电气安全技术第14讲（电学课程1直流-第3章）

电气安全的重要性

通过这节课，我希望能避免在电子教科书中发现的一个常见错误，即忽视或没有足够详细地涵盖电气安全的主题。我认为，无论是谁读这本书，至少对实际使用电力有一个暂时的兴趣，因此安全问题是最重要的。那些作者、编辑和出版商未能将这一主题纳入他们的介绍性文本，这是在剥夺读者的救命信息。

作为一名工业电子课程的讲师，我花了整整一周的时间和学生们一起复习电气安全的理论和实践。同样的教科书，我发现缺乏技术清晰性，我也发现缺乏对电气安全的覆盖，因此本章的创作。它在前两章之后的位置是有意的：为了使电气安全的概念最有意义，一些基本的电气知识是必要的。

另一个好处包括一个关于电气安全的详细课程是它为电压、电流、电阻和电路设计的基本概念设置的实际环境。一个技术主题越相关，学生就越容易关注和理解。还有什么比应用于你自己的人身安全更重要的呢？而且，随着电力在现代生活中的日常存在，几乎每个人都能联想到这节课上的插图。你有没有想过为什么鸟类在电线上休息时不会感到震惊？继续读下去，找出答案！

电的生理效应

我们中的大多数人都经历过某种形式的电击，电会使我们的身体经历疼痛或创伤。如果我们幸运的话，这种体验的范围仅限于通过我们身体释放的静电积聚而产生的刺痛或颠簸。当我们在能够向负载输送高功率的电路周围工作时，电击会成为一个更严重的问题，而疼痛是电击最不重要的结果。

当电流通过一种材料传导时，电子流（电阻）的任何阻力都会导致能量的耗散，通常是以热的形式。这是电对活体组织最基本和最容易理解的影响：电流使其升温。如果产生的热量足够，组织可能会被烧伤。这种效应在生理上与明火或其他高温热源造成的伤害相同，只是电能烧伤受害者皮肤下很深的组织，甚至灼伤内脏。

电流对人体的另一种影响，也许是危害最大的，是神经系统。我所说的“神经系统”是指人体内一种特殊的细胞网络，叫做“神经细胞”或“神经元”，它处理和传导负责调节许多身体功能的多种信号。大脑、脊髓和身体的感觉/运动器官共同作用，使其能够感知、移动、反应、思考和记忆。

神经细胞通过充当“传感器”相互交流：产生电信号（非常小的电压和电流），以响应特定化合物的输入神经递质当受到电信号刺激时释放神经递质。如果有足够大的电流通过一个生物（人类或其他生物）传导，它的作用将是超越神经元通常产生的微小电脉冲，使神经系统超载，并阻止反射和意志信号都能激活肌肉。由外部（电击）电流触发的肌肉会不由自主地收缩，受害者对此无能为力。

如果受害者用手接触带电导体，这个问题尤其危险。前臂负责弯曲手指的肌肉往往比那些负责伸展手指的肌肉发育得更好，因此，如果这两组肌肉都试图收缩，因为有电流通过人的手臂，“弯曲”肌肉就会获胜，将手指握紧成拳头。如果给受害者输送电流的导体面对着他或她的手掌，这种握紧动作将迫使手紧紧抓住电线，从而使情况恶化，因为它与电线有良好的接触。受害者将完全无法松开电线。

医学上，这种非自愿肌肉收缩的情况称为破伤风. 熟悉电击的这种影响的电工常把触电者的身体僵住称为“电路冻结”。只有通过切断触电者的电流，才能中断电击引起的破伤风。

即使电流停止，受害者也可能暂时无法恢复对肌肉的主动控制，因为神经递质的化学成分已经陷入混乱。这一原理已应用于“电击枪”装置，如泰瑟枪，其原理是用两个电极之间的高压脉冲瞬间电击受害者。适当的电击可以使受害者暂时（几分钟）瘫痪。

然而，电流不仅能影响休克患者的骨骼肌。控制肺部的膈肌和心脏本身就是一块肌肉，在破伤风状态下也会被电流“冻结”。即使电流太低而不能诱发破伤风，也常常能扰乱神经细胞信号，使心脏无法正常跳动，从而使心脏进入一种称为纤颤. 颤动的心脏会颤动而不是跳动，而且无法将血液输送到身体的重要器官。在任何情况下，窒息和/或心脏骤停的死亡肯定是通过身体的强大电流造成的。具有讽刺意味的是，医务人员用强电流冲击病人的胸部，使一颗颤动的心脏“跳起来”，进入正常的跳动模式。

最后一个细节将我们引向另一个触电危险，这是公共电力系统特有的。虽然我们对电路的初步研究几乎只集中在直流电（直流电，或电路中沿连续方向运动的电），但现代电力系统使用交流电，或交流电。电力系统中这种偏爱交流而非直流电的技术原因与本讨论无关，但是每种电力的特殊危害对安全性的话题是非常重要的。

交流电对人体的影响很大程度上取决于频率。美国（60赫兹）和欧洲（50赫兹）家庭使用低频（50至60赫兹）交流电；它可能比高频交流电更危险，比相同电压和安培数的直流电危险3至5倍。低频交流电会引起肌肉收缩（手足抽搐），这可能会使手冻结在电流源上，延长暴露时间。直流电最有可能引起单一的痉挛性收缩，这常常迫使受害者远离电流源。[MMOM]

AC的交替性更倾向于将心脏起搏器神经元置于纤颤状态，而DC则倾向于使心脏静止不动。一旦电击电流停止，“冻结”的心脏比颤动的心脏更有可能恢复正常的搏动模式。这就是急救医生使用的“除颤”设备起作用的原因：除颤器单元提供的电流震动是直流电，它可以停止纤颤并给心脏一个恢复的机会。

在这两种情况下，足以引起肌肉不自主动作的电流都是危险的，必须不惜一切代价加以避免。在下一节中，我们将研究这种电流通常是如何进入和离开人体的，并检查预防此类情况的预防措施。

• 回顾：
• 由于人体电阻中的功率损耗，电流能够在人体内产生深度和严重的烧伤。
• 破伤风是由于外部电流通过身体而导致肌肉不自觉收缩的情况。当控制手指的肌肉不自觉地收缩，导致受害者无法松开通电的导体时，受害者被称为“电路冻结”
• 膈肌（肺）和心肌也同样受到电流的影响。即使电流太小而不足以诱发破伤风，也足以干扰心脏的起搏器神经元，导致心脏颤动而不是剧烈跳动。
• 直流电（DC）比交流电（AC）更容易引起肌肉破伤风，使DC更可能在休克情况下“冻结”受害者。然而，交流电更容易引起受害者的心脏颤动，在电击电流停止后，这对受害者来说是一种更危险的情况。

冲击电流路径

正如我们已经知道的，电需要一个完整的路径（电路）来持续流动。这就是为什么静电产生的冲击只是瞬间的震动：当两个物体之间的静电荷相等时，电子的流动必然是短暂的。这种持续时间自限的冲击很少是危险的。

没有两个接触点的身体电流分别进入和退出，没有冲击的危险。这就是为什么鸟类可以安全地在高压电线上休息而不会受到惊吓：它们只在一个点接触电路。

为了使电子流过导体，必须有一个电压来激励它们。你应该记得，电压是两点之间总是相对的. 在电路中没有电压“开”或“在”一个点上，因此鸟接触上述电路中的一个点时，没有电压施加在它的身体上，以建立电流通过它。是的，即使他们休息了二脚，两只脚接触同一根电线，使它们电气通用. 从电学上讲，鸟的两只脚都接触同一点，因此它们之间没有电压来激励电流通过鸟的身体。

这可能会让人相信，仅仅接触一根电线是不可能被电震到的。就像鸟儿一样，如果我们一次只碰一根电线，我们就安全了，对吧？不幸的是，这是不正确的。与鸟类不同，当人们接触到“带电”的电线时，他们通常是站在地上的。很多时候，电力系统的一侧会故意接地，因此接触单根导线的人实际上是在电路中的两点（导线和接地）之间进行接触：

