觸電-漏電-如何發生與預防

大家或多或少一定有 觸電 的經驗,這次阿信助教要來告訴大家觸電發生的原因,以及要如何預防,真心希望別再有人觸電。

一般家裡常見到的三孔插座,短孔是110V火線,長孔是0V中性線,圓孔則是0V地線。至於中性線與地線的差別,請參考這篇三孔插座-兩孔插座-中性線與地線差在哪裡,這次我還拍了影片來助陣。

火線與中性線-容易理解的 觸電

觸電最根本的原因,就是人體橫跨在火線110V與中性線0V之間,被當成了負載。如下圖,一手摸火線、一手摸中性線,電流從火線進來,大量電流直接穿過人體,最後再從中性線回到電源,不死也半條命,這個原理大家應該都不陌生。

你一定有看到我還故意畫了一個木板給老兄站著,因為我要讓問題單純化,至於把木板拿掉的情況,我把它列為第三種情況,後面還會為大家說明。

直接觸碰火線與中性線會 觸電
直接觸碰火線與中性線會 觸電

火線與地線- 似懂非懂的 觸電

第二種情況,如下圖直接觸碰火線與地線,下場也是很淒慘,雖然說地線是漏電的安全措施,但地線不是拿來這樣用的,那地線要怎麼用? 我在後面也有說明。

觸碰火線與地線導致 觸電
觸碰火線與地線導致 觸電

以上圖來說,黃色的電流會沿著火線經過人體,從插座的地線回去,由於地線與中性線在電源端是相接的,所以電流最後還是會從中性線回到電源。因為一般人對於地線了解有限,所以我形容這是似懂非懂的觸電。

火線與大地-莫名其妙的 觸電

第三種情況就是赤腳站在大地摸火線,如下圖,這時電流會穿過人體人體進入大地,由於電源端的中性線也有接地,因此穿過大地的電流會從電源端的地線回到中性線,形成電流迴路。

赤腳站大地摸火線會 觸電
赤腳站大地摸火線會 觸電

可能有人會問,電流進入大地之後是怎麼找到路回到電源端? 其實它不用找,因為電源端只要能從大地抽出與火線相等的電流就可以了,宏觀的看起來,就好像大地是一根導線一樣。至於回收的電流是不是當初送出去的電流,並不重要。

由於赤腳的情況大都發生在住家,因此若家用電器發生漏電,地板又是洗石子地或水泥地,就會被電到。由於是在住家發生,通常就會被電得莫名其妙。

以上就是觸電的基本原理,所有的觸電都不出這三種情況。

安全第一-別忽略風險

可能有人會覺得前面這幾個例子很瞎,怎麼會有人會觸碰火線? 他們是頭殼壞去了嗎? 確實,沒有人會想去摸火線,但如果是在電線裸露的場合, 例如安裝插座、電燈的時候,就很容易不小心碰到火線,所以不是人故意去摸電線,而是不小心就可能摸到,因此施工一定要謹慎。

尤其是安裝作業久了,心防容易鬆懈,為了貪圖一時方便,就容易出事。例如我曾遇過抽水馬達要送修幾天,因此師傅需要先把馬達的電源線移除,但留下來的電源線卻沒有用膠帶纒起來,理由是開關箱的斷路器是OFF的。

聽起來很有道理,但他怎麼能把自己責任該做的防火牆,推給前一個防火牆,這樣原本有2道防護,就變成只有一道防護,我想他可能認為大樓的蓄水池不會有人進進出出,所以做出這種藝高人膽大的決定。

不巧的是當時正逢大樓的揚水系統不穩定,故障時剛好會有人進出蓄水池來做手動啟動,而他所留下來的裸線剛好就在開關箱旁邊,若有人誤把抽水馬達開關當作揚水系統開關Turn ON,這不就非常容易觸電? 當時我馬上請他用膠帶把裸線包起來,即便無熔絲開關已經OFF,這是一種風險概念。

