避免觸電-接地要短路-人體要絕緣-那種才對?

你一定聽過要 避免觸電 必須要做好絕緣，你一定也聽過要避免觸電，一定要將電器機殼與大地短路，咦! 短路不是一件不好的事情嗎? 到底是該短路還是該絕緣?

避免觸電 從吊車說起

我寫過一篇吊車誤觸高壓電的文章，告訴大家操作吊車必須要將車體接地，事實上所有的電器只要是有金屬外殼，都需要把外殼接地。

今天就來分析一下為何接地之後人就不會觸電? 如下圖，我先把69KV高壓電當作電池方便解釋，其餘角色設定如下:

• 吊車有接地
• 吊車與電線的接觸電阻為R1, 假設為500 ohm
• 吊車本身的電阻為\(R_{car}\)
• 人體本身的電阻為\(R_{human}\)

當人員操作吊車誤觸到高壓電線時，當下的等效電路如下圖，由於人與車都站在地面上，因此\(R_{car}\)與\(R_{human}\)是並聯的狀態，下面我們就以此來做討論。

吊車觸電的等校電路

電路分析

接觸點的火花

絕大部分的人在學習電子電路的過程中都會把接觸點的電阻R1當成零，若電線的容量遠大於承載電流的話，電阻真的可以當作零；但若電線容量小於承載電流，就得把等效電阻考慮進來了，因為你必須要計算熱量，一但電流過大電線就會被燒熔。保險絲就是電流熱效應的典型應用，但一般的電力線可不希望自己變成保險絲。

因為接觸點R1截面積小，又要流經這麼多電流，根據電阻定律R1的等效電阻值相對高，而且上面通常會塗漆，更增加了電阻，我在這裡假設R1是500 ohm。雖然接觸點是金屬碰金屬，你不要以為金屬都可以無限制的導電，過多的電流會讓金屬產生熱量，稱為電流熱效應，熱量累積到一個程度就把自己燒熔了。因此在觸碰高壓電的瞬間，接觸點會產生火花，就是因為大量電流要通過這麼小一個點，就產生了熱效應，另外有一部分的煙霧會來自於燒焦的油漆。

接地提供了另一條電流路徑

\(R_{car}\)其實是很低的但不是零，它包含了車子的電阻與接地電阻，車架是金屬做的又粗又厚，可以當它電阻是零，你可以當它是很多金屬線並聯的結果，金屬線本身電阻已經很低了，這麼多並連起來的電阻就更低了，或著你可以用截面積來思考，運用電阻公式因為金屬截面積大，所以電阻較低。整個\(R_{car}\)唯一會貢獻電阻的地方在車子與地面的接地電阻，大部分的電流會從這個路徑經過，由於吊車的接地應該都是臨時做的，所以先假設接地電阻是50 ohm。

人的電流越小越安全

在並聯電路中，兩個電阻\(R_{car}\)與\(R_{human}\)承受的電壓相同，根據歐姆定律V=IR，既然電壓V固定，那麼電阻R愈小則電流I就會越大。車子是金屬做的又有接地，所以\(R_{car}\)的電阻比人小很多，所以車子的電流就會比人大很多，絕大部分的電流都走車子，人體只會有一些小小小電流，只要流經人體的電流小於10mA，人體就是安全的。

避免誤觸高壓電

上述的安全保證來自於，接地電阻必須要遠小於吊臂與電線的接觸電阻，如果吊車的吊臂重重的壓在高壓電線上面，我個人推測接觸電阻可能反而會變小，因為接觸點會先燒熔，然後越熔接觸面積越大，於是接觸電阻就越小，它等於吊車本身也是高壓電的一部分了，萬一有人摸到車身，就一定會觸電，這種情況的話應該就神仙也難救。

如果車子沒接地

剛才的討論是在車子有接地的情況下討論的，若車子沒接地會變成甚麼樣子呢? 沒接地表示車子與地面有很大的電阻，也就是\(R_{car}\)非常高，所以吊車就算碰到電纜，也不會有電流產生，就算有也是很小的電流。

但在地面的操作員就麻煩了，吊車雖然沒接地也沒電流經過，但人員\(R_{human}\)可是扎扎實實的站在地面上，這時比的是兩者電阻的大小，若操作員穿拖鞋又剛好腳趾碰到地面，\(R_{human}\)明顯會小於\(R_{car}\)，這時電流就會經過人體，也就是俗稱觸電。

問個問題，電源的部分是扎扎實實的69KV，如果人會沒事的話，這些能量都去哪裡做功了? 答案就是: 這些能量全部集中在兩部分，一部分是吊車與高壓電線的接觸點B上，所以B點會冒火花冒煙，電壓在這裡做功，只是它不是我們要的功；另一部分是吊車與地面的接地線，接地線可能會發熱，這就是為何接地線要越粗越好的原因，萬一接地線瞬間燒斷，就變成沒接地了那就很危險，除非人的反應可以像漏電斷路器一樣快，馬上瞬間把手移開，但我想應該沒有這種人。

避免觸電 要搞清楚主角是誰

要避免觸電，就是要避免電流經過人體，所以做法上就有兩種

• 人體要絕緣-避免電流直接經過人體
• 金屬設備要接地-讓電流進入大地

絕緣是避免與電流直球對決，而接地是將電流引導到其他地方，所有的用電安全都是圍繞著這兩件事情打轉。所以接地的主角是東西，絕緣的主角是人，這樣大家有清楚了嗎?

短路很危險嗎

短路Short沒有這麼可怕，它的意思只是”接觸”而已，所以短路本身沒有好壞，端看你怎麼接，硬要分的話可以分為正確短路與錯誤短路。

電燈會亮是因為電源開關Switch將迴路短路，所以這是正常的短路應用；而電箱施工時若將火線與中性線不慎短路，則在接觸點會產生大量電流產生高熱引起火花，這是錯誤的短路。

由於一般短路的正常應用不會引起大家的目光，因此不會有人討論這個議題，但錯誤的短路則可能引發火災，因此容易吸引目光討論非常熱烈，久而久之大家就對短路有負面印象了。

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