แรงดันไฟฟ้าสูง

แรงดันไฟฟ้าสูงคือศักย์ไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่พอที่จะก่อให้เกิดการบาดเจ็บหรือความเสียหายได้ ในบางอุตสาหกรรมแรงดันไฟฟ้าสูงหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ อุปกรณ์และตัวนำที่ใช้กับแรงดันไฟฟ้าสูงจำเป็นต้องมีข้อกำหนดและขั้นตอนด้านความปลอดภัยเป็น พิเศษ
แรงดันไฟฟ้าสูงถูกนำมาใช้ในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าในหลอดรังสีแคโทดเพื่อสร้างรังสีเอ็กซ์และลำแสงอนุภาคเพื่อสร้างประกาย ไฟ เพื่อจุดระเบิด ในหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ และใน หลอดสุญญากาศของเครื่องขยายสัญญาณ กำลังสูงรวมถึงการใช้งานในอุตสาหกรรม การทหาร และวิทยาศาสตร์อื่นๆ อีกมากมาย
คำนิยาม
| แถบแรงดันไฟฟ้า IEC 61140 | เอซีอาร์เอ็มเอส | ดีซี | การกำหนดความเสี่ยง |
|---|---|---|---|
| แรงดันไฟฟ้าสูง | > 1,000 | > 1,500 | ประกายไฟจากไฟฟ้า |
| แรงดันไฟฟ้าต่ำ | ≤ 1,000 | ≤ 1,500 | ไฟฟ้าช็อต |
| แรงดันไฟฟ้าต่ำมาก | < 50 | < 120 | ไฟไหม้จากไฟฟ้า |
นิยามเชิงตัวเลขของแรงดันไฟฟ้าสูงนั้นขึ้นอยู่กับบริบท ปัจจัยสองประการที่ใช้ในการจำแนกแรงดันไฟฟ้าว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าสูง ได้แก่ ความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดประกายไฟในอากาศ และอันตรายจากไฟฟ้าช็อตจากการสัมผัสหรืออยู่ใกล้ชิด
คณะกรรมการเทคนิคไฟฟ้าสากลและหน่วยงานระดับประเทศที่เทียบเท่า ( IET , IEEE , VDEเป็นต้น) กำหนดแรงดันไฟฟ้าสูงไว้ที่มากกว่า 1000 Vสำหรับกระแสสลับและอย่างน้อย 1500 V สำหรับกระแสตรง[ 1 ]ใน IEC 61140
ในสหรัฐอเมริกาสถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) กำหนดพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ระบุสำหรับระบบไฟฟ้า60 Hz ที่มากกว่า 100 V โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ANSI C84.1-2020 กำหนด แรงดันไฟฟ้าสูงไว้ที่ 115 kV ถึง 230 kV แรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษไว้ที่ 345 kV ถึง 765 kV และแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษมากไว้ที่ 1,100 kV [ 2 ]มาตรฐานอังกฤษBS 7671 :2008 กำหนดแรงดันไฟฟ้าสูงไว้ว่าคือความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำที่สูงกว่า 1000 VAC หรือ 1500 V DC ที่ปราศจากคลื่นรบกวน หรือความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำกับพื้นดินที่สูงกว่า 600 VAC หรือ 900 V DC ที่ปราศจากคลื่นรบกวน[ 3 ]
ในบางเขตอำนาจศาลช่างไฟฟ้า อาจได้รับใบอนุญาตเฉพาะสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเท่านั้น [ 4 ] ตัวอย่างเช่น ใบอนุญาตไฟฟ้าสำหรับงานเฉพาะทางย่อย เช่น การติดตั้งระบบHVACระบบสัญญาณเตือนไฟไหม้ระบบโทรทัศน์วงจรปิดอาจได้รับอนุญาตให้ติดตั้งระบบที่มีพลังงานไฟฟ้าสูงสุดเพียง 30 โวลต์ระหว่างตัวนำ และอาจไม่ได้รับอนุญาตให้ทำงานกับวงจรแรงดันไฟฟ้าหลัก ประชาชนทั่วไปอาจพิจารณาว่า วงจร ไฟฟ้าหลัก ในครัวเรือน (100 ถึง 250 VAC) ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่พวกเขาพบเจอโดยทั่วไป เป็น แรงดัน ไฟฟ้าสูง
แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าประมาณ 50 โวลต์ มักจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าอันตรายไหลผ่านร่างกายมนุษย์หากสัมผัสจุดสองจุดของวงจร ดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัยจึงเข้มงวดมากขึ้นสำหรับวงจรดังกล่าว
