热水器漏电防护技术研究

欧阳山西 彭武龙 潘向军

(广东威博电器有限公司 广东佛山 528305)

1 引言

据权威统计，因燃气泄漏导致的伤亡事故人数已上升至非正常死亡人数排名的第3位[1]，受诸多因素影响，目前越来越多的人选用电热水器。我国国家标准[2]明确规定，电热水器属I类器具，人体易接触的金属导电部件必须与接地线系统可靠连接。但由于历史原因，我国许多家庭用电环境很不规范，比如零火线接反、把水管当作接地线、线路老化造成漏电、私拉电线等等，而农村家庭则普遍存在没有接地线的现象，加之国民对用电基本常识的缺乏，所以在使用电热水器时容易引发触电事故。由此可见，我国存在用电环境非常恶劣的基本国情[3]。

2 电热水器漏电防护措施现状

2006年，我国发布的GB4706.12-2006标准[4]中，增加了“对在接地系统异常时提供应急防护措施的I类热水器的附加要求”，首次将漏电防护措施写进国家标准，规范并促进了电热水器漏电防护技术的开发与发展。目前，行业内主要有两种漏电防护措施，一种是防电墙为主流产品的水阻法，另一种则是以漏电保护器为代表的漏电自动断电技术。

3 电热水器电击事故案例分析

案例一：陕西省某用户浴室内有一个照明灯，某天，照明灯损坏后未及时换上新的灯泡，仅灯头祼露在外面，当用户洗澡时花洒的水喷在祼露的带电灯头上，致使花洒的水带电，从而造成电击事故。

本案例电击事故如图1a所示。漏电来源是灯头内裸露的带电金属。漏电电流方向是从灯头流向人体，再经过人体流向大地。由于漏电流不经过电热水器上的漏电保护器，所以，漏电保护器不起作用。这种情况下，即便是防电墙技术也起不到漏电防护作用，因为漏电电流也不经过防电墙。

案例二：广东惠州有个租户偷电。他把窗户上的电线体的绝缘层破坏掉，直接把市电引到了金属水管上。当天晚上，隔壁邻居事主进卫生间打开热水器洗澡，刚开始没有异常，当卫生间地板上的积水涨高与水管接触后，带电的水管通过积水直接把电引到了用户脚上造成电击事故。

如图1b所示，漏电电源来自于金属水管，漏电流方向有两种可能，一种可能是通过事主的脚把电流引向了大地，另一种可能是通过事主身体引到了金属花洒上，再经过机壳引到插座内的地线。

案例三：湖南长沙一用户刚买了一台电热水器，在安装时，电热水器的电源线不够长，于是他大胆地把电源线用剪刀剪断，然后加长了电源线，但错误地把火线和地线接在了一起后尚未检查就因事外出了。晚上事主的妻子先行回家，以为电热水器已经安装好，于是插上电源插头并启动电热水器加热，约1小时后，女事主进卫生间洗澡，一打开花洒就被电击倒地。

如图1c所示，机身外壳也就是地线带220V的高压电，漏电电流通过花洒出水引入人体，然后流向大地，这种电击是致命性的。以往的漏电保护器对地线带电这种情况起不到防护作用。

上述三宗电击事故案例分析可以看出，其根本原因都是人为因素造成的。实际使用中，用户在使用电热水器时犯一些小错误总是难免的，那么，有没有一种防护措施能对用户犯错而引起的漏电进行安全防护呢？

4 电子防电墙技术（已申请发明专利）

4.1 电子防电墙的原理

电子防电墙技术就是基于这种人为犯错引起电击事故的事实进行设计研发的（发明专利申请号：201210257056.6)。在原理上与以往的漏电防护措施相比较，本技术有两个特点：一是检测漏电流的方式不同。以往的漏电保护器都是通过检测零火线的漏电流来判断是否漏电的，而电子防电墙是通过检测出水的漏电流来判断是否漏电。二是采取的安全保护措施不同。以往的漏电防护技术都是只断电不断水，而电子防电墙则既断电又自动断水，最大限度地保护了人身安全。电子防电墙的原理如图2所示。

