An toàn điện trong sử dụng điện và các tác hại đến cơ thể người | Môn An toàn điện - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58605085
Chương 1: Tổng quan về điện
1. Các khái niệm cơ bản về điện - Dòng điện
Là dòng chuyển động có hướng của các hạt mang điện thường là các hạt electron ở trong
môi trường nào đó như kim loại, chất điện phân, chất khí hay chất bán dẫn. Nó là tốc độ
dòng điện tích qua môi trường dẫn theo thời gian.
Dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Khi đó
trong mạch điện có dây dẫn kim loại, electron là các hạt mang điện, dòng electron có độ
lớn bằng với độ lớn của dòng điện và có chiều ngược với chiều của dòng điện trong mạch.
Hình 1.1 Quy ước chiều dòng điện trở
(https://www.vietjack.com/cong-thuc/hay-neu-quy-uoc-chieu-dong-dien.jsp)
Dòng điện tạo ra từ trường được sử dụng trong động cơ, máy phát điện, cuộn cảm và
máy biến áp. Dòng điện thay đổi theo thời gian phát ra sóng điện từ, được sử dụng trong
viễn thông để phát thông tin.
Định luật ohm là định luật cơ bản nhất của dòng điện được biểu diễn bằng hệ thức sau:
- Cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện, số lượng điện
tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian nhất định. Dòng điện và cường
độ tỉ lệ thuận với nhau. Khi dòng điện càng mạnh thì cường độ càng lớn và ngược lại, dòng
điện càng yếu thì cường độ càng nhỏ. •
Đơn vị đo cường độ dòng điện chuẩn là ampe (A) • Kí hiệu : I lOMoAR cPSD| 58605085
Khác với dòng điện một chiều, dòng xoay chiều luôn luôn thay đổi từ cực dương sang 0 tới
cực âm và ngược lại. Cường độ của một dòng điện xoay chiều sẽ thay đổi theo một đồ thị
đường sin của riêng nó.
Hình 1.2 So sánh điện áp của dòng DC và AC cùng một thời điểm trở
(https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_xoay_chi%E1%BB %81 u )
- Dòng điện một chiều (DC)
Dòng điện một chiều (DC – Direct Current) là dòng điện chạy theo một hướng cố định.
Cường độ của nó có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều. Chiều dòng
điện được quy ước đi từ dương sang âm. Dòng điện một chiều thường được tạo ra từ
nguồn pin, ac quy, năng lượng mặt trời. Trên các thiết bị chứa điện DC sẽ có ký hiệu âm (-) và dương (+).
Dòng điện một chiều chỉ có điện trở R. Điện trở R: đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán
năng lượng dưới dạng nhiệt năng của một phần tử. Khi cho dòng điện i(t) chạy qua
điện trở R thì gây ra sụt áp.
Hình 1.3 Hình ảnh minh họa chiều dòng điện chạy qua điện trở trở
(https://thuvientvc.wordpress.com/wp-content/uploads/2014/08/tap-bai-giang-
lythuyet-mach.word) Dòng điện một chiều được tạo ra từ các nguồn : •
Dùng máy phát điện một chiều •
Dùng thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều •
Các loại pin đều cho ra dòng điện một chiều lOMoAR cPSD| 58605085
- Dòng điện xoay chiều (AC)
Điện xoay chiều (AC – Alternating Current) là dòng điện có chiều và độ lớn biến đổi theo
thời gian, thường có chu kỳ nhất định. Dòng điện xoay chiều trong mạch sẽ chạy theo một
chiều và sau đó chạy theo chiều ngược lại. Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ
máy phát điện. Trên các thiết bị chứa điện AC thường có kí hiệu (~). Khác với dòng điện
DC, ngoài điện trở R, dòng điện AC còn có dung kháng trên tụ điện và cảm kháng trên dây
dẫn kí hiệu lần lượt là C và L.
Điện cảm L: phần tử điện cảm đặc trưng cho khả năng tiêu tán năng lượng dưới dạng từ trường.
