Como diagnosticar uma falta à terra que aparece apenas quando um aquecedor de PTFE está totalmente imerso?

O aquecedor de PTFE passa em todas as verificações elétricas na bancada, mas aciona o GFCI ou dispositivo de proteção contra vazamento assim que é baixado para um tanque de processo quente. O erro parece ser esporádico e inconsistente e não pode ser reproduzido durante os testes normais de manutenção. O principal motivo geralmente é uma rachadura dinâmica na bainha-impulsionada pela pressão. Esta é uma falha microscópica no PTFE que se fecha quando está frio e seco, mas que se abre ligeiramente quando aquecido e imerso em água, permitindo a entrada de líquido condutor em direção ao núcleo metálico interior.

Este tipo de problema de diagnóstico totalmente imerso do aquecedor de PTFE com falha à terra é uma das falhas de aquecedor mais difíceis de confirmar, pois o defeito ocorre apenas nas configurações reais de trabalho.

Por que a falha só está presente na imersão total
Um aquecedor de imersão em PTFE está sujeito a uma combinação brutal de expansão térmica, pressão hidráulica e ataque químico. As falhas da bainha que parecem inofensivas durante uma verificação a frio podem reagir de maneira bastante diferente quando o aquecedor está na temperatura operacional.

O mecanismo-de rachadura da linha fina
Normalmente, o problema começa com:

Um pequeno arranhão mecânico

Danos por abrasão

Exaustão pelo calor

Um pequeno defeito de fabricação

Quando o aquecedor está frio, a bainha de PTFE está sujeita a alguma força compressiva. Em um teste normal de resistência elétrica, a pequena brecha é hermeticamente fechada e não permite a entrada de umidade.

Mas quando o aquecedor é energizado em um tanque quente, ocorrem várias mudanças simultâneas:

O PTFE é expansível por calor

A geometria da fissura é alterada

O líquido é forçado para dentro do orifício por pressão hidráulica

O fluido condutor chega à estrutura metálica interna

A fratura é uma espécie de válvula que se abre quando aquecida, expondo um caminho de vazamento elétrico que simplesmente não existe quando testado a frio.

Por que o teste Megger padrão muitas vezes não resolve o problema
Um teste de resistência de isolamento padrão geralmente emprega um megômetro de 500 VCC com o aquecedor:

Seco

Bem

Retirado do banho de processo

Neste caso, a resistência de isolamento pode parecer perfeitamente típica.

Os testes-de estado frio não conseguem replicar as condições de execução
A falha só é acionada quando todas estas condições forem atendidas:

Efeito de condição
Alta temperatura incha a bainha de PTFE
Imersão total em líquidoUsa pressão hidráulica.
Líquido condutivo de processoFornece um canal para vazamento elétrico
Ciclagem térmica Abre e fecha dinamicamente a fissura
Nos testes de bancada, a trinca é fisicamente fechada para que o megômetro não detecte nenhuma corrente de fuga detectável.

Isso causa uma situação frustrante de solução de problemas onde:

Testes elétricos aprovados

Nenhum dano na inspeção visual

O aquecedor desarma apenas durante o funcionamento

O resultado são frequentemente desligamentos incômodos e recorrentes, sem causa fundamental evidente.

Dependência da temperatura da condutividade
A temperatura do próprio líquido também é crucial.

A maioria das soluções químicas aquosas de qualquer tipo aumenta a condutividade elétrica à medida que a temperatura aumenta. Assim, a água quente, as soluções de enxágue e os produtos químicos de revestimento apresentam um canal de vazamento significativamente maior do que os líquidos frios.

À medida que a temperatura do banho aumenta:

Aumento da mobilidade iônica

A condutividade dos fluidos aumenta

A corrente de fuga é mais fácil de manter

Um defeito que gera apenas vazamento de microamperes em líquido frio pode fornecer corrente de falta suficiente para desarmar sistemas de proteção sensíveis quando o banho estiver em plena temperatura operacional.

Diagnóstico de falta à terra totalmente imersa de aquecedores de PTFE
A falha está relacionada à temperatura e à imersão, portanto são necessários métodos de diagnóstico específicos.

Teste de Hipot Quente
Acredita-se que o teste-hot hi{0}}pot seja a ferramenta de diagnóstico de ouro para confirmar um problema de bainha-dependente da temperatura.

Como funciona o teste
O aquecedor é alimentado inicialmente com um fluido não{0}condutivo, como óleo dielétrico limpo, para que possa atingir com segurança uma temperatura operacional elevada sem vazamento rápido para o solo.

Quando quente:

O aquecedor é rapidamente movido para um banho de água condutivo.

Imediatamente um teste elétrico de alto potencial é realizado

Observação atenta do comportamento da corrente de fuga

Esta abordagem reproduz as condições exatas sob as quais a fratura se abre e conduz.

Por que o petróleo primeiro
Por que precisamos do meio de aquecimento-não condutor?

