研究電氣事故的危害、電生理學和預防需要了解幾個技術和醫學概念。

以下電生物學術語的定義摘自國際電工詞彙（電生物學）（國際電工委員會）（IEC）（891）的第 1979 章。

An 電擊 是由外部電流直接或間接通過身體引起的生理病理學效應。 它包括直接和間接接觸以及單極和雙極電流。

據說遭受電擊的個人——活著的或死去的——都遭受了 電氣化; 期限 電刑 應保留用於隨後死亡的情況。 雷擊 是由閃電引起的致命電擊 (Gourbiere et al. 1994)。

國際勞工組織 (ILO)、歐盟 (EU)、 國際能源生產商和分銷商聯盟 (UNIPEDE)、國際社會保障協會 (ISSA) 和國際電工委員會 TC64 委員會。 各國數據收集技術、保險政策和致命事故定義的差異阻礙了對這些統計數據的解釋。 然而，以下對觸電率的估計是可能的（表 1）。

表 1. 觸電率估計 - 1988 年

^* 根據美國國家消防協會（美國馬薩諸塞州）的數據，這些美國統計數據更多地反映了廣泛的數據收集和法律報告要求，而不是更危險的環境。 美國的統計數據包括因接觸公用事業輸電系統和消費品引起的觸電死亡。 1988 年，消費品導致 290 人死亡（每百萬居民中有 1.2 人死亡）。 1993 年，各種原因導致的觸電死亡人數下降到 550 人（每百萬居民中有 2.1 人死亡）； 38% 與消費品相關（每百萬居民 0.8 人死亡）。

觸電死亡的數量正在緩慢減少，無論是絕對數量還是更引人注目的是，作為電力總消耗的函數。 大約一半的電氣事故源於職業，另一半發生在家中和休閒活動中。 據統計，在法國，1968 年至 1991 年間的平均死亡人數為每年 151 人。 國家健康與醫學研究所 （插入）。

電氣化的物理和病理生理學基礎

電氣專家將電氣接觸分為兩組：直接接觸，涉及與帶電部件的接觸，以及間接接觸，涉及接地接觸。 每一種都需要完全不同的預防措施。

從醫學的角度來看，電流通過身體的路徑是預後和治療的關鍵決定因素。 例如，兒童的嘴與延長線插頭的雙極接觸會導致極其嚴重的口腔灼傷——但如果兒童與地面絕緣良好，則不會導致死亡。

在高壓很常見的職業環境中，攜帶高壓的有源組件與靠得太近的工人之間也可能產生電弧。 特定的工作環境也會影響電氣事故的後果：例如，工人可能會跌倒或在受到其他相對無害的電擊時做出不當行為。

電氣事故可能由工作場所存在的整個電壓範圍引起。 每個工業部門都有自己的一組條件，能夠導致直接、間接、單極、雙極、電弧或感應接觸，並最終導致事故。 雖然描述所有涉及電力的人類活動當然超出了本文的範圍，但提醒讀者以下主要類型的電氣工作是有用的，這些工作已成為第預防：

1. 涉及帶電工作的活動（極其嚴格的協議的應用已成功減少此類工作中的電氣化次數）
2. 涉及在無動力電線上工作的活動，以及
3. 在帶電電線附近進行的活動（這些活動最需要注意，因為它們通常由非電工人員進行）。

病理生理學

焦耳直流定律的所有變量——

W=V x I x t = RI²t

（電流產生的熱量與電阻和電流的平方成正比）——兩者密切相關。 在交流電的情況下，還必須考慮頻率的影響 (Folliot 1982)。

生物體是電導體。 當生物體內的兩點之間存在電位差時，就會發生帶電。 重要的是要強調，電氣事故的危險不僅僅來自於接觸帶電導體，而是來自同時接觸帶電導體和處於不同電位的另一個物體。

電流路徑上的組織和器官可能會受到功能性運動刺激，在某些情況下是不可逆的，或者可能會遭受暫時或永久性傷害，通常是由於燒傷。 這些傷害的程度取決於釋放的能量或通過它們的電量。 因此，電流的傳輸時間對於確定損傷程度至關重要。 （例如，電鰻和鰩魚會產生極不愉快的放電，能夠導致意識喪失。然而，儘管電壓為 600V，電流約為 1A，主體電阻約為 600 歐姆，但這些魚無法誘發意識喪失。致死電擊，因為放電持續時間太短，大約為幾十微秒。）因此，在高電壓（>1,000V）下，死亡通常是由於燒傷的程度。 在較低的電壓下，死亡是電量的函數（問=我 x t), 到達心臟, 由接觸點的類型、位置和麵積決定。

以下各節討論了電氣事故導致的死亡機制、最有效的即時治療方法以及決定傷害嚴重程度的因素——即電阻、強度、電壓、頻率和波形。

工業電氣事故的死亡原因

在極少數情況下，窒息可能是死亡原因。 這可能是由於長時間的隔膜破傷風、與頭部接觸時呼吸中樞受到抑制，或者非常高的電流密度，例如雷擊造成的 (Gourbiere et al. 1994)。 如果可以在三分鐘內提供護理，受害人可能會通過幾口口對口人工呼吸而甦醒。

