人為何會觸電?電流經過人體流入大地,流入大地中的電又去哪了?

2021-01-12 科學信仰孫晨

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當高壓電線斷裂掉落在地上的時候,會在落點附近形成一個危險區域,致使進入這個危險區域的人發生觸電。

同樣的,當我們赤腳站在大地上,去觸摸一個漏電設備,同樣也會發生觸電。觸電會給人的身體帶來不同程度的傷害,嚴重者甚至會危及生命,那麼人到底為何會觸電呢?觸電是因為有電流經過我們的身體,而電流之所以會流經我們的身體,是因為我們成為了電流迴路中的一部分。

舉個例子,如果我們將一個電源與一個燈泡用導線進行串聯,那麼燈泡則會被點亮,原因就是電流從電源的正極流出,途徑燈泡,再從負極流入,這樣就形成了一個迴路。如果我們現在在這個迴路中加入一個人,也就是電源連接燈泡,再連接人,再連接電源負極,這樣這個人就成為了這個迴路的一部分,電流從人體經過,則會導致觸電的發生。

明白了觸電的基本原理,我們就可以來說說為什麼赤腳站在地上觸摸漏電設備,會導致觸電的發生。

在實際的TN或TT供電方式中,會涉及到變壓器以及三項設備,這會使問題變得有些複雜,不利於沒有電學基礎的人理解,所以我們要將其簡化一下,用電源來代替供電系統中的變壓器,也不考慮其它設備。於是這個供電系統就變為了這樣一種形式,電源的一端通過導線連接用戶的用電器,另一端則與大地相連,在實際的供電系統中,這被稱之為中性點接地。

當用電器發生漏電,而我們又觸摸了這個用電器,那麼我們就成為了整個電流迴路中的一部分。在這個電流迴路中,除了我們之外,還有一個重要的參與者,就是大地。

大地是良導體,所以它完全可以成為電流迴路的一個重要組成部分。

電流從電源的正極出發,經過用電器流入我們的身體,然後又經過我們的身體流入大地,之後又通過與大地相連的另一根導線流回電源的負極。至此,我們一下子就弄明白了兩個問題,其一,赤腳站在地上之所以會觸電,是因為人體成為了電源迴路的一部分。

其二,進入大地的電流並沒有被大地所吃掉,而是通過大地又流回了電源之中,在實際的供電系統中就是通過大地流回了變壓器。如果迴路沒有形成,那麼人自然也就不會發生觸電,比如人並沒有直接赤腳站在大地上,而是穿了雙絕緣的鞋子,那麼觸電則不會發生。如果在這個觸電系統中,沒有用電器和人的參與,而是火線直接接地,那麼則會發生短路。

如此看來,我們所使用的供電系統似乎很是危險,因為一旦發生漏電,則可能導致觸電的發生。

別急,正是因為存在著這種隱患,所以才設計了「保護零線」,也就是我們常說的地線。有了地線,微弱的漏電就會通過地線流回變壓器,避免觸電的發生。那麼,除了我們日常所使用的這種供電方式之外,還有沒有什麼其它不會發生觸電的供電方式呢?有的,就是IT供電系統。

TN和TT供電系統之所以會導致觸電,是因為形成了迴路,而形成迴路的一個重點就是變壓器中性點接地。而IT供電系統的變壓器中性點不接地,在這樣的情況下,電流無法通過大地流回變壓器,也就無法形成迴路,自然也就不會發生觸電。IT供電系統的電流不會通過大地形成迴路流回變壓器,那麼在這樣的供電系統中,如果電流流入大地又去哪裡了呢?

大地是良導體,但是大地太大了,所以當變壓器的中性點不接地的時候,進入大地的電流就不能夠形成迴路流回變壓器,此時大地就變為了一個巨大的電阻。

而這個電阻太大了,相比之下,人類的發電量太過有限了,所以對於我們而言,這個電阻可以吸收無窮無盡的電流,不要說我們發出的這點電,就算是密集的雷電轟擊大地,對於大地來說也就是個甜點,毫無困難地吃下。既然IT供電系統不會發生觸電,為什麼不使用這種系統來進行日常供電呢?這個問題不是一兩句能說清楚的,簡單來講就是因為電容效應,所以這種供電系統只能適用於小範圍供電,否則則會出現安全隱患。所以IT供電系統一般僅用於不能停電的場所,比如手術室。

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