熱水器漏電防護(hù)技術(shù)研究

歐陽(yáng)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(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，因燃?xì)庑孤?dǎo)致的傷亡事故人數(shù)已上升至非正常死亡人數(shù)排名的第3位[1]，受諸多因素影響，目前越來(lái)越多的人選用電熱水器。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]明確規(guī)定，電熱水器屬I類器具，人體易接觸的金屬導(dǎo)電部件必須與接地線系統(tǒng)可靠連接。但由于歷史原因，我國(guó)許多家庭用電環(huán)境很不規(guī)范，比如零火線接反、把水管當(dāng)作接地線、線路老化造成漏電、私拉電線等等，而農(nóng)村家庭則普遍存在沒(méi)有接地線的現(xiàn)象，加之國(guó)民對(duì)用電基本常識(shí)的缺乏，所以在使用電熱水器時(shí)容易引發(fā)觸電事故。由此可見，我國(guó)存在用電環(huán)境非常惡劣的基本國(guó)情[3]。

2 電熱水器漏電防護(hù)措施現(xiàn)狀

2006年，我國(guó)發(fā)布的GB4706.12-2006標(biāo)準(zhǔn)[4]中，增加了“對(duì)在接地系統(tǒng)異常時(shí)提供應(yīng)急防護(hù)措施的I類熱水器的附加要求”，首次將漏電防護(hù)措施寫進(jìn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范并促進(jìn)了電熱水器漏電防護(hù)技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展。目前，行業(yè)內(nèi)主要有兩種漏電防護(hù)措施，一種是防電墻為主流產(chǎn)品的水阻法，另一種則是以漏電保護(hù)器為代表的漏電自動(dòng)斷電技術(shù)。

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(nèi)有一個(gè)照明燈，某天，照明燈損壞后未及時(shí)換上新的燈泡，僅燈頭祼露在外面，當(dāng)用戶洗澡時(shí)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(lái)源是燈頭內(nèi)裸露的帶電金屬。漏電電流方向是從燈頭流向人體，再經(jīng)過(guò)人體流向大地。由于漏電流不經(jīng)過(guò)電熱水器上的漏電保護(hù)器，所以，漏電保護(hù)器不起作用。這種情況下，即便是防電墻技術(shù)也起不到漏電防護(hù)作用，因?yàn)槁╇婋娏饕膊唤?jīng)過(guò)防電墻。

案例二：廣東惠州有個(gè)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(dāng)天晚上，隔壁鄰居事主進(jìn)衛(wèi)生間打開熱水器洗澡，剛開始沒(méi)有異常，當(dāng)衛(wèi)生間地板上的積水漲高與水管接觸后，帶電的水管通過(guò)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(lái)自于金屬水管，漏電流方向有兩種可能，一種可能是通過(guò)事主的腳把電流引向了大地，另一種可能是通過(guò)事主身體引到了金屬花灑上，再經(jīng)過(guò)機(jī)殼引到插座內(nèi)的地線。

案例三：湖南長(zhǎng)沙一用戶剛買了一臺(tái)電熱水器，在安裝時(shí)，電熱水器的電源線不夠長(zhǎng)，于是他大膽地把電源線用剪刀剪斷，然后加長(zhǎng)了電源線，但錯(cuò)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(jīng)安裝好，于是插上電源插頭并啟動(dòng)電熱水器加熱，約1小時(shí)后，女事主進(jìn)衛(wèi)生間洗澡，一打開花灑就被電擊倒地。

如圖1c所示，機(jī)身外殼也就是地線帶220V的高壓電，漏電電流通過(guò)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(hù)器對(duì)地線帶電這種情況起不到防護(hù)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(shí)際使用中，用戶在使用電熱水器時(shí)犯一些小錯(cuò)誤總是難免的，那么，有沒(méi)有一種防護(hù)措施能對(duì)用戶犯錯(cuò)而引起的漏電進(jìn)行安全防護(hù)呢？

