) mắc nối tiếp với điện trở nội tạng ($R_{nt}$).
• Hệ thống tiêu chuẩn hóa IEC: Áp dụng chuẩn IEC 60479-1 về ngưỡng an toàn sinh lý; IEC 60038 và IEC 60364-7 về thời gian ngắt cực đại $t_{max}$ tương ứng cấp điện áp chạm quy ước $50\text{V}$ và $25\text{V}$; IEC 60364-3 về cấu trúc tiếp địa TT/IT/TN; IEC 724 về hệ số nhiệt $K$ của vật liệu dẫn điện.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thiết kế hệ thống tiếp địa an toàn, tính toán số lượng cọc $n$, khoảng cách $a$, xác định hệ số sử dụng cọc $\eta_c$ và thanh $\eta_{th}$; tính chọn tiết diện dây bảo vệ PE theo phương pháp nhiệt; lựa chọn thông số định mức của MCB, MCCB.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích mạch điện chạm vỏ, đánh giá mức độ nguy hiểm của dòng điện chạy qua người trong các chế độ làm việc đối xứng và không đối xứng; tính toán tác động của thành phần dung kháng $C$ trong lưới điện cáp hạ áp.
• Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Vận hành phép đo điện trở suất của đất theo sơ đồ 4 cọc; thực hiện đo điện trở hệ thống nối đất bằng phương pháp Volt-Ampe, máy đo chuyên dụng 3 cực/4 cực hoặc đo không dùng cọc phụ; sử dụng phần mềm GEM Version 3.1 trong thiết kế tiếp địa.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Giáo trình áp dụng phương pháp sư phạm kỹ thuật kết hợp giữa chứng minh giải tích toán lý và bài toán thiết kế thực tế. Mỗi khái niệm lý thuyết trừu tượng (như điện áp bước hay phân lượng dòng qua tim) đều được cụ thể hóa bằng các phương trình mạch tương đương, sơ đồ giải tích và đồ thị quan hệ thực nghiệm.

Bài tập và ví dụ tính toán điển hình

Hệ thống ví dụ mẫu trong tài liệu được xây dựng trực tiếp trên các tình huống vận hành kỹ thuật:

• Ví dụ 2.1: Tính toán dòng điện qua người khi chạm 2 cực mạng điện 1 pha 240V ($R_{ng} = 1000\Omega \Rightarrow I_{ng} = 240\text{mA}$), xác định điểm làm việc rơi vào vùng nguy hiểm AC-3 đòi hỏi thời gian ngắt $t < 10\text{ms}$.
• Ví dụ 2.3 & 2.4: So sánh mạng 3 pha 400V cách điện với đất khi bỏ qua điện dung ($R_c \ge 66,3\text{M}\Omega$ để giữ $I_{ng} \le 10\text{mA}$) và khi xét đến điện dung cáp $C = 10\mu\text{F}$ làm dòng $I_{ng}$ tăng vọt lên $43,7\text{mA}$ (gấp 4,37 lần), minh chứng thực tế cho việc không thể chủ quan với mạng trung tính cách ly.
• Ví dụ 2.5: Phân tích chạm dây trung hòa mạng 1 pha 220V dài 100m, so sánh điện áp tiếp xúc lúc bình thường ($U_{ng} = 1,28\text{V} < 50\text{V}$, an toàn) với lúc ngắn mạch cuối đường dây ($U_{ng} = 110\text{V} > 50\text{V}$), phối hợp với máy cắt hạ áp ngắt trong $30\text{ms}$ để đưa điểm làm việc về vùng an toàn AC-2.
• Ví dụ 3.1 & 3.3: Ứng dụng công thức đẳng trị nhiệt IEC 724 tính tiết diện dây PE ($I = 25\text{kA}, t = 30\text{ms}, K = 143 \Rightarrow S_{PE} = 30,3\text{mm}^2 \Rightarrow$ chọn chuẩn $35\text{mm}^2$); Thiết kế hệ thống tiếp địa mạch vòng cho phân xưởng $20\text{m} \times 10\text{m}$ gồm 12 cọc thép bọc đồng $\text{L}=3\text{m}$ kết hợp cáp đồng trần $50\text{mm}^2$ đạt điện trở yêu cầu $R_{ht} = 4,62\Omega \le 10\Omega$.
• Ví dụ 3.4: Tính toán cọc chôn sâu $\text{L} = 30\text{m}$ qua 2 lớp đất có điện trở suất khác nhau ($\rho_1 = 2000\Omega\text{m}, \rho_2 = 750\Omega\text{m}$) theo công thức giải tích riêng biệt.

