Защо прекъсвачът за земна повреда за PFA нагревател трябва да има праг на изключване по-нисък от 30mA за дейонизирана вода?

Дейонизираната (DI) вода има много ниска електропроводимост-обикновено 0,1-10 µS/cm в сравнение с 500-1000 µS/cm за чешмяна вода. Заземяване, когато обвивката от PFA е компрометирана и нагревателният елемент докосне DI вода, води до значително по-малък ток на утечка, отколкото при чешмяна вода, поради високото съпротивление на DI вода. Нормален 30 mA GFCI (прекъсвач на верига при повреда на земята) може да не се задейства, тъй като изтичането през DI вода може да е само 5-15 mA - твърде ниско, за да премине прага от 30 mA. Нагревателят все още работи със скрита повреда и металната сърцевина прогресивно корозира в продължение на седмици или месеци. В крайна сметка продуктите на корозията могат да образуват проводим канал или сърцевината може да не се отвори, но забавянето позволява замърсяване на ваната. Изключването на GFCI за DI водни системи трябва да бъде 5-10 mA, а не 30 mA. Някои държави позволяват 5 mA във флуиди с високо съпротивление за защита на оборудването.

Ток на утечка и проводимост в DI вода
Токът на утечка към земята през DI вода от открит нагревателен елемент (120 VAC) се дава от I=V / R, където R е съпротивлението на водния канал. Съпротивление R=ρ × L / A където ρ=съпротивление (Ω·cm) L=дължина на пътя (cm) A=напречна-площ на сечението (cm 2) За DI вода с 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 Ток на утечка I=120 / 10 000,000=0.012 mA-много под всеки праг. Но ако откритата площ е по-голяма (A=100 cm 2 ) и маршрутът е по-къс (L=1 cm), R=1,000 000 x 1 / 100=10,000 ома I=120 / 10,000=12 mA. Това е повече от 5 mA, но по-малко от 30 mA. GFCI от 30 mA няма да се изключи, но GFCI от 5 mA би, в рамките на 200 до 300 ms.

Тъй като сърцевината на нагревателя корозира, металните йони (никел, желязо, хром) се разтварят във DI вода, увеличавайки проводимостта. Малък дефект, който започва от 12 mA, може да се увеличи до 30 mA за 24 до 48 часа. Нагревателят остава включен през този период и DI водата се замърсява с метални йони. Дори ppb количества метални йони могат да унищожат продукта в полупроводникови или фармацевтични DI системи. 5 mA GFCI ще се изключи, преди повредата да е твърде голяма, минимизирайки замърсяването.

DI Water GFCI Сравнение на прага на изключване
Тип вода Проводимост (µS/cm) Типичен ток на утечка от малка повреда (mA) 30 mA GFCI Trip? 10 mA GFCI Trip? 5 mA GFCI Trip? Риск от неоткрита повреда
Вода от чешмата 500 50-200 Да (незабавно) Да Да Ниска
RO вода 10-50 10-50 Понякога (незначително) Да (повечето случаи) Да Умерено
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Висок с 30 mA Ultra-чист DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Не Не (повреди<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Специални съображения за Ultra-Pure DI
Токовете на утечка от дефекти на нагревателя в ултра-чиста DI вода (18 MΩ·cm, както се използва в полупроводникови заводи) обикновено са<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.

Съпротивлението за повечето DI водни системи (не-полупроводници) е 0,5–5 MΩ·cm и се използват 5–10 mA GFCI. За полупроводников ултра-чист DI, използвайте IRM (аларма при 1-10 MΩ) + конструкция с двойна бариера.

Кодекс и последици за юрисдикциите
NEC (NFPA 70) 3. Член 426 призовава за предотвратяване на заземяване за инсталирано електрическо отоплително оборудване. Максималната настройка на изключване за потопяеми нагреватели за безопасност на персонала е 30 mA. Член 427 обаче предвижда по-ниски прагове (до 5 mA) за защита на оборудването, когато защитата на персонала не е основен приоритет (напр. нагреватели в достъпни зони, където няма контакт с потребителя). За DI водни системи, посочете "защита на оборудването GFCI" с праг на изключване от 5 до 10 mA. Някои юрисдикции изискват 5 mA GFCI за всеки нагревател във вода с проводимост под 100 микросименса/cm. „Проверете местните кодове.

За ремонт на съществуващи резервоари за DI вода използвайте 5 mA GFCI вместо 30 mA GFCI. Устройствата са сменяеми (идентичен форм-фактор) и струват $50–$100, значително по-малко от цената на еднократно замърсяване.

Пример за поле
30 mA GFCI бяха използвани за нагревателите на PFA в контура за DI водно полиране на полупроводникова фабрика. 3-те нагревателя развиха малки дефекти на земята (ток на утечка 10-20 mA) в продължение на 2 години, които не задействаха 30 mA GFCI. Няма съобщени аларми от операторите. Метални йони (желязо, никел) се излугват в DI вода, увеличавайки съпротивлението от 18 MΩ*cm до 2 MΩ*cm и замърсявайки партида от вафли. Фабриката се промени на 5 mA GFCI. След това грешките на нагревателя се задействаха бързо при 5 mA и замърсяването беше намалено до незначителни нива. Фабриката също така включва IRM с 10 MΩ праг за предупреждение за изключително чисти вериги.

Заключение: 5-10 mA GFCI за DI вода
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) използват мониторинг на изолационното съпротивление, а не GFCI. Цената на 5 mA GFCI е доста ниска в сравнение с цената на замърсяване. Не изпращайте PFA нагревател с 30 mA GFCI за DI вода. Долно посочете Пътуване рано, пътуване често. Защитете банята Защитете продукта.