另一方面，繼發於心室顫動的外周循環衰竭仍然是主要的死亡原因。 這總是在沒有同時進行心臟按摩和口對口人工呼吸的情況下發生。 這些應該教給所有電工的干預措施應該保持到緊急醫療救助到達為止，這幾乎總是需要三分鐘以上。 世界各地的許多電病理學家和工程師研究了心室顫動的原因，以設計更好的被動或主動保護措施（國際電工委員會 1987；1994）。 心肌的隨機去同步化需要特定頻率、強度和傳輸時間的持續電流。 最重要的是，電信號必須在所謂的 心動週期的脆弱期, 對應於心電圖 T 波的開始。

國際電工委員會（1987 年；1994 年）製作了曲線，描述了電流強度和傳輸時間對身體顫動概率（以百分比表示）和體重 70 公斤的健康男性的手足電流路徑的影響。 這些工具適用於 15 至 100 Hz 頻率範圍內的工業電流，目前正在研究更高的頻率。 對於小於 10 毫秒的渡越時間，電信號曲線下的面積是電能的合理近似值。

各種電氣參數的作用

電參數（電流、電壓、電阻、時間、頻率）和波形中的每一個都是傷害的重要決定因素，無論是就其本身而言還是由於它們的相互作用。

已經為交流電以及上面定義的其他條件建立了電流閾值。 帶電過程中的電流強度是未知的，因為它是接觸時組織電阻的函數 (I = V/R), 但通常在大約 1 mA 的水平上是可察覺的。 相對較低的電流會導致肌肉收縮，從而阻止受害者鬆開通電物體。 該電流的閾值是凝結度、接觸面積、接觸壓力和個體差異的函數。 幾乎所有男人以及幾乎所有女人和兒童都可以在高達 6 mA 的電流下放手。 在 10 mA 時，觀察到 98.5% 的男性和 60% 的女性以及 7.5% 的兒童可以放手。 只有 7.5% 的男性，沒有女性或兒童可以在 20mA 時放手。 沒有人可以在 30mA 或更大時放手。

大約 25 mA 的電流可能會導致最強大的呼吸肌隔膜出現破傷風。 如果接觸持續三分鐘，心臟驟停也可能隨之而來。

心室顫動在大約 45 mA 的水平下成為一種危險，成人在接觸 5 秒後的概率為 5%。 在心臟手術期間，不可否認的是一種特殊情況，電流為 20 至 100 × 10 ^{- 6}直接應用於心肌就足以誘發纖維性顫動。 這種心肌敏感性是對電子醫療設備應用嚴格標準的原因。

所有其他事情（V, R，頻率）相等，電流閾值還取決於波形、動物種類、重量、心臟中的電流方向、電流傳輸時間與心動週期的比率、電流到達的心動週期中的點，以及個人因素。

事故涉及的電壓是眾所周知的。 在直接接觸的情況下，心室顫動和燒傷的嚴重程度與電壓成正比，因為

V = RI W = V x I x t

高壓電擊引起的燒傷與許多並發症有關，其中只有一些是可以預測的。 因此，事故受害者必須由知識淵博的專家來照顧。 熱量釋放主要發生在肌肉和神經血管束中。 組織損傷後的血漿滲漏會導致休克，在某些情況下會迅速而劇烈。 對於給定的表面積，電熱灼傷（由電流引起的灼傷）總是比其他類型的灼傷更嚴重。 電熱燒傷既有外部燒傷又有內部燒傷，雖然最初可能不明顯，但會引起血管損傷並產生嚴重的繼發性影響。 這些包括內部狹窄和血栓，由於它們引起的壞死，通常需要截肢。

組織破壞還導致肌紅蛋白等色素蛋白的釋放。 在擠壓傷的受害者中也觀察到這種釋放，儘管在高壓燒傷的受害者中釋放的程度非常顯著。 繼發於缺氧和高鉀血症引起的酸中毒的腎小管中的肌紅蛋白沉澱被認為是無尿的原因。 該理論經實驗證實但未被普遍接受，是建議立即鹼化治療的基礎。 推薦的做法是靜脈內鹼化，這也可以糾正繼發於細胞死亡的低血容量和酸中毒。

在間接接觸的情況下，接觸電壓 （五） 和傳統的電壓限制也必須考慮在內。

接觸電壓是人同時接觸由於絕緣不良而存在電壓差的兩個導體時所承受的電壓。 產生的電流強度取決於人體和外部電路的電阻。 不應允許該電流上升到安全水平以上，也就是說它必須符合安全時間-電流曲線。 在不引起電病理效應的情況下可以無限期耐受的最高接觸電壓稱為 常規電壓限制 或者，更直觀地， 安全電壓。

電氣事故期間電阻的實際值是未知的。 串聯電阻的變化——例如，衣服和鞋子——可以解釋在表面上類似的電氣事故中觀察到的大部分變化，但對涉及雙極接觸和高壓電氣化的事故結果影響很小。 在涉及交流電的情況下，電容和電感現象的影響必須添加到基於電壓和電流的標準計算中 (R=V/I).

