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1、人体通过电流的危险性电击对人体的危险性分析壹、前言随着电力的普及化及工商业的发达，电气化的机器设备已大量被应用于产业界，是以，电气技术员与作业人员，无论是从事于电气设备检修、保养或是机器操作，有可能因人为作业疏失、设备装置不良或绝缘劣化致发生电击灾害。鉴于去年(93年)加工出口园区相继发生两件电击死亡事故，分别为某劳工从事高压电气检测及保养清洁作业遭电击致死，以及某电工从事无尘室天花板电气轨道安装作业时不慎触电身亡，爰为使区内员工深入了解电击对人的危险，并资借镜避免是类事件再次发生，复为配合园区管理处推动零灾害政策，职是之故，顺应以电击对人体的危险性分析着手研究，期藉由拙文的探讨能让劳工朋友有
2、更臻正确的电气安全知识，进而对电击危害之预防有所帮助，以杜绝灾害事故之发生，俾保障全体同仁之生命安全，减少事业单位之灾害损失。贰、决定电击的严重性(Determining The Severity Of An Electric Shock)在电气告示牌上通常写着高电压危险，这是否意谓着一个人遭受电击是因为电压造成的伤害？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，以下谨就上述疑问，缕析如后，就低压而言，大部份是电流造成的伤害，惟对高压而言，则是由于电压和电流二者造成的伤害。由于电流通过电阻组件会产生热，是以，倘电流通过人体，人体电阻产生的热势将危害体内器官；又当一个
3、人碰触高电压时，这高电压将使电流在离开人体的那一点造成爆发电流，电压愈高则愈有机会迫使较大的电流穿过一个较低电阻的人体。例如当某人之一手碰触非接地线，而双脚系在被接地的情况，此时人体恰好为电流建立一条流通路径，惟电击的严重性是由通过人体的电流量、时间、电源频率、流过人体的路径与电击当时人体的情况来决定。准上，虽知电压和电流都是造成电击的原因，然并未见电压出现在上揭电击严重性的因素中，显然电击伤害之直接原因并非电压而是电流。参、人体之电阻电击对人体危险性与通过人体的电流有关，电击电流之大小系由接触电压(加于人体的电压)与人体电阻所决定，当加在人体的电压是定值时，流经人体的电流则主要靠人体电阻来支
4、配。人体皮肤电阻又依接触状态的不同而有差异，电阻越大，电流就越小，则电击的伤害也就较轻；倘电击处的皮肤较为潮湿，则接触点之电阻势必甚低，爰电击电流增大，势将导致严重之伤害。为此，以往曾经发生即使遭高电压电击犹能侥幸存活，反而触及低电压者却不幸死亡之案例，探究其主因乃人体电阻不同之原故。一般人体电阻分为内部组织电阻与皮肤电阻，等效电路如图1所示1，内部组织电阻系指电流穿越皮肤后人体仅存之电阻，大约为500之低电阻，此时的人体是个非常好的导体；皮肤电阻并非定值，乃随接触面、所加电压之高低以及当时皮肤表面干湿情况而变，依此，人体电阻变化的主因乃皮肤电阻的改变，图2所示系佛来贝尔卡(Freiberge
5、r)在50HZ之交流电下，研究人体之手与脚间电阻随电压变化之情况。如接触电压为200V时，干燥皮肤表面电阻达3000，平均电阻值约为2000，而湿皮肤仅为1200；随着人体接触电压的提高，人体电阻有降低之趋势，而所加电压在1KV以上后，皮肤电阻将被破坏，仅存内部组织电阻。综上，当人体在潮湿状态或加于人体之电压越高，人体电阻变小，则通过人体之电流会越大，当然危险性就越高。除了上述人体电阻之外，手碰触带电体及脚底的接触电阻亦是决定通过人体电流的因素之一。手的接触电阻通常可视为零，惟人体站立大地之接触电阻RF，乃视脚底之表面积、体重及土壤电阻等实际情况而定，如人体站立处之设施与地面是绝缘时，则电击电
