Dlaczego przerywacz zwarcia doziemnego dla podgrzewacza PFA powinien mieć próg zadziałania niższy niż 30 mA dla wody dejonizowanej?

Woda dejonizowana (DI) ma bardzo niską przewodność elektryczną-zazwyczaj 0,1-10 µS/cm w porównaniu z 500–1000 µS/cm w przypadku wody z kranu. Zwarcie doziemne, gdy osłona PFA jest naruszona i element grzejny styka się z wodą DI, powoduje znacznie mniejszy prąd upływowy niż w wodzie wodociągowej, ze względu na wysoką rezystywność wody DI. Normalny GFCI 30 mA (przerywacz obwodu ziemnozwarciowego) może nie zadziałać, ponieważ wyciek przez wodę DI może wynosić tylko 5–15 mA – za mało, aby przekroczyć próg 30 mA. Grzejnik nadal działa z ukrytą usterką, a metalowy rdzeń stopniowo koroduje w ciągu tygodni lub miesięcy. Ostatecznie produkty korozji mogą utworzyć kanał przewodzący lub rdzeń może się nie otworzyć, ale opóźnienie pozwala na zanieczyszczenie kąpieli. Wyzwolenie GFCI dla systemów wodnych DI powinno wynosić 5-10 mA, a nie 30 mA. Niektóre kraje dopuszczają 5 mA w płynach o wysokiej rezystywności w celu ochrony sprzętu.

Prąd upływowy i przewodność w wodzie DI
Prąd upływowy do ziemi przez wodę DI z odsłoniętego elementu grzejnego (120 VAC) jest określony przez I=V / R, gdzie R jest rezystancją kanału wodnego. Rezystancja R=ρ × L / A Gdzie ρ=rezystywność (Ω·cm) L=długość ścieżki (cm) A=poprzeczna-powierzchnia przekroju (cm 2) Dla wody DI o ρ=1 MΩ-cm (1 000 000 Ω-cm) L=10 cm A=1 cm2 R=1,000 000 x 10 / 1=10,000 000 Ω Prąd upływowy I=120 / 10 000,000=0.012 mA-znacznie poniżej dowolnego progu. Ale jeśli otwarta przestrzeń jest większa (A=100 cm 2 ) i trasa jest krótsza (L=1 cm), R=1,000 000 x 1 / 100=10,000 omów I=120 / 10,000=12 mA. Jest to więcej niż 5 mA, ale mniej niż 30 mA. GFCI 30 mA nie zadziała, ale GFCI 5 mA tak w ciągu 200 do 300 ms.

Gdy rdzeń grzejnika koroduje, jony metali (niklu, żelaza, chromu) rozpuszczają się w wodzie DI, zwiększając przewodność. Niewielka wada, która zaczyna się od 12 mA, może wzrosnąć do 30 mA w ciągu 24 do 48 godzin. W tym okresie grzejnik pozostaje włączony, a woda DI zostaje zanieczyszczona jonami metali. Nawet ppb ilości jonów metali mogą zniszczyć produkt w półprzewodnikowych lub farmaceutycznych systemach DI. 5 mA GFCI wyłączy się, zanim usterka będzie zbyt duża, minimalizując zanieczyszczenie.

Porównanie progu zadziałania DI Water GFCI
Typ wody Przewodność (µS/cm) Typowy prąd upływowy w przypadku małego uszkodzenia (mA) 30 mA Wyłączenie GFCI? Wyłączenie GFCI 10 mA? Wyłączenie 5 mA GFCI? Ryzyko niewykrytej usterki
Woda z kranu 500 50-200 Tak (natychmiast) Tak Tak Niska
Woda RO 10-50 10-50 Czasami (marginalnie) Tak (w większości przypadków) Tak Umiarkowane
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Wysoki przy 30 mA Ultra-czysty DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Nie Nie (błędy<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Specjalne uwagi dotyczące Ultra-Pure DI
Prądy upływowe spowodowane defektami grzejnika w ultra-czystej wodzie DI (18 MΩ·cm, stosowanej w fabrykach półprzewodników) są zazwyczaj<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.

Rezystywność większości systemów wodnych DI (nie-półprzewodnikowych) wynosi 0,5–5 MΩ·cm, a stosowane są GFCI 5–10 mA. W przypadku ultra-czystego półprzewodnika DI należy zastosować IRM (alarm przy 1–10 MΩ) + konstrukcję z podwójną barierą.

Kodeks i implikacje dla jurysdykcji
NEC (NFPA 70) 3. Artykuł 426 wzywa do zapobiegania zwarciom doziemnym w zainstalowanych elektrycznych urządzeniach grzewczych. Maksymalne ustawienie wyłączenia dla grzałek głębinowych dla bezpieczeństwa personelu wynosi 30 mA. Jednakże art. 427 przewiduje niższe progi (do 5 mA) dla ochrony sprzętu, gdy ochrona personelu nie jest głównym priorytetem (np. grzejniki w dostępnych obszarach, gdzie użytkownik nie ma kontaktu). W przypadku systemów wodnych DI należy określić „ochronę sprzętu GFCI” z progiem wyłączenia od 5 do 10 mA. W niektórych jurysdykcjach wymagany jest 5 mA GFCI dla każdego podgrzewacza w wodzie o przewodności mniejszej niż 100 mikrosiemensów/cm. „Sprawdź lokalne kody.

W przypadku remontu istniejących zbiorników na wodę DI należy zastosować GFCI 5 mA zamiast GFCI 30 mA. Jednostki są wymienne (identyczna obudowa) i kosztują 50–100 USD, czyli znacznie mniej niż koszt pojedynczego wystąpienia zanieczyszczenia.

Przykład pola
W grzejnikach PFA w pętli do polerowania wodą DI w fabryce półprzewodników zastosowano GFCI 30 mA. W 3 grzejnikach w ciągu 2 lat wystąpiły drobne zwarcia doziemne (prąd upływowy 10–20 mA), które nie spowodowały zadziałania GFCI 30 mA. Brak alarmów zgłoszonych przez operatorów. Jony metali (żelazo, nikiel) przedostały się do wody DI, zwiększając rezystywność z 18 MΩ*cm do 2 MΩ*cm i zanieczyszczając partię płytek. Fabryka została zmieniona na GFCI 5 mA. Następnie awarie grzejnika uruchamiały się szybko przy 5 mA, a zanieczyszczenie zostało zredukowane do nieistotnego poziomu. W fabryce zastosowano także IRM z progiem alarmowym 10 MΩ dla wyjątkowo czystych pętli.

Wniosek: 5-10 mA GFCI dla wody DI
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) wykorzystują monitorowanie rezystancji izolacji, a nie GFCI. Koszt 5 mA GFCI jest dość niski w porównaniu z kosztem zanieczyszczenia. Nie wysyłaj grzejnika PFA z GFCI 30 mA do instalacji wody DI. Niższe określ Podróżuj wcześnie, podróżuj często. Chroń wannę Chroń produkt.