当电热水器机身漏电时，电控板可以检测出漏电流的大小，当漏电流超过规定值时(比如国家标准5mA)，电控系统驱使漏电保护器自动断电，同时驱动电子混水阀自动断水，漏电电流方向如图中“正向电流”所示。

当电热水器以外的电源引起漏电电击人体时，漏电流会反向流过人体，最后流向插座内部线路，如图“反向电流”所示，此时，电子防电墙电控系统也会先驱使漏电保护器自动断电，同时驱使电子混水阀自动断水。

表1 电子防电墙测试结果

4.2 电子防电墙的特性

（1）漏电自动断电断水功能。当系统检测到花洒的水带电并有一定的漏电流流过花洒时，系统立即断电的同时马上断水，可使人完全摆脱带电体。即使是用户犯错使水带电，此时，人也完全可以摆脱带电体，有效保护人身安全。

（2）电子防电墙是主动防护。当检测到水带电时，它自动断电断水，主动切断了电源体，克服了以往防电墙被动防护的缺点。

（3）电子防电墙融合了普通防电墙和胶木接头绝缘电阻大的优点，采用塑胶材料做阀体，绝缘性能良好。同时，电子防电墙又融合了防电闸的优点，当有漏电流流过水管或花洒时，系统立即切断总电源。

（4）电子防电墙可以对电热水器以外的漏电进行安全防护，这是以往漏电防护技术所做不到的。

4.3 电子防电墙的设计和应用

一套功能完整的电子防电墙包括以下部件：电控板、蓄电池、电机、电子混水阀、漏电保护器及连接线等。其中，电机参数可选：额定电压DC6V,工作电流：80mA，断水的时间约2s，为了保证安全断水，取电流100mA，取时间10s，则需要电池的容量为：

Q＝It＝100×10÷3600=0.278≈0.3（mAh）

电池容量可选用容量为80mAh的可反复充电的普通锂氢电池。混水阀选用绝缘性能较高的塑料材料注塑而成，要求耐温200℃以上，防水密封性能要好。漏电保护器选用三极断开的新型漏电保护器，最好选用电压型的。连接线选用线径为0.5mm2的普通连接线。

电子防电墙产品经模拟测试，各项性能指标均符合国家标准，测试结果如表1所示。

电子防电墙应用非常广泛，包括电热水器、燃气热水器、即热水式电热水器、太阳能热水器、多能源组合式热水器等等都可以应用。另外，电子防电墙应用方式灵活多样，可以与整机融为一体使用，也可以拆分两部分单独使用，还可以直接作为产品单独出售。

5 总结

（1)电子防电墙能主动对热水器本身以外的漏电进行安全有效地防护，即使用户“犯错”了，也能进行有效的安全防护（2）电子防电墙是通过芯片程序来自动操控的，智能化程度较高。（3）电子防电墙结构简单，体积小巧，安装方便，易于大批量生产，形成产业化。同时又可以与整机融合一体进行产品优化和升级，具有广阔的发展前景。（4）一套完整的电子防电墙的成本约35元，应用电子防电墙则取消了普通混水阀和与之连接的铜管以及普通防电墙，节省成本约45元。如果融合到电脑型产品上，则电子防电墙还可以节省成本约20元，经济效益可观。

[1]张川平，许兴广.基于单片机电热水器模糊控制系统设计[J].微计算机信息，2005，23（11）；143～149.

[2]家用和类似用途电器的安全 第一部分：通用要求.GB4706.1-2005.

[3]中国家用热水器产业技术路线图（2012年版）.中国家用电器协会.2012；31～32.

[4]家用和类似用途电器的安全 储水式热水器的特殊要求.GB4706.12-2006.