作者：實作派
每次發生感電事故，「赤腳踩地面」這個條件一定會被討論到。今天我們就來探討一下，赤腳踩地面算不算接地？這一題看起來很簡單，但其實很值得討論喔， 大家繼續看下去。
赤腳踩地面等效電路
首先來看一下現場狀況如下圖，假設有個人赤腳在浴室時，手不小心碰到 110 V 火線，無論是漏電還是自己拿金屬去戳電源孔，在這種情況之下，人體是很有機會觸電的。
赤腳踩地面 碰火線容易觸電（圖片來源：實作派提供）
我把這個場景的等效電路畫出來如下圖，左邊是插座 110 V，右邊 R1 是等效人體在潮濕狀況的電阻，我想一般大家應該都會這樣畫吧，但其實這樣的等效電路是有問題的喔！
有問題的等效電路（圖片來源：實作派提供）
上面的等效電路圖，無論電源或負載，在它們的下方都有一個三角形的接地符號，這在電路圖內表示電源與負載的下方是接在一起的，也就是地板變成導體的意思。
但是地板可能是水泥做的，也可能是土壤做的，總之它不會是金屬，也就無法當作導體把電源與負載的下方連在一起，這樣的話上面的等效電路該怎麼畫呢？
由於地板的材料相較於金屬來說，通常是電阻率很大的水泥和土壤，所以地板一定存在電阻，也稱為接地電阻，如下圖的 R2。這個接地電阻值會因為地板的材料、形狀以及和腳的接觸面積而有所變化，我們在這裡就假設這個地電阻值是 7k ohm，如此一來經過這個迴路的電流則是 13.8 mA，這個電流會讓 R1 這個人觸電的。
正確的等效電路（圖片來源：實作派提供）
其實在電源端也會有屬於它的接地電阻，只不過電力公司通常對於接地非常要求，接地電阻值大約是幾十歐姆，相較於腳下的 7k ohm 接地電阻，可以說小非常多，因此我在這裡就將它忽略不計。
如果以電路學嚴謹的角度來看的話， 赤腳踩地面並不算接地，因為腳底下還有個接地電阻 R2，真正的地其實在地球深處，地面的電壓充其量不過就是電阻分壓的結果而已。
但如果我們是討論觸電的話，由於赤腳踩地面會形成電流回路，而腳也真的踩在地面上，因此我會說這算接地。觀點不同，答案就不一樣，電路學找的是不會有擾動的 0 V 參考點，觸電討論的是腳和地面的接觸點是否有形成；以往常聽到人家說理論和實際不同，主要就是它無法正確建立現場的等效模型。
討論觸電時赤腳踩地面算接地（圖片來源：實作派提供）
那麼接地電阻測量得到嗎？可以的，後面我們就實際來測量一下，先說喔！我測量的接地電阻是腳下的接地電阻，不是接地銅棒施工完後的接地電阻，至於真正的接地參考電位存在於地球深處這件事情。
測量赤腳踩地面的接地電阻
那我們該如何測量接地電阻的存在呢？就依照上面的等效電路來做實驗吧。
下圖就是我的實驗環境，左方的電源是牆壁的 110 V 火線，右方的電阻 R1 則是模擬人體的阻抗，A 與 V 分別是電流表與電壓表，用來測量電流與橫跨人體的電壓。那腳踩地面要如何模擬？大哉問，這絕不是把電錶探針插到牆壁縫隙就好了，而是需要使用能與地板產生大面積接觸的東西，所以在這裡我用的是電療貼片（這個實驗我曾經在兩棟建築做過，所以有兩組數據，得到的接地電阻差滿多的，分享給大家）。
測量地電阻（圖片來源：實作派提供）
第一組實驗
如下圖，右方插座是 110 V 火線的來源，黃色電錶是電流表，黑色電錶是電壓表，左方黑色電線就接到電療貼片直接進入水泥牆了。
- 空接
首先我把電阻 R1 拿掉，只測量火線與水泥牆之間的電壓，讓各位看看這是如假包換的 110 V，但實際測量卻只有 108 V，少了 2 V，這表示地電阻應該滿大的，大到可以和電壓表內的高阻抗形成分壓效果，這之後會實際算給各位看，你可以看看接地電阻是不是如我說的大。
確認火線與水泥牆之間有 100 多伏特（圖片來源：實作派提供）
- 100K ohm 負載
接著我們把 100K ohm 的電阻放上去，得到電壓為 14.2 V，電流為 147 uA，這裡要請大家留意的是電壓會變小，而不是原來的 108 V，那其他電壓跑去哪裡了？答案是被接地電阻吃掉了。
100 k ohm負載產生的電流（圖片來源：實作派提供）
如果我們一廂情願的仍用 110 V 來計算電流，那麼就會得到如下不合理的電流值：
如果我們沒有接地電阻的概念，就很容易開始抱怨理論與實際不一樣，課本在實務上都用不上等等的自我安慰說，其實根本是自己沒搞清楚狀況。根據上面的實驗數據，我們可以計算地電阻如下：
- 10k ohm 負載
再來我們把電阻換成 10k ohm 如下圖，得到電壓為 1.63 V，電流為 170 uA，你會發現電壓變更小，這表示 R1 電阻只分到一點點電壓，這更證實了地電阻很大的想法，我們用相同的算法可以得到 637.5k ohm 的接地電阻。
