Dejonizuoto (DI) vandens elektrinis laidumas yra labai mažas,{0}}paprastai 0,1–10 µS/cm, palyginti su 500–1 000 µS/cm vandentiekio vandens. Esant įžeminimo gedimui, kai PFA apvalkalas yra pažeistas, o šildymo elementas liečiasi su DI vandeniu, nuotėkio srovė yra daug mažesnė nei vandentiekio vandenyje dėl didelės DI vandens varžos. Standartinis 30 mA GFCI (įžeminimo grandinės pertraukiklis) gali nesuveikti, nes nuotėkio srovė per DI vandenį gali būti tik 5–15 mA{11}}nepakankama 30 mA slenksčiui pasiekti. Šildytuvas ir toliau veikia su paslėptu gedimu, o metalinė šerdis lėtai korozuoja savaites ar mėnesius. Galiausiai korozijos produktai gali sukurti laidų kelią arba šerdis gali atsidaryti, tačiau delsimas leidžia užteršti vonią. DI vandens sistemoms GFCI išjungimo slenksčiai turi būti 5–10 mA, o ne 30 mA. Kai kuriose jurisdikcijose leidžiama 5 mA didelės varžos skysčių įrangai apsaugoti.
Laidumas ir nuotėkio srovė DI vandenyje
Nuotėkio srovė iš atviro šildymo elemento (120 VAC) į žemę per DI vandenį yra I=V / R, kur R yra vandens kelio varža. Varža R=ρ × L / A, kur ρ yra varža (Ω·cm), L yra kelio ilgis (cm), A yra skerspjūvio plotas (cm²). DI vandeniui, kurio ρ=1 MΩ·cm (1 000 000 Ω·cm), L=10 cm, A=1 cm², R=1, 000 000 × 10 / 1=10, 000 000 Ω. Nuotėkio srovė I=120 / 10 000,000=0.012 mA-daug žemiau bet kokios slenksčio. Tačiau jei veikiamas plotas didesnis (A=100 cm²), o kelias trumpesnis (L=1 cm), R=1,000 000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Tai viršija 5 mA, bet mažesnė nei 30 mA. 30 mA GFCI nesuveiktų; 5 mA GFCI suveiks per 200–300 ms.
Kai šildytuvo šerdis korozuoja, metalo jonai (nikelis, geležis, chromas) ištirpsta DI vandenyje, todėl padidėja laidumas. Mažas gedimas, prasidedantis nuo 12 mA, per 24–48 valandas gali išaugti iki 30 mA. Per tą laiką šildytuvas veikia toliau, o metalo jonai užteršia DI vandenį. Puslaidininkinėse arba farmacinėse DI sistemose net ppb metalo jonų kiekis gali sugadinti produktą. 5 mA GFCI suveikia, kai gedimas vis dar nedidelis ir sumažina užterštumą.
GFCI kelionės slenksčio palyginimas DI vandeniui
| Vandens tipas | Laidumas (µS/cm) | Tipinė nuotėkio srovė dėl mažo gedimo (mA) | 30 mA GFCI kelionė? | 10 mA GFCI kelionė? | 5 mA GFCI kelionė? | Neaptikto gedimo pavojus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vanduo iš čiaupo | 500 | 50–200 | Taip (iš karto) | Taip | Taip | Žemas |
| RO vanduo | 10–50 | 10–50 | Kartais (ribinis) | Taip (daugeliu atvejų) | Taip | Vidutinis |
| DI vanduo (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Retas (tik dideli gedimai) | Kartais | Yes (for faults >5 mA) | Aukštas su 30 mA |
| Itin-grynas DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | Nr | Ne (gedimai<10 mA) | Ne (gedimai<5 mA) | Labai didelis (GFCI gali niekada nesuveikti) |
Specialūs Ultra{0}}Pure DI aspektai
Itin gryname DI vandenyje (18 MΩ·cm, naudojamas puslaidininkių gaminiuose) nuotėkio srovės dėl šildytuvo gedimų paprastai yra mažesnės nei 1 mA. Neišsijungs nei 30 mA, nei 5 mA GFCI. Tokiose sistemose šildytuvas turi būti suprojektuotas su keliais barjerais (pvz., dvigubais PFA apvalkalais) arba naudoti kitą šildymo būdą (pvz., linijinį kvarcinį šildytuvą). Kai kuriuose įrenginiuose vietoj GFCI naudojamas izoliacijos varžos stebėjimas (IRM): sistema nuolat matuoja varžą tarp šildymo elemento ir žemės. Kai varža nukrenta žemiau slenksčio (pvz., 10 MΩ, kai yra itin-grynas DI), pasigirsta pavojaus signalas. IRM gali aptikti gedimus, kurie niekada neišjungtų GFCI, nes nuotėkio srovė per maža (0,5 mA esant 120 V–240 kΩ? Palaukite: I=120/10e6=0.012 mA). Tiesą sakant, 10 MΩ suteikia 0,012 mA, kurį gali aptikti jautrus IRM, bet ne GFCI. Naudojami 1–10 MΩ IRM slenksčiai.
