Koliki je kritični sadržaj vlage unutar hladnog dijela koji izaziva uzemljenje u PFA grijaču na 480 VAC?

U PFA grijaču, električni završetak metalne jezgre s kabelom za napajanje nalazi se u hladnom dijelu iznad linije tekućine. S vremenom bi se u ovom hladnom području mogla nakupiti vlaga zbog prodora, kondenzacije ili slabih brtvi. Na kritičnoj razini vlage stvara vodljivi put od terminala visokog napona (480 VAC) do uzemljenja i nosača, imate kvar na zemlji. Osnovni sadržaj vlage je 0.5 - 1.0 g slobodne vode u tipičnom hladnom segmentu (volumen 100 - 300 cm3). To odgovara relativnoj vlažnosti blizu 100% i vidljivoj kondenzaciji. Struja curenja kroz film vlage pri 480 VAC je 5-30 mA, dovoljno da aktivira GFCI ili izazove upozorenje o kvaru na zemlji. Vlaga ne mora potpuno prekriti stezaljke, dovoljan je film od 0,1-0,5 mm koji premošćuje izolator stezaljke. Sredstva za sušenje za sprječavanje ili uklanjanje vlage važna su za pouzdanost visokonaponskog grijača.

Odnos između nakupljanja vlage i struje curenja
Struja curenja I_leak=V / R, gdje je R otpor prolazu vlage. Uobičajeni razmak između terminala od 10 mm daje otpornost vodenog filma ovisno o kvaliteti vode. Kondenzirana voda iz vlažnog zraka ima vodljivost od 10–100 µS/cm (otpor 0,01–0,1 MΩ cm). Recimo debljine 0,1 mm, površine 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 @ 480 VAC, ispod prosjeka 30 mA GFCI okidanje, ali detektabilno. Ako voda skuplja ionske nečistoće (soli iz ostataka fluksa, produkti korozije), vodljivost se povećava do 1000-10000 µS/cm (otpornost 0,0001-0,001 MΩ*cm), što rezultira I_leak=480 / 200=2.4 Aa mrtvim kratkim spojem. Ono što je bitno kod presudnog sadržaja vlage nije količina vode, već njezina ionska čistoća.

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 pri 480 VAC). To se događa kod oko 0,5 g slobodne vode u hladnom dijelu od 200 cm3 koji je dovoljan za stvaranje kontinuiranog sloja na terminalnom bloku.

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
Za tipičan sustav od 480 VAC s 30 mA GFCI potreban sadržaj vlage je 0,3–0,5 g slobodne vode s blagim onečišćenjem (300–500 ppm NaCl ekvivalent). Ako je razina manja od 0,3 g, GFCI se možda neće aktivirati. Ako je iznad 0,5 g, može doći do neugodnog okidanja.

Izvori vlage u hladnom dijelu
Postoje tri metode za ulazak vlage u hladni dio:

Propuštanje kroz PFA: Hladni dio se ne zagrijava aktivno na 480 VAC (nalazi se iznad linije tekućine). Radi na 40-80 stupnjeva. Protok vodene pare kroz zid PFA 0,1-0,5 g/m2·dan. Za površinu hladnog odjeljka od 0,05 m 2 to je 0,005–0,025 g dnevno -1 . Tijekom 1 godine (365 dana) vlaga od 2-9 g može se nakupiti daleko iznad granice praga.

Kondenzacija iz okolnog zraka: Ako se hladni dio ohladi do točke rosišta (npr. zaustavljanjem preko noći), unutra se kondenzira vlažan zrak. Jedna kondenzacija može taložiti od 0,5 do 2 g vode.

Brtve koje cure: neispravni O-prstenovi ili brtve dovode do infiltracije vode. Curenje od 1 kapi na sat (0,05 g/sat) doprinosi 1,2 g/dan

Otkrivanje i prevencija
Senzor vlažnosti ili sonda vodljivosti može se postaviti unutar hladnog područja kako bi se identificirao osnovni sadržaj vlage prije nego što dođe do kvara na zemlji. Relativna vlažnost iznad 80% ili vodljivost iznad 10 µS/cm između dvije izolirane igle aktiviraju alarm pomoću kojeg se može obaviti održavanje prije nego što se GFCI isključi.

Strategije prevencije:

Pakiranje sredstva za sušenje: stavite molekularno sito (zeolit) u odjeljak za hlađenje. Promjena svakih 6-12 mjeseci. Pakiranje od 10 g zahtijeva 2-3 g vode da postane zasićeno.

Pročišćavanje dušikom: kontinuirani protok suhog N2 kroz hladnu sekciju pri 0,1 bar. RH < 10% Održava i uklanja prodrle pare.

Hermetičko brtvljenje. Upotrijebite brtvu od stakla-na-metal ili keramiku-na-metal za prolaz terminala, eliminirajući curenje polimera.

Grijanje hladnog dijela Održavajte hladni dio na 50–60 stupnjeva, iznad točke rosišta, s malim grijačem (5–10 W) kako biste spriječili kondenzaciju.

Primjer polja
PFA grijač od 480 VAC u liniji za vlažnu oplatu (80% relativne vlažnosti okoline) aktivirao se svaki tjedan na neugodni GFCI nakon 6 mjeseci rada. Inspekcija je pokazala 0,8 g slobodne vode u hladnom području (vaganjem). Vodljivost vode bila je 800 µS/cm (od apsorbiranih kiselih maglica). Grijač je osušen i naneseno je sredstvo za sušenje. Putovanja su prekinuta na 8 mjeseci i zatim su se vratila. Postrojenje je kontinuirano pročišćeno s N2 pri 0,5 L/min. Više nije bilo ekskurzija 3 godine.

Zaključak: Kvar uzemljenja zbog 0,3-0,5 g slobodne vode pri 480 VAC
Za PFA grijač, potrebni sadržaj vlage u hladnom dijelu za uzemljenje pri 480 VAC je 0,3–0,5 g slobodne vode s tipičnom ionskom kontaminacijom (300–500 ppm ekvivalent soli). Vlaga stvara vodljivi premaz na priključnom bloku, smanjujući izolacijski otpor na manje od 1 MΩ i stvarajući struju curenja veću od 5–30 mA, aktivirajući GFCI.Is ili alarm kvara na zemlji. Do prodora vlage dolazi propusnošću (2-9 g/godišnje), kondenzacijom (0,5-2 g/događaju) ili curenjem brtve. Ugradite pakete za sušenje, pročišćavanje dušikom ili dodajte grijanje hladnog dijela kako biste spriječili kvarove na zemlji. Pratite vlažnost ili provodljivost vlage prije nego što dosegne kritične razine. Nekoliko kapi vode na 480 VAC može ubiti vaš proces. Nemojte smočiti hladni dio – inače. Mjerenje vlage, izbjegavanje kvara Hladni dio je ranjiva točka. Pobrinite se za to.