Microsoft Word 論文3 葛曉月、賴俊男.doc

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裔蠡周
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1 ! 論著與譯文! 高壓電力系統職災實例及作業安全之探討葛曉月賴俊男壹前言近年來我國工業發展迅速產業結構急劇變化, 高科技工廠櫛比鱗次, 大型而複雜的生產設備與製程大量被應用於工作場所, 預料未來廠房以高電壓供電的趨勢將普遍化, 相對地, 嗣後電氣技術員與作業人員, 無論從事停電作業或是從事活線與接近活線作業, 料將有可能因人為疏忽設備裝置不良或絕緣劣化等, 而導致電擊意外事故, 尤其, 高壓電擊對人體的傷害程度本就遠超過低壓電擊故而, 高壓電力系統作業安全之問題, 深值警惕按勞工委員會蘇研究員文源等人之研究, 國內電擊類型重大職業災害多年來一直高居全產業職業災害之第 2 位, 僅次於墜落滾落災害 ; 而就高壓電擊災害而言, 查國內 78 年至 82 年中全國營造業之電擊災害, 在所有觸電的電壓等級中, 以 11.4KV 為最多有 111 件, 佔總災害件數之 %; 而災害最多之場所為靠近高壓線之樓旁, 其次為高壓電桿或鐵塔上 [1] 對此, 倘未能預研因應之道, 預見類此案件今後仍將持續不墜, 頗值正視有鑑於此, 如何阻卻高壓電擊災害的發生, 俾確保勞工之工作安全, 誠乃當務之急職業災害預防工作是一項長期持續性工作, 雖然電力設備作業方法安全設施與護具安全操作規程之不斷修訂以及保護電驛的普遍應用, 復政府與各企業重視職業災害的預防工作後, 電擊災害的防護工作已獲致初步成效, 惟仍未能有效遏阻災害發生因此, 如何防範電擊災害之發生, 賡續推動零災害政策, 應預作周全準備, 名臣胡林翼曾說 : 兵事不進則已, 進則須策萬全, 又說用兵之道, 全策為上, 所謂萬全全策, 36 工業安全衛生月刊 /

2 旨在強調任何細微末節都不能存有輕忽大意之心, 準此, 為防範高壓電擊的事故, 唯有澈底瞭解電擊的危險性危險因子與災害的原因等足以危害安全的各種環節, 才能知所警惕, 對症下藥, 並求防微杜漸, 始能阻卻危險發生貳電擊對人體的危險性分析電流流過人體, 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對人體最危險之情況是電流通過心臟, 一旦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, 在數分鐘內即告死亡, 此種現象叫做心室纖維性顫動 ( Ventricular Fibrillation ) 若流過人體電流為 1000mA, 電擊時間約 0.03 秒或通過 100mA 的電流持續達 3 秒以上, 便會造成心室纖維性顫動 [2], 顯見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依據 IEEE Std (ANSI) 所定義之容許通過人體電流 (Allowable Body Current) 方程式, 體重 50 公斤的人容許通過電流為 I = / b t s 其中 t s : 電流通過人體的時間 ( 秒 ) I b : 人體所能忍受不發生心室纖維性顫動電流 ( 安培 ) 當電力系統發生故障時, 由於人員所在位置的不同, 而有下列二類主要危害形態, 即步間電壓 ( Step Voltage) 與接觸電壓 (Touch Voltage) 二類, 爰謹就上揭二者深入研析如后 : 一步間電壓當電力系統發生接地故障時, 接地故障電流會經由接地線洩放至接地網, 從而在接地網周圍會產生電位梯度 (Potential Gradients) 之分佈, 此電位梯度會因接地系統的埋設情形及土壤電阻率之不同而有不同的分佈情形如圖 1(a) 所示, 當故障電流 If 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有不等的電位分佈, 如圖 1(b) 之等值電路倘若人員站在接地網地面上, 可能會因兩腳所踏位置之不同電位梯度而承受某一電壓值, 亦即形成步間電壓並感應至人體造成危險準上, 基於人員安全之考量, 高壓接地系統所設置之接地網其步間電壓均應經過計算並合於要求, 爰此, 體重 50 公斤的人可容許之步間電壓 / 工業安全衛生月刊 37

