Jaka jest krytyczna zawartość wilgoci w sekcji zimnej, która powoduje zwarcie doziemne w grzejniku PFA przy napięciu 480 V AC?

W nagrzewnicy PFA zakończenie elektryczne rdzenia metalowego z kablem zasilającym znajduje się w części zimnej, nad linią cieczy. Z biegiem czasu w tym zimnym obszarze może gromadzić się wilgoć w wyniku penetracji, kondensacji lub uszkodzeń uszczelek. Przy krytycznym poziomie wilgoci tworzy on ścieżkę przewodzącą od zacisku wysokiego napięcia (480 VAC) do masy i wysięgnika, oznacza to zwarcie doziemne. Zasadnicza zawartość wilgoci wynosi 0.5 - 1.0 g wolnej wody w typowym segmencie zimnym (objętość 100 - 300 cm3). Odpowiada to wilgotności względnej bliskiej 100% i widocznej kondensacji. Prąd upływowy przez warstwę wilgoci przy 480 VAC wynosi 5–30 mA i jest wystarczający do wyzwolenia GFCI lub wywołania alarmu o zwarciu doziemnym. Wilgoć nie musi całkowicie pokrywać zacisków, wystarczy folia o grubości 0,1-0,5 mm łącząca izolator końcówki. Środki osuszające zapobiegające lub usuwające wilgoć są ważne dla niezawodności grzejnika wysokiego napięcia.

Zależność pomiędzy gromadzeniem się wilgoci a prądem upływowym
Prąd upływowy I_leak=V / R, gdzie R jest oporem przenikania wilgoci. Typowy rozstaw końcówek wynoszący 10 mm zapewnia odporność filmu wodnego w zależności od jakości wody. Skroplona woda z wilgotnego powietrza ma przewodność 10–100 µS/cm (rezystywność 0,01–0,1 MΩ cm). Powiedzmy, grubość 0,1 mm i powierzchnia 10 mm x 5 mm. R=ρL / A=0.05 MΩ·cm x 1 cm / 0,5 cm2=0.1 MΩ . I_leak=480/100,000=4.8 mA przy 480 VAC, poniżej średniej 30 mA wyzwolenie GFCI, ale wykrywalne. Jeżeli w wodzie gromadzą się zanieczyszczenia jonowe (sole z pozostałości topnika, produkty korozji), przewodność wzrasta do 1000-10000 µS/cm (rezystywność 0,0001-0,001 MΩ*cm), co powoduje I_leak=480 / 200=2.4 Aa. W decydującej zawartości wilgoci nie liczy się ilość wody, ale jej czystość jonowa.

The "critical moisture content" is defined as the quantity of water which, mixed with typical ionic contamination (5–50 µg of chlorides, sulphates, or salt) decreases resistance below 1 MΩ (leakage >0,5 mA przy 480 VAC). Dzieje się tak przy około 0,5 g wolnej wody w 200 cm3 zimnej części, wystarczającej do wytworzenia ciągłej warstwy na listwie zaciskowej.

Critical Moisture Content by Voltage and Contamination Level Voltage (VAC) Insulation Resistance Trip Threshold (MΩ) Leakage Current at Trip (mA) Critical Free Water (g) in 200 cm³ Required Water Conductivity (µS/cm) Contamination Level (ppm NaCl equivalent) 120 1.0 120 2.0 >500 >300 240 1.0 240 1.5 >300 >200 480 1.0 480 1.0 >200 >100 480 (GFCI 30 mA) 16 30 0.3 >1,000 >500 480 (GFCI 5 mA) 96 5 0.1 >3,000 >1,500 480 (equipment protection) 10 48 0.5 >500 >300 690 1.0 690 0.8 >150 >80 1,000 1.0 1,0
Dla typowego systemu 480 VAC z GFCI 30 mA wymagana zawartość wilgoci wynosi 0,3–0,5 g wolnej wody z łagodnym zanieczyszczeniem (300–500 ppm równoważnika NaCl). Jeśli poziom jest mniejszy niż 0,3 g, GFCI może się nie wyłączyć. Jeśli przekracza 0,5 g, może wystąpić uciążliwe wyłączenie.

