人體通過(guò)電流的危險(xiǎn)性

1、人體通過(guò)電流的危險(xiǎn)性電擊對(duì)人體的危險(xiǎn)性分析壹、前言隨著電力的普及化及工商業(yè)的發(fā)達(dá)，電氣化的機(jī)器設(shè)備已大量被應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界，是以，電氣技術(shù)員與作業(yè)人員，無(wú)論是從事于電氣設(shè)備檢修、保養(yǎng)或是機(jī)器操作，有可能因人為作業(yè)疏失、設(shè)備裝置不良或絕緣劣化致發(fā)生電擊災(zāi)害。鑒于去年(93年)加工出口園區(qū)相繼發(fā)生兩件電擊死亡事故，分別為某勞工從事高壓電氣檢測(cè)及保養(yǎng)清潔作業(yè)遭電擊致死，以及某電工從事無(wú)塵室天花板電氣軌道安裝作業(yè)時(shí)不慎觸電身亡，爰為使區(qū)內(nèi)員工深入了解電擊對(duì)人的危險(xiǎn)，并資借鏡避免是類(lèi)事件再次發(fā)生，復(fù)為配合園區(qū)管理處推動(dòng)零災(zāi)害政策，職是之故，順應(yīng)以電擊對(duì)人體的危險(xiǎn)性分析著手研究，期藉由拙文的探討能讓勞工朋友有

2、更臻正確的電氣安全知識(shí)，進(jìn)而對(duì)電擊危害之預(yù)防有所幫助，以杜絕災(zāi)害事故之發(fā)生，俾保障全體同仁之生命安全，減少事業(yè)單位之災(zāi)害損失。貳、決定電擊的嚴(yán)重性(determining the severity of an electric shock)在電氣告示牌上通常寫(xiě)著高電壓危險(xiǎn)，這是否意謂著一個(gè)人遭受電擊是因?yàn)殡妷涸斐傻膫?？如果不是，那么是由什么原因所造成呢？我想很多人有此疑惑，有必要加以厘清，以下?jǐn)就上述疑問(wèn)，縷析如后，就低壓而言，大部份是電流造成的傷害，惟對(duì)高壓而言，則是由于電壓和電流二者造成的傷害。由于電流通過(guò)電阻組件會(huì)產(chǎn)生熱，是以，倘電流通過(guò)人體，人體電阻產(chǎn)生的熱勢(shì)將危害體內(nèi)器官；又當(dāng)一個(gè)

3、人碰觸高電壓時(shí)，這高電壓將使電流在離開(kāi)人體的那一點(diǎn)造成爆發(fā)電流，電壓愈高則愈有機(jī)會(huì)迫使較大的電流穿過(guò)一個(gè)較低電阻的人體。例如當(dāng)某人之一手碰觸非接地線(xiàn)，而雙腳系在被接地的情況，此時(shí)人體恰好為電流建立一條流通路徑，惟電擊的嚴(yán)重性是由通過(guò)人體的電流量、時(shí)間、電源頻率、流過(guò)人體的路徑與電擊當(dāng)時(shí)人體的情況來(lái)決定。準(zhǔn)上，雖知電壓和電流都是造成電擊的原因，然并未見(jiàn)電壓出現(xiàn)在上揭電擊嚴(yán)重性的因素中，顯然電擊傷害之直接原因并非電壓而是電流。參、人體之電阻電擊對(duì)人體危險(xiǎn)性與通過(guò)人體的電流有關(guān)，電擊電流之大小系由接觸電壓(加于人體的電壓)與人體電阻所決定，當(dāng)加在人體的電壓是定值時(shí)，流經(jīng)人體的電流則主要靠人體電阻來(lái)支

4、配。人體皮膚電阻又依接觸狀態(tài)的不同而有差異，電阻越大，電流就越小，則電擊的傷害也就較輕；倘電擊處的皮膚較為潮濕，則接觸點(diǎn)之電阻勢(shì)必甚低，爰電擊電流增大，勢(shì)將導(dǎo)致嚴(yán)重之傷害。為此，以往曾經(jīng)發(fā)生即使遭高電壓電擊猶能僥幸存活，反而觸及低電壓者卻不幸死亡之案例，探究其主因乃人體電阻不同之原故。一般人體電阻分為內(nèi)部組織電阻與皮膚電阻，等效電路如圖1所示1，內(nèi)部組織電阻系指電流穿越皮膚后人體僅存之電阻，大約為500之低電阻，此時(shí)的人體是個(gè)非常好的導(dǎo)體；皮膚電阻并非定值，乃隨接觸面、所加電壓之高低以及當(dāng)時(shí)皮膚表面干濕情況而變，依此，人體電阻變化的主因乃皮膚電阻的改變，圖2所示系佛來(lái)貝爾卡(freiberge