Phương pháp đánh giá và hướng dẫn tự học

• Đánh giá kết quả học tập: Dựa trên khả năng thiết lập sơ đồ mạch thay thế khi có người tiếp xúc vào mạng điện, giải các bài toán tính chọn thiết bị bảo vệ và đồ án thiết kế hệ thống nối đất - chống sét cho công trình công nghiệp.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần đọc song song giữa lý thuyết chương và các bảng tra cứu kỹ thuật (Bảng 1.1 về $I_{max}-t$; Bảng 1.3 về điện trở người; Bảng 3.1 về phạm vi áp dụng sơ đồ nối đất; Bảng 3.2 và 3.3 về chọn tiết diện dây PE; Bảng 3.5 về điện trở suất của các loại đất; Bảng 3.8 về hệ số sử dụng cọc và thanh).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Cập nhật so sánh công nghệ nối đất cũ và mới

Tài liệu cung cấp bảng đối sánh chi tiết giữa trang thiết bị nối đất truyền thống và giải pháp hiện đại (Bảng 3.4):

Hạng mục so sánh	Trang thiết bị kiểu cũ	Trang thiết bị kiểu mới
Điện cực tiếp địa	Ống kim loại ($\phi 35-50\text{mm}$), thanh thép dẹp ($d > 4\text{mm}, S > 48\text{mm}^2$)	Cọc thép bọc đồng ($\phi 13-16\text{mm}$), cọc mạ lõi thép, băng đồng ($50\text{mm} \times 0,5\text{mm}$), lưới đồng trần
Liên kết cọc - cáp	Kẹp kim loại, hàn điện, hàn gió đá	Kẹp ốc xiết cáp chuyên dụng, hàn hóa nhiệt CADWELD
Phương pháp cải tạo đất	Dùng than và muối (dễ bị rửa trôi qua mùa mưa, gây ăn mòn điện cực)	Hóa chất giảm điện trở đất (GEM, EEC): không ăn mòn, không phân hủy, ổn định trị số lâu dài
Phụ kiện kiểm tra	Bảng đồng, hộp bê tông kiểm tra	Bảng đồng nối đất tiêu chuẩn, hộp kiểm tra bằng nhựa tổng hợp

Giáo trình phân tích chi tiết nguyên lý phản ứng hàn hóa nhiệt CADWELD trong khuôn graphite: $$3\text{Cu}_2\text{O} + 2\text{Al} \xrightarrow{\quad} 6\text{Cu} + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Nhiệt lượng } (2537^\circ\text{C})$$ Mối hàn tạo liên kết phân tử đồng nhất, tăng khả năng tản dòng sự cố và không bị suy giảm chất lượng theo thời gian.

