人体通过电流的危险结果

電擊對人體的危險性分析壹、前言隨著電力的普及化及工商業的發達，電氣化的機器設備已大量被應用於產業界，是以，電氣技術員與作業人員，無論是從事於電氣設備檢修、保養或是機器操作，有可能因人為作業疏失、設備裝置不良或絕緣劣化致發生電擊災害。

鑑於去年(93年)加工出口園區相繼發生兩件電擊死亡事故，分別為某勞工從事高壓電氣檢測及保養清潔作業遭電擊致死，以及某電工從事無塵室天花板電氣軌道安裝作業時不慎觸電身亡，爰為使區內員工深入瞭解電擊對人的危險，並資借鏡避免是類事件再次發生，復為配合園區管理處推動零災害政策，職是之故，順應以「電擊對人體的危險性分析」著手研究，期藉由拙文的探討能讓勞工朋友有更臻正確的電氣安全知識，進而對電擊危害之預防有所助益，以杜絕災害事故之發生，俾保障全體同仁之生命安全，減少事業單位之災害損失。

貳、決定電擊的嚴重性(Determining The Severity Of An Electric Shock) 在電氣告示牌上通常寫著「高電壓危險」，這是否意謂著一個人遭受電擊是因為電壓造成的傷害？如果不是，那麼是由什麼原因所造成呢？我想很多人有此疑惑，有必要加以釐清，以下謹就上述疑問，縷析如后，就低壓而言，大部份是電流造成的傷害，惟對高壓而言，則是由於電壓和電流二者造成的傷害。

由於電流通過電阻元件會產生熱，是以，倘電流通過人體，人體電阻產生的熱勢將危害體内器官；又當一個人碰觸高電壓時，這高電壓將使電流在離開人體的那一點造成爆發電流，電壓愈高則愈有機會迫使較大的電流穿過一個較低電阻的人體。

例如當某人之一手碰觸非接地線，而雙腳係在被接地的情況，此時人體恰好為電流建立一條流通路徑，惟電擊的嚴重性是由通過人體的電流量、時間、電源頻率、流過人體的路徑與電擊當時人體的情況來決定。

準上，雖知電壓和電流都是造成電擊的原因，然並未見電壓出現在上揭電擊嚴重性的因素中，顯然電擊傷害之直接原因並非電壓而是電流。

參、人體之電阻電擊對人體危險性與通過人體的電流有關，電擊電流之大小係由接觸電壓(加於人體的電壓)與人體電阻所決定，當加在人體的電壓是定值時，流經人體的電流則主要靠人體電阻來支配。

人體皮膚電阻又依接觸狀態的不同而有差異，電阻越大，電流就越小，則電擊的傷害也就較輕；倘電擊處的皮膚較為潮濕，則接觸點之電阻勢必甚低，爰電擊電流增大，勢將導致嚴重之傷害。

為此，以往曾經發生即使遭高電壓電擊猶能僥倖存活，反而觸及低電壓者卻不幸死亡之案例，探究其主因乃人體電阻不同之原故。

一般人體電阻分為内部組織電阻與皮膚電阻，等效電路如圖1所示[1]，内部組織電阻係指電流穿越皮膚後人體僅存之電阻，大約為500Ω之低電阻，此時的人體是個非常好的導體；皮膚電阻並非定值，乃隨接觸面、所加電壓之高低以及當時皮膚表面乾濕情況而變，依此，人體電阻變化的主因乃皮膚電阻的改變，圖2所示係佛來貝爾卡(Freiberger)在50H Z之交流電下，研究人體之手與脚間電阻隨電壓變化之情況。

如接觸電壓為200V時，乾燥皮膚表面電阻達3000Ω，平均電阻值約為2000Ω，而濕皮膚僅為1200Ω；隨著人體接觸電壓的提高，人體電阻有降低之趨勢，而所加電壓在1KV以上後，皮膚電阻將被破壞，僅存內部組織電阻。