Źródła wilgoci w przekroju zimnym
Istnieją trzy metody przedostawania się wilgoci do części zimnej:

Przenikanie przez PFA: Zimna część nie jest aktywnie podgrzewana przy napięciu 480 VAC (znajduje się powyżej linii cieczy). Działa przy 40-80 stopniach. Strumień pary wodnej przez ściankę PFA 0,1-0,5 g/m2·dzień. Dla powierzchni zimnej wynoszącej 0,05 m 2 jest to 0,005–0,025 g na dzień -1 . W ciągu 1 roku (365 dni) wilgoć o wartości 2–9 g może wytworzyć się znacznie powyżej wartości progowej.

Kondensacja z powietrza otoczenia: Jeśli zimna część ostygnie do punktu rosy (np. w wyniku zatrzymania na noc), wewnątrz wilgotnego powietrza skrapla się. Pojedyncza kondensacja może wytrącić od 0,5 do 2 g wody.

Nieszczelne uszczelki: uszkodzone pierścienie uszczelniające lub uszczelki powodują masową infiltrację wody. Wyciek 1 kropli na godzinę (0,05 g/h) daje 1,2 g/dzień

Wykrywanie i zapobieganie
Czujnik wilgotności lub sondę przewodności można umieścić w zimnym obszarze, aby określić niezbędną zawartość wilgoci przed wystąpieniem zwarcia doziemnego. Wilgotność względna powyżej 80% lub przewodność powyżej 10 µS/cm pomiędzy dwoma izolowanymi pinami aktywuje alarm, dzięki któremu można wykonać konserwację przed wyłączeniem GFCI.

Strategie zapobiegawcze:

Zestaw środka osuszającego: Umieść sito molekularne (zeolit) w części chłodniczej. Zmieniaj co 6-12 miesięcy. Opakowanie 10 g wymaga do nasycenia 2-3 g wody.

Usuwanie azotu: ciągły przepływ suchego N2 przez sekcję zimną pod ciśnieniem 0,1 bara. RH < 10% Zatrzymuje i usuwa przenikające opary.

Hermetyczne uszczelnienie. Do przepustu zaciskowego użyj uszczelki szkło-do-metalu lub ceramiki-do-metalu, aby wyeliminować wyciek polimeru.

Ogrzewanie sekcji zimnej Utrzymuj temperaturę sekcji zimnej na poziomie 50–60 stopni powyżej punktu rosy za pomocą małej grzałki (5–10 W), aby zapobiec kondensacji.

Przykładowe pole
Grzejnik PFA 480 VAC w wilgotnej linii galwanicznej (wilgotność względna otoczenia 80%) wyłączała się co tydzień z powodu uciążliwego GFCI po 6 miesiącach pracy. Kontrola wykazała 0,8 g wolnej wody w chłodnym obszarze (poprzez ważenie). Przewodność wody wynosiła 800 µS/cm (z zaabsorbowanej mgły kwasowej). Grzejnik wysuszono i nałożono pakiet środka osuszającego. Wyjazdy wstrzymano na 8 miesięcy, po czym wróciły. Obiekt przepłukiwano w sposób ciągły N2 z szybkością 0,5 l/min. Nie było już żadnych wycieczek przez 3 lata.

Wniosek: Błąd uziemienia spowodowany 0,3-0,5 g wolnej wody przy 480 VAC
W przypadku grzejnika PFA wymagana zawartość wilgoci w części zimnej w przypadku zwarcia doziemnego przy 480 VAC wynosi 0,3–0,5 g wolnej wody z typowymi zanieczyszczeniami jonowymi (300–500 ppm równoważnika soli). Wilgoć tworzy przewodzącą powłokę na listwie zaciskowej, zmniejszając rezystancję izolacji do mniej niż 1 MΩ i wytwarzając prąd upływowy o natężeniu większym niż 5–30 mA, wyzwalając alarm GFCI.Is lub zwarcia doziemnego. Wnikanie wilgoci następuje w wyniku przenikania (2-9 g/rok), kondensacji (0,5-2 g/zdarzenie) lub nieszczelności uszczelek. Zainstaluj pakiety osuszające, przedmuchaj azotem lub dodaj ogrzewanie sekcji zimnej, aby zapobiec zwarciom doziemnym. Obserwuj wilgotność lub przewodność wilgoci, zanim osiągnie ona poziom krytyczny. Kilka kropli wody o napięciu 480 V AC może zakończyć proces. Nie zwilżaj zimnej części – bo inaczej. Pomiar wilgoci, unikanie usterek Zimna część jest wrażliwym punktem. Dbaj o to.