Qual é o conteúdo crítico de umidade dentro da seção fria que desencadeia falha à terra em um aquecedor PFA a 480 VCA?

No aquecedor PFA, a terminação elétrica do núcleo metálico com o cabo de alimentação está localizada na parte fria acima da linha de líquido. Com o tempo, a umidade pode se acumular nesta região fria devido à penetração, condensação ou falhas nas vedações. Em um nível crítico de umidade, ele forma um caminho condutor do terminal de alta tensão (480 VCA) até o aterramento e a barra; há uma falha de aterramento. O teor de umidade essencial é 0.5 - 1.0 g de água livre em um segmento frio típico (volume 100 - 300 cm3). Isto corresponde a uma humidade relativa próxima de 100% e condensação visível. A corrente de fuga através da película de umidade a 480 VCA é de 5 a 30 mA, o suficiente para desarmar um GFCI ou causar um alerta de falha à terra. A umidade não precisa formar uma cobertura completa dos terminais; uma película de 0,1-0,5 mm unindo o isolador do terminal é suficiente. Dessecantes para prevenir ou remover umidade são importantes para a confiabilidade do aquecedor de alta tensão.

Relação entre acúmulo de umidade e corrente de fuga
A corrente de fuga I_leak=V / R, onde R é a resistência à passagem de umidade. O espaçamento terminal típico de 10 mm proporciona uma resistência à película de água dependendo da qualidade da água. A água condensada do ar úmido tem uma condutividade de 10–100 µS/cm (resistividade 0,01–0,1 MΩ cm). Digamos 0,1 mm de espessura, área de 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 @ 480 VAC, abaixo da média de disparo GFCI de 30 mA, mas detectável. Se a água coletar impurezas iônicas (sais de resíduos de fluxo, produtos de corrosão), a condutividade aumenta até 1.000-10.000 µS/cm (resistividade 0,0001-0,001 MΩ*cm), resultando em I_leak=480 / 200=2.4 Aa totalmente curto. O que é importante no teor de humidade crucial não é a quantidade de água, mas a sua pureza iónica.

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). Isto ocorre com cerca de 0,5 g de água livre em uma seção fria de 200 cm3, suficiente para gerar uma camada contínua no bloco terminal.

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
Para um sistema típico de 480 VCA com um GFCI de 30 mA, o teor de umidade necessário é de 0,3 a 0,5 g de água livre com contaminação leve (equivalente a 300 a 500 ppm de NaCl). Se o nível for inferior a 0,3 g, o GFCI pode não desarmar. Se for superior a 0,5 g, podem ocorrer disparos indesejados.

Fontes de umidade na seção fria
Existem três métodos para entrada de umidade na seção fria:

Permeação através de PFA: A parte fria não é aquecida ativamente a 480 VCA (está acima da linha de líquido). Funciona a 40-80 graus. Fluxo de vapor de água através da parede de PFA 0,1-0,5 g/m2·dia. Para uma área de seção fria de 0,05 m 2 isso representa 0,005–0,025 g por dia -1 . Ao longo de 1 ano (365 dias) a umidade de 2 a 9 g pode acumular-se muito acima do limite.

Condensação do ar ambiente: Se a parte fria arrefecer até ao ponto de orvalho (por exemplo, parando durante a noite), o ar húmido condensa no seu interior. Um único evento de condensação pode depositar de 0,5 a 2 g de água.

Vazamento nas vedações: O-rings ou juntas com falha levam à infiltração de água em massa. Um vazamento de 1 gota por hora (0,05 g/h) contribui com 1,2 g/dia

Detecção e Prevenção
Um sensor de umidade ou sonda de condutância pode ser colocado dentro da área fria para identificar o teor de umidade essencial antes que ocorra uma falha à terra. Uma umidade relativa acima de 80% ou uma condutividade acima de 10 µS/cm entre dois pinos isolados ativa um alarme pelo qual a manutenção pode ser feita antes do disparo do GFCI.

Estratégias de prevenção:

Pacote dessecante: Coloque uma peneira molecular (zeólita) na seção fria. Troque a cada 6-12 meses. Um pacote de 10 g exigirá 2-3 g de água para ficar saturado.

Purga de nitrogênio: fluxo contínuo de N2 seco através da seção fria a 0,1 bar. RH < 10% Mantém e remove vapores penetrados.

Selo hermético. Use uma vedação de vidro-com{2}}metal ou cerâmica-com{4}}metal para a passagem do terminal, eliminando vazamento de polímero.

Aquecimento da seção fria Mantenha a seção fria a 50–60 graus, acima do ponto de orvalho, com um pequeno aquecedor (5–10 W) para evitar condensação.

Campo de exemplo
Um aquecedor PFA de 480 VCA em uma linha de galvanização úmida (ambiente com umidade relativa de 80%) desarmava semanalmente devido a um GFCI incômodo após 6 meses de operação. A inspeção mostrou 0,8 g de água livre na região fria (por pesagem). A condutividade da água foi de 800 µS/cm (de névoas ácidas absorvidas). O aquecedor foi seco e um pacote dessecante foi aplicado. As viagens foram interrompidas por 8 meses e depois retornaram. A instalação foi purgada continuamente com N2 a 0,5 L/min. Não houve mais excursões por 3 anos.

Conclusão: Falta à terra devido a 0,3-0,5 g de água livre a 480 VCA
Para um aquecedor PFA, o teor de umidade necessário na seção fria para falha à terra em 480 VCA é de 0,3–0,5 g de água livre com contaminação iônica típica (300–500 ppm equivalente de sal). A umidade gera um revestimento condutor no bloco terminal, reduzindo a resistência de isolamento para menos de 1 MΩ e criando uma corrente de fuga de mais de 5–30 mA, disparando o GFCI.Is ou alarme de falha à terra. A entrada de umidade ocorre por permeação (2-9 g/ano), condensação (0,5-2 g/evento) ou vazamentos na vedação. Instale pacotes dessecantes, purgue nitrogênio ou adicione aquecimento da seção fria para evitar falhas de aterramento. Observe a umidade ou a condutância antes que ela atinja níveis críticos. Algumas gotas de água a 480 VCA podem matar o seu processo. Não molhe a seção fria – ou então. Medição de umidade, prevenção de falhas A parte fria é o ponto vulnerável. Cuide disso.