107 地方特考三等 工業安全 機電防護與防火防爆 考古題詳解

核心觀念

1. 火災動力學與室內火災發展歷程：室內（侷限空間）火災依熱釋放率與溫度隨時間之變化，歷經初期／成長期（Pre-flashover）、最盛期（Post-flashover）及衰退期。
2. 閃燃（Flashover）之物理機制與判定指標：

• 定義為由局部燃燒轉變為全室可燃物全面著火的瞬間過渡現象。
• 關鍵指標為天花板熱煙層溫度達約 $500 \sim 600^\circ\text{C}$，室內底層受熱輻射通量達到約 $20\text{ kW/m}^2$。
• 伴隨燃燒控制型態由「燃料控制燃燒（Fuel-controlled fire）」轉變為「通風控制燃燒（Ventilation-controlled fire）」。

3. 燃燒四面體（Fire Tetrahedron）：包含「可燃物」、「助燃物（氧氣）」、「熱能（溫度）」及「未受抑制之連鎖反應」。
4. 閃燃（Flashover）與閃火（Flash Fire）之本質差異：

• 閃燃屬於室內火災中固體／熱裂解氣體因強烈熱輻射所引發之全室爆發性燃燒。
• 閃火屬於易燃氣體、蒸氣或粉塵雲預先擴散懸浮於空氣中，受微小點火源引燃後，火焰波快速傳播掠過之爆燃（Deflagration）現象。

解題方法

1. 第 (一) 小題：從「發生場域」、「過渡階段」、「熱物理驅動機制（熱煙層與輻射熱回饋）」及「燃燒型態轉變」完整界定閃燃。
2. 第 (二) 小題：繪製標準之「室內火災溫度－時間歷程曲線（$T-t$ 曲線）」，精準劃分成長期、最盛期與衰退期，並將閃燃點明確「圈點」於成長期邁入最盛期之轉折陡升處。
3. 第 (三) 小題：以燃燒四面體的四個要素為骨架，採用對照表格逐項剖析兩者在可燃物型態、氧氣依存度、熱能供給機制及化學連鎖反應特性上的相異點。

解題技巧

1. 閃燃判定數據記憶關鍵：熱煙層溫度約 $500 \sim 600^\circ\text{C}$、地板受熱輻射約 $20\text{ kW/m}^2$，此兩項數據為閱卷給分核心關鍵詞。
2. 曲線繪製重點：閃燃並非「獨立階段」，而是成長期跨入最盛期之「轉折過渡點（Transition point）」，標記時應以圓圈明確圈出曲線斜率最大之突升起點。
3. 閃燃與閃火之區別盲點：

• 空間限制：閃燃「必須」在侷限空間（室內）；閃火則在開放、半開放或密閉空間皆可發生。
• 燃料形式：閃燃涉及固體可燃物之持續熱裂解；閃火則是預混或懸浮之氣體、蒸氣或粉塵。
• 持續時間：閃火通常在數秒內燃燒殆盡；閃燃後進入持續高溫之最盛期。

【答案】

(一) 何謂閃燃（Flashover）

1. 定義： 閃燃是指在室內（侷限空間）火災的發展過程中，火勢由「局部性燃燒的成長期」急遽轉變為「全室所有暴露可燃物表面皆同時起火燃燒的最盛期」之瞬間臨界過渡現象（Transition Phase）。
2. 發生機制與物理特徵：

• 熱煙層蓄積與熱輻射反饋：火災初期產生的熱氣體與未完全燃燒煙氣上升，於天花板下方蓄積形成高溫熱煙層（Upper Hot Gas Layer）。
• 臨界轉折條件：當熱煙層溫度累積達到約 $500 \sim 600^\circ\text{C}$ 時，熱煙層向下投射的熱輻射通量達到約 $20\text{ kW/m}^2$。
• 全面引燃：強烈的輻射熱使室內原本未著火的家具、裝修等可燃物表面急遽熱裂解（Pyrolysis）釋放出大量可燃性氣體，並達其發火溫度而在一瞬間同時起火燃燒。

