Zašto bi prekidač greške uzemljenja za PFA grijač trebao imati prag okidanja niži od 30 mA za deioniziranu vodu?

Deionizirana (DI) voda ima vrlo nisku električnu vodljivost-obično 0,1-10 µS/cm, u usporedbi s 500-1000 µS/cm za vodu iz slavine. Kvar na zemlji kada je PFA omotač ugrožen i grijaći element dodiruje DI vodu rezultira znatno manjom strujom curenja nego u vodi iz slavine, zbog velikog otpora DI vode. Normalni GFCI od 30 mA (prekidač strujnog kruga kvara na zemlji) možda se neće aktivirati jer curenje kroz DI vodu može biti samo 5-15 mA - prenisko da bi se prešao prag od 30 mA. Grijač i dalje radi s latentnom greškom, a metalna jezgra progresivno korodira tjednima ili mjesecima. Na kraju proizvodi korozije mogu formirati vodljivi kanal ili se jezgra ne može otvoriti, ali odgoda dopušta kontaminaciju kupke. GFCI okidanje za DI vodene sustave treba biti 5-10 mA, a ne 30 mA. Neke zemlje dopuštaju 5 mA u tekućinama visokog otpora za zaštitu opreme.

Struja curenja i vodljivost u DI vodi
Struja curenja u zemlju kroz DI vodu iz izloženog grijaćeg elementa (120 VAC) dana je kao I=V / R, gdje je R otpor vodenog kanala. Otpor R=ρ × L / A Gdje je ρ=otpornost (Ω·cm) L=duljina puta (cm) A=poprečna-površina presjeka (cm 2) Za DI vodu s 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 Struja curenja I=120 / 10,000,000=0.012 mA-znatno ispod bilo kojeg praga. Ali ako je otvoreno područje veće (A=100 cm 2 ) i ruta je kraća (L=1 cm), R=1,000,000 x 1 / 100=10,000 Ohma I=120 / 10,000=12 mA. Ovo je više od 5 mA, ali manje od 30 mA. GFCI od 30 mA ne bi se isključio, ali GFCI od 5 mA bi, unutar 200 do 300 ms.

Kako jezgra grijača nagriza metalne ione (nikl, željezo, krom) otapaju se u DI vodi povećavajući vodljivost. Sićušni kvar koji počinje na 12 mA može se povećati na 30 mA u roku od 24 do 48 sati. Grijač ostaje uključen tijekom tog razdoblja i DI voda biva kontaminirana metalnim ionima. Čak i ppb količine metalnih iona mogu uništiti proizvod u poluvodičkim ili farmaceutskim DI sustavima. GFCI od 5 mA će se aktivirati prije nego što kvar postane prevelik, minimizirajući zagađenje.

DI Water GFCI Usporedba praga okidanja
Vrsta vode Vodljivost (µS/cm) Tipična struja curenja zbog male greške (mA) 30 mA GFCI Isključenje? 10 mA GFCI prekid? 5 mA GFCI isključenje? Rizik neotkrivene greške
Voda iz slavine 500 50-200 Da (odmah) Da Da Niska
RO voda 10-50 10-50 Ponekad (marginalno) Da (većina slučajeva) Da Umjereno
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Visoko s 30 mA Ultra-čisti DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Ne Ne (greške<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Posebna razmatranja za Ultra-Pure DI
Struje curenja zbog kvarova grijača u ultra-čistoj DI vodi (18 MΩ·cm, kako se koristi u tvornicama poluvodiča) obično su<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.

Otpor za većinu DI vodenih sustava (ne-poluvodič) je 0,5–5 MΩ·cm i koriste se 5–10 mA GFCI. Za poluvodičke ultra-čiste DI, upotrijebite IRM (alarm na 1-10 MΩ) + konstrukcija dvostruke barijere.

Kodeks i implikacije za jurisdikcije
NEC (NFPA 70) 3. Članak 426 poziva na sprječavanje kvara na zemlji za instaliranu električnu opremu za grijanje. Maksimalna postavka isključenja za potopljene grijače za sigurnost osoblja je 30 mA. Međutim, članak 427 predviđa niže pragove (do 5 mA) za zaštitu opreme kada zaštita osoblja nije glavni prioritet (npr. grijalice u dostupnim područjima gdje nema kontakta s korisnikom). Za DI vodene sustave navedite "zaštitu opreme GFCI" s pragom okidanja od 5 do 10 mA. Neke jurisdikcije zahtijevaju 5 mA GFCI za bilo koji grijač u vodi koji ima vodljivost manju od 100 mikrosiemena/cm. "Provjerite lokalne kodove.

Za popravak postojećih DI spremnika za vodu koristite 5 mA GFCI umjesto 30 mA GFCI. Jedinice su zamjenjive (identičan oblik) i koštaju 50–100 USD, znatno manje od cijene jednokratne kontaminacije.

Primjer polja
GFCI od 30 mA korišteni su za PFA grijače u DI vodenoj petlji za poliranje tvornice poluvodiča. 3 grijača razvila su male kvarove na masi (struja curenja 10-20 mA) tijekom 2 godine koji nisu aktivirali GFCI od 30 mA. Operateri nisu prijavili nijedan alarm. Metalni ioni (željezo, nikal) isprali su se u DI vodu povećavajući otpor s 18 MΩ*cm na 2 MΩ*cm i kontaminirali seriju pločica. Fab je prešao na 5 mA GFCI. Kvarovi grijača su se nakon toga brzo aktivirali na 5 mA i onečišćenje je smanjeno na beznačajne razine. Tvornica je također uključila IRM s pragom upozorenja od 10 MΩ za iznimno čiste petlje.

Zaključak: 5-10 mA GFCI za DI vodu
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) koriste nadzor izolacijskog otpora, a ne GFCI. Cijena 5 mA GFCI je prilično niska u usporedbi s cijenom kontaminacije. Ne šaljite PFA grijač s 30 mA GFCI za DI vodu. Niže odredite Rano putovanje, često putovanje. Zaštitite kupku Zaštitite proizvod.