Giáo trình An toàn điện - Chương 2: Các khái niệm về an toàn điện

 J. ρ
Trong đó : ρ là điện trở suất.
 E là điện áp trên đơn vị chiều dài dọc theo đường đi của dòng điện .
Mật độ dòng điện tại điểm cách tâm bán cầu 1 khoảng X bằng :
2
d
X.2
IJ
pi
=
ở đây Iđ là dòng điện chạm đất.
Điện áp trên một đoạn vô cùng bé dX (Xem hình 2.4) dọc trên đường đi của 
dòng điện là : dX.
X2
IdX..JdX.EdU 2
d ρ
pi
=ρ==
Điện áp tại một điểm A nào đấy cũng tức là hiệu số điện thế giữa điểm A và 
điểm vô cùng xa ( thế của điểm vô cùng xa có thể xem như bằng 0) bằng :
A
dd
A X
I
x
I
dUU
Ax
dx
pi
ρ
pi
ρ
22 2
AX
=== ∫∫ ∞∞
Nếu dịch chuyển điểm A đến gần mặt của vât nối đất ta có điện áp cao nhất 
đối với đất Uđ :
d
d
d X.2
.IU
pi
ρ
=
Trong đó Xđ là bán kính của 
vật nối đất hình bán cầu.
Ở đây ta xem bản thân vật 
nối đất có bán kính Xđ như vật mà 
các điểm của nó có điện áp như 
nhau. Giả thiết này dựa trên cơ sở 
vật nối đất có điện dẫn rất lớn (Ví 
dụ : điện dẫn của thép gần như 
bằng 109 lần điện dẫn của đất)
Ta có thể viết :
A
d
d
A
X
X
U
U
=
Hay : 
A
d
dA X
X.UU =
Thay tích Uđ . Xđ= K (là một hằng số ứng với những điều kiện nhất định) ta có 
phương trình hyperbol sau :
A
A X
KU =
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
18
Hình 2.4: Dòng chạm đất đi vào 
đất qua bản cực bán cầu
x dx
I
d
U
∆U≈ 68%U
d
U
d
 = U
max
x
r
0
 Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
+ Như vậy, sự phân bố điện áp trong vùng dòng điện rò trong đất đối với điểm 
vô cực ngoài vùng dòng điện rò có dạng hyperbol.
+ Tại điểm chạm đất trên mặt của vật nối đất ta có điện áp đối với đất là cực đại.
+ Không riêng gì vật nối đất có dạng hình bán cầu mà ngay đối với các dạng 
khác của vật nối đất như hình ống, thanh, chữ nhật... cũng đều có sự phân bố điện áp 
gần giống hình hyperbol.
Dùng cách đo trực tiếp điện áp 
từng điểm trên mặt đất quanh chỗ chạm 
đất ta cũng vẽ được đường cong phân bố 
điện áp đối với đất trong vùng dòng điện 
rò trong đất có dạng hyperbol.
+ Khi x = r0 
Ta được d
0
d
r Ur.2
IU
0
=
pi
ρ
= : gọi là 
điện thế đất (điện thế tại bề mặt điện cực)
Đặt 
0
d r.2
R
pi
ρ
= : gọi là điện trở 
nối đất của điện cực kim loại bán cầu. Rđ chỉ phụ thuộc vào điện trở suất ρ của đất 
không phụ thuộc vào điện trở kim loại. Rđ còn gọi là điện trở tản.
Trong thực tế điện trở suất của kim loại rất nhỏ so với điện trở suất của đất vì 
thế có thể xem điện cực là đẳng thế. Lúc này điện thế trên bề mặt kim loại là:
 Umax = Uđ = Iđ. Rđ 
+ Khi x > 20m thì có thể xem như ngoài vùng dòng điện rò hay còn được gọi 
là những điểm có điện áp bằng không
+ Trong vùng gần 1m cách vật nối đất chiếm 68% điện áp rơi
Những nhận xét trên đây cũng đúng với các loại điện cực khác, chỉ có hàm 
phân bố điện thế là khác (công thức khác)
2.8. ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC
2.8.1. Điện áp tiếp xúc 
Trong quá trình tiếp xúc với thiết bị điện, nếu có mạch điện khép kín qua 
người thì điện áp giáng lên người lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào điện trở khác mắc nối 
tiếp với người. 
Điện áp đặt vào người (tay-chân) khi người chạm phải vật có mang điện áp gọi 
là điện áp tiếp xúc. Hay nói cách khác điện áp giữa tay người khi chạm vào vật có 
mang điện áp và đất nơi người đứng gọi là điện áp tiếp xúc.
