Apa deionizată (DI) are o conductivitate electrică foarte scăzută-de obicei, 0,1–10 µS/cm, comparativ cu 500–1.000 µS/cm pentru apa de la robinet. Într-o situație de defecțiune la pământ în care mantaua PFA este spartă și elementul de încălzire contactează apa DI, curentul de scurgere este mult mai mic decât în ​​apa de la robinet datorită rezistivității ridicate a apei DI. Este posibil ca un GFCI standard de 30 mA (întrerupător de circuit de eroare la pământ) să nu se declanșeze, deoarece curentul de scurgere prin apa DI poate fi insuficient de numai 5–15 mA-pentru a atinge pragul de 30 mA. Încălzitorul continuă să funcționeze cu o defecțiune latentă, iar miezul metalic se corodează lent în săptămâni sau luni. În cele din urmă, produsele de coroziune pot crea o cale conductivă sau miezul se poate deschide, dar întârzierea permite contaminarea băii. Pentru sistemele de apă DI, pragurile de declanșare GFCI ar trebui să fie 5-10 mA, nu 30 mA. Unele jurisdicții permit 5 mA pentru protecția echipamentului în fluide cu rezistivitate ridicată.

Conductivitate și curent de scurgere în apa DI

Curentul de scurgere de la un element de încălzire expus (120 VAC) la pământ prin apă DI este I=V / R, unde R este rezistența căii apei. Rezistența R=ρ × L / A, unde ρ este rezistivitatea (Ω·cm), L este lungimea traseului (cm), A este -aria secțiunii transversale (cm²). Pentru apă DI cu 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. Curent de scurgere I=120 / 10.000,000=0.012 mA{-mult sub orice prag. Totuși, dacă aria expusă este mai mare (A=100 cm²) și calea mai scurtă (L=1 cm), R=1,000.000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Aceasta este peste 5 mA, dar sub 30 mA. Un GFCI de 30 mA nu s-ar declanșa; un GFCI de 5 mA s-ar declanșa în 200–300 ms.

Pe măsură ce miezul încălzitorului corodează, ionii metalici (nichel, fier, crom) se dizolvă în apa DI, crescând conductivitatea. O defecțiune mică care începe de la 12 mA poate crește la 30 mA în 24-48 de ore. În acest timp, încălzitorul continuă să funcționeze, iar ionii metalici contaminează apa DI. În sistemele DI semiconductoare sau farmaceutice, chiar și nivelurile ppb de ioni metalici pot distruge produsul. Un GFCI de 5 mA se declanșează atunci când defecțiunea este încă mică, minimizând contaminarea.

Comparația pragului de declanșare GFCI pentru apă DI

Considerații speciale pentru Ultra-Pure DI

În apa DI ultra-pură (18 MΩ·cm, utilizată în fabricile de semiconductori), curenții de scurgere din defecțiunile încălzitorului sunt de obicei sub 1 mA. Nici GFCI de 30 mA, nici 5 mA nu se vor declanșa. Pentru astfel de sisteme, încălzitorul trebuie să fie proiectat cu bariere multiple (de exemplu, mantale duble PFA) sau să folosească o metodă de încălzire diferită (de exemplu, încălzitor cu cuarț în-linie). Unele instalații folosesc monitorizarea rezistenței de izolație (IRM) în loc de GFCI: sistemul măsoară continuu rezistența dintre elementul de încălzire și pământ. Când rezistența scade sub un prag (de exemplu, 10 MΩ pentru DI ultra-), se aude o alarmă. IRM poate detecta defecțiuni care nu ar declanșa niciodată un GFCI, deoarece curentul de scurgere este prea scăzut (0,5 mA la 120 V la 240 kΩ? Așteptați: I=120/10e6=0.012 mA). De fapt, 10 MΩ dă 0,012 mA, care este detectabil de IRM sensibil, dar nu de GFCI. Sunt utilizate praguri IRM de 1–10 MΩ.

Pentru majoritatea sistemelor de apă DI (ne-semiconductor), rezistivitatea este de 0,5–5 MΩ·cm și 5–10 mA GFCI sunt eficiente. Pentru DI ultra-pură cu semiconductor, utilizați IRM (alarma la 1–10 MΩ) plus construcția cu dublă-barieră.

Cod și considerații jurisdicționale

NEC (NFPA 70) Articolul 426 impune protecția împotriva defecțiunii la pământ pentru echipamentele electrice fixe de încălzire. Pentru încălzitoarele submersibile, pragul maxim de declanșare este de 30 mA pentru protecția personalului. Cu toate acestea, articolul 427 permite praguri mai mici (până la 5 mA) pentru protecția echipamentelor în cazul în care protecția personalului nu este preocuparea principală (de exemplu, încălzitoare în zone accesibile, dar fără-utilizator-contact). Pentru sistemele de apă DI, specificați „GFCI de protecție a echipamentelor” cu prag de declanșare de 5–10 mA. În unele jurisdicții, este necesar un GFCI de 5 mA pentru orice încălzitor în apă cu conductivitate sub 100 µS/cm. Verificați codurile locale.

Pentru montarea ulterioară a rezervoarelor de apă DI existente cu GFCI de 30 mA, înlocuiți cu GFCI de 5 mA. Unitățile sunt interschimbabile (același factor de formă) și costă 50-100 USD, mult mai puțin decât costul unui singur eveniment de contaminare.

Exemplu de câmp

Bucla de lustruire cu apă DI a unei fabrici de semiconductori a folosit încălzitoare PFA cu GFCI de 30 mA. Pe parcursul a 2 ani, trei încălzitoare au dezvoltat mici defecte la pământ (curent de scurgere 10–20 mA) care nu au declanșat GFCI de 30 mA. Operatorii nu au observat alarme. Ionii metalici (fier, nichel) s-au scurs în apa DI, sporind rezistivitatea de la 18 MΩ·cm la 2 MΩ·cm și contaminând un lot de napolitane. Fabrica a trecut la GFCI de 5 mA. Defecțiunile ulterioare ale încălzitorului au declanșat imediat la 5 mA, limitând contaminarea la niveluri neglijabile. Fabrica a adăugat și IRM cu un prag de alarmă de 10 MΩ pentru bucle ultra-pure.

Concluzie: Utilizați 5–10 mA GFCI pentru apă DI

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), utilizați monitorizarea rezistenței de izolație în loc de GFCI. Costul unui GFCI de 5 mA este minim în comparație cu costul contaminării. Nu expediați un încălzitor PFA pentru serviciul de apă DI cu un GFCI de 30 mA. Specificați mai jos. Călătoriți devreme, călătoriți des. Protejați baia, protejați produsul.