ในวิศวกรรมยานยนต์แรงดันไฟฟ้าสูงถูกกำหนดให้เป็นแรงดันไฟฟ้าในช่วง 30 ถึง 1000 VAC หรือ 60 ถึง 1500 VDC [ 5 ]
นิยามของแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษ (EHV) ขึ้นอยู่กับบริบทอีกครั้ง ในวิศวกรรมการส่งกำลังไฟฟ้า EHV ถูกจัดประเภทเป็นแรงดันไฟฟ้าในช่วง 345,000–765,000 V [ 6 ]ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ แหล่งจ่ายไฟที่ให้แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 275,000 โวลต์เรียกว่าแหล่งจ่ายไฟ EHVและมักใช้ในการทดลองทางฟิสิกส์ แรงดันเร่งสำหรับหลอดภาพรังสีแคโทด ของโทรทัศน์ อาจอธิบายได้ว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษหรือแรงดันสูงพิเศษ (EHT) เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอื่นๆ ภายในอุปกรณ์ แหล่งจ่ายไฟประเภทนี้มีช่วงตั้งแต่ 5 kV ถึงประมาณ 30 kV
อักขระยูนิโค้ดที่ใช้แทน "แรงดันไฟฟ้าสูง" คือ U+26A1 ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ "⚡︎ "
การผลิต
ประกายไฟไฟฟ้าสถิตทั่วไปที่พบภายใต้สภาวะความชื้นต่ำมักเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 700 V เสมอ ตัวอย่างเช่น ประกายไฟที่ประตูรถในฤดูหนาวอาจเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 20,000 V [ 7 ]
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแวน เดอ กราฟฟ์และเครื่องวิมส์เฮิร์สต์สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึงเกือบหนึ่งล้านโวลต์ที่กระแสไฟฟ้าหลายแอมป์ แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่ทนทานพอที่จะก่อให้เกิดความเสียหายได้ ขดลวดเหนี่ยวนำทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์ฟลายแบ็ก ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ามากกว่าอัตราส่วนจำนวนรอบคูณด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า โดยทั่วไปแล้วจะสร้างกระแสไฟฟ้าได้สูงกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิต แต่การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นสองเท่าจะทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยประมาณ เนื่องจากปริมาณลวดที่จำเป็นในขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นการขยายขนาดให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นโดยการเพิ่มจำนวนรอบของลวดจึงอาจทำได้ยากตัวคูณค็อกครอฟต์-วอลตันสามารถใช้เพื่อคูณแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตโดยขดลวดเหนี่ยวนำได้ โดยจะสร้างกระแสตรงโดยใช้สวิตช์ไดโอดเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุแบบขั้นบันได ขดลวดเทสลาใช้หลักการเรโซแนนซ์ มีน้ำหนักเบา และไม่จำเป็นต้องใช้สารกึ่งตัวนำ
ประกายไฟขนาดใหญ่ที่สุดคือประกายไฟที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากฟ้าผ่า ฟ้าผ่าแบบลบโดยเฉลี่ยจะมีกระแสไฟฟ้า 30 ถึง 50 กิโลแอมแปร์ ถ่ายโอนประจุ 5 คูลอมบ์และกระจายพลังงาน 500 เมกะจูล ( เทียบเท่ากับทีเอ็นที 120 กิโลกรัมหรือเพียงพอที่จะจุดหลอดไฟ 100 วัตต์ได้ประมาณ 2 เดือน) อย่างไรก็ตาม ฟ้าผ่าแบบบวกโดยเฉลี่ย (จากยอดพายุฝนฟ้าคะนอง) อาจมีกระแสไฟฟ้า 300 ถึง 500 กิโลแอมแปร์ ถ่ายโอนประจุได้ถึง 300 คูลอมบ์ มีความต่างศักย์ได้ถึง 1 กิกะโวลต์ (หนึ่งพันล้านโวลต์) และอาจกระจายพลังงาน 300 กิกะจูล (เทียบเท่ากับทีเอ็นที 72 ตัน หรือพลังงานเพียงพอที่จะจุดหลอดไฟ 100 วัตต์ได้นานถึง 95 ปี) โดยทั่วไปแล้ว ฟ้าผ่าแบบลบจะเกิดขึ้นเพียงไม่กี่สิบไมโครวินาที แต่การเกิดฟ้าผ่าหลายครั้งพร้อมกันนั้นเป็นเรื่องปกติ โดยทั่วไปแล้วฟ้าผ่าแบบประจุบวกจะเป็นเหตุการณ์เดียว แต่กระแสไฟฟ้าสูงสุดอาจไหลต่อเนื่องเป็นเวลาหลายร้อยมิลลิวินาที ทำให้มีพลังงานมากกว่าฟ้าผ่าแบบประจุลบอย่างมาก
