Nước khử ion (DI) có độ dẫn điện rất thấp-thường là 0,1–10 µS/cm, so với 500–1.000 µS/cm đối với nước máy. Trong tình huống chạm đất khi vỏ PFA bị thủng và bộ phận làm nóng tiếp xúc với nước DI, dòng rò thấp hơn nhiều so với trong nước máy do nước DI có điện trở suất cao. GFCI 30 mA tiêu chuẩn (bộ ngắt mạch nối đất) có thể không ngắt do dòng rò qua nước DI có thể chỉ từ 5–15 mA{11}}không đủ để đạt đến ngưỡng 30 mA. Máy sưởi tiếp tục hoạt động với lỗi tiềm ẩn và lõi kim loại bị ăn mòn chậm trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng. Cuối cùng, các sản phẩm ăn mòn có thể tạo ra đường dẫn điện hoặc lõi có thể không mở được nhưng sự chậm trễ sẽ khiến bể bị nhiễm bẩn. Đối với hệ thống nước DI, ngưỡng ngắt GFCI phải là 5–10 mA, không phải 30 mA. Một số khu vực pháp lý cho phép dòng điện 5 mA để bảo vệ thiết bị trong chất lỏng có điện trở suất cao.

Độ dẫn điện và dòng rò trong nước DI

Dòng điện rò từ bộ phận làm nóng hở (120 VAC) xuống đất qua nước DI là I=V / R, trong đó R là điện trở của đường dẫn nước. Điện trở R=ρ × L / A, trong đó ρ là điện trở suất (Ω·cm), L là chiều dài đường đi (cm), A là diện tích mặt cắt ngang-(cm²). Đối với nước DI có 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. Dòng điện rò rỉ I=120 / 10.000,000=0.012 mA-thấp hơn nhiều so với bất kỳ ngưỡng nào. Tuy nhiên, nếu diện tích tiếp xúc lớn hơn (A=100 cm²) và đường dẫn ngắn hơn (L=1 cm), R=1,000.000 × 1 / 100=10.000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Đây là trên 5 mA nhưng dưới 30 mA. GFCI 30 mA sẽ không ngắt; GFCI 5 mA sẽ ngắt trong vòng 200–300 ms.

Khi lõi lò sưởi bị ăn mòn, các ion kim loại (niken, sắt, crom) hòa tan vào nước DI, làm tăng độ dẫn điện. Một lỗi nhỏ bắt đầu ở dòng điện 12 mA có thể tăng lên 30 mA trong vòng 24–48 giờ. Trong thời gian đó, máy sưởi tiếp tục hoạt động và các ion kim loại làm ô nhiễm nước DI. Trong các hệ thống DI bán dẫn hoặc dược phẩm, ngay cả mức ppb của các ion kim loại cũng có thể làm hỏng sản phẩm. GFCI 5 mA ngắt khi lỗi vẫn còn nhỏ, giảm thiểu ô nhiễm.

So sánh ngưỡng hành trình GFCI cho nước DI

Những cân nhắc đặc biệt dành cho Ultra{0}}Pure DI

Trong nước DI siêu tinh khiết (18 MΩ·cm, được sử dụng trong các nhà máy bán dẫn), dòng điện rò rỉ từ sự cố của bộ gia nhiệt thường dưới 1 mA. Cả GFCI 30 mA và 5 mA đều không ngắt. Đối với những hệ thống như vậy, máy sưởi phải được thiết kế với nhiều tấm chắn (ví dụ: vỏ bọc PFA kép) hoặc sử dụng phương pháp làm nóng khác (ví dụ: máy sưởi thạch anh nội tuyến). Một số cơ sở sử dụng giám sát điện trở cách điện (IRM) thay vì GFCI: hệ thống liên tục đo điện trở giữa bộ phận làm nóng và mặt đất. Khi điện trở giảm xuống dưới ngưỡng (ví dụ: 10 MΩ đối với DI cực{17}}tinh khiết), sẽ có âm báo thức. IRM có thể phát hiện các lỗi không bao giờ ngắt GFCI vì dòng rò quá thấp (0,5 mA ở 120 V đến 240 kΩ? Đợi: I=120/10e6=0.012 mA). Trên thực tế, 10 MΩ cho 0,012 mA, IRM nhạy cảm có thể phát hiện được chứ không phải GFCI. Ngưỡng IRM từ 1–10 MΩ được sử dụng.

Đối với hầu hết các hệ thống nước DI (không{0}}chất bán dẫn), điện trở suất là 0,5–5 MΩ·cm và GFCI 5–10 mA là hiệu quả. Đối với DI siêu tinh khiết bán dẫn, hãy sử dụng IRM (cảnh báo ở mức 1–10 MΩ) cộng với cấu trúc rào cản-kép.

Những cân nhắc về luật pháp và thẩm quyền

NEC (NFPA 70) Điều 426 yêu cầu bảo vệ sự cố chạm đất đối với thiết bị sưởi điện cố định. Đối với máy sưởi chìm, ngưỡng cắt tối đa là 30 mA để bảo vệ con người. Tuy nhiên, Điều 427 cho phép các ngưỡng thấp hơn (thấp nhất là 5 mA) để bảo vệ thiết bị trong đó việc bảo vệ con người không phải là mối quan tâm chính (ví dụ: máy sưởi ở các khu vực-người dùng{10}}có thể tiếp cận được nhưng không tiếp xúc). Đối với hệ thống nước DI, hãy chỉ định "GFCI bảo vệ thiết bị" với ngưỡng cắt 5–10 mA. Ở một số khu vực pháp lý, cần có GFCI 5 mA cho bất kỳ thiết bị đun nước nào có độ dẫn điện dưới 100 µS/cm. Kiểm tra mã địa phương.

Để trang bị thêm các bể chứa nước DI hiện có bằng GFCI 30 mA, hãy thay thế bằng GFCI 5 mA. Các thiết bị này có thể hoán đổi cho nhau (cùng hệ số dạng) và có giá từ 50 đến 100 USD, thấp hơn nhiều so với chi phí cho một lần nhiễm bẩn duy nhất.

Ví dụ trường

Vòng đánh bóng bằng nước DI của nhà máy bán dẫn sử dụng bộ gia nhiệt PFA với GFCI 30 mA. Trong hơn 2 năm, ba máy sưởi đã phát sinh các lỗi chạm đất nhỏ (dòng điện rò rỉ 10–20 mA) không làm ảnh hưởng đến GFCI 30 mA. Người vận hành nhận thấy không có báo động. Các ion kim loại (sắt, niken) hòa vào nước DI, làm tăng điện trở suất từ ​​18 MΩ·cm đến 2 MΩ·cm và làm ô nhiễm một loạt tấm bán dẫn. Fab đã chuyển sang GFCI 5 mA. Các lỗi lò sưởi sau đó bị ngắt ngay lập tức ở mức 5 mA, hạn chế ô nhiễm ở mức không đáng kể. Fab cũng đã thêm IRM với ngưỡng cảnh báo 10 MΩ cho các vòng lặp cực kỳ thuần túy.

Kết luận: Sử dụng GFCI 5–10 mA cho nước DI

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), sử dụng giám sát điện trở cách điện thay vì GFCI. Chi phí của GFCI 5 mA là tối thiểu so với chi phí ô nhiễm. Không vận chuyển máy sưởi PFA cho dịch vụ nước DI có GFCI 30 mA. Chỉ định thấp hơn. Đi sớm, đi thường xuyên. Bảo vệ bồn tắm, bảo vệ sản phẩm.