Deionisoidulla (DI) vedellä on erittäin alhainen sähkönjohtavuus-tyypillisesti 0,1–10 µS/cm, kun se vesijohtovedellä on 500–1 000 µS/cm. Maasulkutilanteessa, jossa PFA-vaippa rikkoutuu ja lämmityselementti koskettaa DI-vettä, vuotovirta on paljon pienempi kuin vesijohtovedessä DI-veden suuren resistiivisyyden vuoksi. Tavallinen 30 mA:n GFCI (maavikapiirikatkaisija) ei välttämättä laukea, koska DI-veden läpi kulkeva vuotovirta voi olla vain 5–15 mA{11}}riittämätön 30 mA:n kynnyksen saavuttamiseen. Lämmitin jatkaa toimintaansa piilevällä vialla ja metalliydin syöpyy hitaasti viikkojen tai kuukausien aikana. Lopulta korroosiotuotteet voivat luoda johtavan reitin tai ydin saattaa epäonnistua, mutta viive mahdollistaa kylvyn saastumisen. DI-vesijärjestelmissä GFCI:n laukaisukynnysten tulee olla 5–10 mA, ei 30 mA. Jotkin lainkäyttöalueet sallivat 5 mA:n laitteiden suojauksen korkearesistiivisissä nesteissä.
Johtavuus ja vuotovirta DI-vedessä
Vuotovirta esillä olevasta lämmityselementistä (120 VAC) maahan DI-veden kautta on I=V / R, missä R on vesireitin vastus. Resistanssi R=ρ × L / A, missä ρ on ominaisvastus (Ω·cm), L on polun pituus (cm), A on poikki-leikkauspinta-ala (cm²). DI-vedelle, jonka 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. Vuotovirta I=120 / 10 000,000=0.012 mA-paljon alle minkään kynnyksen. Jos kuitenkin paljastettu alue on suurempi (A=100 cm²) ja reitti lyhyempi (L=1 cm), R=1,000 000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Tämä on yli 5 mA mutta alle 30 mA. 30 mA GFCI ei laukaisisi; 5 mA:n GFCI laukeaa 200–300 ms:n sisällä.
Kun lämmittimen sydän syöpyy, metalli-ionit (nikkeli, rauta, kromi) liukenevat DI-veteen, mikä lisää johtavuutta. Pieni vika, joka alkaa 12 mA:sta, voi kasvaa 30 mA:iin 24–48 tunnin aikana. Tänä aikana lämmitin jatkaa toimintaansa ja metalli-ionit saastuttavat DI-vettä. Puolijohde- tai farmaseuttisissa DI-järjestelmissä jopa metalli-ionien ppb-tasot voivat pilata tuotteen. 5 mA:n GFCI laukeaa, kun vika on vielä pieni, mikä minimoi kontaminaation.
GFCI Trip Threshold -vertailu DI-vedelle
| Vesityyppi | Johtavuus (µS/cm) | Tyypillinen vuotovirta pienestä viasta (mA) | 30 mA GFCI Trip? | 10 mA GFCI Trip? | 5 mA GFCI Trip? | Havaitsemattoman vian vaara |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Hanavesi | 500 | 50–200 | Kyllä (välittömästi) | Kyllä | Kyllä | Matala |
| RO vesi | 10–50 | 10–50 | Joskus (marginaali) | Kyllä (useimmissa tapauksissa) | Kyllä | Kohtalainen |
| DI vesi (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Harvinainen (vain suuret viat) | Joskus | Yes (for faults >5 mA) | Korkea 30 mA |
| Ultra-puhdas DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | Ei | Ei (virheitä<10 mA) | Ei (virheitä<5 mA) | Erittäin korkea (GFCI ei ehkä koskaan laukea) |
Ultra{0}}Pure DI:n erityishuomiota
Ultra-puhtaassa DI-vedessä (18 MΩ·cm, käytetään puolijohderakenteissa) lämmittimen vioista johtuvat vuotovirrat ovat tyypillisesti alle 1 mA. 30 mA tai 5 mA GFCI:t eivät laukea. Tällaisissa järjestelmissä lämmittimessä on oltava useita esteitä (esim. kaksinkertainen PFA-vaippa) tai käytettävä erilaista lämmitysmenetelmää (esim. linja-{11}}kvartsilämmitin). Joissakin tiloissa käytetään eristysvastusvalvontaa (IRM) GFCI:n sijaan: järjestelmä mittaa jatkuvasti lämmityselementin ja maan välistä vastusta. Kun vastus putoaa alle kynnyksen (esim. 10 MΩ ultra-puhdas DI), kuuluu hälytys. IRM voi havaita vikoja, jotka eivät koskaan laukaisi GFCI:tä, koska vuotovirta on liian pieni (0,5 mA 120 V - 240 kΩ? Odota: I=120/10e6=0.012 mA). Itse asiassa 10 MΩ antaa 0,012 mA, jonka herkkä IRM havaitsee, mutta ei GFCI. Käytössä on 1–10 MΩ IRM-kynnys.
