熱水器漏電防護技術研究

歐陽山西 彭武龍 潘向軍

(廣東威博電器有限公司 廣東佛山 528305)

1 引言

據權威統計，因燃氣泄漏導致的傷亡事故人數已上升至非正常死亡人數排名的第3位[1]，受諸多因素影響，目前越來越多的人選用電熱水器。我國國家標準[2]明確規定，電熱水器屬I類器具，人體易接觸的金屬導電部件必須與接地線系統可靠連接。但由于歷史原因，我國許多家庭用電環境很不規范，比如零火線接反、把水管當作接地線、線路老化造成漏電、私拉電線等等，而農村家庭則普遍存在沒有接地線的現象，加之國民對用電基本常識的缺乏，所以在使用電熱水器時容易引發觸電事故。由此可見，我國存在用電環境非常惡劣的基本國情[3]。

2 電熱水器漏電防護措施現狀

2006年，我國發布的GB4706.12-2006標準[4]中，增加了“對在接地系統異常時提供應急防護措施的I類熱水器的附加要求”，首次將漏電防護措施寫進國家標準，規范并促進了電熱水器漏電防護技術的開發與發展。目前，行業內主要有兩種漏電防護措施，一種是防電墻為主流產品的水阻法，另一種則是以漏電保護器為代表的漏電自動斷電技術。

3 電熱水器電擊事故案例分析

案例一：陜西省某用戶浴室內有一個照明燈，某天，照明燈損壞后未及時換上新的燈泡，僅燈頭祼露在外面，當用戶洗澡時花灑的水噴在祼露的帶電燈頭上，致使花灑的水帶電，從而造成電擊事故。

本案例電擊事故如圖1a所示。漏電來源是燈頭內裸露的帶電金屬。漏電電流方向是從燈頭流向人體，再經過人體流向大地。由于漏電流不經過電熱水器上的漏電保護器，所以，漏電保護器不起作用。這種情況下，即便是防電墻技術也起不到漏電防護作用，因為漏電電流也不經過防電墻。

案例二：廣東惠州有個租戶偷電。他把窗戶上的電線體的絕緣層破壞掉，直接把市電引到了金屬水管上。當天晚上，隔壁鄰居事主進衛生間打開熱水器洗澡，剛開始沒有異常，當衛生間地板上的積水漲高與水管接觸后，帶電的水管通過積水直接把電引到了用戶腳上造成電擊事故。

如圖1b所示，漏電電源來自于金屬水管，漏電流方向有兩種可能，一種可能是通過事主的腳把電流引向了大地，另一種可能是通過事主身體引到了金屬花灑上，再經過機殼引到插座內的地線。

案例三：湖南長沙一用戶剛買了一臺電熱水器，在安裝時，電熱水器的電源線不夠長，于是他大膽地把電源線用剪刀剪斷，然后加長了電源線，但錯誤地把火線和地線接在了一起后尚未檢查就因事外出了。晚上事主的妻子先行回家，以為電熱水器已經安裝好，于是插上電源插頭并啟動電熱水器加熱，約1小時后，女事主進衛生間洗澡，一打開花灑就被電擊倒地。

如圖1c所示，機身外殼也就是地線帶220V的高壓電，漏電電流通過花灑出水引入人體，然后流向大地，這種電擊是致命性的。以往的漏電保護器對地線帶電這種情況起不到防護作用。

上述三宗電擊事故案例分析可以看出，其根本原因都是人為因素造成的。實際使用中，用戶在使用電熱水器時犯一些小錯誤總是難免的，那么，有沒有一種防護措施能對用戶犯錯而引起的漏電進行安全防護呢？

4 電子防電墻技術（已申請發明專利）

4.1 電子防電墻的原理

電子防電墻技術就是基于這種人為犯錯引起電擊事故的事實進行設計研發的（發明專利申請號：201210257056.6)。在原理上與以往的漏電防護措施相比較，本技術有兩個特點：一是檢測漏電流的方式不同。以往的漏電保護器都是通過檢測零火線的漏電流來判斷是否漏電的，而電子防電墻是通過檢測出水的漏電流來判斷是否漏電。二是采取的安全保護措施不同。以往的漏電防護技術都是只斷電不斷水，而電子防電墻則既斷電又自動斷水，最大限度地保護了人身安全。電子防電墻的原理如圖2所示。

