Air deionisasi (DI) memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah-biasanya 0,1–10 µS/cm, dibandingkan dengan 500–1.000 µS/cm untuk air keran. Dalam situasi gangguan tanah di mana selubung PFA dilanggar dan elemen pemanas bersentuhan dengan air DI, arus bocor jauh lebih rendah dibandingkan air keran karena resistivitas air DI yang tinggi. GFCI (pemutus sirkuit gangguan bumi) standar 30 mA mungkin tidak trip karena arus bocor melalui air DI mungkin hanya 5–15 mA-tidak cukup untuk mencapai ambang batas 30 mA. Pemanas terus beroperasi dengan kesalahan laten, dan inti logam terkorosi secara perlahan selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan. Akhirnya, produk korosi dapat menciptakan jalur konduktif, atau inti mungkin gagal terbuka, namun penundaan memungkinkan kontaminasi bak mandi. Untuk sistem air DI, ambang batas trip GFCI harus 5–10 mA, bukan 30 mA. Beberapa yurisdiksi mengizinkan 5 mA untuk perlindungan peralatan dalam cairan dengan resistivitas tinggi.
Konduktivitas dan Arus Bocor pada Air DI
Arus bocor dari elemen pemanas terbuka (120 VAC) ke tanah melalui air DI adalah I=V / R, dimana R adalah hambatan jalur air. Resistansi R=ρ × L / A, dengan ρ adalah resistivitas (Ω·cm), L adalah panjang jalur (cm), A adalah luas penampang (cm²). Untuk air DI dengan ρ=1 MΩ·cm (1.000.000 Ω·cm), L=10 cm, A=1 cm², R=1,000.000 × 10 / 1=10,000.000 Ω. Arus bocor I=120 / 10,000,000=0.012 mA-jauh di bawah ambang batas apa pun. Namun, jika area terbuka lebih besar (A=100 cm²) dan jalur lebih pendek (L=1 cm), R=1,000,000 × 1 / 100=10,000 Ω, I=120 / 10,000=12 mA. Ini di atas 5 mA tetapi di bawah 30 mA. GFCI 30 mA tidak akan trip; GFCI 5 mA akan trip dalam waktu 200–300 ms.
Saat inti pemanas terkorosi, ion logam (nikel, besi, kromium) larut ke dalam air DI, sehingga meningkatkan konduktivitas. Sesar kecil yang dimulai pada 12 mA dapat berkembang menjadi 30 mA dalam waktu 24–48 jam. Selama waktu tersebut, pemanas terus beroperasi, dan ion logam mencemari air DI. Dalam sistem DI semikonduktor atau farmasi, bahkan tingkat ion logam ppb dapat merusak produk. GFCI 5 mA trip ketika kesalahannya masih kecil, sehingga meminimalkan kontaminasi.
Perbandingan Ambang Batas Perjalanan GFCI untuk Air DI
| Jenis Air | Konduktivitas (µS/cm) | Arus Kebocoran Khas dari Gangguan Kecil (mA) | Perjalanan GFCI 30 mA? | Perjalanan GFCI 10 mA? | Perjalanan GFCI 5 mA? | Risiko Kesalahan yang Tidak Terdeteksi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Keran air | 500 | 50–200 | Ya (segera) | Ya | Ya | Rendah |
| air RO | 10–50 | 10–50 | Terkadang (marginal) | Ya (kebanyakan kasus) | Ya | Sedang |
| DI air (1 MΩ·cm) | 1 | 1–15 | Jarang terjadi (hanya kesalahan besar) | Kadang-kadang | Yes (for faults >5mA) | Tinggi dengan 30 mA |
| Ultra-DI murni (18 MΩ·cm) | 0.055 | 0.1–2 | TIDAK | Tidak (kesalahan<10 mA) | Tidak (kesalahan<5 mA) | Sangat tinggi (GFCI mungkin tidak pernah trip) |
Pertimbangan Khusus untuk DI Ultra-Murni
Dalam air DI ultra-murni (18 MΩ·cm, digunakan dalam pabrik semikonduktor), arus bocor dari gangguan pemanas biasanya di bawah 1 mA. Baik GFCI 30 mA maupun 5 mA tidak akan trip. Untuk sistem seperti itu, pemanas harus dirancang dengan beberapa penghalang (misalnya, selubung PFA ganda) atau menggunakan metode pemanasan yang berbeda (misalnya, pemanas kuarsa in{11}}line). Beberapa fasilitas menggunakan pemantauan resistansi isolasi (IRM) dan bukan GFCI: sistem secara terus menerus mengukur resistansi antara elemen pemanas dan tanah. Saat resistansi turun di bawah ambang batas (misalnya, 10 MΩ untuk DI ultra-murni), alarm akan berbunyi. IRM dapat mendeteksi kesalahan yang tidak akan menyebabkan GFCI tersandung karena arus bocor terlalu rendah (0,5 mA pada 120 V hingga 240 kΩ? Tunggu: I=120/10e6=0.012 mA). Sebenarnya, 10 MΩ menghasilkan 0,012 mA, yang dapat dideteksi oleh IRM sensitif tetapi tidak oleh GFCI. Ambang batas IRM 1–10 MΩ digunakan.
