저전압, 고전류 (kA) 전력은 어떻게 위험 할 수 있습니까?

알루미늄 정제소는 자연적으로 발생하는 광물로부터 알루미늄을 분리하기 위해 전기를 사용합니다.이 전기는 일반적으로 매우 높은 전류 (수십 킬로암페어)에서 저전압 DC (4-6 볼트를 의미하는 "낮음")의 형태를 취합니다. 이 많은 힘은 감전의 위험이 있지만 어떻게 이해할 수 없습니다. 전체 전기 시스템이 5 볼트로 작동하고 인체가 저항처럼 작동하면 실제로 인체를 통해 충분한 전류가 어떻게 위험을 초래할 수 있습니까? 마찬가지로, 아주 짧은 거리에서 아크하는 데 수백 볼트가 걸리면 어떻게 공기를 통한 전기 아크가 발생할 수 있습니까?

효율적인 병렬 작동을 위해 홀-에로 울트 프로세스의 전압이 불편하고 전류가 너무 높아 전체 셀을 직렬로 사용합니다.

에서 이 소스 ( "홀-Heroult 알루미늄 전해 프로세스에 관한 연구") :

최적의 전류 밀도는 약 1A cm-2이며 총 셀 전류는 150-300kA이고 셀 전압은 -4.0 ~ -4.5V입니다. 일반적인 셀 하우스에는 2 개의 라인에 직렬로 배치 된 약 200 개의 셀이 포함됩니다.

따라서 지구와 관련된 특정 셀의 전압은 상당히 높을 수 있으며 셀이 열리는 경우 셀의 전압은 거의 1kV입니다. 이와 같은 전류는 금속을 쉽게 기화시켜 상대적으로 느리게 열리고 블로 아웃 메커니즘이없는 경우 매우 긴 아크를 유지할 수 있습니다 (DC가 AC보다 나쁩니다).

효율성 문제를 이해하려면 6 개의 실리콘 정류기로 만든 간단한 전파 정류기를 고려하십시오. 최대 전류에서 2V의 드롭이 발생하므로 손실은 출력 전류 x 2V가됩니다. 150kA에서 300kW 손실되었습니다. 200 개의 셀을 병렬로 실행하면 60MW가 낭비됩니다. 제련소가 지불하는 저렴한 전기 가격에서도 1 년에 2,500 ~ 5 천만 달러를 추가 할 수 있습니다. 연속적으로 손실은 300kW에 불과합니다. 훨씬 더 많은 정류기와 열 싱크가 필요하기 때문에 800V에서 150kA를 4.5V에서 30MA로 만드는 데 자본 비용도 훨씬 적습니다.

10kA 전류를 전달하는 도체 루프에는 0이 아닌 인덕턴스가 있습니다. 즉, 많은 양의 에너지가 루프에 로 저장됩니다.$\frac{1}{2}LI^2$

회로에 차단이있는 경우 인덕턴스는 전류가 계속 흐르기 위해 차단시 전압을 상승시키는 반면, 구동 할 수있는 저장된 에너지가 여전히 남아 있습니다. 이것은 아크를 유지하기에 충분할 것이며, 아크가 충분히 길어지면 아크를 유지하기 위해 높은 전압이 필요합니다.

위험한 저전압, 고전류 소스의 일상적인 예로는 겸손한 자동차 배터리가 있습니다. 왜? 정상적인 상황에서 전압 (12V주고 받음)이 감전되거나 충격을 줄 정도로 충분하지 않더라도 고장 전류는 고장과 관련된 금속 물체를 크게 가열하여 심각한 화상을 입을 수 있습니다.

Sphero가 지적했듯이 10kA는 처리하기에 너무 불편합니다 (필요한 버스 바의 크기를 상상하십시오!) 실용적인 Hall-Heroult 앱은 일련의 셀을 직렬로 연결합니다. 즉 , 각 셀이 몇 볼트에서만 작동하더라도 셀 스트링 전체에 위험한 전압 이 전체 (및 접지)로 존재합니다. Tesla의 RC LiPo와 Li-Ion 팩의 차이점과 같은 점을 생각해보십시오. 둘 다 위험한 고장 전류를 방출 할 수 있지만 후자는 사용자에게 충격을 줄 수 있습니다.