Miksi PFA-lämmittimen maadoituskatkaisijan laukaisukynnyksen pitäisi olla pienempi kuin 30 mA deionisoidulle vedelle?

Deionisoidulla (DI) vedellä on erittäin alhainen sähkönjohtavuus-tyypillisesti 0,1-10 µS/cm verrattuna vesijohtoveden 500–1 000 µS/cm. Maasulku, kun PFA-vaippa vaurioituu ja lämmityselementti koskettaa DI-vettä, johtaa olennaisesti pienempään vuotovirtaan kuin vesijohtovedessä DI-veden suuren resistiivisyyden vuoksi. Normaali 30 mA:n GFCI (maavikapiirikatkaisija) ei välttämättä laukea, koska vuoto DI-veden läpi voi olla vain 5-15 mA – liian alhainen 30 mA:n kynnyksen ylittämiseen. Lämmitin toimii edelleen piilevän vian kanssa ja metalliydin syöpyy asteittain viikkojen tai kuukausien aikana. Lopulta korroosiotuotteet voivat muodostaa johtavan kanavan tai ydin saattaa epäonnistua, mutta viive mahdollistaa kylvyn saastumisen. GFCI-laukaisun DI-vesijärjestelmissä tulee olla 5-10 mA, ei 30 mA. Joissakin maissa sallitaan 5 mA korkearesistanssisissa nesteissä laitteiden suojaamiseksi.

Vuotovirta ja johtavuus DI-vedessä
Vuotovirta maahan DI-veden läpi paljaasta lämmityselementistä (120 VAC) saadaan kaavalla I=V / R, jossa R on vesikanavan vastus. Resistanssi R=ρ × L / A Missä ρ=ominaisvastus (Ω·cm) L=polun pituus (cm) A=poikki-poikkipinta-ala (cm 2) DI-vedelle, jonka ρ=1 MΩ-cm (100}}cm (1 000},{0000,0) cm A=1 cm2 R=1,000 000 x 10 / 1=10,000 000 Ω Vuotovirta I=120 / 10 000,000=0.012 mA-reilusti minkään kynnyksen alapuolella. Mutta jos avoin alue on suurempi (A=100 cm 2) ja reitti lyhyempi (L=1 cm), R=1,000,000 x 1 / 100=10,000 ohmia I=120 / 10,000=12 mA. Tämä on yli 5 mA mutta alle 30 mA. 30 mA GFCI ei laukaisisi, mutta 5 mA GFCI 200-300 ms sisällä.

Lämmittimen ytimen syövyttäessä metalli-ionit (nikkeli, rauta, kromi) liukenevat DI-veteen lisäämällä johtavuutta. Pieni vika, joka alkaa 12 mA:sta, voi nousta 30 mA:iin 24–48 tunnissa. Lämmitin pysyy päällä tänä aikana ja DI-vesi saastuttaa metalli-ioneilla. Jopa ppb-määrät metalli-ioneja voivat tuhota tuotteen puolijohde- tai farmaseuttisissa DI-järjestelmissä. 5 mA:n GFCI laukeaa ennen kuin vika on liian suuri, mikä minimoi saastumisen.

DI Water GFCI Trip Threshold -vertailu
Vesityyppi Johtavuus (µS/cm) Tyypillinen vuotovirta pienestä viasta (mA) 30 mA GFCI laukaisu? 10 mA GFCI Trip? 5 mA GFCI-laukaisu?Tunnistamaton vikariski
Hanavesi 500 50-200 Kyllä (välitön) Kyllä Kyllä Matala
RO vesi 10-50 10-50 Joskus (marginaali) Kyllä (useimmissa tapauksissa) Kyllä Keskinkertainen
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Korkea, 30 mA Ultra-puhdas DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Ei Ei (viat)<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Ultra{0}}Pure DI:n erityishuomiota
Vuotovirrat, jotka johtuvat lämmittimen vioista ultra-puhtaassa DI-vedessä (18 MΩ·cm, kuten puolijohdekankaissa) ovat tyypillisesti<1 mA. "30 mA or 5 mA GFCI's will not trip." For such systems the heater has to be developed with numerous barriers (e.g. double PFA sheaths) or with a different heating mechanism (e.g. in-line quartz heater). Some facilities employ insulation resistance monitoring (IRM) instead of GFCI: the system continually measures resistance between the heating element and earth ground. If the resistance is below a certain threshold (e.g. 10 MΩ for ultra-pure DI), an alarm is raised. IRM can detect GFC issues that would never trip a GFCI because the leakage current is too low (0.5 mA at 120 V through 240 kΩ? Wait: I=120/10e6=0.012 mA). Actually, at 10 MΩ you get 0.012 mA that the IRM can detect but the GFCI cannot. 1–10 MΩ IRM thresholds are utilised.

