电气之辩：高电压VS大电流，到底谁更危险？

本文转自上海科技大学电力电子与再生能源实验室（PEARL）的公众号《电力电子实验室》，文章获得上海科技大学第六届创新创业大会科普专场获优秀作品奖。

 

如果你小时候淘气地“解剖”过电子打火机，那么你一定记得那种点火器电在手上产生的令人难忘的"酥麻感"。甚至在上课困倦的时候，电一下自己就能瞬间提神儿。然而，你或许没有意识到，在那一声声"咔哒"的声音背后，小小的点火器竟然能够产生上千甚至上万伏的电压！

 

如果你对汽车启动原理有所了解，大概会知道汽车电瓶在启动瞬间能够输出上百安培的电流。但是，在换电瓶时稍不注意双手接触到电瓶的两极（不建议这样操作），却毫发无伤。

 

 

作为电力电子领域的学生，整天泡在实验室里不停地“捣鼓”各种电源和负载，对于高电压和大电流已是司空见惯，与电压和电流的较量成了我们的日常。说到高压应用，比如新一代汽车充电，我们要应对超过800V的高电压，还有做核聚变脉冲电源的，甚至需要挑战10kV的超高电压。可是，通常情况下人的安全电压只有36V，高电压看上去似乎拥有着更为可怕的威胁。再来看看大电流的场景，以服务器供电为例，我们需要应对上千安培的大电流。然而，仅仅30mA的电流已足以让我们担心自身安全。问题来了，高电压和大电流，到底哪一个更加危险呢？今天我们将带着这一问题，深入生活中，探寻高电压和大电流的身影，看看它们究竟在我们周围的世界中扮演着什么角色。

 

 

01

电压多高算高？电流多大算大？

 

 

要理解电压和电流，就必须回到基础。电压（Voltage）是电气系统中的推动力，类似于水压。你可以把它看作是电力的潜在能量，就像水在高处有潜在的下落动能一样。而电流（Current）则是电荷在电路中的流动，就像水流。电压和电流之间的关系有点像水压和水流的关系，但它们对你的安全有重要影响。

 

行业规定安全电压为不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA， 电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。电流强度越大，致命危险越大；持续时间越长，死亡的可能性越大。能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流，交流为1mA，直流为5mA；人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流，交流为10mA，直流为50mA；在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流，致命电流为50mA。在有防止触电保护装置的情况下，人体允许通过的电流一般为30mA。[1]
 

 

所以，对于人身安全来讲，超过这些安全标准的电压和电流就可算作高电压和大电流。

 

02

触电事故：电压还是电流?

 

 

当人们谈论触电事故时，很多人都认为电压是罪魁祸首。但事实上，电压只是“推动力”，而电流才是真正的“杀手”。电压和电流之间就像是火与油的关系，火是电流，而油则是电压。火如果没有足够的油，就无法燃烧，同样，电流如果没有足够的电压，也无法导致触电事故。

 

如果电压很大而电流很小，或者接触高压的时间很短，即使有电流通过，也不会对你造成伤害，就像火柴擦不出火苗一样。然而，如果流经人体的电流足够大，即使电压很低，也足以造成伤害。比如你刚运动完满身大汗，即使此时触碰到“安全电压”以下的电源，流经身体的电流会随身体电阻降低而增大，很可能会超过安全值，从而造成触电事故。所以，当涉及到触电事故，电流才是更大的威胁。

 

回到文章最初的例子，拿打火机点火来看，它在点火瞬间可以制造上千伏的电压，但却只有几微安（μA）的电流，所以触电时你只会感到一点微微的酥麻；然而，来看汽车电瓶，虽然它能够输出上百安的电流，但却只有12V的电压，流经人体的电流很难对人造成伤害。不过，如果不慎短路，大电流瞬间产生的热量很可能会造成皮肤烫伤。因此，即使处于安全电压范围内，也要小心避免触碰。

 

03

为什么常说安全电压，而不是安全电流

 

 

你可能会疑惑，既然电流更危险，为什么我们常常听到人们谈论“安全电压”而不是“安全电流”呢？这其实是因为电压相对来说更容易控制和标准化，在电网的标准里只有电压是恒定不变的，这有利于电网中负载的稳定运行，而电流是随着负载改变随时变化的，因此电流的控制要更为复杂。

 

根据欧姆定律，电流（I）等于电压（V）与电阻（R）的比值，即I = V / R。流经人体电流的大小取决于外加电压和人体电阻，而影响人体电阻的因素很多，如皮肤潮湿度、出汗情况、与导电性物质接触、接触面积和压力，以及衣物的湿度和油污程度，均能使人体电阻改变。因此，通常很难提前准确计算流经人体电流。

 

总之，为什么我们更常听到有关“安全电压”而不是“安全电流”的讨论？原因可以概括为以下两点：

1	安全电压不是保障安全的直接原因，但它是确保安全的充分条件；
2	设定安全电压在可操作性上更为简便，相对容易管理。

 

然而，同样重要的是，我们也不能忽视电流，因为过大的电流会导致电线过热、设备损坏甚至火灾。电流与电压之间的平衡至关重要，我们不能偏废其一。

 

04

总结

 

 

在电气、电力电子领域，高电压和大电流各有其用途，但也都伴随着潜在的风险。无论是高电压还是大电流，安全始终是最重要的。在涉及这些参数的情况下，请始终遵循相关安全指南，以保护自己和他人的安全。希望本文能帮助你更好地理解高电压和大电流在我们生活中的作用，同时也引起对用电安全的更多关注。