¿Cómo puede ser peligrosa la energía de bajo voltaje y alta corriente (kA)?

El voltaje para el proceso Hall-Héroult es incómodamente bajo (y la corriente es demasiado alta) para una operación en paralelo eficiente, por lo que utilizan una gran cantidad de celdas en serie.

De esta fuente ("Estudios sobre el electro electrolito de aluminio Hall-Heroult Proceso "):

  

La densidad de corriente óptima es de aproximadamente 1 A cm-2 con una corriente de celda total de 150-300 kA y un voltaje de celda de -4.0 a -4.5 V. Una celda típica contendrá aproximadamente 200 celdas dispuestas en serie en dos líneas .

Por lo tanto, el voltaje en cualquier celda dada con respecto a la tierra puede ser bastante alto, y el voltaje a través de una celda si se abre será de casi 1kV. Las corrientes de este tipo vaporizarán fácilmente el metal para que puedan mantener un arco muy largo si se abre relativamente lentamente y no tiene un mecanismo de soplado (DC es peor que AC).

Para comprender el problema de la eficiencia, considere un simple rectificador de onda completa hecho con 6 rectificadores de silicona. Tendrá una caída de (digamos) 2V a plena corriente, por lo que la pérdida será la corriente de salida x 2V. A 150kA se pierden 300kW. Si ejecuta 200 celdas en paralelo, estaría desperdiciando 60MW. Incluso a los bajos precios de la electricidad que pagan las fundidoras, se acumularán, por ejemplo, entre 25 y 50 millones de dólares al año. En serie, la pérdida es 'solo' 300kW. El costo de capital también es mucho menor para hacer 150 kA a 800 V frente a 30 AM a 4,5 V porque se necesitarían muchos más rectificadores y disipadores de calor.

El bucle de conductor que transporta la corriente de 10 kA tiene una inductancia distinta de cero. Eso significa que una gran cantidad de energía se almacena en ese bucle como \ $ \ frac {1} {2} LI ^ 2 \ $.

Si hay una interrupción en el circuito, la inductancia elevará el voltaje en la interrupción para mantener la corriente, mientras que aún hay energía almacenada disponible para conducirla. Esto será suficiente para mantener un arco, y si el arco se hace lo suficientemente largo como para necesitar un alto voltaje para mantenerlo, lo suficiente para electrocutar a una persona.

Un ejemplo más cotidiano de una fuente peligrosa de alto voltaje y alta corriente es una batería de automóvil humilde. ¿Por qué? A pesar de que el voltaje (de 12 V para dar o tomar) no es suficiente para electrocutar o incluso para producirle una fuerte descarga eléctrica en las circunstancias normales, las corrientes de falla posibles son lo suficientemente altas como para causar un calentamiento significativo de cualquier objeto metálico involucrado en la falla, lo que provoca quemaduras graves.

Como señala Sphero, 10kA es demasiado incómodo de manejar (¡imagina el tamaño de las barras de distribución que necesitarías!), así que las aplicaciones prácticas de Hall-Heroult conectan un montón de celdas en serie. Esto significa que los voltajes peligrosos están presentes en toda la cadena de celdas como un todo (¡y a tierra!) Incluso si cada celda solo funciona a unos pocos voltios. Piense en esto como la diferencia entre un RC LiPo y el paquete de Li-Ion en un Tesla: ambos pueden emitir corrientes de falla peligrosas, pero este último también puede impactarle.