人體的電阻是皮膚電阻的總和 （R） 在兩個接觸點和身體的內阻 （R）. 皮膚電阻隨環境因素而變化，正如 Biegelmeir（國際電工委員會 1987 年；1994 年）指出的那樣，皮膚電阻部分是接觸電壓的函數。 壓力、接觸面積、接觸點的皮膚狀態以及個體因素等其他因素也會影響阻力。 因此，試圖根據皮膚抵抗力的估計來採取預防措施是不現實的。 相反，預防應該基於使設備和程序適應人類，而不是相反。 為了簡化問題，IEC 定義了四種類型的環境——乾燥、潮濕、濕潤和浸泡——並定義了對每種情況下的預防活動規劃有用的參數。

導致電氣事故的電信號的頻率是眾所周知的。 在歐洲，它幾乎總是 50 赫茲，而在美洲，它通常是 60 赫茲。 在極少數涉及德國、奧地利和瑞士等國家的鐵路的情況下，它可能是 16 ²/₃ 赫茲，理論上代表強直發作和心室顫動的更大風險的頻率。 應該記住，顫動不是肌肉反應，而是由重複刺激引起的，最大靈敏度約為 10 Hz。 這解釋了為什麼對於給定電壓，極低頻交流電在燒傷以外的其他影響方面被認為比直流電危險三到五倍。

前面描述的閾值與電流頻率成正比。 因此，在 10 kHz 時，檢測閾值高十倍。 IEC 正在研究針對 1,000 Hz 以上頻率修訂的纖顫危險曲線（International Electrotechnical Commission 1994）。

超過一定頻率後，控制電流滲入人體的物理定律就會完全改變。 與釋放能量相關的熱效應成為主要效應，因為電容和電感現像開始占主導地位。

導致電氣事故的電信號的波形通常是已知的。 在涉及接觸電容器或半導體的事故中，它可能是傷害的重要決定因素。

觸電臨床研究

傳統上，電氣化分為低電壓（50 至 1,000 V）和高電壓（>1,000 V）電壓事件。

低電壓是一種熟悉的、實際上無處不在的危險和衝擊，因為它在家庭、休閒、農業和醫院環境以及工業中都會遇到。

回顧低壓觸電的範圍，從最輕微到最嚴重，我們必須從不復雜的觸電開始。 在這些情況下，受害者能夠自行擺脫傷害，保持意識並保持正常通風。 心臟影響僅限於伴有或不伴有輕微心電圖異常的單純竇性心動過速。 儘管此類事故的後果相對較小，但心電圖檢查仍然是一種適當的醫療和醫療法律預防措施。 這些潛在的嚴重事件的技術調查被認為是對臨床檢查的補充（Gilet 和 Choquet 1990）。

涉及更強和更持久的電接觸電擊的電擊受害者可能會感到不安或失去知覺，但或多或​​少會很快完全恢復； 治療加速康復。 檢查通常會發現神經肌肉張力亢進、高反射通氣問題和充血，最後一種情況通常繼發於口咽阻塞。 心血管疾病繼發於缺氧或缺氧，或者可能表現為心動過速、高血壓，在某些情況下甚至會出現梗塞。 患有這些疾病的患者需要住院治療。

偶爾會在接觸後幾秒鐘內失去知覺的受害者出現蒼白或紫紺、停止呼吸、幾乎無法察覺脈搏並表現出急性腦損傷的瞳孔散大。 雖然通常是由於心室顫動，但這種明顯死亡的確切發病機制是無關緊要的。 重要的一點是迅速開始明確的治療，因為一段時間以來人們就知道這種臨床狀態永遠不會導致實際死亡。 這些電擊病例的預後——完全康復是可能的——取決於急救的速度和質量。 據統計，這很可能由非醫務人員執行，因此需要對所有電工進行基本干預培訓，以確保生存。

在明顯死亡的情況下，必須優先進行緊急治療。 然而，在其他情況下，必須注意暴力破傷風、跌倒或受害人從空中投射造成的多重創傷。 一旦危及生命的直接危險得到解決，就應處理創傷和燒傷，包括由低壓接觸引起的創傷和燒傷。

涉及高壓的事故會導致嚴重的燒傷，就像低壓事故所描述的那樣。 電能向熱的轉換發生在內部和外部。 在電力公司 EDF-GDF 的醫療部門對法國電力事故進行的一項研究中，幾乎 80% 的受害者被燒傷。 這些可以分為四組：

1. 電弧燒傷，通常涉及裸露的皮膚，在某些情況下並發於燃燒的衣服造成的燒傷
2. 由高壓接觸引起的多處、廣泛和深度的電熱灼傷
3. 經典燒傷，由燃燒的衣服和燃燒物質的噴射引起，以及
4. 混合燒傷，由電弧、燃燒和電流引起。

根據事故的具體情況，按要求進行後續和補充檢查。 用於建立預後或用於醫學法律目的的策略當然取決於觀察到的或預期的並發症的性質。 在高壓電氣化 (Folliot 1982) 和雷擊 (Gourbiere et al. 1994) 中，酶學以及色素蛋白和凝血參數的分析是必不可少的。

電擊傷的恢復過程很可能會受到早期或晚期並發症的影響，尤其是那些涉及心血管、神經和腎臟系統的並發症。 這些並發症本身就足以讓高壓電受害者住院治療。 一些並發症可能會留下功能或美容後遺症。

如果電流路徑使得大量電流到達心臟，就會出現心血管並發症。 在存在或不存在臨床相關性的情況下，最常觀察到的和最良性的這些是功能障礙。 心律失常——竇性心動過速、期前收縮、撲動和房顫（按此順序）——是最常見的心電圖異常，可能會留下永久性後遺症。 傳導障礙更為罕見，並且在沒有既往心電圖的情況下很難與觸電事故相關聯。

