W zakładzie przetwórstwa chemicznego wystąpiła frustrująca sytuacja: zabezpieczenie ziemnozwarciowe w grzałce zanurzeniowej z PTFE o mocy 5 kW włączało się z przerwami, czasami dwa razy w tygodniu, a czasami nie na miesiąc. Grzejnik testował za każdym razem, gdy rezystancja izolacji przekraczała 200 MΩ,-była w normie, pobór prądu podany na tabliczce znamionowej, brak widocznych uszkodzeń. Konserwacja zresetowała wyłącznik i przywróciła grzejnik do pracy. Wyjazdy trwały dalej. Problemem nie była awaria grzejnika. Było to uciążliwe wyłączenie spowodowane wilgocią, wyciekiem pojemnościowym i zbyt czułym ustawieniem zabezpieczenia.
Uciążliwe wyłączenia spowodowane zwarciem doziemnym to wyłączenia, które występują bez rzeczywistej awarii izolacji. Urządzenie zabezpieczające wykrywa prąd upływowy przekraczający swój próg, ale upływ nie jest spowodowany usterką grzejnika. Jest to spowodowane wilgocią, pojemnością lub szumem elektrycznym.
Co powoduje uciążliwe podróże
Kilka warunków może spowodować zadziałanie urządzenia ziemnozwarciowego bez rzeczywistej usterki. Wilgoć w obudowie zacisków lub na powierzchni grzejnika może spowodować powstanie ścieżki upływowej o charakterze rezystancyjnym, a nie pojemnościowym. Prąd upływowy może przekroczyć próg wyłączenia, nawet jeśli rezystancja izolacji jest nadal akceptowalna.
Inną przyczyną jest wyciek pojemnościowy. Element grzejny i uziemiona osłona tworzą kondensator. Pojemność zależy od geometrii elementu, grubości izolacji i stałej dielektrycznej izolacji. Przy 60 Hz pojemność 0,1 μF wytwarza prąd upływowy o wartości około 15 mA przy 480 V. To wystarczy, aby wyzwolić urządzenie zwarcia doziemnego 30 mA.
Hałas elektryczny z sąsiedniego sprzętu-prostowników, falowników lub spawarek-może również powodować uciążliwe wyłączenia. Szum jest przekazywany do czujnika zwarcia doziemnego i jest interpretowany jako prąd upływowy.
| Przyczyna uciążliwej podróży | Prąd upływowy | Rezystancja izolacji | Częstotliwość | Diagnostyczny |
|---|---|---|---|---|
| Wilgoć końcowa | 5–50 mA | 20–100 MΩ | Przerywany | Osusz obudowę, przetestuj ponownie |
| Wyciek pojemnościowy | 10–30 mA | >200 MΩ | Ciągły | Zmierz pojemność |
| Hałas elektryczny | Zmienny | >200 MΩ | Losowy | Izoluj obwód |
| Zanieczyszczona osłona | 5–20 mA | >100 MΩ | Po czyszczeniu | Czysta osłona |
| Długie przebiegi kablowe | 5–15 mA | >200 MΩ | Ciągły | Zmniejsz długość kabla |
Typowe przyczyny uciążliwych wyłączeń zwarcia doziemnego w grzałkach zanurzeniowych z PTFE
Odróżnianie uciążliwych wyłączeń od rzeczywistych usterek
Pierwszym krokiem jest pomiar rezystancji izolacji za pomocą megaomomierza. Odczyt powyżej 100 MΩ wskazuje, że izolacja jest nienaruszona i wyłączenie jest prawdopodobnie uciążliwe. Odczyt pomiędzy 10 a 100 MΩ wskazuje na wnikanie wilgoci, które może być odwracalne. Odczyt poniżej 10 MΩ wskazuje na rzeczywistą usterkę.
Drugi krok polega na zmierzeniu prądu upływowego bezpośrednio za pomocą cęgów-na mierniku upływu. Jeśli prąd upływowy jest niższy od progu wyłączenia, gdy grzejnik jest zimny, ale przekracza go, gdy grzejnik jest gorący, przyczyną jest rozszerzalność cieplna powodująca otwarcie małej szczeliny. Jeśli wyciek jest stały i niezależny od temperatury, przyczyną jest wyciek pojemnościowy lub rezystancyjny przez wilgoć.