O aquecedor precisa aquecer

Não deve ir para a terra tão cedo

O defeito da bainha requer ativação térmica antes do teste de imersão

Uma vez que o aquecedor quente penetre no banho condutor, mesmo furos microscópicos na bainha podem resultar em corrente de fuga significativa.

Considerações de segurança
O teste de alta-potência exige:

Isolamento elétrico adequado

Manuseio sob procedimentos de controle

Pessoal treinado

EPI correto

Procedimentos cuidadosos de aterramento

O processo é mais complicado do que um teste de isolamento normal, pois envolve equipamentos elétricos e substâncias condutoras quentes ao mesmo tempo.

Monitoramento de vazamento de corrente ao vivo
Outra técnica interessante é o uso de equipamento de corrente de fuga-sensível para detectar pulsos de falha transitórios muito pequenos.

Detecção de eventos de vazamento em milissegundos
À medida que o aquecedor quente entra pela primeira vez na banheira:

A fratura abre por um momento

Líquido condutor entra na falha

Existem pequenos pulsos de vazamento.

Tais ocorrências podem durar apenas milissegundos antes que o sistema se estabilize ou os dispositivos de proteção sejam acionados.

Equipamentos sensíveis de monitoramento ao vivo podem detectar:

Picos de vazamento

Pulsos de corrente de terra

Comportamento de ruptura dinâmica do isolamento

Isso é particularmente eficaz quando o erro é exibido apenas brevemente durante a inicialização-ou a primeira imersão.

A inspeção visual muitas vezes não é suficiente
Muitas das rupturas da bainha-dependentes da temperatura estão abaixo do nível de detecção óptica.

A falha pode ser invisível mesmo sob ampliação devido a:

A rachadura sela quando resfriada

O PTFE oculta inerentemente pequenas imperfeições superficiais

A coloração química pode encobrir a região danificada

Os testes de diagnóstico elétrico e térmico são, portanto, mais confiáveis ​​do que a inspeção visual.

Causas típicas de danos na bainha
Essas pequenas falhas podem ser causadas por diversas situações operacionais.

Choque mecânico
Pequenos cortes na superfície, causados ​​por contato acidental com as ferragens ou equipamentos do tanque, podem proliferar posteriormente durante o ciclo térmico.

Superaquecimento (fogo-seco)
Se o nível do líquido descer abaixo da superfície do aquecedor, poderá ocorrer superaquecimento localizado, o que pode danificar o revestimento de PTFE e causar microfraturas.

Degradação química
As superfícies de fluoropolímero podem tornar-se gradualmente fragilizadas devido à exposição prolongada a produtos químicos agressivos e temperaturas elevadas.

Mau manuseio durante a manutenção
Durante a instalação ou limpeza, torcer, dobrar ou bater no aquecedor pode causar danos ocultos.

Por que a substituição é a única resposta confiável
Se for encontrada uma fissura na bainha dependente da temperatura, a reparação muitas vezes não é praticável.

O problema reside na integridade do próprio sistema isolante de fluoropolímero. Selos temporários e remendos de superfície não restauram consistentemente o desempenho dielétrico sob ciclos de temperatura.

Em cada caso a consequência é a mesma; um problema confirmado de bainha dependente da temperatura resulta na substituição do aquecedor.

Continuar suas operações pode levar a:

Viagens frequentes do GFCI

Interrupções de processos

Riscos de choque elétrico

Quebra progressiva da bainha

Corrosão do elemento de aquecimento (interno)

Prevenção de falhas de aterramento somente por imersão futura
“Várias práticas preventivas podem diminuir as chances de recorrência.

Precauções recomendadas
NÃO sujeite a impactos mecânicos durante a instalação

Mantenha níveis adequados de líquidos

Evite situações de-queima a seco

• Use designs de aquecedores de baixa densidade de potência sempre que possível.

Monitore a corrente de fuga periodicamente

Troque ativamente aquecedores antigos em sistemas importantes.

O manuseio cuidadoso e as condições operacionais controladas aplicam menos tensão aos materiais de bainha de fluoropolímero ao longo do tempo.

Resumindo:
Uma situação de diagnóstico particularmente difícil é apresentada quando uma falha elétrica aparece apenas quando o aquecedor de imersão em PTFE está imerso, ou seja, apenas sob condições operacionais genuínas. Uma pequena ruptura na bainha pode ser eletricamente imperceptível quando fria e seca, mas aberta sob expansão térmica e pressão hidráulica quando totalmente submersa em líquido quente e condutor.

Para obter um diagnóstico preciso de faltas à terra em aquecedores de PTFE, são necessários métodos de teste térmico-elétricos totalmente imersos que sejam capazes de imitar condições reais de processo. O teste rápido-ainda é a melhor maneira. O monitoramento-de corrente de vazamento sensível pode ser usado para detectar comportamento de falha transitória na imersão.

Alguns problemas elétricos não podem ser encontrados sozinhos em uma bancada. Algumas falhas são vistas apenas no ambiente térmico, hidráulico e elétrico normal do aquecedor.