3. 燃燒機制轉變： 閃燃發生前，火勢發展取決於可燃物表面積與散佈，屬於「燃料控制燃燒（Fuel-controlled fire）」；

核心觀念

本題以命題當年（民國 107 年）法規為準，現行法規架構亦維持一致。本題涵蓋《職業安全衛生法》機械設備器具源頭管理、感電防護技術及型式驗證行政救濟程序，核心法規與技術標準如下：

1. 源頭管理與型式驗證法規：

• 《職業安全衛生法》第 8 條第 1 項：製造者或輸入者對於中央主管機關公告列入型式驗證之機械、設備或器具，非向中央主管機關認可之驗證機構申請型式驗證合格及張貼合格標章，不得產製運出廠場或輸入。
• 勞動部於民國 106 年 11 月 30 日勞職授字第 10602047321 號公告，自民國 107 年 7 月 1 日起將「交流電焊機用自動電擊防止裝置」正式列入《職業安全衛生法》第 8 條第 1 項之強制型式驗證品目。
• 《職業安全衛生設施規則》第 250 條：雇主對勞工於良導體儲槽、局限空間或高度兩公尺以上鋼架等處所從事交流電焊作業時，應使用具有自動電擊防止裝置之交流電焊機。

2. 自動電擊防止裝置之電氣特性與標準（依 CNS 4782 國家標準）：

• 交流電焊機二次側無負載開路電壓通常高達 $60 \sim 90\text{ V}$，在多汗、潮濕或侷限空間作業時極易引發致命性心室纖維性顫動。
• 安全防護性能標準：
• 安全電壓（無負載電壓降）：未焊接時，二次側開路電壓應自動降至 $25\text{ V}$ 以下。
• 始動時間：焊條接觸工件引弧時，主回路接通並建立全電壓之反應時間應在 $0.04\text{ s}$ 以內。
• 遲延時間：焊接中止（電弧熄滅）後，主回路維持閉合至切斷並降回安全電壓的時間應在 $1.0\text{ s}$ 以內（通常設計為 $0.8 \sim 1.0\text{ s}$），避免換焊條或焊滴過渡時短暫斷弧造成接點頻繁跳脫。

3. 特殊規格驗證機制：

• 依據《機械設備器具型式驗證實施辦法》第 14 條規定之「專案審查（專案核定）」機制，兼顧技術創新與安全防護之同等安全性能要求。

解題方法

1. 第 (一) 小題（法規時事與品目確認）： 直接切入主管機關公告歷程。職業安全衛生法第 8 條自 104 年推動第一階段型式驗證（包含動力衝剪機械、手推刨床、木材加工用圓盤鋸、動力堆高機、研磨機、研磨輪、防爆電氣設備）後，勞動部於民國 106 年底公告、並於 107 年 7 月 1 日正式施行之擴大驗證器具即為「交流電焊機用自動電擊防止裝置」。
2. 第 (二) 小題（系統架構圖解與三態動作原理解析）：

• 作圖重點：繪製出主回路（主變壓器、主接觸器接點 MC）、控制回路（輔助變壓器/降壓電源、電流/電壓檢出單元、限時繼電器 Timer、MC 驅動線圈）與輸出端（焊鉗、工件母材）。
• 分態說明：拆解為「待機無載狀態（$V \le 25\text{ V}$）」、「接觸始動與焊接狀態（$t_{\text{start}} \le 0.04\text{ s}$）」及「電弧中斷遲延復歸狀態（$t_{\text{delay}} \le 1.0\text{ s}$）」三階段，並標明 CNS 4782 關鍵性能參數。

3. 第 (三) 小題（特殊規格之行政救濟與專案審查程序）： 依據《機械設備器具型式驗證實施辦法》規定，提出解決路徑：申請人備齊「安全評估報告」與「同等安全證明文件」 $\rightarrow$ 向中央主管機關（勞動部）申請「專案審查」 $\rightarrow$ 專家委員會審查認可同等安全機能 $\rightarrow$ 驗證機構憑核定函核發型式驗證合格證明書。