地面符号是一组三个宽度逐渐减小的水平杆，位于所示电路的左下角，也位于被电击者的脚下。在现实生活中，电力系统接地是由一种埋在地下深处的金属导体组成，以便与大地最大限度地接触。该导体用粗导线与电路上的适当连接点电连接。受害者的接地连接是通过他们的脚，接触到地球。

这时学生脑海中通常会出现一些问题：

• 如果电路中的接地点为某人提供了一个容易受到电击的接触点，那么为什么要在电路中安装接地点？没有接地的电路会更安全吗？
• 受到惊吓的人可能不是赤脚的。如果橡胶和织物都是绝缘材料，那为什么他们的鞋子不通过防止电路形成来保护它们呢？
• 一个好的指挥家污垢是吗？如果通过地球的电流会使你感到震惊，为什么不把地球作为我们电源电路的导体呢？

为了回答第一个问题，电路中存在有意的“接地”点是为了确保电路的一侧是安全接触。请注意，如果上图中的受害者接触电阻器的底部，即使他们的脚仍然接触地面，也不会发生任何事情：

因为电路的底端通过电路左下角的接地点与地牢固连接，所以电路的下导体被制成电气通用接地。由于电气公共点之间不可能存在电压，因此接触下部电线的人将不会受到任何电压，他们也不会受到电击。出于同样的原因，将电路连接到接地棒/接地板的电线通常是裸露的（没有绝缘层），因此，它所碰到的任何金属物体都将与大地在电气上相同。

电路接地确保电路中至少有一个点可以安全接触。但是让电路完全不接地呢？这难道不是说，任何人只要碰一根电线，就和坐在一根电线上的鸟一样安全吗？理想情况下，是的。事实上，没有。在没有任何理由的情况下观察会发生什么：

尽管人的脚仍然接触地面，电路中的任何一个点都应该是安全的。由于没有完整的路径（电路）通过人的身体，从电压源的底部到顶部，没有办法使电流通过人。然而，这一切都可能随着意外接地而改变，例如树枝碰到电线并提供接地连接：

这种电力系统导体与地（地）之间的意外连接称为接地故障. 接地故障可能由许多因素引起，包括电线绝缘体上的污垢堆积（下雨时，为从导线到电杆和地面的电流创造了一条肮脏的水道）、地下水渗入地下电力线导线以及鸟降落在电线上，用翅膀将线路与电杆连接起来。考虑到接地故障的多种原因，它们往往是不可预测的。就树木而言，没有人能保证哪根电线它们的树枝可能会碰到。如果一棵树与电路中最上面的电线擦在一起，它会使顶部的电线安全接触，而底部的电线则会变得危险——这与之前树与底部电线接触的场景正好相反：

当树枝与顶部导线接触时，该导线成为电路中的接地导体，在电气上与接地共用。因此，该导线和接地之间没有电压，但底部导线和接地之间有全（高）电压。如前所述，树枝只是电力系统接地故障的一个潜在来源。考虑一个没有树木接触的不接地电力系统，但是这次二接触单线的人：

当每个人站在地面上，接触电路中的不同点时，冲击电流通过一个人、一个接地和另一个人形成一条通路。尽管每个人都认为他们只接触电路中的一个点是安全的，但他们的共同行动创造了一个致命的场景。实际上，一个人充当接地故障，使另一个人不安全。这就是为什么不接地的电力系统是危险的：电路中任何一点和接地（地）之间的电压是不可预测的，因为接地故障随时可能出现在电路的任何一点上。在这些场景中，唯一能保证安全的角色是鸟，它与地面完全没有联系！通过将电路中的指定点牢固地连接到接地（“接地”电路），至少可以在这一点上确保安全。这比完全没有接地连接更能保证安全。

为了回答第二个问题，胶底鞋做确实，提供一些电绝缘，以帮助保护某人免受通过他们的脚传导冲击电流。然而，大多数常见的鞋子设计并不是为了电气上的“安全”，它们的鞋底太薄，材质也不合适。此外，任何水分、污垢或来自体汗的导电盐在鞋底表面或渗透到鞋底，都会损害鞋子最初的绝缘价值。有专门为危险的电气作业而制作的鞋子，以及在带电电路上工作时为站立而制作的厚橡胶垫，但这些特殊的齿轮必须处于绝对干净、干燥的状态才能发挥作用。可以说，普通的鞋子不足以保证防止电力系统的电击。

对人体各部分和接触点（如地面）之间的接触电阻进行的研究显示了各种各样的数字（关于这些数据来源的信息，请参阅章节末尾）：

• 手或脚接触，用橡胶绝缘：20 MΩ典型值。
• 脚接触皮鞋底（干）：100 kΩ至500 kΩ
• 脚接触皮鞋底（湿）：5 kΩ至20 kΩ

正如你所看到的，橡胶不仅比皮革绝缘性好得多，而且在像皮革这样的多孔性物质中也存在水大大地降低电阻

为了回答第三个问题，泥土不是一种很好的导体（至少在它干的时候不好！）。它的导体太差，无法支撑为负载供电的连续电流。然而，正如我们将在下一节中看到的，伤害或杀死一个人所需的电流非常小，因此即使污垢的导电性差，也足以在有足够电压的情况下提供致命电流的路径，就像电力系统中通常存在的那样。

有些地面比其他地面更好的绝缘体。例如，沥青是油性的，比大多数形式的泥土或岩石具有更大的阻力。另一方面，混凝土由于其固有的水和电解质（导电化学物质）含量，往往具有相当低的电阻。

• 回顾：
• 只有在电路的两个点之间接触时，才可能发生触电；当电压作用在受害者身上时。
• 电源电路通常有一个指定的“接地”点：与埋在泥土中的金属棒或金属板牢固连接，以确保电路的一侧始终处于地电位（该点与接地之间的电压为零）。
• A接地故障是指电路导体和地（地）之间的意外连接。
• 特殊的绝缘鞋和垫子是用来通过接地传导保护人免受电击的，但是即使是这些齿轮也必须在干净、干燥的条件下才能有效。普通的鞋子不足以通过将穿着者与大地隔离来提供防震保护。
• 虽然污垢是不良导体，但它能传导足够的电流伤人或致死。

欧姆定律（又来了！）

一个关于电气安全的常用短语是这样的：不是电压害死人，而是电流！“虽然这其中有一个事实的成分，但对于电击危险的理解，比这句简单的格言还要多。如果电压不存在危险，就不会有人打印和显示标志：危险——高压！

“电流杀死”的原理基本上是正确的。是电流燃烧组织，冻结肌肉，使心脏纤维化。然而，电流不仅仅是自己产生的：必须有电压来激励电子流过受害者。一个人的身体也会对电流产生阻力，这一点必须加以考虑。

取电压、电流和电阻的欧姆定律，并将其表示为给定电压和电阻的电流，我们得到以下方程式：

通过物体的电流量等于施加在物体上两点之间的电压除以物体在这两点之间提供的电阻。显然，能使电子流动的电压越高，它们就越容易通过任何给定的电阻值。因此，高电压的危险：高电压意味着可能有大量电流通过你的身体，这将伤害或杀死你。相反，一个物体对电流的电阻越大，在任何给定的电压下，电子的流动速度就越慢。究竟有多大的电压是危险的，这取决于电路中有多少总电阻来对抗电子的流动。

人体阻力不是一个固定的量。因人而异，时而不同。甚至有一种基于测量人脚趾和手指之间电阻的体脂测量技术。不同比例的体脂提供不同的电阻：只有一个变量影响人体电阻。为了使这项技术准确地发挥作用，测试人员必须在测试前几个小时调节液体的摄入量，这表明身体水合作用是影响人体电阻的另一个因素。

