Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung bài viết trình bày nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị kiểm tra dòng điện rò ra vỏ thiết bị điện cầm tay dùng điện một pha. Mời các bạn tham khảo!
K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ KIỂM TRA DÒNG ĐIỆN RÒ RA VỎ THIẾT BỊ ĐIỆN CẦM TAY DÙNG ÐIỆN MỘT PHA T Tóm tắt: ình hình tai nạn lao động (TNLĐ) điện ngày tăng cao mà nguyên nhân rị rỉ điện bên ngồi thiết bị điện khơng kiểm tra trước đưa vào sử dụng Đề tài 212/03/VBH tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị kiểm tra nhanh dòng điện rò thiết bị điện cầm tay trước đưa vào sử dụng nhằm đảm bảo an toàn cho NLĐ làm việc Đề tài sử dụng phần mềm chuyên dụng để tiến hành thiết kế mạch điện tử lập trình điều khiển nhằm làm cho sản phẩm hoạt động cách ổn định có độ tin cậy cao Sản phẩm đề tài thiết bị kiểm tra nhanh dòng điện rò từ 10mA trở lên I MỞ ĐẦU Xã hội ngày phát triển thúc đẩy ngành xây dựng phát triển theo, tai nạn lao động ngày gia tăng nhiều nguyên nhân, nguyên nhân điện chiếm 70% (theo thống kê TNLĐ) Qua trình khảo sát đánh giá, chúng tơi nhận 34 CN Võ Thành Nhân Phân vi n B o h lao đ ng BVMT mi n Nam thấy nguyên nhân gây tai nạn điện vấn đề rò rỉ điện dụng cụ cầm tay sử dụng công trường chưa có quản lý kiểm tra hiệu dẫn đến tai nạn sử dụng Do việc trang bị phương tiện kiểm tra độ an toàn thiết bị điện trước đưa vào sử dụng điều cần thiết II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vi c nghiên c u đ c ti n hành d a vào nguyên lý sau: Nguyên lý phát dòng rò dụng cụ điện cầm tay khơng hoạt động nguồn cấp hạ áp: 240V-260V Theo TCVN 7996 – 1: 2009 Khi cấp nguồn hạ áp vào dụng cụ điện Rcđ dụng cụ bị đánh thủng có dịng điện rị vỏ dụng cụ điện này, để xác định dịng điện rị phải thiết lập thiết bị đo gắn hình vẽ với nguyên lý hoạt động sau: Một đầu đo đặt lên cực nguồn đầu đặt lên phận kim loại chạm tới nối với kim loại có S < 200cm2 tiếp xúc bề mặt chạm tới vật liệu cách điện với phần mang điện dụng cụ điện sử dụng Sau đặt điện áp thử nghiệm, dòng điện rò đo vòng 5s tính cơng thức thể hình Dụng cụ điện Nguồn hở áp Hình S đ thi t k cơng th c tính Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN Ch t o đánh giá th nghi m thi t b : Việc chế tạo thiết bị đo dựa vào tiêu chuẩn TCVN 7996 – 1: 2009 quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn lao động dụng cụ điện cầm tay truyền động động với đặc tính kỹ thuật dễ sử dụng đáp ứng mục tiêu đề tài Có nhiều phương pháp để tiến hành thiết kế qua q trình nghiên cứu nhóm tác giả chọn phương pháp thiết kế thiết bị đo dựa vào mô hình sử dụng cảm biến sau (xem hình 2) Ngun lý hoạt động mơ sau: Dụng cụ điện cấp nguồn 220V để hoạt động làm miếng ốp dẫn điện tốt để ốp vào vỏ kim loại dụng cụ điện cần kiểm tra, đầu lại miếng ốp đưa vào Dụng cụ điện Cảm biến Vi điều khiển Hình Mơ hình thi t k s d ng m t c m bi n cảm biến Nếu dụng cụ điện khơng bị rị điện khơng có dịng điện rị sinh nên ngồi vỏ dụng cụ khơng tồn dịng điện cảm biến khơng nhận tín hiệu Ngược lại, dụng cụ điện bị rị