Aký je kritický obsah vlhkosti vo vnútri studenej časti, ktorý spúšťa zemnú poruchu v ohrievači PFA pri 480 VAC?

V ohrievači PFA je elektrické ukončenie kovového jadra s napájacím káblom umiestnené v studenej časti nad vedením kvapaliny. V priebehu času sa môže v tejto chladnej oblasti nahromadiť vlhkosť v dôsledku prieniku, kondenzácie alebo zlyhaní tesnení. Pri kritickej úrovni vlhkosti vytvára vodivú cestu od vysokonapäťovej svorky (480 VAC) k zemi a výložníku, máte poruchu uzemnenia. Základný obsah vlhkosti je 0.5 - 1.0 g voľnej vody v typickom chladnom segmente (objem 100 - 300 cm3). To zodpovedá relatívnej vlhkosti blízkej 100 % a viditeľnej kondenzácii. Zvodový prúd cez vrstvu vlhkosti pri 480 VAC je 5-30 mA, čo je dostatočné na vypnutie GFCI alebo na vyvolanie výstrahy o poruche uzemnenia. Vlhkosť nemusí tvoriť úplné zakrytie svoriek, postačuje fólia 0,1-0,5 mm premosťujúca izolátor svoriek. Sušidlá na zabránenie alebo odstránenie vlhkosti sú dôležité pre spoľahlivosť vysokonapäťového ohrievača.

Vzťah medzi akumuláciou vlhkosti a zvodovým prúdom
Zvodový prúd I_leak=V / R, kde R je odpor prechodu vlhkosti. Typická rozteč svoriek 10 mm poskytuje odolnosť proti vodnému filmu v závislosti od kvality vody. Skondenzovaná voda z vlhkého vzduchu má vodivosť 10–100 µS/cm (odpor 0,01–0,1 MΩ cm). Povedzme, že hrúbka 0,1 mm, plocha 10 mm x 5 mm. R=ρL / A=0.05 MΩ•cm x 1 cm / 0,5 cm2=0.1 MΩ . I_leak=480/100,000=4.8 mA @ 480 VAC , pod priemerom 30 mA prerušenie GFCI , ale zistiteľné . Ak sa vo vode zhromažďujú iónové nečistoty (soli zo zvyškov taviva, produkty korózie), vodivosť sa zvýši až na 1000-10000 µS/cm (odpor 0,0001-0,001 MΩ*cm), čo má za následok I_leak=480 / 200=2.4 Aa mŕtvy skrat. Pri rozhodujúcom obsahu vlhkosti nie je dôležité množstvo vody, ale jej iónová čistota.

The "critical moisture content" is defined as the quantity of water which, mixed with typical ionic contamination (5–50 µg of chlorides, sulphates, or salt) decreases resistance below 1 MΩ (leakage >0,5 mA pri 480 VAC). K tomu dochádza pri asi 0,5 g voľnej vody v 200 cm3 studenej časti, ktorá postačuje na vytvorenie súvislej vrstvy na svorkovnici.

Critical Moisture Content by Voltage and Contamination Level Voltage (VAC) Insulation Resistance Trip Threshold (MΩ) Leakage Current at Trip (mA) Critical Free Water (g) in 200 cm³ Required Water Conductivity (µS/cm) Contamination Level (ppm NaCl equivalent) 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 mA) 16 30 0.3 >1,000 >500 480 (GFCI 5 mA) 96 5 0.1 >3,000 >1,500 480 (equipment protection) 10 48 0.5 >500 >300 690 1.0 690 0.8 >150 >80 1,000 1.0 1,0
Pre typický 480 VAC systém s 30 mA GFCI je požadovaný obsah vlhkosti 0,3 – 0,5 g voľnej vody s miernou kontamináciou (ekvivalent 300 – 500 ppm NaCl). Ak je hladina nižšia ako 0,3 g, GFCI sa nemusí spustiť. Ak je väčšia ako 0,5 g, môže dôjsť k nepríjemnému vypínaniu.

