Deionizirana (DI) voda ima vrlo nisku električnu vodljivost-obično 0,1–10 µS/cm, u usporedbi s 500–1000 µS/cm za vodu iz slavine. U situaciji kvara na zemlji gdje je PFA omotač probijen i grijaći element dođe u kontakt s DI vodom, struja curenja je puno niža nego u vodi iz slavine zbog velikog otpora DI vode. Standardni GFCI od 30 mA (prekidač strujnog kruga kvara na zemlji) možda se neće aktivirati jer struja curenja kroz DI vodu može biti samo 5–15 mA-nedovoljna za postizanje praga od 30 mA. Grijač nastavlja raditi s latentnom greškom, a metalna jezgra polako korodira tjednima ili mjesecima. Na kraju, produkti korozije mogu stvoriti vodljivi put ili se jezgra ne može otvoriti, ali odgoda omogućuje kontaminaciju kupke. Za DI vodene sustave, GFCI pragovi okidanja trebaju biti 5–10 mA, a ne 30 mA. Neke jurisdikcije dopuštaju 5 mA za zaštitu opreme u tekućinama visokog -otpora.
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 puta vode. Otpor R=ρ × L / A, gdje je ρ otpornost (Ω·cm), L je duljina puta (cm), A je površina poprečnog-presjeka (cm²). Za DI vodu s 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 bilo kojeg praga. Međutim, ako je izloženo područje veće (A=100 cm²) i put kraći (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 ne bi okinuo; GFCI od 5 mA bi se isključio unutar 200-300 ms.
Kako jezgra grijača korodira, metalni ioni (nikl, željezo, krom) otapaju se u DI vodi, povećavajući vodljivost. Mali kvar koji počinje od 12 mA može narasti do 30 mA tijekom 24–48 sati. Za to vrijeme grijač radi i dalje, a metalni ioni kontaminiraju DI vodu. U poluvodičkim ili farmaceutskim DI sustavima čak i ppb razine metalnih iona mogu uništiti proizvod. GFCI od 5 mA isključuje se kada je greška još uvijek mala, smanjujući kontaminaciju.
Usporedba GFCI praga za DI vodu
| Vrsta vode | Vodljivost (µS/cm) | Tipična struja curenja zbog male greške (mA) | 30 mA GFCI prekid? | 10 mA GFCI prekid? | 5 mA GFCI Trip? | Rizik neotkrivene greške |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Voda iz slavine | 500 | 50–200 | Da (odmah) | Da | Da | Niska |
| RO voda | 10–50 | 10–50 | Ponekad (marginalno) | Da (većina slučajeva) | Da | Umjereno |
| DI voda (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Rijetko (samo velike greške) | Ponekad | Yes (for faults >5 mA) | Visoko s 30 mA |
| Ultra{0}}čisti DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | Ne | Ne (greške<10 mA) | Ne (greške<5 mA) | Vrlo visok (GFCI se možda nikada neće isključiti) |
Posebna razmatranja za Ultra-Pure DI
U ultra-čistoj DI vodi (18 MΩ·cm, koristi se u tvornicama poluvodiča), struje curenja zbog kvarova grijača obično su ispod 1 mA. Ni 30 mA ni 5 mA GFCI neće se isključiti. Za takve sustave, grijač mora biti projektiran s višestrukim barijerama (npr. dvostruki PFA omotači) ili koristiti drugu metodu grijanja (npr.-linijski kvarcni grijač). Neki objekti koriste nadzor izolacijskog otpora (IRM) umjesto GFCI: sustav kontinuirano mjeri otpor između grijaćeg elementa i uzemljenja. Kada otpor padne ispod praga (npr. 10 MΩ za ultra-čisti DI), oglašava se alarm. IRM može otkriti kvarove koji nikada ne bi aktivirali GFCI jer je struja curenja preniska (0,5 mA pri 120 V kroz 240 kΩ? Pričekajte: I=120/10e6=0.012 mA). Zapravo, 10 MΩ daje 0,012 mA, što se može detektirati osjetljivim IRM-om, ali ne i GFCI-jem. Koriste se IRM pragovi od 1-10 MΩ.
Za većinu DI vodenih sustava (koji nisu -poluvodiči), otpor je 0,5–5 MΩ·cm, a GFCI od 5–10 mA su učinkoviti. Za poluvodičke ultra-čiste DI, koristite IRM (alarm na 1–10 MΩ) plus konstrukciju dvostruke-barijere.
Kodeks i jurisdikcija
NEC (NFPA 70) Članak 426 zahtijeva zaštitu od uzemljenja za fiksnu električnu opremu za grijanje. Za potopne grijače, maksimalni prag okidanja je 30 mA za zaštitu osoblja. Međutim, članak 427 dopušta niže pragove (samo 5 mA) za zaštitu opreme tamo gdje zaštita osoblja nije primarna briga (npr. grijači u dostupnim, ali ne-korisničkim-područjima). Za DI vodene sustave navedite "zaštitu opreme GFCI" s pragom okidanja od 5–10 mA. U nekim jurisdikcijama potreban je GFCI od 5 mA za bilo koji grijač u vodi s vodljivošću ispod 100 µS/cm. Provjerite lokalne kodove.
Za naknadnu ugradnju postojećih DI spremnika za vodu s 30 mA GFCI, zamijenite s 5 mA GFCI. Jedinice su međusobno zamjenjive (isti oblik) i koštaju 50-100 dolara, daleko manje od cijene jednog slučaja kontaminacije.
Primjer polja
DI vodena petlja za poliranje tvornice poluvodiča koristila je PFA grijače s 30 mA GFCI. Tijekom 2 godine, tri su grijača razvila male kvarove na zemlji (struja curenja 10–20 mA) koji nisu aktivirali GFCI od 30 mA. Operateri nisu primijetili nikakve alarme. Metalni ioni (željezo, nikal) isprani su u DI vodu, povećavajući otpornost s 18 MΩ·cm na 2 MΩ·cm i kontaminirajući seriju pločica. Tvornica je prešla na 5 mA GFCI. Naknadni kvarovi grijača aktivirali su se odmah na 5 mA, ograničavajući kontaminaciju na zanemarive razine. Tvornica je također dodala IRM s pragom alarma od 10 MΩ za ultra-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 nadzor izolacijskog otpora umjesto GFCI. Trošak GFCI od 5 mA je minimalan u usporedbi s troškom kontaminacije. Nemojte slati PFA grijač za DI vodu s 30 mA GFCI. Navedite niže. Putovanje rano, putovanje često. Zaštitite kupku, zaštitite proizvod.