3 (a) 示意圖 (b) 等值電路圖 1 接地鐵塔附近人體的步間電壓分析 E step 計算公式 [3], 依據 IEEE Std 之建議數值, 假設人體等效電阻 R b 為 1000(Ω), 腳底與地面之電阻為 R f ( 實用上常假定為 3ρ s ), 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 s, 則人體可容許之步間電壓為其中 E step = ( R b + 2R f ) I = ( Csρs ) t C s = 土壤衰減因數 ρ s = 大地表面電阻係數 (Ω-m) t s = 電流通過人體的時間 (sec) 二接觸電壓當電力設備發生接地故障, 故障 b s 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 2(a) 所示圖 2(b) 為等值電路, 設人體電阻值 R b 為 1000(Ω), 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 ½ R f, 則體重 50 公斤的人可容許之接觸電壓 E touch 公式 [3]: E touch = R = b R ( C ρ ) f I s b s 綜上所述, 步間電壓與接觸電壓皆與接地網表層電阻係數 ρ s 成正 t s 38 工業安全衛生月刊 /

4 (a) 示意圖 (b) 等值電路圖 2 接地鐵塔附近人體的接觸電壓分析比, 而與電擊時間 t s 之平方根成反比, 亦即, 地表層電阻係數愈高且電擊時間愈短時, 則人體所能承受之電壓值將愈高對此, 高壓系統允宜採用具高速啟斷故障之保護裝置以減少 t s 值, 其次, 在高壓接地網的地表層應舖設高電阻係數碎石層, 因 ρ s 值增加,R f 亦隨之增加, 一旦電擊事故發生時, 則流入人體之電流將大為減少, 自當更具安全效果再者, 為了確保工作人員安全, 接地網附近之實際步間電壓與接觸電壓, 應不超過體重 50 公斤的人體所容許之步間電壓與接觸電壓另外, 就高壓系統而言, 步間電壓和接觸電壓兩種情形皆有可能發生, 至低壓系統則由於步間電壓較接觸電壓小, 爰低壓系統的電擊事故係以接觸電壓為主要危害原因, 併此敘明參高壓電擊災害的原因孫子兵法, 謀攻篇云不知彼, 不知己, 每戰必殆, 因之, 欲杜絕災害發生, 惟有澈底瞭解災害原因, 才能擬訂安全有效的防護對策為探究高壓電擊災害之原因, 爰以歷年重大職業災害個案彙整表內所揭櫫之高壓電擊災害事故為依據嗣經逐案分析並歸納解析後, 分項析述如次 : 1. 停電作業 : 從事高壓設備的汰換絕緣檢測與維護保養, 因殘留電荷或碰觸未停妥之活線, 及低壓電源 / 工業安全衛生月刊 39

