quá tải hệ thống điện và nguy cơ xảy ra cháy

1. Khái niệm

Quá tải là trạng thái sự cố trong hệ thống điện, xảy ra khi trong các thiết bị điện xuất hiện dòng điện làm việc lớn hơn dòng điện cho phép lâu dài theo tiêu chuẩn.

2. Nguyên nhân xuất hiện quá tải

– Trong thiết kế: Tính toán tiết diện dây dẫn, dây cáp điện không đúng. Nếu tiết diện dây dẫn chọn nhỏ hơn quy định, khi đóng mạch điện của thiết bị tiêu thụ sẽ gây quá tải.

– Không tính toán được sự tăng của phụ tải trong tương lai.

– Chọn các động cơ điện có công suất không phù hợp với công suất của mạng điện.

– Trong sử dụng: do mắc thêm các phụ tải, không được tính toán khi thiết kế.

Khi tính toán các nhánh đơn giản của mạch điện (hình 1.3), theo định luật thứ nhất của Kiêcshôp ta có thể viết:

Hình 1.3. Nhánh đơn giản của mạch điện

I = I1 + I2 + … + In                                                                                                 (1.2)

Trong đó:

I – dòng điện trong đoạn mạch chính, A

I1, I2,…, In – dòng điện chạy trong các nhánh, A.

Biểu thức (1.2) có thể viết:

hay I = U.g = U(g1 + g2 +…+gn)

Trong đó:

R – điện trở tương đương của mạch điện, Ω;

R1, R2,… – điện trở của các nhánh, Ω;

g – điện dẫn tương đương của mạch điện, S;

g = g1+g2 +…+gn;

g1, g2,… – điện dẫn của các nhánh, S.

Từ đấy ta thấy khi mắc thêm thiết bị tiêu thụ điện vào mạng điện, điện dẫn tăng lên và dòng điện cũng tăng lên. Cường độ dòng điện tăng, lượng nhiệt tỏa ra trong dây dẫn cũng tăng theo, như vậy hiện tượng quá tải sẽ xảy ra.

– Sử dụng các thiết bị điện trôi nổi, không có nguồn gốc, chưa qua kiểm định, chất lượng không đảm bảo.

– Trong các động cơ điện quá tải xuất hiện khi tăng mômen trên trục, khi đứt một pha, giảm điện áp trong mạng cung cấp… khi điện áp trên mạng cung cấp giảm dòng điện trong các cuộn dây sẽ tăng.

Chứng minh khi điện áp trên mạng cung cấp giảm sẽ dẫn đến quá tải. Nếu như điện áp trên các cực của động cơ bằng điện áp định mức thì dòng điện ở chế độ làm việc định mức sẽ bằng:

Khi giảm điện áp xuống 30% dòng điện của động cơ bằng:

Không kể đến sự thay đổi của cosđm và ηđm rõ ràng ta thấy  >

Quá tải hệ thống điện

Quá tải hệ thống điện

3. Phương pháp và biện pháp phát hiện quá tải

Phương pháp cơ bản là so sánh dòng điện làm việc của dây dẫn, dây cáp điện, các động cơ điện với dòng điện phụ tải cho phép lâu dài Icp hay Iđm: Nếu I1v > Icp lưới điện bị quá tải, nếu         I1v  > Iđm động cơ điện bị quá tải.

Cường độ dòng điện làm việc trên lưới điện, trong máy móc và thiết bị điện được đo bằng các phương pháp:

– Dùng ampemét mắc vào đầu đoạn cần đo của mạch (khi không có ampemét cố định). Phương pháp này cần phải ngắt điện để mắc ampemét trong điều kiện mạng điện đang vận hành như vậy không thuận tiện.

– Dùng ampe kìm điện để đo dòng điện.

– Dùng nhiệt kế, nhiệt ngẫu đo nhiệt độ của vỏ động cơ điện rồi so sánh với nhiệt độ cho phép theo tiêu chuẩn.

– Sử dụng công thức xác định cường độ dòng điện làm việc theo công suất của các thiết bị tiêu thụ điện mắc trong mạch, tính dòng điện chạy trên dây dẫn, dây cáp.

Dòng điện cho phép Icp trên dây dẫn, dây cáp phụ thuộc vào phương pháp đặt có thể tìm thấy trong các sổ tay kỹ thuật điện. Dòng điện định mức Iđm của động cơ và thiết bị điện chỉ trong catalog hoặc các sổ kỹ thuật của các động cơ, thiết bị này.

Nguy hiểm cháy khi quá tải

Theo định luật Jun-Lenxơ trong dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ tỏa nhiệt lượng Q, và được tính theo công thức (1.1).