Tích hợp công cụ phần mềm và tiêu chuẩn quốc tế

• Phần mềm GEM Version 3.1 (Erico Inc., USA): Giáo trình đưa trực tiếp giao diện và hướng dẫn tính toán điện trở nối đất cho cọc đơn, cọc dãy, mạch vòng khi có và không có hóa chất GEM, hỗ trợ xuất số lượng bao hóa chất cần sử dụng.
• Tiêu chuẩn quốc tế: Đồng bộ hóa toàn bộ thuật ngữ theo IEC 61140 (chống chạm điện trực tiếp thành bảo vệ cơ bản; chống chạm điện gián tiếp thành bảo vệ sự cố); chuẩn hóa sơ đồ mạng phân phối TT, IT, TN-S, TN-C, TN-C-S theo IEC 60364-3; phương pháp đo điện trở suất đất 4 cực và máy đo vi xử lý màn hình LCD có tính năng tự động bù trừ điện trở dây đo.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Sinh viên từ năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Điện tự động, Thiết bị điện, Sư phạm Kỹ thuật Điện và Kỹ thuật An toàn Lao động.
• Học viên cao học: Học viên ngành Kỹ thuật Điện sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các học phần liên quan đến nối đất công trình điện lực, bảo vệ quá điện áp và tương thích điện từ.
• Kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần: Lý thuyết Mạch điện (giải tích mạng điện 1 pha, 3 pha xác lập và quá độ), Vật lý đại cương (phần Điện - Từ), Khí cụ điện và Kỹ thuật Đo lường điện.
• Giảng viên: Sử dụng làm đề cương bài giảng môn An toàn điện, khai thác hệ thống bài tập định lượng và ngân hàng câu hỏi tính toán cho các kỳ đánh giá kết thúc học phần.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tham khảo trực tiếp cho kỹ sư thiết kế hệ thống M&E, kỹ sư giám sát thi công cơ điện, cán bộ an toàn chuyên trách tại các nhà máy công nghiệp và các đơn vị kiểm định hệ thống tiếp địa - chống sét.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ sinh viên kỹ thuật bậc đại học và sau đại học ngành Điện - Điện tử, đồng thời là tài liệu tra cứu kỹ thuật cho các kỹ sư tư vấn thiết kế, thi công tiếp địa và quản lý an toàn lao động trong công nghiệp.

2. Cần trang bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức về phân tích mạch điện (định luật Ohm, định luật Kirchhoff, giải mạch xoay chiều phức), trường điện từ cơ bản và nguyên lý làm việc của các khí cụ điện đóng cắt hạ thế.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu an toàn điện thông thường?

Tài liệu tập trung vào phân tích định lượng dựa trên mô hình toán giải tích mạch điện thay thế thay vì chỉ mô tả quy tắc an toàn định tính. Nội dung được chuẩn hóa toàn diện theo các tiêu chuẩn quốc tế IEC (IEC 60479-1, IEC 60364, IEC 724) và cập nhật công nghệ vật liệu mới như hàn CADWELD và phần mềm thiết kế GEM v3.1.

4. Làm thế nào để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình hiệu quả?

Người học nên tự vẽ lại các sơ đồ thay thế mạch dòng điện chạm trong từng cấu hình mạng điện, giải lại toàn bộ các bài toán ví dụ mẫu trong Chương 2 và Chương 3, kết hợp tra cứu các bảng thông số chuẩn IEC để hiểu rõ cơ sở lựa chọn giá trị tính toán.

5. Giáo trình có cung cấp các bảng số liệu tra cứu thực tế không?

Có. Giáo trình tích hợp hệ thống bảng số liệu hoàn chỉnh: bảng phân vùng tác động sinh lý dòng điện - thời gian (Bảng 1.2), bảng điện trở cơ thể theo điện áp và tình trạng tiếp xúc (Bảng 1.3), bảng thời gian ngắt cực đại cho hệ thống TN/IT (Bảng 1.4, 1.5, 1.6), bảng điện trở suất các loại đất (Bảng 3.5), hệ số mùa $K_m$ (Bảng 3.6), hệ số sử dụng cọc/thanh $\eta$ (Bảng 3.8) và hệ số nhiệt $K$ chọn dây PE (Bảng 3.3).

---

Kết luận

Giáo trình An toàn điện của tác giả Quyền Huy Ánh cung cấp khung kiến thức hoàn chỉnh và chuẩn mực về an toàn điện công nghiệp, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết vật lý - sinh học, phương pháp giải tích mạch điện và công nghệ thi công tiếp địa hiện đại.

Lộ trình tiếp cận kiến thức đề xuất cho người học gồm 4 giai đoạn:

1. Tiếp cận cơ sở sinh học và lý thuyết trường điện tản (Chương 1).
2. Thiết lập kỹ năng giải tích dòng sự cố qua người trên các sơ đồ mạng (Chương 2).
3. Làm chủ kỹ thuật tính toán thiết kế và đo đạc hệ thống nối đất chuẩn IEC (Chương 3).
4. Phối hợp lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ tự động (Chương 4).

