Giáo trình An toàn điện - Chương 3: Phân tích an toàn các mạng điện

càng giảm 
Nếu người chạm tại điểm E thì điên áp đặt vào người sẽ là :
D
Z
Nng l
lUU =
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
27
Z
t
a)r
0
(0,01÷0,015)U
a b c
I
lv
b)r
0
U/2
a b c
I
N
Hình 3.2 a) Chạm vào một dây trong mạng một pha trung tính nối đất
b) Chạm vào một dây đồng thời xảy ra ngắn mạch trong mạng một pha 
trung tính nối đất
Giáo trình An Toàn Điện Trang
Trong đó : 
 UN : Điện áp tại điểm ngắn mạch một cách gần đúng có thể xem UN=U/2
 lZ : Khoảng cách từ nguồn đến vị trí người chạm vào dây
 ld : Khoảng cách từ nguồn đến điểm ngắn mạch. 
3.3. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN BA PHA
 3.3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MẠNG ĐIỆN BA PHA : 
1− Mạng điện ba pha bốn dây
−Trung tính cách điện đối với đất 
−Trung tính nối đất trực tiếp
−Trung tính nối đất qua cuộn kháng nhỏ 
2−Mạng điện ba pha ba dây
−Trung tính cách điện đối với đất
−Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang
−Trung tính nối đất trực tiếp
3.3.2. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG BA PHA
Ta xét mạng điện tổng quát là mạng điện 3 pha 4 dây (như hình vẽ) có trung 
tính nối đất qua điện trở R0 và điện kháng Xl
 Ta có :
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
28
R
0
3
2
1
4
X
l
a.
R
4
C
4 R1 C1 R2 C2 R3 C3
3U
Y
4
Y
0
1
2
1
1U
2U
Y
ng
Y
1
Y
2
Y
3
3
O O’
b.
Hình 3.3a: Mạng điện tổng quát 3 pha 4 dây 
Hình 3.3b: Sơ đồ thay thế mạng điện 3 pha 4 dây 
Giáo trình An Toàn Điện Trang
- r1, r2, r3, r4 là điện trở cách điện của các dây
- C1,C2,C3,C4 là điện dung của đường dây đối với đất 
- Yi là điện dẫn của các dây pha, dây trung tính và trung tính máy biến áp so 
với đất .
1
1
111 Cjr
1jbgY ω+=+= 2
2
222 Cjr
1jbgY ω+=+=
3
3
333 Cjr
1jbgY ω+=+= 4
4
444 Cjr
1jbgY ω+=+=
L/j
r
1jbgY
0
000 ω−=−= điện dẫn người : 
ng
ng R
1Y =
khi người tiếp xúc với một pha (ví dụ pha 1 như hình vẽ) điện áp tiếp xúc đặt vào 
người là :
01ng UUU  −=
và dòng qua người : ng01ngngng Y).UU(Y.UI  −==
trong đó : 1U : Điện áp pha 
 0U : Điện áp trung tính đối với đất .
Ta có:
ng04321
33221ng1
0 YYYYYY
Y.UY.U)YY(U
Y
Y.UU





+++++
+++
=
Σ
=
Với mạng ba pha đối xứng ta có :
f1 UU = f
2
1 UaU = f1 aUU = 
trong đó : 
2
3j
2
1ea 120j +−==
Uf là giá trị tuyệt đối của điện áp pha 
Suy ra : 
ng04321
ng32
2
1
f0 YYYYYY
YY.aY.aY
UU



+++++
+++
=
Từ đó có thể xác định được điện áp tiếp xúc của người như sau :
ng04321
4032
2
fng YYYYYY
YYY).a1(Y).a1(UU



+++++
++−+−
= (3-2)
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
29
Giáo trình An Toàn Điện Trang
Dòng qua người :
ng04321
4032
2
ngfngngng YYYYYY
YYY).a1(Y).a1(Y.UY.UI



+++++
++−+−
== (3-3)
 Mạng điện ba pha bốn dây trung tính nối đất trực tiếp
 a.Người tiếp xúc với một pha trong chế độ làm việc bình thường:
 Trên 
hình vẽ ta có điện dẫn trung tính: Y0=
1
0r
= g0 (r0: là điện trở nối đất trung tính)
- Trong trường hợp này điện dẫn của dây trung tính nhỏ hơn nhiều so với điện 
dẫn Y0 của điểm trung tính cho nên có thể xem : Y1=Y2=Y3=Y4 ≈0 cho nên điện áp 
tiếp xúc của người theo (2-2) đơn giản hơn nhiều :
ng0
0
fng YY
YUU