心力衰竭、瓣膜損傷和心肌燒傷等更嚴重的疾病也有報導，但即使在高壓事故的受害者中也很少見。 明確的心絞痛甚至梗死病例也有報導。

在高壓電化後的一周內可能會觀察到外周血管損傷。 已經提出了幾種致病機制：動脈痙攣、電流對血管中層和肌肉層的作用以及血液凝固參數的改變。

可能會出現多種神經系統並發症。 最早出現的是中風，無論受害者最初是否經歷過意識喪失。 這些並發症的生理病理學涉及顱外傷（應確定其存在）、電流對頭部的直接影響或腦血流的改變和遲發性腦水腫的誘發。 此外，外傷或電流的直接作用可能導致髓質和繼發性外周並發症。

感覺障礙涉及眼睛和聽覺前庭或耳蝸系統。 重要的是盡快檢查角膜、晶狀體和眼底，並跟踪電弧和直接頭部接觸的受害者以了解延遲影響。 白內障可能會在幾個月的無症狀期後發展。 前庭功能紊亂和聽力損失主要是由於爆炸效應以及通過電話線傳輸的雷擊受害者的電擊創傷（Gourbiere 等人，1994 年）。

移動急救實踐的改進大大降低了高壓電受害者腎臟並發症的發生率，尤其是少尿症。 早期和仔細的補液和靜脈內鹼化是嚴重燒傷患者的首選治療方法。 已經報導了一些蛋白尿和持續性鏡下血尿的病例。

臨床肖像和診斷問題

電擊的臨床特徵因電的工業應用的多樣性以及電的醫療應用的頻率和種類的增加而變得複雜。 然而，長期以來，電氣事故完全是由雷擊引起的 (Gourbiere et al. 1994)。 雷擊可能涉及相當大的電量：三分之一的雷擊受害者死亡。 雷擊的影響（燒傷和明顯的死亡）與工業用電造成的影響相當，可歸因於電擊、電能轉化為熱能、爆炸效應和閃電的電氣特性。

雷擊在男性中的發生率是女性的三倍。 這反映了不同雷電風險的工作模式。

接觸電手術刀的接地金屬表面導致的燒傷是在醫源性電氣化受害者中觀察到的最常見的影響。 電子醫療設備中可接受的漏電流大小因設備而異。 至少，應遵循製造商的規格和使用建議。

作為本節的總結，我們想討論涉及孕婦的電擊特例。 這可能導致孕婦、胎兒或兩者死亡。 在一個值得注意的案例中，一個活胎兒在其母親因 15 V 電擊觸電死亡後 220 分鐘成功通過剖腹產分娩（Folliot 1982）。

電擊致流產的病理生理機制有待進一步研究。 它是由受電壓梯度影響的胚胎心臟管中的傳導障礙引起的，還是由繼發於血管收縮的胎盤撕裂引起的？

像這種幸好罕見的電氣事故的發生是要求通知所有因電引起的傷害案例的另一個原因。

陽性和法醫診斷

發生電擊的情況通常足夠清楚，可以進行明確的病因學診斷。 然而，情況並非總是如此，即使在工業環境中也是如此。

電擊後循環衰竭的診斷極其重要，因為它要求旁觀者在電流被切斷後立即開始基本的急救。 沒有脈搏的呼吸停止是開始心臟按摩和口對口人工呼吸的絕對指徵。 以前，這些僅在出現瞳孔散大（瞳孔擴大）時執行，這是急性腦損傷的診斷標誌。 然而，目前的做法是一旦不再檢測到脈搏就開始這些干預。

由於心室顫動導致的意識喪失可能需要幾秒鐘的時間才能發展，因此受害者可以遠離導致事故的設備。 這可能具有一定的醫學法律意義——例如，當發現一名事故受害者距離配電櫃或其他電壓源數米而沒有電擊痕跡時。

不能過分強調沒有電灼傷並不排除觸電的可能性。 如果在電氣環境中或能夠產生危險電壓的設備附近發現受試者的屍檢顯示沒有明顯的 Jelinek 損傷並且沒有明顯的死亡跡象，則應考慮觸電。

如果在室外發現屍體，則通過排除法診斷為雷擊。 應在身體周圍 50 米半徑範圍內尋找雷擊跡象。 維也納電病理學博物館 (Museum of Electropathology of Vienna) 舉辦了一場引人注目的此類標誌展覽，包括碳化植被和玻璃化沙子。 受害者佩戴的金屬物品可能會熔化。

儘管通過電氣方式自殺在行業中仍然很少見，但由於共同疏忽導致的死亡仍然是一個可悲的現實。 在非標準場地尤其如此，尤其是那些涉及在苛刻條件下安裝和運行臨時電氣設施的場地。

考慮到“預防和標準”一文中描述的有效預防措施的可用性，電氣事故理應不再發生。

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所有材料的不同之處在於電荷可以通過它們的程度。 導體 讓電荷流動，同時 絕緣體 阻礙指控的動議。 靜電學是專門研究電荷或靜止帶電體的領域。 靜電 當不動的電荷在物體上累積時會產生這種結果。 如果電荷流動，就會產生電流，電流就不再是靜止的。 移動電荷產生的電流通常被外行稱為電，本章的其他文章將對此進行討論。 靜電 是用於指定導致正電荷和負電荷分離的任何過程的術語。 傳導是用稱為 電導率， 而絕緣體的特點是 電阻率. 導致帶電的電荷分離可能是機械過程的結果——例如，物體之間的接觸和摩擦，或兩個表面的碰撞。 表面可以是兩個固體或一個固體和一個液體。 不太常見的是，機械過程可以是固體或液體表面的破裂或分離。 本文重點介紹接觸和摩擦。

