›
›

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 2: Phân tích an toàn - Nguyễn Công Tráng

pdf 32 trang huongle 1910
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 2: Phân tích an toàn - Nguyễn Công Tráng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_ly_dai_cuong_chuong_2_phan_tich_an_toan_nguyen.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 2: Phân tích an toàn - Nguyễn Công Tráng

  1. GV: Nguyễn Cơng Tráng Chương 2: PHÂN TÍCH AN TOÀN 1
  2. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): a. Chạm trực tiếp vào 2 cực của mạng : Sơ đồ tương đương: U U I ng R dây U R ng Hình a Hình b Utx(a) = Utx(b) = Ung = Upha: không phụ thuộc vào tình trạng vận hành (có tải hay không tải) Vì : Rdây <<< Rng nên bỏ qua Rdây 2
  3. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): a. Chạm trực tiếp vào 2 cực của mạng : Ví dụ: mạng 1 pha 220V , Rng = 2kΩ Giải U Hình b 3
  4. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH1: Mạng không nối đất: - Khi chạm 1 dây trong trạng thái mạng bình thường 1 Sơ đồ tương đương: I Σ U I ng R 2 U ng R cđ R R cđ cđ2 R cđ1 4
  5. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH1: Mạng không nối đất: - Khi chạm 1 dây trong trạng thái mạng bình thường U I = < I người R + 2R giớihạnnguyhiểm cáchđiện người ⎛ ⎞ ⎜ U ⎟ ⇒ R 〉⎜ − 2R ⎟ cáchđiện ⎜ I người ⎟ ⎝ giớihạn ⎠ Công thức này được áp dụng để xác định điện trở cách điện cần thiết cho các mạng điện cách ly bảo vệ an toàn chống chạm điện trực tiếp ở mạng hạ áp . 5
  6. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH1: Mạng không nối đất: - Khi chạm 1 dây trong trạng thái mạng bình thường Ví dụ: Mạng 220V, Rng = 1kΩ , để không bị điện giật (I giới hạn nguy hiểm = 10 mA) khi chạm 1 dây thì điện trở cách điện mạng điện phải chế tạo bao nhiêu ? Giải Theo điều kiện an toàn: 6
  7. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH1: Mạng không nối đất: - Khi chạm 1 dây và dây còn lại ngắn mạch xuống đất pha Sơ đồ tương đương: U I ng N U R nền+ng 7
  8. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH1: Mạng không nối đất: - Khi chạm 1 dây và dây còn lại ngắn mạch xuống đất Ví dụ: Mạng 220V, Rng = 2kΩ , Rnền = 10kΩ. Tìm dòng qua người ? pha Giải U N
  9. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH2: Mạng trung tính nối đất: - Khi chạm vào dây pha Sơ đồ tương đương: pha I ng U Z tải Z U tải R nền+ng N N R nđHT R nđHT Nếu: Utx = Upha => bỏ qua RP , Ztải , và RN 9
  10. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH2: Mạng trung tính nối đất: - Khi chạm vào dây trung tính: phụ thuộc vào vị trí chạm pha Sơ đồ tương đương: U Z tải U Z tải N // / R N R N I ng Rnền+ng R nđHT R nđHT Utx = Itải.RN = (5%÷10%).Upha => 10
  11. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): b. Chạm vào một cực của mạng TH2: Mạng trung tính nối đất: - Khi chạm vào dây trung tính: phụ thuộc vào vị trí chạm Ví dụ: Mạng 220V, môi trường ẩm ướt, Ucp = 50V ; RnđHT = 3Ω ; Rng = 1kΩ. Tìm dòng qua người ? pha Giải U Z tải N 11 R nđHT