+
=
hay
ng0
ng
fng RR
R
UU
+
=
 (3-4)
và dòng qua người là : 
ng
f
ngng RR
U
II
+
==
0
 (3-5)
Nhận xét: Trong trường hợp này dòng điện qua người gần như không thay đổi 
khi điện trở của hệ thống thay đổi. Hay dòng điện qua người không phụ thuộc vào 
điện trở cách điện. 
 b.Tiếp xúc với một pha trong trong trường hợp mạng sự cố :
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
30
Y
0
3
2
1
4
Y
4
Y
1
Y
2
Y
3
Hình 3.4: Người chạm vào một pha trong chế độ làm việc bình thường
Hình 3.5: Chạm vào một pha trong khi pha khác chạm đất
Y
0
3
2
1
4
Y
4
Y
1
Y
2
Y
3
U
ch
R
ch
Giáo trình An Toàn Điện Trang
Giả thiết khi người chạm vào pha 1 và pha 3 chạm đất qua một điện trở nhỏ 
Rch và Y1,Y2,Y3,Y4 nhỏ hơn nhiều so vớiY0 và 
ch
ch R
1Y = tức : Y1=Y2=Y3=Y4 ≈0
Vậy từ (3-2) ta có : 
ngch0
0ch
fng YYY
YY)a1(UU



++
+−
=
thay 
ch
ch R
1Y = ; 
0
0 R
1Y = ; 
ng
ng R
1Y = vào biểu thức trên rồi biến đổi ta rút ra 
được trị hiệu dụng: 
chngng0ch0
2
chch00
ngfng RRRRRR
RRR3R3
R.UU
++
++
=
Để đơn giản ta giả thiết : 3RchR0=2 3 RchR0 ta có :
 )(
3
.
3
.
00
0
00
0
chngch
ch
ngf
chngngch
ch
ngfng RRRRR
RR
RU
RRRRRR
RR
RUU
++
+
=
++
+
= (3-6)
và : )(
3
00
0
chngch
ch
fng RRRRR
RR
UI
++
+
= (3-7)
Ta xét hai trường hợp đặt trưng : 
* Khi điện trở chạm đất : Rch = 0 ta có Ung=
3 Uf tức trong trường hợp này điện áp đặt vào 
người bằng điện áp dây
* Khi R0 = 0 ta tính được:Ung =Uf trong thực tế 
R0, Rch luôn luôn lớn hơn không nên :Ung = U13 - Uch 
suy ra fngf UUU3 〉〉
Điều này cũng được minh họa trên giản đồ véc tơ.
Như vậy tiếp xúc với dây pha trong trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất 
khi có sự cố sẽ nguy hiểm hơn trong trường hợp làm việc bình thường .
Ví dụ 1: Một người chạm vào một pha của lưới điện ba pha bốn dây 380/220V 
có trung tính trực tiếp nối đất hãy xác định dòng điện qua người. 
Cho biết : r0=4 Ω ; Rng=1000 Ω ; r1=r2=r3=r4=rc1=104 Ω
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
31
Hinh 3.6: Giản đồ vectơ
U
3
U
2
U
1
U
ch
U
ng 0
0’
U
0
Giáo trình An Toàn Điện Trang
 c1=c2=c3=c4=c=0,1 fµ , hay c
1XC
ω
= =32.103 Ω
Giải: Ta có : 4
1Y
1032
1j
10
1Y 034 =〈 〈
⋅
+=
Do đó có thể coi : Y1=Y2=Y3=Y4=Y≈0 
Nên: mA22041000
220
RR
UI
0ng
f
ng ≈+
=
+
=
hay nếu bỏ qua R0 thì: mA2201000
220
R
UI
ng
f
ng ≈==
Ví dụ 2 : Một người chạm vào một pha của lưới điện ba pha 4 dây có trung 
tính trực tiếp nối đất, điện áp 380/220V khi pha 3 chạm đất như hình (2-3).
Biết : R0=4 Ω ; Rng=1000 Ω ; r1=r2=r3=r4=rc1=104 Ω ; c1=c2=c3=c4=c=0,1 fµ
Hãy xác định các giá trị ứng với các giá trị của điện trở chạm đất 
Rch=100 Ω ; 50; 4; và 0,5 Ω
Giải : Với Rch=100 Ω
Tương tự ta cũng xem Y1=Y2=Y3=Y4≈0
Dòng điện qua người được xác định theo công thức (3-7)
mA226
1000.41000.100100.4
1004.3.220
RRRRRR
RR3UI
ng0ngchch0
ch0
fng =++
+
=
++
+
=
Tương tự với : Rch = 50 Ω → Ing = 232mA
 Rch = 4 Ω → Ing = 300mA
 Rch = 0,5 Ω → Ing = 360mA
  Mạng điện ba pha ba dây có trung tính cách điện
 a. Tiếp xúc một pha trong chế độ làm việc bình thường
 Xét trường hợp người tiếp xúc trực tiếp với một pha trong mạng 3 pha 3 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
32
3
2
1
R
1 C1 R2 C2 R3 C3
Hình 3.7: Chạm vào một pha trong chế độ làm việc bình thường
Giáo trình An Toàn Điện Trang
dây hình (3-7). 
Áp dụng công thức:
ng43210
403
2
2
fng YYYYYY
YY)a1(Y)a1(YUU



