آب دیونیزه (DI) رسانایی الکتریکی بسیار پایینی دارد-به طور معمول 0.1-10 µS/cm در مقایسه با 500-1000 µS/cm برای آب لوله کشی. در شرایط خطای زمین که غلاف PFA شکسته می شود و المنت گرمایشی با آب DI تماس می گیرد، به دلیل مقاومت بالای آب DI، جریان نشتی بسیار کمتر از آب لوله کشی است. یک GFCI استاندارد 30 میلی آمپر (قطع کننده مدار خطای زمین) ممکن است قطع نشود زیرا جریان نشتی از طریق آب DI ممکن است تنها 5 تا 15 میلی آمپر{11}} برای رسیدن به آستانه 30 میلی آمپر کافی نباشد. بخاری با یک خطای پنهان به کار خود ادامه می دهد و هسته فلزی به آرامی در طول هفته ها یا ماه ها خورده می شود. در نهایت، محصولات خوردگی ممکن است یک مسیر رسانا ایجاد کنند، یا ممکن است هسته باز نشود، اما تاخیر امکان آلودگی حمام را فراهم می کند. برای سیستم های آبی DI، آستانه سفر GFCI باید 5-10 میلی آمپر باشد، نه 30 میلی آمپر. برخی از حوزه های قضایی 5 میلی آمپر را برای حفاظت از تجهیزات در سیالات با مقاومت بالا{21} مجاز می دانند.
رسانایی و جریان نشتی در آب DI
جریان نشتی از یک عنصر گرمایش در معرض (120 VAC) به زمین از طریق آب DI، I=V / R است، که در آن R مقاومت مسیر آب است. مقاومت R=ρ × L / A، که ρ مقاومت (Ω·cm)، L طول مسیر (cm)، A سطح مقطع- (cm²) است. برای آب DI با 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. جریان نشتی I=120 / 10,000،000=0.012 mA- بسیار کمتر از هر آستانه. با این حال، اگر ناحیه نوردهی بزرگتر (A=100 سانتیمتر مربع) و مسیر کوتاهتر (L=1 سانتیمتر) باشد، R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. این بالاتر از 5 میلی آمپر اما کمتر از 30 میلی آمپر است. یک GFCI 30 میلی آمپری نمی چرخد. یک GFCI 5 میلی آمپری در 200 تا 300 میلی ثانیه حرکت می کند.
همانطور که هسته بخاری خورده می شود، یون های فلزی (نیکل، آهن، کروم) در آب DI حل می شوند و رسانایی را افزایش می دهند. یک خطای کوچک که از 12 میلی آمپر شروع می شود ممکن است طی 24 تا 48 ساعت به 30 میلی آمپر برسد. در این مدت، بخاری به کار خود ادامه می دهد و یون های فلزی آب DI را آلوده می کنند. در سیستم های نیمه هادی یا DI دارویی، حتی سطوح ppb یون های فلزی می تواند محصول را خراب کند. یک GFCI 5 میلی آمپر زمانی که خطا هنوز کوچک است، خاموش می شود و آلودگی را به حداقل می رساند.
مقایسه آستانه سفر GFCI برای آب DI
| نوع آب | رسانایی (µS/cm) | جریان نشتی معمولی از خطای کوچک (mA) | 30 میلی آمپر GFCI Trip؟ | سفر 10 میلی آمپری GFCI؟ | سفر 5 میلی آمپری GFCI؟ | خطر خطای کشف نشده |
|---|---|---|---|---|---|---|
| آب لوله کشی | 500 | 50–200 | بله (فوری) | بله | بله | کم |
| آب RO | 10–50 | 10–50 | گاهی اوقات (حاشیه ای) | بله (بیشتر موارد) | بله | متوسط |
| آب DI (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | نادر (فقط گسل های بزرگ) | گاهی اوقات | Yes (for faults >5 میلی آمپر) | بالا با 30 میلی آمپر |
| DI فوق{0} خالص (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | خیر | خیر (عیوب<10 mA) | خیر (عیوب<5 mA) | بسیار بالا (GFCI ممکن است هرگز سقوط نکند) |
ملاحظات ویژه برای Ultra-DI خالص
در نه GFCI های 30 میلی آمپری و نه 5 میلی آمپری خاموش نمی شوند. برای چنین سیستمهایی، بخاری باید با موانع متعدد طراحی شود (مثلاً غلافهای PFA دوگانه) یا از روشهای گرمایش متفاوتی (مثلاً در{11}}هیتر کوارتز خطی) استفاده شود. برخی از تأسیسات به جای GFCI از نظارت بر مقاومت عایق (IRM) استفاده می کنند: این سیستم به طور مداوم مقاومت بین المنت گرمایش و زمین را اندازه گیری می کند. وقتی مقاومت به زیر یک آستانه میرسد (مثلاً 10 MΩ برای DI فوق{17} خالص)، زنگ هشدار به صدا در میآید. IRM میتواند خطاهایی را شناسایی کند که هرگز GFCI را خراب نمیکنند، زیرا جریان نشتی بسیار کم است (0.5 میلی آمپر در 120 ولت تا 240 کیلو اهم؟ صبر کنید: I=120/10e6=0.012 mA). در واقع، 10 MΩ 0.012 میلی آمپر می دهد که توسط IRM حساس قابل تشخیص است اما توسط GFCI قابل تشخیص نیست. آستانه IRM 1-10 MΩ استفاده می شود.