身体抵抗力也因与皮肤接触的方式而不同：是手对手、手对脚、脚对脚、手对肘等。？汗液含有丰富的盐分和矿物质，是液态电的极好导体。血液也是如此，其导电化学物质含量同样高。因此，与出汗的手或开放性伤口形成的电线接触，其对电流的电阻要比干净、干燥的皮肤接触时小得多。

用一个灵敏的电表测量电阻，我用双手测量大约100万欧姆的电阻（1MΩ），用手指夹住电表的金属探针。当我紧紧挤压探针时，仪表显示的阻力较小，而当我松开探针时，显示的阻力更大。坐在电脑前，打字，我的双手干干净净。如果我在一个又热又脏的工业环境中工作，我双手之间的电阻可能会小得多，对致命电流的抵抗力也会降低，电击的威胁也会更大。

但是有多少电流是有害的呢？这个问题的答案还取决于几个因素。个体的身体化学对电流如何影响个体有着重要的影响。有些人对电流高度敏感，会因静电的冲击而产生不自主的肌肉收缩。另一些人会因为释放静电而产生大火花，几乎感觉不到，更不用说肌肉痉挛了。尽管存在这些差异，但通过测试制定了近似指南，这些测试表明，显示有害影响所需的电流非常少（有关数据来源的信息，请参阅本章末尾）。所有电流值均以毫安为单位（毫安等于1/1000安培）：

BODILY EFFECT DIRECT CURRENT (DC) 60 Hz AC 10 kHz AC --------------------------------------------------------------- Slight sensation Men = 1.0 mA 0.4 mA 7 mA felt at hand(s) Women = 0.6 mA 0.3 mA 5 mA --------------------------------------------------------------- Threshold of Men = 5.2 mA 1.1 mA 12 mA perception Women = 3.5 mA 0.7 mA 8 mA --------------------------------------------------------------- Painful, but Men = 62 mA 9 mA 55 mA voluntary muscle Women = 41 mA 6 mA 37 mA control maintained --------------------------------------------------------------- Painful, unable Men = 76 mA 16 mA 75 mA to let go of wires Women = 51 mA 10.5 mA 50 mA --------------------------------------------------------------- Severe pain, Men = 90 mA 23 mA 94 mA difficulty Women = 60 mA 15 mA 63 mA breathing --------------------------------------------------------------- Possible heart Men = 500 mA 100 mA fibrillation Women = 500 mA 100 mA after 3 seconds ---------------------------------------------------------------

“Hz”代表赫兹，测量交流电流变化的速度，另称为频率. 因此，标有“60 Hz AC”的一栏数字是指以每秒60个周期（1个周期=电子先向一个方向流动，然后再向另一个方向流动的时间段）的频率交替流动的电流。最后一列标记为“10 kHz AC”，表示每秒完成一万（10000）个来回循环的交流电。

请记住，这些数字只是近似值，因为不同身体化学成分的个体可能会有不同的反应。有人认为，在一定条件下，只有17毫安交流电的胸前电流就足以诱发人体纤颤。我们关于诱导性纤颤的大部分数据来自动物实验。显然，对诱发心室颤动的受试者来说，这是不可行的。哦，如果你想知道，我不知道为什么女人比男人更容易受电流的影响！

假设我把我的双手放在一个交流电压源的终端上，频率为60赫兹（每秒60个周期，或前后交替）。在这种清洁、干燥的皮肤状态下，需要多少电压才能产生20毫安的电流（足以使我无法释放电压源）？我们可以使用欧姆定律（E=IR）来确定：E = IR

E = (20 mA)(1 MΩ)

E = 20,000 volts, or 20 kV

请记住，从电气安全的角度来看，这是一个“最佳情况”（干净、干燥的皮肤），电压值表示诱发破伤风所需的量。造成痛苦的休克所需的时间要少得多！同时请记住，任何特定电流量的生理效应因人而异，这些计算仅粗略估计 .

在我的手指上洒水来模拟出汗，我能够测量到的手对手的电阻只有17000欧姆（17kΩ）。记住，这是每只手只有一个手指接触一根细金属丝。重新计算产生20毫安电流所需的电压，我们得到这个数字：

E = IR

E = (20 mA)(17 kΩ)

E = 340 volts

在这种现实的情况下，我的一只手到另一只手只需要340伏的电压就可以产生20毫安的电流。然而，它仍然有可能受到致命的冲击，从低于这个电压。提供了一个低得多的身体抵抗力的数字，通过接触戒指来增强（一条包裹在手指周围的黄金带杰出的触电接触点）或与大型金属物体（如管道或工具的金属手柄）完全接触时，车身电阻值可能下降至1000欧姆（1 kΩ），从而使更低的电压产生潜在危险：

E = IR

E = (20 mA)(1 kΩ)

E = 20 volts

请注意，在这种情况下，20伏特足以通过一个人产生20毫安的电流：足以诱发破伤风。记住，有人认为只有17毫安的电流可能会诱发心室（心脏）颤动。如果手对手电阻为1000Ω，则只需17伏就可产生这种危险状况：

E = IR

E = (17 mA)(1 kΩ)

E = 17 volts

就电气系统而言，17伏的电压还不够。诚然，这是一个“最坏情况”的情况下，60赫兹的交流电压和良好的身体导电性，但它确实表明，在某些条件下，很少的电压可能会造成严重的威胁。

产生1000Ω人体电阻所需的条件也不必像所介绍的那样极端（皮肤出汗，接触金戒指）。人体电阻可能会随着电压的应用而降低（尤其是破伤风导致受害者紧握导线时），因此在恒定电压下，初次接触后电击的严重程度可能会增加。一开始只是轻微的电击——刚好可以“冻结”受害者，让他们无法释怀——随着他们身体抵抗力的降低和电流的相应增加，可能会升级为足以杀死他们的东西。

研究提供了一组不同条件下人体接触点电阻的近似值（关于数据来源的信息，请参阅章节末尾）：

• 手指接触的电线：40000 Ω至1000000 Ω干，4000 Ω至15000 Ω湿。
• 手握钢丝：15000 Ω至50000 Ω干，3000 Ω至5000 Ω湿。
• 手握金属钳：5000 Ω至10000 Ω干，1000 O至3000 Ω湿。
• 与手掌接触：3000 Ω至8000 Ω干，1000 O至2000 Ω湿。
• 一只手抓住1.5英寸金属管：1000 O至3000 Ω干，500 Ω至1500 Ω湿。
• 用双手握住1.5英寸金属管：500 Ω至1500 KΩ干，250 Ω至750 Ω湿。
• 手浸导电液体：200Ω至500Ω。
• 脚浸在导电液体中：100Ω至300Ω。

注意涉及1.5英寸金属管的两种情况下的电阻值。用两只手抓管子测得的阻力正好是一只手抓管子阻力的一半。

用两只手，身体接触面积是单手的两倍。与其他物体接触的电阻增加，这是一个重要的教训：与任何物体接触都会减少电阻。用两只手握住管子，电子有两个，平行从管道流向阀体的管线（反之亦然）。

我们将在后面的章节中看到，平行电路路径总是比单独考虑的任何单个路径产生的总电阻更小。

在工业中，30伏通常被认为是危险电压的保守阈值。谨慎的人应该把任何高于30伏的电压视为威胁，而不是依靠正常的身体电阻来防止电击。尽管如此，保持手的清洁和干燥仍然是一个很好的主意，当工作在电力周围时，把所有的金属首饰都摘下来。即使在较低的电压下，金属首饰在电路中两点之间接触时，也会传导足够的电流灼伤皮肤，从而造成危险。尤其是金属环，在低压、大电流电路中，由于在点之间架桥，导致了多个手指烧伤。

