Заводы по переработке алюминия используют электричество для отделения алюминия от минералов, в которых он встречается в природе. Это электричество обычно принимает форму постоянного тока низкого напряжения («низкое» означает от 4 до 6 вольт) при очень высоком токе (порядка десятков килоампер). Такая большая мощность представляет опасность поражения электрическим током, но я не понимаю, как это сделать. Если вся электрическая система работает, скажем, при напряжении 5 вольт, а человеческое тело действует как резистор, то как может на самом деле пройти через человеческое тело ток, достаточный для того, чтобы быть опасным? Точно так же, как может возникнуть электрическая дуга в воздухе, если для дуги на очень коротком расстоянии требуются сотни вольт?
Напряжение для процесса Холла-Эру неудобно низкое (а ток слишком велик) для эффективной параллельной работы, поэтому они используют целую группу ячеек последовательно.
Из этого источника («Исследования процесса электролиза алюминия Холла-Эру»):
Оптимальная плотность тока составляет около 1 А см-2 при общем токе элементов 150-300 кА и напряжении элементов от -4,0 до -4,5 В. Типичный дом клеток содержит около 200 элементов, расположенных последовательно на двух линиях.
Таким образом, напряжение в любой данной ячейке по отношению к земле может быть довольно высоким, а напряжение на ячейке, если она разомкнется, будет почти 1 кВ. Такие токи легко испаряют металл, поэтому они могут поддерживать очень длинную дугу, если она открывается относительно медленно и не имеет механизма гашения (постоянный ток хуже, чем переменный).
Чтобы понять вопрос эффективности, рассмотрим простой двухполупериодный выпрямитель, состоящий из 6 кремниевых выпрямителей. У него будет падение (скажем) 2 В при полном токе, поэтому потери будут равны выходному току, умноженному на 2 В. При 150кА потеряно 300кВт. Если вы запустите 200 ячеек параллельно, вы потеряете 60 МВт. Даже при низких ценах на электроэнергию, которую платят металлургические заводы, это составит порядка 25-50 миллионов долларов в год. При последовательном соединении потери составляют «всего» 300 кВт. Капитальные затраты также намного меньше, чтобы получить 150 кА при 800 В по сравнению с 30 мА при 4,5 В, потому что потребуется гораздо больше выпрямителей и радиаторов.
Петля проводника, по которому течет ток 10 кА, имеет ненулевую индуктивность. Это означает, что в этой петле хранится большое количество энергии. .
Если в цепи есть разрыв, индуктивность повысит напряжение в месте разрыва, чтобы поддерживать протекание тока, в то время как запасенная энергия все еще доступна для его управления. Этого будет достаточно для поддержания дуги, а если дуга станет достаточно длинной, то для ее поддержания потребуется высокое напряжение, достаточное для поражения человека электрическим током.
Более повседневным примером опасного низковольтного сильноточного источника является скромный автомобильный аккумулятор. Почему? Несмотря на то, что напряжения (12 В плюс-минус) недостаточно для поражения электрическим током или даже значительного удара током при нормальных обстоятельствах, возможные токи короткого замыкания достаточно высоки, чтобы вызвать значительный нагрев любого металлического предмета, связанного с неисправностью, что приводит к серьезным ожогам.
Как указывает Спехро, 10 кА слишком неудобны для обработки (представьте себе размер шин, которые вам понадобятся!), поэтому практичные приложения Холла-Эру соединяют группу ячеек последовательно. Это означает, что опасные напряжения присутствуют на цепочке ячеек в целом (и на землю!), даже если каждая ячейка работает только при нескольких вольтах. Думайте об этом как о разнице между RC LiPo и Li-Ion аккумулятором в Tesla — оба могут погасить опасные токи короткого замыкания, но последний также может вас ударить током.
аутист
Whit3rd
Корт Аммон