ประกายไฟในอากาศ

ความแข็งแรง ของการแตกตัวของไดอิเล็กทริกของอากาศแห้งที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (STP) ระหว่างอิเล็กโทรดทรงกลมอยู่ที่ประมาณ 33 kV/cm [ 8 ]นี่เป็นเพียงแนวทางคร่าวๆ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่แตกตัวจริงขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของอิเล็กโทรดเป็นอย่างมากสนามไฟฟ้า แรงสูง (จากแรงดันไฟฟ้าสูงที่ใช้กับตัวนำขนาดเล็กหรือปลายแหลม) มักจะทำให้เกิด การปล่อยประจุโคโรนาสีม่วงในอากาศ เช่นเดียวกับประกายไฟที่มองเห็นได้ แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าประมาณ 500–700 โวลต์ไม่สามารถทำให้เกิดประกายไฟ หรือแสงเรืองๆ ที่มองเห็นได้ง่ายในอากาศที่ความดันบรรยากาศ ดังนั้นตามกฎนี้แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้จึงถือว่า "ต่ำ" อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะความดันบรรยากาศต่ำ (เช่นใน เครื่องบินที่บินในระดับความสูง) หรือในสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อยเช่นอาร์กอนหรือนีออนประกายไฟจะปรากฏขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามาก 500 ถึง 700 โวลต์ไม่ใช่ค่าต่ำสุดที่แน่นอนสำหรับการทำให้เกิดประกายไฟแตกตัว แต่เป็นกฎทั่วไป สำหรับอากาศที่ STP แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่ทำให้เกิดประกายไฟแตกตัวอยู่ที่ประมาณ 327 โวลต์ ตามที่Friedrich Paschenได้ กล่าวไว้ [ 9 ]
โดยทั่วไปแล้ว แรงดันไฟฟ้าต่ำจะไม่สามารถกระโดดข้ามช่องว่างที่เกิดขึ้นก่อนการจ่ายแรงดันไฟฟ้าได้ แต่การขัดจังหวะกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ด้วยช่องว่างมักจะทำให้เกิดประกายไฟหรืออาร์ค แรงดันต่ำ เมื่อหน้าสัมผัสแยกออกจากกัน จุดสัมผัสเล็กๆ เพียงไม่กี่จุดจะกลายเป็นจุดสุดท้ายที่แยกออกจากกัน กระแสไฟฟ้าจะถูกจำกัดอยู่ที่จุดร้อน เล็กๆ เหล่านี้ ทำให้จุดเหล่านั้นร้อนจัดและปล่อยอิเล็กตรอนออกมา (ผ่านการปล่อยอิเล็กตรอนด้วยความร้อน ) แม้แต่แบตเตอรี่ขนาดเล็ก 9 โวลต์ก็สามารถทำให้เกิดประกายไฟได้อย่างเห็นได้ชัดด้วยกลไกนี้ในห้องมืด อากาศที่แตกตัวเป็นไอออนและไอโลหะ (จากหน้าสัมผัส) จะก่อตัวเป็นพลาสมาซึ่งจะเชื่อมช่องว่างที่กำลังขยายตัวชั่วคราว หากแหล่งจ่ายไฟและโหลดอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลได้เพียงพออาร์ค ที่เกิดขึ้นเอง ได้อาจก่อตัวขึ้น เมื่อเกิดขึ้นแล้ว อาร์คอาจขยายออกไปได้เป็นระยะทางมากก่อนที่จะขาดวงจร การพยายามเปิดวงจรเหนี่ยวนำมักจะทำให้เกิดอาร์ค เนื่องจากค่าเหนี่ยวนำจะให้พัลส์แรงดันสูงทุกครั้งที่กระแสไฟฟ้าถูกขัดจังหวะ ระบบ ไฟฟ้ากระแสสลับทำให้การเกิดอาร์คอย่างต่อเนื่องมีโอกาสน้อยลง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าจะกลับเป็นศูนย์สองครั้งต่อรอบ ประกายไฟจะดับลงทุกครั้งที่กระแสไฟฟ้าผ่านจุดศูนย์และจะต้องจุดประกายไฟขึ้นใหม่ในช่วงครึ่งรอบถัดไปเพื่อรักษาประกายไฟไว้
