|

【實作實驗室】你所不知道的高壓電!隔空觸電會電死人?

   

作者:實作派

只要不要碰到電源,一定不會被電到,這在一般的 110 V/220 V 是如此沒錯,但如果遇到高壓電,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?

先來了解什麼是高壓電,一般是以 600 V 為界限,高於這個電壓就稱為高壓。

為什要使用高壓傳送電力?因為高壓電讓在相同功率下所需傳送的電流變小,連帶所需的電纜截面積也變小,這樣一來,線材重量會變輕,安裝或運送時,機具與施工成本也會降低。

目前在台灣所使用的高壓電大概是下面列出的這些應用:

1. 市區電線杆或地下電纜

  • 6600 V
  • 11.4 KV
  • 22.8 KV

2. 電車用

25 KV–只有台鐵用

3. 電力傳輸

  • 69 KV–單條線為一組掛在電塔單支吊臂的礙子上
  • 161 KV–2 條線為一組掛在電塔單支吊臂的礙子上
  • 345 KV–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,因而觸電造成嚴重灼傷(圖片來源:實作派提供)

遇到高壓電,管你甚麼藍白拖、運動膠鞋都沒用,它就是會硬生生地把絕緣特性給打穿,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。

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(圖片來源:實作派提供)

我原先一直搞不懂條文內的「接近界線距離」是什麼意思,後來才發現它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。

回頭看一下「接近界線距離」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 Boundary(圖片來源:實作派提供)

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。

高壓電安全距離建議值(圖片來源:台電文件)

總之,雖然家裡的 110 V/220 V 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。

電壓高、距離近,電荷就會隔空放電形成電流(圖片來源:實作派提供)

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被打穿,因為雖說是絕緣,但是在強電場環伺的情況下,如果有水分跑進去,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地崩潰產生裂痕,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,當如果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 22 KV 電壓加在壓克力 5 mm 距離的實驗,由於電壓高、距離很近,所以樹還長得滿快的,11 分鐘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。

生活中的電弧

電弧雖然可怕,但是如果將能量控制得宜,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,使用時要小心別碰到焊條,碰到就會觸電。它的電壓不高,大約 50 V~80 V,但是電流很大,約有 150 A 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 110 V,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 1~2 公尺電弧的規模,110 V 所發生的電弧幾乎微不足道。

(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)

StrongPiLab
StrongPiLab

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。

Share This Post On

Submit a Comment

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。