Como selecionar o aterramento correto e a configuração GFCI com base na condutividade do banho aquecido?

A condutividade elétrica do líquido aquecido influencia o risco de choque e corrosão por correntes parasitas. Um aquecedor de PTFE em ácido concentrado requer um aterramento mais forte e uma solução GFCI do que em água deionizada. As medidas de proteção adequadas incluem combinar o tamanho do condutor de aterramento e o limite de disparo do GFCI com a condutividade do banho específico. Essa decisão-de segurança no nível do sistema está encapsulada na palavra-chave PTFE aquecedor aterrando condutividade do banho GFCI.

Por que a condutividade do banho é importante para aquecedores seguros
A condutividade líquida indica a facilidade com que a corrente elétrica passa pela solução. Alguns líquidos, como banhos ácidos de revestimento de cobre, soluções de ácido crômico, ácidos fosfórico ou sulfúrico fortes e salmouras, são altamente condutores e permitem que a corrente flua facilmente. A água DI, por outro lado, tem condutividade muito baixa, a menos que esteja contaminada.

Os aquecedores de imersão em PTFE são dispositivos elétricos com o elemento de aquecimento completamente coberto por uma bainha de PTFE. PTFE é um ótimo isolante elétrico. Mas danos mecânicos a longo prazo, falhas de fabricação ou ataques químicos podem causar furos ou rachaduras na bainha. Se tal falha ocorrer quando o aquecedor estiver submerso em um banho condutor, o elemento interno energizado poderá vazar corrente diretamente no líquido. A corrente então tenta encontrar o caminho de menor resistência até o solo – geralmente através da parede do tanque, tubulações ou, em certos casos, um operador humano.

Duas camadas de segurança complementares são usadas para gerenciar esse risco:

O condutor de aterramento do equipamento (fio verde ou desencapado) é um link de baixa impedância de volta à fonte de alimentação para garantir que a corrente de falha desarme o dispositivo de sobrecorrente.

O GFCI detecta diferenças entre os condutores quentes e neutros (vazamento de corrente para o terra) e corta a energia em milissegundos.

Uma camada não é suficiente. Um GFCI não é confiável a menos que esteja devidamente aterrado. O aterramento sem um GFCI pode permitir o fluxo contínuo de correntes de falha que podem causar choque ou incêndio.

Seleção-baseada em condutividade: requisitos para aterramento
Todos os códigos elétricos em todo o mundo exigem o aterramento dos aquecedores de imersão. O tamanho do condutor de aterramento é baseado na classificação de proteção contra sobrecorrente e não na condutividade do banho. Para banhos extremamente condutivos, entretanto, a estratégia prudente é atualizar o condutor de aterramento para um tamanho maior que o requisito mínimo do código. Isto minimiza a resistência do caminho de terra, o que é extremamente importante, uma vez que os banhos condutores diminuem a resistência do canal de falha através do líquido.

Na prática, um banho de alta condutividade (por exemplo, típico para cobre ácido 50–200 mS/cm) resulta em um circuito de falha de baixa resistência. Qualquer resistência no aterramento do equipamento pode causar a divisão da corrente de falta, com parte da corrente tomando cursos não intencionais, inclusive através de pessoas nas proximidades que possam estar tocando o tanque ou o líquido. O superdimensionamento do fio de aterramento ajuda a direcionar a maior parte da corrente de falha para o aterramento dedicado, o que aumenta a possibilidade de que o GFCI ou dispositivo de sobrecorrente elimine a falha rapidamente.

Em banhos de baixa{0}condutividade (água deionizada < 10 µS/cm) o fator limitante é o próprio líquido. Um vazamento pinhole só pode permitir vazamento em microamperes ou miliamperes, o que pode não desarmar um GFCI (interruptor de circuito de falha de aterramento) típico. Nessas circunstâncias, o condutor de aterramento do equipamento ainda é instalado de acordo com o código, mas o principal mecanismo de segurança é a prevenção de falhas por meio da inspeção meticulosa do aquecedor e dos projetos de encapsulamento duplo.

Seleção do nível de disparo GFCI com base na condutividade
Vários limites de corrente de disparo estão disponíveis para dispositivos GFCI. Proteção pessoal Disparo do GFCI em 4-6 mA (geralmente 5 mA). Os GFCIs de proteção de equipamentos desarmam a 30 mA ou mais (até 300 mA para prevenção de incêndio). O limite correto deve ser escolhido para equilibrar disparos de segurança versus disparos incômodos.