ต่างจากตัวนำโอห์มิก ความต้านทานของประกายไฟจะลดลงเมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ทำให้ประกายไฟที่เกิดขึ้นโดยไม่ตั้งใจในอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นอันตราย เพราะแม้แต่ประกายไฟเล็กๆ ก็สามารถขยายใหญ่ขึ้นจนทำลายอุปกรณ์และทำให้เกิดไฟไหม้ได้หากมีกระแสไฟฟ้าเพียงพอ ประกายไฟที่สร้างขึ้นโดยเจตนา เช่นที่ใช้ในระบบไฟส่องสว่างหรือการเชื่อมโลหะจำเป็นต้องมีองค์ประกอบบางอย่างในวงจรเพื่อรักษาเสถียรภาพของลักษณะกระแส/แรงดันของประกายไฟ
การใช้งาน
การกระจาย

สายส่งและสายจำหน่ายไฟฟ้าโดยทั่วไปใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลโวลต์ สายส่งอาจอยู่เหนือพื้นดินหรือใต้ดิน การใช้แรงดันไฟฟ้าสูงในการจำหน่ายไฟฟ้ามีจุดประสงค์เพื่อลดการสูญเสียโอห์มิกเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล
ทางอุตสาหกรรม
ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เพื่อพ่นฟิล์มโลหะบาง ๆ ลงบนพื้นผิวของเวเฟอร์นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการเคลือบวัตถุด้วยเส้นใยขนาดเล็กที่ตั้งตรงได้ด้วยไฟฟ้าสถิต
วิทยาศาสตร์
ช่องว่างประกายไฟถูกใช้ในอดีตเป็นรูปแบบแรกของการส่งสัญญาณวิทยุ ในทำนองเดียวกัน การปล่อยประจุฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีก็เชื่อกันว่าเป็นแหล่งกำเนิดของการปล่อยคลื่นความถี่วิทยุอัน ทรงพลังของดาวเคราะห์ดวงนี้ [ 10 ]
แรงดันไฟฟ้าสูงถูกนำมาใช้ในงานทดลองและการค้นพบทางเคมีและฟิสิกส์อนุภาคที่สำคัญมากมาย ประกายไฟจากไฟฟ้าถูกใช้ในการแยกและค้นพบธาตุอาร์กอนจากอากาศขดลวดเหนี่ยวนำถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับหลอดเอ็กซ์เรย์รุ่นแรกๆ โมสลีย์ใช้หลอดเอ็กซ์เรย์ในการหาเลขอะตอมของธาตุโลหะบางชนิดโดยใช้สเปกตรัมที่ปล่อยออกมาเมื่อใช้เป็นขั้วบวก แรงดันไฟฟ้าสูงยังถูกใช้ในการสร้างลำอิเล็กตรอนสำหรับกล้องจุลทรรศน์ค็อกครอฟต์และวอลตันประดิษฐ์ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนอะตอมลิเธียมในลิเธียมออกไซด์ให้เป็นฮีเลียมโดยการเร่งอะตอมไฮโดรเจน
ความปลอดภัย

แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 50 โวลต์ เมื่อใช้กับผิวหนังมนุษย์ที่แห้งและไม่มีบาดแผล อาจทำให้เกิดภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะได้หากกระแสไฟฟ้า เกิดขึ้น ในเนื้อเยื่อของร่างกายที่ผ่านบริเวณหน้าอก แรงดัน ไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดอันตรายถึงชีวิตนั้นขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าของผิวหนังมนุษย์ที่แห้ง เนื้อเยื่อของมนุษย์ที่มีชีวิตสามารถได้รับการปกป้องจากความเสียหายด้วยคุณสมบัติเป็นฉนวนของผิวหนังที่แห้งได้ถึงประมาณ 50 โวลต์ หากผิวหนังเปียกชื้น มีบาดแผล หรือหากใช้แรงดันไฟฟ้ากับขั้วไฟฟ้าที่ทะลุผ่านผิวหนัง แม้แต่แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 40 โวลต์ก็อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้
การสัมผัสโดยไม่ตั้งใจกับไฟฟ้าแรงสูงที่มีพลังงานเพียงพอ อาจส่งผลให้ได้รับบาดเจ็บสาหัสหรือเสียชีวิตได้ เนื่องจากร่างกายของบุคคลนั้นจะเป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้า ทำให้เนื้อเยื่อเสียหายและหัวใจล้มเหลว การบาดเจ็บอื่นๆ อาจรวมถึงแผลไหม้จากประกายไฟที่เกิดจากการสัมผัสโดยไม่ตั้งใจ แผลไหม้เหล่านี้อาจเป็นอันตรายอย่างยิ่งหากทางเดินหายใจของผู้ประสบภัยได้รับผลกระทบ การบาดเจ็บอาจเกิดขึ้นได้จากแรงกระแทกทางกายภาพที่เกิดขึ้นกับบุคคลที่ตกจากที่สูงหรือถูกเหวี่ยงไปไกลมาก
การสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าสูงในระดับพลังงานต่ำอาจไม่เป็นอันตราย เช่น ประกายไฟที่เกิดขึ้นในสภาพอากาศแห้งเมื่อสัมผัสลูกบิดประตูหลังจากเดินบนพื้นพรมแรงดันไฟฟ้าอาจอยู่ในช่วงหลายพันโวลต์ แต่กระแสไฟฟ้า เฉลี่ย ต่ำ
ข้อควรระวังมาตรฐานเพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บ ได้แก่ การทำงานในสภาพแวดล้อมที่หลีกเลี่ยงการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านร่างกาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณหัวใจ เช่น ระหว่างแขน หรือระหว่างแขนกับขา กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านตัวนำสองตัวในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง และร่างกายสามารถทำให้วงจรสมบูรณ์ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงเหตุการณ์ดังกล่าว ผู้ปฏิบัติงานควรสวมใส่เสื้อผ้าที่เป็นฉนวน เช่น ถุงมือยาง ใช้เครื่องมือที่เป็นฉนวน และหลีกเลี่ยงการสัมผัสอุปกรณ์ด้วยมือมากกว่าหนึ่งข้างในเวลาเดียวกัน กระแสไฟฟ้ายังสามารถไหลระหว่างอุปกรณ์กับพื้นดินได้ เพื่อป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าว ผู้ปฏิบัติงานควรยืนบนพื้นผิวที่เป็นฉนวน เช่น บนแผ่นยาง อุปกรณ์ความปลอดภัยได้รับการทดสอบอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงปกป้องผู้ใช้ได้ ข้อกำหนดการทดสอบแตกต่างกันไปตามแต่ละประเทศ บริษัททดสอบสามารถทดสอบได้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 300,000 โวลต์ และให้บริการตั้งแต่การทดสอบถุงมือไปจนถึง การทดสอบ แพลตฟอร์มการทำงานบนที่สูง (หรือ EWP)
การกระจาย

การสัมผัสหรือการเข้าใกล้ตัวนำสายส่งไฟฟ้าอย่างใกล้ชิดก่อให้เกิดอันตรายจากการถูกไฟฟ้าดูด การสัมผัสกับสายไฟเหนือศีรษะอาจส่งผลให้ได้รับบาดเจ็บหรือเสียชีวิต บันไดโลหะ อุปกรณ์ทางการเกษตร เสากระโดงเรือ เครื่องจักรกลก่อสร้าง เสาอากาศและวัตถุที่คล้ายกัน มักเกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับสายไฟเหนือศีรษะจนถึงแก่ชีวิต บุคคลที่ไม่ได้รับอนุญาตที่ปีนขึ้นไปบนเสาไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าก็มักตกเป็นเหยื่อของการถูกไฟฟ้าดูดเช่นกัน[ 11 ]ที่แรงดันส่งไฟฟ้าสูงมาก แม้แต่การเข้าใกล้ก็อาจเป็นอันตรายได้ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงอาจเกิดการอาร์คข้ามช่องว่างอากาศขนาดใหญ่
การขุดเข้าไปในบริเวณที่มีสายเคเบิลฝังอยู่ใต้ดินอาจเป็นอันตรายต่อคนงานในสถานที่ขุดเจาะได้เช่นกัน อุปกรณ์ขุดเจาะ (ไม่ว่าจะเป็นเครื่องมือมือหรือเครื่องจักร) ที่สัมผัสกับสายเคเบิลที่ฝังอยู่ใต้ดินอาจทำให้ท่อหรือพื้นดินในบริเวณนั้นมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ส่งผลให้คนงานที่อยู่ใกล้เคียงถูกไฟฟ้าดูดได้ นอกจากนี้ ความผิดพลาดในสายส่งไฟฟ้าแรงสูงหรือสถานีไฟฟ้าย่อยอาจทำให้กระแสไฟฟ้าสูงไหลไปตามพื้นผิวโลก ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าของพื้นดินสูงขึ้นซึ่งก็เป็นอันตรายจากไฟฟ้าดูดเช่นกัน