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
19
100%
32
8
1 10 20
Hình 2.5: Đường cong chỉ sự phân bố 
điện áp của các điểm trên mặt đất lúc 
có chạm đất. 
x
1
K.U =
 Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
Vì chúng ta nghiên cứu an toàn trong điều kiện chạm vào một pha là chủ yếu 
cho nên có thể xem điện áp tiếp xúc là thế giữa hai điểm trên đường dòng điện đi mà 
người có thể chạm phải.
Trên hình 2.6 vẽ hai thiết bị điện ( động cơ, máy sản xuất...) có vẽ máy được nối 
với vật nối đất có điện trở đất là Rđ. Giả sử cách điện của một pha của thiết bị 1 bị 
chọc thủng và có dòng điên chạm đất đi từ vỏ thiết bị vào đất qua vật nối đất. Lúc 
này, vật nối đất cũng như vỏ các thiết bị có nối đất đều mang điện áp đối với đất là :
Uđ = Iđ.Rđ
Trong đó , Iđ là dòng điện chạm đất.
Tay người chạm vào thiết bị nào cũng đều có điện áp là Uđ trong lúc đó điện 
áp của chân người Uch lại phụ thuộc người đứng tức là phụ thuộc vào khoảng cách từ 
chỗ đứng đến vật nối đất. Kết quả là người bị tác động của hiệu số điện áp đặt vào tay 
và chân, đó là điện áp tiếp xúc :
Utx=Uđ –Uch 
Như vậy, điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nối 
đất.
Trường hợp chung có thể biểu diễn điện áp tiếp xúc theo biểu thức :
Utx= α. Uđ trong đó α là hệ số tiếp xúc (α ≤1)
Trong thực tế điện áp tiếp xúc thường bé hơn điện áp giáng trên vật nối đất.
2.8.2. Điện áp bước 
Trên hình 1.7 vẽ sự phân bố thế của các điểm trên mặt đất lúc có pha chạm đất 
(do dây dẫn 1 pha rớt chạm đất hay cách điện một pha của thiết bị điện bị chọc 
thủng...)
Ta biết điện áp đối với đất ở chổ trực tiếp chạm đất là : 
+ Điện áp của các điểm trên mặt đất đối với đất ở cách xa chổ chạm đất từ 
20m trở lên có thể xem bằng không.
+ Những vòng tròn đồng tâm (hay chính xác hơn là các mặt phẳng mà tâm 
điểm là chỗ chạm đất chính là các vòng tròn cân) đẳng thế.
+ Khi người 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
20
Hình 2.7: Phân bố thế của các điểm trên mặt đất
U
b
U
đ
=I
đ 
.R
đ
U
b
= 0
U
đ
=I
đ 
.R
đ
1 2
U
tx1
U
tx2
=U
đ
R
đ
Hình 2.6: 
 Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
đứng trên mặt đất gần 
chổ chạm đất thì hai 
chân người thường ở hai 
vị trí khác nhau cho nên 
người sẽ bị một điện áp 
nào đó tác dụng lên đó 
là điện áp bước. Điện áp 
bước là điện áp giữa hai 
chân 
người đứng trong vùng 
có dòng
 chạm đất. Gọi Ub là 
điện áp bước
 ta có :
Ub =Uch1 - Uch2
Trong đó : Uch1, Uch2 là điện áp đặt vào hai chân người. 
Hay nếu chân thứ nhất đứng ở vị trí cách điểm chạm đất là x còn chân thứ hai 
ở vị trí (x+a) thì :
Ub=Uch1 –Uch2 =Ux+Ux+a = )ax(x2
a..I
ax
1
x
1
2
.I
x
dx
2
.I dd
ax
x
2
d
+pi
ρ
=


+
−
pi
ρ
=
pi
ρ ∫
+
Trong đó: a là độ dài khoảng bước của chân người, thường lấy a = 0,8 m.
Từ công thức trên ta thấy càng xa chỗ chạm đất thì điện áp bước càng bé (khác 
với điện áp tiếp xúc). Ở khoảng cách xa chỗ chạm đất 20m trở lên có thể xem điện áp 
bước bằng không.
Ví Dụ : Nếu có sự chạm đất với dòng chạm đất Iđ =100A ở nơi có điện trở 
suất của đất là ρ=104Ohm.cm thì điện áp bước đặt vào người khi người đứng cách 
chỗ chạm đất 2,2m (220cm) là :
VU b 193300.220.2
10.80.100 4
==
pi
 ở đây ta lấy a = 80cm.