此外，低于30的电压也可能是危险的，如果它们足以引起一种不愉快的感觉，这可能会导致你抽搐和意外地接触到更高的电压或其他一些危险。我记得有一次在一个炎热的夏天为一辆汽车工作。我穿着短裤，光着的腿接触着车上的镀铬保险杠，因为我收紧了电池连接。当我把我的金属扳手碰到12伏电池的正极（未接地）时，我能感觉到我的腿碰到保险杠的地方有刺痛感。与金属的牢固接触和我汗流浃背的皮肤相结合，使我能够在只有12伏的电位下感到电击。

谢天谢地，没有什么不好的事情发生，但是如果发动机一直在运转，而不是我的腿，我可能会本能地把我的手臂伸进旋转风扇的路径上，或者把金属扳手扔到电池端子上（产生大的通过扳手的电流量，伴随大量火花）。这说明了有关电气安全的另一个重要教训：电流本身可能是一个间接的伤害原因，它会使你的身体部位跳跃或痉挛，从而造成伤害。

电流通过人体的路径决定了它的危害程度。电流会影响任何在其路径上的肌肉，由于心脏和肺（横膈膜）肌肉可能是最关键的一个人的生存，休克路径穿过胸部是最危险的。这使得手对手电击电流路径极有可能成为伤害和死亡的模式。

为防止发生这种情况，建议只使用一只手在危险电压的带电电路上工作，另一只手塞进口袋，以免意外接触任何东西。当然，是的总是在没有动力的电路上工作更安全，但这并不总是实际可行的。对于单手工作，右手通常比左手好，这有两个原因：大多数人是右手的（因此在工作时给予额外的协调），心脏通常位于胸腔中心的左侧。

对于那些左撇子来说，这个建议可能不是最好的。如果他们把一只手放在更危险的地方，即使他们用一只手握着更大的危险，他们也会用一只更危险的手。用一只手或另一只手电击的相对危险性可能比协调性差的工作的危险性小，所以选择哪只手工作最好留给个人。

防止带电电路冲击的最佳保护是电阻，通过使用绝缘工具、手套、靴子和其他工具，可以增加人体的电阻。电路中的电流是可用电压除以全部的流动路径中的阻力。正如我们在本书后面将更详细地研究的那样，当电阻堆积起来时，电阻会产生附加效应，因此电子只有一条流动路径：

现在我们将看到一个戴绝缘手套和靴子的人的等效电路：

因为电流必须通过后备箱和尸体和手套要完成它的回路回电池，总的来说(总和)这些电阻中，对电子流动的阻碍程度比单独考虑的任何电阻都要大。

安全性是电线通常被塑料或橡胶绝缘层覆盖的原因之一：大幅度增加导线与任何人或任何可能接触它的人之间的电阻。不幸的是，将电力线导线封闭在足够的绝缘层中以在意外接触的情况下提供安全，这将是非常昂贵的，因此，将这些导线保持在够不到的地方，这样就不会有人意外地接触到它们。

• 回顾：
• 对人体的伤害是冲击电流大小的函数。更高的电压允许产生更高、更危险的电流。电阻与电流相反，因此高电阻是一种很好的电击防护措施。
• 任何高于30的电压通常被认为能够传递危险的冲击电流。
• 在电路周围工作时，金属首饰绝对不适合佩戴。戒指、表带、项链、手镯和其他类似的装饰品能与你的身体产生极好的电接触，即使在低电压下也能传导足够的电流，使皮肤灼伤。
• 低电压仍然是危险的，即使它们太低而不能直接造成电击伤害。它们可能足以惊吓受害者，使他们猛然后退，并接触附近更危险的东西。
• 当需要在“带电”电路上工作时，最好用一只手进行工作，以防止致命的手对手（通过胸部）的冲击电流路径。

安全操作

如果可能的话，在对电路进行任何操作之前，请切断电路的电源。在一个系统被认为可以安全工作之前，你必须确保所有有害能源的安全。在工业中，将电路、设备或系统固定在这种情况下通常称为将其置于零能量状态. 当然，这节课的重点是电气安全。然而，这些非电气原理也适用于许多非电气系统。

在零能量状态下保护某物意味着排除任何种类的潜在或储存的能量，包括但不限于：

• 危险电压
• 弹簧压力
• 液压（液体）压力
• 气动（空气）压力
• 悬重
• 或其他活性物质
• 核能（放射性或裂变物质）

电压本质上是势能的表现。在第一章中，我甚至用升高的液体作为电压势能的类比，它具有产生电流（流）的能力（电位），但在建立合适的流动路径和克服流动阻力之前，不一定要认识到这种势能。一对高压电线看起来或听起来都不危险，即使它们之间有足够的势能将致命的电流通过你的身体。尽管电压目前没有任何作用，但它有可能发生作用，而且在安全接触这些导线之前，必须先将电位中和。

所有正确设计的电路都有“断开”开关机构，用于保护电路的电压。有时，这些“断开”有双重作用，即在过电流条件下自动断开，在这种情况下，我们称之为“断路器”。另一些时候，隔离开关是严格的手动操作装置，没有自动功能。无论哪种情况，它们都是为了保护你，必须正确使用。请注意，断开装置应与用于打开和关闭装置的常规开关分开。它是一个安全开关，仅用于将系统固定在零能量状态：

如图所示，当断路开关处于“断开”位置时（无连续性），电路断开，将不存在电流。负载上的电压为零，电源的全电压将通过断路开关的断开触点下降。请注意，在电路的下导体中不需要断开开关。因为电路的那一侧与地（地）牢固地连接，所以它与地在电气上是共同的，最好保持这样。为了最大限度地保障在该电路负载下工作的人员的安全，可在负载的顶部建立临时接地连接，以确保负载上不会出现电压下降：

临时接地连接到位后，负载接线的两侧都接地，确保负载处于零能量状态。

由于负载两侧的接地连接在电气上等同于用电线在负载上短路，这是实现最大安全性相同目标的另一种方法：

无论哪种方式，负载的两侧都将在电气上与地球共用，不允许负载的任何一侧与地面人员站在一起的电压（势能）。这种在断电电力系统中临时接地导线的技术在高压配电系统的维护工作中非常常见。

这种预防措施的另一个好处是防止在人们仍然接触负载时，切断开关被闭合（打开“以建立电路连续性）的可能性。当隔离开关闭合时，负载上连接的临时电线会产生短路，立即使电路中的任何过电流保护装置（断路器或保险丝）跳闸，从而再次切断电源。如果发生这种情况，断路开关很可能会造成损坏，但负载工人是安全的。

在这一点上最好提到过电流装置并不是用来提供电击保护的。相反，它们的存在仅仅是为了保护导体不因电流过大而过热。如果断开开关闭合，刚才描述的临时短路导线确实会导致电路中的任何过电流装置“跳闸”，但要认识到电击保护并非这些装置的预期功能。它们的主要功能仅仅是利用短路电线保护工人。

由于能够将任何断开装置固定在断开（关闭）位置并确保它们在电路上工作时保持这种状态是很重要的，因此需要建立一个结构化的安全系统。这样的系统在工业中被广泛使用，被称为上锁/挂牌 .