綜上，當人體在潮濕狀態或加於人體之電壓越高，人體電阻變小，則通過人體之電流會越大，當然危險性就越高。

C C圖1 人體電阻之等效電路12345人體電阻Ω)(k -接觸電壓(V)圖2 接觸電壓與人體電阻的關係除了上述人體電阻之外，手碰觸帶電體及腳底的接觸電阻亦是決定通過人體電流的因素之一。

手的接觸電阻通常可視為零，惟人體站立大地之接觸電阻R F ，乃視脚底之表面積、體重及土壤電阻等實際情況而定，如人體站立處之設施與地面是絕緣時，則電擊電流為零。

按IEEE Std.80，人體的雙腳係模擬成圓形平板，腳底與地面之接觸電阻可由下式求得d R sF 2ρ= …………………………………………………………(1) 式中 土壤的電阻係數=s ρ(Ω-m)d = 圓板的直徑(m)蓋一般成人的單腳脚底面積約為180cm 2，等效為直徑15.1cm 的圓板，雙脚合併脚底面積等效為直徑21.4cm 的圓板，則脚底接觸地面之電阻(R F )計算如次。

(Ⅰ)、單脚脚底之接觸電阻S S SF d R ρρρ31.3)151.0(2211=== (2)(Ⅱ)、雙脚合併脚底之接觸電阻S S S F d R ρρρ34.2)214.0(2222===……………………………………(3) (Ⅲ)、雙脚分開腳底之接觸電阻S S SF d R ρρρ66.12)151.0(22213===…………………………………(4) 綜上所述，足見接觸電阻值會隨人體站立之情況而異，惟基於電擊電流與接觸電阻成反比，從而通過人體之電流會隨接觸電阻之減小而增加。

比較上開三式得知兩脚分開站立時，腳底之接觸電阻最低，是以，在此狀態下電擊對人之危險性最大。

肆、電擊的危害型態電擊的危害大略可歸納為步間電壓(Step Voltage)與接觸電壓(Touch Voltage)二種主要的型態，如圖3所示為站立於線路接地點附近因步間電壓所造成的電擊情形，如圖4所示為人員因觸摸漏電的電氣設備外殼而受到接觸電壓電擊情形。

就高壓系統而言，步間電壓和接觸電壓兩種情形都有可能發生，至於低壓系統的步間電壓較接觸電壓來的小，爰低壓系統的電擊事故主要以接觸電壓為主，茲分述如次：(一)、步間電壓：電氣設備接地範圍內之電壓梯度(Potential Gradient)，由於接地系統的埋設情形及土壤電阻率之不同會發生不同的分佈情形，對分佈於人體最大跨距的兩足間之電位差稱為步間電壓，如圖3(a)所示。

當接地電流I F 經由接地導體流入大地後，電流會經由接地導體而向四周流散，使得接地點周圍地面會因土壤電阻率的不同而帶有不同的對地電位。

是故，人員若站在接地點附近，兩腳間可能承受某一電壓值，如圖3(b)之等值電路，設人體等效電阻R B 為1000(Ω)，腳底與地面之電阻為R F （實用上常假定為3ρS ），接地系統電阻為R 1及R 0，流過人體之電流為I B ，人體通過電流的時間為t ，則人體可忍受之步間電壓為()BF B step I R R E 2+= ()tS 165.061000ρ+= (5)B (b)等值電路1(a)示意圖圖3 接地鐵塔附近人體的步間電壓分析(二)、接觸電壓：當電力設備發生接地故障，故障電流經由設備外殼流入大地，設備接地電阻會產生電位降，倘若人站立地面而手觸設備外殼時，則在觸及設備之手與足間即有接觸電壓存在，如圖4(a)所示。

如圖4(b)為等值電路，設人體電阻值為R B ，每一腳底與地面之電阻值為R F ，接地系統電阻為R 1及R 0，兩腳並聯之腳踏大地電阻為½R F ，則人體可忍受之接觸電壓為：()()1165.05.1100021R I I tI R R E B F S B F B touch -=+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ρ………………(6) 按上式釋示，所謂接觸電壓其實是手之接觸點至腳踏大地點之電位差，並非與大地零電位相較之差值。

