Dejonizētam (DI) ūdenim ir ļoti zema elektriskā vadītspēja -parasti 0,1–10 µS/cm, salīdzinot ar 500–1000 µS/cm krāna ūdenim. Zemes defekta situācijā, kad tiek pārrauts PFA apvalks un sildelements saskaras ar DI ūdeni, noplūdes strāva ir daudz mazāka nekā krāna ūdenī, jo DI ūdens ir ļoti pretestisks. Standarta 30 mA GFCI (zemes defekta ķēdes pārtraucējs) var neatslēgties, jo noplūdes strāva caur DI ūdeni var būt tikai 5–15 mA{11}}nepietiekama, lai sasniegtu 30 mA slieksni. Sildītājs turpina darboties ar latentu defektu, un metāla serdeņa korozija lēnām notiek nedēļu vai mēnešu laikā. Galu galā korozijas produkti var radīt vadošu ceļu, vai arī serde var neizdoties atvērties, bet aizkave ļauj piesārņot vannu. DI ūdens sistēmām GFCI atvienošanas sliekšņiem jābūt 5–10 mA, nevis 30 mA. Dažās jurisdikcijās ir atļauts 5 mA iekārtu aizsardzībai augstas -pretestības šķidrumos.
Vadītspēja un noplūdes strāva DI ūdenī
Noplūdes strāva no atklāta sildelementa (120 VAC) uz zemi caur DI ūdeni ir I=V / R, kur R ir ūdens ceļa pretestība. Pretestība R=ρ × L / A, kur ρ ir pretestība (Ω·cm), L ir ceļa garums (cm), A ir šķērsgriezuma laukums (cm²). DI ūdenim ar 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. Noplūdes strāva I=120 / 10 000,000=0.012 mA-daudz zem jebkura sliekšņa. Tomēr, ja eksponētais laukums ir lielāks (A=100 cm²) un ceļš ir īsāks (L=1 cm), R=1,000 000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Tas ir virs 5 mA, bet zem 30 mA. 30 mA GFCI neizslēdzas; 5 mA GFCI atslēgtos 200–300 ms laikā.
Sildītāja kodolam korodējot, metālu joni (niķelis, dzelzs, hroms) izšķīst DI ūdenī, palielinot vadītspēju. Neliela kļūme, kas sākas ar 12 mA, var pieaugt līdz 30 mA 24–48 stundu laikā. Šajā laikā sildītājs turpina darboties, un metālu joni piesārņo DI ūdeni. Pusvadītāju vai farmaceitiskās DI sistēmās pat ppb metālu jonu līmenis var sabojāt produktu. 5 mA GFCI atslēdzas, ja bojājums joprojām ir mazs, tādējādi samazinot piesārņojumu.
GFCI ceļojuma sliekšņa salīdzinājums DI ūdenim
| Ūdens tips | Vadītspēja (µS/cm) | Tipiska noplūdes strāva no neliela bojājuma (mA) | 30 mA GFCI ceļojums? | 10 mA GFCI ceļojums? | 5 mA GFCI ceļojums? | Neatklātas kļūmes risks |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Krāna ūdens | 500 | 50–200 | Jā (tūlīt) | Jā | Jā | Zems |
| RO ūdens | 10–50 | 10–50 | Dažkārt (neliels) | Jā (lielākajā daļā gadījumu) | Jā | Mērens |
| DI ūdens (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Reti (tikai lieli defekti) | Dažkārt | Yes (for faults >5 mA) | Augsts ar 30 mA |
| Īpaši-tīrs DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | Nē | Nē (kļūdas<10 mA) | Nē (kļūdas<5 mA) | Ļoti augsts (GFCI, iespējams, nekad neizslēgsies) |
Īpaši apsvērumi par Ultra{0}}Pure DI
Ultra-tīrā DI ūdenī (18 MΩ·cm, izmanto pusvadītāju konstrukcijās) noplūdes strāvas no sildītāja defektiem parasti ir mazākas par 1 mA. Neizslēdzas ne 30 mA, ne 5 mA GFCI. Šādām sistēmām sildītājam jābūt konstruētam ar vairākiem šķēršļiem (piemēram, dubultiem PFA apvalkiem) vai jāizmanto cita sildīšanas metode (piem., līnijas kvarca sildītājs). Dažās iekārtās GFCI vietā tiek izmantota izolācijas pretestības uzraudzība (IRM): sistēma nepārtraukti mēra pretestību starp sildelementu un zemi. Kad pretestība nokrītas zem sliekšņa (piem., 10 MΩ ultra-tīram DI), atskan trauksmes signāls. IRM var noteikt kļūdas, kas nekad neizslēgtu GFCI, jo noplūdes strāva ir pārāk zema (0,5 mA pie 120 V līdz 240 kΩ? Uzgaidiet: I=120/10e6=0.012 mA). Faktiski 10 MΩ dod 0,012 mA, ko var noteikt ar jutīgu IRM, bet ne ar GFCI. Tiek izmantoti IRM sliekšņi 1–10 MΩ.