Daugumos DI vandens sistemų (ne{0}}puslaidininkių) varža yra 0,5–5 MΩ·cm, o 5–10 mA GFCI yra veiksmingi. Puslaidininkiams ypač grynam
Kodeksas ir jurisdikcijos svarstymai
NEC (NFPA 70) 426 straipsnyje reikalaujama stacionarių elektrinių šildymo įrenginių apsaugos nuo įžeminimo gedimų. Povandeniniams šildytuvams didžiausia išjungimo slenkstis yra 30 mA, kad būtų apsaugota nuo personalo. Tačiau 427 straipsnyje leidžiamos žemesnės įrangos apsaugos slenksčiai (iki 5 mA), kai personalo apsauga nėra pagrindinis rūpestis (pvz., šildytuvai prieinamose, bet nepasiekiamose{10}}naudotojo vietose). DI vandens sistemoms nurodykite „įrangos apsaugos GFCI“ su 5–10 mA išjungimo slenksčiu. Kai kuriose jurisdikcijose 5 mA GFCI reikalingas bet kuriam vandens šildytuvui, kurio laidumas mažesnis nei 100 µS/cm. Patikrinkite vietinius kodus.
Jei norite modifikuoti esamus DI vandens rezervuarus su 30 mA GFCI, pakeiskite 5 mA GFCI. Vienetai yra keičiami (tas pats formos faktorius) ir kainuoja 50–100 USD, daug mažiau nei vieno užteršimo įvykio kaina.
Lauko pavyzdys
Puslaidininkinės gamyklos DI vandens poliravimo kilpoje buvo naudojami PFA šildytuvai su 30 mA GFCI. Per 2 metus trijuose šildytuvuose atsirado nedidelių įžeminimo gedimų (10–20 mA nuotėkio srovė), kurie nesuveikė 30 mA GFCI. Operatoriai nepastebėjo jokių pavojaus signalų. Metalo jonai (geležis, nikelis) išplaunami į DI vandenį, padidindami varžą nuo 18 MΩ·cm iki 2 MΩ·cm ir užteršdami plokštelių partiją. Fab persijungė į 5 mA GFCI. Vėlesni šildytuvo gedimai iškart suveikė esant 5 mA, todėl užterštumas buvo nereikšmingas. Gamyba taip pat pridėjo IRM su 10 MΩ aliarmo slenksčiu, kad būtų užtikrintos itin{16}}grynos kilpos.
Išvada: DI vandeniui naudokite 5–10 mA GFCI
Deionized water's low conductivity limits ground fault currents to 5–20 mA for typical breach sizes. A standard 30 mA GFCI may not trip, leaving the heater operating with a latent fault, corroding the core, and contaminating the bath. For DI water systems (0.5–5 MΩ·cm resistivity), specify a GFCI with 5–10 mA trip threshold. For ultra-pure DI water (>10 MΩ·cm), vietoj GFCI naudokite izoliacijos varžos stebėjimą. 5 mA GFCI kaina yra minimali, palyginti su užteršimo kaina. Nesiųskite PFA šildytuvo DI vandens tiekimui su 30 mA GFCI. Nurodykite žemesnę. Keliaukite anksti, keliaukite dažnai. Apsaugokite vonią, apsaugokite gaminį.