電氣化過程

摩擦產生靜電的現象（摩擦起電）已為人所知數千年。 兩種材料之間的接觸足以引起帶電。 摩擦只是一種增加接觸面積並產生熱量的相互作用——摩擦 是描述兩個接觸物體運動的總稱； 施加的壓力、其剪切速度和產生的熱量是摩擦產生的電荷的主要決定因素。 有時摩擦也會導致固體顆粒的撕裂。

當接觸的兩個固體是金屬（金屬-金屬接觸）時，電子會從一個固體遷移到另一個固體。 每種金屬都具有不同的初始電勢（費米電勢），自然界總是朝著平衡方向發展——也就是說，自然現象會消除電勢的差異。 這種電子遷移導致接觸電勢的產生。 因為金屬中的電荷流動性很強（金屬是極好的導體），所以電荷甚至會在兩種金屬分離之前的最後一個接觸點重新結合。 因此，不可能通過將兩種金屬放在一起然後將它們分開來引起起電。 電荷將始終流動以消除電位差。

當 金屬 和 絕緣子 在真空中幾乎無摩擦接觸，金屬中電子的能級接近絕緣體的能級。 表面或大量雜質會導致這種情況發生，並且還會在分離時防止電弧（兩個帶電體 - 電極之間的放電）。 轉移到絕緣體的電荷與金屬的電子親和力成正比，每個絕緣體也具有與之相關的電子親和力或電子吸引力。 因此，正離子或負離子從絕緣體轉移到金屬也是可能的。 表 1 中的等式 1 描述了接觸和分離後表面上的電荷。

表 1. 靜電學中的基本關係 - 方程組

公式 1：通過金屬和絕緣體接觸充電

一般來說，表面電荷密度（) 接觸和分離之後 

可以表示為：

哪裡

e 是電子的電荷
N_E 是絕緣體表面的能態密度
f_i 是絕緣體的電子親和力，並且
f_m 是金屬的電子親和力

公式 2：兩個絕緣體接觸後充電

以下等式 1 的一般形式適用於電荷轉移
在具有不同能量狀態的兩個絕緣體之間（僅限完全清潔的表面）：

哪裡 N_E1 N_E2 是兩個絕緣體表面的能態密度， 

 ^Ø₁ ^Ø ₂ 是兩個絕緣體的電子親和力。

公式 3：最大表面電荷密度

介電強度（E_G) 周圍氣體的電荷上限
可能在平坦的絕緣表面上產生。 在空氣中， E_G 約為 3 MV/m。
最大表面電荷密度由下式給出：

方程式 4：球形粒子的最大電荷

當名義上的球形顆粒因電暈效應而帶電時，最大
每個粒子可以獲得的電荷由 Pauthenier 的極限給出：

哪裡

q_最大 是最大費用
a 是粒子半徑
e_I 是相對介電常數和

方程式 5：導體放電

帶電荷的絕緣導體的電勢 Q 是（誰）給的 V = Q/C
儲存的能量：

公式 6：帶電導體電勢的時間過程

在由恆定電流充電的導體中（I_G), 的時間過程
潛力描述為：

哪裡 R_f 是導體的漏電阻

公式 7：帶電導體的最終電位

對於長時間的課程， t >R_f C，這減少到：

存儲的能量由下式給出：

公式 8：帶電導體的儲能

當兩個絕緣體接觸時，由於其表面能的不同狀態，會發生電荷轉移（方程式 2，表 1）。 轉移到絕緣體表面的電荷可以在材料內部更深地遷移。 濕度和表面污染可以極大地改變電荷的行為。 特別是表面濕度通過增加表面傳導來增加表面能態密度，這有利於電荷複合，並促進離子遷移。 大多數人會從他們的日常生活經歷中認識到這一點，因為他們在乾燥條件下往往會受到靜電的影響。 一些聚合物（塑料）的含水量會隨著充電而變化。 水含量的增加或減少甚至可能會反轉電荷流的方向（其極性）。

相互接觸的兩個絕緣體的極性（相對正性和負性）取決於每種材料的電子親和力。 絕緣體可以按其電子親和力排名，表 2 中列出了一些說明性​​值。絕緣體的電子親和力是預防計劃的重要考慮因素，本文稍後將對此進行討論。

表 2. 所選聚合物的電子親和力*

* 一種材料與上面列出的材料接觸時會帶正電荷，當它與下面列出的材料接觸時會帶負電荷。 然而，絕緣體的電子親和力是多因素的。

儘管已經嘗試建立一個摩擦電系列來對材料進行排序，以便那些在與材料接觸時獲得正電荷的材料在該系列中比那些在接觸時獲得負電荷的材料更高，但尚未建立普遍認可的系列。

當固體和液體相遇（形成 固液界面), 由於液體中存在的離子遷移而發生電荷轉移。 這些離子來自可能存在的雜質的離解或電化學氧化還原反應。 由於在實踐中不存在完全純淨的液體，因此液體中總會有至少一些正離子和負離子可與液-固界面結合。 發生這種結合的機制有很多種（例如，金屬表面的靜電粘附、化學吸收、電解注入、極性基團的解離，如果容器壁是絕緣的，還包括液-固反應。）

