En quoi la puissance à basse tension et à courant élevé (kA) peut-elle être dangereuse?

Les raffineries d'aluminium utilisent l'électricité pour séparer l'aluminium des minéraux dans lesquels il se trouve naturellement. Cette électricité prend généralement la forme de courant continu à basse tension («faible» signifiant 4 à 6 volts), à très fort courant (de l'ordre de dizaines de kiloampères). Cette puissance représente un danger d'électrocution, mais je ne comprends pas comment. Si l'ensemble du système électrique fonctionne à, disons, 5 volts et que le corps humain agit comme une résistance, alors comment un courant suffisant peut-il réellement traverser un corps humain pour être dangereux? De même, comment un arc électrique traversant l'air peut-il se produire, s'il faut des centaines de volts pour arc sur une très courte distance?

La tension du procédé Hall – Héroult est gênamment faible (et le courant trop élevé) pour un fonctionnement parallèle efficace, de sorte qu'ils utilisent tout un tas de cellules en série.

De cette source ("Etudes sur le procédé d'électro-extraction de Hall-Heroult Aluminium"):

La densité de courant optimale est d'environ 1 A cm-2 avec un courant de cellule total de 150-300 kA et une tension de cellule de -4,0 à -4,5 V. Une maison de cellule typique contiendra environ 200 cellules disposées en série sur deux lignes.

Ainsi, la tension à une cellule donnée par rapport à la terre peut être assez élevée, et la tension aux bornes d'une cellule si elle s'ouvre sera presque 1 kV. Des courants comme celui-ci vaporiseront facilement le métal afin qu'ils puissent maintenir un arc très long s'il s'ouvre relativement lentement et n'a pas de mécanisme de soufflage (DC est pire qu'AC).

Pour comprendre le problème d'efficacité, considérons un simple redresseur pleine onde composé de 6 redresseurs au silicium. Il aura une baisse de (disons) 2 V à pleine intensité, la perte sera donc le courant de sortie x 2 V. À 150kA, c'est 300kW perdus. Si vous exécutez 200 cellules en parallèle, vous perdriez 60 MW. Même au prix de l'électricité bon marché que les fonderies paient, cela ajoutera peut-être 25 à 50 millions de dollars par an. En série, la perte n'est «que» de 300 kW. Le coût en capital est également beaucoup moins élevé pour faire 150kA à 800V contre 30MA à 4,5V car beaucoup plus de redresseurs et de dissipateurs de chaleur seraient nécessaires.

La boucle de conducteur qui transporte le courant de 10 kA a une inductance non nulle. Cela signifie qu'une grande quantité d'énergie est stockée dans cette boucle en tant que .$\frac{1}{2}LI^2$

S'il y a une coupure dans le circuit, l'inductance augmentera la tension à la coupure afin de maintenir le courant circulant, tandis qu'il reste de l'énergie stockée pour le piloter. Ce sera suffisant pour maintenir un arc, et si l'arc devient assez long, il faut donc une tension élevée pour le maintenir, assez pour électrocuter une personne.

Un exemple plus courant d'une source dangereuse de basse tension et de courant élevé est une humble batterie de voiture. Pourquoi? Même si la tension (donner ou prendre 12V) n'est pas suffisante pour vous électrocuter ou même vous électrocuter de manière significative dans des circonstances normales, les courants de défaut possibles sont suffisamment élevés pour provoquer un échauffement important de tout objet métallique impliqué dans le défaut, entraînant de graves brûlures.

Comme Sphero le fait remarquer - 10 kA est trop gênant à gérer (imaginez la taille des jeux de barres dont vous auriez besoin!), Donc les applications Hall-Heroult pratiques connectent un tas de cellules en série. Cela signifie que des tensions dangereuses sont présentes à travers la chaîne de cellules dans son ensemble (et à la terre!) Même si chaque cellule ne fonctionne qu'à quelques volts. Pensez à cela comme à la différence entre un RC LiPo et le pack Li-Ion dans un Tesla - les deux peuvent émettre des courants de défaut dangereux, mais ce dernier peut également vous choquer.