Người học nên kết hợp tra cứu các tiêu chuẩn IEC liên quan (IEC 60364, IEC 60479) và thực hành các công cụ tính toán số học để nâng cao năng lực giải quyết các bài toán an toàn điện trong thực tế công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, điện năng đã được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực (công nghiệp, sản xuất, sinh hoạt dân dụng :.) và ở khắp mọi nơi (từ thành thị cho tới nông thôn và các vùng xa, vùng sâu). Số người làm công việc liên quan với điện ngày càng nhiều, do đó vấn để an toàn điện cần phải được quan tâm trong công tác bảo hộ lao động. Khác với các mối nguy hiểm khác, trước khi xây ra có thể thấy các triệu chứng hoặc phát hiện trước bằng giác quan, chẳng hạn như thanh kim loại nóng đỏ, bộ phận máy quay xộc xệch, tiếng gãy vỡ, mùi khí độc. mối nguy hiểm điện chỉ có thể biết được khi tiếp xúc với các phần tử mang điện, nhưng như vậy là đã có thể bị tai nạn hoặc chết người.

Vì thế thiếu hiểu biết về an toàn điện đều có thể bị tai nạn điện, do vậy phải hiểu một số khái niệm về an toàn điện nhằm tránh được những nguy hiểm có thể xảy ra cho bản thân cũng như cho những người xung quanh. TAINAN DIEN Tai nạn điện có thể gặp ở ba dạng: điện giật, đốt cháy điện do hồ quang, nổ và hỏa hoạn. Điện giật Do chạm trực tiếp hoặc chạm gián tiếp vào phần tử mang điện: “ Chạm trực tiếp xảy ra khi người tiếp xúc với các vật có mang điện trong tình trạng làm việc bình thường, với các vật đã được cắt ra khỏi nguồn điện nhưng vẫn còn tích điện (mạch điện dung) hay vật này vẫn còn chịu điện áp cảm ứng do ảnh hưởng của điện từ hay cảm ứng nh điện do các trang thiết bị điện ở gần (Hình 1. Tiêu chuẩn IEC61 140 thay đổi thuật ngữ “bảo vệ chống chạm điện trực tiếp” bằng thuật ngữ “bảo vệ cơ bản”.

"_ Chạm gián tiếp xảy ra khi người tiếp xúc với phần bên ngoài của các vật mang điện mà lúc bình thường không có điện nhưng trở nên có điện do cách điện bị hư hỏng cách điện hay do các nguyên nhân khác (Hình 1. Dòng điện sự cố làm điện áp của phần bên ngoài của các vật mang điện tăng lên đến giá trị nguy hiểm cho người. Tiêu chuẩn IEC 61140 thay đổi thuật-ngữ “bảo vệ chống chạm điện gián tiếp” bằng thuật ngữ “bảo vệ sự cố”. Điện áp mà người phải chịu khi chạm điện gọi là điện áp tiếp xúc.

le: Dang dién cham +6 i: Dong dién qua người I:: Dông điên qua ngươi a. Cham dién truc tiếp b. Chạm điện gián tiếp Hình 1. Các kiểu chạm điện Quyền Huy Ánh.

5 Trường ĐH Su phạm Kỹ thuật TP.HCM An toàn điện 2. Đốt cháy điện Đốt cháy điện có thể sinh ra do: s. Ngắn mạch kéo theo phát sinh hề quang điện. ® - Người đến gần vật mang điện áp cao tuy chưa chạm phải, nhưng điện áp cao sinh ra hổ quang điện mà dòng điện hồ quang chạy qua người khá lớn khiến nạn nhân có thể bị chấn thương hoặc chết do hồ quang đốt cháy da thịt.

Tai nạn này ít xảy ra vì đối với điện áp cao luôn có biển báo và hàng rào an toàn bảo vệ. Hỏa hoạn, nổ Do điều kiện vận hành, dòng điện đi qua dây dẫn vượt quá giới hạn cho phép gây nên phát nóng, do hồ quang điện sinh ra khi tiếp xúc điện gây nên hỏa hoạn. Do hợp chất ở gần các thiết bị điện có dòng điện quá lớn, nhiệt độ thiết bị điện vượt quá giới hạn cho phép sinh ra sự nổ. Hoả hoạn, nổ xảy ra ở môi trường dễ cháy nổ (bụi bặm, hơi hóa chất, khí dễ cháy) khi có sự cố điện.