由於溶解（離解）的物質一開始是電中性的，它們將產生相等數量的正電荷和負電荷。 只有當正電荷或負電荷優先附著在固體表面時才會發生帶電。 如果發生這種情況，就會形成一個非常緻密的層，稱為亥姆霍茲層。 因為亥姆霍茲層帶電，它會吸引相反極性的離子。 這些離子將聚集成一個更擴散的層，稱為 Gouy 層，位於緻密亥姆霍茲層表面的頂部。 Gouy 層的厚度隨著液體的電阻率而增加。 導電液體形成非常薄的古伊層。

如果液體流動，該雙層將分離，亥姆霍茲層仍與界面結合，而古伊層則被流動的液體夾帶。 這些帶電層的運動產生電位差（ 澤塔 電勢），移動電荷感應的電流稱為 流動電流. 液體中積累的電荷量取決於離子向界面擴散的速率和液體的電阻率 (r)。 然而，流動電流隨時間是恆定的。

高度絕緣或導電的液體都不會帶電——首先是因為存在的離子很少，其次是因為在導電性非常好的液體中，離子會非常迅速地重新結合。 實際上，帶電只發生在電阻率大於 10 的液體中⁷Ωm 或小於 10¹¹Ωm，觀察到的最高值 r 10⁹ 到10¹¹ 歐姆。

流動的液體會在它們流經的絕緣表面引起電荷積累。 表面電荷密度增加的程度受以下因素限制：(1) 液體中的離子在液-固界面重新結合的速度有多快，(2) 液體中的離子通過絕緣體傳導的速度有多快，或 ( 3) 是否發生穿過絕緣體的表面電弧或整體電弧並由此釋放電荷。 湍流和粗糙表面上的流動有利於帶電。

當高電壓（比如幾千伏）施加到半徑較小的帶電體（電極）（例如，電線）時，帶電體附近的電場很高，但隨著距離。 如果存儲的電荷發生放電，則放電將僅限於電場強於周圍大氣介電強度的區域，這種現象稱為電暈效應，因為電弧也會發光。 （人們在親身經歷過靜電電擊時，可能確實看到過小火花的形成。）

絕緣表面上的電荷密度也可以通過高強度電場產生的移動電子來改變。 這些電子會從與它們接觸的大氣中的任何氣體分子中產生離子。 當身體上的電荷為正時，帶電的身體會排斥已產生的任何正離子。 帶負電的物體產生的電子在遠離電極時會失去能量，它們會附著在大氣中的氣體分子上，從而形成負離子，並繼續遠離電荷點。 這些正離子和負離子可以停留在任何絕緣表面上，並會改變表面的電荷密度。 這種類型的電荷比摩擦產生的電荷更容易控制並且更均勻。 以這種方式可能產生的電荷的範圍是有限的。 表 3 中的等式 1 以數學方式描述了該限制。

要產生更高的電荷，必須增加環境的介電強度，方法是創建真空或對絕緣膜的另一表面進行金屬化。 後一種策略將電場吸入絕緣體中，從而降低周圍氣體中的場強。

當導體在電場中 （E） 接地（見圖 1）時，可以通過感應產生電荷。 在這些條件下，電場引起極化——導體的負離子和正離子的重心分離。 僅在一個點臨時接地的導體在與地面斷開連接時會攜帶淨電荷，這是由於該點附近的電荷遷移所致。 這解釋了為什麼位於均勻場中的導電粒子在電極之間振盪，在每個接觸點充電和放電。

圖 1. 通過感應對導體充電的機制

與靜電相關的危害

靜電積聚造成的不良影響範圍很廣，從觸摸帶電物體（如門把手）時的不適，到靜電引起的爆炸可能導致的非常嚴重的傷害甚至死亡。 靜電放電對人體的生理影響範圍從不舒服的刺痛到劇烈的反射動作。 這些影響是由放電電流產生的，尤其是由皮膚上的電流密度產生的。

在本文中，我們將介紹一些使表面和物體帶電（電氣化）的實用方法。 當感應電場超過周圍環境承受電荷的能力（即超過環境的介電強度）時，就會發生放電。 （在空氣中，介電強度由 Paschen 曲線描述，並且是壓力與帶電體之間距離的乘積的函數。）

破壞性排放可以採取以下形式：

• 橋接兩個帶電體（兩個金屬電極）的火花或電弧

• 橋接金屬電極和絕緣體或什至兩個絕緣體的局部或刷狀放電； 這些放電被稱為部分放電，因為導電路徑不會完全短路兩個金屬電極，但通常是多個和刷狀

• 電暈放電，也稱為點效應，出現在小半徑帶電體或電極周圍的強電場中。

絕緣導體具有淨電容 C 相對於地面。 表 5 中的等式 1 表示電荷和電勢之間的這種關係。

穿著絕緣鞋的人是絕緣導體的常見例子。 人體是靜電導體，相對於地的典型電容約為 150 pF，電勢高達 30 kV。 由於人是絕緣導體，他們會經歷靜電放電，例如當手接近門把手或其他金屬物體時有時會產生或多或少的疼痛感。 當電位達到大約 2 kV 時，將經歷相當於 0.3 mJ 的能量，儘管這個閾值因人而異。 更強的放電可能導致無法控制的運動，從而導致跌倒。 在工人使用工具的情況下，不自主的反射運動可能會導致受害者和可能在附近工作的其他人受傷。 表 6 中的方程式 8 至 1 描述了電勢的時間過程。