上锁/挂牌程序的工作原理是这样的：在安全电路上工作的所有人员都有自己的个人挂锁或组合锁，在对系统进行操作之前，他们将其设置在断开装置的控制杆上。此外，他们必须填写并签署一个标签，该标签挂在锁上，说明他们打算在系统上执行的工作的性质和持续时间。如果有多个能源要“锁定”（多次断开，电气和机械能源都要固定等），工人必须在工作开始前使用尽可能多的锁，以确保系统的电源。这样，系统将保持在零能量状态，直到所有断开和关闭装置上的最后一个锁都被移除，这意味着每个最后一个工人都会通过移除自己的个人锁来表示同意。如果决定重新启动系统，并且在场的每个人都卸下他们的锁后，一个人的锁仍在原位，标签将显示此人是谁以及他们在做什么。

即使制定了良好的上锁/挂牌安全计划，仍然需要勤勉和常识性的预防措施。在工业环境中尤其如此，许多人可能同时在一个设备或系统上工作。其中一些人可能不知道正确的上锁/挂牌程序，或者可能知道但过于自满而无法遵循。不要以为每个人都遵守了安全规则！

在电气系统被锁定并贴上个人锁之后，您必须再次检查电压是否真的处于零状态。检查的一种方法是，如果起点开关或按钮启动。如果它启动了，那么你就知道你没有成功地从它那里获得电力。

另外，你应该总是在实际接触电路中的任何导体之前，用测量装置检查是否存在危险电压。为了安全起见，您应该按照以下步骤检查、使用并检查您的电表：

• 检查一下你的仪表在已知电压源上的指示是否正确。
• 用你的电表测试锁定电路是否有危险电压。
• 在已知的电压源上再次检查你的仪表，看它是否仍能正常工作。

虽然这看起来有点过分甚至偏执，但它是一种行之有效的防止电击的技术。我曾经有一次，当我检查一个电路，看它是否“死了”时，一个电表不能显示电压，如果我没有用其他方法来检查电压的存在，我今天可能就不会活着写这篇文章了。你的电压表总是有可能在你需要它检查危险情况时出现故障。遵循这些步骤将有助于确保你永远不会被坏表误导到致命的境地。

最后，电气工人将到达安全检查程序中的某个点，在该点上实际接触导线是安全的。请记住，在采取了所有预防措施后，仍有可能（尽管可能性很小）存在危险电压。此时要采取的最后一项预防措施是暂时接触导线用手背在抓住它或与之接触的金属工具之前。为什么？如果由于某种原因，导体和接地之间仍然存在电压，那么来自冲击反应的手指运动（握拳）将打破与导体接触。请注意，这绝对是最后的任何电气工人在开始电力系统工作之前应该采取的步骤，并且从未作为检查危险电压的替代方法。如果你有理由怀疑你的仪表的可靠性，用另一个仪表来获得“第二意见”

• 回顾：
• 零能量状态：当电路、设备或系统已被固定，因此不存在潜在能量来伤害在其上工作的人。
• 断开开关装置必须安装在适当设计的电气系统中，以便方便地准备零能量状态。
• 临时接地或短路线可连接到正在维修的负载上，以便对在该负载上工作的人员提供额外的保护。
• 上锁/挂牌工作原理是这样的：当在零能量状态下操作系统时，工作人员会将个人挂锁或组合锁放置在与他或她在该系统上的任务相关的每个能量断开装置上。另外，每把锁上都挂上一个标签，说明要做的工作的性质和持续时间，以及谁在做。
• 在“锁定电路”后，务必使用测试设备验证电路是否处于零能量状态。确保在检查电路之前和之后测试您的仪表，以验证其是否正常工作。
• 当实际接触到一个假定断电的电力系统的导体时，首先用一只手背进行接触，这样如果发生电击，肌肉反应会将手指从导体上拉开。

应急响应

尽管上锁/挂牌程序和行业中多次重复电气安全规则，事故仍时有发生。大多数情况下，这些事故都是由于没有遵守适当的安全程序造成的。但是，不管发生了什么，它们仍然会发生，任何在电气系统周围工作的人都应该意识到需要为触电的受害者做些什么。

如果你看到有人躺在地上不省人事或“冻僵在电路上”，首先要做的就是打开适当的断开开关或断路器来切断电源。如果有人接触到另一个被电击的人，可能会有足够的电压降到受害者的身上，从而“冻结”两个人而不是一个人。别当英雄。电子不尊重英雄主义。确保情况对你来说是安全的，否则你将成为下一个受害者，没有人会从你的努力中获益。

这个规则的一个问题是，可能不知道电源的来源，或者很容易及时发现，以拯救休克的受害者。如果触电者的呼吸和心跳被电流麻痹，他们的存活时间就非常有限。如果冲击电流足够大，它们的肉和内脏可能会被电流通过身体时消散的能量迅速烤熟。

如果电源切断开关不能足够快地定位，就有可能通过撬开受害者或用干木板或非金属导管将受害者从冻结的电路中移开，这些都是工业建筑场景中常见的物品。另一个可以用来安全地把“冻僵”的受害者拉离电源的东西是一根延长线。把一根绳子绕在他们的躯干上，用它作为绳子把他们从电路中拉出来，他们对导体的抓地力可能会断开。记住，受害者会用尽全力抓住售票员，所以把他们拉开可能不容易！

一旦受害者安全地与电源断开，对受害者的直接医疗问题应该是呼吸和循环（呼吸和脉搏）。如果救援人员接受过心肺复苏的培训，他们应该按照适当的步骤检查呼吸和脉搏，然后根据需要进行心肺复苏，以防止受害者的身体缺氧。心肺复苏的基本原则是继续前进直到你被合格人员解职。

如果受害者是清醒的，最好让他们静静地躺着，直到合格的应急人员到达现场。受害者有可能进入生理性休克状态——一种不同于电击的血液循环不足的状态——因此他们应该尽可能地保持温暖和舒适。不足以导致心跳立即中断的电击强度可能足以导致心脏不正常或在数小时后心脏病发作，因此受害者应在事故发生后密切关注自己的状况，最好在监督下进行。

• 回顾：
• 被电击的人需要切断电源。找到隔离开关/断路器并将其关闭。或者，如果无法定位断开装置，可以用绝缘物体（如干木板、非金属导管或橡胶电线）将受害者从电路中撬出或拉出。
• 受害者需要立即的医疗反应：检查呼吸和脉搏，然后根据需要进行心肺复苏以维持氧合。
• 如果受害者在被电击后仍然清醒，则需要对他们进行密切监视和护理，直到训练有素的应急人员到达。有生理休克的危险，所以要让受害者保持温暖和舒适。
• 休克的受害者可能在被电击后数小时内出现心脏病。立即就医后，触电的危险并没有结束。

常见危险源

当然，直接在电力系统上执行手动操作时，有触电的危险。然而，由于电力在我们生活中的广泛使用，许多其他地方也存在电击危险。

如前所述，皮肤和身体的电阻与电路的相对危险性有很大关系。人体电阻越高，任何给定电压产生的有害电流就越小。相反，身体的电阻越低，施加电压造成伤害的可能性就越大。

降低皮肤的抵抗力是最容易的方法。因此，用湿手、湿脚，或特别是在出汗的情况下（盐水比淡水导电性好得多），触摸电气设备是危险的。在家庭中，浴室是湿淋淋的人可能接触电器的地方之一，因此电击危险在那里是一个明显的威胁。好的浴室设计将电源插座放置在远离浴缸、淋浴和水槽的地方，以阻止附近使用电器。插在墙上插座上的电话也是危险电压的来源（开路电压是48伏直流电，铃声信号是150伏交流电——记住，任何超过30伏的电压都被认为是潜在的危险！）。坐在浴缸里时，永远不要使用电话和收音机之类的电器。即使是电池供电的设备也应避免使用。一些电池操作的设备采用能够产生致命电位的电压增加电路。

游泳池是另一个麻烦的来源，因为人们经常在附近操作收音机和其他电力设备。国家电气规范要求在潮湿和室外区域安装称为接地故障电流中断（GFI或GFCI）的特殊冲击检测插座，以帮助防止电击事故。关于这些设备的更多信息，请参阅本章后面的章节。这些特殊的装置无疑挽救了许多人的生命，但它们不能代替常识和勤勉的预防措施。与火器一样，最好的“安全”是知情和认真负责的操作人员。

家庭和工业中常用的延长线也是潜在危险的来源。所有电线应定期检查绝缘层是否磨损或开裂，并立即修理。将损坏的电线从插座上拔下，然后用一对侧嘴钳切断插头（“公”插头），以确保在固定之前没有人可以使用它。这在许多人共用同一设备的工地上很重要，但并非所有人都知道危险。