   Q = f( I2, R, t)

Đối với 1 động cơ hoặc 1 đoạn dây dẫn, R = const; Q = f( I2, t);

Trong điều kiện làm việc làm việc bình thường I=Icp, , động cơ làm việc với các giá trị định mức. Khi I tăng, thời gian kéo dài dẫn đến Q>> Qcp. Lớp cách điện bị phá hủy, dẫn đến ngắn mạch hoặc đám cháy xảy nếu thiết bị điện đặt trong môi trường nguy hiểm cháy nổ.

Biện pháp đề phòng quá tải

– Để đề phòng quá tải, khi thiết kế phải tính toán được sự tăng của phụ tải trong tương lai; lựa chọn đúng tiết diện dây dẫn của mạng điện, chọn các động cơ điện có công suất phù hợp với mạng điện.

– Trong quá trình vận hành các mạng điện, không mắc thêm thiết bị tiêu thụ điện không có trong tính toán. Khi vận hành máy móc và thiết bị điện, nhiệt độ không được vượt quá nhiệt độ cho phép.

– Để bảo vệ thiết bị điện chống dòng điện quá tải hiện nay thường dùng bộ ngắt tự động, rơle nhiệt của bộ khởi động từ và cầu chảy.

Điện trở chuyển tiếp

Khái niệm

Điện trở chuyển tiếp Rct là điện trở ở những chỗ chuyển tiếp của dòng điện từ một bề mặt tiếp xúc này sang bề mặt tiếp xúc khác qua diện tích tiếp xúc thực tế giữa chúng.

Nguy hiểm cháy khi xảy ra điện trở chuyển tiếp

Khi điện trở chuyển tiếp tại mặt tiếp xúc lớn sau một đơn vị thời gian sẽ tỏa ra lượng nhiệt; theo công thức (1.1) lượng nhiệt này tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện và điện trở của những điểm tiếp xúc thực tế. Khi điện trở tăng, lượng nhiệt thoát ra có thể rất lớn, chố tiếp xúc bị đốt nóng mạnh. Nếu các điểm tiếp xúc nóng mạnh chạm vào vật liệu cháy có thể gây cháy. Ở những nơi có hỗn hợp bụi nguy hiểm nổ, hỗn hợp hơi chất lỏng dễ cháy điện trở chuyển tiếp lớn sẽ là nguyên nhân gây nổ.  Tại những nơi có nguy cơ xảy ra cháy cần phải lắp đặt thiết bị báo cháy chất lượng tốt.

Nguyên nhân gây ra điện trở chuyển tiếp

– Do sự co thắt của đường dây tải điện.

– Do lực ép tiếp điểm tiếp xúc yếu.

– Do vật liệu dẫn điện có tính dẫn điện kém.

– Do bề mặt tiếp xúc làm nhẵn kém.

– Bề mặt tiếp xúc bị ôxy hóa mạnh tạo thành một lớp ôxít mỏng, lớp ôxít này có điện trở suất lớn gấp nhiều lần điện trở suất của kim loại nguyên chất.

Biện pháp phòng cháy do điện trở chuyển tiếp gây ra

– Tăng diện tích tiếp xúc thực tế. Muốn tăng diện tích tiếp xúc thực tế phải tăng lực ép tại điểm tiếp xúc.Để tăng lực ép ta thường sử dụng các tiếp xúc đàn hồi bằng các lò xo thép đặc biệt.

– Để nhiệt thoát ra khỏi các tiếp xúc và tỏa vào môi trường xung quanh, các tiếp xúc phải có bề mặt làm nguội đủ lớn.

– Ở những nơi làm việc bị rung phải dùng các đai hãm. Tất cả các khớp nối phải dễ quan sát và thường xuyên kiểm tra trong vận hành.

– Ruột dây dẫn, dây cáp ở chỗ nối và chỗ rẽ mạch phải được đảm bảo như những chỗ bình thường.

– Các tiếp xúc làm bằng đồng, mạ đồng để chống ôxy hóa phải được mạ bằng lớp thiếc mỏng hoặc hợp kim thiếc chì vì lớp mạ này trong các môi trường ẩm, có khí và hơi hoạt động hóa học sẽ chống được ăn mòn.

– Trong quá trình vận hành phải theo dõi thường xuyên để các tiếp xúc của các thiết bị, máy móc có lực ép đủ chắc. Dùng sơn, bôi mỡ lên tiếp xúc để chống rỉ.

Phân loại vùng nguy hiểm nổ

Khái niệm vùng nguy hiểm nổ

Vùng nguy hiểm nổ là vùng mà trong đó tồn tại hoặc có thể xuất hiện các chất dễ cháy dưới dạng khí hoặc hơi để tạo thành môi trường khí nổ.