Hình 1.4 Hình ảnh minh họa chiều dòng điện chạy qua điện cảm
(https://thuvientvc.wordpress.com/wp-content/uploads/2014/08/tap-bai-giang-lythuyet- mach.word)
Điện dung C: phần tử điện dung C đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng dưới dạng điện trường.
Hình 1.5 Hình ảnh minh hoạ chiều dòng điện qua điện dung
(https://thuvientvc.wordpress.com/wp-content/uploads/2014/08/tap-bai-giang-lythuyet- mach.word)
Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc biến đổi
từ nguồn điện một chiều bởi một mạch điện tử thường gọi là bộ nghịch lưu dùng các thyristor. - Hiệu điện thế
Hiệu điện thế ( điện áp ) là công lực của điện di chuyển điện tích giữa 2 cực của nguồn
điện. Hiệu điện thế đại diện cho nguồn năng lượng hoặc sự mất đi, sử dụng hoặc lưu trữ
năng lượng. Nó có thể được sinh ra bởi trường tĩnh điện, dòng điện chạy qua từ trường.
Đơn vị đo hiệu điện thế chuẩn là vôn (V). - Công suất điện lOMoAR cPSD| 58605085
Công suất điện của một đoạn mạch là điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ trong một đơn
vị thời gian. Công suất điện có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn
vị thời gian hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng
điện chạy qua đoạn mạch đó. Giá trị của công suất điện thể hiện tốc độ tiêu thụ điện của
một thiết bị điện. Cụ thể, công suất càng lớn thì thiết bị càng tiêu thụ nhiều điện. Dụng cụ
đo hiệu điện thế thường được sử dụng là : Vôn kế, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo điện bằng điện tử,...
Trên thực tế, số W ghi trên một thiết bị điện cho người dùng biết được công suất định mức
của dụng cụ đó nghĩa là công suất điện của thiết bị khi nó hoạt động bình thường. Đơn vị
đo công suất điện chuẩn là oát (W). - Mạch điện
Mạch điện là tập hợp các bộ phận mang điện được kết nối lại với nhau bằng dây dẫn điện
để thực hiện chức năng của mạch điện trong điều kiện bình thường.
Hình 2.1 Hình ảnh sơ đồ mạch điện cơ bản
(https://www.pinterest.com/pin/849421179690831760/) Các thành phần chính
của mạch điện bao gồm : •
Nguồn điện: là thiết bị điện tạo ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là thiết bị
biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng,... thành điện năng.
Ví dụ: Pin, ắc quy biến đổi hóa năng thành điện năng. Máy phát điện biến đổi cơ
năng thành điện năng. Pin mặt trời biến đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng •
Thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ mạch điện: đóng, ngắt nguồn điện; điều
khiển hoạt động của tải và bảo vệ an toàn cho mạch điện. •
Dây dẫn: Dây dẫn dùng để dẫn điện từ nguồn đến phụ tải. •
Tải tiêu thụ: tiêu thụ năng lượng điện từ nguồn điện. Có 3 loại mạch điện : •
Mạch điện tử: Hầu hết thường có trong các thiết bị điện tử. •
Mạch điện truyền dẫn năng lượng: Là một thành phần có trong hệ thống lưới điện
quốc gia, giúp truyền tải năng lượng theo nhánh nào đó. •
Mạch điện công nghiệp: Thường có trong các thiết bị điện cơ tại các nhà máy, nhà
xưởng, tàu bè, cầu đường,… đây được gọi là mạch điện công nghiệp.