+ Điện áp bước có thể bằng 0 mặc dầu người đứng gần chỗ chạm đất, đó là 
trường hợp khi hai chân người đều đặt trên cùng một vòng tròn đẳng thế.
+ Điện áp bước có thể đạt đến trị số lớn vì vậy mặc dù không tiêu chuẩn hoá 
điện áp bước nhưng để bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người, quy định là khi có xảy 
ra chạm đất phải cấm người đến gần chổ bị chạm khoảng cách sau :
- Từ 4÷5 m đối với thiết bị trong nhà. 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
21
 Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
- Từ 8÷10 m đối với thiết bị ngoài trời.
Người ta không tiêu chuẩn hoá điện áp bước nhưng không nên cho rằng điện 
áp bước không nguy hiểm đến tính mạng con người. Dòng điện qua hai chân người 
thường ít nguy hiểm nhưng với trị số lớn ( trên 100V) thì các bắp cơ của người có thể 
bị co rút làm người ngã xuống và lúc đó sơ đồ nối điện sẽ thay đổi nguy hiểm hơn.
2.9. ĐIỆN ÁP CHO PHÉP:
Trị số dòng điện qua người là yếu tố quan trọng nhất gây ra tai nạn chết người 
nhưng dự đoán trị số dòng điện qua người trong nhiều trường hợp không thể làm 
được bởi vì ta biết rằng trị số đó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khó xác định được. 
Vì vậy, xác định giới hạn an toàn cho người không đưa ra khái niệm “dòng điện an 
toàn”, mà theo khái niệm “điện áp cho phép”. Dùng “điện áp cho phép” rất thuận lợi 
vì với mỗi mạng điện thường có một điện áp tương đối ổn định đã biết. Cũng cần 
nhấn mạnh rằng “điện áp cho phép” ở đây cũng có tính chất tương đối, đừng nghĩ 
rằng “điện áp cho phép “ là an toàn tuyệt đối với người vì thực tế đã xảy ra nhiều tai 
nạn điện nghiêm trọng ở các cấp điện áp rất thấp.
Tuỳ theo mỗi bước mà điện áp cho phép qui định khác nhau :
- Ba Lan, Thụy Sĩ, Tiệp Khắc điện áp cho phép là 50V
- Hà Lan, Thụy Điển điện áp cho phép là 24V 
- Ở Pháp qui định là 24 V
- Ở Liên Xô tuỳ theo môi trường làm việc mà trị số điện áp cho phép có thể là 
12V, 36V, 65 V.
2.10. PHÂN LOẠI XÍ NGHIỆP THEO QUAN ĐIỂM AN TOÀN ĐIỆN:
Môi trường xung quanh như bụi, độ ẩm , nhiệt độ, ảnh hưởng rất lớn đến tại 
nạn điện giật vì vậy theo quy định an toàn điện các xí nghiệp (hay nơi đặt thiết bị 
điện) được chia ra :
a. Nơi (Xí nghiệp) nguy hiểm: Đó là nơi có một trong các yếu tố sau :
- Ẩm (độ ẩm tương đốI của không khí vượt quá 75% trong thờI gian dài.
- Có bụI dẫn điện (bụI dẫn điện bám vào dây dẫn , hay lọt vào trong thiết bị 
điện)
- Có nền,sàn nhà dẫn điện (sàn bằng kim loại, đất, bê tong cốt thép hoặc 
gạch)
- Có nhiệt độ cao (nhiệt độ vượt quá 35 OC trong thờI gian dài hơn 1 ngày 
đêm.
- Những nơi mà người đồng thời tiếp xúc với 1 bên là các kết cấu kim loại 
của nhà cữa, máy móc, thiết bịđã được nối đất và 1 bên là vỏ kim loạI 
của các thiết bị điện.
b.Những nơi (Xí nghiệp) đặc biệt nguy hiểm là nơi có 1 trong các yếu tố sau:
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
22
 Giáo trình An Toàn Điện 
Trang
- Rất ẩm: độ ẩm tương đối của không khí xấp xỉ 100% (Trần, tường, sàn nhà 
và đồ vật trong nhà có đọng sương)
- Môi trường có hoạt tính hoá học: Thường xuyên hay trong thờI gian 
dàichứa hơi, khí,chất lỏng có thể dẫn đến phá huỷ cách điện và các bộ phận 
mang điện của thiết bị điện.
- Đồng thời có từ hai hay nhiều hơn các yếu tố của nơi nguy hiểm đã kể ở 
trên, ví dụ như vừa ẩm vừa có sàn nhà dẫn điện .
c. Nơi it nguy hiểm: Là nơi không thuộc 2 loại trên.
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
23