Може ли PFA нагревател с метална мрежа, вградена във външния слой, да осигури наземно-откриване на неизправности без излагане на метал?

Обичайният метод за откриване на заземяване на PFA нагреватели е измерване на тока на утечка от нагревателния елемент към технологичната течност. Ако PFA обвивката е напукана или пропусклива, тогава течността се среща с металната сърцевина и се образува проводим път. Въпреки това, когато това се случи, нагревателят вече е сериозно повреден. Неизправностите могат да бъдат открити по-рано, без да се излага голият метал на корозионния процес, като се използва PFA нагревател с метална мрежа, имплантирана във външния слой (между два PFA слоя). Мрежата обикновено е от неръждаема стомана или никел и е свързана към монитор за заземяване. Когато външният PFA слой е счупен (одран, химически атакуван или напукан), течността от процеса влиза в контакт с вградената мрежа, завършвайки верига към земята и предизвиквайки предупреждение или изключване. Вътрешният PFA слой остава на място, така че металната сърцевина не влиза в контакт с ваната и не я замърсява. Тази настройка позволява откриване на влошаване на обвивката, докато основната бариера (вътрешната PFA) остава напълно функционална. Той надеждно открива механични повреди, абразия и химическа атака, но не открива проникване (молекулярна дифузия през непокътнат PFA).

Принцип на конструиране и откриване
Нагревателят има три{0}}слойна структура: вътрешен PFA (1,0-1,5 mm) върху металната сърцевина, проводима мрежа (0,1-0,3 mm дебелина, 50-80% отворена площ) и външен PFA (0,3-0,5 mm) над мрежата. Мрежата е свързана към монитор за заземяване (специален или обикновен GFCI с по-нисък праг, 1–5 mA). По време на нормална работа мрежата е изолирана от технологичната течност чрез външния PFA. Мрежата плава на земята (или референтното напрежение). Ако външният слой е нарушен - от драскотина, износване или пукнатина - проводимата течност докосва мрежата. Токът на утечка (обикновено 0,5-5mA) преминава от нагревателния елемент (120-480VAC) през вътрешния PFA (капацитивен съединител или дефект) през мрежата към земята. Мониторът вижда този ток и или изключва нагревателя, или издава аларма. Вътрешният PFA слой остава на място и технологичният флуид не докосва металната сърцевина. Нагревателят може да бъде сменен преди катастрофална повреда или замърсяване на ваната.

Мрежата трябва да бъде конструирана така, че да не се образува път на капацитивно свързване, който може да генерира фалшиви прекъсвания. За нагревател от 1 m² с мрежа от неръждаема стомана (50% покритие), капацитетът между нагревателния елемент и мрежата е от порядъка на 50-200 pF. Капацитивният ток на утечка е 0,5-2 μA при 60 Hz, което е много под конвенционалните прагове на изключване (1-5 mA). Фалшивите прекъсвания чрез капацитивно свързване не са проблем. Мрежата обаче трябва да бъде електрически изолирана от металната сърцевина. Всеки директен контакт генерира постоянно заземяване. По време на производството вътрешният PFA слой трябва да е без дупки и мрежата трябва да се постави без пробиване на вътрешния слой.

Успех на откриване на режим на повреда
Failure Mode Outer PFA FailureInner PFA break ?Възможност за откриване на мрежа?Времево предимство спрямо конвенционалния GFCI
Абразия (външен слой износен) Да Не Да Месеци до години
Драскотина от инструмент или отломки Да Не Да Месеци до години
Химическа атака (влошаване на повърхността) Да (с времето) Не ​​(в началото) Да Седмици до месеци
Термично напукване (циклиране) Да (разпространение на напукване навън) Все още не Да Седмици до месеци
Повреда от удар (ding) Да (ако външната част е нарушена) Не Може би Месеци
Проникване (молекулярна дифузия) Не (цялост) Не Не (без контакт с течност) Няма (същото като по подразбиране)
Точкова дупка в два слоя (производствен дефект) Да Да Да (но сърцевината е изложена) Няма (старият GFCI задейства по едно и също време)
Пукнатина във вътрешния слой (външен фин) Не Да Не (течността стига до сърцевината, а не мрежата) Няма (конвенционалният GFCI открива излагане на сърцевината)
Ефективност на полето и ограничения
Полевите експерименти на PFA нагреватели, вградени с мрежа в абразивна суспензия (силициев пясък, 2 m/s, 80 градуса) в продължение на 2 години, доведоха до По време на изпитването 12 от 50 нагреватели имаха пробив на външния слой (потвърдено чрез намаляването на изолационното съпротивление между мрежата и земята). Вътрешният PFA слой беше непокътнат във всичките 12 случая. Мрежестият детектор щеше да се задейства 1-2 часа след пробиването на външния слой, но стандартен GFCI (който открива изтичане от сърцевината) нямаше да се задейства, тъй като сърцевината все още беше изолирана. Средната оставаща вътрешна дебелина на PFA при тревога беше 1,1-1,4 mm (започна от 1,5 mm) - много оставаща бариера. Без мрежата тези нагреватели биха били активни до пробиване на вътрешния слой (приблизително 3-9 месеца по-късно), когато ще настъпи замърсяване на банята. Мрежата даде предупреждение 3–9 месеца предварително.

При химическо обслужване (30% HCl, 90 градуса) пет нагревателя са имали напукване на външния слой поради топлинен цикъл. Мрежата беше в състояние да открие и петте на 1-2 цикъла след началото на пукнатината. Стандартен GFCI не би се задействал, докато пукнатината не се разпространи във вътрешния слой (20 до 50 цикъла по-късно). Мрежата отново даде добро ранно предупреждение. Както се очакваше, не бяха наблюдавани пропуски на проникване (молекулярна дифузия на киселина през интактен PFA) от мрежата. За приложения, при които проникването е основният начин на отказ (напр. концентриран HF при висока температура), мрежата предлага малко предимство.

Монтаж и Мониторинг
Мрежата се нуждае от собствена електрическа връзка – трети проводник в нагревателния кабел (в допълнение към линията, нулата и заземяването на сърцевината). Искате мрежестата основа да е отделна от основната основа, за да не се обърква. Стандартна практика е свързването на мрежата към монитора и монитора към заземяването на системата.

Мрежата добавя 15-30% към цената на нагревателя.