Chương 2: Các tai hại của điện khi đi vào cơ thể con người. lOMoAR cPSD| 58605085
2.1 Các yếu tố nguy hiểm khi sử dụng điện
2.1.1 Các loại điện giật
Tùy vào trường hợp có thể phân loại thành các loại điện giật dưới đây: •
Điện giật do tiếp xúc trực tiếp: xảy ra khi người tiếp xúc trực tiếp với phần dẫn điện
hoặc dây dẫn bị hở. Giật trực tiếp thường rất nguy hiểm, vì dòng điện không có bất
kỳ trở kháng nào ngăn cản, dẫn đến dòng điện lớn chạy qua cơ thể. •
Điện giật do điện áp bước: xảy ra khi một người đứng trên mặt đất chịu tác động
bởi hiệu điện thế giữa hai điểm khác nhau trên mặt đất, do dòng điện chạy qua đất
gây ra. Trường hợp này thường xảy ra khi có các sự cố điện như khi sét đánh hoặc
cột điện, đường dây bị đứt và chạm đất. •
Điện giật do tiếp xúc gián tiếp: xảy ra khi một người chạm vào một phần của thiết
bị hoặc công trình điện mà bình thường không có điện, nhưng do sự cố (như cách
điện bị hỏng), phần đó trở nên mang điện. •
Điện giật do tĩnh điện: xảy ra khi một người hoặc vật bị ảnh hưởng bởi sự phóng
điện đột ngột giữa hai vật có chênh lệch điện thế do tĩnh điện tích tụ. Khi chênh lệch
điện áp đủ lớn, tĩnh điện sẽ phóng qua khoảng cách không khí, gây ra hiện tượng
điện giật, điện giật do tĩnh điện thường không nguy hiểm cho cơ thể con người.
2.1.2 Các yếu tố nguy hiểm khi sử dụng điện: •
Rò rỉ điện: xảy ra khi dòng điện thoát ra khỏi dòng điện chính qua lớp cách điện bị
hỏng hoặc môi trường dẫn điện gây nguy cơ điện giật, cháy nổ và làm giảm hiệu
suất sử dụng thiết bị điện. •
Chập điện: là hiện tượng xảy ra khi dòng điện trong mạch bị ngắn lại, thường do
dây dẫn pha và dây trung tính hoặc dây nối đất chạm vào nhau trực tiếp mà không
qua tải. Điều này làm cho dòng điện tăng đột ngột, gây nguy cơ cháy nổ, hư hỏng
thiết bị và nguy hiểm cho con người. •
Quá tải điện : xảy ra khi dòng điện vượt quá mức thiết kế tối đa mà thiết bị có thể
chịu đựng trong thời gian dài. Điều này có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị, suy giảm
tuổi thọ, hoặc nguy cơ gây cháy nổ và chập điện trong hệ thống. •
Hở dây dẫn: là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến các tai nạn điện, gây
nguy hiểm cho con người và thiết bị, các lỗi này có thể phát sinh từ sự cố kỹ thuật,
thiết kế sai, lắp đặt không đúng tiêu chuẩn, hoặc hư hỏng thiết bị trong quá trình sử dụng.
2.1.3 Điện làm bị thương •
Bỏng: Bỏng là tổn thương phổ biến nhất, có thể xảy ra ở bề mặt da hoặc sâu bên trong cơ thể. •
Rối loạn nhịp tim: Dòng điện đi qua tim có thể gây ra các rối loạn nhịp tim nguy
hiểm, dẫn đến ngừng tim. lOMoAR cPSD| 58605085 •
Tổn thương hệ thần kinh: Điện giật có thể gây tổn thương các dây thần kinh, dẫn
đến tê liệt, mất cảm giác. •
Tổn thương nội tạng: Các cơ quan nội tạng như thận, gan có thể bị tổn thương do điện giật. •
Tử vong: Trong trường hợp nghiêm trọng, điện giật có thể gây tử vong.
Để giải thích những hiện tượng trên ta phải dựa vào định luật Joule-Lenz dưới đây.
Nhiệt lượng tỏa ra tỷ lệ thuận với thời gian và với bình phương cường độ dòng điện.
Cũng giống như khi ta cắm điện cho một ấm nước, thời gian ít thì nước chỉ âm ấm, thời
gian đủ lâu thì nước sôi. Điện áp thấp không có nghĩa là không nguy hiểm, nếu điện
trở cũng thấp thì cường độ dòng điện vẫn cao (theo định luật Ohm) và định luật Joule-
Lenz vẫn phát huy tác dụng.