Useimmissa DI-vesijärjestelmissä (ei--puolijohde) ominaisvastus on 0,5–5 MΩ·cm ja 5–10 mA:n GFCI:t ovat tehokkaita. Puolijohteiden ultra-puhdasta DI:stä käytä IRM:ää (hälytys 1–10 MΩ) ja kaksinkertaisen-esteen rakennetta.
Koodi ja lainkäyttövaltaa koskevat näkökohdat
NEC (NFPA 70) Artikla 426 edellyttää kiinteiden sähkölämmityslaitteiden maasulkusuojausta. Uppolämmittimien suurin laukaisukynnys on 30 mA henkilösuojan vuoksi. Artikla 427 sallii kuitenkin alemmat kynnykset (jopa 5 mA) laitteiden suojaukselle, jos henkilösuoja ei ole ensisijainen huolenaihe (esim. lämmittimet saavutettavilla, mutta ei-{10}}käyttäjien kosketuksissa olevilla alueilla). DI-vesijärjestelmille määritä "laitteiden suojaus GFCI" 5–10 mA:n laukaisukynnyksellä. Joillakin lainkäyttöalueilla 5 mA GFCI vaaditaan kaikilta lämmittimiltä vedessä, jonka johtavuus on alle 100 µS/cm. Tarkista paikalliset koodit.
Jos nykyiset DI-vesisäiliöt asennetaan jälkikäteen 30 mA:n GFCI:llä, vaihda ne 5 mA:n GFCI:ihin. Yksiköt ovat vaihdettavissa (sama muotokerroin) ja maksavat 50–100 dollaria, paljon vähemmän kuin yksittäinen kontaminaatiotapahtuma.
Esimerkki kentästä
Puolijohdetehtaan DI-vesikiillotussilmukassa käytettiin PFA-lämmittimiä 30 mA:n GFCI:llä. Kahden vuoden aikana kolmessa lämmittimessä kehittyi pieniä maasulkuja (vuotovirta 10–20 mA), jotka eivät laukaisi 30 mA:n GFCI:itä. Kuljettajat eivät havainneet hälytyksiä. Metalli-ionit (rauta, nikkeli) uuttuivat DI-veteen, nostaen ominaisvastusarvon 18 MΩ·cm:stä 2 MΩ·cm:iin ja saastuttaen erän kiekkoja. Fab siirtyi 5 mA GFCI: hen. Myöhemmät lämmittimen viat laukesivat välittömästi 5 mA:lla, mikä rajoitti kontaminaatiota mitättömälle tasolle. Fab lisäsi myös IRM:n, jossa on 10 MΩ hälytyskynnys erittäin-puhtaille silmukoille.
Johtopäätös: Käytä 5–10 mA GFCI:tä DI-vedelle
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), käytä eristysvastuksen valvontaa GFCI:n sijaan. 5 mA:n GFCI:n hinta on minimaalinen verrattuna kontaminaatiokustannuksiin. Älä lähetä PFA-lämmitintä DI-vesipalveluun 30 mA:n GFCI:n kanssa. Määritä pienempi. Matka aikaisin, matkusta usein. Suojaa kylpy, suojaa tuotetta.