5、r)在50hz之交流電下，研究人體之手與腳間電阻隨電壓變化之情況。如接觸電壓為200v時(shí)，干燥皮膚表面電阻達(dá)3000，平均電阻值約為2000，而濕皮膚僅為1200；隨著人體接觸電壓的提高，人體電阻有降低之趨勢(shì)，而所加電壓在1kv以上后，皮膚電阻將被破壞，僅存內(nèi)部組織電阻。綜上，當(dāng)人體在潮濕狀態(tài)或加于人體之電壓越高，人體電阻變小，則通過(guò)人體之電流會(huì)越大，當(dāng)然危險(xiǎn)性就越高。除了上述人體電阻之外，手碰觸帶電體及腳底的接觸電阻亦是決定通過(guò)人體電流的因素之一。手的接觸電阻通?？梢暈榱悖┤梭w站立大地之接觸電阻rf，乃視腳底之表面積、體重及土壤電阻等實(shí)際情況而定，如人體站立處之設(shè)施與地面是絕緣時(shí)，則電擊電

6、流為零。按ieee std.80，人體的雙腳系模擬成圓形平板，腳底與地面之接觸電阻可由下式求得 (1)式中 (-m)d = 圓板的直徑(m)蓋一般成人的單腳腳底面積約為180cm2，等效為直徑15.1cm的圓板，雙腳合并腳底面積等效為直徑21.4cm的圓板，則腳底接觸地面之電阻(rf)計(jì)算如次。()、單腳腳底之接觸電阻(2)()、雙腳合并腳底之接觸電阻(3)()、雙腳分開(kāi)腳底之接觸電阻(4)綜上所述，足見(jiàn)接觸電阻值會(huì)隨人體站立之情況而異，惟基于電擊電流與接觸電阻成反比，從而通過(guò)人體之電流會(huì)隨接觸電阻之減小而增加。比較上開(kāi)三式得知兩腳分開(kāi)站立時(shí)，腳底之接觸電阻最低，是以，在此狀態(tài)下電擊對(duì)人之危險(xiǎn)

7、性最大。肆、電擊的危害型態(tài)電擊的危害大略可歸納為步間電壓(step voltage)與接觸電壓(touch voltage)二種主要的型態(tài)，如圖3所示為站立于線(xiàn)路接地點(diǎn)附近因步間電壓所造成的電擊情形，如圖4所示為人員因觸摸漏電的電氣設(shè)備外殼而受到接觸電壓電擊情形。就高壓系統(tǒng)而言，步間電壓和接觸電壓兩種情形都有可能發(fā)生，至于低壓系統(tǒng)的步間電壓較接觸電壓來(lái)的小，爰低壓系統(tǒng)的電擊事故主要以接觸電壓為主，茲分述如次：(一)、步間電壓：電氣設(shè)備接地范圍內(nèi)之電壓梯度(potential gradient)，由于接地系統(tǒng)的埋設(shè)情形及土壤電阻率之不同會(huì)發(fā)生不同的分布情形，對(duì)分布于人體最大跨距的兩足間之電位差稱(chēng)

8、為步間電壓，如圖3(a)所示。當(dāng)接地電?if經(jīng)由接地導(dǎo)體?入大地后，電?會(huì)經(jīng)由接地導(dǎo)體而向四周?散，使得接地點(diǎn)周?chē)孛鏁?huì)因土壤電阻率的不同而帶有?同的對(duì)地電位。是故，人員?站在接地點(diǎn)附近，?腳間可能承受某一電壓值，如圖3(b)之等值電?，設(shè)人體等效電阻rb為1000(?)，腳底與地面之電阻為rf（實(shí)用上常假定為3s），接地系統(tǒng)電阻為r1及r0，?過(guò)人體之電?為ib，人體通過(guò)電?的時(shí)間為t，則人體可忍受之步間電壓為.(5)(二)、接觸電壓：當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生接地故障，故障電流經(jīng)由設(shè)備外殼流入大地，設(shè)備接地電阻會(huì)產(chǎn)生電位降，倘若人站立地面而手觸設(shè)備外殼時(shí)，則在觸及設(shè)備之手與足間即有接觸電壓存在，如圖4