  12. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): c. Mạng cách điện với đất có điện dung lớn U 1 1 U C 12 U 2 2 C 11 C 22 - Do trị số C lớn , trong quá trình vận hành sẽ xảy ra hiện tượng cảm ứng và tích lũy điện tích q có giá trị q = C.U trên đường dây. - Khi cắt nguồn do lượng q tích được nên điện áp trên các dây tại thời điểm cắt nguồn khác 0 và bằng Udư ; Udư tắt dần theo hàm mũ − t R.C UUUdư =−()12e 12
  13. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Lưới điện đơn giản (mạng 1 pha hoặc điện DC): U 1 c. Mạng cách điện với đất có điện dung lớn 1 U C 12 U 2 - Người chạm vào 2 dây tại thời điểm mạng 2 C 11 vừa được cắt nguồn C 22 − t Udư R.Cng 12 ing = .e >>: cũng gây nguy hiểm Rng -Dòng Ing này không chỉ nguy hiểm do trị số có thể lớn, thời gian tồn tại phụ thuộc Rng và C11 ; C12 mà còn nguy hiểm do nhiệt lượng sinh ra lớn làm đốt nóng thân thể. Nhiệt lượng sinh ra: 1 W CU= 2 ( Joule ) 2 KL: Khi cắt điện để sửa chữa cần nối đất các đầu dây để xả hết điện tích dư xuống đất trước khi người thao tác 13
  14. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha a. Cấu trúc mạng 3 pha TH1: Mạng 3 pha trung tính nối đất trực tiếp A B U ≥ 110kV => R ≤ 0,5Ω nđHT Yo U RnđHT ≤ 4Ω C N Áp dụng: R nđHT - U ≥ 110kV : - U = 22kV : - U = 0,4kV: 14
  15. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha a. Cấu trúc mạng 3 pha TH2: Mạng trung tính cách ly hoặc nối đất qua cuộn L hoặc R lớn A A B B Y Y C C N A A B B C N C L R N R nđHT 15 R nđHT
  16. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha a. Cấu trúc mạng 3 pha TH2: Mạng trung tính cách ly hoặc nối đất qua cuộn L hoặc R lớn - Khi chạm đất 1 pha thì dòng chạm đất bé => không cần cắt nguồn. Tuy nhiên điện áp các pha còn lại phải tăng lên điện áp U dây nên cách điện của thiết bị phải chịu U dây => giá thành thiết bị càng cao khi cấp điện áp càng cao - Áp dụng VN: + Mạng 35kV, 22kV + Mạng 0,4kV: vì đảm bảo tính cung cấp điện 16
  17. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp A B Yo C N N R nđHT I chạm đất Lúc 1 pha chạm đất => dòng chạm đất lớn => cắt nguồn 17
  18. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp A B Yo C N N R nđHT Chế độ tải: I chạm đất - 3 pha đối xứng: IN = 0 - 3 pha khơng đối xứng: / + Cĩ dây NN thì: IIII0NABC=++≠ . U.YU.YU.YABCABC++ 1 U0NN/ = ≈ Vì: Y = →∞ YYY++ N ABC RN ()→ 0 18
  19. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp + Đứt dây trung tính: A B Yo C N đứt => tải ko đx R nđHT 1 . YN =→0 => U0NN/ ≠ >>>: Phụ thuộc vào mất đối xứng của tải R →∞ N () 19
  20. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp A B Yo C N đứt => tải ko đx R nđHT - Khi người chạm trực tiếp vào 1 pha: Ung ~ Upha Nếu Rnền bé, dòng Ing sẽ đủ lớn khiến người bị nguy hiểm. . / Khắc phục: Nối đất lặp lại (Rnđll) trên dây trung tính để U0NN ≈ 20
  21. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp A B Yo C N R nđHT (a) (b) (c) (d) Các kết luận về Utx: TH a: Utx = Udây TH b: Utx = Upha TH c: Utx = Upha 21 TH d: Utx phụ thuộc tình trạng mang tải và trạng thái dây trung tính .