6、流为零。按IEEE Std.80，人体的双脚系模拟成圆形平板，脚底与地面之接触电阻可由下式求得 (1)式中 (-m)d = 圆板的直径(m)盖一般成人的单脚脚底面积约为180cm2，等效为直径15.1cm的圆板，双脚合并脚底面积等效为直径21.4cm的圆板，则脚底接触地面之电阻(RF)计算如次。()、单脚脚底之接触电阻(2)()、双脚合并脚底之接触电阻(3)()、双脚分开脚底之接触电阻(4)综上所述，足见接触电阻值会随人体站立之情况而异，惟基于电击电流与接触电阻成反比，从而通过人体之电流会随接触电阻之减小而增加。比较上开三式得知两脚分开站立时，脚底之接触电阻最低，是以，在此状态下电击对人之危险
7、性最大。肆、电击的危害型态电击的危害大略可归纳为步间电压(Step Voltage)与接触电压(Touch Voltage)二种主要的型态，如图3所示为站立于线路接地点附近因步间电压所造成的电击情形，如图4所示为人员因触摸漏电的电气设备外壳而受到接触电压电击情形。就高压系统而言，步间电压和接触电压两种情形都有可能发生，至于低压系统的步间电压较接触电压来的小，爰低压系统的电击事故主要以接触电压为主，兹分述如次：(一)、步间电压：电气设备接地范围内之电压梯度(Potential Gradient)，由于接地系统的埋设情形及土壤电阻率之不同会发生不同的分布情形，对分布于人体最大跨距的两足间之电位差称
8、为步间电压，如图3(a)所示。当接地电?IF经由接地导体?入大地后，电?会经由接地导体而向四周?散，使得接地点周围地面会因土壤电阻率的不同而带有?同的对地电位。是故，人员?站在接地点附近，?脚间可能承受某一电压值，如图3(b)之等值电?，设人体等效电阻RB为1000(?)，脚底与地面之电阻为RF（实用上常假定为3S），接地系统电阻为R1及R0，?过人体之电?为IB，人体通过电?的时间为t，则人体可忍受之步间电压为.(5)(二)、接触电压：当电力设备发生接地故障，故障电流经由设备外壳流入大地，设备接地电阻会产生电位降，倘若人站立地面而手触设备外壳时，则在触及设备之手与足间即有接触电压存在，如图4
9、(a)所示。如图4(b)为等值电?，设人体电阻值为RB，每一脚底与地面之电阻值为RF，接地系统电阻为R1及R0，两脚并联之脚踏大地电阻为½RF，则人体可忍受之接触电压为：(6)按上式释示，所谓接触电压其实是手之接触点至脚踏大地点之电位差，并非与大地零电位相较之差值。据此如果另一人立于远方，触及接于厂内接地网的导线或设备，则其感受之电震为接地网于事故时对地电位升高之全部值，见(7)之表示式，式中由于故障电流之总值IF，比IB大得多，因此事故发生时之地网电位EE甚大，而接触电压Etouch仅为对地电位升EE之一部份而已。(7)或 嗣据(5)与(6)式得知，步间电压与接触电压皆与地表层
10、电阻?S成正比，而与电击时间t之平方根成反比。易言之，地表层电阻?愈高且电击时间愈短时，则人体所能承受之电压值将愈高。爰此，厂区在构筑高压电源配电室或发电机房时，应在地表层铺设碎石层以增加S值，同时使用高速启断保护装置以减少t值。为?确保园区内工作人员之安全，务必让实际接触电压与步间电压小于容许接触与步间电压。伍、人体通过电流的危险结果当电流流过人体，除令人感到刺痛之震惊外，尚有可能导致麻木、痉挛及呼吸困难等症状，惟对人体最危险之情况是电流通过心脏。当流过心脏的电流突增，心脏原有的电讯号遭到破坏，导致正常的心跳变为每分钟数百次以上的细微颤动，此际心脏将失去帮浦(pumping)正常的机能，以致