9、(a)所示。如圖4(b)為等值電?，設(shè)人體電阻值為rb，每一腳底與地面之電阻值為rf，接地系統(tǒng)電阻為r1及r0，兩腳并聯(lián)之腳踏大地電阻為½rf，則人體可忍受之接觸電壓為：(6)按上式釋示，所謂接觸電壓其實(shí)是手之接觸點(diǎn)至腳踏大地點(diǎn)之電位差，并非與大地零電位相較之差值。據(jù)此如果另一人立于遠(yuǎn)方，觸及接于廠內(nèi)接地網(wǎng)的導(dǎo)線(xiàn)或設(shè)備，則其感受之電震為接地網(wǎng)于事故時(shí)對(duì)地電位升高之全部值，見(jiàn)(7)之表示式，式中由于故障電流之總值if，比ib大得多，因此事故發(fā)生時(shí)之地網(wǎng)電位ee甚大，而接觸電壓etouch僅為對(duì)地電位升ee之一部份而已。(7)或 嗣據(jù)(5)與(6)式得知，步間電壓與接觸電壓皆與地表層

10、電阻?s成正比，而與電擊時(shí)間t之平方根成反比。易言之，地表層電阻?愈高且電擊時(shí)間愈短時(shí)，則人體所能承受之電壓值將愈高。爰此，廠區(qū)在構(gòu)筑高壓電源配電室或發(fā)電機(jī)房時(shí)，應(yīng)在地表層鋪設(shè)碎石層以增加s值，同時(shí)使用高速啟斷保護(hù)裝置以減少t值。為?確保園區(qū)內(nèi)工作人員之安全，務(wù)必讓實(shí)際接觸電壓與步間電壓小于容許接觸與步間電壓。伍、人體通過(guò)電流的危險(xiǎn)結(jié)果當(dāng)電流流過(guò)人體，除令人感到刺痛之震驚外，尚有可能導(dǎo)致麻木、痙攣及呼吸困難等癥狀，惟對(duì)人體最危險(xiǎn)之情況是電流通過(guò)心臟。當(dāng)流過(guò)心臟的電流突增，心臟原有的電訊號(hào)遭到破壞，導(dǎo)致正常的心跳變?yōu)槊糠昼姅?shù)百次以上的細(xì)微顫動(dòng)，此際心臟將失去幫浦(pumping)正常的機(jī)能，以致

11、血液循環(huán)停止，此時(shí)雖及時(shí)脫離電源仍很難使心室恢復(fù)正常脈動(dòng)，在數(shù)分鐘內(nèi)卽告死亡，此種現(xiàn)象叫做心室纖維性顫動(dòng)(ventricular fibrillation)。電擊是否造成心室纖維性顫動(dòng)端視電流通過(guò)人體后被人體所吸收之能量(energy)來(lái)決定2，人體因電擊所吸收的能量可以下式表示，即 或 (8)式中，sb：電流通過(guò)人體時(shí)所吸收的能量，0.027：由實(shí)驗(yàn)求出之纖維性顫動(dòng)常數(shù)，t：電流通過(guò)人體的時(shí)間(秒)，在心室纖維性顫動(dòng)之可能性為0.033秒，ib：一般人所能忍受不發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)電流(安培)。爰據(jù)上式可知電流大小及時(shí)間長(zhǎng)短乃是引發(fā)心室纖維性顫動(dòng)的主要關(guān)鍵。查表1電源頻率與電流量對(duì)人體的生理反

