Deionizirana (DI) voda ima zelo nizko električno prevodnost-običajno 0,1–10 µS/cm v primerjavi s 500–1000 µS/cm za vodo iz pipe. V primeru ozemljitvene napake, ko je ovoj PFA počen in grelni element pride v stik z DI vodo, je tok uhajanja veliko nižji kot pri vodi iz pipe zaradi visoke upornosti DI vode. Standardni 30 mA GFCI (prekinjevalec zemeljskega tokokroga) morda ne bo sprožil, ker je uhajajoči tok skozi DI vodo morda le 5–15 mA-nezadosten za doseganje praga 30 mA. Grelnik še naprej deluje s prikrito napako, kovinsko jedro pa v tednih ali mesecih počasi korodira. Sčasoma lahko produkti korozije ustvarijo prevodno pot ali pa se jedro ne odpre, vendar zamuda omogoča kontaminacijo kopeli. Za vodne sisteme DI morajo biti pragovi izklopa GFCI 5–10 mA, ne 30 mA. Nekatere jurisdikcije dovoljujejo 5 mA za zaščito opreme v tekočinah z visoko-upornostjo.
Prevodnost in uhajajoči tok v DI vodi
Uhajajoči tok od izpostavljenega grelnega elementa (120 VAC) do tal skozi DI vodo je I=V / R, kjer je R upor vodne poti. Upornost R=ρ × L / A, kjer je ρ upornost (Ω·cm), L dolžina poti (cm), A površina prečnega-prereza (cm²). Za DI vodo z 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. Uhajajoči tok I=120 / 10.000,000=0.012 mA-daleč pod katerim koli pragom. Če pa je izpostavljena površina večja (A=100 cm²) in pot krajša (L=1 cm), R=1,000.000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. To je nad 5 mA, vendar pod 30 mA. 30 mA GFCI ne bi sprožil; 5 mA GFCI bi sprožil v 200–300 ms.
Ko jedro grelnika korodira, se kovinski ioni (nikelj, železo, krom) raztopijo v DI vodi, kar poveča prevodnost. Majhna napaka, ki se začne pri 12 mA, lahko v 24–48 urah naraste na 30 mA. V tem času grelec še naprej deluje, kovinski ioni pa onesnažijo DI vodo. V polprevodniških ali farmacevtskih DI sistemih lahko celo ppb ravni kovinskih ionov uničijo izdelek. 5 mA GFCI sproži, ko je napaka še vedno majhna, kar zmanjša kontaminacijo.
Primerjava praga izklopa GFCI za DI vodo
| Vrsta vode | Prevodnost (µS/cm) | Tipičen tok uhajanja zaradi majhne napake (mA) | 30 mA GFCI Izklop? | 10 mA GFCI Izklop? | 5 mA GFCI Izklop? | Tveganje neodkrite napake |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Voda iz pipe | 500 | 50–200 | Da (takoj) | ja | ja | Nizka |
| RO voda | 10–50 | 10–50 | Včasih (obrobno) | Da (večina primerov) | ja | Zmerno |
| DI voda (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Redko (samo velike napake) | včasih | Yes (for faults >5 mA) | Visoka s 30 mA |
| Ultra{0}}čist DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | št | Ne (napake<10 mA) | Ne (napake<5 mA) | Zelo visoko (GFCI se morda nikoli ne izklopi) |
Posebna opozorila za Ultra-Pure DI
V ultra-čisti DI vodi (18 MΩ·cm, ki se uporablja v tovarnah polprevodnikov) so tokovi uhajanja zaradi napak grelnika običajno pod 1 mA. Niti 30 mA niti 5 mA GFCI ne bodo sprožili. Pri takšnih sistemih mora biti grelnik zasnovan z več pregradami (npr. dvojni plašči iz PFA) ali uporabiti drugačno metodo ogrevanja (npr.-linijski kvarčni grelnik). Nekatere naprave uporabljajo nadzor izolacijske upornosti (IRM) namesto GFCI: sistem stalno meri upor med grelnim elementom in tlemi. Ko upor pade pod prag (npr. 10 MΩ za ultra-čisti DI), se oglasi alarm. IRM lahko zazna napake, ki nikoli ne bi sprožile GFCI, ker je tok uhajanja prenizek (0,5 mA pri 120 V do 240 kΩ? Počakajte: I=120/10e6=0.012 mA). Pravzaprav 10 MΩ daje 0,012 mA, kar je mogoče zaznati z občutljivim IRM, ne pa z GFCI. Uporabljajo se pragovi IRM 1–10 MΩ.
Za večino vodnih sistemov DI (brez -polprevodnikov) je upornost 0,5–5 MΩ·cm in GFCI 5–10 mA so učinkoviti. Za polprevodniške ultra-čiste DI uporabite IRM (alarm pri 1–10 MΩ) in konstrukcijo dvojne-pregrade.
Upoštevanje kodeksa in pristojnosti
NEC (NFPA 70) člen 426 zahteva zaščito pred napako na zemlji za fiksno električno grelno opremo. Za potopne grelnike je najvišji prag sprožitve 30 mA za zaščito osebja. Vendar pa člen 427 dovoljuje nižje pragove (vse do 5 mA) za zaščito opreme, kjer zaščita osebja ni primarna skrb (npr. grelniki na dostopnih, vendar nedotakljivih-uporabnikov-območjih). Za vodne sisteme DI navedite "zaščita opreme GFCI" s pragom sprožitve 5–10 mA. V nekaterih jurisdikcijah je 5 mA GFCI zahtevan za vsak grelec v vodi s prevodnostjo pod 100 µS/cm. Preverite lokalne kode.
Za naknadno opremljanje obstoječih rezervoarjev za vodo DI s 30 mA GFCI zamenjajte s 5 mA GFCI. Enote so zamenljive (enake oblike) in stanejo 50–100 USD, kar je veliko manj od stroškov posameznega dogodka kontaminacije.
Primer polja
DI vodna polirna zanka tovarne polprevodnikov je uporabljala grelnike PFA s 30 mA GFCI. V 2 letih so trije grelniki razvili majhne napake na tleh (uhajajoči tok 10–20 mA), ki niso sprožile 30 mA GFCI. Operaterji niso opazili alarmov. Kovinski ioni (železo, nikelj) so se izlužili v DI vodo, povečali upornost z 18 MΩ·cm na 2 MΩ·cm in onesnažili serijo rezin. Fabrika je preklopila na 5 mA GFCI. Naknadne napake grelnika so se sprožile takoj pri 5 mA, kar je omejilo kontaminacijo na zanemarljivo raven. Proizvajalec je dodal tudi IRM s pragom alarma 10 MΩ za ultra-čiste zanke.
Zaključek: Uporabite 5–10 mA GFCI za DI vodo
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), uporabite nadzor izolacijske upornosti namesto GFCI. Stroški 5 mA GFCI so minimalni v primerjavi s stroški kontaminacije. Ne pošiljajte grelnika PFA za oskrbo z vodo DI s 30 mA GFCI. Določite nižje. Potujte zgodaj, potujte pogosto. Zaščitite kopel, zaščitite izdelek.
