เหตุใดตัวขัดขวางเหตุขัดข้องกราวด์สำหรับฮีตเตอร์ PFA จึงมีเกณฑ์การเดินทางต่ำกว่า 30mA สำหรับน้ำปราศจากไอออน

น้ำปราศจากไอออน (DI) มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก-โดยทั่วไปคือ 0.1-10 µS/ซม. เทียบกับ 500-1,000 µS/ซม. สำหรับน้ำประปา ข้อผิดพลาดของกราวด์เมื่อปลอก PFA เสียหายและองค์ประกอบความร้อนสัมผัสกับน้ำ DI ส่งผลให้เกิดกระแสรั่วไหลน้อยกว่าในน้ำประปาอย่างมาก เนื่องจากมีความต้านทานสูงของน้ำ DI GFCI 30 mA ปกติ (ตัวขัดขวางวงจรความผิดปกติของกราวด์) อาจไม่ทำงานเนื่องจากการรั่วไหลผ่านน้ำ DI อาจมีค่าเพียง 5-15 mA ซึ่งต่ำเกินไปที่จะผ่านเกณฑ์ 30 mA เครื่องทำความร้อนยังคงทำงานได้โดยมีข้อผิดพลาดแฝง และแกนโลหะจะสึกกร่อนอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ในที่สุดผลิตภัณฑ์ที่กัดกร่อนอาจก่อตัวเป็นช่องทางนำไฟฟ้าหรือแกนกลางอาจไม่เปิดออก แต่ความล่าช้าทำให้เกิดการปนเปื้อนในอ่างอาบน้ำ ทริป GFCI สำหรับระบบน้ำ DI ควรเป็น 5-10 mA ไม่ใช่ 30 mA บางประเทศอนุญาตให้ใช้ของเหลวที่มีความต้านทานสูงได้ 5 mA เพื่อการปกป้องอุปกรณ์

กระแสไฟรั่วและการนำไฟฟ้าในน้ำ DI
กระแสรั่วลงสู่กราวด์ผ่านน้ำ DI จากองค์ประกอบความร้อนแบบสัมผัส (120 VAC) กำหนดโดย I=V / R โดยที่ R คือความต้านทานของช่องน้ำ ความต้านทาน R=ρ × L / A โดยที่ ρ=ความต้านทาน (Ω·cm) L=ความยาวเส้นทาง (ซม.) A=พื้นที่ตัดขวาง- (ซม. 2) สำหรับน้ำ DI ที่มี ρ=1 MΩ-ซม. (1,000,000 Ω-ซม.) L=10 ซม. A=1 ซม. R=1,000,000 x 10 / 1=10,000,000 Ω กระแสไฟรั่ว I=120 / 10,000,000=0.012 mA- ต่ำกว่าเกณฑ์ใดๆ มาก แต่ถ้าพื้นที่เปิดใหญ่กว่า (A=100 cm 2 ) และเส้นทางสั้นกว่า (L=1 cm) R=1,000,000 x 1 / 100=10,000 Ohms I=120 / 10,000=12 mA นี่คือมากกว่า 5 mA แต่น้อยกว่า 30 mA GFCI 30 mA จะไม่ทริป แต่ GFCI 5 mA จะตัดการทำงานภายใน 200 ถึง 300 ms

เนื่องจากแกนเครื่องทำความร้อนกัดกร่อนไอออนของโลหะ (นิกเกิล เหล็ก โครเมียม) จะละลายลงในน้ำ DI ซึ่งจะทำให้ค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ ที่เริ่มต้นที่ 12 mA อาจเพิ่มเป็น 30 mA ใน 24 ถึง 48 ชั่วโมง เครื่องทำความร้อนจะยังคงเปิดอยู่ในช่วงเวลานี้ และน้ำ DI จะปนเปื้อนด้วยไอออนของโลหะ แม้แต่ไอออนโลหะในปริมาณ ppb ก็สามารถทำลายผลิตภัณฑ์ในระบบ DI เซมิคอนดักเตอร์หรือยาได้ GFCI 5 mA จะตัดการทำงานก่อนที่ฟอลต์จะใหญ่เกินไป ช่วยลดมลภาวะ

การเปรียบเทียบเกณฑ์การเดินทาง DI Water GFCI
ประเภทของน้ำ ความนำไฟฟ้า (µS/cm) กระแสไฟรั่วโดยทั่วไปจากข้อผิดพลาดเล็กน้อย (mA) 30 mA GFCI ทริป? ทริป GFCI 10 mA? ทริป GFCI 5 mA?ความเสี่ยงจากข้อผิดพลาดที่ตรวจไม่พบ
น้ำประปา 500 50-200 ใช่ (ทันที) ใช่ ใช่ ต่ำ
น้ำ RO 10-50 10-50 บางครั้ง (เล็กน้อย) ใช่ (ส่วนใหญ่) ใช่ ปานกลาง
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) สูงโดยมี DI บริสุทธิ์พิเศษ- 30 mA (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 ไม่ ไม่ (ข้อบกพร่อง<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
ข้อควรพิจารณาพิเศษสำหรับ Ultra-Pure DI
กระแสไฟรั่วจากข้อบกพร่องของเครื่องทำความร้อนในน้ำ DI บริสุทธิ์พิเศษ- (18 MΩ·cm ที่ใช้ในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์) โดยทั่วไป<1 mA. "30 mA or 5 mA GFCI's will not trip." For such systems the heater has to be developed with numerous barriers (e.g. double PFA sheaths) or with a different heating mechanism (e.g. in-line quartz heater). Some facilities employ insulation resistance monitoring (IRM) instead of GFCI: the system continually measures resistance between the heating element and earth ground. If the resistance is below a certain threshold (e.g. 10 MΩ for ultra-pure DI), an alarm is raised. IRM can detect GFC issues that would never trip a GFCI because the leakage current is too low (0.5 mA at 120 V through 240 kΩ? Wait: I=120/10e6=0.012 mA). Actually, at 10 MΩ you get 0.012 mA that the IRM can detect but the GFCI cannot. 1–10 MΩ IRM thresholds are utilised.