任何显示有电气问题迹象的电动工具也应立即维修。我听说过一些恐怖的故事，人们继续使用手工工具，而这些工具会周期性地使他们感到震惊。记得，电能杀人它带来的死亡是可怕的。和延长线一样，不好的电源工具可以通过拔下插头并切断电源线末端的插头来停止使用。

应尽量避免和明显的电源线损坏。电源线之间或电源线与接地之间的电压通常非常高（2400伏是住宅配电系统中使用的最低电压之一）。如果电线断了，金属导体掉到地上，直接的结果通常是产生大量的电弧（产生火花），通常足以将大块的混凝土或沥青从路面上移开，并且报告的强度与步枪或猎枪的相当。直接接触被击落的电线几乎肯定会导致死亡，但也存在其他不那么明显的危险。

当线路接触到地面时，电流在被降下的导体和系统中最近的接地点之间流动，从而形成一个电路：

如果一个好的导体埋在离地面最近的一个点上，那么这一点就只能是一个好的导体。由于地球的导电性比沿电线杆串起来的金属电缆差得多，因此在电缆与地面的接触点和接地导体之间会有很大的电压降，而沿电缆长度下降的电压也很小（下图为非常近似值）：

如果两个接地触点（向下的电缆和系统接地）之间的距离很小，则在这两个点之间的短距离内会有大量电压下降。因此，站在这两点之间的地面上的人会因为截获双脚之间的电压而有触电的危险！

同样，这些电压值是非常近似的，但是它们说明了一个潜在的危险：一个人可能会在没有接触到那根电线的情况下，成为坠落电线电击的受害者！

如果一个人看到电线掉到地上，一个切实可行的预防措施是只在一点上接触地面，要么逃跑（当你跑步时，在任何给定的时间只有一只脚接触地面），要么在无处可跑的情况下，单脚站立。显然，如果有更安全的地方跑步，跑步是最好的选择。两个脚之间的接触将不会有致命的机会。

• 回顾：
• 潮湿的环境会降低皮肤电阻，从而增加触电风险。
• 立即更换磨损或损坏的延长线和电动工具。你可以通过切断电源线上的插头（当然，在插头从插座上拔下）来防止对坏电源线或工具的无害使用。
• 电线是非常危险的，应该不惜一切代价加以避免。如果您看到一条线路即将触地，请单脚站立或奔跑（只有一只脚接触地面），以防止线路和系统接地点之间的地面上的电压跌落造成电击。

安全电路设计

如前所述，从安全角度来看，没有安全接地连接的电力系统是不可预测的：无法保证电路中任何一点与接地之间的电压有多大或有多小。通过将电力系统电压源的一侧接地，可以确保电路中至少有一个点与接地电气共用，因此不存在电击危险。在简单的两线制电力系统中，接地的导体称为中立的，另一个导体叫做热的，也称为居住或者积极的 :

就电压源和负载而言，接地没有任何区别。它的存在纯粹是为了人身安全，通过保证电路中至少有一个点可以安全接触（零电压对地）。电路的“热”侧因其潜在的电击危险而命名，除非通过与电源的适当断开来确保电压的安全（理想情况下，使用系统的锁定/挂牌程序），否则触摸电路的“热”侧是危险的。

在一个简单的电力电路中，两个导体之间的危险不平衡是很重要的。以下一系列的插图基于常见的家庭布线系统（为简单起见，使用直流电压源而不是交流）。

如果我们看看一个简单的家用电器，比如带有导电金属外壳的烤面包机，我们就会发现，当它正常工作时，应该不会有电击危险。给烤箱加热元件供电的电线是用橡胶或塑料绝缘的，以防与金属外壳（以及彼此）接触。

然而，如果烤面包机内的一根电线意外地与金属外壳接触，外壳将与金属外壳电气共用，接触外壳与接触裸露电线一样危险。是否存在电击危险取决于哪一个电线意外接触：

如果“热”线接触到外壳，就会使烤面包机的使用者处于危险之中。另一方面，如果中性线与外壳接触，则不存在电击危险：

为了帮助确保前一种故障的可能性比后者小，工程师们试图以尽量减少热导体与外壳接触的方式来设计电器。当然，理想情况下，您不希望任何一根电线意外地接触到电器的导电外壳，但通常有一些方法可以设计零件的布局，使一根电线比另一根电线意外接触的可能性更小。然而，这种预防措施只有在电源插头极性得到保证的情况下才有效。如果插头可以反转，那么更可能接触外壳的导体很可能是“热”的：

以这种方式设计的电器通常带有“极化”插头，插头的一个尖头比另一个稍窄。电源插座也是这样设计的，一个槽比另一个窄。因此，插头不能“向后”插入，并且可以保证设备内的导体标识。请记住，这对设备的基本功能没有任何影响：它完全是为了用户安全。

一些工程师解决安全问题的简单方法是使电器的外部外壳不导电。这类电器称为双层绝缘的，因为绝缘外壳作为第二层绝缘，高于导体本身。如果用户在电器内部意外接触到电线，则不会出现危险。

其他工程师通过维护导电外壳来解决安全问题，但使用第三根导线将外壳牢固地连接到地面：

电源线上的第三个插脚提供从电器外壳到接地的直接电气连接，使这两个点在电气上彼此共用。如果它们在电上是共同的，那么它们之间就不会有任何电压下降。至少，它应该是这样工作的。如果热导体意外接触金属电器外壳，它将通过地线直接短路回电压源，使任何过电流保护装置跳闸。设备的使用者将保持安全。

这就是为什么在试图将电源插头插入两个插脚插座时，切记不要切断电源插头的第三个插脚。如果这样做了，设备外壳将不会接地，以保护用户的安全。该设备仍能正常工作，但如果有内部故障导致热线与外壳接触，后果可能是致命的。如果是双管插座必须使用时，可以安装一个2到3个插脚插座适配器，并将接地线连接到插座的接地盖螺钉上。这将在插入此类插座时保持接地设备的安全。

然而，电气安全工程并不一定以负载结束。最后一种防止电击的保护措施可以布置在电路的电源侧，而不是设备本身。这种保护措施称为接地故障检测，其工作原理如下：

在一个正常工作的电器（如上图所示）中，通过热导体测得的电流应与通过中性导体的电流完全相等，因为电路中只有一条电子流动的路径。在电器内部没有故障的情况下，电路导体与接触外壳的人之间没有连接，因此不会发生电击。

但是，如果火线意外接触到金属外壳，则会有电流通过接触外壳的人。冲击电流的存在将表现为差异插座处两根电源导线之间的电流：

“热”导线和“中性”导线之间的电流差只有在有电流通过接地连接时才会存在，这意味着系统中存在故障。因此，这种电流差可以作为发现故障状态。如果设置了一个装置来测量两个电源导线之间的电流差，则可以使用电流不平衡检测来触发断开开关，从而切断电源并防止严重电击：

这种装置被称为接地故障电流断续器或简称GFCIs。在北美以外，GFCI被称为安全开关、剩余电流装置（RCD）、RCBO或RCD/MCB（如果与小型断路器或漏电断路器（ELCB））结合使用。它们足够紧凑，可以装进电源插座。这些插座通过其独特的“测试”和“重置”按钮很容易识别。使用这种方法来确保安全性的最大优点是它可以工作，而不考虑设备的设计。当然，要知道，在这种设备的安全性之外，使用一个双电源插座来改善它的安全性当然会更好。

这个电弧故障断路器，一个用于防止火灾的断路器，设计用于在间歇性电阻短路时打开。例如，一个普通的15安断路器被设计成在负载远远超过15安培额定值时快速断路，而在额定值之外稍慢一点就会断开。虽然这可以分别防止直接短路和几秒钟的过载，但它不能防止电弧-类似于电弧焊。电弧是一种高度可变的负载，在70安以上重复峰值，开路，交流过零。虽然，平均电流不足以使标准断路器跳闸，但足以引发火灾。这种电弧可能是由金属短路造成的，它将金属烧开，留下电离气体的电阻溅射等离子体。