11、血液循环停止，此时虽及时脱离电源仍很难使心室恢复正常脉动，在数分钟内卽告死亡，此种现象叫做心室纤维性颤动(Ventricular Fibrillation)。电击是否造成心室纤维性颤动端视电流通过人体后被人体所吸收之能量(Energy)来决定2，人体因电击所吸收的能量可以下式表示，即 或 (8)式中，SB：电流通过人体时所吸收的能量，0.027：由实验求出之纤维性颤动常数，t：电流通过人体的时间(秒)，在心室纤维性颤动之可能性为0.033秒，IB：一般人所能忍受不发生心室纤维性颤动电流(安培)。爰据上式可知电流大小及时间长短乃是引发心室纤维性颤动的主要关键。查表1电源频率与电流量对人体的生理反
12、应，第6项表示导致心室纤维性颤动可能性之电击时间及电流大小，若通过人体电流为1000mA，电击时间约仅0.03秒卽足以发生心室纤维性颤动，惟即使100mA的电流持续通过人体达3秒以上亦可能造成心室纤维性颤动。按该表可知引起同一生理反应之电流，依交、直流或交流频率之不同而有不同之数值，显见人体忍受直流电流能力较交流电流为大，而且男性会比女性有较强的耐电流能力，复对交流而言，人体对高频的感觉较迟钝，惟很不幸地，人体却对周遭60HZ商用频率最敏感，亦即危险性最大。表1 电源频率与电流量对人体的生理反应电击之影响 直流mA 交流(实数值) mA 男 女 60 HZ 10,000 HZ 男 女 男 女(
13、1)最小感知电流，不会感觉有否电流通过 5.2 3.5 1.1 0.7 12 8 (2)不感觉痛苦之电震，筋肉可活动自如 9 6 1.8 1.2 17 11 (3)己感觉痛苦之电震，但筋肉仍可活动自如 62 41 9 6 55 37 (4)己感觉痛苦之电震，己无法忍受程度 76 51 16.9 10.5 75 50 (5)己感觉痛苦之电震，筋肉强直，呼吸困难 90 60 23 15 94 63 (6)心室纤维性颤动之可能性： 1,300 1,300 1,000 1,000 1,100 1,100电击时间0.03秒 电击时间3秒 500 500 100 100 (7)确实心室纤维性颤动 第(6)
14、项数值2.75倍陆、电击的安全界限与容许接触电压如表2所示为电击电流与作用时间对人体的影响，电流范围在0及A1至A3间，通常视为不会留下后遗症的领域，电流在B1及B2之范围，作用时间必须满足一定条件才会发生心室纤维性颤动，如电流在B1范围，电击时间在拍动周期以下之情况，不会有心室纤维性颤动之顾虑，惟在B2领域电击时间虽亦在拍动周期以下，仍有心室纤维性颤动之危险。准此，依通过人体之电流量与通过时间两项自可判断电击的危害程度，倘电流在A3范围，则30mA.S(于1秒内通过30mA)以内者属于安全范围；超过50mA.S以上者即属于危险范围。爰此，为防止电击导致引起心室纤维性颤动，日本低压电路接地保护
15、规则，规定漏电断路器之动作要求为30mA.S，而国际通例亦取该值，作为低压回路保护的安全限界，在现行使用上已具良好成效。表2 电击电流与作用时间对人体的影响电流范围 50/60Hz之电流有效值 作用时间 人体之生理反应 0 00.5mA 虽连续也不致有危险 无法感知电流 A1 0.55mA (脱离限界) 虽连续也不致有危险 开始感知电流，惟不致发生痉挛，是在可随意电流领域(由接触状态能自动脱离，指腕等会有痛苦之感觉) A2 530mA 可达几分钟 不随意电流领域(发生痉挛，不可能由接触状态自动脱离)，发生呼吸困难或血压上升，是在能耐住限度 A3 3050mA 由几秒至几分钟 心脏之鼓动变不规则
