Deionizirana (DI) voda ima vrlo nisku električnu provodljivost-obično 0,1–10 µS/cm, u poređenju sa 500–1000 µS/cm za vodu iz slavine. U situaciji zemljospoja u kojoj je PFA plašt probijen i grijaći element dolazi u kontakt sa DI vodom, struja curenja je mnogo niža nego u vodi iz slavine zbog visoke otpornosti DI vode. Standardni 30 mA GFCI (prekidač strujnog kruga za uzemljenje) se možda neće aktivirati jer struja curenja kroz DI vodu može biti samo 5–15 mA-nedovoljna da dostigne prag od 30 mA. Grejač nastavlja da radi sa latentnom greškom, a metalno jezgro polako korodira nedeljama ili mesecima. Na kraju, proizvodi korozije mogu stvoriti provodljivu stazu ili se jezgro može otvoriti, ali kašnjenje dopušta kontaminaciju kupke. Za DI sisteme za vodu, GFCI pragovi okidanja trebaju biti 5–10 mA, a ne 30 mA. Neke jurisdikcije dozvoljavaju 5 mA za zaštitu opreme u fluidima visoke{21}}otpornosti.
Vodljivost i struja curenja u DI vodi
Struja curenja od izloženog grijaćeg elementa (120 VAC) do zemlje kroz DI vodu je I=V / R, gdje je R otpor vodenog puta. Otpor R=ρ × L / A, gdje je ρ otpornost (Ω·cm), L je dužina puta (cm), A je poprečna - površina presjeka (cm²). Za DI vodu sa 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. Struja curenja I=120 / 10,000,000=0.012 mA-daleko ispod svakog praga. Međutim, ako je izložena površina veća (A=100 cm²), a putanja kraća (L=1 cm), R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Ovo je iznad 5 mA, ali ispod 30 mA. GFCI od 30 mA se ne bi aktivirao; GFCI od 5 mA bi se isključio unutar 200–300 ms.
Kako jezgro grijača korodira, joni metala (nikl, željezo, krom) se rastvaraju u DI vodi, povećavajući provodljivost. Mala greška koja počinje na 12 mA može porasti do 30 mA tokom 24-48 sati. Za to vrijeme grijač nastavlja s radom, a joni metala kontaminiraju DI vodu. U poluvodičkim ili farmaceutskim DI sistemima, čak i nivoi ppb metalnih jona mogu uništiti proizvod. 5 mA GFCI se isključuje kada je greška još uvijek mala, minimizirajući kontaminaciju.
GFCI poređenje praga puta za DI vodu
| Vrsta vode | Provodljivost (µS/cm) | Tipična struja curenja od male greške (mA) | 30 mA GFCI Trip? | 10 mA GFCI Trip? | 5 mA GFCI Trip? | Rizik od neotkrivene greške |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Voda iz slavine | 500 | 50–200 | da (odmah) | Da | Da | Nisko |
| RO voda | 10–50 | 10–50 | Ponekad (marginalno) | Da (u većini slučajeva) | Da | Umjereno |
| DI voda (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Rijetke (samo velike greške) | Ponekad | Yes (for faults >5 mA) | Visok sa 30 mA |
| Ultra-čisti DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | br | Ne (greške<10 mA) | Ne (greške<5 mA) | Vrlo visok (GFCI se možda nikada neće pokvariti) |
Posebna razmatranja za Ultra-Pure DI
U ultra-čistoj DI vodi (18 MΩ·cm, koristi se u poluprovodničkim fabrikama), struje curenja zbog kvarova grijača su obično ispod 1 mA. Ni 30 mA ni 5 mA GFCI se neće isključiti. Za takve sisteme, grijač mora biti dizajniran sa više prepreka (npr. dvostruki PFA plašt) ili koristiti drugačiji način grijanja (npr., u-linijski kvarcni grijač). Neki objekti koriste praćenje otpora izolacije (IRM) umjesto GFCI: sistem kontinuirano mjeri otpor između grijaćeg elementa i zemlje. Kada otpor padne ispod praga (npr. 10 MΩ za ultra-čisti DI), oglasi se alarm. IRM može otkriti greške koje nikada ne bi aktivirale GFCI jer je struja curenja preniska (0,5 mA na 120 V do 240 kΩ? Pričekajte: I=120/10e6=0.012 mA). Zapravo, 10 MΩ daje 0,012 mA, što se može otkriti osjetljivim IRM-om, ali ne i GFCI. Koriste se IRM pragovi od 1–10 MΩ.
Za većinu DI vodenih sistema (ne-poluprovodničke), otpornost je 0,5–5 MΩ·cm, a efektivni su GFCI od 5–10 mA. Za poluprovodnički ultra-čisti DI, koristite IRM (alarm na 1–10 MΩ) plus konstrukciju dvostruke-barijere.
Kodeks i razmatranja nadležnosti
NEC (NFPA 70) Član 426 zahtijeva zaštitu od zemljospoja za fiksnu električnu opremu za grijanje. Za potopljene grijače, maksimalni prag isključenja je 30 mA za zaštitu osoblja. Međutim, član 427 dozvoljava niže pragove (do 5 mA) za zaštitu opreme gdje zaštita osoblja nije primarna briga (npr. grijači u pristupačnim, ali ne{9}}korisničkim-oblastima u kontaktu). Za DI sisteme za vodu, navedite "zaštitu opreme GFCI" sa 5–10 mA pragom okidanja. U nekim jurisdikcijama, 5 mA GFCI je potreban za bilo koji grijač u vodi sa provodljivošću ispod 100 µS/cm. Provjerite lokalne kodove.
Za naknadnu ugradnju postojećih DI rezervoara za vodu sa 30 mA GFCI, zamijenite ih sa 5 mA GFCI. Jedinice su zamjenjive (isti faktor oblika) i koštaju 50-100 USD, daleko manje od cijene jednog događaja kontaminacije.
Primjer polja
Petlja za poliranje vode DI jedne fabrike poluprovodnika koristila je PFA grijače sa 30 mA GFCI. Tokom 2 godine, tri grijača su razvila male greške u zemlji (struja curenja 10–20 mA) koje nisu aktivirale GFCI od 30 mA. Operateri nisu primijetili nikakve alarme. Metalni joni (gvožđe, nikl) su isprani u DI vodu, povećavajući otpornost sa 18 MΩ·cm na 2 MΩ·cm i kontaminirajući seriju vafla. Fab je prešao na 5 mA GFCI. Sljedeće greške grijača su se odmah aktivirale na 5 mA, ograničavajući kontaminaciju na zanemarljive razine. Fabrika je također dodala IRM sa pragom alarma od 10 MΩ za ultra{16}}čiste petlje.
Zaključak: Koristite 5–10 mA GFCI za DI vodu
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), koristite praćenje otpora izolacije umjesto GFCI. Trošak 5 mA GFCI je minimalan u poređenju sa troškovima kontaminacije. Nemojte slati PFA grijač za DI vodene usluge s 30 mA GFCI. Navedite niže. Putujte rano, putujte često. Zaštitite kadu, zaštitite proizvod.
