بخش سرد یک بخاری PFA-منطقه بالای خط مایع- پایانه الکتریکی را در خود جای میدهد که در آن هسته فلزی به کابل برق وصل میشود. با گذشت زمان، رطوبت می تواند در داخل این بخش سرد از طریق نفوذ، تراکم، یا مهر و موم های شکست خورده جمع شود. هنگامی که میزان رطوبت به حد بحرانی می رسد، یک مسیر رسانا از ترمینال ولتاژ بالا (480 VAC) به زمین ایجاد می کند و باعث ایجاد خطای زمین می شود. رطوبت بحرانی 0.5-1.0 گرم آب آزاد در داخل یک بخش سرد معمولی (حجم 100-300 سانتی متر مربع) است. این مربوط به رطوبت نسبی نزدیک به 100٪ با تراکم قابل مشاهده است. در ولتاژ 480 VAC، جریان نشتی از لایه رطوبت به 5 تا 30 میلی آمپر میرسد که برای خاموش کردن GFCI یا ایجاد هشدار خطای زمین کافی است. رطوبت نیازی به غوطه ور شدن کامل پایانه ها ندارد. یک لایه نازک (0.1-0.5 میلی متر) که روی عایق ترمینال پل بزند کافی است. جلوگیری از ورود رطوبت یا حذف آن با مواد خشک کننده برای اطمینان{22}}هیتر ولتاژ بالا ضروری است.
رابطه جریان انباشتگی و نشت
جریان نشتی I_leak=V / R، که در آن R مقاومت مسیر رطوبت است. برای یک فاصله ترمینال معمولی 10 میلی متر، مقاومت یک فیلم آب به خلوص آن بستگی دارد. آب تغلیظ شده از هوای مرطوب دارای رسانایی 10-100 µS/cm (مقاومت 0.01-0.1 MΩ·cm) است. برای یک فیلم با ضخامت 0.1 میلیمتر در ناحیه 10 میلیمتر × 5 میلیمتر، R=ρ × L / A=0.05 MΩ·cm × 1 سانتیمتر / (0.5 سانتیمتر مربع)=0.1 MΩ. در جریان برق 480 VAC، I_leak=480 / 100،000=4.8 mA-زیر جریان GFCI معمولی 30 میلی آمپر اما قابل تشخیص است. اگر آب آلایندههای یونی (نمکهای بقایای شار، محصولات خوردگی) را جذب کند، رسانایی به 1000-10000 µS/cm (مقاومت 0.0001-0.001 MΩ·cm) افزایش مییابد، و I_leak=480 / 200=2.4 A{36} کوتاه میشود. رطوبت بحرانی فقط مقدار آب نیست بلکه خلوص یونی آن است.
The "critical moisture content" is defined as the amount of water that, when combined with typical ionic contamination (5–50 µg of chlorides, sulfates, or sodium), reduces resistance below 1 MΩ (leakage >0.5 میلی آمپر در 480 VAC). این اتفاق در حدود 0.5 گرم آب آزاد در یک بخش سرد 200 سانتیمتر{5}}به اندازه کافی برای تشکیل یک لایه پیوسته روی بلوک پایانه رخ میدهد.
محتوای رطوبت بحرانی بر اساس ولتاژ و سطح آلودگی
| ولتاژ (VAC) | آستانه عبور مقاومت عایق (MΩ) | جریان نشتی در Trip (mA) | آب آزاد بحرانی (گرم) در 200 سانتی متر مربع | رسانایی آب مورد نیاز (µS/cm) | سطح آلودگی (ppm معادل NaCl) |
|---|---|---|---|---|---|
| 120 | 1.0 | 120 | 2.0 | >500 | >300 |
| 240 | 1.0 | 240 | 1.5 | >300 | >200 |
| 480 | 1.0 | 480 | 1.0 | >200 | >100 |
| 480 (GFCI 30 میلی آمپر) | 16 | 30 | 0.3 | >1,000 | >500 |
| 480 (GFCI 5 میلی آمپر) | 96 | 5 | 0.1 | >3,000 | >1,500 |
| 480 (محافظت از تجهیزات) | 10 | 48 | 0.5 | >500 | >300 |
| 690 | 1.0 | 690 | 0.8 | >150 | >80 |
| 1,000 | 1.0 | 1,000 | 0.5 | >100 | >50 |
برای یک سیستم معمولی 480 VAC با GFCI 30 میلی آمپر، رطوبت بحرانی 0.3-0.5 گرم آب آزاد با آلودگی متوسط (300-500 ppm معادل NaCl) است. کمتر از 0.3 گرم، GFCI ممکن است حرکت نکند. بیش از 0.5 گرم، احتمال ایجاد مزاحمت وجود دارد.
