Чем может быть опасным низковольтное и сильнотоковое питание?

Алюминиевые заводы используют электричество для отделения алюминия от минералов, в которых он естественным образом встречается. Это электричество обычно принимает форму постоянного тока низкого напряжения («низкое», означающее от 4 до 6 вольт), при очень высоком токе (порядка десятков килоампер). Эта большая мощность представляет опасность поражения электрическим током, но я не понимаю как. Если вся электрическая система работает, скажем, на 5 вольт, а человеческое тело действует как резистор, то как может ток, достаточный для того, чтобы действительно проникнуть через человеческое тело, был опасным? Точно так же, как может возникать электрическая дуга в воздухе, если на очень короткое расстояние нужны сотни вольт?

Напряжение для процесса Холла – Эрульта неудобно низкое (и слишком высокий ток) для эффективной параллельной работы, поэтому они используют целый ряд ячеек последовательно.

Из этого источника («Исследования процесса электрохимического производства алюминия Холла-Херулта»):

Оптимальная плотность тока составляет около 1 А см-2 с общим током ячейки 150-300 кА и напряжением ячейки от -4,0 до -4,5 В. Типичная ячейка ячейки будет содержать около 200 ячеек, расположенных последовательно на двух линиях.

Таким образом, напряжение в любой данной ячейке относительно земли может быть довольно высоким, и напряжение на ячейке, если оно открывается, будет почти 1 кВ. Подобные токи легко испаряют металл, поэтому они могут выдерживать очень длинную дугу, если она открывается относительно медленно и не имеет механизма выброса (постоянный ток хуже, чем переменный ток).

Чтобы понять проблему эффективности, рассмотрим простой двухполупериодный выпрямитель с 6 кремниевыми выпрямителями. Он будет иметь падение (скажем) 2 В при полном токе, поэтому потеря будет выходным током х 2 В. При 150кА это 300кВт потеряно. Если вы запустите 200 ячеек параллельно, вы потеряете 60 МВт. Даже при низких ценах на электроэнергию, которые платят металлургические заводы, это может составить порядка 25-50 миллионов долларов в год. В серии потери составляют «всего» 300 кВт. Капитальные затраты также намного меньше, чтобы сделать 150 кА при 800 В по сравнению с 30 мА при 4,5 В, потому что потребуется гораздо больше выпрямителей и теплоотвода.

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

Если в цепи имеется обрыв, индуктивность будет повышать напряжение на обрыве, чтобы поддерживать ток, пока сохраняется накопленная энергия для его управления. Этого будет достаточно для поддержания дуги, и если дуга станет достаточно длинной, поэтому для ее поддержания требуется высокое напряжение, достаточное для поражения электрическим током человека.

Более повседневным примером опасного низковольтного источника сильного тока является аккумуляторная батарея. Почему? Даже несмотря на то, что напряжение (12 В, ток или напряжение) недостаточно для поражения электрическим током или даже значительного удара током в нормальных условиях, возможные токи повреждения достаточно высоки, чтобы вызвать значительный нагрев любого металлического предмета, причастного к аварии, что приводит к серьезным ожогам.

Как указывает Сферо, 10 кА слишком неудобно для обработки (представьте, какой размер шин вам нужен!), Поэтому практичные приложения Hall-Heroult соединяют несколько ячеек последовательно. Это означает , что опасные напряжения являются присутствует через клеточную струне в целом (и на землю!) , Даже если каждая ячейка работает только на несколько вольт. Думайте об этом как о разнице между RC LiPo и Li-Ion блоком в Tesla - оба могут выдавать опасные токи повреждения, но последний также может шокировать вас.