Hình 2.2 Định luật Joule-Lenz (Sách nghề HSE_Rev012_20Mar2022)
2.2 Những yếu tố liên quan đến tác hại của dòng điện đối với cơ thể người
2.2.1 Loại và trị số dòng điện Loại dòng điện : •
Dòng điện xoay chiều (AC): Thường gây nguy hiểm hơn, đặc biệt ở tần số 5060 Hz,
vì nó có thể gây co giật cơ và ảnh hưởng đến nhịp tim. •
Dòng điện một chiều (DC): Thường ít nguy hiểm hơn nhưng vẫn có thể gây hại ở mức độ cao.
Trị số dòng Tác hại của dòng điện xoay chiều tần số Tác hại của dòng điện (mA) 50Hz điện một chiều 0,6-1,5
Bắt đầu có cảm giác ngón tay run nhẹ Chưa có cảm giác 2-3 Ngón tay bị tê Ngứa, cảm thấy nóng lOMoAR cPSD| 58605085 5-10 Nóng tăng lên
Khó rút được tay khó vật mang điện, cánh tay
cảm thấy đau nhiều. Trạng thái này có thể chịu được 5-10 giây 20-25
Không thể rút tay khỏi vật mang điệ, đau Nóng càng tăng lên
tăng lên, khó thở. Trạng thái này chỉ chịu
thịt co quắp lại được không quá 5 giây. 50-80
Tê liệt hô hấp, bắt đầu rung tâm thất Bắp
thịt ở tay co rút, khó thở 90-100
Tê liệt hô hấp, nếu kéo dài 3 giây thì tâm thất Bắp thịt ở tay co rút rung mạnh, tê liệt tim mạnh mẽ, khó thở ≥ 300
Chỉ kéo dài 0.1 giây đã tê liệt hô hấp và tim, Tê liệt hô hấp
các tổ chức cơ thể bị phá hủy vì tác dụng của nhiệt
Bảng 2.1 Trị số dòng điện và mức độ tác hại đối với cơ thể con người (Sách
nghề HSE_Rev012_20Mar2022) 2.2.2 Tần số dòng điện qua người
Tần số điện giật càng cao thì điện trở người càng cao, thì mức độ nguy hiểm giảm. Tần số
nguy hiểm đến con người từ 50 đến 60Hz, các giá tần số cao hơn thì mức độ nguy hiểm
càng giảm dần. Ở viện nghiên cứu Liên Xô, họ đã cho thấy một thí nghiệm dòng điện có
các tần số khác nhau đi qua cơ thể chó với cùng số lượng là 10 con cho mỗi trường hợp và
kết quả nhận được là: •
Dòng điện tần số 50Hz, điện áp 117V-120V, tỉ lệ chó chết là 100% •
Dòng điện tần số 100Hz, điện áp 117V-120V, tỉ lệ chó chết là 45% •
Dòng điện tần số 125Hz, điện áp 100V-121V, tỉ lệ chó chết là 20% •
Dòng điện tần số 150Hz, điện áp 120V-125V, tỉ lệ chó chết là 0%
Từ đó cho thấy rằng tần số tỉ lệ nghịch với mức độ nguy hiểm. 2.2.3 Điện trở người
Cơ thể con người là một vật dẫn điện. Điện trở con người có thể thay đổi từ 1.000 đến
100.000 Ω (đo khi U = 15V đến 20V). Điện trở của con người được chia làm 2 phần : •
Điện trở bên ngoài cơ thể(trên lớp da) •
Điện trở bên trong cơ thể
Độ ẩm của da ảnh hường đến Rng hoặc độ dày của lớp da. Dòng điện ảnh hưởng đến Rng:
Khi có dòng điện qua người thì da bị đốt nóng, mồ hôi thoát ra làm Rng giảm xuống. Điện
áp rất ảnh hưởng đến Rng: Bởi vì ngoài hiện tượng điện phân còn có hiện tượng chọc
thủng. Với da mỏng hiện tượng chọc thủng đã có thể xuất hiện ở điện áp 10 đến 30V. Khi lOMoAR cPSD| 58605085