điện ngồi vỏ dụng cụ điện có điện có dịng điện tương ứng truyền vào cảm biến thông qua miếng ốp ốp vào vỏ kim loại dụng cụ Cảm biến nhận tín hiệu điện truyền vi điều khiển để xử lý đưa lệnh điều khiển cần thiết Việc tiến hành thiết kế mạch, vẽ mạch, lập trình thực phần mềm chuyên dụng như: orcad, protues, avr studio… Hình S đ nguyên lý tồn b m ch thi t k Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 35 K t qu nghiên c u KHCN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Các linh kiện sử dụng - Cảm biến dòng ICS712: IC cảm biến dịng tuyến tính dựa vào hiệu ứng Hall, tích hợp đầy đủ với chất dẫn dịng điện trở thấp độ cách điện 2.1kV RMS Thiết bị bao gồm mạch điện Hall tuyến tính, độ lệch thấp xác với đường dây dẫn đồng đặt gần bề mặt lớp vỏ Dòng điện cung cấp qua phần dây đồng tạo trường điện từ mà IC chuyển đổi thành điện áp tương ứng Thiết bị tối ưu hóa cách xác thơng qua tín hiệu từ gần đến biến đổi Hall - Vi điều khiển Atmega 8: Là vi xử lý RISC (Reduced Hình S đ layout m ch u n Hình Mơ hình h ng d n s 36 d ng thi t b Instructions Set Computer Máy tính có tập lệnh đơn giản hóa) với kiến trúc Harvard thuộc họ AVR sản xuất Cty ATMEL với tính mạnh mẽ Có 130 lệnh mạnh xử lý hầu hết chu kỳ xung nhịp - ADC giải mã MCP 3204: Là ADC 12 bit, có hiệu suất cao lượng thấp đóng gói nhỏ gọn, làm cho trở nên hồn chỉnh mạch ứng dụng điều khiển MCP 3204 thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp SPITM cho phép liên kết với vi điều khiển PIC - LCD 16x2: (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống… - IC 7805 linh kiện phụ trợ khác tụ điện, điện trở, led… 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế Mạch thiết kế thiết kế gồm có phần chính: mạch nguồn mạch điều khiển hiển thị với chức nhiệm vụ khác nhằm mục đích đảm bảo cho tồn hệ thống điều khiển thiết bị hoạt động bình thường, ổn định mục đích thiết kế tác giả - Mạch nguồn có nhiệm vụ tạo nguồn điện ổn định để ni tồn mạch điều khiển, đảm bảo cung cấp đủ điện mạch điều khiển hoạt động ổn định Đồng thời khối Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN mạch nguồn cịn có nhiệm vụ lấy điện rò xoay chiều từ thiết bị cần kiểm tra thông qua cổng CON1 liên kết với dụng cụ cần kiểm tra, biến điện xoay chiều thành chiều đưa vào cảm biến dịng thơng qua cổng CON2 - Khối mạch điều khiển hiển thị có nhiệm vụ điều khiển hoạt động tồn thiết bị thơng qua lệnh cấu trúc lập trình sẵn nạp vào vi điều khiển ATmega8 hiển thị thông số cần kiểm tra qua hệ thống hiển thị led màu LCD hiển thị 3.2 Sơ đồ layout Sau hoàn thành thiết kế sơ đồ nguyên lý vẽ layout mạch orcad layout plus, sản phẩm sau layout mạch nguồn mạch điều khiển thể hình 3.3 Sản phẩm chế tạo cách sử dụng Mơ hình sản phẩm chế tạo sau thiết kế hình 5,6 - Cắm nguồn cho thiết bị, bật nút POWER có đèn 220V, 5V, đèn xanh cháy sáng, trường hợp đèn xanh không sáng mà đèn đỏ sáng nhấn nút Offset, nhấn nút Offset đèn vàng sáng - Miếng tay ốp ốp vào vỏ kim loại dụng cụ cầm tay cần kiểm tra cắm vào ổ cắm số hình - Ổ cắm số hình nơi cung cấp nguồn để nuôi dụng