當電熱水器機身漏電時，電控板可以檢測出漏電流的大小，當漏電流超過規定值時(比如國家標準5mA)，電控系統驅使漏電保護器自動斷電，同時驅動電子混水閥自動斷水，漏電電流方向如圖中“正向電流”所示。

當電熱水器以外的電源引起漏電電擊人體時，漏電流會反向流過人體，最后流向插座內部線路，如圖“反向電流”所示，此時，電子防電墻電控系統也會先驅使漏電保護器自動斷電，同時驅使電子混水閥自動斷水。

表1 電子防電墻測試結果

4.2 電子防電墻的特性

（1）漏電自動斷電斷水功能。當系統檢測到花灑的水帶電并有一定的漏電流流過花灑時，系統立即斷電的同時馬上斷水，可使人完全擺脫帶電體。即使是用戶犯錯使水帶電，此時，人也完全可以擺脫帶電體，有效保護人身安全。

（2）電子防電墻是主動防護。當檢測到水帶電時，它自動斷電斷水，主動切斷了電源體，克服了以往防電墻被動防護的缺點。

（3）電子防電墻融合了普通防電墻和膠木接頭絕緣電阻大的優點，采用塑膠材料做閥體，絕緣性能良好。同時，電子防電墻又融合了防電閘的優點，當有漏電流流過水管或花灑時，系統立即切斷總電源。

（4）電子防電墻可以對電熱水器以外的漏電進行安全防護，這是以往漏電防護技術所做不到的。

4.3 電子防電墻的設計和應用

一套功能完整的電子防電墻包括以下部件：電控板、蓄電池、電機、電子混水閥、漏電保護器及連接線等。其中，電機參數可選：額定電壓DC6V,工作電流：80mA，斷水的時間約2s，為了保證安全斷水，取電流100mA，取時間10s，則需要電池的容量為：

Q＝It＝100×10÷3600=0.278≈0.3（mAh）

電池容量可選用容量為80mAh的可反復充電的普通鋰氫電池。混水閥選用絕緣性能較高的塑料材料注塑而成，要求耐溫200℃以上，防水密封性能要好。漏電保護器選用三極斷開的新型漏電保護器，最好選用電壓型的。連接線選用線徑為0.5mm2的普通連接線。

電子防電墻產品經模擬測試，各項性能指標均符合國家標準，測試結果如表1所示。

電子防電墻應用非常廣泛，包括電熱水器、燃氣熱水器、即熱水式電熱水器、太陽能熱水器、多能源組合式熱水器等等都可以應用。另外，電子防電墻應用方式靈活多樣，可以與整機融為一體使用，也可以拆分兩部分單獨使用，還可以直接作為產品單獨出售。

5 總結

（1)電子防電墻能主動對熱水器本身以外的漏電進行安全有效地防護，即使用戶“犯錯”了，也能進行有效的安全防護（2）電子防電墻是通過芯片程序來自動操控的，智能化程度較高。（3）電子防電墻結構簡單，體積小巧，安裝方便，易于大批量生產，形成產業化。同時又可以與整機融合一體進行產品優化和升級，具有廣闊的發展前景。（4）一套完整的電子防電墻的成本約35元，應用電子防電墻則取消了普通混水閥和與之連接的銅管以及普通防電墻，節省成本約45元。如果融合到電腦型產品上，則電子防電墻還可以節省成本約20元，經濟效益可觀。

[1]張川平，許興廣.基于單片機電熱水器模糊控制系統設計[J].微計算機信息，2005，23（11）；143～149.

[2]家用和類似用途電器的安全 第一部分：通用要求.GB4706.1-2005.

[3]中國家用熱水器產業技術路線圖（2012年版）.中國家用電器協會.2012；31～32.

[4]家用和類似用途電器的安全 儲水式熱水器的特殊要求.GB4706.12-2006.