千萬別高估自己的風險承受能力,電到自己最後總是家人受害,電到別人時除了無止盡的訴訟之外,最後一樣還是家人受害,俗話說淹死的大部分是會游泳的,就是這個道理。所以一定要有風險概念,施工記得穿鞋子、長褲與長袖,電線該包起來的就包起來。

漏電-完美偽裝的火線

關於摸火線這種事情,雖然平常不會這麼容易發生,但另外有一種情況會讓你在不知情的狀況下摸到火線,稱為漏電。所謂漏電就是電器內的電源電路,不小心與金屬機殼觸碰,造成機殼帶電的現象。

如下圖,電路板與金屬外殼若距離過近,配上日積月累的灰塵與水氣,就會讓金屬外殼帶電,別小看灰塵,我遇過累積大約0.5cm厚的灰塵;另外受擠壓的電線,總有一天塑膠外皮會被搓掉,裡面的裸線會露出,直接與金屬外殼接觸;再來是電源模組安裝時,沒把電線整理好,留了一點點銅絲在外面晃,萬一碰到金屬外殼(例如展示架),哪個倒楣鬼摸到了就會觸電。

漏電不見得會觸電

新聞上曾經看到的路燈觸電、百貨專櫃觸電、體育館的座位觸電,都是漏電造成,但妙的是並不是每個人都會被電到,為什麼呢? 這就要讓我來好好說明一下。

出個題目考考大家,如下圖,這位老兄摸到漏電的電器外殼是否會馬上觸電? 那可不一定喔,如果他赤腳踩在水泥地或泥土地上,他摸下去的那一瞬間確實電流馬上會通過人體,如下圖所示,此時他眼前絕對會閃過人生跑馬燈,非死即傷。

因為泥土地在與人體的接觸面很大的情況之下,其實是可以當作電阻導電的,雖然它還稱不上導體,但赤腳在大地上摸到漏電裝置,是絕對會觸電的。

但有一種情況它不會觸電,若他有穿鞋子,由於現在的鞋底幾乎都是橡膠做的,所以不會通電流,就不會觸電。這就造成有些人會觸電,有些人不會觸電的情況。這也是漏電難以察覺的主要原因,因為前面一堆人都有穿鞋,大家摸到都沒事,所以漏電沒有被發現,偏偏剛好這位老兄只因腳癢脫鞋抓抓腳,就觸電了。

再來有些情況是穿鞋也沒用,因為有些人雖然有穿鞋,但他穿著短褲扶著漏電裝置跪下來找東西,雖然電流無法從腳流出去,卻反而是從膝蓋出去,結果論來說最後也是觸電。

為了避免這種情況發生,所有具金屬外殼的電器都要接地,它的目的就是要讓下圖的漏電流透過地線流到大地,才不會流過人體。

你可能會問,電流又不長眼,它哪裡知道誰是地線,誰是人體? 其實這就是自然現象,和水往低處流、柿子挑軟的吃意思是一樣的,電流會找電阻低的地方竄。

我把上面的場景圖換成等效電路圖大家可能就比較清楚。如下圖,左邊的線是電源110V、右邊的線是電器金屬外殼Metal housing、下方是大地Ground。

原先電源110V與金屬外殼是沒有接觸的,也就是上圖虛線圈起來的地方是空的,就是斷路的意思。但由於可能雜物掉進機殼內,例如螺絲釘、灰塵、老鼠之類的掉在裡面,讓電源與金屬外殼有接觸管道出現,也就是虛線圈起來的地方短路了,如此一來電路右方的機殼就會帶電壓。

若此時機殼有做接地,由於接地電阻很小,我先假設是10 ohm,相較於人體10K ohm的電阻小非常多,因此絕大部分的電流會通過接地路徑。注意! 我是說絕大部分的電流,不是說全部,因為接地電阻畢竟不是0 ohm,這就表示仍會有微小的電流經過人體,只要低於人可以感知的範圍,就不算觸電。類似的案例我也寫在這裡避免觸電-接地要短路-人體要絕緣-到底是該短路還是絕緣

當然,要有這種防護效果的前提是,你的接地工程必須要做得很確實才行,如果接地工程沒做好讓接地電阻很高,假設剛好高到跟人體的電阻相同,那就表示電流各分一半,也沒好到哪去,一樣會觸電。

若社區的總電箱有把中性線與地線短接在一起,防護效果會更好,因為那是電線直接短接,各位可以參考這篇 三孔插座-兩孔插座-中性線與地線差在哪裡 。但以社區和台電之間的電網來說,接地工程仍然是需要的。

電源關閉仍被電到? Why?