5 經變壓器逆升高壓至停電線路, 引起高壓電擊 2. 接近活線作業 : 舉凡桿上作業站位過高, 與供電中之高壓線未保持接近界限距離, 失慎碰觸帶電活線, 及在架空高壓電線之接近場所, 移動式起重機或外線工程車等從事吊桿吊掛作業時, 未與高壓活線保持接近界限距離, 致吊臂碰觸鄰近活線 3. 活線作業 : 諸如勞工未具活線作業專業訓練, 並且無配戴安全防護具下貿然登桿, 因站位過高, 身體失衡, 碰觸鄰近高壓活線, 以及從事活線作業中, 背部碰觸鄰近高壓活線, 抑或脫下橡皮絕緣手套, 以利執行未帶電部分作業, 惟工作完成後未再戴回護具, 碰觸供電中之活線肆重大電擊災害實例剖析案例一從事電氣設備清潔保養工作, 發生勞工遭電擊致死職業災害 [4] ( 一 ) 災害發生經過 :93 年 1 月 5 日某公司正在執行 W 廠變電室電氣設備之清潔保養及檢測工作, 上午 8 時 30 分該公司工程師甲會同台電公司工程師乙至一樓責任分界點執行斷電工作並掛上保養中請勿送電牌子, 俟斷電後工程師甲則以手機通知四樓變電室助理工程師丙, 丙旋即依程序執行電容器之放電比壓器及變壓器的電流檢測, 並裝置短路接地器工作, 嗣後交由勞工李進行清潔保養工作惟據同樣在變電室從事比壓器及變壓器清潔保養的勞工張所述 9 時 20 分左右, 聽到在旁邊工作罹災者一聲叫聲及碰撞聲後, 隨即探頭一望, 見勞工李已倒在地上, 棉紗手套並在一旁著火, 便立即撲滅火源, 同時通知同仁叫救護車, 將罹災者送醫急救, 惟仍不治死亡事發後, 助理工程師丙再進行電源量測, 惟並未呈現電壓值, 但發現接地棒已脫落於地 ( 二 ) 災害原因分析 : 揆諸上揭災害發生經過之敘述, 研判本次災害發生的可能原因為 W 廠雖於停電作業中, 惟廠內其他分路可能尚另有備用電源 ( 如緊急發電機 ), 以供應重要負載若案發當時恰有某人自該電源插座以延長線接至一般負載電源之插座上, 抑或某技術人員可能同時利用是類低壓電源執行保護電路的測試工作, 而前述電源 (110V) 之逆送電壓一經變壓器之感應作用旋即升壓為 3.3KV 於高壓母線, 使得勞工 40 工業安全衛生月刊 /

6 李遭高壓電擊至上開助理工程師丙所稱事發後, 再進行電源量測, 惟並未呈現電壓值, 接地棒已脫落於地一事顯見停用設備之短路接地器具未有效短路接地, 及並未確實執行電容器的放電工作, 致線路內尚殘留著足以令人喪命之電荷, 自然亦無法排除於事故的可能原因之外 ( 三 ) 建議措施 : 對於從事高壓系統之檢測保養與汰換等停電作業時, 首應確認責任分界點主斷路器與隔離開關已確實切離系統, 嗣後執行電力電容器放電工作, 俾消除線路內殘餘電荷, 次應以能檢測出殘餘電荷之檢電器具檢驗, 確認線路已無殘留電荷, 末為防止該停電電路與其他電路混觸, 或因其他電路之感應, 抑或因其他電源之逆送電引起電擊之危害, 應使用短路接地器具確實短路與接地如圖 3 所示停電工作區之高壓側低壓側 (1 2 3 圖 3 低壓電源經變壓器逆升高壓至停電線路 / 工業安全衛生月刊 41

7 4 點 ) 母線應掛接地線, 再者, 二次側 ( 低壓側 ) 主開關及主回路開關應切離系統此外, 插座間不得用導線互相連接, 以防止線路短路接地或逆送電等情事案例二 : 從事燈塔檢修與油漆工作時, 不慎觸及高壓電發生電擊災害 [4] ( 一 ) 案情摘述 : 甲公司向高雄港務局承攬燈塔之檢修工作, 勞工李澤於 87 年 4 月 8 日 15 時許, 在從事五座燈塔之檢修 ( 含油漆 ) 工作, 而進行第 2 座燈塔之 4 根塔柱油漆黃黑雙色斑馬條紋, 為求油漆界線整齊, 乃以膠帶繞塔柱 ( 圓鐵柱 ) 作業中不慎觸及高壓電而肇災, 經送醫不治死亡 ( 二 ) 災害原因分析 : 1. 依高雄地方法院檢察署相驗屍體證明書記載為心肺衰竭致死導致勞工罹災之原因為工作中遭高壓電擊並墜落所致 2. 罹災者站在 6 公尺高鋁梯上, 以膠帶圍繞塔柱作業中不慎觸及架設燈塔上之變壓器一次側 (11.4KV) 高壓電而肇災之示意圖, 如圖 4 所示 ( 三 ) 討論與建議 : 1. 按 IEEE Std 中所提及人體等效電阻, 又若兩腳底部位之等效電阻為 1000Ω, 倘該勞工在未配戴安全護具的情形下碰觸高壓 11.4KV 的三相變壓器一次側 ( 設 Y 接中性點接地 ) 時, 則流經該勞工人體之電擊電流約略為 : I b / 3 ( ) 3.29( A) 就體重 50 公斤的人而言, 電擊時間為 1 秒時, 人體可忍受的安全電流上限為 116(mA), 本案例中人體承受之電擊電流顯然遠超出上開安全圖 4 電擊災害現場示意圖 42 工業安全衛生月刊 /

