저전압, 고전류 (kA) 전력은 어떻게 위험 할 수 있습니까?


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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?


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자기장은 매우 강하고 고장 전류는 매우 높습니다.
— Autistic

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단열재의 단선은 큰 문제는 아니지만 순간적으로 금속이 녹습니다. 또는 증발 시키십시오.
— Whit3rd

나는이 질문에 대한 최고의 답변 중 하나가 이론적 인 것 (인덕턴스 기반)이고 다른 하나는 실용적인 방법 (우리가 그 프로세스를 구현하는 방법에 기초한 것)을 좋아합니다!
— Cort

답변:


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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.


와우 +1. 나는 그들이 일련의 세포가 너무 많다는 것을 몰랐다.
— Autistic

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(+1) 감동적인 데이터! PS : 왜 " 6 개의 실리콘 정류기가있는 전파 정류기"라고 말 합니까? 아마도 3 상 전파 정류기를 언급하고 있습니까? 아니면 오타가 있습니까 (4 대신 6)?
— Lorenzo Donati는 Monica

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150kA (!) 및 800V에서 @LorenzoDonati 예, 확실히 3 상 정류기를 사용하게 될 것입니다!
— Level River St

정류기의 나머지 AC 전압은 단일 위상보다 3 상 전파 정류기에서 훨씬 낮습니다. 이러한 전력 수준에서는 세 단계 모두의 대칭 부하가 필수적입니다. 비대칭 부하의 경우 전기 요금이 더 높습니다.
— Uwe

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직렬로 연결된 모든 셀의 액체 알루미늄은 전위가 없습니다. 용융 알루미늄을 철회 할 때 무시할 경우 큰 위험 아크가 발생할 수 있습니다.
— Uwe

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10kA 전류를 전달하는 도체 루프에는 0이 아닌 인덕턴스가 있습니다. 즉, 많은 양의 에너지가 루프에 로 저장됩니다.12엘나는2

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.


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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.


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"10kA는 처리하기에 너무 불편합니다 (필요한 버스 바의 크기를 상상해보십시오!)"- 10kA 이상을 사용 했다고 생각 했 습니까? 큰 알루미늄 제련소의 크기를 상상하고 버스
— 바가

@immibis-일련의 셀들을 통해 10kA를 가동 할만큼 충분히 큰 식물이 있다고 생각합니다.
— ThreePhaseEel

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FWIW-알루미늄 플랜트는 일반적으로 알루미늄으로 만들어진 버스 바를 사용합니다. 그들은 일반적으로 근처에 편리한 소스를 가지고 있습니다.
— Bryan Boettcher
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