選項分析

本題為公職申論題，無選擇題選項。作答時應採層次分明之小標題與列點呈現，並配合結構清楚之電氣電路方塊圖，以利閱卷委員迅速評定給分。

解題技巧

1. 數字與規範精準化：說明自動電擊防止裝置時，切勿僅寫「降低電壓」，必須精準寫出國家標準規範之三大核心參數：安全電壓 $\le 25\text{ V}$、始動時間 $\le 0.04\text{ s}$、遲延時間 $\le 1.0\text{ s}$，這是考取高分的關鍵。
2. 圖解技巧：繪製電路圖時，重點在呈現「主電磁接觸器主接點（MC）位於主回路」以及「檢出與延遲控制回路如何控制 MC 線圈」，邏輯閉環即可，毋須繪製過於繁瑣的內部晶體管細部電路。
3. 法規條文套用：回答特殊規格驗證時，關鍵字為「專案審查」、「同等安全防護機能」、「產品安全評估報告」，答出這三個專有名詞即可拿滿配分。

【答案】

(一) 107 年 7 月 1 日列入型式驗證之設施

勞動部於中華民國 106 年 11 月 30 日以勞職授字第 10602047321 號公告，訂定​「交流電焊機用自動電擊防止裝置」（Automatic El

核心觀念

本題考查「氣體滅火劑與惰化系統之物理化學特性」及「火災燃燒化學與滅火限制」，核心依據與原理如下：

1. 惰化（Inerting / Blanketing / Purging）與窒息滅火（Smothering）之機制差異：

• 惰化屬於「火災預防（Prevention）」，旨在藉由注入惰性氣體將系統內部氧氣濃度稀釋至極限氧濃度（Limiting Oxygen Concentration, LOC）以下，防止混合氣體進入燃燒爆炸範圍。
• 滅火器材屬於「火災應變（Suppression）」，著重於攜帶便利性、快速釋放能量、高覆蓋沉降能力及短時間內中斷燃燒反應。

2. 熱力學與物理相態特性：

• 二氧化碳（$\mathrm{CO_2}$）之臨界溫度為 $31.1^\circ\mathrm{C}$，臨界壓力約 $7.38\ \mathrm{MPa}$；在常溫下加壓（約 $5 \sim 6\ \mathrm{MPa}$）即可液化儲存。
• 氮氣（$N_2$）之臨界溫度為 $-147^\circ\mathrm{C}$，常溫下無法藉由加壓液化，僅能以高壓氣體壓縮儲存（通常需 $15 \sim 20\ \mathrm{MPa}$）。
• 蒸氣相對密度（空氣 $= 1$）：$N_2$ 之分子量為 28（比重約 0.97），$\mathrm{CO_2}$ 之分子量為 44（比重約 1.52）。

3. 火災分類與燃燒化學（以命題當年民國 107 年《各類場所消防安全設備設置標準》為準）：

• 窒息法僅適用於依賴外部大氣氧維持燃燒之火災。
• 活性金屬火災（D 類火災）具極高還原電位，高溫下能破壞 $\mathrm{CO_2}$ 化學鍵並與 $N_2$ 化合生成金屬氮化物。
• 自反應性物質（如硝酸酯類、有機過氧化物）內部結構自帶活性氧，外部窒息無效。

解題方法

本題為典型的比較申論題，答題架構應劃分清楚、兩相對照：

1. 第 (一) 小題解題切入點：功能定位與物性對比

• 從「工業惰化之訴求（規模、安全、化學相容性）」論述為何多用 $N_2$。
• 從「滅火器材之訴求（儲存密度、噴射覆蓋能力、相轉變熱效應）」論述為何多用 $\mathrm{CO_2}$。

2. 第 (二) 小題解題切入點：燃燒反應本質與化學限制

• 先明確指出不適合的火災類別（D 類活性金屬火災、含氧/自反應性化學品火災）。
• 逐一針對 $N_2$ 與 $\mathrm{CO_2}$ 列出具體的高溫化學反應式（如 $\mathrm{Mg}$ 與 $\mathrm{CO_2}$、$\mathrm{Mg}$ 與 $N_2$），具體證明其助燃或無效之化學機轉。