สำหรับสายส่งไฟฟ้าแรงสูงและแรงสูงมาก บุคลากรที่ได้รับการฝึกฝนมาเป็นพิเศษจะใช้เทคนิค " สายส่งไฟฟ้าแรงสูง " เพื่อให้สามารถสัมผัสกับอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าได้ ในกรณีนี้ ผู้ปฏิบัติงานจะเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับสายไฟฟ้าแรงสูงแต่ได้รับการหุ้มฉนวนอย่างดีจากพื้นดิน เพื่อให้มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับสายส่ง เนื่องจาก1การฝึกอบรมสำหรับการปฏิบัติงานดังกล่าวใช้เวลานาน และยังคงเป็นอันตรายต่อบุคลากร ดังนั้นเฉพาะสายส่งไฟฟ้าที่สำคัญมากเท่านั้นที่จะได้รับการบำรุงรักษาในขณะที่ยังมีกระแสไฟฟ้าอยู่ นอกเหนือจากสถานการณ์ที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมเหล่านี้ การหุ้มฉนวนจากพื้นดินไม่ได้รับประกันว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลลงสู่พื้นดิน เพราะการลัดวงจรหรือการอาร์คลงดินอาจเกิดขึ้นได้ในรูปแบบที่ไม่คาดคิด และกระแสไฟฟ้าความถี่สูงสามารถทำให้แม้แต่คนที่ไม่ได้ต่อสายดินไหม้ได้ การสัมผัสเสาอากาศ ส่งสัญญาณจึงเป็นอันตรายด้วยเหตุผลนี้ และ ขดลวดเทสลาความถี่สูงสามารถทำให้เกิดประกายไฟได้แม้จะมีเพียงปลายด้านเดียว
อุปกรณ์ป้องกันบนสายส่งไฟฟ้าแรงสูงโดยปกติจะป้องกันการเกิดประกายไฟที่ไม่พึงประสงค์ หรือทำให้แน่ใจว่าประกายไฟนั้นดับลงภายในไม่กี่สิบมิลลิวินาที อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ตัดวงจรไฟฟ้าแรงสูงได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมทิศทางของประกายไฟที่เกิดขึ้นอย่างปลอดภัย เพื่อให้ประกายไฟนั้นสลายไปโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายเบรกเกอร์วงจร ไฟฟ้าแรงสูง มักใช้ลมแรงดันสูงก๊าซไดอิเล็กทริก พิเศษ (เช่นSF6ภายใต้ความดัน) หรือการจุ่มลงในน้ำมันแร่เพื่อดับประกายไฟเมื่อวงจรไฟฟ้าแรงสูงถูกตัด
การเดินสายไฟในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องเอ็กซ์เรย์และเลเซอร์ ต้องใช้ความระมัดระวัง ส่วนแรงดันสูงควรอยู่ห่างจากส่วนแรงดันต่ำเพื่อลดโอกาสการเกิดประกายไฟระหว่างกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียจากปรากฏการณ์โคโรนา ควรใช้ตัวนำที่สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และปราศจากส่วนแหลมคม หากมีการหุ้มฉนวน ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฟองอากาศอยู่ภายใน เพราะฟองอากาศเหล่านี้จะทำให้เกิดการปล่อยประจุโคโรนาภายในได้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต
แรงดันไฟฟ้าสูงไม่จำเป็นต้องเป็นอันตรายเสมอไป หากไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้า ได้มาก แม้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิต เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff และเครื่อง Wimshurst จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ใกล้เคียงหนึ่งล้านโวลต์ แต่ก็ทำให้เกิดอาการแสบร้อนเพียงชั่วครู่เท่านั้น นั่นเป็นเพราะกระแสไฟฟ้าต่ำ กล่าวคือมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เพียงไม่กี่ตัว อุปกรณ์เหล่านี้มีพลังงานสะสมจำกัด ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเฉลี่ยที่ผลิตได้จึงต่ำและมักจะเป็นช่วงเวลาสั้นๆ โดยมีแรงกระตุ้นสูงสุดอยู่ใน ช่วง 1 A เป็นเวลาหนึ่งนาโนวินาที[ 12 ] [ 13 ]
การปล่อยประจุอาจเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าสูงมากในช่วงเวลาสั้นมาก แต่เพื่อให้เกิดภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะแหล่งจ่ายไฟต้องสร้างกระแสไฟฟ้าปริมาณมากในกล้ามเนื้อหัวใจอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายมิลลิวินาทีและต้องปล่อยพลังงานรวมในระดับอย่างน้อยมิลลิจูลหรือสูงกว่านั้น ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูงที่มากกว่าประมาณห้าสิบโวลต์จึงอาจส่งผลกระทบทางการแพทย์และอาจถึงแก่ชีวิตได้