Bath with a high conductivity (>10mS/cm)
Exemplos: cobre ácido, sulfamato de níquel, ácido crômico, ácido sulfúrico- ou fosfórico concentrado.
Nível de disparo GFCI recomendado: 5-30 mA (preferencialmente proteção pessoal)
Justificativa: As correntes de falha podem matar em um curto período de tempo. O nível máximo de proteção contra choques é fornecido por um interruptor de circuito de falha de aterramento-de 5 mA (GFCI). Algumas operações industriais, no entanto, usam GFCIs de 30 mA para reduzir disparos incômodos causados ​​por vazamento de capacitância típico, especialmente quando longas linhas de aquecedor são usadas. Um disparo de 5 mA é fortemente recomendado onde for provável a exposição do pessoal. Em muitos casos, os padrões elétricos para ambientes industriais úmidos especificam 30 mA ou menos.

Banhos moderadamente conduzidos (10 µS/cm – 10 mS/cm)
Exemplos: água dura, ácidos ou bases diluídas, algumas soluções de revestimento eletrolítico.
Nível de disparo GFCI recomendado: 30 mA (proteção do equipamento).
Raciocínio: O próprio líquido restringe a corrente de falha, portanto a probabilidade de choque mortal é menor do que para banhos de alta{0}condutividade. Um GFCI de 30 mA fornecerá proteção contra incêndio e danos ao equipamento com menos disparos incômodos devido ao acoplamento capacitivo típico.

Banhos de baixa condutividade (<10 µS/cm)
água deionizada, água destilada, permeado de osmose reversa.
Nível de disparo GFCI recomendado: 30–300 mA (proteção do equipamento).
Raciocínio: A água desionizada normalmente tem correntes de fuga inferiores a 5 mA, a menos que esteja contaminada. Um GFCI de-desarme baixo (5 mA) desarmaria frequentemente devido a correntes de fuga capacitivas das peças internas do aquecedor. Um GFCI de 30 mA ou 300 mA permite operação regular, mas evita incêndio devido a falhas sustentadas de corrente-mais alta (por exemplo, uma grande ruptura da bainha combinada com contaminação). Você ainda precisa se aterrar.

Para banheiras extremamente condutivas, uma estratégia inteligente é instalar um esquema GFCI duplo: um GFCI de 5 mA para proteção de pessoas a montante de um GFCI de 30 mA para proteção de equipamentos. Em painéis industriais isso raramente é prático e, portanto, a maioria das instalações usará um GFCI de 30 mA e combinará isso com testes rotineiros de resistência de isolamento do aquecedor de PTFE.

Tabela de Referência: Condutividade do Banho para Aterramento e Escolha GFCI
Bath Conductivity Level Typical ExamplesRecommended Grounding GFCI Trip Level Primary Protection Goal High (>10 mS/cm) Cobre ácido, ácido crômico, H₂SO₄/H₃PO₄5–30 mA concentrado (5 mA recomendado onde houver acesso de pessoal) Prevenção de choque pessoal Aterramento de equipamento superdimensionado (um tamanho maior que o mínimo)
Moderado (10 µS/cm – 10 mS/cm) Água dura, ácidos diluídos, níquel sem eletrólito Aterramento compatível com código padrão- 30 mALProteção pessoal e equipamentos limitados
Baixo (< 10 µS/cm) Deionized water, distilled water, RO water Standard code-compliant ground 30–300 mA (equipment protection GFCI) Fire prevention, annoyance trip prevention
Notas de instalação
Na verdade, você não pode tomar decisões sobre o aterramento do aquecedor de PTFE com a condutividade do banho GFCI isoladamente. Vários elementos-do mundo real influenciam a configuração final:

Correntes de acoplamento capacitivas Os elementos de aquecimento internos geram correntes de acoplamento capacitivas modestas para a terra através do isolamento, mesmo que o revestimento de PTFE esteja intacto. Um GFCI de 5 mA pode desarmar durante a operação normal. É recomendado medir a corrente de fuga real com um alicate amperímetro antes de escolher o GFCI.

Material do tanque e aterramento Os tanques de aço são naturalmente aterrados.