12、應(yīng)，第6項(xiàng)表示導(dǎo)致心室纖維性顫動(dòng)可能性之電擊時(shí)間及電流大小，若通過(guò)人體電流為1000ma，電擊時(shí)間約僅0.03秒?yún)u足以發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)，惟即使100ma的電流持續(xù)通過(guò)人體達(dá)3秒以上亦可能造成心室纖維性顫動(dòng)。按該表可知引起同一生理反應(yīng)之電流，依交、直流或交流頻率之不同而有不同之?dāng)?shù)值，顯見(jiàn)人體忍受直流電流能力較交流電流為大，而且男性會(huì)比女性有較強(qiáng)的耐電流能力，復(fù)對(duì)交流而言，人體對(duì)高頻的感覺(jué)較遲鈍，惟很不幸地，人體卻對(duì)周遭60hz商用頻率最敏感，亦即危險(xiǎn)性最大。表1 電源頻率與電流量對(duì)人體的生理反應(yīng)電擊之影響 直流ma 交流(實(shí)數(shù)值) ma 男 女 60 hz 10,000 hz 男 女 男 女(

13、1)最小感知電流，不會(huì)感覺(jué)有否電流通過(guò) 5.2 3.5 1.1 0.7 12 8 (2)不感覺(jué)痛苦之電震，筋肉可活動(dòng)自如 9 6 1.8 1.2 17 11 (3)己感覺(jué)痛苦之電震，但筋肉仍可活動(dòng)自如 62 41 9 6 55 37 (4)己感覺(jué)痛苦之電震，己無(wú)法忍受程度 76 51 16.9 10.5 75 50 (5)己感覺(jué)痛苦之電震，筋肉強(qiáng)直，呼吸困難 90 60 23 15 94 63 (6)心室纖維性顫動(dòng)之可能性： 1,300 1,300 1,000 1,000 1,100 1,100電擊時(shí)間0.03秒 電擊時(shí)間3秒 500 500 100 100 (7)確實(shí)心室纖維性顫動(dòng) 第(6)

14、項(xiàng)數(shù)值2.75倍陸、電擊的安全界限與容許接觸電壓如表2所示為電擊電流與作用時(shí)間對(duì)人體的影響，電流范圍在0及a1至a3間，通常視為不會(huì)留下后遺癥的領(lǐng)域，電流在b1及b2之范圍，作用時(shí)間必須滿(mǎn)足一定條件才會(huì)發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)，如電流在b1范圍，電擊時(shí)間在拍動(dòng)周期以下之情況，不會(huì)有心室纖維性顫動(dòng)之顧慮，惟在b2領(lǐng)域電擊時(shí)間雖亦在拍動(dòng)周期以下，仍有心室纖維性顫動(dòng)之危險(xiǎn)。準(zhǔn)此，依通過(guò)人體之電流量與通過(guò)時(shí)間兩項(xiàng)自可判斷電擊的危害程度，倘電流在a3范圍，則30ma.s(于1秒內(nèi)通過(guò)30ma)以?xún)?nèi)者屬于安全范圍；超過(guò)50ma.s以上者即屬于危險(xiǎn)范圍。爰此，為防止電擊導(dǎo)致引起心室纖維性顫動(dòng)，日本低壓電路接地保護(hù)

15、規(guī)則，規(guī)定漏電斷路器之動(dòng)作要求為30ma.s，而國(guó)際通例亦取該值，作為低壓回路保護(hù)的安全限界，在現(xiàn)行使用上已具良好成效。表2 電擊電流與作用時(shí)間對(duì)人體的影響電流范圍 50/60hz之電流有效值 作用時(shí)間 人體之生理反應(yīng) 0 00.5ma 雖連續(xù)也不致有危險(xiǎn) 無(wú)法感知電流 a1 0.55ma (脫離限界) 雖連續(xù)也不致有危險(xiǎn) 開(kāi)始感知電流，惟不致發(fā)生痙攣，是在可隨意電流領(lǐng)域(由接觸狀態(tài)能自動(dòng)脫離，指腕等會(huì)有痛苦之感覺(jué)) a2 530ma 可達(dá)幾分鐘 不隨意電流領(lǐng)域(發(fā)生痙攣，不可能由接觸狀態(tài)自動(dòng)脫離)，發(fā)生呼吸困難或血壓上升，是在能耐住限度 a3 3050ma 由幾秒至幾分鐘 心臟之鼓動(dòng)變不規(guī)則