當感應電場的強度超過空氣的介電強度時，就會產生實際的電弧。 由於導體中電荷的快速遷移，基本上所有電荷都流向放電點，將所有儲存的能量釋放成火花。 當使用易燃或易爆物質或在易燃條件下工作時，這可能會產生嚴重影響。

接地電極接近帶電絕緣表面會改變電場並在電極中感應出電荷。 隨著表面相互靠近，場強增加，最終導致帶電絕緣表面局部放電。 由於絕緣表面的電荷流動性不強，只有一小部分錶面參與放電，因此這種放電釋放的能量遠低於電弧。

電荷和轉移的能量似乎與金屬電極的直徑成正比，最大約為 20 毫米。 絕緣體的初始極性也會影響電荷和轉移的能量。 帶正電錶面的局部放電比帶負電錶面的局部放電能量低。 無法確定， 先驗，與涉及導電錶面的情況形成對比的是，從絕緣表面放電轉移的能量。 事實上，由於絕緣表面不是等電位的，因此甚至無法定義所涉及的電容。

沿面放電

我們在等式 3（表 1）中看到，空氣中絕緣表面的表面電荷密度不能超過 2,660 pC/cm².

如果我們考慮絕緣板或厚度的薄膜 a，擱置在金屬電極上或具有一個金屬面，很容易證明當電荷沉積在非金屬面上時，電場被電極上的感應電荷吸入絕緣體。 結果，空氣中的電場非常微弱，比其中一個面不是金屬時的電場要低。 在這種情況下，空氣的介電強度不會限制絕緣表面上的電荷積累，並且有可能達到非常高的表面電荷密度（> 2,660 pC / cm²). 這種電荷積累增加了絕緣體的表面電導率。

當電極接近絕緣表面時，會發生沿面放電，其中大部分帶電錶面已變為導電狀態。 由於涉及的表面積很大，因此這種類型的放電會釋放大量能量。 在薄膜的情況下，空氣場非常弱，電極和薄膜之間的距離必須不超過薄膜厚度才能發生放電。 當帶電絕緣體與其金屬底塗層分離時，也可能發生沿面放電。 在這種情況下，空氣場突然增加，絕緣體的整個表面放電以重新建立平衡。

靜電放電以及火災和爆炸危險

在爆炸性環境中，劇烈的放熱氧化反應，涉及能量轉移到大氣中，可能由以下原因觸發：

• 明火

• 電火花

• 強無線電源附近的無線電頻率火花

• 碰撞產生的火花（例如，金屬和混凝土之間）

• 靜電放電。

我們只對最後一種情況感興趣。 各種液體的閃點（液體蒸氣與明火接觸時著火的溫度）和各種蒸氣的自燃溫度在本手冊的化學部分給出 百科全書. 與靜電放電相關的火災危險可參考氣體、蒸氣和固體或液體氣溶膠的可燃性下限進行評估。 如表 3 所示，此限制可能會有很大差異。

表 3. 典型的可燃性下限

只有當易燃物質的濃度在其爆炸上限和下限之間時，空氣和易燃氣體或蒸氣的混合物才會爆炸。 在此範圍內，最小點火能 (MIE)——靜電放電點燃混合物所必須具備的能量——高度依賴於濃度。 最小點火能量一直被證明取決於能量釋放的速度，進而取決於放電持續時間。 電極半徑也是一個因素：

• 小直徑電極（幾毫米的數量級）導致電暈放電而不是火花。

• 對於較大直徑的電極（幾厘米的數量級），電極塊用於冷卻火花。

通常，最低的 MIE 是通過剛好足以防止電暈放電的大電極獲得的。

MIE 還取決於電極間距離，並且在淬火距離（“distance de pincement”）處最低，在該距離處反應區中產生的能量超過電極處的熱損失。 實驗證明，每種易燃物質都有一個最大安全距離，對應於可能發生爆炸的最小電極間距離。 對於碳氫化合物，這小於 1 毫米。

粉末爆炸的概率取決於濃度，最高概率與 200 至 500 g/m 數量級的濃度相關³. MIE 還取決於粒徑，越細的粉末越容易爆炸。 對於氣體和氣溶膠，MIE 隨溫度降低。

工業實例

許多通常用於處理和運輸化學品的過程會產生靜電荷。 這些包括：

• 從袋子裡倒粉末

• 篩選

• 管道運輸

• 液體攪拌，尤其是在存在多相、懸浮固體或不可混溶液體液滴的情況下

• 液體噴灑或霧化。

靜電荷產生的後果包括機械問題、對操作員的靜電放電危害，如果使用含有易燃溶劑或蒸汽的產品，甚至會爆炸（見表 4）。

表 4. 與特定工業運營相關的特定費用

液態碳氫化合物，如油、煤油和許多常見溶劑，有兩個特性使它們對靜電問題特別敏感：

• 高電阻率，使它們能夠積累高水平的電荷

• 易燃蒸氣，這會增加低能量放電引發火災和爆炸的風險。

電荷可能在運輸過程中產生（例如，通過管道、泵或閥門）。 通過精細過濾器（例如飛機油箱加註過程中使用的過濾器）可能會導致產生每立方米數百微庫侖的電荷密度。 在儲罐流動填充過程中，顆粒沉降和帶電霧或泡沫的產生也可能產生電荷。