điện áp lớn hơn 250V hiện tượng chọc thủng xuất hiện rõ ràng tương đương với người bị
tróc hết lớp da ngoài. Khi da bị ướt do nước thì điện trở sẽ giảm, diện tích tiếp xúc càng
lớn điện trở càng nhỏ, thông thường điện áp từ 50V – 60V nó sẽ tỉ lệ nghịch với diện tích
tiếp xúc. Nếu thời gian dòng điện tác dụng càng lâu điện trở càng giảm và điện áp tăng thì
điện trở cũng giảm, vì da càng bị nóng, mồ hôi ra nhiều và vì những biến đổi điện phân
trong cơ thể. Bên cạnh đó, điện trở của người thay đổi do các yếu tố sau như tình trạng da,
diện tích, áp suất, thời gian, tần số, điện áp tiếp xúc lên cơ thể con người. Da có thể chia
thành 4 lớp tính từ ngoài vào: Lớp sừng, lớp da, da da non, lớp mỡ. Ngoài ra điện trở người còn tùy thuộc vào : • Vị trí tiếp xúc • Tình trạng sức khỏe • Thời gian tiếp xúc
2.2.4 Thời gian dòng điện qua người
Thời gian dòng điện qua người là yếu tố quan trọng quyết định tính mạng và sức khỏe của
con người. Khi thời gian dòng điện qua người càng lâu, theo định luật Ohm, điện trở người
càng giảm, dòng điện qua người sẽ tăng thì dẫn đến tác hại càng lớn với sức khỏe của con người.
Theo tiêu chuẩn IEC 60479-1:2005 và nhiều nghiên cứu khoa học và thực nghiệm về sinh
lý học, y học và an toàn điện, bao gồm việc kiểm tra tác động của dòng điện qua cơ thể
người trong các điều kiện cụ thể, từ đó xác định các mốc thời gian tiếp xúc với dòng điện
có thể gây nguy hiểm như sau : •
Thời gian ngắn (dưới 1 giây): Thường không gây hại nghiêm trọng, nhưng có
thể gây cảm giác tê hoặc giật nhẹ. •
1 - 3 giây: Nguy cơ gây co giật cơ và rối loạn nhịp tim gia tăng. Thời gian này
có thể đủ để gây ra cảm giác đau và không thoải mái. •
3 - 10 giây: Nguy cơ gây hại nghiêm trọng, như tổn thương tim, co giật không
kiểm soát và thậm chí có thể dẫn đến ngừng tim. •
Trên 10 giây: Rất nguy hiểm, với khả năng tử vong cao nếu dòng điện đủ mạnh.
Nếu thời gian điện vào người vượt quá những mức trên và lâu hơi sẽ gây hủy hoại da, mạch
máu, ngưng tim, mất kiểm soát và gây hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe, lâu hơn nữa có
thể gây ra tử vong. Vì vậy, khi phát hiện người bị điện giật, việc tách nạn nhân ra khỏi
nguồn điện là điều tiên quyết, quan trọng và phải càng nhanh càng tốt để có thể giữ được
tính mạng của người đó. lOMoAR cPSD| 58605085
2.2.5 Đường đi của dòng điện qua người
Các đường đi của dòng điện qua người thường đi từ tay hoặc chân đến các bộ phân khác
vì đây là 2 phần dễ tiếp xúc với dòng điện nhất. Quãng đường đi dòng điện sẽ đi qua đến
các bộ phận bên trong cơ thể như tim có thể làm tim ngưng hoạt động và làm tê liệt tuần
hoàn gây ra tử vong cho con người. Thông thường đường đi dòng điện khi đi qua cơ thể
người sẽ có những mức độ nguy hiểm như sau.