4 電子防電墻技術(shù)（已申請(qǐng)發(fā)明專利）

4.1 電子防電墻的原理

電子防電墻技術(shù)就是基于這種人為犯錯(cuò)引起電擊事故的事實(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)的（發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210257056.6)。在原理上與以往的漏電防護(hù)措施相比較，本技術(shù)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是檢測(cè)漏電流的方式不同。以往的漏電保護(hù)器都是通過(guò)檢測(cè)零火線的漏電流來(lái)判斷是否漏電的，而電子防電墻是通過(guò)檢測(cè)出水的漏電流來(lái)判斷是否漏電。二是采取的安全保護(hù)措施不同。以往的漏電防護(hù)技術(shù)都是只斷電不斷水，而電子防電墻則既斷電又自動(dòng)斷水，最大限度地保護(hù)了人身安全。電子防電墻的原理如圖2所示。

當(dāng)電熱水器機(jī)身漏電時(shí)，電控板可以檢測(cè)出漏電流的大小，當(dāng)漏電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)(比如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5mA)，電控系統(tǒng)驅(qū)使漏電保護(hù)器自動(dòng)斷電，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電子混水閥自動(dòng)斷水，漏電電流方向如圖中“正向電流”所示。

當(dāng)電熱水器以外的電源引起漏電電擊人體時(shí)，漏電流會(huì)反向流過(guò)人體，最后流向插座內(nèi)部線路，如圖“反向電流”所示，此時(shí)，電子防電墻電控系統(tǒng)也會(huì)先驅(qū)使漏電保護(hù)器自動(dòng)斷電，同時(shí)驅(qū)使電子混水閥自動(dòng)斷水。

表1 電子防電墻測(cè)試結(jié)果

4.2 電子防電墻的特性

（1）漏電自動(dòng)斷電斷水功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到花灑的水帶電并有一定的漏電流流過(guò)花灑時(shí)，系統(tǒng)立即斷電的同時(shí)馬上斷水，可使人完全擺脫帶電體。即使是用戶犯錯(cuò)使水帶電，此時(shí)，人也完全可以擺脫帶電體，有效保護(hù)人身安全。

（2）電子防電墻是主動(dòng)防護(hù)。當(dāng)檢測(cè)到水帶電時(shí)，它自動(dòng)斷電斷水，主動(dòng)切斷了電源體，克服了以往防電墻被動(dòng)防護(hù)的缺點(diǎn)。

（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(yōu)點(diǎn)，采用塑膠材料做閥體，絕緣性能良好。同時(shí)，電子防電墻又融合了防電閘的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)有漏電流流過(guò)水管或花灑時(shí)，系統(tǒng)立即切斷總電源。

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

4.3 電子防電墻的設(shè)計(jì)和應(yīng)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(jī)、電子混水閥、漏電保護(hù)器及連接線等。其中，電機(jī)參數(shù)可選：額定電壓DC6V,工作電流：80mA，斷水的時(shí)間約2s，為了保證安全斷水，取電流100mA，取時(shí)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(fù)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(hù)器選用三極斷開的新型漏電保護(hù)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(chǎn)品經(jīng)模擬測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

電子防電墻應(yīng)用非常廣泛，包括電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⒓礋崴诫姛崴鳌⑻?yáng)能熱水器、多能源組合式熱水器等等都可以應(yīng)用。另外，電子防電墻應(yīng)用方式靈活多樣，可以與整機(jī)融為一體使用，也可以拆分兩部分單獨(dú)使用，還可以直接作為產(chǎn)品單獨(dú)出售。

5 總結(jié)

（1)電子防電墻能主動(dòng)對(duì)熱水器本身以外的漏電進(jìn)行安全有效地防護(hù)，即使用戶“犯錯(cuò)”了，也能進(jìn)行有效的安全防護(hù)（2）電子防電墻是通過(guò)芯片程序來(lái)自動(dòng)操控的，智能化程度較高。（3）電子防電墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，安裝方便，易于大批量生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)又可以與整機(jī)融合一體進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化和升級(jí)，具有廣闊的發(fā)展前景。（4）一套完整的電子防電墻的成本約35元，應(yīng)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(jié)省成本約45元。如果融合到電腦型產(chǎn)品上，則電子防電墻還可以節(jié)省成本約20元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

[1]張川平，許興廣.基于單片機(jī)電熱水器模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)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(guó)家用熱水器產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖（2012年版）.中國(guó)家用電器協(xié)會(huì).2012；31～32.

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