解題技巧

1. 表格化或對比分項：回答第 (一) 小題時，切忌混成一段長文，應區分為「工業選用 $N_2$ 之考量」與「滅火器材選用 $\mathrm{CO_2}$ 之考量」兩大區塊，各列 3 點對比，閱卷委員能迅速勾稽給分點。
2. 寫出化學反應式：回答第 (二) 小題的金屬火災時，務必寫出 $2\mathrm{Mg} + \mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{MgO} + \mathrm{C}$ 及 $3\mathrm{Mg} + \mathrm{N_2} \rightarrow \mathrm{Mg_3N_2}$，有化學式能展現理工專業深度，顯著拉開分數級距。
3. 常見觀念陷阱：

• 許多考生誤以為氮氣是「絕對惰性」，忽略高溫下鎂、鋰、鈦等金屬會在氮氣中劇烈燃燒生成氮化物。
• 誤以為 $\mathrm{CO_2}$ 滅火純靠窒息，漏掉其液態噴出氣化時的「急遽吸熱冷卻效應（乾冰雪）」。

【答案】

(一) 工業以 $N_2$ 惰化而滅火器材常見 $\mathrm{CO_2}$ 之考量分析

工業預防層面的「惰化與防火應用」與火災應變層面的「滅火器材」在運作機制與工程需求上有顯著不同，其考量因素如下：

1. 工業常以 $N_2$ 作為惰化與防火應用的考量

• 原料豐富且製備成本低廉：空氣中氮氣含量約佔 $78\%$。現代工業可透過空氣分離技術（如深冷分離、變壓吸附 PSA、薄膜分離）於現場連續、大規模且低成本地產製高純度氮氣，極適合石化儲槽覆蓋（Blanketing）及管線吹驅（Purging）等長時、大量之使用需求。
• 極高的化學安定性與相容性：常溫下氮分子具極強之共價三鍵（鍵能約 $945\ \mathrm{kJ/mol}$），化學性質極為惰性，不具腐蝕性，且不與絕大多數工業原料、有機溶劑及催化劑反應；相較之下，$\mathrm{CO_2}$ 溶於水呈微酸性，在高溫或鹼性介質、氨氣環境下可能引發副反應。
• 密度接近空氣，吹驅均勻且不易沉積：氮氣分子量為 28，空氣平均分子量為 29（相對密度約 0.97）。

核心觀念

本題以命題當年（民國 107 年）之《起重升降機具安全規則》及《移動式起重機安全檢查構造標準》為法規依據（部分條文後續雖有微調，現行法已修正，但解題仍以命題當年法規為準）。

移動式起重機（Mobile Crane）於營造工程及工廠作業極為頻繁，因具備底盤移動性與可伸縮／起伏伸臂，存在「結構翻覆」、「吊臂折損」、「鋼索斷裂墜落」及「人員感電／碰撞」等重大職災危害。安全裝置之核心機制在於「極限限制」、「負載防超額」、「安全失效連鎖（Fail-safe）」與「機構防失控」，確保作業處於原廠力矩限制線與安全係數內。

解題方法

本題為純申論說明題。答題切入點採用「依防護功能與機組構造分類」之系統化架構，將各安全裝置依其防護目的依序展開：

1. 防極限超越類：防止吊具過度捲揚、伸臂過度起伏。
2. 防超載與翻覆類：防止額定荷重超額、機體失穩。
3. 防物料墜落類：防止吊掛索具脫鉤、鋼索鬆脫。
4. 機構制動與液壓防護類：失電／失壓時之煞車與油路自鎖。
5. 警示與輔助安全裝置：作業環境防撞與狀態指示。

