Come diagnosticare un guasto a terra che appare solo quando un riscaldatore in PTFE è completamente immerso?

Il riscaldatore in PTFE supera tutti i controlli elettrici sul banco ma attiva il GFCI o il dispositivo di protezione dalle perdite non appena viene abbassato in un serbatoio di processo caldo. L'errore sembra essere sporadico e incoerente e non può essere riprodotto durante i normali test di manutenzione. Il motivo principale è spesso una rottura dinamica della guaina-guidata dalla pressione. Si tratta di un difetto microscopico nel PTFE che è chiuso quando è freddo e asciutto ma che si apre leggermente quando riscaldato e immerso in acqua, consentendo l'ingresso di liquido conduttivo verso il nucleo metallico interno.

Questo tipo di problema di diagnosi del riscaldatore in PTFE completamente immerso con guasto a terra è uno dei guasti del riscaldatore più difficili da confermare poiché il difetto si verifica solo in condizioni di funzionamento effettive.

Perché il Guasto è presente solo nella Full Immersion
Un riscaldatore a immersione in PTFE è soggetto a una brutale combinazione di espansione termica, pressione idraulica e attacco chimico. I difetti della guaina che appaiono innocui durante un controllo a freddo possono reagire in modo molto diverso quando il riscaldatore è alla temperatura operativa.

Il meccanismo della crepa-dell'attaccatura dei capelli
In genere, il problema inizia con:

Un piccolo graffio meccanico

Danni da abrasione

Esaurimento da calore

Un piccolo difetto di fabbricazione

Quando il riscaldatore è freddo, la guaina in PTFE è soggetta ad una certa forza di compressione. In un normale test di resistenza elettrica, la piccola fessura viene sigillata ermeticamente e non consente l'ingresso di umidità.

Ma quando il riscaldatore viene alimentato in un serbatoio caldo, si verificano una serie di cambiamenti simultanei:

Il PTFE è termoespandibile

La geometria della fessura viene modificata

Il liquido viene forzato nell'orifizio dalla pressione idraulica

Il fluido conduttivo arriva alla struttura metallica interna

La frattura è una sorta di valvola che si apre quando viene riscaldata, esponendo un percorso di dispersione elettrica che semplicemente non è presente quando testato a freddo.

Perché il test Megger standard spesso non risolve il problema
Un test standard della resistenza di isolamento utilizza comunemente un megger da 500 V CC con il riscaldatore:

Asciutto

BENE

Estratto dal bagno di processo

In tal caso la resistenza di isolamento può sembrare perfettamente tipica.

I test-a freddo non possono replicare le condizioni di funzionamento
Il guasto viene attivato solo quando tutte queste condizioni sono soddisfatte:

Effetto della condizione
L'alta temperatura gonfia la guaina in PTFE
Immersione completa nel liquidoUtilizza la pressione idraulica.
Liquido di processo conduttivo Fornisce un canale per le dispersioni elettriche
Cicli termici Apre e chiude dinamicamente la fessura
Nei test al banco la fessura è fisicamente chiusa in modo che il megger non rilevi alcuna corrente di dispersione rilevabile.

Ciò causa una frustrante situazione di risoluzione dei problemi in cui:

Prove elettriche superate

Nessun danno all'ispezione visiva

Il riscaldatore scatta solo durante il funzionamento

Il risultato sono spesso arresti ricorrenti e fastidiosi senza una causa fondamentale evidente.

Dipendenza della conducibilità dalla temperatura
Anche la temperatura del liquido stesso è fondamentale.

La maggior parte delle soluzioni chimiche acquose di qualsiasi tipo aumentano la conduttività elettrica all'aumentare della temperatura. Pertanto l'acqua calda, le soluzioni di risciacquo e i prodotti chimici per la placcatura presentano un canale di perdita significativamente più ampio rispetto ai liquidi freddi.

Quando la temperatura del bagno aumenta:

Aumento della mobilità ionica

La conduttività dei fluidi aumenta

La corrente di dispersione è più facile da mantenere

Un difetto che genera perdite di soli microampere nel liquido freddo può fornire una corrente di guasto sufficiente a far scattare i sistemi di protezione sensibili una volta che il bagno ha raggiunto la massima temperatura operativa.

Diagnosi del guasto a terra completamente immerso dei riscaldatori in PTFE
Il guasto è legato alla temperatura e all'immersione pertanto sono necessarie metodiche diagnostiche specifiche.

Test dell'alta tensione
Si ritiene che il test hot hi{0}}pot sia lo strumento diagnostico d'oro per confermare un problema della guaina-dipendente dalla temperatura.

Come funziona il test
Inizialmente il riscaldatore viene alimentato in un fluido non-conduttivo, ad esempio olio dielettrico pulito, in modo che possa raggiungere in sicurezza una temperatura operativa elevata senza rapide perdite a terra.

Quando è caldo:

Il riscaldatore viene rapidamente spostato in un bagnomaria conduttivo.

Immediatamente viene effettuato un test elettrico ad alto potenziale

Osservazione attenta del comportamento della corrente di dispersione

Questo approccio riproduce le esatte condizioni in cui la frattura si apre e conduce.

Perché prima il petrolio
Perché abbiamo bisogno del-mezzo di riscaldamento non conduttivo?