– Môi trường khí nổ là môi trường trong đó tồn tại hỗn hợp giữa không khí với chất dễ cháy dưới dạng khí hoặc hơi ttrong các điều kiện áp suất khí quyển, khi bị mồi cháy tại một điểm sẽ lan truyền cháy, nổ toàn bộ hỗn hợp khí còn lại.

Phân loại vùng nguy hiểm nổ

Căn cứ theo tần suất xuất hiện và thời gian tồn tại các chất dễ cháy dưới dạng khí hoặc hơi để tạo thành môi trường khí nổ, vùng nguy hiểm được chia thành 3 cấp: Z0, Z1, Z2.

Vùng nguy hiểm cấp Z0 là vùng mà môi trường khí nổ xuất hiện, tích tụ một cách thường xuyên, liên tục và/hoặc trong một thời gian dài.

Vùng nguy hiểm cấp Z0 hình thành trong các trường hợp sau:

+ Trong khi vận hành, khai thác bình thường các hạng mục, công trình không hoàn toàn kín dùng để tồn chứa, xuất nhập dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ;

+ Trong các hoạt động sửa chữa, bảo dưỡng công trình, thiết bị tồn chứa, bơm chuyển dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ;

+ Trong trường hợp có sự cố hư hỏng của công trình, thiết bị tồn chứa, bơm chuyển, xuất nhập dẫn tới tràn dầu hoặc rò rỉ, tích tụ khí hoặc hơi chất dễ cháy, kết hợp với không khí tạo thành môi trường khí nổ.

Vùng nguy hiểm cấp Z1 là vùng mà môi trường khí nổ có thể xuất hiện nhưng không thường xuyên trong các điều kiện hoạt động bình thường.

Vùng nguy hiểm cấp Z1 được hình thành trong các trường hợp sau:

+Tại khu vực mà dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ thường xuyên được tồn chứa, bảo quản trong các vật chứa hoặc hệ thống đóng kín, nhưng khí hoặc hơi của chúng có thể thoát ra trong những trường hợp có sự cố dẫn tới tràn dầu và/hoặc rò rỉ chất dễ cháy, tạo thành môi trường khí nổ;

+ Tại khu vực có môi trường khí nổ nhưng được thường xuyên thông gió cưỡng bức, hiện tượng tập trung hơi chất cháy để tạo ra môi trường khí nổ chỉ xảy ra khi có hư hỏng hoặc hoạt động không bình thường của thiết bị thông gió;

+ Tại khu vực liền kề với vùng nguy hiểm cấp Z0 và có thể xảy ra sự thông khí với nhau (không thường xuyên) mà không có các biện pháp ngăn chặn sự lưu thông khí đó hoặc không áp dụng các biện pháp thông gió cưỡng bức cần thiết.

Vùng nguy hiểm cấp Z2 là vùng mà môi trường khí nổ không có khả năng xuất hiện trong các điều kiện hoạt động bình thường, hoặc nếu có xuất hiện thì chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn.

Vùng nguy hiểm cấp Z2 thường là vùng liền kề với vùng nguy hiểm cấp Z1 , hoặc khu vực tồn chứa, bảo quản, cấp phát, bơm chuyển dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ loại 3.

1.4. Thiết bị điện chống nổ

1.4.1. Nguyên tắc chế tạo thiết bị chống nổ

– Không cho truyền nổ;

– Tia lửa an toàn;

– Độ tin cậy chống nổ cao;

– Nạp đầy không khí, khí trơ dưới áp suất thừa dầu, cát, thạch anh vào trong vỏ thiết bị điện.

1.4.2. Phân loại thiết bị điện chống nổ

Thiết bị điện chống nổ gồm các loại sau: loại an toàn tia lửa, loại vỏ chống xuyên nổ, loại thổi áp suất dư, loại đổ đầy chất bao phủ, loại ngâm dầu, loại tăng cường độ an toàn.

Loại an toàn tia lửa (ký hiệu dạng bảo vệ “ i”): Thiết bị điện mà trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có sự cố, tia lửa điện tạo ra tại các chi tiết phóng điện hoặc các nguồn phát nhiệt của thiết bị đều không có khả năng gây cháy môi trường khí nổ bao quanh thiết bị.