透過條列式定義各裝置「構造／原理」與「對應功能」，使閱卷委員能迅速掌握法定安全要件。

解題技巧

1. 五大核心背誦口訣：「捲、載、鉤、煞、座」（過捲、過載、吊鉤防脫、制動、外伸撐座）。先列出此五大核心，再擴充伸臂起伏限制與液壓逆止閥，架構即能達到滿分標準。
2. 法定間距不可寫錯：過捲預防裝置之間距規定（直捲型 0.05 公尺以上，非直捲型 0.25 公尺以上）為常考數值，答題時帶出可展現法規熟練度。
3. 避免混淆觀念：

• 「過負荷防止裝置」與「角度計／長度計」不同：前者具備主動切斷危險動作動力之功能，後者僅為被動指示。
• 制動器必須為「常閉式（Fail-safe）」，即未通電或無動力時自動保持制動狀態，防止吊物驟降。

【答案】

移動式起重機之主要安全裝置種類及其功能如下：

一、過捲預防裝置（過捲防止裝置）

• 種類：重錘微動開關式、凸輪極限開關式。
• 功能：防止吊鉤或吊具過度捲揚，避免吊鉤滑輪組衝撞伸臂頂端滑輪，造成鋼索拉斷、滑輪破裂或吊物墜落。當吊鉤上升至極限位置（吊具與伸臂頭部滑輪間距未滿 0.25 公尺；直捲式未滿 0.05 公尺）時，該裝置能自動發出警報並自動切斷捲揚動力、促使制動器作動。

二、過負荷防止裝置（安全力矩限制器，Load Moment Indicator, LMI）

• 種類：電子力矩限制器、油壓壓力檢知器搭配角度與伸臂長度感測器。
• 功能：隨時偵測當前伸臂長度、仰角與作業半徑，並比對起重機電腦內建之性能曲線（額定荷重表）。當吊掛重量接近額定荷重（約 90%~95%）時發出預警聲光；

核心觀念

本題為工業安全與防火防爆領域中「混合可燃性液體蒸發之稀釋通風量計算」的經典計算題，涉及以下核心觀念與原理：

1. 混合氣體之爆炸下限（Le Chatelier's Law / 勒夏特列定律）： 多種可燃性氣體或蒸氣混合時，其混合氣體之爆炸下限 $\mathrm{LEL}_{\mathrm{mix}}$ 與各成分之氣相體積百分比（莫耳分率 $y_i$）及各成分之爆炸下限 $\mathrm{LEL}_i$ 符合勒夏特列公式： $\mathrm{LEL}_{\mathrm{mix}} = \frac{100}{\sum_{i=1}^{n} \frac{y_i}{\mathrm{LEL}_i}} \quad \text{或} \quad \sum_{i=1}^{n} \frac{C_i}{\mathrm{LEL}_i} = 1$ 其中 $C_i$ 為空間中各成分之濃度體積分率。

2. 稀釋通風控制濃度準則（Dilution Ventilation Criterion）： 依據工業通風設計規範與防爆安全標準，密閉空間內為防止火災爆炸，通常需將可燃性蒸氣濃度控制在爆炸下限的特定安全比例以下。本題要求控制在低於 $10\%\ \mathrm{LEL}$，即滿足： $\sum_{i} \frac{C_i}{\mathrm{LEL}_i} \le 10\% = 0.1$

3. 混合蒸氣稀釋通風量的疊加性（Summation Rule）： 在穩定狀態完全混合條件下，濃度 $C_i = \frac{G_i}{Q}$（$G_i$ 為各成分氣體產生率，$Q$ 為通風量）。代入控制準則可得： $\sum_{i} \frac{G_i / Q}{\mathrm{LEL}_i} \le 0.1 \implies Q \ge \sum_{i} \frac{G_i}{0.1 \times \mathrm{LEL}_i} = \sum_{i} Q_i$ 此式證明：混合蒸氣所需的最低稀釋通風量，即為各可燃成分單獨稀釋至 $10\%\ \mathrm{LEL}$ 所需通風量之代數和。

4. 非爆炸性成分之處理： 成分 D 標明「無爆炸特性」，其爆炸下限視為無窮大（$\mathrm{LEL}_D \to \infty$），不具可燃性蒸氣爆炸危害，因此在計算防爆稀釋通風量時不列入可燃性蒸氣之累加項。

