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在感電事故中,人體對觸電的反應取決於流過人體電流(即感電電流)之大小,而感電電流之大小又取決於感電電壓、人體電阻及人體與大地及設備間之接觸電阻。雖然人體的電阻變化範圍甚大,但為取得較保守的安全基準,通常會選定較低的人體等效電阻值,再乘上人體之安全電流而計算出人體安全電壓。因此討論人體安全電壓,必須先瞭解感電電流對人體之影響。根據一些有關人體安全的研究報告顯示[1-3],60Hz不同大小電流通過不同重量人體內部時,將會造成不同程度之觸電反應。表一所示為50公斤的人對於不同感電電流之反應,當感電電流達到使人體發生心室細動現象時,便很容易造成感電者的死亡。此因心室細動時,心臟會失去推動血液循環的功能,在10秒內便可能造成感電者的昏迷,而3至6分鐘後即會使腦部發生無法復原的傷害,並進而造成死亡。因此,為了達到安全目的,必須避免感電電流大小及其刺激時間到達造成心室細動之程度。根據美國的Dalziel研究,當感電時間為0.03秒~3秒間,對95%的人們而言,能忍受且不至於引發心室細動之最大電流可表示為
圖片參考:
http://www.iosh.gov.tw/data/f2/sp48-5.gif
因電壓比電流容易作分析,文獻[3]便參照IEEE Std 80之分析方法,將等效人體電阻定為1000W,則上式之安全電流便可直接乘上1000W換算為人體安全電壓,其結果如表二所示(但人體電阻在身體潮濕狀況下其等效人體電阻可能降為500W左右,則表二所示之安全電壓值應減半)。而實際上,人體阻抗也會隨感電電壓及電流路徑而變,但為簡化起見,仍將人體電阻設定為固定值。因此表二可作為裝設及設定保護設備時之依據,例如當低壓設備電源為線對地277V時,為了安全起見,對50公斤成人而言,必須讓保護設備在0.175秒前動作,而12.5公斤兒童則需在0.0195秒前動作。當保護設備因故障或設定不當,導致漏電而不動作時,人員在感電時可能因某些因素而無法脫離感電狀態,此時就必須瞭解持續感電時所能忍受之最大安全電壓。表三為文獻[4]提出之不同體重人體所能忍受之連續安全電壓(但人體在身體潮濕狀況下,表三所示之安全電壓值可能須減半),由表可知在決定安全電壓時,必先了解裝設低壓設備場所人員之最輕體重,才能針對此安全電壓來採行防護措施,避免人員發生感電事故。
表一 感電電流大小(60Hz)對50公斤成人之影響
影響
60Hz電流(mA)
男
女
1.手沒有感覺
0.4
0.3
2.開始稍微有刺激
1.1
0.7
3.刺激但不感覺痛
1.8
1.2
4.刺激感覺痛,而肌肉尚可自由活動
9
6
5.刺激感覺痛,肌肉無法自由活動
16
10.5
6.刺激感覺痛,肌肉收縮,呼吸困難
23
15
7.有可能由於短時間感電而發生心室細動
1)感電時間 0.03秒
2)感電時間 3秒
3)連續感電
670
67
50
註:人體等效電阻定為1000 W
表二 人體(50公斤與12.5公斤)安全電壓與感電
影響
安全電壓(V)
50公斤
12.5公斤
0.01
0.015
0.03
0.05
0.1
0.175
0.2
0.25
0.5
0.75
1
2
33
1,160
947
670
518
367
277
259
232
164
134
116
82
67
381
311
220
170
120.5
91
85
76
54
44
38
27
22
註:人體等效電阻定為1000W
表三 不同人體重量之連續及3-sec安全電壓
人體重量(公斤)
連續安全電壓(V)
3-sec安全電壓(V)
70
50
25
12.5
10
74
50
20
5
2
91
67
31
22
19
註:人體等效電阻定為1000W
http://www.iosh.gov.tw/data/f2/sp48-5.htm
人的安全電壓為什麼是36v