16、，失神、血壓上升，發(fā)生強(qiáng)的痙攣。長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生心室纖維性顫動(dòng) b1 50幾百ma 心臟拍動(dòng)周期以下之情形 受強(qiáng)烈的震動(dòng)，惟不會(huì)發(fā)生心室纖維性顫動(dòng) 拍動(dòng)周期以上之情形 發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)、失神，接觸部份留有電擊電流之痕跡(拍動(dòng)相位與電擊開(kāi)始時(shí)，并無(wú)特別之關(guān)系) b2 數(shù)百以上 拍動(dòng)周期以下之情形 雖在作用時(shí)間拍動(dòng)周期以下，惟在特定之拍動(dòng)相位，電擊開(kāi)始時(shí)，發(fā)生之心室纖維性顫動(dòng)，發(fā)生失神，接觸部份留有電擊之痕跡 拍動(dòng)周期以上之情形 回復(fù)性之心臟停止，發(fā)生失神，不會(huì)發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)。因火傷有死亡之可能性 人體所能承受之安全電壓，只要將容許通過(guò)人體的安全電流乘上人體總電阻即可定出。又鑒于人體電阻有個(gè)別差異

17、，乃依個(gè)人皮膚的干濕狀況以及人體所碰觸的漏電電機(jī)設(shè)備之接觸電壓而會(huì)有變化，準(zhǔn)此，日本電氣協(xié)會(huì)低壓電路接地保護(hù)指針與國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議(iec)即依此理由訂定各種接觸狀態(tài)的安全電壓，如表3所示1。表內(nèi)第三種接觸狀態(tài)系人體容許通過(guò)30ma之電流安全界限時(shí)，其對(duì)應(yīng)的接觸電壓為50v，因而訂出一般場(chǎng)所人體容許接觸電壓值應(yīng)在50v以下，惟在濕氣充滿(mǎn)的浴室、冷凍室等，皮膚表面的電阻將會(huì)降低至可不計(jì)的程度，即僅剩內(nèi)部組織電阻，使得在第二種接觸狀態(tài)下之容許接觸電壓僅為25v。綜據(jù)前述，對(duì)于高壓電活線(xiàn)作業(yè)電擊之預(yù)防，除應(yīng)以接近界限距離來(lái)限制工作人員與活線(xiàn)間之最小距離外，為有效防止用電設(shè)備漏電之電擊事故，建議盡可能

18、降低電壓與減少電流，欲達(dá)到上開(kāi)目標(biāo)最有效的安全防護(hù)措施，惟有裝設(shè)高感度高速型漏電斷路器，并配合電氣設(shè)備外殼接地。表3 各種接觸狀態(tài)的安全電壓種類(lèi) 接 觸 狀 態(tài) 安全電壓第一種 人體大部份在水中的狀況 人體顯著的濕潤(rùn)狀態(tài) 2.5v 第二種 人體顯然是潮濕狀態(tài) 金屬制電機(jī)機(jī)械裝置或構(gòu)造物，人體的一部份經(jīng)常接觸的狀態(tài) 25v以下 第三種 第一種、第二種以外的情況，在平常的人體狀況下，如加接觸電壓危險(xiǎn)性高的狀態(tài) 50v以下 第四種 第一種、第二種以外的情況，在平常的人體狀況下，如加接觸電壓危險(xiǎn)性低的狀態(tài) 無(wú)限制 柒、結(jié)論電是一種無(wú)形無(wú)嗅的東西，電擊電流通過(guò)人體約100ma以上足以令人喪命。人們?cè)谠怆姄糁巴须y察覺(jué)，蓋因電擊系一觸即發(fā)，惟一旦經(jīng)發(fā)覺(jué)通常為時(shí)已晚，是故，如非預(yù)先防范，難免衍生傷亡事故。有些電擊除了引發(fā)休克、燒傷等危險(xiǎn)外，亦可能因電的沖擊而發(fā)生高處墜落、滾落等2次傷害，因此，從事電業(yè)或相關(guān)人員務(wù)必特別注意作業(yè)安全，以免因一時(shí)之疏忽而導(dǎo)致終身遺憾。據(jù)上論結(jié)，高壓電的電擊固然可怕，惟低壓電仍不容輕忽，低電壓下之電擊照樣也會(huì)讓人喪命，即使是家用低電壓也常發(fā)生電擊死亡事故，此乃因人體之安全接觸電壓僅50v而已，而一般電氣均在110v以上，倘輕忽這些低電壓，往往輕者令人瞬間不舒服，重者甚至引起心室纖維性顫動(dòng)而致死亡。分析這些電擊事故之原因不外乎是不安全環(huán)境與不安全動(dòng)作兩