منابع رطوبت در بخش سرد
رطوبت از سه مسیر وارد بخش سرد می شود:
نفوذ از طریق PFA: در 480 VAC، بخش سرد به طور فعال گرم نمی شود (بالای خط مایع است). در دمای 40 تا 80 درجه کار می کند. بخار آب از دیواره PFA در 0.1-0.5 گرم در متر مربع · روز نفوذ می کند. برای منطقه سرد 0.05 متر مربع، 0.005-0.025 گرم در روز است. در طی 1 سال (365 روز)، 2 تا 9 گرم رطوبت میتواند بسیار بالاتر از سطح بحرانی{16}}جمع شود.
تراکم از هوای محیط: اگر قسمت سرد در زیر نقطه شبنم خنک شود (مثلاً خاموش شدن یک شبه)، هوای مرطوب در داخل متراکم می شود. یک رویداد تراکم می تواند 0.5-2 گرم آب را رسوب دهد.
نشتی مهر و موم: حلقههای O{0} یا واشر ناموفق اجازه ورود آب حجیم را میدهند. نشت 1 قطره در ساعت (0.05 گرم در ساعت) 1.2 گرم در روز اضافه می کند.
تشخیص و پیشگیری
The critical moisture content can be detected before ground fault occurs by installing a humidity sensor or a conductance probe inside the cold section. A relative humidity >80% or a conductivity >10 µS/cm بین دو پین ایزوله، زنگ هشدار را ایجاد میکند و امکان تعمیر و نگهداری قبل از حرکت GFCI را فراهم میکند.
روش های پیشگیری:
بسته خشک کن: یک بسته الک مولکولی (زئولیت) را در داخل قسمت سرد قرار دهید. هر 6 تا 12 ماه یکبار تعویض کنید. یک بسته 10 گرمی 2 تا 3 گرم آب را قبل از اشباع جذب می کند.
پاکسازی نیتروژن: N2 را با فشار 0.1 بار در قسمت سرد به طور مداوم خشک کنید. RH را نگه می دارد<10% and purges permeated vapors.
مهر و موم هرمتیک: برای از بین بردن نفوذ پلیمر، از مهر و موم شیشه ای-به-فلز یا سرامیک-به-فلز برای ورودی ترمینال استفاده کنید.
گرمایش بخش سرد: بخش سرد را در دمای 50 تا 60 درجه با یک بخاری کوچک (5 تا 10 وات) نگه دارید تا بالاتر از نقطه شبنم نگه داشته شود و از تراکم جلوگیری شود.
مثال میدانی
یک بخاری PFA 480 VAC در خط آبکاری مرطوب (80% RH محیط) پس از 6 ماه کارکرد، سفرهای مزاحم هفتگی GFCI را تجربه کرد. در بازرسی 0.8 گرم آب آزاد در بخش سرد (اندازه گیری شده با وزن) یافت شد. رسانایی آب 800 µS/cm (از غبارهای اسیدی جذب شده) بود. بخاری خشک شد و یک بسته خشک کن اضافه شد. سفرها به مدت 8 ماه متوقف شد و سپس از سر گرفته شد. این مرکز یک پاکسازی مداوم N2 (0.5 لیتر در دقیقه) نصب کرد. هیچ سفر دیگری در طول 3 سال رخ نداده است.
نتیجه گیری: 0.3-0.5 گرم آب آزاد باعث ایجاد خطای زمین در 480 VAC می شود
The critical moisture content inside a PFA heater's cold section that triggers ground fault at 480 VAC is 0.3–0.5 g of free water with typical ionic contamination (300–500 ppm salt equivalent). This moisture creates a conductive film on the terminal block, reducing insulation resistance below 1 MΩ and causing leakage current >5 تا 30 میلی آمپر، GFCI های خاموش یا هشدارهای خطای زمین. رطوبت از طریق نفوذ (2-9 گرم در سال)، تراکم (0.5-2 گرم در رویداد)، یا نشت آب بندی وارد می شود. برای جلوگیری از خطاهای زمین، بسته های خشک کن نصب کنید، از پاکسازی نیتروژن استفاده کنید یا گرمایش بخش سرد را اضافه کنید. رطوبت یا رسانایی را برای تشخیص رطوبت قبل از رسیدن به سطوح بحرانی کنترل کنید. در ولتاژ 480 VAC، چند قطره آب می تواند روند شما را خاموش کند. بخش سرد را خشک نگه دارید یا قیمت آن را بپردازید. رطوبت را اندازه گیری کنید، از خطا جلوگیری کنید. بخش سرد حلقه ضعیف است. از آن محافظت کنید.
