Jak zdiagnozować błąd uziemienia, który pojawia się tylko wtedy, gdy grzejnik PTFE jest całkowicie zanurzony?

Grzejnik PTFE przechodzi wszystkie testy elektryczne na stole warsztatowym, ale uruchamia GFCI lub urządzenie zabezpieczające przed wyciekiem, gdy tylko zostanie opuszczony do gorącego zbiornika procesowego. Błąd wydaje się być sporadyczny i niespójny i nie można go odtworzyć podczas normalnych testów konserwacyjnych. Główną przyczyną jest często dynamiczne pęknięcie powłoki-pod wpływem ciśnienia. Jest to mikroskopijna wada PTFE, która jest zamknięta, gdy jest zimny i suchy, ale która lekko się otwiera po podgrzaniu i zanurzeniu w wodzie, umożliwiając przedostanie się cieczy przewodzącej w kierunku wewnętrznego metalowego rdzenia.

Problem diagnostyczny tego typu zwarcia doziemnego, całkowicie zanurzonej grzałki PTFE, jest jedną z najtrudniejszych do potwierdzenia usterek grzałki, ponieważ wada występuje tylko przy rzeczywistych ustawieniach roboczych.

Dlaczego usterka występuje tylko przy pełnym zanurzeniu
Grzałka zanurzeniowa z PTFE poddawana jest brutalnej kombinacji rozszerzalności cieplnej, ciśnienia hydraulicznego i ataku chemicznego. Wady osłony, które podczas kontroli na zimno wydają się nieszkodliwe, mogą reagować zupełnie inaczej, gdy grzejnik osiągnie temperaturę roboczą.

Mechanizm pękania-włoskowatego
Zazwyczaj problem zaczyna się od:

Mała rysa mechaniczna

Uszkodzenia spowodowane ścieraniem

Wyczerpanie cieplne

Mała wada fabryczna

Kiedy grzejnik jest zimny, osłona PTFE poddawana jest działaniu pewnej siły ściskającej. W normalnym teście rezystancji elektrycznej maleńkie pęknięcie jest szczelnie zamknięte i nie pozwala na wnikanie wilgoci.

Ale kiedy grzejnik jest zasilany w gorącym zbiorniku, następuje szereg jednoczesnych zmian:

PTFE rozszerza się pod wpływem ciepła

Geometria pęknięcia ulega zmianie

Ciecz jest wtłaczana do otworu pod ciśnieniem hydraulicznym

Płyn przewodzący dostaje się do wnętrza metalowej konstrukcji

Pęknięcie to rodzaj zaworu, który otwiera się po nagrzaniu, odsłaniając ścieżkę upływu prądu, której nie ma podczas testowania na zimno.

Dlaczego standardowy test Meggera często pomija problem
Standardowy test rezystancji izolacji zwykle wykorzystuje megger 500 VDC z grzejnikiem:

Suchy

Dobrze

Wyjęty z kąpieli technologicznej

W takim przypadku rezystancja izolacji może wydawać się zupełnie typowa.

Testowanie w stanie zimnym-nie pozwala na odtworzenie warunków pracy
Usterka zostanie wygenerowana dopiero wtedy, gdy zostaną spełnione wszystkie poniższe warunki:

Efekt stanu
Wysoka temperatura Pęcznieje osłona PTFE
Pełne zanurzenie w cieczyWykorzystuje ciśnienie hydrauliczne.
Przewodząca ciecz procesowa Zapewnia kanał dla upływu prądu
Cykle termiczne Dynamicznie otwiera i zamyka pęknięcie
Podczas testów na stanowisku badawczym pęknięcie jest fizycznie zamknięte, więc miernik nie wykrywa żadnego wykrywalnego prądu upływowego.

Powoduje to frustrującą sytuację rozwiązywania problemów, w której:

Przeszedł testy elektryczne

Brak uszkodzeń po oględzinach

Nagrzewnica wyłącza się tylko podczas pracy

Rezultatem są często powtarzające się irytujące przestoje bez widocznej zasadniczej przyczyny.