Lielākajai daļai DI ūdens sistēmu (nav{0}}pusvadītāju) pretestība ir 0,5–5 MΩ·cm, un 5–10 mA GFCI ir efektīvas. Pusvadītāju ultra-tīram DI izmantojiet IRM (trauksme pie 1–10 MΩ) un dubultās-barjeras konstrukcijas.
Kodekss un jurisdikcijas apsvērumi
NEC (NFPA 70) 426. pantā noteikta aizsardzība pret zemējuma defektiem stacionārām elektriskās apkures iekārtām. Iegremdējamiem sildītājiem maksimālais atvienošanas slieksnis ir 30 mA personāla aizsardzībai. Tomēr 427. pantā ir atļauti zemāki sliekšņi (līdz 5 mA) iekārtu aizsardzībai, ja personāla aizsardzība nav galvenā problēma (piemēram, sildītāji pieejamās, bet -lietotāju-kontakta zonās). DI ūdens sistēmām norādiet "iekārtas aizsardzības GFCI" ar 5–10 mA atvienošanas slieksni. Dažās jurisdikcijās jebkuram sildītājam ūdenī, kura vadītspēja ir mazāka par 100 µS/cm, ir nepieciešams 5 mA GFCI. Pārbaudiet vietējos kodus.
Lai modernizētu esošās DI ūdens tvertnes ar 30 mA GFCI, nomainiet ar 5 mA GFCI. Vienības ir savstarpēji aizvietojamas (tāds pats formas faktors) un maksā 50–100 USD, kas ir daudz mazāk nekā viena piesārņojuma notikuma izmaksas.
Lauka piemērs
Pusvadītāju ražotnes DI ūdens pulēšanas cilpa izmantoja PFA sildītājus ar 30 mA GFCI. 2 gadu laikā trīs sildītājiem radās nelieli zemējuma defekti (noplūdes strāva 10–20 mA), kas neizslēdza 30 mA GFCI. Operatori nav pamanījuši trauksmes signālus. Metāla joni (dzelzs, niķelis) izskalojās DI ūdenī, palielinot pretestību no 18 MΩ·cm līdz 2 MΩ·cm un piesārņojot vafeļu partiju. Fab pārslēdzās uz 5 mA GFCI. Sekojošie sildītāja defekti nekavējoties nostrādāja pie 5 mA, ierobežojot piesārņojumu līdz nenozīmīgam līmenim. Fab arī pievienoja IRM ar 10 MΩ trauksmes slieksni īpaši-tīrām cilpām.
Secinājums: izmantojiet 5–10 mA GFCI DI ūdenim
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), izmantojiet izolācijas pretestības uzraudzību, nevis GFCI. 5 mA GFCI izmaksas ir minimālas, salīdzinot ar piesārņojuma izmaksām. Nenosūtīt PFA sildītāju DI ūdens apkalpošanai ar 30 mA GFCI. Norādiet zemāku. Brauciet agri, brauciet bieži. Aizsargājiet vannu, aizsargājiet produktu.