AFCI包含检测这种间歇性电阻短路的电子电路。它可以防止热对中性和热对地电弧。AFCI不像GFCI那样保护人身电击危险。因此，GFCI仍然需要安装在厨房、浴室和室外电路中。由于AFCI通常在启动大型电机时跳闸，更普遍的是在刷电机上，根据美国国家电气规范，其安装仅限于卧室电路。使用AFCI应能减少电气火灾的次数。然而，在AFCI电路上运行电机的电器时，令人讨厌的跳闸是一个问题。

• 回顾：
• 电力系统通常有一侧的电压供应接地，以确保安全在那一点。
• 电力系统中的“接地”导体称为中立的导体，而不接地的导体称为热的 .
• 电力系统接地是为了人身安全，而不是为了负荷的运行。
• 良好的工程设计可以提高电器或其他负载的电气安全性：极化插头、双重绝缘和三叉“接地”插头都是使负载侧安全性最大化的方法。
• 接地故障电流断续器（GFCIs）通过感应向负载供电的两个导体之间的电流差来工作。电流应该没有差别。任何差异意味着电流必须通过除两根主导体以外的其他方式进入或退出负载，这是不好的。显著的电流差会自动打开隔离开关机构，完全切断电源。

安全仪表使用

安全有效地使用电表也许是一个电子技术人员所能掌握的最有价值的技能，无论是为了他们自己的人身安全，还是为了精通他们的行业。一开始使用电能表可能会让人望而生畏，因为你知道你正在把它连接到可能存在危及生命的电压和电流水平的带电电路上。这种担忧并非毫无根据，使用电表时最好谨慎行事。粗心大意是导致有经验的技术人员发生电气事故的最主要因素。

最常见的电气测试设备是一种称为万用表. 万用表之所以这么命名，是因为它能够测量多个变量：电压、电流、电阻，通常还有许多其他变量，其中有些由于其复杂性而无法在这里解释。在训练有素的技术人员手中，万用表既是一种高效的作业工具，也是一种安全装置。然而，在无知和/或粗心的人手中，万用表在连接“带电”电路时可能成为危险源。

不同品牌的运动仪表由不同的制造商制造，每种型号有多套。下图中所示的万用表是一种“通用”设计，并非特定于任何制造商，但其通用性足以教授基本使用原理：

您会注意到，该仪表的显示是“数字”类型：以类似于数字时钟的方式使用四位数字显示数值。旋转选择开关（现在设置在下车位置）有五个不同的测量位置，可以设置在：两个“V”设置，两个“A”设置，一个设置在中间，上面有一个有趣的“马蹄形”符号代表“电阻”。“马蹄形”符号是希腊字母“Omega”（Ω），这是欧姆电性单位的常用符号。

在两个“V”设置和两个“A”设置中，您会注意到，每一对被划分为具有唯一标记的一对水平线（一条实线，一条虚线）或一条上方有一条曲线的虚线。平行线代表“直流”，而曲线曲线代表“交流”。“V”代表“电压”，“A”代表“电流”。电能表在内部使用不同的技术来测量直流电，而不是用来测量交流电，因此它要求用户选择要测量的电压（V）或电流（A）。交流电能表的技术区别我们还没有详细讨论过。

万用表表面有三个不同的插座，我们可以将测试引线. 测试引线只不过是专门准备好的电线，用来把电表连接到被测电路上。导线涂有彩色编码（黑色或红色）柔性绝缘层，以防止用户的手接触裸导线，探头尖端是锋利、坚硬的导线：

黑色测试引线总是将插头插入万用表的黑色插座：标有“COM”的表示“公共”的插座。红色测试引线插入标有电压和电阻的红色插座或标记电流的红色插座，具体取决于您打算用万用表测量的量。

为了了解这是如何工作的，让我们看两个例子来展示正在使用的仪表。首先，我们将设置仪表以测量来自电池的直流电压：

注意，将两条测试引线插入电压表上相应的插座，并将选择开关设置为直流“V”。现在，我们来看一个使用万用表测量家用电源插座（墙上插座）的交流电压的示例：

仪表设置的唯一区别在于选择开关的位置：它现在变成了交流“V”。由于我们仍在测量电压，测试引线仍将插在相同的插座上。在这两个例子中，都是命令不要让探针尖端彼此接触，同时它们都与电路上各自的点接触。如果发生这种情况，就会形成短路，产生火花，如果电压源能够提供足够的电流，甚至会产生火球！下图说明了潜在的危险：

如果使用不当，这只是仪表可能成为危险源的一种方式。

电压测量可能是万用表最常用的功能。这当然是出于安全目的而进行的主要测量（上锁/挂牌程序的一部分），并且仪表操作员应充分理解这一点。因为电压在两点之间总是相对的，所以电表必须在电路提供可靠测量之前，应将其牢固地连接到电路中的两点。在测量电压时，必须用适当的手抓住或握住测量电路的两个触点。

因为手对手的冲击电流路径是最危险的，所以在高压电路中，以这种方式将表笔固定在两点上总是潜在的危险。如果探针上的保护绝缘层磨损或破裂，则在测试期间，用户的手指可能会接触到探针导体，从而导致严重的电击。如果只能用一只手抓住探针，这是一个更安全的选择。有时可以用一只手将一个探针尖端“锁定”在电路测试点上，这样可以松开另一个探针，将其固定到位。特殊的探针头配件，如弹簧夹，可以连接在一起，以帮助实现这一点。

请记住，仪表测试引线是整个设备包的一部分，应像对待仪表本身一样小心和尊重它们。如果您需要测试引线的特殊附件，如弹簧夹或其他特殊探针头，请查阅仪表制造商或其他测试设备制造商的产品目录。不要试着有创意地制作自己的测试探针，因为下次在带电电路上使用时，你可能会把自己置于危险之中。

此外，还必须记住，数字万用表通常能很好地区分交流和直流测量，因为在检查电压或电流时，数字万用表会设置为一个或另一个。如前所述，交流和直流电压和电流都是致命的，所以当使用万用表作为安全检查设备时，您应该始终检查是否存在交流和直流电，即使您不希望两者都存在！此外，在检查是否存在危险电压时，应确保检查全部的有问题的点对

例如，假设您打开一个电气接线柜，发现三根大导线为负载提供交流电源。给这些电线供电的断路器（据推测）已经关闭、锁定并贴上标签。你通过按下起点加载按钮。什么也没发生，所以现在你进入安全检查的第三阶段：电压表测试。

首先，你检查你的电表在一个已知的电压源，看看它是否正常工作。任何附近的电源插座都应为测试提供方便的交流电压源。你这样做，并发现仪表显示它应该。接下来，您需要检查机柜中这三条导线之间的电压。但是电压是在二积分，你在哪里查？

答案是检查这三个点的所有组合。如您所见，这些点在图中标记为“A”、“B”和“C”，因此您需要使用万用表（设置为电压表模式）并检查点A和B、B和C以及A和C之间的电压。如果您发现这些点对之间存在电压，则电路不处于零能量状态。但是等等！请记住，万用表在交流电压模式下不会记录直流电压，反之亦然，因此您需要在每个模式下检查这三对点，总共六次电压检查才能完成！

然而，即使进行了所有这些检查，我们仍然没有涵盖所有的可能性。请记住，在电力系统中，危险电压可能出现在一根导线和接地之间（在这种情况下，机柜的金属框架将是一个良好的接地参考点）。因此，为了完全安全，我们不仅要检查A&B、B&C和A&C（在交流和直流模式下），还要检查A&ground、B&ground和C&ground（在交流和直流模式下）！这使得总共12个电压检查，这个看似简单的场景只有三根电线。当然，在我们完成所有这些检查之后，我们需要拿着万用表，用一个已知的电压源（比如电源插座）重新测试它，以确保它仍然处于良好的工作状态。

