¿Cómo puede ser peligroso el bajo voltaje, la alta corriente (kA)?

Las refinerías de aluminio usan electricidad para separar el aluminio de los minerales en los que se encuentra naturalmente. Esta electricidad generalmente toma la forma de CC de bajo voltaje ("bajo", que significa de 4 a 6 voltios), a una corriente muy alta (del orden de decenas de kiloamperios). Tanto poder plantea un peligro de electrocución, pero no entiendo cómo. Si todo el sistema eléctrico funciona a, digamos, 5 voltios, y el cuerpo humano actúa como una resistencia, entonces, ¿cómo puede pasar suficiente corriente a través de un cuerpo humano para ser peligroso? Del mismo modo, ¿cómo puede ocurrir un arco eléctrico a través del aire, si se necesitan cientos de voltios para arquearse en una distancia muy corta?

El voltaje para el proceso Hall-Héroult es inconvenientemente bajo (y la corriente demasiado alta) para una operación paralela eficiente, por lo que utilizan un montón de celdas en serie.

De esta fuente ("Estudios sobre el proceso de electrodeposición de aluminio de Hall-Heroult"):

La densidad de corriente óptima es de alrededor de 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 casa de celda típica contendrá alrededor de 200 celdas dispuestas en serie en dos líneas.

Por lo tanto, el voltaje en cualquier celda con respecto a la tierra puede ser bastante alto, y el voltaje a través de una celda si se abre será de casi 1kV. Corrientes como esa vaporizarán fácilmente el metal para que puedan sostener un arco muy largo si se abre de manera relativamente lenta y no tiene un mecanismo de escape (DC es peor que AC).

Para comprender el problema de la eficiencia, considere un simple rectificador de onda completa hecho con 6 rectificadores de silicio. Tendrá una caída de (digamos) 2V a plena corriente, por lo que la pérdida será la corriente de salida x 2V. A 150kA eso es 300kW perdido. Si ejecuta 200 celdas en paralelo, estaría desperdiciando 60MW. Incluso a los precios baratos de la electricidad que pagan las fundiciones, que suman el orden, tal vez 25-50 millones de dólares al año. En serie, la pérdida es 'solo' 300kW. El costo de capital también es mucho menor para hacer 150kA a 800V versus 30MA a 4.5V porque se requerirían muchos más rectificadores y disipadores de calor.

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

Si hay una interrupción en el circuito, la inductancia elevará el voltaje en la interrupción para mantener el flujo de corriente, mientras que todavía hay energía almacenada disponible para conducirlo. Esto será suficiente para sostener un arco, y si el arco se alarga lo suficiente como para necesitar un alto voltaje para sostenerlo, suficiente para electrocutar a una persona.

Un ejemplo más cotidiano de una fuente peligrosa de baja tensión y alta corriente es una humilde batería de automóvil. ¿Por qué? A pesar de que el voltaje (toma o toma de 12 V) no es suficiente para electrocutar o incluso impactarlo significativamente en 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 colectoras que necesitarías!), Por lo que las prácticas aplicaciones de Hall-Heroult conectan un montón de celdas en serie. Esto significa que hay voltajes peligrosos en toda la cadena de celdas en su conjunto (¡y a tierra!) Incluso si cada celda solo opera 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 generar corrientes de falla peligrosas, pero el último también puede sorprenderlo.