Чим може бути небезпечним низька напруга, велика потужність струму (кА)?

Алюмінієві НПЗ використовують електроенергію для відділення алюмінію від корисних копалин, в яких він природним чином відбувається. Ця електроенергія зазвичай має форму постійного струму низької напруги ("низький", що означає від 4 до 6 вольт), при дуже високому струмі (порядку десятків кілоампер). Така велика потужність створює небезпеку електричним струмом, але я не розумію як. Якщо вся електрична система працює при, скажімо, 5 вольтах, а організм людини діє як резистор, то як же достатньо струму насправді зробити його через тіло людини небезпечним? Так само, як може трапитися електрична дуга через повітря, якщо для дуги на дуже короткі відстані потрібні сотні вольт?

Напруга для процесу Холла-Еро незручно низька (і струм занадто високий) для ефективної паралельної роботи, тому вони використовують цілу купу осередків послідовно.

З цього джерела ("Дослідження процесу алюмінієвого обробки алюмінію Холл-Герольт"):

Оптимальна щільність струму становить близько 1 А см-2 із загальним струмом комірок 150-300 кА та напругою в клітинах від -4,0 до -4,5 В. Типовий стільниковий будинок містить близько 200 комірок, розташованих послідовно по двох лініях.

Таким чином, напруга в будь-якій клітині по відношенню до землі може бути досить високою, а напруга в комірці, якщо вона відкриється, буде майже 1 кВ. Такі струми легко випаровують метал, щоб вони могли витримати дуже довгу дугу, якщо вона відкривається відносно повільно і не має механізму видуву (постійний струм гірший від змінного струму).

Щоб зрозуміти питання ефективності - розгляньте простий повнохвильовий випрямляч, виготовлений із 6 випрямлячів кремнію. У нього буде падіння (скажімо) 2В при повному струмі, тому втрата буде вихідним струмом х 2В. При 150 кА втрачено 300 кВт. Якщо ви працюєте з 200 комірок паралельно, ви витрачаєте 60 МВт. Навіть за дешевих цін на електроенергію, яку плавлять плавильні, що додасть порядку, можливо, 25-50 мільйонів доларів на рік. Серія втрат становить «лише» 300 кВт. Капітальні витрати також набагато менші, щоб зробити 150 кА при 800 В проти 30 МА при 4,5 В, тому що потрібно набагато більше випрямлячів і тепловідведення.

$\frac{1}{2}LI^2$

Якщо в ланцюзі є розрив, індуктивність підвищить напругу при розриві для того, щоб струм протікав, тоді як для його приводу все ще є накопичена енергія. Цього буде достатньо для витримки дуги, і якщо дуга стане достатньо довгою, тому для її витримки потрібна висока напруга, достатня для ураження електричним струмом людини.

Більш повсякденним прикладом небезпечного низьковольтного джерела струму є скромний автомобільний акумулятор. Чому? Незважаючи на те, що напруги (12 В подачі або прийому) недостатньо для електричного струму або навіть значного шоку при нормальних обставинах, можливі струми несправності є досить високими, щоб викликати значне нагрівання будь-якого металевого предмета, що постраждав від несправності, що призведе до серйозних опіків.

Як зазначає Sphero - 10 кА занадто незручно для обробки (уявіть, який розмір шин вам знадобиться!), Тому практичні додатки Hall-Heroult з'єднують купу комірок послідовно. Це означає, що небезпечні напруги є в цілому (і до заземлення!) По всій клітинній струні, навіть якщо кожна комірка працює лише на кілька вольт. Подумайте про це, як про різницю між RC LiPo та Li-Ion пакетом у Tesla - і те, і інше може вивести з ладу небезпечні струми несправності, але остання також може вас шокувати.