น้ำปราศจากไอออน (DI) มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก-โดยทั่วไปคือ 0.1–10 µS/ซม. เทียบกับ 500–1,000 µS/ซม. สำหรับน้ำประปา ในสถานการณ์ข้อผิดพลาดของกราวด์ที่ปลอก PFA ขาดและองค์ประกอบความร้อนสัมผัสกับน้ำ DI กระแสไฟรั่วจะต่ำกว่าในน้ำประปามาก เนื่องจากมีความต้านทานสูงของน้ำ DI GFCI มาตรฐาน 30 mA (อุปกรณ์ตัดวงจรไฟฟ้ากระแสสลับกราวด์) อาจไม่ตัดการเชื่อมต่อเนื่องจากกระแสรั่วไหลผ่านน้ำ DI อาจมีค่าเพียง 5–15 mA-ไม่เพียงพอต่อการถึงเกณฑ์ 30 mA เครื่องทำความร้อนยังคงทำงานต่อไปโดยมีข้อผิดพลาดแฝง และแกนโลหะจะสึกกร่อนอย่างช้าๆ เป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ในที่สุด ผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอาจสร้างเส้นทางนำไฟฟ้า หรือแกนกลางอาจไม่เปิดออก แต่ความล่าช้าทำให้เกิดการปนเปื้อนในอ่างอาบน้ำ สำหรับระบบน้ำ DI เกณฑ์ทริป GFCI ควรเป็น 5–10 mA ไม่ใช่ 30 mA เขตอำนาจศาลบางแห่งอนุญาตให้ใช้ 5 mA สำหรับการปกป้องอุปกรณ์ในของไหลที่มีความต้านทานสูง-
ความนำไฟฟ้าและกระแสรั่วไหลในน้ำ DI
กระแสไฟรั่วจากตัวทำความร้อนแบบสัมผัส (120 VAC) ลงสู่กราวด์ผ่านน้ำ DI คือ I=V / R โดยที่ R คือความต้านทานของเส้นทางน้ำ ความต้านทาน R=ρ × L / A โดยที่ ρ คือความต้านทาน (Ω·cm) L คือความยาวเส้นทาง (ซม.) A คือพื้นที่หน้าตัด- (ซม.²) สำหรับน้ำ DI ที่มี 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 กระแสไฟรั่ว I=120 / 10,000,000=0.012 mA- ต่ำกว่าเกณฑ์ใดๆ มาก อย่างไรก็ตาม หากพื้นที่สัมผัสมีขนาดใหญ่กว่า (A=100 cm²) และเส้นทางสั้นกว่า (L=1 cm) R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA ซึ่งสูงกว่า 5 mA แต่ต่ำกว่า 30 mA GFCI 30 mA จะไม่ตัดการทำงาน GFCI 5 mA จะเดินทางภายใน 200–300 ms
เนื่องจากแกนเครื่องทำความร้อนเกิดการกัดกร่อน ไอออนของโลหะ (นิกเกิล เหล็ก โครเมียม) จะละลายลงในน้ำ DI ซึ่งจะทำให้มีการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ฟอลต์เล็กๆ ที่เริ่มต้นที่ 12 mA อาจเพิ่มเป็น 30 mA ในระยะเวลา 24–48 ชั่วโมง ในช่วงเวลาดังกล่าว เครื่องทำความร้อนยังคงทำงานต่อไป และไอออนของโลหะจะปนเปื้อนน้ำ DI ในระบบ DI ของเซมิคอนดักเตอร์หรือทางเภสัชกรรม แม้แต่ไอออนโลหะในระดับ ppb ก็สามารถทำลายผลิตภัณฑ์ได้ GFCI 5 mA ทริปเมื่อข้อผิดพลาดยังมีน้อย จึงลดการปนเปื้อนให้เหลือน้อยที่สุด
การเปรียบเทียบเกณฑ์การเดินทาง GFCI สำหรับน้ำ DI
| ประเภทน้ำ | ความนำไฟฟ้า (µS/cm) | กระแสไฟรั่วทั่วไปจากข้อผิดพลาดขนาดเล็ก (mA) | ทริป GFCI 30 mA? | ทริป GFCI 10 mA? | ทริป GFCI 5 mA? | ความเสี่ยงของความผิดพลาดที่ตรวจไม่พบ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| น้ำประปา | 500 | 50–200 | ใช่ (ทันที) | ใช่ | ใช่ | ต่ำ |
| น้ำอาร์โอ | 10–50 | 10–50 | บางครั้ง (เล็กน้อย) | ใช่ (กรณีส่วนใหญ่) | ใช่ | ปานกลาง |
| น้ำ DI (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | หายาก (มีข้อบกพร่องขนาดใหญ่เท่านั้น) | บางครั้ง | Yes (for faults >5 มิลลิแอมป์) | สูงด้วย 30 mA |
| DI บริสุทธิ์พิเศษ- (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | เลขที่ | ไม่ใช่ (ข้อผิดพลาด<10 mA) | ไม่ใช่ (ข้อผิดพลาด<5 mA) | สูงมาก (GFCI อาจไม่เคยสะดุด) |
ข้อควรพิจารณาพิเศษสำหรับ Ultra-Pure DI