用万用表检查电阻是一项简单得多的任务。测试引线将保持插在与电压检查相同的插座中，但需要转动选择开关，直到它指向“马蹄形”电阻符号。接触要测量电阻的设备上的探针，仪表应正确显示电阻（单位：欧姆）：

关于测量电阻要记住的一件非常重要的事情是，必须在断电组件！当仪表处于“电阻”模式时，它使用一个小的内部电池通过被测部件产生微小电流。通过感应电流通过元件有多困难，就可以确定和显示该元件的电阻。如果在仪表引线部件-仪表回路中有任何额外的电压源来辅助或反对仪表产生的电阻测量电流，则会导致错误的读数。在更坏的情况下，仪表甚至可能被外部电压损坏。

万用表的“电阻”模式在确定导线连续性以及精确测量电阻时非常有用。当探针尖端之间有良好、牢固的连接（通过触摸来模拟），仪表显示几乎为零Ω。如果测试引线中没有电阻，则读数将为零：

如果导线不相互接触，或接触断开导线的两端，仪表将显示无限电阻（通常通过显示虚线或缩写“O.L.”表示“开环”）：

到目前为止，万用表最危险和最复杂的应用是测量电流。原因很简单：为了让电表测量电流，必须迫使被测电流变大通过仪表。这意味着电能表必须成为电路电流通路的一部分，而不是像测量电压时那样仅仅连接到某个侧面。为了使电表成为电路的电流通路的一部分，必须将原电路“断开”并将电表连接的两点断开。为此设置仪表，选择开关必须指向AC或DC“A”，红色测试引线必须插入标有“A”的红色插座。下图显示了准备好测量电流的仪表和要测试的电路：

现在，电路断开，准备连接电表：

下一步是通过将两个探针尖端连接到电路的断端，将黑色探针连接到9伏蓄电池的负极（-）端子，将红色探针连接到通向灯的松动导线端，从而将仪表插入电路：

这个例子展示了一个非常安全的电路。这几乎不存在断路的危险把电表和电子流连接起来。然而，对于高功率电路，这可能是一个危险的尝试。即使电路电压很低，正常电流也可能高到足以在最后一次仪表探针连接建立时产生有害火花。

在电流测量（“安培计”）模式下使用万用表的另一个潜在危险是，在使用万用表测量电压之前，未能将其正确地置于电压测量配置中。这是由于电流表的设计和操作所造成的。当通过将电表直接置于电流路径上测量电路电流时，最好使电表对电子流动提供很少或没有阻力。否则，电表所提供的任何附加电阻都会阻碍电子流并改变电路的工作。因此，当红色表笔插入红色“A”（电流测量）插座时，万用表的测试探针尖端之间的电阻几乎为零欧姆。在电压测量模式下（红色导线插入红色“V”插座），测试探针尖端之间有许多兆欧的电阻，因为电压表的设计具有接近无穷大的电阻（因此不要从被测电路中吸取任何可观的电流）。

将万用表从电流测量模式切换到电压测量模式时，很容易将选择开关从“a”旋转到“V”位置，而忘记相应地将红色测试导线插头的位置从“a”切换到“V”。如果电表接上一个大电压源，结果就是电表短路！

为了防止这种情况的发生，大多数万用表都有一个警告功能，如果有一根导线插在“a”插座上，并且选择开关设置为“V”时，它会发出蜂鸣音。尽管这些功能非常方便，但在使用万用表时，它们仍然不能代替清晰的思维和谨慎。

所有高质量的万用表内部都装有保险丝，设计成在电流过大时“熔断”，如上图所示。与所有过电流保护装置一样，这些熔断器主要设计用于保护设备（在这种情况下，电表本身）不会受到过度损坏，并且只能保护用户免受伤害。通过将选择开关设置到电阻位置，并在两个红色插座之间建立如下连接，可以使用万用表检查其自身的电流保险丝：

一个好的保险丝将显示非常小的电阻，而熔断的保险丝将始终显示“O.L.”（或任何型号的万用表用来指示无连续性的指示）。一个好的保险丝显示的实际欧姆数无关紧要，只要它是一个任意低的数字。

既然我们已经了解了如何使用万用表来测量电压、电阻和电流，还有什么需要知道的呢？很多！这种多功能测试仪器的价值和功能将变得更加明显，因为你获得了使用它的技能和熟悉度。像这样复杂的仪器是无法替代的，所以请随意在安全的电池供电电路上进行实验。

• 回顾：
• 能够检测电压、电流和电阻的仪表称为万用表 .
• 由于两点之间的电压总是相对的，为了获得良好的读数，必须将电压测量表（“电压表”）连接到电路的两个点上。在测量电压时，小心不要将裸露的探针头碰在一起，否则会造成短路！
• 使用万用表检查电路上是否存在危险电压时，务必同时检查交流和直流电压。确保检查所有导线对组合之间的电压，包括单个导线和接地之间的电压！
• 当处于电压测量（“伏特计”）模式时，万用表的引线之间的电阻非常高。
• 切勿尝试用万用表在通电电路上读取电阻或导通性。最好的情况下，您从仪表上获得的电阻读数将不准确，最坏的情况下，仪表可能会损坏，您可能会受伤。
• 电流测量仪表（“电流表”）总是连接在电路中，因此电子必须流动通过仪表
• 在电流测量（“安培计”）模式下，万用表的引线之间几乎没有电阻。这是为了让电子以最小的困难通过电表。如果不是这样，电表会在电路中增加额外的电阻，从而影响电流。

触电数据

电流及其各种身体影响的表格来自在线（互联网）来源：麻省理工学院的安全页面（网站： [*])，以及Cooper Bussmann，Inc.出版的安全手册（网站： [*]). 在Bussmann手册中，该表被恰当地命名为电击的有害影响并归功于查尔斯·达尔齐尔先生。进一步的研究表明，达尔齐尔既是科学先驱，又是电对人体影响的权威。

Bussmann手册中的表格与麻省理工学院提供的表格稍有不同：对于感知的直流阈值（男性），麻省理工学院的表格给出了5.2毫安，而巴斯曼表格给出的数值略大于6.2毫安。此外，对于“无法释放”的60赫兹交流阈值（男），麻省理工学院的表格给出了20毫安，而巴斯曼表格给出了一个较小的数字16毫安。由于我还没有获得Dalziel研究的主要副本，这里引用的数据是保守的：我在表格中列出了所有数据源不同的最低值。

当然，这些差异是学术上的。这里的重点是，通过人体的电流相对较小，即使不是致命的，也是有害的。

有关身体接触点电阻的数据取自劳伦斯利弗莫尔国家实验室（网站）的安全页面（文件16.1 [*])，引用拉尔夫·H·李作为数据来源。Lee的工作被列在一份名为“人类电气表”的文件中，该文件是他在E.I.duPont de Nemours&Co.担任IEEE研究员期间撰写的，同时也被列在1971年6月号的一篇题为“工业工厂的电气安全”的文章中IEEE综览杂志社

对于病态的好奇者来说，查尔斯·达尔齐尔在加州大学（伯克利）进行的实验始于一笔州拨款，研究亚致死电流对人体的影响。他的测试方法如下：让健康的男女志愿者一只手拿着铜线，另一只手放在一个圆形的黄铜板上。然后在金属丝和金属板之间施加电压，使电子流过受试者的手臂和胸部。电流停止，然后在更高的水平上恢复。这里的目标是观察受试者能承受多大的电流，并且仍然保持他们的手压在黄铜板上。当达到这个阈值时，实验室助手用力将受试者的手与极板接触，电流再次增大。受试者被要求释放他们手中的金属丝，看看在何种电流水平下，非自愿肌肉收缩（破伤风）阻止了他们这样做。对于每一个受试者，实验采用不同频率的直流和交流。超过20名志愿者接受了测试，随后对心脏纤颤的研究采用了动物实验。

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