Tai nạn này gây thiệt hại cả về con người lẫn cơ sở vật chất. TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI 1. Tác dụng kích thích Dưới tác dụng của dòng điện, các cơ co bóp hỗn loạn dẫn đến tắt thở, tỉm ngừng đập. Chỉ với một dòng điện không lớn lắm, các cơ ngực đã bị co rút làm ngừng hô hấp.

Nếu không được cứu chữa kịp thời do thiếu oxy, tim sẽ ngừng đập. Với một dòng điện lớn hơn cdc thé co tim co bép hỗn loạn, quá trình tuần hoàn bị ngừng lại và tìm nhanh chóng ngừng đập. Với hệ thân kinh trung ương, dòng điện gây nên triệu chứng xốc điện. Đối với xốc điện nạn nhân có thể phản ứng mạnh lúc đầu, nhưng sau đó các cảm giác dần dân bị tê liệt, nạn nhân chuyển dần sang trạng thái mê man rồi chết.

Đây là tác dụng kích thích. Tác dụng gây chấn thương Cơ thể con người còn bị thương tích bên ngoài do sự đốt cháy bởi hồ quang điện. Nó tạo nên sự hủy diệt lớp da ngoài, đôi khi sâu hơn nữa có thể hủy diệt các cơ bắp, lớp mỡ, gân và xương. Nếu sự đốt cháy bởi hổ quang xảy ra trong một diện tích khá rộng trên người thì có thể dẫn đến tử vong.

Đây là tác dụng gây chấn thương. Thông thường đốt cháy do dòng điện gây nên nguy hiểm hơn sự đốt cháy do các nguyên nhân khác, vì sự đốt cháy do dòng điện gây nên đốt nóng toàn thân. Tai nạn càng trầm trọng hơn nếu giá trị của dòng điện càng lớn và thời gian duy trì dòng điện càng dài.4CAC YEU TO ANH HUONG DEN TAINAN DIEN GIAT Các yếu tố ảnh hưởng đến tai nạn điện giật bao gồm: tình trạng cơ thể và phản ứng của nạn nhân, đường đi và thời gian tổn tại của dòng điện qua các bộ phận của cơ thể người, biên độ dòng điện và tần số dòng điện, biên độ điện áp tiếp xúc,. Đặc tuyến dòng điện-thời gian Giá trị dòng điện qua người là một trong các yếu tố quyết định gây nguy hiểm cho người.

Qua nghiên cứu và phân tích các tai nạn điện, thấy rằng đối với dòng điện xoay chiều, tần số 50-60Hz, giá trị an toàn cho người phải nhỏ hơn 10mA. Đối với dòng điện một chiều thì trị số này phải nhỏ hơn 50mA. Thời gian điện giật có ảnh hưởng lớn đến tình trạng nguy hiểm của người khi bị điện giật và khác nhau đối với tình trạng sức khỏe của người.1 qui định giá trị dòng điện cực đại và thời gian tồn tại để tim không ngừng đập. 6 Quyền Huy Ánh Trường ĐH Sự phạm Kỹ thuật TP.HCM An toàn điện Bảng 1.

Quan hệ I„„„ và t để tim không ngừng đập Dòng điện I„a„ (mA) 10 60 90 110 160 250 Thời gian điện giật t (s) 30 10 3 2 1 0,4 Tiêu chuẩn IEC60479-1 xây dựng đặc tuyến thời gian-dòng điện gây tác hại lên cơ thể người đối với dòng điện xoay chiều tân số từ 15Hz + 100Hz (Hình 1.000 A: XS AC-41- i :Ì _AC-42 : Ề; + N 2.3 1,000 `` \ ANI Xà At. Thời gian tồn tại I N 500 X TA ^ự h AC-2 * lac-3 N NỈ, * A, + Ac-a AC-1 Ị ' 4 c * 200 a :s \.000 Dòng điện qua người Hình 1. Vùng tác động của thời gian và dòng điện lên cơ thể người Bảng 1. Các hiệu ứng vật lý tương ứng với dòng điện và thời gian Mã vùng | Giới hạn vùng Các hiệu ứng vật lý AC-I Đến 0.5mA Không phản ứng Đường A - AC-2 Từ 0.5mA Không gây tác hại về sinh lý Đến đường B AC-3 Đường B đến đường C¡ Bap thit co lại và gây khó thở khi thời gian tổn tại dòng quá 2s.

