Деіонізована (DI) вода має дуже низьку електропровідність-зазвичай 0,1–10 мкСм/см порівняно з 500–1000 мкСм/см для водопровідної води. У ситуації замикання на землю, коли пошкоджена оболонка PFA і нагрівальний елемент контактує з деконсервованою водою, струм витоку набагато нижчий, ніж у водопровідній воді, через високий питомий опір деконсервованої води. Стандартний GFCI на 30 мА (переривник замикання на землю) може не спрацьовувати, оскільки струм витоку через DI воду може бути лише 5–15 мА-недостатнім для досягнення порогового значення 30 мА. Нагрівач продовжує працювати з прихованою несправністю, а металевий сердечник повільно кородує протягом тижнів або місяців. Згодом продукти корозії можуть створити провідний шлях, або сердечник може не відкритися, але затримка може призвести до забруднення ванни. Для систем водопостачання DI порогові значення спрацьовування GFCI мають становити 5–10 мА, а не 30 мА. У деяких юрисдикціях допускається 5 мА для захисту обладнання в рідинах із високим-питомим опором.

Провідність і струм витоку в DI воді

Струм витоку від відкритого нагрівального елемента (120 В змінного струму) до землі через DI-воду дорівнює I=В / R, де R – опір шляху води. Опір R=ρ × L / A, де ρ – питомий опір (Ом · см), L – довжина шляху (см), A – площа поперечного -перерізу (см²). Для DI води з ρ=1 MΩ·см (1 000 000 Ω·см), L=10 см, A=1 см², R=1,000,000 × 10 / 1=10,000,000 Ω. Струм витоку I=120 / 10 000,000=0.012 мА-значно нижче будь-якого порогу. Однак якщо площа опромінення більша (A=100 см²), а шлях коротший (L=1 см), R=1,000 000 × 1 / 100=10,000 Ом, I=120 / 10,000=12 мА. Це вище 5 мА, але нижче 30 мА. GFCI 30 мА не спрацює; GFCI 5 мА спрацьовує протягом 200–300 мс.

У міру корозії серцевини нагрівача іони металу (нікелю, заліза, хрому) розчиняються у DI воді, збільшуючи провідність. Невелика помилка, яка починається з 12 мА, може зрости до 30 мА протягом 24–48 годин. Протягом цього часу нагрівач продовжує працювати, і іони металу забруднюють DI воду. У напівпровідникових або фармацевтичних системах DI навіть частки на мільярд іонів металу можуть зіпсувати продукт. GFCI 5 мА спрацьовує, коли несправність все ще незначна, зводячи до мінімуму забруднення.

Порівняння порогових значень GFCI для DI води

Особливі зауваження щодо Ultra-Pure DI

У ультра-воді деонтализованої концентрації (18 МОм·см, яка використовується у напівпровідникових фабриках) струми витоку через несправності нагрівача зазвичай нижчі за 1 мА. Ні GFCI 30 мА, ні 5 мА не спрацьовують. Для таких систем обігрівач має бути розроблений із кількома бар’єрами (наприклад, подвійними оболонками з PFA) або використовувати інший метод нагрівання (наприклад,-лінійний кварцовий нагрівач). Деякі установи використовують моніторинг опору ізоляції (IRM) замість GFCI: система постійно вимірює опір між нагрівальним елементом і землею. Коли опір падає нижче порогового значення (наприклад, 10 МОм для ультра-чистого DI), лунає сигнал тривоги. IRM може виявляти несправності, які ніколи не вимкнуть GFCI, оскільки струм витоку замалий (0,5 мА при 120 В через 240 кОм? Зачекайте: I=120/10e6=0.012 мА). Насправді 10 МОм дає 0,012 мА, що виявляється чутливим IRM, але не GFCI. Використовуються порогові значення IRM 1–10 МОм.

Для більшості водяних систем DI (не-напівпровідників) питомий опір становить 0,5–5 МОм·см, а GFCI 5–10 мА є ефективними. Для напівпровідникового ультра-чистого DI використовуйте IRM (сигналізація на 1–10 МОм) і подвійну -бар’єрну конструкцію.

Кодекс і юрисдикційні міркування

Стаття 426 NEC (NFPA 70) вимагає захисту від замикань на землю для стаціонарного електронагрівального обладнання. Для занурювальних нагрівачів максимальний поріг спрацьовування становить 30 мА для захисту персоналу. Однак стаття 427 дозволяє нижчі порогові значення (до 5 мА) для захисту обладнання, де захист персоналу не є головною проблемою (наприклад, обігрівачі в доступних, але не-контактних-зонах). Для систем водопостачання DI вкажіть «захист обладнання GFCI» з порогом спрацьовування 5–10 мА. У деяких юрисдикціях GFCI 5 мА вимагається для будь-якого нагрівача у воді з провідністю нижче 100 мкСм/см. Перевірте місцеві коди.

Для модернізації існуючих резервуарів для води DI з GFCI 30 мА замініть на GFCI 5 мА. Блоки є взаємозамінними (однаковий форм-фактор) і коштують 50–100 доларів США, що набагато менше, ніж вартість одного випадку зараження.

Приклад поля

Петля водяного полірування DI виробника напівпровідників використовувала нагрівачі PFA з GFCI 30 мА. Протягом 2 років у трьох нагрівачів виникли невеликі замикання на землю (струм витоку 10–20 мА), які не призвели до відключення GFCI 30 мА. Оператори не помітили сигналізації. Іони металів (заліза, нікелю) вимивалися в DI воду, підвищуючи питомий опір з 18 МОм·см до 2 МОм·см і забруднюючи партію пластин. Фабрика перейшла на 5 мА GFCI. Наступні несправності нагрівача спрацьовували негайно при 5 мА, обмежуючи забруднення до незначного рівня. Виробник також додав IRM із порогом тривоги 10 МОм для ультра-чистих циклів.

Висновок: використовуйте 5–10 мА GFCI для DI води

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 МОм·см), використовуйте моніторинг опору ізоляції замість GFCI. Вартість GFCI 5 мА є мінімальною порівняно з вартістю забруднення. Не відправляйте нагрівач PFA для водопостачання DI з GFCI 30 мА. Вкажіть нижче. Поїздка рано, поїздка часто. Захистіть ванну, захистіть виріб.