據此如果另一人立於遠方，觸及接於廠內接地網的導線或設備，則其感受之電震為接地網於事故時對地電位升高之全部值，見(7)之表示式，式中由於故障電流之總值I F ，比I B 大得多，因此事故發生時之地網電位E E 甚大，而接觸電壓E touch 僅為對地電位升E E 之一部份而已。

F B FB E I R I R R E ++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=02………………………………………………(7) 或 F t o u ch E I R E E 0+= 嗣據(5)與(6)式得知，步間電壓與接觸電壓皆與地表層電阻率ρS 成正比，而與電擊時間t 之平方根成反比。

易言之，地表層電阻率愈高且電擊時間愈短時，則人體所能承受之電壓值將愈高。

爰此，廠區在構築高壓電源配電室或發電機房時，應在地表層舖設碎石層以增加ρS 值，同時使用高速啟斷保護裝置以減少t 值。

為了確保園區內工作人員之安全，務必讓實際接觸電壓與步間電壓小於容許接觸與步間電壓。

0R 圖4 接地鐵塔附近人體的接觸電壓分析1(a)示意圖(b)等值電路伍、人體通過電流的危險結果當電流流過人體，除令人感到刺痛之震驚外，尚有可能導致麻木、痙攣及呼吸困難等症狀，惟對人體最危險之情況是電流通過心臟。

當流過心臟的電流突增，心臟原有的電訊號遭到破壞，導致正常的心跳變為每分鐘數百次以上的細微顫動，此際心臟將失去幫浦(pumping)正常的機能，以致血液循環停止，此時雖及時脫離電源仍很難使心室恢復正常脈動，在數分鐘內卽告死亡，此種現象叫做「心室纖維性顫動(Ventricular Fibrillation)」。

電擊是否造成心室纖維性顫動端視電流通過人體後被人體所吸收之能量(Energy)來決定[2]，人體因電擊所吸收的能量可以下式表示，即027.02==t I S B B 或 t I B 165.0= (8)式中，S B ：電流通過人體時所吸收的能量，0.027：由實驗求出之「纖維性顫動常數」，t：電流通過人體的時間(秒)，在心室纖維性顫動之可能性為0.03~3秒，I B：一般人所能忍受不發生心室纖維性顫動電流(安培)。

爰據上式可知電流大小及時間長短乃是引發心室纖維性顫動的主要關鍵。

查表1電源頻率與電流量對人體的生理反應，第6項表示導致心室纖維性顫動可能性之電擊時間及電流大小，若通過人體電流為1000mA，電擊時間約僅0.03秒卽足以發生心室纖維性顫動，惟即使100mA的電流持續通過人體達3秒以上亦可能造成心室纖維性顫動。

按該表可知引起同一生理反應之電流，依交、直流或交流頻率之不同而有不同之數值，顯見人體忍受直流電流能力較交流電流為大，而且男性會比女性有較強的耐電流能力，復對交流而言，人體對高頻的感覺較遲鈍，惟很不幸地，人體卻對周遭60H Z商用頻率最敏感，亦即危險性最大。

表1 電源頻率與電流量對人體的生理反應陸、電擊的安全界限與容許接觸電壓如表2所示為電擊電流與作用時間對人體的影響，電流範圍在0及A1至A3間，通常視為不會留下後遺症的領域，電流在B1及B2之範圍，作用時間必頇滿足一定條件才會發生心室纖維性顫動，如電流在B1範圍，電擊時間在拍動週期以下之情況，不會有心室纖維性顫動之顧慮，惟在B2領域電擊時間雖亦在拍動週期以下，仍有心室纖維性顫動之危險。

準此，依通過人體之電流量與通過時間兩項自可判斷電擊的危害程度，倘電流在A3範圍，則30mA.S(於1秒內通過30mA)以內者屬於安全範圍；超過50mA.S以上者即屬於危險範圍。

爰此，為防止電擊導致引起心室纖維性顫動，日本低壓電路接地保護規則，規定漏電斷路器之動作要求為30mA.S，而國際通例亦取該值，作為低壓迴路保護的安全限界，在現行使用上已具良好成效。