Zdroje vlhkosti v studenej sekcii
Existujú tri spôsoby prenikania vlhkosti do studenej časti:

Permeácia cez PFA: Studená časť nie je aktívne ohrievaná pri 480 VAC (je nad čiarou kvapaliny). Funguje pri 40-80 stupňoch . Tok vodnej pary cez stenu PFA 0,1-0,5 g/m2·deň. Pre oblasť studenej sekcie 0,05 m 2 je to 0,005 – 0,025 g za deň -1 . Za 1 rok (365 dní) sa môže nahromadiť vlhkosť 2 – 9 g vysoko nad prahovú hranicu.

Kondenzácia z okolitého vzduchu: Ak sa studená časť ochladí na rosný bod (napr. zastavením cez noc), vlhký vzduch kondenzuje vo vnútri. Pri jedinej kondenzácii sa môže uložiť 0,5 až 2 g vody.

Netesné tesnenia: Zlyhané O-krúžky alebo tesnenia vedú k infiltrácii veľkého množstva vody. Únik 1 kvapky za hodinu (0,05 g/h) prispieva k 1,2 g/deň

Detekcia a prevencia
Vo vnútri chladnej oblasti je možné umiestniť snímač vlhkosti alebo vodivostnú sondu na identifikáciu základného obsahu vlhkosti predtým, ako dôjde k poruche uzemnenia. Relatívna vlhkosť nad 80 % alebo vodivosť nad 10 µS/cm medzi dvoma izolovanými kolíkmi aktivuje alarm, pomocou ktorého je možné vykonať údržbu pred aktiváciou GFCI.

Stratégie prevencie:

Balenie sušiaceho prostriedku: Do chladnej časti umiestnite molekulové sito (zeolit). Zmeňte každých 6-12 mesiacov. 10 g balenie bude vyžadovať 2-3 g vody, aby sa nasýtilo.

Preplachovanie dusíkom: kontinuálny prietok suchého N2 cez studenú sekciu pri 0,1 bar. RH < 10% Udržiava a odstraňuje preniknuté výpary.

Hermetické tesnenie. Použite sklo-na-kov alebo keramiku-na-kovové tesnenie koncovej priechodky, čím sa eliminuje únik polyméru.

Ohrev studenej sekcie Udržujte studenú sekciu na 50–60 stupňoch nad rosným bodom pomocou malého ohrievača (5–10 W), aby sa zabránilo kondenzácii.

Príklad poľa
Ohrievač 480 VAC PFA vo vlhkej pokovovacej linke (80 % relatívnej vlhkosti okolia) sa po 6 mesiacoch prevádzky spustil týždenne kvôli rušivému GFCI. Kontrola ukázala 0,8 g voľnej vody v chladnej oblasti (vážením). Vodivosť vody bola 800 uS/cm (z absorbovanej kyslej hmly). Ohrievač sa vysušil a nanieslo sa vysúšadlo. Výlety sa zastavili na 8 mesiacov a potom sa vrátili. Zariadenie sa kontinuálne preplachovalo N2 rýchlosťou 0,5 l/min. Už 3 roky neboli žiadne exkurzie.

Záver: Zemná porucha spôsobená 0,3-0,5 g voľnej vody pri 480 VAC
Pre ohrievač PFA je požadovaný obsah vlhkosti v studenej sekcii pre zemné spojenie pri 480 VAC 0,3 – 0,5 g voľnej vody s typickou iónovou kontamináciou (ekvivalent 300 – 500 ppm soli). Vlhkosť vytvára vodivý povlak na svorkovnici, čím sa znižuje izolačný odpor na menej ako 1 MΩ a vytvára sa zvodový prúd viac ako 5–30 mA, čím sa vypne GFCI.Is alebo alarm poruchy uzemnenia. K prenikaniu vlhkosti dochádza permeáciou (2 – 9 g/rok), kondenzáciou (0,5 – 2 g/udalosť) alebo netesnosťami tesnenia. Nainštalujte vysúšacie balenia, prepláchnite dusíkom alebo pridajte ohrev studenej sekcie, aby ste predišli zemným poruchám. Sledujte vlhkosť alebo vodivosť predtým, ako sa dostane na kritickú úroveň. Niekoľko kvapiek vody pri 480 VAC môže zabiť váš proces. Nezmáčajte studenú časť – alebo inak. Meranie vlhkosti, predchádzanie poruchám Studená časť je zraniteľným miestom. Postarajte sa o to.