Zależność temperaturowa przewodności
Istotna jest także temperatura samej cieczy.

Większość wodnych roztworów chemicznych dowolnego rodzaju zwiększa przewodność elektryczną wraz ze wzrostem temperatury. Zatem gorąca woda, roztwory do płukania i chemikalia do galwanizacji powodują znacznie większy kanał wycieku niż zimne ciecze.

Wraz ze wzrostem temperatury kąpieli:

Wzrost ruchliwości jonowej

Zwiększa się przewodność cieczy

Prąd upływowy jest łatwiejszy do utrzymania

Wada, która powoduje jedynie mikroamperowy upływ zimnej cieczy, może zapewnić wystarczający prąd zwarciowy, aby wyzwolić czułe systemy zabezpieczające, gdy kąpiel osiągnie pełną temperaturę roboczą.

Diagnostyka całkowicie zanurzonego uszkodzenia uziemienia grzejników PTFE
Awaria ma związek z temperaturą i zanurzeniem, dlatego potrzebne są specjalne metody diagnostyczne.

Test gorącego Hipota
Uważa się, że test gorącego-potu jest złotym narzędziem diagnostycznym pozwalającym potwierdzić problem-z osłoną zależny od temperatury.

Jak działa test
Grzejnik jest początkowo zasilany-płynem nieprzewodzącym, np. czystym olejem dielektrycznym, tak aby mógł bezpiecznie osiągnąć podwyższoną temperaturę roboczą bez szybkiego wycieku do uziemienia.

Kiedy jest gorąco:

Grzejnik zostaje szybko przeniesiony do przewodzącej łaźni wodnej.

Natychmiast przeprowadzany jest test elektryczny o wysokim potencjale

Dokładna obserwacja zachowania prądu upływowego

Podejście to odtwarza dokładne warunki, w jakich pęknięcie otwiera się i przewodzi.

Dlaczego najpierw olej
Dlaczego potrzebujemy nieprzewodzącego czynnika grzewczego-?

Grzejnik musi się nagrzać

Nie wolno zejść na ziemię zbyt wcześnie

Wada powłoki wymaga aktywacji termicznej przed badaniem zanurzeniowym

Gdy gorący grzejnik przedostanie się do kąpieli przewodzącej, nawet mikroskopijne otwory w osłonie mogą spowodować znaczny prąd upływowy.

Względy bezpieczeństwa
Testowanie gorącego-potu wymaga:

Właściwa izolacja elektryczna

Postępowanie w ramach procedur kontrolnych

Wyszkolony personel

Prawidłowe środki ochrony indywidualnej

Ostrożne procedury uziemiania

Proces ten jest bardziej skomplikowany niż zwykły test izolacji, ponieważ obejmuje jednocześnie sprzęt elektryczny i substancje przewodzące ciepło.

Monitorowanie prądu upływu na żywo
Inną interesującą techniką jest zastosowanie czułego sprzętu-prądu upływowego do wykrywania bardzo małych przejściowych impulsów zwarciowych.

Wykrywanie milisekundowych zdarzeń wycieku
Gdy gorący grzejnik jako pierwszy wejdzie do wanny:

Pęknięcie otwiera się na chwilę

Ciecz przewodząca wchodzi w wadę

Występują małe impulsy wycieku.

Takie zdarzenia mogą trwać zaledwie milisekundy, zanim system się ustabilizuje lub zadziałają urządzenia zabezpieczające.

Czuły sprzęt do monitorowania na żywo może wykryć:

Szczyty wycieku

Impulsy prądu doziemnego

Dynamiczne zachowanie izolacji przy przebiciu

Jest to szczególnie skuteczne, gdy błąd pojawia się tylko na chwilę podczas-uruchamiania lub pierwszego zanurzenia.

Kontrola wzrokowa często nie wystarcza
Wiele zależnych od temperatury pęknięć powłoki występuje poniżej poziomu detekcji optycznej.