8 電流值約 30 倍, 已足以造成心室纖維性顫動而死亡 2. 然若該勞工能依規定配戴安全護具 ( 橡皮手套及絕緣鞋之絕緣值約為 Ω[5]), 即使不慎碰觸變壓器一次側之活線線路, 則流經該勞 I b ( ma) 工之電流為, 此電流流經人體並無任何感知上的反應顯見對於勞工從事接近高壓電路之油漆等作業時, 除應在該高壓設備或電路設置絕緣用防護設施外, 並應戴用絕緣用防護具, 以資安全伍電擊事故的防範對策大部份的電擊傷害不外乎是由不安全環境或不安全動作, 抑或上開二者所造成準上, 為求作業安全, 允宜檢討現行作業缺失, 除去這些不安全的因素後, 當可發揮一定之成效從而, 亟須從活線及活線接近作業停電作業和維護管理等層面, 建立完善的防護機制, 謹臚陳如次 : 一活線作業及活線接近作業層面 1. 從事高壓活線作業, 應戴用絕緣用防護具, 諸如以操作棒啟閉空斷開關 (ABS), 應使用安全絕緣手套防護面罩與穿著絕緣鞋, 允宜配合站在絕緣工作台或接地踏板上進行活線作業另於接近高壓電路或其支持物從事敷設檢查修理油漆等作業時, 為防止接觸高壓電路引起電擊之危險, 在距離頭上身側及腳下 60 公分以內之高壓電路者, 應在該電路設置絕緣用防護裝備 2. 在特高壓之充電電路從事檢查修理或碍子清掃等作業時, 應使用活線作業用器具, 以及對人體或其使用中之金屬工具材料等導電體, 應保持表 1 所定接近界限距離, 並將接近界限距離標示於易見之場所或設置監視人員從事監視作業 [6] 表 1 活線作業接近界限充電電路之使用電壓接近界限距離 (cm) 22KV 以下 20 超過 22~33KV 以下 30 超過 33~66KV 以下 50 超過 66~77KV 以下 60 超過 77~110KV 以下 90 超過 110~154KV 以下 120 超過 154~187KV 以下 140 超過 187~220KV 以下 160 超過 220~345KV 以下 KV 以上 / 工業安全衛生月刊 43

9 3. 在架空電線或電氣機具電路之接近場所, 從事工作物之裝設解體檢查修理油漆等作業, 抑或使用車輛系營建機械移動式起重機高空工作車等有關作業時, 所使用之機械車輛或勞工於作業中或通行之際, 有因接觸或接近該電路引起電擊之虞者, 人體除應與帶電體保持表 1 規定之接近界限距離外, 應設置護圍 [6], 並在該電路四周應裝置絕緣用防護裝備, 而司機吊臂操作手及吊掛作業人員應穿載安全護具, 復車體尤應確實實施接地措施 4. 從事活線作業應按規定穿載安全護具和使用安全工具, 並在監視人員全程監護下, 依活線安全作業標準與作業程序細心施工再者, 作業中嚴禁脫掉安全護具, 俟活線作業完畢並離開活線接近界限距離後, 方能脫下安全護具, 應謹記在心, 並養成習慣二停電作業層面 : 設備停用做檢測, 理應無被電擊危險, 但亦不能保證絕對安全, 電路是否確實處在無電狀態則是重要關鍵對此, 在線路開路後從事該線路及其支持物或接近該線路工作物之敷設檢查修理或油漆等作業時, 首應確認作業區內有關斷路器已在開啟狀態, 並就該停電區採取下列措施 : 1. 在斷路器主控開關控制把手上加掛明顯之禁止送電標示牌或設置監視人員監視之, 俾免誤送電造成電擊事故惟倘主控開關與斷路器間之控制電纜甚長, 萬一此電纜短路或其他因素使斷路器投入極為危險, 允宜將斷路器電源側的隔離開關予以開啟, 以策安全 2. 變壓器經直流測試, 或變壓器電力電纜電容器等經高壓絕緣測試後, 致殘餘電荷有引起危害之虞, 應以安全方法確實接地放電, 嗣後並以驗電器具檢查, 俟確定已完全消除殘留電荷後, 始可接觸, 俾維安全 3. 為防止該停電線路與其他鄰近活線混觸或因共架電路之感應, 抑或自備電源逆送電引起電擊之危害, 務必在停電設備之適當位置使用短路接地器具確實短路, 並正確加掛接地線, 末宜檢查接地端子及引線有無斷線或鬆脫 4. 安全標示在電氣作業扮演重要的角色, 是以, 停電作業範圍如為發電變電設備或開關場之一部分時, 應將該停電作業範圍, 懸掛停電作業區標誌, 並圍藍帶或加護網, 僅准工作人員進入 ; 有電部分則懸 44 工業安全衛生月刊 /