ในระหว่างการปล่อยประจุ เครื่องเหล่านี้จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงให้กับร่างกายเป็นเวลาเพียงหนึ่งในล้านของวินาทีหรือน้อยกว่านั้น ดังนั้นจึงมีกระแสไฟฟ้าต่ำไหลผ่านในช่วงเวลาสั้นมาก และจำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องก็มีน้อยมาก
ขดลวดเทสลา
แม้ว่าขดลวดเทสลาจะมีลักษณะภายนอกคล้ายกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวน เดอ กราฟฟ์ แต่ไม่ใช่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิต และสามารถสร้าง กระแส ความถี่วิทยุได้อย่างต่อเนื่อง กระแสที่ส่งไปยังร่างกายมนุษย์จะค่อนข้างคงที่ตราบใดที่ยังมีการสัมผัสอยู่ ซึ่งต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิตที่โดยทั่วไปใช้เวลานานกว่าในการสะสมประจุ และแรงดันไฟฟ้าจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้ผิวหนังมนุษย์แตกตัวได้มาก ด้วยเหตุนี้ กระแสไฟฟ้าที่ออกมาจากขดลวดเทสลาจึงอาจเป็นอันตรายหรือถึงขั้นเสียชีวิตได้
อันตรายจากประกายไฟ

ขึ้นอยู่กับกระแสลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้นใน ระบบ สวิตช์เกียร์อันตรายจะเกิดขึ้นกับบุคลากรฝ่ายบำรุงรักษาและปฏิบัติงานเนื่องจากอาจเกิดประกายไฟ ที่มีความเข้มสูง อุณหภูมิสูงสุดของประกายไฟอาจสูงเกิน 10,000 เคลวินและความร้อนที่แผ่รังสี อากาศร้อนที่ขยายตัว และการระเหยอย่างรุนแรงของโลหะและวัสดุฉนวนอาจทำให้คนงานที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันได้รับบาดเจ็บสาหัส ระบบสวิตช์เกียร์และแหล่งกำเนิดประกายไฟพลังงานสูงดังกล่าวพบได้ทั่วไปในสถานีไฟฟ้าย่อยและโรงไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรม และอาคารพาณิชย์ขนาดใหญ่ ในสหรัฐอเมริกาสมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ (NFPA ) ได้เผยแพร่มาตรฐานแนวทางNFPA 70Eสำหรับการประเมินและคำนวณอันตรายจากประกายไฟและกำหนดมาตรฐานสำหรับชุดป้องกันที่จำเป็นสำหรับคนงานไฟฟ้าที่สัมผัสกับอันตรายดังกล่าวในที่ทำงาน
อันตรายจากการระเบิด
แม้แต่แรงดันไฟฟ้าที่ไม่เพียงพอที่จะทำลายอากาศก็ยังสามารถให้พลังงานมากพอที่จะจุดไฟในบรรยากาศที่มีก๊าซหรือไอระเหยที่ติดไฟได้ หรือฝุ่นละอองในอากาศได้ ตัวอย่างเช่นก๊าซไฮโดรเจนก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมันเบนซิน/ ไอระเหย ของน้ำมันเบนซินที่ผสมกับอากาศ สามารถติดไฟได้ด้วยประกายไฟที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้า ตัวอย่างของโรงงานอุตสาหกรรมที่มีพื้นที่อันตราย ได้แก่โรงกลั่นปิโตรเคมีโรงงานเคมีโรงเก็บเมล็ดพืชและเหมืองถ่านหิน
มาตรการที่ใช้เพื่อป้องกันการระเบิดดังกล่าว ได้แก่:
- ความปลอดภัยโดยเนื้อแท้จากการใช้อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อไม่ให้สะสมพลังงานไฟฟ้ามากพอที่จะก่อให้เกิดการระเบิด
- ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น ซึ่งครอบคลุมถึงอุปกรณ์ที่ใช้มาตรการต่างๆ เช่น การบรรจุน้ำมันในตัวเครื่องเพื่อป้องกันประกายไฟ
- ตู้กันระเบิด (กันเพลิง) ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การระเบิดภายในตู้ไม่สามารถลุกลามออกไปจุดประกายบรรยากาศที่อาจเกิดการระเบิดโดยรอบได้ (การกำหนดเช่นนี้ไม่ได้หมายความว่าอุปกรณ์นั้นจะสามารถทนต่อการระเบิดภายในหรือภายนอกได้)
