Το απιονισμένο νερό (DI) έχει πολύ χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα-συνήθως 0,1–10 μS/cm, σε σύγκριση με 500–1.000 μS/cm για το νερό της βρύσης. Σε μια κατάσταση σφάλματος γείωσης όπου η θήκη PFA έχει παραβιαστεί και το στοιχείο θέρμανσης έρχεται σε επαφή με νερό DI, το ρεύμα διαρροής είναι πολύ χαμηλότερο από το νερό της βρύσης λόγω της υψηλής ειδικής αντίστασης του νερού DI. Ένας τυπικός διακόπτης κυκλώματος σφάλματος γείωσης 30 mA GFCI ενδέχεται να μην διακόπτεται επειδή το ρεύμα διαρροής μέσω του νερού DI μπορεί να είναι μόνο 5–15 mA{11}}ανεπαρκές για να φτάσει το όριο των 30 mA. Ο θερμαντήρας συνεχίζει να λειτουργεί με ένα λανθάνον σφάλμα και ο μεταλλικός πυρήνας διαβρώνεται αργά για εβδομάδες ή μήνες. Τελικά, τα προϊόντα διάβρωσης μπορεί να δημιουργήσουν μια αγώγιμη διαδρομή ή ο πυρήνας να μην ανοίξει, αλλά η καθυστέρηση επιτρέπει τη μόλυνση του λουτρού. Για συστήματα νερού DI, τα κατώφλια διακοπής GFCI πρέπει να είναι 5–10 mA, όχι 30 mA. Ορισμένες δικαιοδοσίες επιτρέπουν 5 mA για προστασία εξοπλισμού σε υγρά υψηλής{21} ειδικής αντίστασης.

Ρεύμα αγωγιμότητας και διαρροής στο νερό DI

Το ρεύμα διαρροής από ένα εκτεθειμένο στοιχείο θέρμανσης (120 VAC) στη γείωση μέσω του νερού DI είναι I=V / R, όπου R είναι η αντίσταση της διαδρομής του νερού. Αντίσταση R=ρ × L / A, όπου ρ είναι ειδική αντίσταση (Ω·cm), L είναι μήκος διαδρομής (cm), A είναι-εμβαδόν διατομής (cm²). Για νερό DI με 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. Ρεύμα διαρροής I=120 / 10.000,000=0.012 mA-πολύ κάτω από οποιοδήποτε όριο. Ωστόσο, εάν η εκτεθειμένη περιοχή είναι μεγαλύτερη (A=100 cm²) και η διαδρομή μικρότερη (L=1 cm), R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Αυτό είναι πάνω από 5 mA αλλά κάτω από 30 mA. Ένα GFCI 30 mA δεν θα σκοντάψει. ένα GFCI 5 mA θα σκάπιζε μέσα σε 200–300 ms.

Καθώς ο πυρήνας του θερμαντήρα διαβρώνεται, τα μεταλλικά ιόντα (νικέλιο, σίδηρος, χρώμιο) διαλύονται στο νερό DI, αυξάνοντας την αγωγιμότητα. Ένα μικρό σφάλμα που ξεκινά από τα 12 mA μπορεί να αυξηθεί στα 30 mA μέσα σε 24–48 ώρες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο θερμαντήρας συνεχίζει να λειτουργεί και τα μεταλλικά ιόντα μολύνουν το νερό DI. Σε συστήματα ημιαγωγών ή φαρμακευτικών DI, ακόμη και τα επίπεδα ppb μεταλλικών ιόντων μπορεί να καταστρέψουν το προϊόν. Ένα GFCI 5 mA ενεργοποιείται όταν το σφάλμα είναι ακόμα μικρό, ελαχιστοποιώντας τη μόλυνση.