10 掛有電危險區標誌, 並圍紅帶或加護網, 不准任何人進入 5. 電機技術員與作業人員應保持密切連繫與協調, 作業人員一定要取得電機技術員簽發之停電作業卡後, 始能進入停電作業之藍帶區工作該卡分為正副二聯, 正卡除應註明停電範圍與時間外, 並鎖於主控開關上, 不准任何人送電, 副卡送交作業負責人, 俟工作完畢, 清點全體作業人員後, 作業負責人當場在副卡上簽署時間並交還該卡, 嗣電機技術員憑此副卡始能執行復電工作, 其用意係在防止停用中的設備誤送電, 抑或設備尚未完全放電或停妥, 就開始作業而遭電擊 6. 桿上作業前, 工作人員首應確認線路係無電狀態, 並俟接妥接地線後, 始可登桿, 再者, 碰觸停電線路前, 應掛妥安全帶輔助繩, 並經復驗確認無電, 且掛妥作業點接地後, 方可進行作業 ; 工作未完成前, 禁止拆除工作接地線三維護管理層面 1. 電氣設備, 如配電盤控制盤斷路器電驛及其他類似設備之前方工作空間, 不得低於表 2 規定 [7], 前項配電盤或控制盤等設備之背後並無裝設高壓熔絲或開關等需置換或調整者, 且所有接線不必自背面而可由其他方向接近者, 則背面得不必保留工作空間但由背面始能從事停電部位設備之工作者, 其背面至少應留有 80 公分之水平工作空間表 2 所指之環境, 其類型及意義如下 : (1) 環境 1: 水平工作空間一邊有露出帶電部分, 另一邊既無露出帶電部分, 亦無露出被接地部分, 或工作面之兩邊皆有露出帶電部分, 但以適當之木材或絕緣物妥加掩護者 (2) 環境 2: 水平工作空間之一邊有露出帶電部分, 另一邊為被接地部分者混凝土牆及磚牆, 應視為被接地之建築物面 (3) 環境 3: 水平工作空間之兩邊皆有露出帶電部分 ( 不按環境 1 之加以掩護者 ), 而操作人員處於其間者 2. 電氣設備及線路潛在缺陷之分類有二 :(1) 物理的潛在缺陷, 即由於肉眼看不見而被放任的缺陷 (2) 心理的潛在缺陷, 即由於裝配人員或操作人員之技能不足或意識無法發現而被放任之缺陷上揭潛在缺陷, 惟有透過定期及非定期的進行檢測診斷與維護, 提早發現潛在的 / 工業安全衛生月刊 45