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มาตรฐานการป้องกันอันตรายจากการระเบิดมีความเป็นเอกภาพมากขึ้นระหว่างแนวทางปฏิบัติในยุโรปและอเมริกาเหนือ ระบบการจำแนกประเภท "โซน" ได้ถูกนำมาใช้ในรูปแบบที่ปรับปรุงแล้วในประมวลกฎหมายไฟฟ้าแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา และประมวลกฎหมายไฟฟ้าของแคนาดาอุปกรณ์ความปลอดภัยโดยเนื้อแท้ได้รับการอนุมัติให้ใช้ในงานประยุกต์ใช้ในอเมริกาเหนือแล้ว
ก๊าซพิษ
การปล่อยประจุไฟฟ้า รวมถึงการปล่อยประจุบางส่วนและการปล่อยประจุโคโรนาสามารถก่อให้เกิดก๊าซพิษในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งในพื้นที่ปิดอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้ ก๊าซเหล่านี้รวมถึงสารออกซิไดซ์ เช่นโอโซนและออกไซด์ของไนโตรเจน ชนิดต่างๆ สามารถระบุได้ง่ายจากกลิ่นหรือสีที่เป็นลักษณะเฉพาะ ดังนั้นจึงสามารถลดเวลาสัมผัสให้น้อยที่สุดได้ ไนตริกออกไซด์มองไม่เห็นแต่มีกลิ่นหอมหวาน มันจะเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ภายในไม่กี่นาที ซึ่งมีสีเหลืองหรือสีน้ำตาลแดงขึ้นอยู่กับความเข้มข้น และมีกลิ่นเหมือนก๊าซคลอรีนในสระว่ายน้ำ โอโซนมองไม่เห็นแต่มีกลิ่นฉุนเหมือนอากาศหลังพายุฟ้าผ่า มันเป็นสารที่มีอายุสั้นและครึ่งหนึ่งจะสลายตัวเป็นO₂ภายในหนึ่งวัน ที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศปกติ
ฟ้าผ่า
อันตรายจากฟ้าผ่า ได้แก่ การถูกฟ้าผ่าโดยตรงใส่คนหรือทรัพย์สิน อย่างไรก็ตาม ฟ้าผ่ายังสามารถสร้างความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่เป็นอันตรายในพื้นดิน รวมถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสามารถประจุไฟฟ้าให้กับวัตถุโลหะขนาดใหญ่ เช่น สาย โทรศัพท์รั้ว และท่อส่งน้ำ ให้มีศักย์ไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ซึ่งสามารถส่งผลกระทบไปไกลหลายไมล์จากจุดที่ฟ้าผ่า แม้ว่าวัตถุเหล่านี้ส่วนใหญ่จะไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า แต่ศักย์ไฟฟ้าสูงมากสามารถทำให้ ฉนวนเหล่านั้น แตกตัวทางไฟฟ้าทำให้พวกมันทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าที่ถ่ายโอนเหล่านี้เป็นอันตรายต่อคน สัตว์เลี้ยง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฟ้าผ่ายังทำให้เกิดไฟไหม้และการระเบิด ซึ่งส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต บาดเจ็บ และทรัพย์สินเสียหาย ตัวอย่างเช่น ในแต่ละปีในทวีปอเมริกาเหนือ มี ไฟป่า หลายพันครั้ง ที่เกิดจากฟ้าผ่า
มาตรการควบคุมฟ้าผ่าสามารถลดอันตรายได้ ซึ่งรวมถึง การติด ตั้งสายล่อฟ้าสายไฟป้องกัน และการเชื่อมต่อส่วนไฟฟ้าและโครงสร้างของอาคารเข้าด้วยกันเพื่อให้เกิดเป็นพื้นที่ปิดล้อมต่อเนื่อง
ดูเพิ่มเติม
- หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า
- สถานีชาร์จ
- วิศวกรรมไฟฟ้า
- การส่งกระแสไฟฟ้า (รวมถึงหัวข้อ 'ข้อกังวลด้านสุขภาพ')
- กระแสตรงแรงดันสูง
- แรงดันไฟฟ้าต่ำ
- ลำดับขนาด (แรงดันไฟฟ้า)
- ขดลวดเทสลา
- ช่องว่างประกายไฟ
ลิงก์ภายนอก
- NFPA 70E : ความปลอดภัยทางไฟฟ้าในสถานที่ทำงาน สหรัฐอเมริกา
- คู่มือความปลอดภัยทางไฟฟ้าของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา
- บทเรียน เรื่องความปลอดภัยทางไฟฟ้าจากหนังสือ Lessons In Electric Circuits Vol 1 DCและชุดหนังสือ