ในน้ำ DI บริสุทธิ์พิเศษ- (18 MΩ·cm ที่ใช้ในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์) กระแสรั่วไหลจากความผิดปกติของฮีตเตอร์มักจะต่ำกว่า 1 mA GFCI ทั้ง 30 mA และ 5 mA จะไม่ตัดการทำงาน สำหรับระบบดังกล่าว เครื่องทำความร้อนต้องได้รับการออกแบบให้มีแผงกั้นหลายชั้น (เช่น ปลอก PFA สองชั้น) หรือใช้วิธีการทำความร้อนที่แตกต่างกัน (เช่น เครื่องทำความร้อนแบบควอตซ์ในสาย-) สิ่งอำนวยความสะดวกบางแห่งใช้การตรวจสอบความต้านทานของฉนวน (IRM) แทน GFCI: ระบบจะวัดความต้านทานระหว่างองค์ประกอบความร้อนและกราวด์อย่างต่อเนื่อง เมื่อความต้านทานลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ (เช่น 10 MΩ สำหรับ DI บริสุทธิ์พิเศษ) เสียงเตือนจะดังขึ้น IRM สามารถตรวจจับข้อผิดพลาดที่ไม่เคยตัดการทำงานของ GFCI เนื่องจากกระแสไฟรั่วต่ำเกินไป (0.5 mA ที่ 120 V ถึง 240 kΩ รอ: I=120/10e6=0.012 mA) ที่จริงแล้ว 10 MΩ ให้ 0.012 mA ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดย IRM ที่ละเอียดอ่อน แต่ไม่ใช่โดย GFCI ใช้เกณฑ์ IRM ที่ 1–10 MΩ
สำหรับระบบน้ำ DI ส่วนใหญ่ (ไม่ใช่-เซมิคอนดักเตอร์) ความต้านทานคือ 0.5–5 MΩ·cm และ 5–10 mA GFCI นั้นมีประสิทธิภาพ สำหรับ DI บริสุทธิ์พิเศษ-ของเซมิคอนดักเตอร์ ให้ใช้ IRM (สัญญาณเตือนที่ 1–10 MΩ) บวกกับโครงสร้างกั้นสองเท่า-
ข้อพิจารณาด้านประมวลกฎหมายและเขตอำนาจศาล
NEC (NFPA 70) มาตรา 426 กำหนดให้มีการป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์สำหรับอุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม ขีดจำกัดการตัดการทำงานสูงสุดคือ 30 mA สำหรับการป้องกันบุคลากร อย่างไรก็ตาม มาตรา 427 อนุญาตให้มีเกณฑ์ที่ต่ำกว่า (ต่ำถึง 5 mA) สำหรับการป้องกันอุปกรณ์ โดยที่การป้องกันบุคลากรไม่ใช่ประเด็นหลัก (เช่น เครื่องทำความร้อนในพื้นที่ที่เข้าถึงได้แต่ไม่ใช่-พื้นที่สัมผัสของผู้ใช้-) สำหรับระบบน้ำ DI ให้ระบุ "อุปกรณ์ป้องกัน GFCI" ที่มีเกณฑ์ตัดการทำงาน 5–10 mA ในเขตอำนาจศาลบางแห่ง ต้องใช้ 5 mA GFCI สำหรับเครื่องทำความร้อนใดๆ ในน้ำที่มีความนำไฟฟ้าต่ำกว่า 100 µS/ซม. ตรวจสอบรหัสท้องถิ่น
สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมถังน้ำ DI ที่มีอยู่ด้วย 30 mA GFCI ให้แทนที่ด้วย 5 mA GFCI หน่วยต่างๆ สามารถใช้แทนกันได้ (ฟอร์มแฟคเตอร์เดียวกัน) และมีราคา 50–100 ดอลลาร์ ซึ่งน้อยกว่าต้นทุนของการปนเปื้อนเพียงครั้งเดียวมาก
ตัวอย่างภาคสนาม
วงจรขัดเงาน้ำ DI ของโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ใช้เครื่องทำความร้อน PFA ที่มี GFCI 30 mA ตลอดระยะเวลา 2 ปีที่ผ่านมา เครื่องทำความร้อนสามเครื่องเกิดข้อผิดพลาดของกราวด์เล็กน้อย (กระแสไฟรั่ว 10–20 mA) ซึ่งไม่ได้ตัดการทำงานของ GFCI ขนาด 30 mA เจ้าหน้าที่ไม่พบสัญญาณเตือน ไอออนของโลหะ (เหล็ก นิกเกิล) ถูกชะลงไปในน้ำ DI ทำให้มีความต้านทานเพิ่มขึ้นตั้งแต่ 18 MΩ·cm ถึง 2 MΩ·cm และปนเปื้อนชุดเวเฟอร์ Fab เปลี่ยนไปเป็น 5 mA GFCI ความผิดปกติของเครื่องทำความร้อนที่ตามมาสะดุดทันทีที่ 5 mA ซึ่งจำกัดการปนเปื้อนให้อยู่ในระดับที่น้อยมาก นอกจากนี้ Fab ยังเพิ่ม IRM ด้วยเกณฑ์การเตือน 10 MΩ สำหรับลูปบริสุทธิ์พิเศษ-
สรุป: ใช้ 5–10 mA GFCI สำหรับน้ำ 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) ใช้การตรวจสอบความต้านทานของฉนวนแทน GFCI ค่าใช้จ่ายของ 5 mA GFCI นั้นต่ำมากเมื่อเทียบกับต้นทุนของการปนเปื้อน อย่าจัดส่งเครื่องทำความร้อน PFA สำหรับบริการน้ำ DI ที่มี 30 mA GFCI ระบุด้านล่าง. เดินทางเร็ว เดินทางบ่อย ปกป้องอ่างอาบน้ำปกป้องผลิตภัณฑ์