11 表 2 電氣設備之前的最小工作空間 (cm) 對地電壓 ( v ) 環境 ~ ~ ~ ~ 以上危機或缺陷, 並及時進行適當的防範, 方能防範災害於未然故而, 用電場所之用電設備, 於每六個月至少檢驗一次, 每年應至少停電檢驗一次此外, 電氣技術人員平日宜做例行性的維護與保養, 俾利早期發現不良設備或故障 3. 對於絕緣用防護裝備防護具活線作業用工具等, 應每六個月檢驗其性能一次, 工作人員應於每次使用前自行檢點, 不合格者應予以更換 4. 在作業人員可能接近帶電部分之處所, 應有高電壓危險之警告另作業負責人對高壓以上之停電作業活線作業及活線接近作業, 應將作業期間作業內容工作環境危害因素作業之線路及接近於此線路之其他線路狀況, 於事前詳細具體告知作業之勞工, 並應指定監督人員負責指揮陸結論對於高壓電擊之預防, 電氣設備外殼有效接地是最基本之安全防護措施, 而所謂有效接地係指接地極應充分埋設於地下, 並確實與大地連接然接地並不能完全防止電擊, 但發生漏電事故時, 卻能使設備外殼與地維持同電位, 俾減少作業人員的接觸電壓, 自然所受之電擊會比不接地時輕微得多 ; 接地並不囿於電器設備外殼而已, 倘停用檢修某一設備如變壓器斷路器線路或其他電力設備時, 該停用的設備本身仍應接地, 以防鄰近且送電中的設備因電磁感應或其他原因而引起電擊事故, 因之, 停電作業工作人員應養成確實接地習慣, 俾保護自身安全 46 工業安全衛生月刊 /

12 綜上所陳, 在活線作業及活線接近作業方面, 除應戴用絕緣用防護具與活線作業用具外, 應以接近界限距離來限制作業人員與活線間之最小距離 ; 而有接近高壓架空裸線或帶電設備之虞時, 宜加設防護線管或護圍, 並置人員指揮監視至停電作業方面, 首應確認停電區範圍, 並就該區內電力電纜與電容器等有殘餘電荷之設備應予以放電, 次應於作業前確實執行驗電, 以及接妥工作接地線, 末於作業完工後, 應俟作業人員確無電擊之虞後, 方可拆除短路接地裝置及復電此外, 電氣設備隨著使用時間之增長, 其性能會逐年劣化, 從而使設備存有潛在缺陷, 倘再疏於維護管理, 極易發生設備故障, 導致災害發生, 誠如古諺所云一針不補, 九針難縫不慎於微, 可成大害準此, 電力系統除了要妥善的規劃與設計外, 透過定期及非定期對電氣設備及線路進行檢查測試與保固等維護管理, 使潛在缺陷及早顯現化, 俾防範事故於未然另遇有受電擊傷者時, 首應關閉斷路器, 在確認受電擊者與電源分開後, 檢查他受電擊程度, 倘若已失去呼吸及心跳, 則立即實施人工心肺復甦術, 惟緊急情況大部份員工並無法作出正確的判斷, 是以, 平時宜確認自己知道每個斷路器的位置, 並加強急救預演或訓練參考文獻 1. 蘇文源杜偉民,1995, 營造業工作場所感電災害分析與防止對策, 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所, 第 3 卷第 4 期, 頁 105~ 林永松劉超,1996, 電器保護與安全, 徐氏基金會,2 月 3. 周至如,1986, 接地網系統之計算機輔助設計與分析, 台灣工業技術學院碩士論文 4. 職業災害實例專集, 行政院勞工委員會 5. J. Cadick, M. Capelli-Schellpfeffer, and D. Neitzel, Electrical Safety Handbook, second edition, McGRAW-HILL, INC 勞工安全衛生設施規則,2004, 行政院勞工委員會 7. 屋內線路裝置規則,1999, 經濟部 / 工業安全衛生月刊 47

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98 2009115 1 2 / 3 18-1 1-1 2 2 25 1 4 - - - - - - 5 140 1 60 5 2 8 7 6 229 1-2 - - 26 1-30 32 3 - - - - 1-36 2 - - - - - 1-3 - 1 - - - - - - 4 2 - - - - - - 6 5 4 - - - - - - 9 1 8 - - - - - - 9 - - -