觸電-淹水-高壓電擊-靜電-如何發生與預防 下集

在上篇文章中我們介紹了插座誤觸與漏電導致的觸電原理 觸電-漏電-靜電-高壓電擊-如何發生與預防 上集,希望大家能以正確的知識做出正確的防護措施。這次的文章要來介紹在水中的觸電原理、高壓電如何造成傷亡,以及關車門時為何會被靜電電到。

淹水觸電

淹水時若水淹過插座,人在插座附近觸電的機會很高,如果人站遠一點則不會觸電。有人會說水是導體,理論上應該再遠都會電到,為何只有電源附近的人會電到?

在水中越靠近電源越容易 觸電
在水中越靠近電源越容易 觸電

因為火線的面積很小,大地的面積很大,所以電流會以放射狀的方式散開流入大地。所以人站得越遠,所得到的電流密度就越低。

遠處的人不會觸電的另外一個原因,則是水並非良導體,它無法像電線一樣擁有幾乎為零的電阻,如果是工業用的純水,它可能還是個絕緣體。一般的水內都溶有離子,離子會導電,離子濃度越低導電率越差,電阻R越高,一般自來水的離子濃度並不高,因此電阻比電線高很多。

離子濃度低,電阻越高
離子濃度低,電阻越高

所以在淹水的環境中,要遠離電源,只要距離一拉開,電流密度就會降低。當然有部份原因是因為水畢竟還是有電阻存在,降低了電流。但如果是泥水,離子濃度高,安全距離則會變長。

水中觸電實驗

雖然剛剛說了在水裡站遠一點不會觸電,離子濃度低一點也不會觸電,但講歸講,大家還是會懷疑真實性,那就如下圖實際來做實驗,有圖有真相,我把手和電源延長線一起放進自來水裡面游泳,用來模擬手與火線/中性線的距離對觸電程度的影響。

將延長插座與手同時放在自來水裡,只要距離夠就沒事
將延長插座與手同時放在自來水裡,只要距離夠就沒事

實驗的結果是,如果與電極的距離大於2cm,完全沒有被電到的感覺。但如果把手指貼在電源孔上,則會有些微刺痛感,因為自來水中的離子導通的電流還不足以讓我的手感到非常疼痛。但若是在水裡加鹽巴,離子濃度增加,手指可是會非常刺痛,這部分我就不想試了,有點可怕。

這個實驗不使用裸線而使用插座延長線,是為了安全考量,因為我需要有個塑膠殼擋在手指和電極之間,造成很近但還沒碰到的狀況;如果使用裸線,則手指有可能不小心碰到電線,這非常危險,絕對會受傷。另外使用單手伸入水裡也是安全考量,這樣才能把電流限制在同一隻手上,電流在同手進同手出,不會經過心臟。

人體需與大地絕緣,讓電流路徑限制在水桶內
人體需與大地絕緣,讓電流路徑限制在水桶內

各位若要複製這個實驗,有一點必須要注意,如上圖,人體自身必需要與大地絕緣,這樣才能讓將電流限制在水桶內流動,若人體沒有與大地絕緣,則會有另外一條流往大地的電流路徑,而這條路徑會通過人體,這樣等於是把水桶當作電阻串接到人體,這樣是會觸電的,如下圖。

水中觸電實驗人體接地很危險
水中觸電實驗人體接地很危險

串連水桶觸電實驗

關於上面把手伸進水桶的觸電實驗,我其實也很好奇如果身體與大地沒有絕緣的話,到底會是甚麼感覺? 但我又不能真的這樣做,一方面是電流會經過心臟,另一方面是站在地面上我會跑不掉,因為怎麼逃跑都還是在地面上,以風險控制來說,直接做這樣的實驗很危險

所以我想了一個方法,如下圖,一樣是把手和水桶串接在一起的觸電實驗,但腳踩地面這部份則改用手貼牆壁來取代,觸碰水面這部份則改用手指碰金屬探棒來取代,而金屬探棒的另一端則插入水裡,中間還串了一個電錶做測量,而人體依舊與大地絕緣。

手掌與水桶串連的觸電實驗
手掌與水桶串連的觸電實驗

如此一來,萬一有甚麼狀況發生,只需手指一縮就斷路了,而且電流只會在手指與手掌之間流竄,不會經過心臟,是相對安全的做法。完整的電流路徑就是上圖的黃色線:插座火線->水桶->電線->電表->探棒->手指->手掌->牆壁->變壓器中性線。

接著我把手掌先貼在水泥牆上,然後用手指觸碰探棒,準備給自己觸電,實驗結果是:觸碰的那一瞬間,手指真的很麻

所以若要複製上面的實驗證明在水中遠方的電流很弱,必須要讓自己跟大地絕緣,否則整個水桶只是當個電阻而已。至於這桶水的自來水電阻是多少呢? 我還真的也做了實驗,各位可以參考這篇水的電阻是多少? 電阻率又是甚麼

高壓電能隔空打牛

新聞有時會出現人員被高壓電電到的消息,這些高壓電平常都在高空或地底,為何仍會有人被高壓電電到呢?

