Maavian havaitseminen PFA-lämmittimissä saavutetaan perinteisesti valvomalla vuotovirtaa lämmityselementistä prosessinesteeseen. Kun PFA-suojus halkeilee tai läpäisee, neste koskettaa metalliydintä luoden johtavan reitin. Kuitenkin, kun tämä tapahtuu, lämmitin on jo kärsinyt merkittävistä vaurioista. PFA-lämmitin, jonka ulkokerrokseen (kahden PFA-kerroksen väliin) on upotettu metalliverkko, mahdollistaa aikaisemman vian havaitsemisen ilman, että paljas metalli altistuu syövyttävälle prosessille. Verkko-yleensä ruostumatonta terästä tai nikkeliä-on kytketty maasulkuvalvontaan. Jos ulompi PFA-kerros rikkoutuu (hankauksen, kemiallisen vaikutuksen tai halkeilun vuoksi), prosessineste koskettaa upotettua verkkoa, täydentää piirin maahan ja laukaisee hälytyksen tai sammutuksen. Sisäinen PFA-kerros pysyy ehjänä, mikä estää metallisydämen altistumisen ja kylvyn saastumisen. Tämä malli mahdollistaa vaipan vaurioiden havaitsemisen, kun ensisijainen este (sisäinen PFA) on edelleen täysin toimiva. Se toimii luotettavasti mekaanisten vaurioiden, hankauksen ja kemiallisen hyökkäyksen havaitsemiseen, mutta ei havaitse läpäisyä (molekyylidiffuusio koskemattoman PFA:n kautta).
Rakenne- ja havaitsemisperiaate
Lämmittimen rakenteessa käytetään kolmea kerrosta: metalliytimen päällä sisempi PFA (1,0–1,5 mm), johtava verkko (0,1–0,3 mm paksu, 50–80 % avoin alue) ja ulompi PFA (0,3–0,5 mm) verkon päällä. Verkko on kytketty maasulkuvalvontaan (tai tavalliseen GFCI:hen, jonka kynnysarvo on 1–5 mA). Normaalin toiminnan aikana ulompi PFA eristää verkon prosessinesteestä. Verkko kelluu maapotentiaalissa (tai vertailujännitteessä). Jos ulompi kerros rikkoutuu-naarmulla, kuluminen-läpi tai halkeilee-johtava neste koskettaa verkkoa. Vuotovirta (tyypillisesti 0,5–5 mA) virtaa lämmityselementistä (120–480 VAC) sisäisen PFA:n (kapasitiivinen kytkentä tai vika) kautta verkon kautta maahan. Monitori havaitsee tämän virran ja{23}}katkaisee lämmittimen virran tai laukaisee hälytyksen. Sisäinen PFA-kerros on edelleen ehjä, joten prosessineste ei kosketa metalliytimettä. Lämmitin voidaan vaihtaa ennen katastrofaalista vikaa tai kylvyn saastumista.
Verkko on suunniteltava siten, että vältetään kapasitiivisen kytkentäpolun muodostuminen, joka aiheuttaa vääriä laukaisuja. Ruostumattomalla teräsverkolla (50 % peitto) varustetussa 1 m²:n lämmittimessä lämmityselementin ja verkon välinen kapasitanssi on noin 50–200 pF. 60 Hz:llä kapasitiivinen vuotovirta on 0,5–2 μA-paljon alle tyypillisten laukaisukynnysten (1–5 mA). Kapasitiivisesta kytkennästä johtuvat väärät laukaisut eivät ole ongelma. Verkon on kuitenkin oltava sähköisesti eristetty metalliytimestä; mikä tahansa suora kosketus aiheuttaa pysyvän maasulun. Valmistuksen aikana sisemmän PFA-kerroksen on oltava reikävapaa ja verkko on levitettävä lävistmättä sisäkerrosta.
Havaitsemistehokkuus vikatilan perusteella
| Vikatila | Ulkoinen PFA rikottu? | Sisäinen PFA rikottu? | Mesh-tunnistus mahdollista? | Aikaetu perinteiseen GFCI:hen verrattuna |
|---|---|---|---|---|
| Hankaus (ulkokerros kulunut läpi) | Kyllä | Ei | Kyllä | Kuukaudesta vuosiin |
| Naarmu työkalusta tai roskista | Kyllä | Ei | Kyllä | Kuukaudesta vuosiin |
| Kemiallinen hyökkäys (pinnan hajoaminen) | Kyllä (ajan jälkeen) | Ei (alkuvaiheessa) | Kyllä | Viikoista kuukausiin |
| Lämpösäröily (pyöräilystä) | Kyllä (halkeama leviää ulkopinnan läpi) | Ei vielä | Kyllä | Viikoista kuukausiin |
| Iskuvaurio (lommo) | Ehkä | Ei | Kyllä (jos ulkopuoli on rikottu) | Kuukausia |
| Permeaatio (molekyylidiffuusio) | Ei (ehjä) | Ei | Ei (ei nestekontaktia) | Ei mitään (sama kuin vakio) |
| Neulanreikä molempien kerrosten läpi (valmistusvirhe) | Kyllä | Kyllä | Kyllä (mutta ydin paljastettu) | Ei mitään (perinteiset GFCI-matkat samaan aikaan) |
| Sisäkerroksen halkeama (ulkopuoli ehjä) | Ei | Kyllä | Ei (neste saavuttaa ytimen, ei verkkoa) | Ei mitään (perinteinen GFCI havaitsee ydinaltistuksen) |
Kentän suorituskyky ja rajoitukset
Verkko{0}}upotettujen PFA-lämmittimien kenttäkokeet hankaavassa lietekäytössä (silikahiekka, 2 m/s, 80 astetta) kahden vuoden aikana osoittivat seuraavaa: 50 lämmittimestä 12 koki ulkokerroksen rikkoutumisen kokeilun aikana (vahvistettu eristysvastuksen lasku verkon ja maan välillä). Kaikissa 12 tapauksessa sisäinen PFA-kerros pysyi ehjänä. Verkkotunnistin laukaisi hälytyksen 1–2 tunnin sisällä ulkokerroksen rikkoutumisesta verrattuna perinteiseen GFCI:hen (joka tarkkailee ytimen vuotoa), joka ei olisi lauennut, koska ydin oli edelleen eristetty. Keskimääräinen jäljellä oleva sisäinen PFA-paksuus hälytyksen aikaan oli 1,1–1,4 mm (alkaen 1,5 mm){15}}paljon estettä jäljellä. Ilman verkkoa nämä lämmittimet olisivat jatkaneet toimintaansa sisäkerroksen rikkoutumiseen saakka (arviolta 3–9 kuukautta myöhemmin), jolloin kylpy saastuu. Verkko antoi 3–9 kuukauden ennakkovaroituksen.
