Kāpēc PFA sildītāja zemes defekta pārtraucēja atslēgšanas slieksnim jābūt zemākam par 30 mA dejonizētam ūdenim?

Dejonizētam (DI) ūdenim ir ļoti zema elektriskā vadītspēja -parasti 0,1-10 µS/cm, salīdzinot ar 500–1000 µS/cm krāna ūdenim. Zemējuma defekts, kad PFA apvalks ir bojāts un sildelements pieskaras DI ūdenim, rada ievērojami mazāku noplūdes strāvu nekā krāna ūdenī, jo DI ūdens augsta pretestība. Parasts 30 mA GFCI (zemes defekta ķēdes pārtraucējs) var nedarboties, jo noplūde caur DI ūdeni var būt tikai 5–15 mA — pārāk zema, lai pārsniegtu 30 mA slieksni. Sildītājs joprojām darbojas ar latentu defektu, un metāla serdeņa pakāpeniski korozējas nedēļu vai mēnešu laikā. Galu galā korozijas produkti var izveidot vadošu kanālu vai kodols var neizdoties atvērties, bet kavēšanās pieļauj vannas piesārņojumu. GFCI izslēgšanai DI ūdens sistēmām jābūt 5–10 mA, nevis 30 mA. Dažas valstis pieļauj 5 mA augstas pretestības šķidrumos iekārtu aizsardzībai.

Noplūdes strāva un vadītspēja DI ūdenī
Noplūdes strāva uz zemi caur DI ūdeni no atklāta sildelementa (120 VAC) tiek aprēķināta ar I=V / R, kur R ir ūdens kanāla pretestība. Pretestība R=ρ × L / A Kur ρ=pretestība (Ω·cm) L=ceļa garums (cm) A=šķērs-griezuma laukums (cm 2) DI ūdenim ar ρ=1 MΩ-cm (100}}cm (100}}cm (1 000}),{0) cm A=1 cm2 R=1, 000 000 x 10 / 1=10, 000 000 Ω Noplūdes strāva I=120 / 10 000, 000=0.012 mA- krietni zem jebkura sliekšņa. Bet, ja atvērtais laukums ir lielāks (A=100 cm 2 ) un maršruts ir īsāks (L=1 cm), R=1,000,000 x 1 / 100=10,000 omi I=120 / 10,000=12 mA. Tas ir vairāk nekā 5 mA, bet mazāks par 30 mA. 30 mA GFCI neatslēgtos, bet 5 mA GFCI 200–300 ms laikā.

Sildītāja kodolam korozējot, metālu joni (niķelis, dzelzs, hroms) izšķīst DI ūdenī, palielinot vadītspēju. Neliels defekts, kas sākas ar 12 mA, var palielināties līdz 30 mA 24–48 stundu laikā. Sildītājs šajā laikā paliek ieslēgts, un DI ūdens tiek piesārņots ar metāla joniem. Pat ppb metālu jonu daudzums var iznīcināt produktu pusvadītāju vai farmaceitiskajās DI sistēmās. 5 mA GFCI nostrādās, pirms kļūme ir pārāk liela, tādējādi samazinot piesārņojumu.

DI ūdens GFCI ceļojuma sliekšņa salīdzinājums
Ūdens tips vadītspēja (µS/cm) Tipiska noplūdes strāva no neliela bojājuma (mA) 30 mA GFCI atvienojums? 10 mA GFCI ceļojums? 5 mA GFCI atvienojums? Neatklāts kļūmes risks
Krāna ūdens 500 50-200 Jā (tūlītējs) Jā Jā Zems
RO ūdens 10-50 10-50 Dažreiz (neliels) Jā (lielākajā daļā gadījumu) Jā Mērens
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Augsts ar 30 mA Ultra-tīru DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Nē Nē (kļūdas)<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Īpaši apsvērumi par Ultra{0}}Pure DI
Noplūdes strāvas no sildītāja defektiem īpaši -tīrā DI ūdenī (18 MΩ·cm, ko izmanto pusvadītāju konstrukcijās) parasti ir<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.

Lielākajai daļai DI ūdens sistēmu (nav-pusvadītāju) pretestība ir 0,5–5 MΩ·cm, un tiek izmantoti 5–10 mA GFCI. Pusvadītāju ultra-tīram DI izmantojiet IRM (trauksme pie 1–10 MΩ) + dubultās barjeras konstrukcija.

Kods un ietekme uz jurisdikcijām
NEC (NFPA 70) 3. 426. pantā noteikts, ka uzstādītajām elektriskās apkures iekārtām jāveic zemes defektu novēršana. Maksimālais iegremdējamo sildītāju izslēgšanas iestatījums personāla drošībai ir 30 mA. Tomēr 427. pantā ir paredzēti zemāki sliekšņi (līdz 5 mA) iekārtu aizsardzībai, ja personāla aizsardzība nav galvenā prioritāte (piemēram, sildītāji pieejamās vietās, kur nav kontakta ar lietotāju). DI ūdens sistēmām norādiet "iekārtas aizsardzības GFCI" ar 5 līdz 10 mA atvienošanas slieksni. Dažās jurisdikcijās ir nepieciešams 5 mA GFCI jebkuram ūdens sildītājam, kura vadītspēja ir mazāka par 100 mikrosiemeniem/cm. "Pārbaudiet vietējos kodus.

Esošo DI ūdens tvertņu atjaunošanai izmantojiet 5 mA GFCI, nevis 30 mA GFCI. Iekārtas ir nomaināmas (identisks formas faktors) un maksā 50–100 USD, kas ir ievērojami mazāk nekā viena piesārņojuma izmaksas.

Lauka piemērs
30 mA GFCI tika izmantoti PFA sildītājiem pusvadītāju fab DI ūdens pulēšanas cilpā. 3 sildītājiem 2 gadu laikā radās niecīgi zemējuma defekti (noplūdes strāva 10–20 mA), kas neizslēdza 30 mA GFCI. Operatori nav ziņojuši par trauksmēm. Metāla joni (dzelzs, niķelis) izskalojās DI ūdenī, palielinot pretestību no 18 MΩ * cm līdz 2 MΩ * cm un piesārņoja vafeļu partiju. Fab tika mainīts uz 5 mA GFCI. Pēc tam pie 5 mA ātri aktivizējās sildītāja kļūmes, un piesārņojums tika samazināts līdz nenozīmīgam līmenim. Fab aprīkots arī ar IRM ar 10 MΩ trauksmes slieksni īpaši tīrām cilpām.

Secinājums: 5–10 mA GFCI DI ūdenim
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) izmanto izolācijas pretestības uzraudzību, nevis GFCI. 5 mA GFCI izmaksas ir diezgan zemas salīdzinājumā ar piesārņojuma izmaksām. Nenosūtiet PFA sildītāju ar 30 mA GFCI DI ūdens apkalpošanai. Apakšējā norādiet Ceļojiet agri, brauciet bieži. Aizsargājiet vannu Aizsargājiet produktu.