高壓電-隔空觸電-保持距離以策安全

只要不要碰到電源,一定不會被電到,這在一般的110V/220V是如此沒錯,但若遇到高壓電,那整個狀況就不一樣了,只要靠近它就可能被電擊,我們來看看下面的說明吧!

高壓電-到底多高壓

先來了解甚麼是高壓電,一般是以600V為界線,高於這個電壓就稱為高壓。為何要使用高壓傳送電力? 因為在相同功率下所需傳送的電流才會變小,這樣連帶所需的電纜截面積也會變小,所以線材重量會變輕,將來安裝或運送時,機具與施工成本就會降低。

目前在台灣所使用的高壓電大概就下面列出的這些應用:

市區電線杆或地下電纜

  • 6600V
  • 11.4KV
  • 22.8KV

電車用

  • 25KV – 只有台鐵用

電力傳輸

  • 69KV – 單條線為一組掛在電塔單支吊臂的礙子上
  • 161KV – 2條線為一組掛在電塔單支吊臂的礙子上
  • 345KV – 4條線為一組掛在電塔單支吊臂的礙子上

隔空觸電-保持距離才安全

之前國外有人想紅,爬到電車車頂伸美腿要自拍,當場就變成炸雞腿;還有人在電車車頂Running man,結果變成驚奇四超人的霹靂火;再來就是想不開的人去爬電塔,想學小鳥停在電線上,但是才把腳伸到絕緣用的礙子上時,瞬間成了高壓線與電塔之間的發熱電阻,通常不到一秒就演完人生跑馬燈了。

聖嚴法師說過:只要活著,就有希望。爬電塔只會讓問題更糟糕,好好活下去面對它才是正道。

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

遇到高壓電,管你甚麼藍白拖、運動膠鞋都沒用,它就是會硬生生的把絕緣特性給打穿,有穿膠鞋與沒穿膠鞋的差別只在於半熟與全熟而已。當然,高壓專用的絕緣塑膠材料還是有一定的效果,但一般人不會有那種東西,所以遇到高壓電,請閃遠一點,它有隔空打牛的能力。

安全距離

至於到底該距離多遠才是安全距離? 我發現這有制式的答案,寫在勞動部的職業安全衛生設施規則第260條裡面,而且相信絕大部分的人應該會認為這個是安全距離,但實際上並不是,後面我來解釋。

職業安全衛生設施規則 第260條
高壓電 “接近界線距離”-台灣的職業安全衛生設施規則 第260條

條文內的“接近界限距離”,我原先一直搞不懂是甚麼意思,後來才發現它原來是直翻美國消防協會裡面NFPA 70E文件內的名詞Approach Boundary,以高壓設備為同心圓由外到內它定義了三種Boundary,分別是Limited、Restricted、Prohibited。最外圈的Limited是”有限制”的意思,限制甚麼? 限制可以進入這個範圍邊界boundary的人,所以這是告訴大家,在這個距離作業的人,都需要認證過的專業人士才行,一般人在這個距離內,仍有感電危險。所以Limited Approach Boundary並非安全距離,那只是對於專業人士來說,相對安全而已。

而另外兩個界限,Restricted approach boundary與Prohibited approach boundary,越到後面就越靠近高壓設備,所需要的設備與專業度越高,基本上要穿得跟防爆裝一樣才能進去操作,因為非常危險,操作失誤是真的會爆的。

回頭看一下”接近界限距離”在各電壓的數字,跟NFPA比對了一下,我想它指的應該是Restricted approach boundary,只有這裡的數字才大概兜得起來。在某個電力論壇上有篇文章有說明各種boundary條件,Limited Approach Boundary Options 大家可以參考。

NFPA的limited approach boundry
NFPA的limited approach boundry

關於高壓電的安全距離,台電難道沒有寫嗎? 有,它有寫,只是我沒有在台電的條文內看到,只在台電網站的Q&A有看到建議值,高壓以上用戶可能遭遇用電問題 Q&A(用戶線部分),這個值就比較合理一些,符合一般手無寸鐵的人。

