Kodėl PFA šildytuvo įžeminimo gedimo pertraukiklio išjungimo slenkstis turėtų būti žemesnis nei 30 mA dejonizuotam vandeniui?

Dejonizuoto (DI) vandens elektrinis laidumas yra labai žemas-paprastai 0,1-10 µS/cm, palyginti su 500–1 000 µS/cm vandentiekio vandeniu. Įžeminimo gedimas, kai pažeistas PFA apvalkalas ir kaitinimo elementas paliečia DI vandenį, dėl didelės DI vandens varžos nutekėjimo srovė yra daug mažesnė nei vandentiekio vandenyje. Įprastas 30 mA GFCI (įžeminimo grandinės pertraukiklis) gali nesuveikti, nes nuotėkis per DI vandenį gali būti tik 5–15 mA – per mažas, kad viršytų 30 mA slenkstį. Šildytuvas vis dar veikia su paslėptu gedimu, o metalinė šerdis laipsniškai rūdija per savaites ar mėnesius. Galiausiai korozijos produktai gali sudaryti laidų kanalą arba šerdis gali atsidaryti, tačiau delsimas leidžia užteršti vonią. GFCI išjungimas DI vandens sistemoms turi būti 5-10 mA, o ne 30 mA. Kai kuriose šalyse įrangos apsaugai leidžiama naudoti 5 mA didelės varžos skysčius.

Nuotėkio srovė ir laidumas DI vandenyje
Nuotėkio srovė į žemę per DI vandenį iš atviro šildymo elemento (120 VAC) apskaičiuojama pagal I=V / R, kur R yra vandens kanalo varža. Varža R=ρ × L / A Kur ρ=savitoji varža (Ω·cm) L=kelio ilgis (cm) A=skersinis-pjūvio plotas (cm 2) DI vandeniui, kurio ρ=1 MΩ-cm (100}}cm (1 000}}){000} cm A=1 cm2 R=1,000 000 x 10 / 1=10,000 000 Ω Nuotėkio srovė I=120 / 10 000,000=0.012 mA-gerokai mažesnė už bet kokią slenkstį. Bet jei atvira sritis yra didesnė (A=100 cm 2 ) ir maršrutas trumpesnis (L=1 cm), R=1,000,000 x 1 / 100=10,000 omų I=120 / 10,000=12 mA. Tai daugiau nei 5 mA, bet mažiau nei 30 mA. 30 mA GFCI nesuges, bet 5 mA GFCI per 200–300 ms.

Kai šildytuvo šerdis korozuoja, metalo jonai (nikelis, geležis, chromas) ištirpsta DI vandenyje, padidindami laidumą. Mažas defektas, kuris prasideda nuo 12 mA, gali padidėti iki 30 mA per 24–48 valandas. Šiuo laikotarpiu šildytuvas lieka įjungtas, o DI vanduo užteršiamas metalo jonais. Netgi ppb metalo jonų kiekis gali sunaikinti puslaidininkinėse arba farmacinėse DI sistemose esančius produktus. 5 mA GFCI suveiks, kol gedimas bus per didelis, todėl tarša bus sumažinta iki minimumo.

DI vandens GFCI kelionės slenksčio palyginimas
Vandens tipas Laidumas (µS/cm) Tipinė nuotėkio srovė dėl nedidelio gedimo (mA) 30 mA GFCI išjungimas? 10 mA GFCI kelionė? 5 mA GFCI išjungimas? Neaptikta gedimo rizika
Vanduo iš čiaupo 500 50-200 Taip (nedelsiant) Taip Taip Žemas
RO vanduo 10-50 10-50 Kartais (ribinis) Taip (daugeliu atvejų) Taip Vidutinis
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Didelis su 30 mA Ultra{2}}grynas DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Nėra Ne (gedimai<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Specialūs Ultra{0}}Pure DI aspektai
Nuotėkio srovės dėl šildytuvo defektų ypač gryname DI vandenyje (18 MΩ·cm, kaip naudojamas puslaidininkių gaminiuose) paprastai yra<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.

Daugumos DI vandens sistemų (ne{0}}puslaidininkių) varža yra 0,5–5 MΩ·cm ir naudojami 5–10 mA GFCI. Puslaidininkiams ypač grynam

Kodas ir pasekmės jurisdikcijoms
NEC (NFPA 70) 3. 426 straipsnyje reikalaujama, kad sumontuota elektrinio šildymo įranga būtų apsaugota nuo įžeminimo gedimų. Maksimalus panardinamųjų šildytuvų išjungimo nustatymas darbuotojų saugumui yra 30 mA. Tačiau 427 straipsnyje numatytos žemesnės įrangos apsaugos slenksčiai (iki 5 mA), kai personalo apsauga nėra pagrindinis prioritetas (pvz., šildytuvai prieinamose vietose, kur nėra kontakto su naudotoju). DI vandens sistemoms nurodykite „įrangos apsaugos GFCI“ su 5–10 mA išjungimo slenksčiu. Kai kuriose jurisdikcijose reikalingas 5 mA GFCI bet kuriam vandens šildytuvui, kurio laidumas mažesnis nei 100 mikrosiemens/cm. „Patikrinkite vietinius kodus.

Esamiems DI vandens rezervuarams montuoti naudokite 5 mA GFCI, o ne 30 mA GFCI. Įrenginiai yra keičiami (identiškas formos koeficientas) ir kainuoja 50–100 USD, o tai yra daug mažiau nei vieno užteršimo kaina.

Lauko pavyzdys
30 mA GFCI buvo naudojami PFA šildytuvams puslaidininkinio gamintojo DI vandens poliravimo kilpoje. 3 šildytuvuose per 2 metus atsirado nedidelių įžeminimo gedimų (nuotėkio srovė 10–20 mA), kurie nesuveikė 30 mA GFCI. Operatoriai nepranešė apie aliarmą. Metalo jonai (geležis, nikelis) išsiplovė į DI vandenį, padidindami varžą nuo 18 MΩ * cm iki 2 MΩ * cm ir užteršė plokštelių partiją. Fab pasikeitė į 5 mA GFCI. Po to šildytuvo gedimai greitai suveikė esant 5 mA, o tarša sumažėjo iki nereikšmingo lygio. Gamykloje taip pat buvo integruotas IRM su 10 MΩ pavojaus slenksčiu, užtikrinančiu ypač grynas kilpas.

Išvada: 5–10 mA GFCI DI vandeniui
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) naudoja izoliacijos varžos stebėjimą, o ne GFCI. 5 mA GFCI kaina yra gana maža, palyginti su užteršimo kaina. Nesiųskite PFA šildytuvo su 30 mA GFCI DI vandens tiekimui. Žemiau nurodykite Keliaukite anksti, keliaukite dažnai. Apsaugokite vonią Apsaugokite gaminį.