相信不少人有這種經驗,換電燈時即便開關已經OFF,但仍被燈座電到,那是因為開關安裝在中性線的關係,被電到的狀況屬於前述的 火線-大地 之間的觸電。

如上圖第一個迴路,正常來說開關應該要安裝在110V火線,如此Turn off的時候燈座才會完全沒有電壓,即便中性線Neutral與燈座連接著,但它的電壓是0V,因此是安全的。

而上圖第二個迴路,若工程人員把開關安裝在中性線上,雖然燈泡仍可正常運作,但安全性則大打折扣,由於火線永遠接著燈座,因此燈座永遠會帶電。只要住戶赤腳踩在大地上摸到燈座,一定會觸電,因為開關切的根本不是火線。

接下來還有水中觸電、高壓電觸電,還有關車門的靜電觸電,我會在另外的文章中說明。

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4 Comments

  1. 阿信助教 您好:
    請教幾個問題
    1. 一般商用飲水機內部若裝有漏電斷路器,是否還需要外殼接地?
    2. 外殼接地是不是一定要從外殼拉線,若插頭上有接地端,可否利用其作外殼接地?

    先謝謝您的回覆。

    • 1.
      外殼有接地比較好
      有接: 漏電斷路器 是偵測流到大地的電流而跳開
      沒接: 漏電斷路器 是偵測流到你身上的電流而跳開

      2.
      插座的接地孔, 就是讓你的電器外殼拿來接地用的
      問題在於, 牆壁的插座到底是不是真的有接地, 這也是很多半新不舊大樓的問題
      新房子我知道有接地, 但舊房子就很難說了
      要確認 就要花錢請人來測量接地電阻
      不然就要另外做接地施工, 但房子都蓋在地上要怎麼施工, 這部分我就沒研究了

  2. 阿信助教您好:
    看完這篇觸電後,想起以前上開放式課程卻沒得到答案的問題,想請教幾個小問題。
    1.某110V的電燈,開關已ON,假設0V(低電位)已跟地面(大地)接地,請問在此通電狀況下站在地面拿虎頭鉗剪斷0V的電線是否會觸電或起火花?如果會是為什麼?站點跟電線0V不是同電位嗎?
    2.假設一隻小鳥雙腳站在戶外已通電但同電位的電線桿的電線上,站點的電線裸露沒絕緣,迴路已通電,小鳥是否會觸電?(雙腳下電線同電位)
    另外是否有什麼情況下是人體在接觸高壓電(幾千V以上),人觸碰後可以讓電流只從人體表面通過,不影響生命

    • 你的問題有水準, 看起來很簡單, 但卻牽涉很多基本觀念
      1.
      0V的電線只存在於還沒剪斷之前,剪斷之後,靠近電源那一段因為有接地仍然是0V, 接燈泡那一段會變成110V, 因為那段電線是透過燈泡和110V接著電源。剪斷的那一瞬間會有火花,因為剪斷的瞬間, 導線接觸面積突然變小, 在完全斷掉之前, 一定會有一個瞬間是導線的接觸面積超級小,導致電流讓導線過熱引起火花。
      2.
      小鳥不會觸電, 因為自身有電阻, 但腳下的導線電阻超低, 所以絕大部分的電流都會通過導線, 但小鳥本身還是有些微電流通過, 畢竟電阻不是無窮大。有一種情況例外, 就是電流超大, 大到通過小鳥的些微電流都變成大電流 , 那小鳥可能就會被電到,被閃電擊中的電線就可能會發生這種事情.
      3.
      高壓電只從人體表面通過的秘密 是高頻高壓, 聽說大約3000~4000Hz的頻率 就可以做到, 這我沒試過.

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