各位要先理解高壓電有個很奇妙的特性,就是它可以隔空打牛。人在地上是0V,高壓電可能上萬伏特,只要與高壓電線距離夠近,就會被隔空電擊。關於其他細節我寫在這裡-高壓電-隔空觸電-保持距離以策安全

太靠近高壓電會觸發電弧產生,因而 觸電 造成嚴重灼傷
太靠近高壓電會觸發電弧產生,因而 觸電 造成嚴重灼傷

一般的空氣是屬於絕緣狀態,一但有高低壓落差很大的電位差出現在空氣當中,當電壓高過空氣可承受的臨界點,空氣就會像玻璃一樣裂開,我們稱為崩潰Breakdown。

空氣裂縫裡面的空氣被高壓硬生生地扯開,稱為離子化Ionization,我在前面講過水是靠離子導電的,現在空氣的裂縫中也有離子了,因此這條裂縫就成為導電路徑了。由於空氣裂縫中瞬間通過大量電流會產生大量熱能與光能,因此你會看到閃光與爆裂聲,閃電就是這種現象的大規模表現。

雲裡累積的電荷讓空氣瞬間導通放電形成閃電
雲裡累積的電荷讓空氣瞬間導通放電形成閃電

最常見的觸電情況就是拿釣魚竿跨過平交道,只要釣竿一靠近電線就電到了,若釣竿是碳纖維材料製成那受傷更嚴重,因為碳纖維會導電。

拿釣竿橫跨鐵路平交道,容易受電擊
拿釣竿橫跨鐵路平交道,容易受電擊

另外有一種情況是為了拿卡在高壓電線上的物品,例如衣服、風箏之類,用竹竿去挑結果被電擊。大家以為竹竿是絕緣體,但我要告訴各位,一般在住家內是這樣沒錯,但在高壓電的環境下,一般大家熟悉的絕緣體可能都會變成導體,只有某些材料才能應用在高壓絕緣上。

所以面對高壓電,需要專業人員來處理,你唯一能做的就是離它遠一點。我看過一些影片竟然有人想在電車頂上自拍,結果變成鳥仔巴,真不知道他們在想甚麼,千萬別幹這種傻事啊!

靜電-關車門被電到

各位關車門的時候應該有被車門電過吧,尤其冬天更嚴重,我來說明一下原理。

關車門被電到真的很痛
關車門被電到真的很痛

如下圖,車子在行進間與空氣摩擦會產生電荷累積在車身上,而人下車的時候離開座位的瞬間會產生靜電,由於車門內的把手幾乎都是塑膠做的,這些靜電就會持續累積在身上。

人離開座位時會產生靜電
人離開座位時會產生靜電

我附帶說明一下,靜電的產生一般都說是摩擦,但其實還有”接觸”與”分離”也會產生靜電,人離開座位就屬於”分離”這部分,所以撕開膠帶也會產生靜電。至於誰產生正電荷、誰產生負電荷,我沒特別研究,就算同性電荷,只要數量不同,一樣會電人,因為它都要平衡。

當我們回頭關車門的時候,人體與車身有大量的電荷需要彼此平衡或者說中和,因此在手接觸門把的瞬間,會有大量的電流通過指尖,產生刺痛感。

大量電荷瞬間平衡產生刺痛感
大量電荷瞬間平衡產生刺痛感

基本上你無法消除靜電,它很自然就是會產生,你能做的只有減緩靜電造成的不適感。既然刺痛感是短時間有大量電荷需要平衡所致,那我們只需要在觸碰車門前把電荷先平衡好,之後關車門時就不需要再平衡了,手指也就不會痛了。

所以預防刺痛感的做法就是,下車離開座位之前,先把手搭在車門金屬邊框上然後下車,接觸面積越大越好,直到整個人離開座位才放手,如此一來離開座位產生的電荷便已經透過與邊框的接觸點,與車身平衡了,之後你關車門就不會再被電到了。這個方法我自己用了好幾年,非常有效。

觸碰門框直到下車可以避免靜電觸電
觸碰門框直到下車可以避免靜電觸電

靜電-開車門被電到

我在國外搭計程車的經驗是每開車門必定被電,真是電到心生畏懼。偏偏計程車整天在外面跑,等於無時不刻在充電,我們該怎麼辦呢?

各位可以買下圖左方的導電IC泡棉,它看起來黑黑的因為含有碳成分可以導電,這裡講的導電並不是說它可以像導體般的導電,而是它可以溫和地排除掉靜電,它的表面阻抗大約是1M ohm ~ 10M ohm左右。

導電泡綿/電鍍袋/抗靜電氣泡袋
導電泡綿/電鍍袋/抗靜電氣泡袋

對一般的低壓電110V/220V來說,導電泡綿算某種絕緣體,只能通過uA級的電流,正確來說是阻抗很大的電阻。但對於靜電來說,只要抗靜電材料能讓電荷流動達成一定程度的平衡,我們就稱它為導電Conductive。

回到包裝袋的主題,另外還有一種包裝稱為抗靜電電鍍袋Metalized Bag,外觀看起來帶些銀色,表面有一層薄薄的導電材料,通常是拿來包裝靜電敏感度較高的電子裝置,例如硬碟通常是用這種電鍍袋包裝。

再來就是粉紅色的氣泡袋,它表面有塗一層抗靜電劑,傳導靜電的效果一樣,粉紅色只是用來辨識用,一般透明的氣泡袋若塗抗靜電劑也一樣有效果,通常是用在工業包裝上。

那要怎麼用這些東西來防止開車門被電到呢? 很簡單,只要在開車門之前,拿著這些材料在車門上輕輕碰一下就可以了。在觸碰的那一瞬間,人體與車身之間就會達成電荷平衡,之後用手開車門就不會被電到了。

用IC導電泡綿觸碰車門做電荷平衡
用IC導電泡綿觸碰車門做電荷平衡

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