Kemianhuollossa (30 % HCl, 90 astetta) viidellä lämmittimellä ilmeni ulkokerroksen halkeilua lämpökierron seurauksena. Verkko havaitsi kaikki viisi 1–2 jaksossa halkeaman alkamisen jälkeen. Perinteinen GFCI olisi lauennut vasta, kun halkeama on levinnyt sisäkerroksen läpi (20–50 jaksoa myöhemmin). Verkko tarjosi jälleen arvokasta varhaisvaroitusta. Verkko ei havainnut läpäisyhäiriöitä (hapon molekyylidiffuusio koskemattoman PFA:n läpi) odotetusti. Sovelluksissa, joissa läpäisy on hallitseva vikatila (esim. tiivistetty HF korkeassa lämpötilassa), verkko ei tarjoa etua.
Asennus ja valvonta
Verkko vaatii erillisen sähköliitännän-kolmannen johdon lämmittimen kaapelissa (linjan, nolla- ja ydinmaadoituksen lisäksi). Monitori voi olla tavallinen GFCI (asetettu 5 mA:iin) tai eristysmonitori (asetettu 0,5–1 mA:iin aikaisintaan havaitsemiseksi). Verkkomaadoituksen on oltava erillinen ytimen maadosta sekaannusten välttämiseksi. Vakiokäytäntö: yhdistä verkko näyttöön; kytke näyttö järjestelmän maahan. Vanhojen lämmittimien jälkiasennuksessa verkko{8}}upotetut lämmittimet ovat korvaava tuote. verkkoa ei voi lisätä kenttään.
Verkko lisää lämmittimen kustannuksia 15–30 %. Kriittisissä sovelluksissa, joissa kylvyn kontaminaatiota on vältettävä (puolijohteet, lääkkeet, ruoka), tämä hinta on perusteltu. Yleisissä teollisissa sovelluksissa, joissa ennakkovaroitus on toivottava, mutta kontaminaatio ei ole katastrofaalinen, perinteinen GFCI säännöllisellä eristysvastustestauksella voi olla riittävä. Verkko on arvokkain hiomakäytössä (jossa ulkokerros kuluu hitaasti) ja lämpökiertokäytössä (jossa halkeamat leviävät vähitellen). Se on vähemmän arvokas kemiallisessa läpäisypalvelussa (jossa vika tapahtuu ilman ulkoista vauriota) ja vähäriskisissä sovelluksissa.
Päätelmä: Verkko mahdollistaa varhaisen havaitsemisen ilman metallille altistumista
PFA-lämmitin, jonka ulkokerrokseen on upotettu metalliverkko, havaitsee maa{0}}vian ilman, että paljas metalli altistuu prosessinesteelle. Verkko havaitsee ulomman PFA-kerroksen rikkoutumisen (hankaus, naarmut, halkeamat), kun taas sisempi PFA-kerros pysyy ehjänä, mikä antaa viikoista kuukausiin ennakkovaroituksen, ennen kuin metalliydin paljastuu. Tunnistus toimii mekaanisten ja lämpövaurioiden varalta, mutta ei kemiallista läpäisyä. Kriittisissä sovelluksissa, joissa lämmittimen vikaantumista ei voida hyväksyä, verkko{4}}upotettu rakenne on merkittävä luotettavuuden parannus verrattuna perinteiseen GFCI:hen. Lisäkustannukset (15–30 %) katetaan estettyjen kontaminaatiotapahtumien ja ajoitetun vaihdon (eikä hätävaihdon) kautta. Insinöörien, jotka määrittävät lämmittimiä hankaavia lietteitä, lämpökiertoa tai mekaanista iskupalvelua varten, tulisi pitää verkko{9}}upotettua PFA:ta korkeiden{10}}luotettavuusvaatimusten standardina. Permeaation{12}}hallinnassa (HF, kuumat tiivistetyt hapot) verkko tuo vain vähän lisäarvoa. Kaikissa tapauksissa verkko ei korvaa perinteistä GFCI:tä lämmityselementissä-se lisää toisen suojakerroksen. Kaksi estettä, kaksi ilmaisinta. Se on todellista redundanssia.
