Qual è il contenuto critico di umidità all'interno della sezione fredda che innesca un guasto verso terra in un riscaldatore PFA a 480 V CA?

Nel riscaldatore PFA, la terminazione elettrica del nucleo metallico con il cavo di alimentazione si trova nella parte fredda sopra la linea del liquido. Nel corso del tempo, in questa regione fredda potrebbe accumularsi umidità a causa di penetrazione, condensa o guarnizioni difettose. A un livello critico di umidità forma un percorso conduttivo dal terminale ad alta tensione (480 V CA) a terra e al braccio, si verifica un guasto a terra. Il contenuto di umidità essenziale è pari a 0.5 - 1.0 g di acqua libera in un tipico segmento freddo (volume 100 - 300 cm3). Ciò corrisponde ad un'umidità relativa prossima al 100% e ad una condensa visibile. La corrente di dispersione attraverso la pellicola di umidità a 480 V CA è di 5-30 mA, sufficiente per far scattare un GFCI o causare un avviso di guasto a terra. L'umidità non deve coprire completamente i terminali, è sufficiente una pellicola di 0,1-0,5 mm che colmi l'isolante dei terminali. Gli essiccanti per prevenire o rimuovere l'umidità sono importanti per l'affidabilità del riscaldatore ad alta tensione.

Relazione tra accumulo di umidità e corrente di dispersione
La corrente di dispersione I_leak=V / R, dove R è la resistenza al passaggio dell'umidità. La tipica spaziatura terminale di 10 mm garantisce una resistenza del film d'acqua che dipende dalla qualità dell'acqua. L'acqua condensata dell'aria umida ha una conduttività di 10–100 µS/cm (resistività 0,01–0,1 MΩ cm). Diciamo 0,1 mm di spessore, area 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 a 480 V CA, intervento GFCI inferiore alla media di 30 mA, ma rilevabile. Se l'acqua raccoglie impurità ioniche (sali provenienti da residui di flusso, prodotti di corrosione), la conduttività aumenta fino a 1000-10000 µS/cm (resistività 0,0001-0,001 MΩ*cm), risultando in I_leak=480 / 200=2.4 Aa completamente corto. Ciò che è importante nel contenuto di umidità cruciale non è la quantità di acqua, ma la sua purezza ionica.

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 a 480 VCA). Ciò avviene con circa 0,5 g di acqua libera in una sezione fredda di 200 cm3 sufficienti a generare uno strato continuo sulla morsettiera.

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
Per un tipico sistema da 480 V CA con un GFCI da 30 mA, il contenuto di umidità richiesto è 0,3–0,5 g di acqua libera con lieve contaminazione (300–500 ppm NaCl equivalenti). Se il livello è inferiore a 0,3 g, il GFCI potrebbe non scattare. Se è superiore a 0,5 g, potrebbero verificarsi scatti fastidiosi.

Fonti di umidità nella sezione fredda
Esistono tre metodi per l'ingresso di umidità nella sezione fredda:

Permeazione attraverso PFA: la parte fredda non viene riscaldata attivamente a 480 VCA (è al di sopra della linea del liquido). Funziona a 40-80 gradi. Flusso di vapore acqueo attraverso la parete in PFA 0,1-0,5 g/m2·giorno. Per un'area della sezione fredda di 0,05 m 2 si tratta di 0,005–0,025 g al giorno -1 . In un anno (365 giorni) si può accumulare un'umidità di 2-9 g, ben al di sopra del limite soglia.

Condensa dall'aria ambiente: se la parte fredda si raffredda fino al punto di rugiada (ad esempio fermandosi durante la notte), l'aria umida si condensa all'interno. Un singolo evento di condensa può depositare da 0,5 a 2 g di acqua.

Guarnizioni che perdono: O-ring o guarnizioni difettosi provocano infiltrazioni d'acqua. Una perdita di 1 goccia all'ora (0,05 g/ora) contribuisce con 1,2 g/giorno

Rilevamento e prevenzione
È possibile posizionare un sensore di umidità o una sonda di conduttanza all'interno dell'area fredda per identificare il contenuto di umidità essenziale prima che si verifichi un guasto verso terra. Un'umidità relativa superiore all'80% o una conduttività superiore a 10 µS/cm tra due pin isolati attiva un allarme mediante il quale è possibile eseguire la manutenzione prima che il GFCI scatti.

Strategie di prevenzione:

Pacchetto essiccante: posizionare un setaccio molecolare (zeolite) nella sezione fredda. Cambiare ogni 6-12 mesi. Una confezione da 10 g richiederà 2-3 g di acqua per saturarsi.

Spurgo dell'azoto: flusso continuo di N 2 secco attraverso la sezione fredda a 0,1 bar. UR < 10% Mantiene e rimuove i vapori penetrati.

Sigillo ermetico. Utilizzare una guarnizione da vetro-a-metallo o da ceramica-a-metallo per il passante del terminale, eliminando le perdite di polimero.

Riscaldamento della sezione fredda Mantenere la sezione fredda a 50–60 gradi, sopra il punto di rugiada, con un piccolo riscaldatore (5–10 W) per prevenire la formazione di condensa.

Campo di esempio
Un riscaldatore PFA da 480 VCA in una linea di placcatura umida (80% di umidità relativa) è scattato settimanalmente a causa del fastidioso GFCI dopo 6 mesi di funzionamento. L'ispezione ha mostrato 0,8 g di acqua libera nella regione fredda (mediante pesatura). La conduttività dell'acqua era di 800 µS/cm (da nebbie acide assorbite). Il riscaldatore è stato asciugato ed è stato applicato un pacchetto essiccante. Viaggi interrotti per 8 mesi e poi ripresi. L'impianto è stato spurgato continuamente con N2 a 0,5 L/min. Non ci furono più escursioni per 3 anni.

Conclusione: guasto verso terra dovuto a 0,3-0,5 g di acqua libera a 480 V CA
Per un riscaldatore PFA, il contenuto di umidità richiesto nella sezione fredda per guasto verso terra a 480 VCA è 0,3–0,5 g di acqua libera con tipica contaminazione ionica (300–500 ppm di sale equivalente). L'umidità genera un rivestimento conduttivo sulla morsettiera, riducendo la resistenza di isolamento a meno di 1 MΩ e creando una corrente di dispersione superiore a 5–30 mA, facendo scattare l'allarme GFCI.I o guasto a terra. L'ingresso di umidità avviene per permeazione (2-9 g/anno), condensa (0,5-2 g/evento) o perdite di tenuta. Installare pacchetti essiccanti, spurgo con azoto o aggiungere il riscaldamento della sezione fredda per prevenire guasti a terra. Controlla l'umidità o la conduttanza prima che raggiunga livelli critici. Poche gocce d'acqua a 480 V CA possono interrompere il processo. Non bagnare la sezione fredda, altrimenti. Misurazione dell'umidità, prevenzione dei guasti La parte fredda è il punto vulnerabile. Prenditene cura.