+++++
++−+−
=
Ở đây do không nối đất nên: Y4=Y0=0 .
ng321
3
2
2
fng YYYY
)a1(Y)a1(YUU



+++
−+−
= (3-8)
Suy ra:
ng321
3
2
2
ngfng YYYY
)a1(Y)a1(YY.UI



+++
−+−
= (3.9)
Sử dụng công thức (3-8) và (3.9) để đánh giá mức độ nguy hiểm khi tiếp xúc 
với một pha trong ba trường hợp sau :
* Khi điện dung của các pha bằng nhau: C1= C2 = C3 = C và điện trở các cũng 
pha bằng nhau: R1 = R2 = R3 = Rcđ. Đây là mạng điện cáp có điện áp nhỏ hơn 1000V
Từ (3-8 ) ta có :
ng
f
ng1
2
fng YY3
Y3U
YY3
)a1a1(YUU





+
=
+
−+−
= (vì 1-a2+1-a=3)
Suy ra:
3
ZR
1.U
YY3
Y3Y.UI
ng
f
ng
ngfng 


+
=
+
=
 (3-10)
Trong đó : cj
R
1
1
jbg
1
Y
1Z
cd
ω+
=
+
==


Khi chuyển qua giá tri hiệu dụng ta có :
2
ng
222
cd
ngcdcdng
f
ng
R)cR1(9
)R.6R(R
1
1
R
UI
ω+
+
+
=
 (3-11)
* Khi : C1 = C2 = C3 = 0 và R1= R2 = R3 = Rcđ
Đây là trường hợp trong mạng điện áp nhỏ hơn 1000V có chiều dài bé nên bỏ 
qua trị số điện dung. Ở đây Y1=Y2 =Y3 =Y = g =1/Rcd
Theo (3-11) ta có 
3
RR
UI
cd
ng
f
ng
+
=
 (3-12)
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
33
Giáo trình An Toàn Điện Trang
* Khi : C1 = C2 = C3 = C và R1 = R2 = R3 = ∞
Đây là trường hợp của mạng điện áp lớn hơn 1000V. 
Lúc này ta có Y1=Y2=Y3=Y=jb=jωc=1/Z 
thay vào (3-11) ta được: 
3
XjR
U
c3j
1R
UI
c
ng
f
ng
f
ng
−
=
ω
+
=

 (3-13)
Hay giá trị hiệu dụng :
2c2
ng
c
ngf
ng
)
3
X(R
)
3
X
jR(U
I
+
+
= ⇒ 2
2
3



+
=
c
ng
f
ng
XR
U
I
 (3-14)
Ví dụ 3: Một người tiếp xúc với một pha của mạng điện 3 pha 3 dây có trung 
tính cách điện điện áp 380V. Biết Rng=1000 Ω . Hãy xác định dòng điện qua người 
trong hai trường hợp 
a−Khi C1=C2=C3= 0 và R1=R2=R3=3.103 Ω
b−Khi C1=C2=C3= C=0,03 fµ hay Xc=100.103 và R1=R2=R3=∞
Giải: 
a) Ta áp dụng công thức (3-12):
mA110
3
30001000
220Ing =
+
=
b) Ta áp dụng công thức :(3-14) ta có
mAI ng 6,6
3
10.1001000
220
23
2
=




+
=
 b. Tiếp xúc một pha trong chế độ sự cố:
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
34
Hình 3.8: Chạm vào một pha trong khi pha khác chạm đất
3
2
1
Y
1
Y
2
Y
3
U
ch
R
ch
Hinh 3.9: Giản đồ vectơ
U
3
U
2
U
1
U
ch
U
ng
0
0’
Giáo trình An Toàn Điện Trang
Giả thiết pha 3 chạm đất mà người tiếp xúc với pha 1, điện trở chạm đất là Rch. 
Ở đây có thể coi Y4 = Y0= 0 và Ych =1/Rch 
Thay các giá trị này vào (3-9) ta được :
ngch
ch
ngfng YY
)a1(YYUI
+
−
=
 (3-15)
Thay: Ych= 1/Ych và Yng=1/Rng và biến đổi ta tính được giá trị hiệu dụng của 
dòng điện qua người.
chng
d
chng
f
ng RR
U
RR
U
I
+
=
+
=
3
 (3-16)
và điện áp:
chng
ng
fngngng RR
R
U3RIU
+
== (3-17)
Nếu cho Rch ≈ 0 hoặc coi Rch<<Rng thì ta có :
dfng UUU == 3
Tức là điện áp đặt vào người bằng điện áp dây. Như vậy chạm vào một pha 
trong tình trạng sự cố ở mạng trung tính cách điện nguy hiểm hơn trong mạng trung 
tính trực tiếp nối đất.
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
35