برای اکثر سیستم های آب DI (غیر نیمه هادی)، مقاومت 0.5-5 MΩ·cm است و GFCI های 5-10 میلی آمپر موثر هستند. برای نیمه هادی فوق- DI خالص، از IRM (زنگ هشدار در 1-10 MΩ) به اضافه ساختار مانع دوگانه استفاده کنید.
قوانین و ملاحظات قضایی
NEC (NFPA 70) ماده 426 حفاظت از خطای زمین را برای تجهیزات گرمایش الکتریکی ثابت الزامی می کند. برای بخاری های شناور، حداکثر آستانه سفر 30 میلی آمپر برای حفاظت از پرسنل است. با این حال، ماده 427 آستانههای پایینتر (تا حد 5 میلی آمپر) را برای حفاظت از تجهیزاتی که حفاظت از پرسنل دغدغه اصلی نیست (مثلاً بخاریها در مناطق قابل دسترسی اما غیر تماس کاربر) مجاز میسازد. برای سیستمهای آب DI، "GFCI حفاظت از تجهیزات" را با آستانه سفر 5-10 میلی آمپر مشخص کنید. در برخی از حوزه های قضایی، GFCI 5 میلی آمپر برای هر بخاری در آب با رسانایی کمتر از 100 µS/cm مورد نیاز است. کدهای محلی را بررسی کنید
برای مقاوم سازی مخازن آب DI موجود با GFCI 30 میلی آمپر، با GFCI های 5 میلی آمپر جایگزین کنید. واحدها قابل تعویض هستند (همان شکل) و 50 تا 100 دلار قیمت دارند که بسیار کمتر از هزینه یک رویداد آلودگی است.
مثال میدانی
حلقه پولیش آب DI فاب نیمه هادی از بخاری های PFA با GFCI 30 میلی آمپر استفاده می کند. در طی 2 سال، سه بخاری خطاهای زمینی کوچکی ایجاد کردند (جریان نشتی 10 تا 20 میلی آمپر) که GFCI های 30 میلی آمپر را قطع نکرد. اپراتورها متوجه هیچ آلارمی نشدند. یونهای فلزی (آهن، نیکل) در آب DI شسته میشوند که مقاومت آن را از 18 MΩ·cm به 2 MΩ·cm افزایش میدهد و دستهای از ویفرها را آلوده میکند. فاب به GFCI های 5 میلی آمپر تغییر کرد. خطاهای بخاری بعدی بلافاصله در 5 میلی آمپر خاموش شد و آلودگی را به سطوح ناچیز محدود کرد. Fab همچنین IRM را با آستانه هشدار 10 MΩ برای حلقههای فوق{16} خالص اضافه کرده است.
نتیجه گیری: از GFCI 5-10 میلی آمپر برای آب DI استفاده کنید
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)، به جای GFCI از نظارت بر مقاومت عایق استفاده کنید. هزینه GFCI 5 میلی آمپر در مقایسه با هزینه آلودگی حداقل است. بخاری PFA را برای سرویس آب DI با GFCI 30 میلی آمپر ارسال نکنید. پایین تر مشخص کنید زود سفر کنید، اغلب سفر کنید. از حمام محافظت کنید، از محصول محافظت کنید.
