高压电力系统灾害案例及作业安全探讨

36工業安全衛生月刊/2007.8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49.78％；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」，█論著與譯文█2007.8/工業安全衛生月刊37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（VentricularFibrillation）」。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IEEEStd.80-2000（ANSI）所定義之容許通過人體電流（AllowableBodyCurrent）方程式，體重50公斤的人容許通過電流為sbtI/116.0=其中st：電流通過人體的時間（秒）bI：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（StepVoltage）與接觸電壓（TouchVoltage）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（PotentialGradients）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38工業安全衛生月刊/2007.8(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Estep計算公式[3]，依據IEEEStd80-2000之建議數值，假設人體等效電阻Rb為1000(Ω)，腳底與地面之電阻為Rf（實用上常假定為3ρs），接地系統電阻為R1及R0，流過人體之電流為Ib，人體通過電流的時間為ts，則人體可容許之步間電壓為sssbfbsteptCIRRE116.0)61000()2(ρ+=+=其中Cs=土壤衰減因數sρ=大地表面電阻係數(Ω-m)ts=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Rb為1000(Ω)，每一腳底與地面之電阻值為Rf，接地系統電阻為R1及R0，兩腳並聯之腳踏大地電阻為½Rf，則體重50公斤的人可容許之接觸電壓Etouch公式[3]：()sssbfbtouchtCIRRE116.05.1100021ρ+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=綜上所述，步間電壓與接觸電壓皆與接地網表層電阻係數sρ成正2007.8/工業安全衛生月刊39(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ts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ts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sρ值增加，Rf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40工業安全衛生月刊/2007.8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2007.8/工業安全衛生月刊41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42工業安全衛生月刊/2007.84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IEEEStd80-2000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：())(29.310001000/311400AIb≈+≈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2007.8/工業安全衛生月刊43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20×106Ω[5]），即使不慎碰觸變壓器一次側之活線線路，則流經該勞)(329.0102020003114006mAIb≈×+≈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，