Useimpien DI-vesijärjestelmien (ei--puolijohteiden) resistiivisyys on 0,5–5 MΩ·cm ja käytetään 5–10 mA GFCI:itä. Puolijohteiden ultra-puhdasta DI:stä käytä IRM:ää (hälytys 1-10 MΩ) + kaksoisesterakennetta.

Koodi ja vaikutukset lainkäyttöalueille
NEC (NFPA 70) 3. Artikla 426 vaatii maasulun ehkäisyä asennetuissa sähkölämmityslaitteissa. Suurin laukaisuasetus uppolämmittimille henkilöturvallisuuden vuoksi on 30 mA. Artiklassa 427 säädetään kuitenkin alemmista kynnysarvoista (enintään 5 mA) laitteiden suojaukselle, kun henkilöstön suojaaminen ei ole ensisijainen tavoite (esim. lämmittimet esteettömillä alueilla, joilla ei ole yhteyttä käyttäjään). DI-vesijärjestelmille määritä "laitteiden suojaus GFCI" 5–10 mA:n laukaisukynnyksellä. Jotkin lainkäyttöalueet edellyttävät 5 mA GFCI:tä kaikille lämmittimille vedessä, jonka johtavuus on alle 100 mikrosiemensiä/cm. "Tarkista paikalliset koodit.

Käytä olemassa olevien DI-vesisäiliöiden kunnostamiseen 5 mA GFCI:tä 30 mA:n GFCI:n sijaan. Yksiköt ovat vaihdettavissa (identtinen muotokerroin) ja maksavat 50–100 dollaria, mikä on huomattavasti vähemmän kuin yksittäisen kontaminaatiotapahtuman hinta.

Esimerkki kentästä
30 mA GFCI:itä käytettiin PFA-lämmittimille puolijohdetehtaan DI-vesikiillotussilmukassa. Kolmessa lämmittimessä kehittyi pieniä maasulkuja (vuotovirta 10-20 mA) 2 vuoden aikana, jotka eivät lauenneet 30 mA:n GFCI:itä. Operaattorit eivät ole ilmoittaneet hälytyksiä. Metalli-ionit (rauta, nikkeli) huuhtoutuivat DI-veteen nostaen resistiivisyyttä 18 MΩ*cm:stä 2 MΩ*cm:iin ja kontaminoivat erän kiekkoja. Fab vaihtui 5 mA GFCI:ksi. Lämmittimen viat laukaisivat sen jälkeen nopeasti 5 mA:lla ja saastuminen väheni merkityksettömälle tasolle. Fab sisälsi myös IRM:n, jossa on 10 MΩ:n hälytyskynnys erittäin puhtaita silmukoita varten.

Johtopäätös: 5-10 mA GFCI DI Waterille
The poor conductivity of deionised water restricts ground fault currents to 5 to 20 mA for normal breach sizes. A 30 mA GFCI may not trip, and the heater continues to run with an undetected fault, which can corrode the core and contaminate the bath. For DI water systems (0.5 to 5 MΩ·cm resistivity) provide a GFCI with a 5 to 10 mA trip point . For ultra-pure DI water (>10 MΩ-cm) käyttävät eristysvastuksen valvontaa, ei GFCI:tä. 5 mA:n GFCI:n hinta on melko alhainen verrattuna kontaminaatiokustannuksiin. Älä lähetä PFA-lämmitintä 30 mA GFCI:llä DI-vesihuoltoon. Alempi määritä Matka aikaisin, matkusta usein. Suojaa kylpy Suojaa tuotetta.