  22. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha b. Mạng 3 pha có trung tính nối đất trực tiếp A B Yo C N R nđHT (a) (b) (c) (d) ƒ Khi tải 3 pha đối xứng: Utx ~ 0 không phụ thuộc tình trạng dây N ƒ Khi tải 3 pha không đối xứng: Utx ≠ 0 phụ thuộc tình trạng N Trung tính tải được nối về trung tính nguồn : Utx = Itải.RN’’ = Utrung tínhtại vịtríchạmsovớiđất : bé Dây trung tính bị đứt (tình trạng trôi trung tính): Utx lớn hay bé phụ 22 thuộc vào Rnđll
  23. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha c. Mạng có trung tính cách ly hoặc nối đất qua tổng trở có giá trị lớn A B C N I chạm đất X C pha-đất R cđ 3.U I = pha chạm X khơng cần cắt nguồn Cpha− đất U đặt lên cách điện thiết bị nối vào các pha khơng bị chạm là U dây => cách điện của thiết bị phải chịu U dây => tốn kém 23
  24. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha c. Mạng có trung tính cách ly hoặc nối đất qua tổng trở có giá trị lớn A B C N I chạm đất X C pha-đất R cđ Người chạm vào 1 trong 3 pha đang có điện : 3U xét R = ∞ pha cđ Ingười = 2 2 RX9 ngươi + C 3U pha Hoặc khi X ~∞ I người = C 24 RR3 người + cáchđiện
  25. GV: Nguyễn Cơng Tráng I. TIẾP XÚC TRỰC TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Mạng 3 pha c. Mạng có trung tính cách ly hoặc nối đất qua tổng trở có giá trị lớn A B C N I chạm đất X C pha-đất R cđ Lưu ý: - Cpha-đất phụ thuộc vào hằng số điện mơi, cách điện dây, phụ thuộc vào khoảng cách từ đường dây so với đất -Nếu đường dây càng dài thì C càng giảm và XC càng tăng 25
  26. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 1. Hiện tượng dòng điện đi trong đất (Iđất) và sự tăng điện thế đất (GPR _ Ground Potential Rise) Cách xác định sự phân bố điện thế U đất (GPR) bằng thực nghiệm: - Sử dụng 1 cọc thử và 2 cọc phụ - Uđất x = I.Rđ –Vđo UAC A R N Vđo R đất cọc thử cọc phụ 1 cọc phụ 2 26
  27. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) a. Nối đất trung tính nguồn qua điện trở R hoặc cuộn kháng L A A B B C N C L R N R nđHT R nđHT Upha Iđ = RRRRnđHT+ nđTB++ dây 27
  28. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) b. Nếu có nhiều máy phát hoặc máy biến áp làm việc song có thể cắt bớt trung tính của một vài MF hay MBA A B 220/380V C cắt cắt R = 10Ω R = 4Ω nđll nđHT R nđHT = 4Ω R nđHT = 4Ω 28
  29. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) b. Nếu có nhiều máy phát hoặc máy biến áp làm việc song có thể cắt bớt trung tính của một vài MF hay MBA Ví dụ: Lúc chưa cắt: Vẽ sơ đồ tương đương I đ 220V 220V 220V 10Ω Ω 4Ω 4Ω
  30. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) b. Nếu có nhiều máy phát hoặc máy biến áp làm việc song có thể cắt bớt trung tính của một vài MF hay MBA Ví dụ: Lúc cắt 2 trung tính: Vẽ sơ đồ tương đương I đ 220V 10Ω 4 Ω 30
  31. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) c. Tăng chiều dài và số lượng cọc nối đất hoặc dùng hóa chất GEM để giảm Rnđ Dây nối đất Cọc nối đất Hóa chất GEM đất 31
  32. GV: Nguyễn Cơng Tráng II. TIẾP XÚC GIÁN TIẾP VÀO ĐIỆN 2. Phương pháp làm giảm điện áp tiếp xúc (Utx) và điện áp bước (Ub) d. Sử dụng lưới đẳng thế nối đất (earthing grids) Trường hợp phạm vi ảnh hưởng của sự phân bố điện thếlớndo I = I rất Lưới chạm vỏ đất đẳng thế lớn. Ví dụ các sân phân phối thiết bị của trạm biến áp hoặc nhà máy điện Uđất=0 Sử dụng lưới nối đất nhằm san phẳng độ tăng điện áp đất của toàn khuôn viên khi có Iđ đi vào lưới. 32