1953 年至 1971 年間，靜電導致了 35 起煤油罐加註期間或之後的火災和爆炸，更多事故發生在卡車油罐加註期間。 過濾器的存在或填充過程中的飛濺（由於泡沫或薄霧的產生）是最常見的風險因素。 油輪上也發生過事故，尤其是在清洗油罐時。

防靜電原理

所有與靜電有關的問題都源於：

• 電荷的產生

• 這些電荷在絕緣體或絕緣導體上的積累

• 這些電荷產生的電場，進而導致力或破壞性放電。

預防措施旨在避免靜電電荷的積累，選擇的策略是首先避免產生電荷。 如果這不可能，則應採取旨在使電荷接地的措施。 最後，如果放電不可避免，則應保護敏感物體免受放電的影響。

抑製或減少靜電荷的產生

這是應該採取的第一種靜電預防方法，因為這是從源頭上消除問題的唯一預防措施。 然而，如前所述，只要兩種材料（其中至少一種是絕緣的）接觸並隨後分離，就會產生電荷。 實際上，電荷的產生甚至可能發生在材料與自身接觸和分離時。 事實上，電荷的產生涉及材料的表層。 由於表面濕度或表面污染的最細微差異都會導致靜電荷的產生，因此不可能完全避免電荷的產生。

要減少接觸表面產生的電荷量：

• 如果材料具有非常不同的電子親和力——也就是說，如果它們在摩擦電系列中相距很遠，請避免讓它們相互接觸。 例如，避免玻璃和聚四氟乙烯 (PTFE) 之間或 PVC 和聚酰胺（尼龍）之間的接觸（見表 2）。

• 降低材料之間的流動速率。 這降低了固體材料之間的剪切速度。 例如，可以降低塑料薄膜擠出、輸送機上破碎材料的運動或管道中液體的流速。

沒有確定流量的明確安全限制。 英國標準BS-5958-Part 2  不良靜電控制實務守則 建議速度（以米每秒）和管道直徑（以米為單位）的乘積對於電導率小於 0.38 pS/m（以皮西門子每米為單位）的液體小於 5，對於液體小於 0.5電導率高於 5 pS/m。 該標準僅對以不大於 7 m/s 的速度輸送的單相液體有效。

應該注意的是，降低剪切力或流速不僅會減少電荷的產生，而且有助於消散所產生的任何電荷。 這是因為較低的流速導致停留時間高於與鬆弛區相關的停留時間，鬆弛區的流速通過增加管道直徑等策略降低。 這反過來又增加了接地。

靜電接地

靜電防護的基本規則是消除物體之間的電位差。 這可以通過連接它們或將它們接地（接地）來完成。 然而，絕緣導體會積聚電荷，因此可能會因感應而帶電，這是它們獨有的現象。 來自導體的放電可能會以高能且危險的火花形式出現。

該規則與關於防止觸電的建議一致，該建議還要求電氣設備的所有可觸及金屬部件按照法國標準接地 低壓電氣裝置 （NFC 15-100）。 為了最大限度的靜電安全，我們在這里關注的是，這條規則應該推廣到所有導電元件。 這包括金屬桌框、門把手、電子元件、化學工業中使用的罐以及用於運輸碳氫化合物的車輛底盤。

從靜電安全的角度來看，理想的世界是萬物都是導體並永久接地，從而將所有電荷轉移到大地。 在這種情況下，一切都將永久等勢，因此電場和放電風險將為零。 然而，由於以下原因，幾乎不可能實現這一理想：

• 並非所有必須處理的產品都是導體，許多產品不能通過使用添加劑來導電。 農產品和醫藥產品以及高純度液體就是其中的例子。

• 理想的最終產品特性，例如透光性或低導熱性，可能會排除使用導電材料。

• 金屬手推車、無繩電子工具、車輛甚至人工操作員等移動設備不可能永久接地。

防止靜電放電

應該牢記本節僅涉及保護靜電敏感設備免受不可避免的放電、減少電荷產生和消除電荷。 保護設備的能力並不能消除首先防止靜電荷積累的基本必要性。

如圖 2 所示，所有靜電問題都涉及靜電放電源（最初帶電的物體）、接收放電的目標以及放電傳播的環境（介電放電）。 應該注意的是，目標或環境都可能對靜電敏感。 表 5 列出了一些敏感元素的例子。

圖 2. 靜電放電問題示意圖

表 6. 對靜電放電敏感的設備示例

工人保護

有理由相信自己帶電的工人（例如，在乾燥天氣下車或穿著某些類型的鞋子行走時），可以採取多種保護措施，例如：

• 用鑰匙或工具等金屬片接觸接地導體，降低皮膚處的電流密度。

• 通過向耗散物體放電來降低電流的峰值，如果有的話（桌面或特殊設備，例如帶串聯電阻的保護腕帶）。

爆炸性環境中的保護

在爆炸性環境中，環境本身對靜電放電很敏感，放電可能導致著火或爆炸。 在這些情況下的保護措施包括用含氧量低於爆炸下限的氣體混合物或惰性氣體（例如氮氣）替換空氣。 惰性氣體已用於化學和製藥行業的筒倉和反應容器中。 在這種情況下，需要採取充分的預防措施以確保工人獲得充足的空氣供應。

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