Thiết bị an toàn tia lửa phân thành 2 cấp:

Thiết bị an toàn tia lửa cấp “ia”: Thiết bị điện mà ứng với các giá trị Um và Ui các mạch an toàn tia lửa trong thiết bị không có khả năng gây mồi cháy môi trường khí nổ trong mỗi trường hợp sau:

+ Trong điều kiện làm việc thông thường và có thể xảy ra các hư hỏng không thể đếm được gây ra sự cố nghiêm trọng nhất;

+ Trong điều kiện làm việc thông thường và có thể xảy ra một hư hỏng có thể đếm được cộng với các hư hỏng không thể đếm được gây ra sự cố nghiêm trọng nhất;

+ Trong điều kiện làm việc thông thường và có thể xảy ra hai hư hỏng có thể đếm được cộng với các hư hỏng không thể đếm được gây ra sự cố nghiêm trọng nhất;

Thiết bị tia lửa an toàn cấp “ib”: Thiết bị điện mà ứng với các giá trị Um và Ui các mạch an toàn tia lửa trong thiết bị không có khả năng gây mồi cháy môi trường khí nổ trong mỗi trường hợp sau:

+ Trong điều kiện làm việc thông thường và có thể xảy ra các hư hỏng không thể đếm được gây ra sự cố nghiêm trọng nhất;

+ Trong điều kiện làm việc thông thường và có thể xảy ra một hư hỏng có thể đếm được cộng với các hư hỏng không thể đếm được gây ra sự cố nghiêm trọng nhất.

Trong đó: Um – điện áp đầu nối lớn nhất, là điện áp hiệu dụng xoay chiều hoặc một chiều lớn nhất, có thể xuất hiện trên các cơ cấu đấu nối không an toàn tia lửa của thiết bị tổ hợp (tổ hợp mạch an toàn tia lửa và mạch không an toàn tia lửa), mà không gây hư hỏng đối với dạng bảo vệ của thiết bị;

Ui – điện áp vào lớn nhất, là điện áp hiệu dụng xoay chiều hoặc một chiều lớn nhất, có thể cấp vào các cơ cấu đấu nối của thiết bị an toàn tia lửa, mà không gây hư hỏng đối với dạng bảo vệ của thiết bị.

Loại vỏ không truyền nổ (ký hiệu dạng bảo vệ “d”): Thiết bị điện có vỏ chịu được áp lực nổ của hỗn hợp khí ở bên trong vỏ (tối thiểu 2,5 kg/cm2) mà không bị hư hỏng vỏ và ngăn ngừa lan truyền nổ qua các mặt bích hoặc cấu trúc của vỏ gây mồi cháy môi trường khí nổ bên ngoài thiết bị.

Loại thổi áp suất dư (ký hiệu dạng bảo vệ “p”): Thiết bị điện có kết cấu vỏ kín, được thổi không khí sạch vào bên trong vỏ với một áp suất dư nhất định. Áp suất được kiểm tra bằng role đặc biệt (truyền tín hiệu khi áp suất giảm).

Loại đổ đầy chất bao phủ (ký hiệu dạng bảo vệ “m”): Thiết bị điện mà các phần tử của thiết bị có khả năng phát tia lửa điện hoặc bị nung nóng, được bao phủ bằng hợp chất đổ đầy (khí trơ, epoxit hoặc các hợp chất khác) để thiết bị không gây mồi cháy môi trường khí nổ bao quanh.

Loại ngâm trong dầu (ký hiệu dạng bảo vệ “o”): Thiết bị điện hoặc một phần thiết bị điện được ngâm trong dầu chuyên dụng để thiết bị không tiếp xúc trực tiếp và gây mồi cháy môi trường khí nổ bao quanh.

Để đảm bảo an toàn, mức dầu cho phép nhỏ nhất ở bất kỳ điểm nào mà tại điểm đó có thể phát ra tia lửa điện phải cao hơn 25mm. Để kiểm tra mức dầu trong thiết bị cần đặt ống đo mức dầu.

Loại tăng cường độ an toàn ( ký hiệu dạng bảo vệ “e”): Thiết bị điện được áp dụng các biện pháp bảo bệ tăng cường để thiết bị không bị quá nhiệt, không tạo ra hồ quang điện hoặc tia lửa điện trong các điều kiện làm việc bình thường và khí có sự cố của thiết bị.

Ví dụ kí hiệu một số loại thiết bị điện chống nổ hiện nay: ExdIIBT6, ExdIIBT4

1.4.3. Yêu cầu khi lựa chọn thiết bị điện chống nổ

– Nguyên tắc chọn: nhóm và hạng cao nhất.

– Phù hợp với loại nhà NHN, nhóm và hạng HHNHN và các điều kiện môi trường khác.

– Độ tin cậy chống nổ cao.

– An toàn trong vận hành và sử dụng.

 

Xem các bài viết trong chuyên đề Phòng cháy thiết bị điện: