Come può essere pericolosa la bassa tensione, l'alta corrente (kA)?

Le raffinerie di alluminio usano l'elettricità per separare l'alluminio dai minerali in cui si trova naturalmente. Questa elettricità in genere assume la forma di una bassa tensione CC ("bassa" che significa da 4 a 6 volt), a corrente molto elevata (dell'ordine di decine di chiloamp). Questa grande potenza rappresenta un pericolo di folgorazione, ma non capisco come. Se l'intero sistema elettrico funziona, diciamo, a 5 volt, e il corpo umano si comporta come un resistore, allora come può una corrente sufficiente far passare attraverso un corpo umano per essere pericoloso? Allo stesso modo, come può accadere un arco elettrico attraverso l'aria, se ci vogliono centinaia di volt per arco ad una distanza molto breve?

La tensione per il processo Hall-Héroult è incredibilmente bassa (e la corrente è troppo alta) per un funzionamento parallelo efficiente, quindi usano un intero gruppo di celle in serie.

Da questa fonte ("Studi sul processo di elettro-estrazione dell'alluminio di Hall-Heroult"):

La densità di corrente ottimale è di circa 1 A cm-2 con una corrente di cella totale di 150-300 kA e una tensione di cella da -4,0 a -4,5 V. Una tipica cellula conterrà circa 200 celle disposte in serie su due linee.

Quindi la tensione in una data cella rispetto alla terra può essere piuttosto alta e la tensione attraverso una cella se si apre sarà quasi 1kV. Correnti del genere vaporizzano facilmente il metallo in modo da poter sostenere un arco molto lungo se si apre relativamente lentamente e non ha un meccanismo di spegnimento (DC è peggio di AC).

Per comprendere il problema dell'efficienza, considera un semplice raddrizzatore a onda intera realizzato con 6 raddrizzatori al silicio. Avrà una caduta di (diciamo) 2 V a piena corrente, quindi la perdita sarà la corrente di uscita x 2 V. A 150kA questo è 300kW persi. Se esegui 200 celle in parallelo, sprecheresti 60 MW. Anche ai prezzi dell'elettricità a buon mercato che pagano le fonderie che sommeranno all'ordine forse 25-50 milioni di dollari all'anno. In serie, la perdita è 'solo' 300kW. Il costo del capitale è anche molto meno per fare 150kA a 800V contro 30MA a 4.5V perché sarebbero necessari molti più raddrizzatori e dissipazione del calore.

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

Se c'è un'interruzione nel circuito, l'induttanza aumenterà la tensione all'interruzione per mantenere la corrente che scorre, mentre è ancora disponibile energia immagazzinata per guidarla. Questo sarà sufficiente per sostenere un arco, e se l'arco dovrebbe diventare abbastanza lungo, quindi è necessario un alto voltaggio per sostenerlo, abbastanza per fulminare una persona.

Un esempio più quotidiano di una fonte pericolosa a bassa tensione e alta corrente è una batteria per auto umile. Perché? Anche se la tensione (12V dare o prendere) non è sufficiente per fulminare o addirittura scuotere significativamente in circostanze normali, le correnti di guasto possibili sono abbastanza elevate da causare un riscaldamento significativo di qualsiasi oggetto metallico coinvolto nel guasto, causando gravi ustioni.

Come sottolinea Sphero, 10kA è troppo scomodo da gestire (immagina le dimensioni delle sbarre di cui avresti bisogno!), Quindi le pratiche app Hall-Heroult collegano un gruppo di celle in serie. Ciò significa che sono presenti tensioni pericolose sull'intera stringa di celle (e verso terra!) Anche se ogni cella funziona solo a pochi volt. Pensa a questo come alla differenza tra un LiPo RC e il pacco Li-Ion in un Tesla: entrambi possono emettere correnti di guasto pericolose, ma quest'ultimo può anche scioccarti.