¿Cuál es el contenido crítico de humedad dentro de la sección fría que desencadena una falla a tierra en un calentador de PFA a 480 VCA?

En el calentador de PFA, la terminación eléctrica del núcleo metálico con el cable de alimentación está ubicada en la parte fría sobre la línea de líquido. Con el tiempo, la humedad podría acumularse en esta región fría debido a la penetración, la condensación o los sellos defectuosos. En un nivel de humedad crítico, forma un camino conductor desde el terminal de alto voltaje (480 VCA) a tierra y al brazo; tiene una falla a tierra. El contenido de humedad esencial es 0.5 - 1.0 g de agua libre en un segmento frío típico (volumen 100 - 300 cm3). Esto corresponde a una humedad relativa cercana al 100% y condensación visible. La corriente de fuga a través de la película de humedad a 480 VCA es de 5 a 30 mA, suficiente para activar un GFCI o provocar una alerta de falla a tierra. La humedad no tiene por qué cubrir completamente los terminales; es suficiente una película de 0,1-0,5 mm que puentee el aislante del terminal. Los desecantes para prevenir o eliminar la humedad son importantes para la confiabilidad del calentador de alto voltaje.

Relación entre acumulación de humedad y corriente de fuga.
La corriente de fuga I_leak=V/R, donde R es la resistencia al paso de la humedad. La separación típica entre terminales de 10 mm proporciona una resistencia de la película de agua que depende de la calidad del agua. El agua condensada del aire húmedo tiene una conductividad de 10 a 100 µS/cm (resistividad de 0,01 a 0,1 MΩ cm). Digamos 0,1 mm de espesor, 10 mm x 5 mm de área. 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 VCA, disparo de GFCI de 30 mA por debajo del promedio, pero detectable. Si el agua acumula impurezas iónicas (sales de residuos de fundente, productos de corrosión), la conductividad aumenta hasta 1000-10000 µS/cm (resistividad 0,0001-0,001 MΩ*cm), lo que da como resultado I_leak=480 / 200=2.4 Aa muy corto. Lo importante en el contenido de humedad crucial no es la cantidad de agua, sino su 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). Esto ocurre con aproximadamente 0,5 g de agua libre en una sección fría de 200 cm3, suficiente para generar una capa continua en el bloque de terminales.

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 un sistema típico de 480 VCA con un GFCI de 30 mA, el contenido de humedad requerido es de 0,3 a 0,5 g de agua libre con contaminación leve (equivalente a 300 a 500 ppm de NaCl). Si el nivel es inferior a 0,3 g, es posible que el GFCI no se dispare. Si supera los 0,5 g, pueden producirse disparos molestos.

Fuentes de humedad en la sección fría
Hay tres métodos para que la humedad ingrese a la sección fría:

Permeación a través de PFA: La parte fría no se calienta activamente a 480 VCA (está por encima de la línea de líquido). Funciona a 40-80 grados. Flujo de vapor de agua a través de la pared de PFA 0,1-0,5 g/m2·día. Para un área de sección fría de 0,05 m 2, esto es de 0,005 a 0,025 g por día -1 . Durante 1 año (365 días), se puede acumular una humedad de 2 a 9 g, muy por encima del límite umbral.

Condensación del aire ambiente: si la parte fría se enfría hasta el punto de rocío (p. ej., deteniéndola durante la noche), se condensa aire húmedo en su interior. Un solo evento de condensación puede depositar de 0,5 a 2 g de agua.

Sellos con fugas: las juntas tóricas o{0}} defectuosas provocan una infiltración masiva de agua. Una fuga de 1 gota por hora (0,05 g/h) aporta 1,2 g/día

Detección y Prevención
Se puede colocar un sensor de humedad o una sonda de conductancia dentro del área fría para identificar el contenido de humedad esencial antes de que ocurra una falla a tierra. Una humedad relativa superior al 80% o una conductividad superior a 10 µS/cm entre dos pines aislados activa una alarma mediante la cual se puede realizar el mantenimiento antes de que se dispare el GFCI.

Estrategias de prevención:

Paquete desecante: Coloque un tamiz molecular (zeolita) en la sección fría. Cambiar cada 6-12 meses. Un paquete de 10 g requerirá de 2 a 3 g de agua para saturarse.

Purga de nitrógeno: flujo continuo de N 2 seco por la sección fría a 0,1 bar. HR < 10% Mantiene y elimina los vapores penetrados.

Sello hermético. Utilice un sello de vidrio-a-metal o de cerámica-a-metal para el paso del terminal, lo que elimina las fugas de polímero.

Calefacción de la sección fría Mantenga la sección fría a una temperatura de 50 a 60 grados, por encima del punto de rocío, con un calentador pequeño (5 a 10 W) para evitar la condensación.

Campo de ejemplo
Un calentador de PFA de 480 VCA en una línea de revestimiento húmedo (ambiente de 80 % de humedad relativa) se disparó semanalmente debido a un GFCI molesto después de 6 meses de funcionamiento. La inspección mostró 0,8 g de agua libre en la región fría (por pesaje). La conductividad del agua fue de 800 µS/cm (de las nieblas ácidas absorbidas). Se secó el calentador y se aplicó un paquete desecante. Los viajes se detuvieron durante 8 meses y luego regresaron. La instalación se purgó continuamente con N2 a 0,5 l/min. No hubo más excursiones durante 3 años.

Conclusión: Fallo a tierra debido a 0,3-0,5 g de agua libre a 480 VCA
Para un calentador de PFA, el contenido de humedad requerido en la sección fría para falla a tierra a 480 VCA es de 0,3 a 0,5 g de agua libre con contaminación iónica típica (300 a 500 ppm de equivalente de sal). La humedad genera un revestimiento conductor en el bloque de terminales, lo que reduce la resistencia del aislamiento a menos de 1 MΩ y crea una corriente de fuga de más de 5 a 30 mA, lo que activa el GFCI.Is o la alarma de falla a tierra. La entrada de humedad se produce por permeación (2-9 g/año), condensación (0,5-2 g/evento) o fugas en los sellos. Instale paquetes desecantes, purgue con nitrógeno o agregue calefacción a la sección fría para evitar fallas a tierra. Observe la humedad o la conductancia antes de que llegue a niveles críticos. Unas pocas gotas de agua a 480 VCA pueden acabar con su proceso. No mojes la zona fría, de lo contrario. Medición de humedad, prevención de fallos La parte fría es el punto vulnerable. Cuídalo.