16、，失神、血压上升，发生强的痉挛。长时间发生心室纤维性颤动 B1 50几百mA 心脏拍动周期以下之情形 受强烈的震动，惟不会发生心室纤维性颤动 拍动周期以上之情形 发生心室纤维性颤动、失神，接触部份留有电击电流之痕迹(拍动相位与电击开始时，并无特别之关系) B2 数百以上 拍动周期以下之情形 虽在作用时间拍动周期以下，惟在特定之拍动相位，电击开始时，发生之心室纤维性颤动，发生失神，接触部份留有电击之痕迹 拍动周期以上之情形 回复性之心脏停止，发生失神，不会发生心室纤维性颤动。因火伤有死亡之可能性 人体所能承受之安全电压，只要将容许通过人体的安全电流乘上人体总电阻即可定出。又鉴于人体电阻有个别差异
17、，乃依个人皮肤的干湿状况以及人体所碰触的漏电电机设备之接触电压而会有变化，准此，日本电气协会低压电路接地保护指针与国际电气标准会议(IEC)即依此理由订定各种接触状态的安全电压，如表3所示1。表内第三种接触状态系人体容许通过30mA之电流安全界限时，其对应的接触电压为50V，因而订出一般场所人体容许接触电压值应在50V以下，惟在湿气充满的浴室、冷冻室等，皮肤表面的电阻将会降低至可不计的程度，即仅剩内部组织电阻，使得在第二种接触状态下之容许接触电压仅为25V。综据前述，对于高压电活线作业电击之预防，除应以接近界限距离来限制工作人员与活线间之最小距离外，为有效防止用电设备漏电之电击事故，建议尽可能
18、降低电压与减少电流，欲达到上开目标最有效的安全防护措施，惟有装设高感度高速型漏电断路器，并配合电气设备外壳接地。表3 各种接触状态的安全电压种类 接 触 状 态 安全电压第一种 人体大部份在水中的状况 人体显著的湿润状态 2.5V 第二种 人体显然是潮湿状态 金属制电机机械装置或构造物，人体的一部份经常接触的状态 25V以下 第三种 第一种、第二种以外的情况，在平常的人体状况下，如加接触电压危险性高的状态 50V以下 第四种 第一种、第二种以外的情况，在平常的人体状况下，如加接触电压危险性低的状态 无限制 柒、结论电是一种无形无嗅的东西，电击电流通过人体约100mA以上足以令人丧命。人们在遭电
19、击之前往往尚难察觉，盖因电击系一触即发，惟一旦经发觉通常为时已晚，是故，如非预先防范，难免衍生伤亡事故。有些电击除了引发休克、烧伤等危险外，亦可能因电的冲击而发生高处坠落、滚落等2次伤害，因此，从事电业或相关人员务必特别注意作业安全，以免因一时之疏忽而导致终身遗憾。据上论结，高压电的电击固然可怕，惟低压电仍不容轻忽，低电压下之电击照样也会让人丧命，即使是家用低电压也常发生电击死亡事故，此乃因人体之安全接触电压仅50V而已，而一般电气均在110V以上，倘轻忽这些低电压，往往轻者令人瞬间不舒服，重者甚至引起心室纤维性颤动而致死亡。分析这些电击事故之原因不外乎是不安全环境与不安全动作两方面所造成，当然身心情况及心理因素往往也是导致事故之重要因素，因此为求作业安全，当然就必先除去这些不安全的因素。笔者认为宜就人、设备、环境、管理与作业方式等方面着手，凡电气设备在制造及安装作业阶段，务必遵守安全防护措施，使用中的设备应定期维护检查，发现不良设备应实时汰换或隔离检修，俾去除不安全的环境；次应加强作业人员电气安全教育训练、作业程序之改善与严格遵守工作守则来减少不安全的动作，此外，作业人员随时保持充沛体力、身心平衡、精神愉快及专心工作，如此才能有效减少电击事故的发生。捌、参考文献1 蔡健藏，电器保护与安全，三民书局，pp.407-413，1987年8月。2 IEEE 4646680