ความต้านทานสำหรับระบบน้ำ DI ส่วนใหญ่ (ไม่ใช่-เซมิคอนดักเตอร์) คือ 0.5–5 MΩ·cm และใช้ 5–10 mA GFCI สำหรับ DI บริสุทธิ์พิเศษ-ของเซมิคอนดักเตอร์ ให้ใช้ IRM (สัญญาณเตือนที่ 1-10 MΩ) + โครงสร้างกั้นสองชั้น

รหัสและนัยต่อเขตอำนาจศาล
NEC (NFPA 70) 3. มาตรา 426 เรียกร้องให้มีการป้องกันข้อผิดพลาดกราวด์สำหรับอุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้าที่ติดตั้ง การตั้งค่าการตัดการทำงานสูงสุดสำหรับเครื่องทำความร้อนใต้น้ำเพื่อความปลอดภัยของบุคลากรคือ 30 mA อย่างไรก็ตาม มาตรา 427 กำหนดให้เกณฑ์ขั้นต่ำ (ต่ำกว่า 5 mA) สำหรับการป้องกันบริภัณฑ์ เมื่อการป้องกันบุคลากรไม่ใช่ลำดับความสำคัญหลัก (เช่น เครื่องทำความร้อนในพื้นที่ที่เข้าถึงได้ซึ่งไม่มีการติดต่อกับผู้ใช้) สำหรับระบบน้ำ DI ให้ระบุ "อุปกรณ์ป้องกัน GFCI" ด้วยเกณฑ์ตัดการทำงาน 5 ถึง 10 mA เขตอำนาจศาลบางแห่งกำหนดให้ใช้ 5 mA GFCI สำหรับเครื่องทำความร้อนในน้ำที่มีค่าการนำไฟฟ้าน้อยกว่า 100 ไมโครซีเมนส์/ซม. “ตรวจสอบรหัสท้องถิ่น

สำหรับการปรับปรุงถังเก็บน้ำ DI ที่มีอยู่ ให้ใช้ 5 mA GFCI แทน 30 mA GFCI หน่วยต่างๆ สามารถเปลี่ยนได้ (ฟอร์มแฟคเตอร์ที่เหมือนกัน) และมีราคา 50-100 ดอลลาร์สหรัฐฯ ซึ่งน้อยกว่าต้นทุนของการปนเปื้อนเพียงครั้งเดียวอย่างมาก

ตัวอย่างภาคสนาม
มีการใช้ GFCI 30 mA สำหรับเครื่องทำความร้อน PFA ในลูปการขัดน้ำ DI ของโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ เครื่องทำความร้อนทั้ง 3 เครื่องเกิดข้อผิดพลาดของกราวด์เล็กๆ น้อยๆ (กระแสไฟรั่ว 10-20 mA) เป็นเวลากว่า 2 ปี ซึ่งไม่ได้ตัดการทำงานของ GFCI ขนาด 30 mA ไม่มีการแจ้งเตือนจากผู้ปฏิบัติงาน ไอออนของโลหะ (เหล็ก นิกเกิล) ถูกชะลงไปในน้ำ DI ซึ่งเพิ่มความต้านทานจาก 18 MΩ*ซม. เป็น 2 MΩ*ซม. และปนเปื้อนชุดเวเฟอร์ Fab เปลี่ยนไปเป็น 5 mA GFCI หลังจากนั้นเครื่องทำความร้อนจะทำงานผิดปกติอย่างรวดเร็วที่ 5 mA และมลภาวะก็ลดลงจนเหลือระดับที่ไม่มีนัยสำคัญ นอกจากนี้ Fab ยังรวม IRM เข้ากับเกณฑ์การแจ้งเตือน 10 MΩ สำหรับลูปที่บริสุทธิ์อย่างยิ่ง

สรุป: 5-10 mA GFCI สำหรับน้ำ DI
The poor conductivity of deionised water restricts ground fault currents to 5 to 20 mA for normal breach sizes. A 30 mA GFCI may not trip, and the heater continues to run with an undetected fault, which can corrode the core and contaminate the bath. For DI water systems (0.5 to 5 MΩ·cm resistivity) provide a GFCI with a 5 to 10 mA trip point . For ultra-pure DI water (>10 MΩ-cm) ใช้การตรวจสอบความต้านทานของฉนวน ไม่ใช่ GFCI ค่าใช้จ่ายของ 5 mA GFCI ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับต้นทุนของการปนเปื้อน อย่าส่งเครื่องทำความร้อน PFA ที่มี 30 mA GFCI สำหรับบริการน้ำ DI ระบุล่าง เที่ยวเร็ว เที่ยวบ่อย ปกป้องอ่างอาบน้ำ ปกป้องผลิตภัณฑ์