แรงดันไฟฟ้าต่ำกระแสสูง (kA) จะเป็นอันตรายได้อย่างไร?

โรงกลั่นอลูมิเนียมใช้ไฟฟ้าเพื่อแยกอลูมิเนียมออกจากแร่ธาตุซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยปกติแล้วไฟฟ้าชนิดนี้จะใช้รูปแบบของแรงดันไฟฟ้าต่ำ DC ("ต่ำ" หมายถึง 4 ถึง 6 โวลต์) ที่กระแสสูงมาก พลังมากนี้ทำให้เกิดอันตรายจากไฟฟ้า แต่ฉันไม่เข้าใจเลย หากระบบไฟฟ้าทั้งหมดทำงานที่ระดับ 5 โวลต์และร่างกายมนุษย์ทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอจะทำให้ผ่านร่างกายมนุษย์เป็นอันตรายได้อย่างไร ในทำนองเดียวกันการอาร์คไฟฟ้าผ่านอากาศเกิดขึ้นได้อย่างไรถ้าใช้โวลต์หลายร้อยโวลต์ในระยะทางสั้น ๆ

แรงดันไฟฟ้าสำหรับกระบวนการ Hall – Héroultอยู่ในระดับต่ำอย่างไม่สะดวก (และกระแสสูงเกินไป) สำหรับการทำงานแบบขนานที่มีประสิทธิภาพดังนั้นจึงใช้เซลล์ทั้งหมดเป็นกลุ่ม

จากแหล่งข้อมูลนี้ ("การศึกษากระบวนการอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าของโถงโถง - Heroult"):

ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 1 A cm-2 ที่มีกระแสรวมของเซลล์ 150-300 kA และแรงดันเซลล์ -4.0 ถึง -4.5 V. บ้านเซลล์ทั่วไปจะมีประมาณ 200 เซลล์จัดเรียงเป็นสองแถว

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่เซลล์ใด ๆ ที่ให้ด้วยความเคารพต่อโลกอาจจะค่อนข้างสูงและแรงดันไฟฟ้าข้ามเซลล์ถ้ามันเปิดขึ้นจะเกือบ 1kV กระแสเช่นนั้นจะกลายเป็นไอโลหะได้ง่ายเพื่อให้สามารถรักษาส่วนโค้งที่ยาวมาก ๆ หากมันเปิดขึ้นค่อนข้างช้าและไม่มีกลไกการระเบิด (DC นั้นแย่กว่า AC)

เพื่อทำความเข้าใจกับปัญหาเรื่องประสิทธิภาพให้พิจารณาวงจรเรียงกระแสคลื่นแบบเรียบง่ายที่สร้างขึ้นด้วย 6 ตัวเรียงกระแสซิลิคอน จะมีการลดลงของ (พูด) 2V ที่กระแสเต็มดังนั้นการสูญเสียจะเป็นเอาท์พุทปัจจุบัน x 2V ที่ 150kA นั้นหายไป 300kW หากคุณเรียกใช้ 200 เซลล์พร้อมกันคุณจะสูญเสีย 60MW แม้ในราคาค่าไฟฟ้าถูกที่โรงถลุงจ่ายซึ่งจะเพิ่มคำสั่งซื้อมากถึง 25-50 ล้านดอลลาร์ต่อปี ในซีรีส์การสูญเสียคือ 'เพียง' 300kW ต้นทุนเงินทุนนั้นน้อยกว่ามากที่จะทำ 150kA ที่ 800V เทียบกับ 30MA ที่ 4.5V เพราะต้องการวงจรเรียงกระแสและระบายความร้อนมาก

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

หากมีการแตกในวงจรเหนี่ยวนำจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่จุดหยุดเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลในขณะที่ยังคงมีพลังงานที่เก็บไว้ในการขับเคลื่อน สิ่งนี้จะเพียงพอที่จะรักษาส่วนโค้งและหากส่วนโค้งนั้นยาวพอจำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงในการค้ำจุนเส้นโค้ง

ตัวอย่างที่มากขึ้นทุกวันเกี่ยวกับแหล่งพลังงานแรงดันต่ำที่เป็นอันตรายสูงในปัจจุบันคือแบตเตอรี่รถยนต์ที่ถ่อมตน ทำไม? แม้ว่าแรงดันไฟฟ้า (12V จะให้หรือรับ) ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดไฟฟ้าหรือทำให้คุณตกใจอย่างมีนัยสำคัญภายใต้สถานการณ์ปกติกระแสไฟฟ้าผิดปกติอาจสูงพอที่จะทำให้เกิดความร้อนอย่างรุนแรงของวัตถุโลหะใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความผิดพลาด

ดังที่ Sphero ชี้ให้เห็น - 10kA นั้นไม่สะดวกเกินกว่าจะจัดการได้ (ลองนึกภาพขนาดของบัสบาร์ที่คุณต้องการ!) ดังนั้นแอป Hall-Heroult ที่ใช้งานได้จริงจะเชื่อมต่อเซลล์จำนวนมากในซีรีส์ ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายมีอยู่ทั่วทั้งสายอักขระ (และลงดิน!) แม้ว่าแต่ละเซลล์จะทำงานที่โวลต์เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น ลองนึกถึงสิ่งนี้เช่นความแตกต่างระหว่าง RC LiPo และ Li-Ion pack ใน Tesla - ทั้งคู่สามารถกำจัดกระแสความผิดปกติที่เป็นอันตรายได้ แต่ตัวหลังก็สามารถทำให้คุณตกใจได้