cụ điện cầm tay cần kiểm tra Lưu ý bật nút ON/OFF ổ cắm có điện Sau làm bước thiết bị tự động tiến hành kiểm tra dụng cụ điện Nếu đèn Hình Mi ng tay p thi t k Hình Ngu n dịng th Sunking PSK 1501A B ng K t qu đo b ng phng pháp so sánh v i ngu n Sunking PSK 1501A Nguồn dòng (mA) | 100 | 120 | 10 | 50 | 70 Giá trị trung bình mà sản phẩm đo sau 30 lần đo (mA) 98,67 ± 0,93 119,33 ± 0,67 9,67 ± 0,33 51 ± 0,88 69,67 ± 0,58 Sai soá 1,3% 1% 3,3% 2% 1% Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 37 K t qu nghiên c u KHCN xanh sáng dụng cụ điện khơng bị rị, đèn đỏ sáng dụng cụ điện bị rị giá trị dòng rò hiển thị qua LCD thiết bị kiểm tra - Ổ cắm số hình dùng để đo dòng tải dụng cụ điện Chỉ cần cắm dụng cụ điện cần đo dịng tải vào ổ cắm thiết bị tự động hiển thị dòng tải dụng cụ cần kiểm tra qua LCD, đồng thời đèn đỏ sáng giá trị dòng tải lớn 10mA, đèn xanh sáng giá trị dòng nhỏ 10mA 3.4 Kết kiểm tra hiệu chuẩn sản phẩm Việc hiệu chuẩn thiết bị thực phương pháp: phương pháp so sánh với thiết bị tạo dòng phương pháp dùng hệ điện trở chuẩn phòng thí nghiệm Phương pháp so sánh với thiết bị tạo dịng Hình H n tr Việc dùng phương pháp so sánh với thiết bị tạo dòng Sunking PSK 1501A tiến hành sau: Nguồn dòng lấy từ đầu thiết bị tạo dòng Sunking PSK 1501A đưa vào sản phẩm đo dòng điện rị mà nhóm tác giả tạo thơng qua miếng ốp so sánh giá trị nhận sản phẩm thiết kế với giá trị dòng điện mà nguồn dòng tạo Kết đạt thực hiệu chuẩn phương pháp so sánh với nguồn dòng Sunking PSK 1501A thể bảng Phương pháp dùng hệ điện trở chuẩn Việc hiệu chuẩn cách sử dụng hệ điện trở chuẩn tiến hành sau: Ta áp điện xoay chiều 220V vào điện trở có giá trị chọn theo định luật Ohm có dịng điện tương ứng tạo tính dịng điện cơng thức I = U/R Sau đưa dịng điện vào sản phẩm xem giá trị dòng điện mà sản phẩm B ng K t qu đo b ng phng pháp so sánh v i h n tr chu n Giá trị R R = 6,8 K: R = 22 K: R = 10 K: R = 15 K: 38 Kết tính theo Định luật Ohm (mA) U 220 = = 0,032A = 32 mA R 680 U 220 I= = = 0,01A = 10 mA R 22000 U 220 I= = = 0,022A = 22 mA R 10000 U 220 I= = = 0,015A = 15 mA R 15000 I= Giá trị TB mà sản phẩm đo sau 30 lần đo (mA) Sai số 30,33 ± 0,33 5,2% 9,67 ± 0,33 3,3% 20 ± 0,02 10% 14,33 ± 0,92 4,5% Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 1,2&3-2014 K t qu nghiên c u KHCN đo có phù hợp với giá trị dịng điện mà tính dựa vào cơng thức định luật Ohm không Kết đạt đo phương pháp so sánh với hệ điện trở chuẩn trình bày bảng Như vậy, thông qua hai phương pháp hiệu chuẩn cho thấy sản phẩm hoạt động ổn định với độ xác cao đảm bảo mục tiêu mà đề tài đề ra, xác định dòng điện rò từ 10mA trở lên Tuy nhiên, vài trường hợp có sai số đặc tính cảm biến sử dụng, mạng điện không ổn định số nguyên nhân khác sai số linh kiện sử dụng…Trong q trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy sản phẩm hoạt động ổn định thiết bị rị có giá trị từ vài chục mA trở lên IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu tổng quan thiết bị cầm tay: nhóm tiến hành tập hợp liệu thiết bị cầm tay sử dụng thị trường, đặc biệt ngành