Untuk sebagian besar sistem air DI (non-semikonduktor), resistivitasnya adalah 0,5–5 MΩ·cm, dan GFCI 5–10 mA efektif. Untuk DI ultra-murni semikonduktor, gunakan IRM (alarm pada 1–10 MΩ) ditambah konstruksi penghalang-ganda.
Pertimbangan Kode dan Yurisdiksi
NEC (NFPA 70) Pasal 426 mensyaratkan perlindungan gangguan tanah untuk peralatan pemanas listrik tetap. Untuk pemanas submersible, ambang batas trip maksimum adalah 30 mA untuk perlindungan personel. Namun, Pasal 427 mengizinkan ambang batas yang lebih rendah (serendah 5 mA) untuk perlindungan peralatan jika perlindungan personel bukan merupakan perhatian utama (misalnya, pemanas di area yang dapat diakses tetapi-tidak-kontak pengguna). Untuk sistem air DI, tentukan "perlindungan peralatan GFCI" dengan ambang batas trip 5–10 mA. Di beberapa yurisdiksi, GFCI 5 mA diperlukan untuk pemanas apa pun dalam air dengan konduktivitas di bawah 100 µS/cm. Periksa kode lokal.
Untuk retrofit tangki air DI yang sudah ada dengan GFCI 30 mA, ganti dengan GFCI 5 mA. Unit-unit tersebut dapat dipertukarkan (faktor bentuknya sama) dan berharga $50–100, jauh lebih murah dibandingkan biaya satu peristiwa kontaminasi.
Contoh Lapangan
Loop pemoles air DI pabrik semikonduktor menggunakan pemanas PFA dengan GFCI 30 mA. Selama 2 tahun, tiga pemanas mengalami gangguan kecil pada tanah (arus bocor 10–20 mA) yang tidak menyebabkan GFCI 30 mA tersandung. Operator tidak memperhatikan adanya alarm. Ion logam (besi, nikel) larut ke dalam air DI, meningkatkan resistivitas dari 18 MΩ·cm menjadi 2 MΩ·cm dan mengkontaminasi sejumlah wafer. Pabrikan beralih ke GFCI 5 mA. Gangguan pemanas berikutnya langsung terjadi pada 5 mA, sehingga membatasi kontaminasi pada tingkat yang dapat diabaikan. Pabrikan ini juga menambahkan IRM dengan ambang alarm 10 MΩ untuk loop ultra-murni.
Kesimpulan: Gunakan GFCI 5–10 mA untuk Air DI
Deionized water's low conductivity limits ground fault currents to 5–20 mA for typical breach sizes. A standard 30 mA GFCI may not trip, leaving the heater operating with a latent fault, corroding the core, and contaminating the bath. For DI water systems (0.5–5 MΩ·cm resistivity), specify a GFCI with 5–10 mA trip threshold. For ultra-pure DI water (>10 MΩ·cm), gunakan pemantauan resistansi isolasi alih-alih GFCI. Biaya GFCI 5 mA minimal dibandingkan dengan biaya kontaminasi. Jangan mengirimkan pemanas PFA untuk layanan air DI dengan GFCI 30 mA. Tentukan lebih rendah. Bepergian lebih awal, sering-seringlah bepergian. Lindungi bak mandi, lindungi produk.