5. 標準物理條件基準： 題目載明「其餘條件皆不考慮，如密度、溫度、壓力及安全係數等」：

• 密度未給定時，依慣例假設液體混合物比重 $S = 1.0$（即密度 $\rho = 1\ \mathrm{g/cm}^3 = 1\ \mathrm{kg/L} = 1000\ \mathrm{g/L}$），且各成分之百分比視為質量百分比。
• 溫度與壓力依工業衛生常溫常壓標準（$25^\circ\mathrm{C},\ 1\ \mathrm{atm}$，NTP），理想氣體莫耳體積為 $V_m = 24.45\ \mathrm{L/mol}$（若採 $0^\circ\mathrm{C},\ 1\ \mathrm{atm}$ STP 則為 $22.4\ \mathrm{L/mol}$，詳解以標準通風設計之 $24.45\ \mathrm{L/mol}$ 為主計算，並附註 STP 數值）。
• 安全係數取 $K = 1$（因題目明訂不考慮安全係數）。

解題方法

步驟一：設定基準並計算各成分之蒸發質量與氣體莫耳生成率

每小時使用混合物 $3\ \mathrm{L}$，取密度 $\rho = 1000\ \mathrm{g/L}$，每小時總質量消耗率為： $W_{\mathrm{total}} = 3\ \mathrm{L/hr} \times 1000\ \mathrm{g/L} = 3000\ \mathrm{g/hr}$

各成分之質量生成率 $W_i$ 與莫耳生成率 $n_i = \frac{W_i}{M_i}$ 如下：

• 成分 A（$30\%$，$M_A = 92\ \mathrm{g/mol}$）： $W_A = 3000 \times 30\% = 900\ \mathrm{g/hr}$ $n_A = \frac{900\ \mathrm{g/hr}}{92\ \mathrm{g/mol}} \approx 9.7826\ \mathrm{mol/hr}$
• 成分 B（$28\%$，$M_B = 106\ \mathrm{g/mol}$）： $W_B = 3000 \times 28\% = 840\ \mathrm{g/hr}$ $n_B = \frac{840\ \mathrm{g/hr}}{106\ \mathrm{g/mol}} \approx 7.9245\ \mathrm{mol/hr}$
• 成分 C（$17\%$，$M_C = 18\ \mathrm{g/mol}$）： $W_C = 3000 \times 17\% = 510\ \mathrm{g/hr}$ $n_C = \frac{510\ \mathrm{g/hr}}{18\ \mathrm{g/mol}} = 28.3333\ \mathrm{mol/hr}$
• 成分 D（$25\%$）：無爆炸特性，不列入計算。

步驟二：計算各可燃成分之蒸氣生成率（$G_i$）

在常溫常壓（$25^\circ\mathrm{C},\ 1\ \mathrm{atm}$）下，莫耳體積 $V_m = 24.45\ \mathrm{L/mol} = 0.02445\ \mathrm{m}^3/\mathrm{mol}$：

• $G_A = 9.7826\ \mathrm{mol/hr} \times 0.02445\ \mathrm{m}^3/\mathrm{mol} \approx 0.2392\ \mathrm{m}^3/\mathrm{hr}$
• $G_B = 7.9245\ \mathrm{mol/hr} \times 0.02445\ \mathrm{m}^3/\mathrm{mol} \approx 0.1938\ \mathrm{m}^3/\mathrm{hr}$
• $G_C = 28.3333\ \mathrm{mol/hr} \times 0.02445\ \mathrm{m}^3/\mathrm{mol} \approx 0.6928\ \mathrm{m}^3/\mathrm{hr}$

步驟三：計算稀釋至 $10\%\ \mathrm{LEL}$ 所需之最低通風量（$Q$）

依通風量疊加公式： $Q = \sum_{i} \frac{G_i}{0.1 \times \mathrm{LEL}_i} = 10 \times \left( \frac{G_A}{\mathrm{LEL}_A} + \frac{G_B}{\mathrm{LEL}_B} + \frac{G_C}{\mathrm{LEL}_C} \right)$