Đường đi của dòng điện từ
0,4% mức độ kém nguy hiểm ảnh hưởng đến sức khỏe chân qua chân con người
Đường đi của dòng điện từ
3,3% mức độ nguy hiểm có thể gây tử vong. tay qua tay
Đường đi của dòng điện từ
3,7% mức độ nguy hiểm có thể gây tử vong. tay trái qua chân
Đường đi của dòng điện từ
6,7% mức độ nguy hiểm nhất gây tử vong. tay phải qua chân
Bảng 2.2 Tỉ lệ tử vong khi dòng điện chay qua từng bộ phận cơ thể người
(https://galaxyme.vn/vn/tin-tuc/nguyen-nhan-tai-nan-dien.aspx)
2.2.6 Tính chất môi trường
Tính chất môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định mức độ nguy hiểm khi
dòng điện chạy qua cơ thể người. Các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, chất lỏng
xung quanh, và các chất dẫn điện có thể làm tăng hoặc giảm cường độ dòng điện, từ đó
ảnh hưởng đến mức độ tổn thương.
Các tính chất môi trường chính : •
Độ ẩm: Khi độ ẩm không khí tăng cao, lớp da người trở nên ẩm ướt hơn, giảm điện
trở bề mặt. Điều này làm tăng khả năng dẫn điện của cơ thể, khiến dòng điện dễ
dàng đi qua. Trong môi trường khô ráo, điện trở bề mặt da tăng cao, hạn chế dòng điện chạy qua. •
Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, các lỗ chân lông mở rộng, mồ hôi tiết ra nhiều hơn, làm
giảm điện trở da. Ở nhiệt độ thấp, lỗ chân lông co lại, mồ hôi tiết ra ít, tăng điện trở da. lOMoAR cPSD| 58605085 •
Chất lỏng: Nước là chất dẫn điện tốt. Khi cơ thể tiếp xúc với nước, đặc biệt là nước
muối, điện trở giảm đáng kể, tăng nguy hiểm khi bị điện giật. Các chất lỏng khác
như axit, bazơ cũng có khả năng dẫn điện, tăng nguy cơ bị điện giật. •
Chất dẫn điện: Kim loại là chất dẫn điện tốt. Khi tiếp xúc với kim loại bị nhiễm điện,
dòng điện dễ dàng truyền qua cơ thể. Các chất như than, muối, một số loại đất cũng
có khả năng dẫn điện. Tài liệu tham khảo :
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9621-1:2013 (IEC TS 60479-1:2005) về ảnh hưởng của dòng điện lên
người và gia súc – Phần 1: Khía cạnh chung. (2013). Cơ sở dữ liệu pháp lý Caselaw.
https://caselaw.vn/van-ban-phap-luat/250114-tieu-chuan-quoc-gia-tcvn-9621-1-2013-iec-
ts60479-1-2005-ve-anh-huong-cua-dong-dien-len-nguoi-va-gia-suc-%E2%80%93-phan-1- khiacanh-chung-nam-2013
Thiết bị điện KV. (n.d.). Tác dụng của dòng điện qua cơ thể người và trạng thái. Thiết bị điện
KV. https://thietbidienkv.vn/tac-dung-cua-dong-dien-qua-co-the-nguoi-va-trang-thai/#:~:text=V
%E1%BB%81%20%C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng%20%C4%91i%20c%E1%BB%A7a
%20d%C3%B2ng,%E2%80%93%20tay%2C%20ch%C3%A2n%20%E2%80%93%20ch
%C3%A2n.https://tehar.vn/blog/giai-thich-cac-chi-so-do-luong-dien-nang-trong-tu-dien/
Vạn Công Nghiệp. (n.d.). Tác hại của dòng điện lên cơ thể con người. Vạn Công Nghiệp.
https://vancongnghiepvn.vn/tac-hai-cua-dong-dien-len-co-the-con-nguoi-bid69.html
Wikipedia contributors. (n.d.). Điện xoay chiều. Wikipedia.
https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_xoay_chi%E1%BB%81u