台電的高壓安全距離建議值
高壓電 安全距離建議值, 摘自台電文件

總之,雖然家裡的110V/220V電源只需要用塑膠、木頭就能做到絕緣,但面對高壓電,這些平常絕緣的材料可能都會瞬間變成導體。只要人與高壓電的距離進入到最小安全距離以內,就會產生電弧來電人。

電弧Electrical Arc-隔空打牛

高壓電之所以能隔空導電,是因為發生了電弧,或稱為閃絡。當電壓到了幾千或幾萬伏特,而且距離夠近時,就會有個奇特的現象出現-電弧Arc。由於電壓非常高以至於讓空氣的絕緣效果瞬間崩潰,在那一瞬間空氣被離子化Ionization成為導體,大量電流突然流過空氣,產生光和熱,這就是電弧。

高壓電、距離近,電荷就會隔空放電形成電流
電壓高、距離近,電荷就會隔空放電形成電流

雖然原本絕緣的空氣被打成導體,但空氣是流動的,那些被高壓分解的離子,終究會自行找到另一半重新結合變成電中性,但是一些固態的絕緣體可就不是這樣,一旦被高壓打穿,它就永遠是個裂痕在那裏了。所以有包塑膠皮的高壓電線,會有另一種劣化的風險,我寫在下面。

高壓電線劣化-水樹現象 Water treeing

高壓電線有沒有故障或劣化的疑慮? 當然有! 而且不處理的話就爆了。

高壓電纜分為兩種,第一種是鋁導體的裸線,另一種是有披覆的電纜線,裸線通常用在電塔等架空線,散熱好,重量輕,故障率低;披覆電纜線則用在靠近地面的地方,除了內層有傳遞高壓的導體外,外面還包有絕緣層,可阻隔強大的電場,最外層還有一個用來接地的隔離層。

裸線基本上沒有太大問題,但是有披覆的電纜就會擔心絕緣層會被打穿,因為雖說是絕緣但是在強電場環伺的情況下,若有水分跑進去,隨著時間的推進會被高壓電場強渡關山,絕緣塑膠會一點一滴的崩潰產生裂痕,只要一崩潰就是永久損壞,水就會從這些裂縫滲入,由於型狀看起來像一棵樹,而且還會慢慢長大,所以稱為水樹現象Water treeing,當若電纜的絕緣層被貫穿,內外層一旦短路就爆了。

事實上沒有水也能破壞絕緣,一樣會長裂痕,只是這種沒有水的樹稱為Electrical tree。網路上有影片,它把22KV電壓加在壓克力5mm距離的實驗,由於電壓高、距離很近,所以樹還長得滿快的,11min就達陣通電放煙火了。雖然我不知道它的化學反應是如何,但可以很明顯看到雖然它沒有水,也可以長出一棵樹,所以你會發現有披覆地高壓電纜絕緣層都滿厚的。

影片: 22KV加在5mm距離的壓克力上的Electrical tree測試
Electrical Treeing and Breakdown in Acrylic Glass – Dual Tree Growth

生活中的電弧

電弧雖然可怕,但是若將能量控制得宜,就能為我們所用。日光燈、霓虹燈就是很典型的例子,都是將電極加高壓之後產生電弧觸發螢光物質而發光,這其實有個專有名詞叫做氣體放電,其實真要說的話閃電就是大自然的氣體放電,只是時間無法持續,而且能量太大,基本上很難用也不能用。

另外鐵件的焊接工法,其中一種稱為電焊,也是電弧應用的一種,利用焊條與金屬短路時產生的電弧融化金屬做焊接,所以使用時要小心別碰到焊條了,碰到就觸電了。它的電壓不高,大約50V~80V,但是電流很大,大約150A上下。

把筆電的插頭插上時,是否有看到火花? 這也是電弧,由於電壓只有110V,所以只有在幾乎是接觸的狀態才會發生,比起上萬伏特會出現1~2m電弧的規模,110V所發生的電弧幾乎微不足道。

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