Il riscaldatore deve riscaldarsi

Non devo andare sulla terra troppo presto

Il difetto della guaina richiede l'attivazione termica prima del test di immersione

Una volta che il riscaldatore caldo penetra nel bagno conduttivo, anche i fori microscopici della guaina possono provocare una notevole corrente di dispersione.

Considerazioni sulla sicurezza
Il test dell'alta-potenza richiede:

Isolamento elettrico adeguato

Manipolazione sotto controllo

Personale addestrato

DPI corretti

Procedure attente di messa a terra

Il processo è più complicato di un normale test di isolamento poiché coinvolge contemporaneamente apparecchiature elettriche e sostanze conduttrici calde.

Monitoraggio delle perdite di corrente in tempo reale
Un'altra tecnica interessante è l'uso di apparecchiature sensibili alla corrente di dispersione-per rilevare impulsi di guasto transitori molto piccoli.

Rilevamento di eventi di perdita di millisecondi
Quando il riscaldatore caldo entra per la prima volta nella vasca da bagno:

La frattura si apre per un attimo

Il liquido conduttivo entra nel difetto

Sono presenti piccoli impulsi di perdita.

Tali eventi possono durare solo pochi millisecondi prima che il sistema si stabilizzi o i dispositivi di protezione intervengano.

Le apparecchiature di monitoraggio dal vivo sensibili possono rilevare:

Picchi di perdita

Impulsi di corrente di terra

Comportamento dinamico alla rottura dell'isolamento

Ciò è particolarmente efficace quando l'errore viene visualizzato solo brevemente durante l'avvio-o la prima immersione.

L'ispezione visiva spesso non è sufficiente
Molte delle rotture della guaina-dipendenti dalla temperatura sono al di sotto del livello di rilevamento ottico.

Il difetto potrebbe essere invisibile anche sotto ingrandimento a causa di:

La fessura si sigilla una volta raffreddata

Il PTFE nasconde intrinsecamente piccole imperfezioni superficiali

La colorazione chimica può coprire la regione danneggiata

I test diagnostici elettrici e termici sono quindi più affidabili dell'ispezione visiva.

Cause tipiche di danno alla guaina
Questi piccoli difetti possono essere causati da una serie di situazioni operative.

Scossa meccanica
Piccoli graffi sulla superficie, causati dal contatto accidentale con l'hardware o l'attrezzatura del serbatoio, possono proliferare successivamente sotto il ciclo termico.

Surriscaldamento (fuoco-secco)
Se il livello del liquido scende al di sotto della superficie del riscaldatore, può verificarsi un surriscaldamento localizzato che può danneggiare il rivestimento in PTFE e causare microfratture.

Degradazione chimica
Le superfici dei fluoropolimeri possono diventare gradualmente fragili a causa dell'esposizione prolungata a sostanze chimiche aggressive e temperature elevate.

Maneggevolezza durante la manutenzione
Durante l'installazione o la pulizia, torcere, piegare o colpire il riscaldatore potrebbe causare danni nascosti.

Perché la sostituzione è l'unica risposta affidabile
Se viene rilevata una rottura della guaina dipendente dalla temperatura, la riparazione spesso non è praticabile.

Il problema risiede nell'integrità del sistema isolante in fluoropolimero stesso. Le sigillature temporanee e i rappezzi superficiali non ripristinano in modo coerente le prestazioni dielettriche in caso di cicli di temperatura.

In ogni caso la conseguenza è la stessa; un problema confermato della guaina dipendente dalla temperatura comporta la sostituzione del riscaldatore.

Continuare le operazioni può portare a:

Frequenti viaggi GFCI

Interruzioni dei processi

Rischi di scossa elettrica

Rottura progressiva della guaina

Corrosione dell'elemento riscaldante (interno)

Prevenire futuri guasti a terra solo per immersione
"Diverse pratiche preventive possono ridurre le possibilità di recidiva.

Precauzioni raccomandate
NON sottoporre a urti meccanici durante l'installazione

Mantenere livelli adeguati di liquidi

Evita situazioni di fuoco-a secco

• Utilizzare riscaldatori a bassa densità di watt ove possibile.

Monitorare periodicamente la corrente di dispersione

Sostituisci attivamente i riscaldatori obsoleti nei sistemi importanti.

Una manipolazione attenta e condizioni operative controllate esercitano nel tempo meno stress sui materiali della guaina in fluoropolimero.

In sintesi:
Una situazione diagnostica particolarmente difficile si presenta quando un guasto elettrico si manifesta solo quando il riscaldatore ad immersione in PTFE è immerso, cioè solo in condizioni operative reali. Una piccola rottura nella guaina può essere elettricamente impercettibile quando è fredda e asciutta, ma può aprirsi sotto l'espansione termica e la pressione idraulica quando è completamente immersa in un liquido caldo e conduttivo.

Per ottenere una diagnosi accurata dei guasti a terra nei riscaldatori in PTFE, sono necessari metodi di test elettrici-termici completamente immersi in grado di imitare le reali condizioni di processo. Il test dell'alta-potenza è ancora il modo migliore. Il monitoraggio sensibile della corrente di dispersione- può essere utilizzato per rilevare il comportamento di guasto transitorio durante l'immersione.

Alcuni problemi elettrici non possono essere riscontrati solo su un banco di lavoro. Alcuni guasti si riscontrano solo nel normale ambiente termico, idraulico ed elettrico del riscaldatore.