Σύγκριση κατωφλίου ταξιδιού GFCI για DI Water

Ειδικές εκτιμήσεις για το Ultra-Pure DI

Σε εξαιρετικά-καθαρό νερό DI (18 MΩ·cm, που χρησιμοποιείται σε εργοστάσια ημιαγωγών), τα ρεύματα διαρροής από σφάλματα θερμαντήρα είναι συνήθως κάτω από 1 mA. Ούτε τα GFCI 30 mA ούτε 5 mA θα απενεργοποιηθούν. Για τέτοια συστήματα, ο θερμαντήρας πρέπει να έχει σχεδιαστεί με πολλαπλά φράγματα (π.χ. διπλά περιβλήματα PFA) ή να χρησιμοποιεί διαφορετική μέθοδο θέρμανσης (π.χ., σε{11}}καλοριφέρ από χαλαζία γραμμής). Ορισμένες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν παρακολούθηση αντίστασης μόνωσης (IRM) αντί για GFCI: το σύστημα μετρά συνεχώς την αντίσταση μεταξύ του θερμαντικού στοιχείου και της γείωσης. Όταν η αντίσταση πέσει κάτω από ένα όριο (π.χ. 10 MΩ για υπερ-καθαρό DI), ηχεί ένας συναγερμός. Το IRM μπορεί να ανιχνεύσει σφάλματα που δεν θα μπορούσαν ποτέ να ενεργοποιήσουν ένα GFCI επειδή το ρεύμα διαρροής είναι πολύ χαμηλό (0,5 mA στα 120 V έως 240 kΩ; Περιμένετε: I=120/10e6=0.012 mA). Στην πραγματικότητα, τα 10 MΩ δίνουν 0,012 mA, το οποίο είναι ανιχνεύσιμο από ευαίσθητο IRM αλλά όχι από GFCI. Χρησιμοποιούνται κατώφλια IRM 1–10 MΩ.

Για τα περισσότερα συστήματα νερού DI (μη-ημιαγωγών), η ειδική αντίσταση είναι 0,5–5 MΩ·cm και τα GFCI 5–10 mA είναι αποτελεσματικά. Για υπερ-καθαρό DI ημιαγωγών, χρησιμοποιήστε IRM (συναγερμός στα 1–10 MΩ) συν διπλή-κατασκευή φραγμού.

Κώδικας και θεωρήσεις δικαιοδοσίας

NEC (NFPA 70) Το άρθρο 426 απαιτεί προστασία γείωσης για σταθερό ηλεκτρικό εξοπλισμό θέρμανσης. Για τις υποβρύχιες θερμάστρες, το μέγιστο όριο απενεργοποίησης είναι 30 mA για προστασία του προσωπικού. Ωστόσο, το άρθρο 427 επιτρέπει χαμηλότερα κατώφλια (μέχρι και 5 mA) για την προστασία εξοπλισμού όπου η προστασία του προσωπικού δεν είναι το πρωταρχικό μέλημα (π.χ. θερμαντήρες σε προσβάσιμες αλλά μη-περιοχές επαφής με το χρήστη). Για συστήματα νερού DI, καθορίστε την "προστασία εξοπλισμού GFCI" με όριο διακοπής 5–10 mA. Σε ορισμένες δικαιοδοσίες, απαιτείται GFCI 5 mA για κάθε θερμαντήρα σε νερό με αγωγιμότητα κάτω από 100 µS/cm. Ελέγξτε τους τοπικούς κωδικούς.

Για τον εκ των υστέρων τοποθέτηση υφιστάμενων δεξαμενών νερού DI με GFCI 30 mA, αντικαταστήστε με GFCI 5 mA. Οι μονάδες είναι εναλλάξιμες (ίδια μορφή) και κοστίζουν 50–100 $, πολύ λιγότερο από το κόστος ενός μεμονωμένου συμβάντος μόλυνσης.

Παράδειγμα πεδίου

Ο βρόχος στίλβωσης νερού DI της fab ημιαγωγών χρησιμοποιούσε θερμαντήρες PFA με GFCI 30 mA. Σε διάστημα 2 ετών, τρεις θερμαντήρες ανέπτυξαν μικρές βλάβες γείωσης (ρεύμα διαρροής 10–20 mA) που δεν έσβησαν τα GFCI των 30 mA. Οι χειριστές δεν παρατήρησαν συναγερμούς. Μεταλλικά ιόντα (σίδηρος, νικέλιο) εκπλύθηκαν στο νερό DI, αυξάνοντας την ειδική αντίσταση από 18 MΩ·cm σε 2 MΩ·cm και μολύνοντας μια παρτίδα γκοφρέτες. Το fab άλλαξε σε GFCI 5 mA. Τα επόμενα σφάλματα του θερμαντήρα ενεργοποιήθηκαν αμέσως στα 5 mA, περιορίζοντας τη μόλυνση σε αμελητέα επίπεδα. Το fab πρόσθεσε επίσης IRM με όριο συναγερμού 10 MΩ για εξαιρετικά{16}}καθαρούς βρόχους.

Συμπέρασμα: Χρησιμοποιήστε 5–10 mA GFCI για DI Water

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), χρησιμοποιήστε παρακολούθηση αντίστασης μόνωσης αντί για GFCI. Το κόστος ενός GFCI 5 mA είναι ελάχιστο σε σύγκριση με το κόστος μόλυνσης. Μην αποστέλλετε θερμαντήρα PFA για υπηρεσία νερού DI με GFCI 30 mA. Προσδιορίστε χαμηλότερα. Ταξιδέψτε νωρίς, ταξιδεύετε συχνά. Προστατέψτε το μπάνιο, προστατέψτε το προϊόν.