xây dựng, tìm hiểu nguyên nhân gây tai nạn thiết bị cầm tay, hồi cứu liệu chuyên gia, nhà nghiên cứu trước tìm hiểu nghiên cứu làm cho đề tài phong phú - Nghiên cứu tài liệu để thiết kế lập trình ứng dụng sản phẩm: tìm hiểu phần mềm vẽ mạch chuyên dụng, phần mềm lập trình điều khiển để tiến hành thiết kế vẽ, sơ đồ mạch điều khiển sản phẩm theo mục tiêu mà đề tài đề - Tạo khuôn mẫu thiết bị: Việc tạo khuôn mẫu nhóm tìm hiểu nhiều sản phẩm khác để tạo mẫu thiết bị vừa đảm bảo mục đích đề tài, vừa phù hợp với nhu cầu người sử dụng - Lắp ráp kiểm tra hoạt động sản phẩm - Ứng dụng hoàn thiện sản phẩm Sản phẩm thiết kế nhằm mục đích kiểm tra nhanh thiết bị điện hoạt động có bị rị rỉ điện bên ngồi hay không sản phẩm đáp ứng mục tiêu đề tài Trong vòng – 2s sản phẩm cho kết hiển thị dòng điện bị rò vỏ qua đèn báo LCD Tuy nhiên sản phẩm thiết kế có số tồn sau: - Chưa khắc phục triệt để vấn đề nhiễu từ trường, độ xác thiết bị bị ảnh hưởng thiết bị hoạt động mơi trường có từ trường - Cần cơng nghiệp hóa kiểu dáng thiết bị 4.2 Kiến nghị Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thực tế lâu bền công nghiệp sản phẩm cần giải vấn đề sau: - Khắc phục vấn đề nhiễu từ trường - Cải tiến kiểu dáng cho phù hợp với nhu cầu sử dụng Để khắc phục vấn đề nhiễu từ trường thời gian tới nhóm nghiên cứu tìm hiểu thêm loại linh kiện thay cho cảm biến dịng sử dụng hiệu ứng Hall mà đáp ứng mục tiêu đề tài đề TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Safe maintenance of portable tools in constructionEuropean Agency for Safety and Health at Work -http://osha.europa.eu [2] Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org [3] TS Nguyễn Thị Lan Hương, Nhiễu điện từ phương pháp chống nhiễu [4] Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn lao động dụng cụ điện cầm tay truyền động động (National technical regulation on safe work of Handheld motor-operated electric tools) [5] Tiêu chuân IEC 607452:2006 [6] TCVN 7996-2:2009 [7] TCVN 7996 -1:2009 [8] Guideline on Managing Safety in the Use of Portable Electrical Equipment in the Workplace [9] Safe maintenance of portable tools in construction [10] Monitoring of leakage current for composite insulators and electrical devices Muhammad Amin, Salman Amin and Muhammad Ali UET Taxila, Pakistan [11] www.datasheetcatalog com [12] http://www.altera.com [13] www.bkit4u.com [14] http://www.alldatasheet.com Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2014 39 ... K t qu nghiên c u KHCN xanh sáng dụng cụ điện khơng bị rị, đèn đỏ sáng dụng cụ điện bị rò giá trị dòng rò hiển thị qua LCD thiết bị kiểm tra - Ổ cắm số hình dùng để đo dòng tải dụng cụ điện Chỉ... Miếng tay ốp ốp vào vỏ kim loại dụng cụ cầm tay cần kiểm tra cắm vào ổ cắm số hình - Ổ cắm số hình nơi cung cấp nguồn để nuôi dụng cụ điện cầm tay cần kiểm tra Lưu ý bật nút ON/OFF ổ cắm có điện. .. phẩm thiết kế nhằm mục đích kiểm tra nhanh thiết bị điện hoạt động có bị rị rỉ điện bên ngồi hay khơng sản phẩm đáp ứng mục tiêu đề tài Trong vòng – 2s sản phẩm cho kết hiển thị dòng điện bị rò vỏ
