【實作實驗室】為什麼碰插座會「觸電」,如何預防?

作者:實作派

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,希望別再有人觸電。

一般家裡常見到的三孔插座,短孔是 110 V 火線,長孔是 0 V 中性線,圓孔則是 0 V 地線。至於中性線與地線的差別,請參考【實作實驗室】中性線不是地線!別再誤會搞錯了,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 110 V 與中性線 0 V 之間,被當成負載。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,後面會ㄏ為大家說明。

直接觸碰火線與中性線會觸電(圖片來源:實作派)

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?我在後面也會說明。

觸碰火線與地線會導致觸電(圖片來源:實作派)

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(圖片來源:實作派)

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,宏觀看來,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。

由於赤腳的情況大多發生在住家,因此如果家用電器發生漏電,地板又是洗石子地或水泥地,就會被電到。

以上就是觸電的基本原理,所有的觸電都不出這三種情況。

別忽略風險!安全第一

可能有人會覺得前面這幾個例子很瞎,怎麼有人會觸碰到火線?是頭殼壞掉嗎?確實,沒有人會去摸火線,但如果是在電線裸露的場合, 例如安裝插座、電燈時,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。

(圖片來源:實作派)

尤其安裝作業久了,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做手動啟動,而他所留下來的裸線剛好就在開關箱旁邊,如果有人誤把抽水馬達開關當作揚水系統開關 Turn ON,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,這樣做能降低風險。。

千萬別高估自己承受風險的能力,電到自己最後總是家人受害,電到別人除了是無止盡的訴訟外,最後一樣也是家人受害。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

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,電路板與金屬外殼如果距離過近,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 0.5 cm 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,如果碰到金屬外殼(例如展示架),就會觸電。

(圖片來源:實作派)

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、體育館的座位觸電等,都是漏電造成的,但妙的是並不是每個人都會被電到,為什麼呢?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!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,這時他眼前絕對會閃過人生跑馬燈,非死即傷。

(圖片來源:實作派)

因為泥土地在與人體接觸面很大的情況下,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。就是當他有穿鞋子時,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,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,導致雖然電流無法從腳流出去,卻是從膝蓋出去,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,目的就是要讓下圖的漏電流透過地線流到大地,不要流過人體。

(圖片來源:實作派)

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、柿子挑軟的是一樣的意思,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 110 V、右邊的線是電器金屬外殼 Metal housing、下方是大地 Ground。

(圖片來源:實作派)

原先電源 110 V 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,這是斷路的意思,但由於可能雜物掉進機殼內,例如螺絲釘、灰塵、老鼠等掉在裡面,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。

如果此時機殼有做接地,由於接地電阻很小,我先假設是 10 ohm,相較於人體 10 K 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。

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,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,就表示電流各分一半,也沒好到哪去,一樣會觸電。

如果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【實作實驗室】中性線不是地線!別再誤會搞錯了,但以社區和台電之間的電網來說,接地工程仍然是需要的。

電源關閉還是會被電?

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與大地之間的觸電。

(圖片來源:實作派)

如上圖第一個迴路,正常來說開關應該要安裝在 110 V 火線,如此 Turn off 時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 0 V,因此是安全的。

而上圖第二個迴路,如果工程人員把開關安裝在中性線上,雖然燈泡仍可正常運作,但安全性會大打折扣(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,就一定會觸電,因為開關切的根本不是火線。

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

Author: StrongPiLab

實作派電子實驗室(StrongPiLab)是一個著重知識與經驗的實作交流媒體,提供工程師們理論外的實務經驗,主要傳達電子產品與家電用品的正確操作概念與生活小常識、解說各種測試手法的技巧。

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