10k ohm負載產生的電流（圖片來源：實作派提供）
- 1k ohm 負載
最後我們換上 1k ohm 的電阻，得到電壓為 168 mV，電流為 170.9 uA，經過計算接地電阻為 642.7k ohm。
（圖片來源：實作派提供）
目前得到的實驗數據如下：
第一組實驗測試數據（圖片來源：實作派提供）
到底哪個 R2 接地電阻值比較準確呢？由於 R1 的 1k ohm 分得的電壓時在太少，幾乎所有的 110 V 電壓都落在 R2 身上，無論 1k ohm 增加 10 倍或是減少 10 倍，電流都只會變化小數點位數，這表示可能會產生量測誤差，因此我會較相信以 100k ohm 電阻當 R1 負載所計算得到的接地電阻 R2（ 100k 電阻它分得的電壓比例較多，誤差會比較小）。
結論：第一組實驗的接地電阻值是 651.7k ohm。
- 觸碰測試
以上面論定的接地電阻值來推論的話，這表示即便我把 110 V 火線和牆壁直接觸碰短路，也只會有 169 uA 的電流經過，所以我大膽合理推測，如果我把兩手一邊摸 110 V，一邊摸牆壁，絕對不會被電到，因為人體本來就有電阻，而且我的手還是乾燥的，所以電流一定會比 169 uA 還小。當然口說無憑，直接來試試看就知道了，我們要相信科學證據。
做觸碰測試之前，安全宣導一定要講。做觸碰測試一定有風險，這裡的風險指的是地電阻突然變小、計算錯誤、接錯線、摸錯東西、豬隊友之類的問題，如果都沒有，而你想做觸碰測試的話，那就當下就做，因為牆壁的電阻狀況時時在變，像我是兩個星期後才來做這個觸碰測試，我就發現火線與牆壁短接的電流變高為 302 uA，可能原因是那天下雨，即使電流還是很小，貼片也是同一個位置，但面對不確定因素我們一定要小心。
下雨天的短接電流變高（圖片來源：實作派提供）
接下來就是灑狗血的觸摸測試了，我真的把兩隻手指壓在電極上，黑色是牆壁，紅色是火線，等於是人體赤腳站在水泥地上摸火線，結果怎麼樣呢？如我預期的我並沒有被電到，因為電流實在太小了，但僅限於此時此刻此地。
人體跨接 110 V 火線與水泥牆的觸碰測試（圖片來源：實作派提供）
提醒各位，這個實驗從計算到執行，貼片都要在同一個位置，如果你要換位置務必重做整個實驗，並不是每個牆壁的接地電阻值都一樣，不同棟的建築更是如此，所以接下來我們要看看，在別棟建築做這個測試的結果。
第二組實驗
下圖是我在更早期的時候在另外一棟建築做的相同實驗，你看當時我的電錶螢幕中間還是黑的呢，我後來有修好這個問題，有興趣的人請看液晶 LCD螢幕變黑淡化-偏光膜更換-維修DIY。
- 100k ohm 負載
回到主題來，這個實驗的 R1 是 100k ohm，測得的電流是 1.03 mA，但我沒有測量電壓，因為當時我只有一個電錶。
100k ohm 負載產生的電流（圖片來源：實作派提供）
馬上來計算接地電阻，由於沒有電壓資訊，所以我改用總電阻減去 R1 來計算，得到接地電阻 R2 是 6.8k ohm。
- 1k ohm 負載
再來把電阻換成 1k ohm，得到的電流為 14.24 mA，經過計算得到的接地電阻 R2 是 6.7k ohm，這兩個電阻值跟第一組實驗比較起來小非常多，所以不同的建築狀況不一樣，觸摸測試並不是每次都能做。
1k ohm負載產生的電流（圖片來源：實作派提供）
第二組實驗測試數據（圖片來源：實作派提供）
當時我只做了兩種電阻值，但不影響這一次的說明，我把兩次的實驗結果表列如上，哇！你看這個電流還滿大的耶，R1 在 100k ohm 的時候會大於 1 mA，這如果是真的人去摸，應該會有點麻麻的，我也就不會去做觸摸測試。
赤腳踩地面算接地嗎？
所以整理一下這次的結論，赤腳踩地面以電路學嚴謹的角度來看，並不算接地，因為真正的地電位在地底深處，地面的電壓並不是 0 V。
但如果以觸電角度來看待赤腳踩地面，那我們的觀察重點會是電流迴路是否有形成，人體是否與地面有接觸，這是一個很重要的必要條件，人體有接觸地面就稱為接地，只是這個地並非電路學裡面的零電位。
希望這篇能帶給大家一些不同的省思，面對不同討論主題時，可以用不同的角度來思考，但一定不能混用，否則就會出現理論與實際不同的怪現象。
（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）
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