Wada może być niewidoczna nawet w powiększeniu ze względu na:

Pęknięcie uszczelnia się po ochłodzeniu

PTFE z natury maskuje drobne niedoskonałości powierzchni

Barwienie chemiczne może zakryć uszkodzony obszar

Testy diagnostyczne elektryczne i termiczne są zatem bardziej niezawodne niż kontrola wzrokowa.

Typowe przyczyny uszkodzeń osłony
Te drobne wady mogą być spowodowane wieloma sytuacjami operacyjnymi.

Wstrząs mechaniczny
Małe wyszczerbienia na powierzchni, spowodowane przypadkowym kontaktem ze sprzętem lub wyposażeniem zbiornika, mogą się później rozmnażać w wyniku cykli termicznych.

Przegrzanie (suchy-ogień)
Jeśli poziom cieczy spadnie poniżej powierzchni grzejnika, może nastąpić miejscowe przegrzanie, które może uszkodzić powłokę PTFE i spowodować mikropęknięcia.

Degradacja chemiczna
Powierzchnie fluoropolimerowe mogą stopniowo stać się kruche w wyniku długotrwałego narażenia na agresywne chemikalia i podwyższoną temperaturę.

Zła obsługa podczas konserwacji
Podczas instalacji lub czyszczenia, skręcanie, zginanie lub uderzanie grzejnika może spowodować ukryte uszkodzenia.

Dlaczego wymiana to jedyna niezawodna odpowiedź
Jeżeli stwierdzono pęknięcie powłoki zależne od temperatury, naprawa często jest niepraktyczna.

Problem leży w integralności samego systemu izolacyjnego z fluoropolimeru. Tymczasowe uszczelnienia i łaty powierzchniowe nie przywracają w sposób spójny parametrów dielektrycznych w przypadku wahań temperatury.

W każdym przypadku konsekwencja jest taka sama; potwierdzony problem z osłoną zależny od temperatury powoduje wymianę grzejnika.

Kontynuowanie operacji może spowodować:

Częste wyjazdy GFCI

Zakłócenia procesów

Ryzyko porażenia prądem

Postępujący rozpad powłoki

Korozja elementu grzejnego (wewnętrzna)

Zapobieganie przyszłym zwarciom doziemnym związanym wyłącznie z zanurzeniem
„Kilka praktyk zapobiegawczych może zmniejszyć ryzyko nawrotu choroby.

Zalecane środki ostrożności
NIE NALEŻY narażać na uderzenia mechaniczne podczas instalacji

Utrzymuj odpowiedni poziom płynów

Unikaj sytuacji, w których strzelano-na sucho

• Tam, gdzie to możliwe, należy stosować grzejniki o niskiej gęstości mocy.

Okresowo monitoruj prąd upływowy

Aktywnie wymieniaj starzejące się grzejniki w ważnych systemach.

Ostrożne obchodzenie się i kontrolowane warunki pracy powodują z biegiem czasu mniejsze naprężenia w materiałach osłony fluoropolimerowej.

Podsumowując:
Szczególnie trudna sytuacja diagnostyczna występuje, gdy usterka elektryczna pojawia się dopiero po zanurzeniu grzałki zanurzeniowej PTFE, czyli tylko w rzeczywistych warunkach pracy. Mała przerwa w osłonie może być elektrycznie niezauważalna, gdy jest zimna i sucha, ale otwiera się pod wpływem rozszerzalności cieplnej i ciśnienia hydraulicznego, gdy jest całkowicie zanurzona w gorącej, przewodzącej cieczy.

Aby uzyskać dokładną diagnostykę zwarć doziemnych w grzejnikach PTFE, wymagane są całkowicie zanurzone metody testów termicznych-elektrycznych, które są w stanie naśladować rzeczywiste warunki procesu. Testowanie wysokich-potów jest nadal najlepszym sposobem. Czułe monitorowanie-prądu upływowego może służyć do wykrywania przejściowych usterek po zanurzeniu.

Niektórych problemów z elektryką nie da się rozwiązać na samym stole warsztatowym. Niektóre usterki są widoczne tylko w normalnym środowisku termicznym, hydraulicznym i elektrycznym nagrzewnicy.