Avionisert (DI) vann har svært lav elektrisk ledningsevne-vanligvis 0,1–10 µS/cm, sammenlignet med 500–1000 µS/cm for vann fra springen. I en jordfeilsituasjon hvor PFA-kappen brytes og varmeelementet kommer i kontakt med DI-vann, er lekkasjestrømmen mye lavere enn i tappevann på grunn av den høye resistiviteten til DI-vann. En standard 30 mA GFCI (jordfeilkretsavbryter) vil kanskje ikke utløses fordi lekkasjestrømmen gjennom DI-vann kan være bare 5–15 mA-utilstrekkelig for å nå terskelen på 30 mA. Varmeren fortsetter å fungere med en latent feil, og metallkjernen korroderer sakte over uker eller måneder. Til slutt kan korrosjonsproduktene skape en ledende bane, eller kjernen kan svikte åpen, men forsinkelsen tillater badforurensning. For DI-vannsystemer bør GFCI-utløsningsterskler være 5–10 mA, ikke 30 mA. Noen jurisdiksjoner tillater 5 mA for utstyrsbeskyttelse i væsker med høy-resistivitet.
Konduktivitet og lekkasjestrøm i DI-vann
Lekkasjestrømmen fra et eksponert varmeelement (120 VAC) til jord gjennom DI-vann er I=V / R, der R er motstanden til vannbanen. Motstand R=ρ × L / A, der ρ er resistivitet (Ω·cm), L er banelengde (cm), A er tverrsnittsareal (cm²). For DI-vann med 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. Lekkasjestrøm I=120 / 10 000,000=0.012 mA-langt under enhver terskel. Men hvis det eksponerte området er større (A=100 cm²) og banen kortere (L=1 cm), R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Dette er over 5 mA, men under 30 mA. En 30 mA GFCI ville ikke utløses; en 5 mA GFCI vil utløses innen 200–300 ms.
Når varmekjernen korroderer, løses metallioner (nikkel, jern, krom) opp i DI-vannet, noe som øker ledningsevnen. En liten feil som starter ved 12 mA kan vokse til 30 mA i løpet av 24–48 timer. I løpet av den tiden fortsetter varmeren å fungere, og metallioner forurenser DI-vannet. I halvleder- eller farmasøytiske DI-systemer kan til og med ppb-nivåer av metallioner ødelegge produktet. En 5 mA GFCI utløses når feilen fortsatt er liten, noe som minimerer forurensning.
GFCI Tripterskel sammenligning for DI-vann
| Vanntype | Konduktivitet (µS/cm) | Typisk lekkasjestrøm fra liten feil (mA) | 30 mA GFCI Trip? | 10 mA GFCI Trip? | 5 mA GFCI Trip? | Risiko for uoppdaget feil |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vann fra springen | 500 | 50–200 | Ja (umiddelbart) | Ja | Ja | Lav |
| RO vann | 10–50 | 10–50 | Noen ganger (marginalt) | Ja (de fleste tilfeller) | Ja | Moderat |
| DI vann (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Sjelden (kun store feil) | Noen ganger | Yes (for faults >5 mA) | Høy med 30 mA |
| Ultra-ren DI (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | Ingen | Nei (feil<10 mA) | Nei (feil<5 mA) | Veldig høy (GFCI vil kanskje aldri snuble) |
Spesielle hensyn for Ultra-Pure DI
I ultra-rent DI-vann (18 MΩ·cm, brukt i halvlederfabrikker), er lekkasjestrømmene fra varmeovnsfeil vanligvis under 1 mA. Verken 30 mA eller 5 mA GFCI vil utløses. For slike systemer må varmeren være utformet med flere barrierer (f.eks. doble PFA-kapper) eller bruke en annen oppvarmingsmetode (f.eks. in{11}}kvartsvarmer). Noen anlegg bruker isolasjonsmotstandsovervåking (IRM) i stedet for GFCI: systemet måler kontinuerlig motstand mellom varmeelementet og bakken. Når motstanden synker under en terskel (f.eks. 10 MΩ for ultra-ren DI), høres en alarm. IRM kan oppdage feil som aldri vil utløse en GFCI fordi lekkasjestrømmen er for lav (0,5 mA ved 120 V til 240 kΩ? Vent: I=120/10e6=0.012 mA). Faktisk gir 10 MΩ 0,012 mA, som kan detekteres av sensitiv IRM, men ikke av GFCI. IRM-terskler på 1–10 MΩ brukes.
For de fleste DI-vannsystemer (ikke-halvledere) er resistiviteten 0,5–5 MΩ·cm, og 5–10 mA GFCI er effektive. For halvleder ultra-ren DI, bruk IRM (alarm ved 1–10 MΩ) pluss dobbel-barrierekonstruksjon.
Kode og jurisdiksjonshensyn
NEC (NFPA 70) Artikkel 426 krever jordfeilbeskyttelse for fast elektrisk oppvarmingsutstyr. For nedsenkbare varmeovner er maksimal utløsningsterskel 30 mA for personvern. Artikkel 427 tillater imidlertid lavere terskler (så lave som 5 mA) for utstyrsbeskyttelse der personellbeskyttelse ikke er hovedanliggende (f.eks. varmeovner i tilgjengelige, men ikke{10}brukerkontaktområder). For DI-vannsystemer, spesifiser "utstyrsbeskyttelse GFCI" med 5–10 mA utløsningsterskel. I noen jurisdiksjoner kreves en 5 mA GFCI for alle varmeovner i vann med ledningsevne under 100 µS/cm. Sjekk lokale koder.
For ettermontering av eksisterende DI-vanntanker med 30 mA GFCI, erstatt med 5 mA GFCI. Enhetene er utskiftbare (samme formfaktor) og koster $50–100, langt mindre enn kostnaden for en enkelt forurensningshendelse.
Eksempel på felt
En halvlederfabrikk sin DI-vannpoleringssløyfe brukte PFA-varmere med 30 mA GFCI. I løpet av 2 år utviklet tre varmeovner små jordfeil (lekkasjestrøm 10–20 mA) som ikke utløste 30 mA GFCI-ene. Operatører la ikke merke til noen alarmer. Metallioner (jern, nikkel) lekket ut i DI-vannet, og økte resistiviteten fra 18 MΩ·cm til 2 MΩ·cm og forurenset en batch med wafere. Fabrikken byttet til 5 mA GFCIer. Påfølgende varmeovnsfeil utløste umiddelbart ved 5 mA, noe som begrenset forurensning til ubetydelige nivåer. Fabrikken la også til IRM med 10 MΩ alarmterskel for ultra-rene looper.
Konklusjon: Bruk 5–10 mA GFCI for DI-vann
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), bruk overvåking av isolasjonsmotstand i stedet for GFCI. Kostnaden for en 5 mA GFCI er minimal sammenlignet med kostnaden for kontaminering. Ikke send en PFA-varmer for DI-vannservice med en 30 mA GFCI. Spesifiser lavere. Tur tidlig, tur ofte. Beskytt badekaret, beskytt produktet.