Trzeci krok polega na sprawdzeniu obudowy zacisków i osłony grzejnika pod kątem wilgoci, zanieczyszczeń lub uszkodzeń. Mokra obudowa zacisków lub zanieczyszczona osłona mogą spowodować wyciek, który wyłączy zabezpieczenie.
Zmniejszenie wycieku pojemnościowego
Upływ pojemnościowy można zmniejszyć, zwiększając grubość izolacji, zmniejszając średnicę elementu lub stosując izolację o niższej stałej dielektrycznej. Są to zmiany konstrukcyjne, które musi wprowadzić producent grzejnika.
W przypadku istniejącej grzałki upływ pojemnościowy można zmniejszyć, stosując urządzenie ziemnozwarciowe z wyższym progiem zadziałania. Urządzenie 100 mA jest mniej wrażliwe na upływ pojemnościowy niż urządzenie 30 mA. Wyższy próg nadal zapewnia ochronę przed rzeczywistymi zwarciami, które zazwyczaj wytwarzają prądy upływowe znacznie powyżej 100 mA.
Eliminacja wilgoci-Powiązane podróże
Wyzwolenia spowodowane wilgocią są eliminowane poprzez uszczelnienie obudowy zacisków i utrzymanie osłony grzejnika w czystości. Obudowa NEMA 4X z odpowiednią uszczelką i dławikiem kablowym zapobiega przedostawaniu się wilgoci do zacisków. Regularne czyszczenie usuwa zanieczyszczenia przewodzące z powierzchni grzejnika.
Jeżeli wilgoć przedostała się już do izolacji wewnętrznej, grzejnik można suszyć podając niskie napięcie na kilka godzin. Suszenie usuwa wilgoć i przywraca rezystancję izolacji. Jeśli rezystancja izolacji nie zostanie przywrócona, droga wilgoci jest trwała i należy wymienić grzejnik.
Izolowanie szumu elektrycznego
Hałas elektryczny z sąsiedniego sprzętu można wyeliminować poprzez odizolowanie obwodu grzejnika. Dedykowany obwód zasilania, oddzielony od prostowników i falowników, zmniejsza sprzężenie szumowe. Ekranowanie kabla zasilającego i uziemienie ekranu na jednym końcu również zmniejsza hałas.
| Przyczyna uciążliwej podróży | Działanie naprawcze | Koszt | Skuteczność |
|---|---|---|---|
| Wilgoć końcowa | Uszczelnić obudowę, wysuszyć | Niski | Wysoki |
| Wyciek pojemnościowy | Wyższy próg wyłączenia | Niski | Wysoki |
| Hałas elektryczny | Izoluj obwód, ekranuj kabel | Umiarkowany | Umiarkowany – wysoki |
| Zanieczyszczona osłona | Oczyść powierzchnię grzejnika | Niski | Wysoki |
| Długie przebiegi kablowe | Zmniejsz długość kabla | Umiarkowany | Umiarkowany |
Działania korygujące w przypadku uciążliwych wyłączeń spowodowanych zwarciem doziemnym
Kiedy uciążliwe podróże wskazują na prawdziwy problem
Uciążliwe wyłączanie, które z czasem staje się coraz częstsze, może wskazywać na rozwijającą się usterkę. Należy co miesiąc analizować rezystancję izolacji. Tendencja spadkowa wskazuje, że gromadzi się wilgoć lub zanieczyszczenia. Stabilny trend wskazuje, że wyłączenie jest naprawdę uciążliwe i można temu zaradzić, dostosowując ustawienia zabezpieczeń lub ulepszając instalację.
Kiedy uciążliwe podróże ujawniają problem projektowy
Grzejnik, który powoduje uciążliwe wyłączanie pomimo szczelnej obudowy i odpowiednio dobranego urządzenia doziemnego, może mieć problem konstrukcyjny-nadmierną pojemność, niewystarczającą grubość izolacji lub-konstrukcję podatną na wilgoć. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z grubszą izolacją, szczelną obudową i elementem o niższej pojemności eliminuje pierwotną przyczynę uciążliwych wyłączeń. Proces specyfikacji wymaga napięcia zasilania, wartości znamionowych urządzenia doziemnego, warunków otoczenia i wymaganej mocy. W przypadku obiektów, w których występują problemy z uciążliwymi wyłączeniami, to specyficzne-aplikacyjne podejście ogranicza liczbę fałszywych wyłączeń i wydłuża żywotność grzejnika.