Gây rối loạn nhịp tim hay tỉm ngừng đập tạm thời khi gia tăng cường độ và thời gian AC-4 Trên đường C¡ Cùng với sự gia tăng cường độ và thời gian, xuất hiện các hiệu ứng nguy hiểm về sinh lý như: tim ngừng đập, ngừng hô hấp và một vài hiện tượng đã xuất hiện ở vùng AC-3. AC-4-1 Giữa đường C¡ và C; Xác xuất nghẹt tâm thất đến 5% AC-4-2 Giữa đường C; và C¡ Xác xuất nghẹt tâm thất đến 50% AC-4-3 Ngoài đường cong C¡ạ Xác xuất nghẹt tâm thất >50% 2. Đặc tuyến điện áp-thời gian Tiêu chuẩn IEC 60479-1 xây dựng đường cong an toàn (Hình 1. Đây là quan hệ giữa điện áp tiếp xúc Ur (V) và thời gian dòng điện đi qua người t (s).

Theo đường cong an toàn này, với Quyền Huy Ánh 7 Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM An toàn điện. điện áp có giá trị Uy <50V, thời gian cho phép dòng qua người là vô hạn. Ứng với điện áp Ur=50V, thời gian cho phép dòng qua người là 5s. Trong thực tế do giá trị điện trở người thay đổi trong phạm vi rất rộng, vì vậy để an toàn cho người trong mọi trường hợp, điện áp tiếp xúc cần có giá trị Uy <25V.

Đường cong an toàn uM 3. Điện trở của người Khi người chạm vào hai cực của nguồn điện hay hai điểm của một mạch điện, cơ thể người trở thành một bộ phận của mạch điện. Điện trở của người là trị số điện trở đo được giữa hai điện cực đặt trên cơ thể người. Có thể chia điện trở người thành ba phần: điện trở lớp da ở chỗ hai điện cực đặt lên và điện trở bên trong cơ thể.

Sơ đổ tương đương điện trở người được cho ở Hình 1. Ing Ri, R¡, C¡: Điện trở và điện dung a 1 u lớp đa ở vị trí lay đi vào người » Rạ,: Điện trở nội tạng cơ thể Une Rog người ® Rạ, C;: Điện trở và điện dung lớp da ở vị trí l¿ạ đi ra khỏi người TL R; Hình 1. Sơ đồ tương đương điện trở người Cơ thể con người có thể được xem như một điện trở có những trị số từ 10. Sự phân bố điện trở của con người tạm chia ra gồm: lớp sừng trên da (dây khoảng từ 0,05+0,2 cm) có điện trở lớn nhất, tiếp theo là xương và da có điện trở tương đối lớn, thịt và máu có điện trở bé.

Nếu mất lớp sừng trên da (bị ẩm ướt do mồ hôi, bị thương rách da) thì điện trở của người chỉ còn 80+1. Mất hết lớp da điện trở của người chỉ còn 60+800Q. 8 - Quyền Huy Ánh Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM An toàn điện Điện trở của người không phải cố định mà thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tình trạng của lớp sừng trên da, diện tích và áp suất tiếp xúc, cường độ và loại dòng điện đi qua người, thời gian tiếp xúc, tần số dòng điện và trạng thái bệnh lý của người. Khi da bị ướt hay có mồ hôi, điện trở của người giảm.

Diện tích tiếp xúc càng lớn thì điện trở của người càng nhỏ. Khi áp suất tiếp xúc lớn hơn Ikg/cm” thì điện trở của người gần như tỉ lệ thuận với áp suất tiếp xúc. Thời gian tác dụng càng lâu, điện trở người càng giảm vì da bị nóng, ra mồ hôi và do những biến đổi điện phân trong cơ thể.