Килоампер
Обозначение: kAВесь мир
Что такое Килоампер (kA)?
Формальное определение
Килоампер (обозначение: кА, международное: kA) — единица силы электрического тока, равная одной тысяче ампер (10³ А). Приставка «кило-» — стандартная приставка СИ, обозначающая множитель 10³.
Килоампер используется в контекстах с очень большими токами — тяжёлая промышленность, электроэнергетика, сварка, электрохимия и молнии. Токи килоамперного уровня создают мощные магнитные поля и значительный нагрев.
Физическое значение
При килоамперных токах электромагнитные эффекты становятся значительными. Магнитная сила между двумя проводниками по 1 кА на расстоянии 1 м — 0,2 Н на метр длины. Дуговая сварка при килоамперных токах создаёт температуру свыше 6 000 °C.
Этимология
Происхождение термина
Слово «килоампер» образовано из приставки СИ «кило-» (от греч. «χίλιοι» — тысяча) и «ампер». Килоампер буквально означает «тысяча ампер».
Использование в промышленности
Килоампер вошёл в практику с развитием крупномасштабных электрических систем в конце XIX века. Электрохимическая промышленность — особенно алюминиевые заводы — стала ранним пользователем этой единицы.
История
Ранние применения
Процесс Холла-Эру для электролиза алюминия (1886) требовал огромных токов. Современные алюминиевые заводы используют электролизёры на 300-600 кА.
Развитие энергосистем
Рост энергосистем в XX веке принёс килоамперные токи в генерацию и распределение электроэнергии.
Современные применения
Сверхпроводящие магниты МРТ и ускорителей (до 13 кА в БАК), электродуговые печи (до 100 кА), контактная сварка в автопроме (5-20 кА), термоядерный реактор ИТЭР (до 68 кА).
Современное применение
В электроэнергетике
Крупные генераторы на 1 000 МВт при 25 кВ вырабатывают ~23 кА на фазу. Шины электростанций рассчитаны на 1-6,3 кА.
В промышленности
Алюминиевые заводы — 300-600 кА. Хлор-щелочной электролиз — 30-90 кА. Электрорафинирование меди — 20-50 кА.
В сварке
Контактная точечная сварка в автопроме — 8-15 кА. Стыковая сварка рельсов — до 100 кА.
Применение в быту
Молния
Типичный удар молнии — пиковый ток 20-200 кА, экстремальные — до 400 кА. Системы молниезащиты рассчитаны на безопасный отвод этих токов.
Электромобили
Быстрая зарядка Tesla Supercharger V3 — ~625 А при 400 В. Следующее поколение зарядок может приближаться к 1 кА.
Защита цепей
Отключающая способность автоматов указывается в кА. Бытовой автомат — 4,5-6 кА, промышленный — 25-200 кА.
В науке и промышленности
В термоядерных исследованиях
ИТЭР использует сверхпроводящие магниты с током до 68 кА для удержания плазмы при 150 млн °C. Ток плазмы — ~15 МА (15 000 кА).
В физике частиц
Большой адронный коллайдер ЦЕРН: 1 232 сверхпроводящих магнита, каждый на 11 850 А (~12 кА), при температуре 1,9 К.
В физике плазмы
Импульсные устройства разряжают конденсаторы через плазму при токах 100 кА — 2 МА для исследования магнитогидродинамики.
Интересные факты
Мегавспышки молний могут нести пиковый ток свыше 400 кА и простираться на 700+ км. В 2020 году зафиксирована вспышка длиной 768 км.
Алюминиевый завод работает на 300-600 кА непрерывно, потребляя электричество как небольшой город.
Магниты БАК хранят ~10 ГДж магнитной энергии — как кинетическая энергия поезда массой 400 т на скорости 150 км/ч.
Контактная сварка кузова автомобиля — 3 000-5 000 точек по 8-15 кА каждая.
Жидкое железное ядро Земли генерирует геомагнитное поле конвективными токами в миллиарды ампер (миллионы кА).
Электродуговые печи для переплавки стали — дуга до 100 кА при 400-800 В.