电热水器触电事故调查分析

2014-04-19徐豪

现代家电 2014年4期

徐豪

近年来，网上关于电热水器用电安全的探讨虽然不绝于耳，但却并没有系统性的统计和深入的分析，基本上都武断地将触电原因归结于电热水器质量不过关和售后服务的不专业，或是对原因的探究最终不了了之。笔者从网络上搜集了120例热水器触电事故的报道，提取与触电事故原因相关的关键词如表1所示：

另外，热水器触电事故对人造成的危害还与使用方式有关。

从表1中的关键词分析可知，布线故障、零火线反接、插座漏电、线路老化或相线串线等环境漏电，均不是根本原因，以电热水器漏电和零火线反接为例，国标中通过泄漏电流和电气强度测试考核正常使用中电热水器的漏电流大小和电气绝缘性能，并且测试中要求包含零火反相情况下重复测试。可以看出，以上这些环境漏电因素在接地良好的情况下均不能造成触电事故。而所谓的“热水器漏电”，关键词略显模糊，无法辨别真正原因；且热水器漏电、加热管基本绝缘破坏在接地良好的情况下同样是可以防止事故发生的。

由此可见，实际上造成触电事故并发生伤亡的根本原因为接地不良。而事实上，我国用电环境恶劣，“七成以上的家庭用电环境不合格，其中54.2%的家庭无地线或接地不可靠（见《城市家庭用电环境令人堪忧家用电器开始关注环境漏电》）”，恰恰与表1中统计的105条触电原因相关的关键词相吻合。

无接地或接地不可靠的恶劣用电环境是我国的国情，而用户是无法检测家庭接地线是否良好。在这种接地缺失的情况下，即使通过检验合格的电热水器也不能保证安全，一旦发生诸如加热管基本绝缘破坏，则同样会造成巨大的危害。

加热管损坏造成短路性质漏电

加热管结构是外壳金属管用铜或不锈钢制成，电热丝与金属管之间绝缘填充氧化镁粉，作为加热管的基本绝缘，用于将电热丝与水隔离。在正常情况（基本绝缘未破坏）下，加热管是安全的，电热丝与金属管外壳隔离，加热管的金属管外壳一般与接地柱相连。但一旦电热丝和金属管外壳导通，则将形成短路性质的漏电，若此时接地良好，那么泄漏电流将通过接地线流走，不会对使用者产生危险，否则，若用户用电环境无接地或接地不良，则出水和用户接地线（网）均带电，造成极为可怕的危害。

加热管造成短路性质漏电的可能情况主要有包括氧化镁粉碳化和金属管因裂缝、穿孔渗水两种。

氧化镁粉碳化：加热管中的电热丝，寿命有限，按最新的电加热管国家标准《JB/T4088-2012日用管状电热元件》中要求，其正常工作寿命应不小于3000小时，但在实际使用中因为生产工艺和使用环境的差异，往往低于该数值。电热丝一旦烧断，在断开的瞬间必然打火拉弧，上千度的弧光完全可以将氧化镁粉烧焦碳化并失去绝缘性，使得加热丝与金属管壁导通（如图1所示），此时金属管外壳直接和相线相同，电压为电源额定电压。

金属管因裂缝、穿孔渗水：用于绝缘隔离电热丝和金属管壁所填充的氧化镁粉为微小颗粒物，颗粒物之间填充必然存在间隙，金属管壁一旦发生诸如穿孔的微小损伤，渗透而入的水充满颗粒间的间隙，使得加热丝与金属管壁通过渗漏水导通（如图2所示），此时金属管外壳根据穿孔点相对加热丝的位置分布带电电压最大可达电源额定电压。

造成金属管渗水的因素很多，且为几种因素综合作用的结果。例如，金属管壁较薄（0.3～0.5mm），生产中可能产生沙眼，腐蚀穿孔的事故时有发生，是造成金属管渗水最多的原因。

洗浴用具也会引发安全问题

笔者对所收集统计的120条触电事故信息进行分析发现，这些事故均发生在卫生间淋浴环境，这与淋浴环境因素相关，其中手把式花洒喷头也是引发事故的元凶之一。使用者淋浴时一旦发生漏电，电流从手把式花洒喷头经过人体与潮湿的地面形成回路，而此时人体相当于串联在手把式花洒喷头和地面之间的等效电阻。电流对人的危险主要取决于电流的数值和通电时间，电压一定的情况下，电流的数值取决于人体总阻抗，而在电压相同过的情况下，人体总阻抗与接触面积和皮肤湿润条件有关。

水湿润环境：“浸入市政供水（平均电阻率ρ=3500Ω·cm，pH=7～9）的水中1min，皮肤接触表面积的条件（见《GB/T13870.1电流对人和家畜的效应第1部分：通用部分》）。”使用者使用电热水淋浴器进行洗浴，全身上下浸湿，不亚于在市政供水的水中浸泡1min皮肤接触表面积的条件，则洗浴环境应当被认定为水湿润环境。

接触面积：手握手把式花洒喷头，其接触面积为掌面，面积约为11200mm2，10000mm2数量级为大的接触面积。

在一定电压作用下，通过人体电流的大小与人体电阻有关系。人体电阻因人而异，与人的体质、皮肤的潮湿程度、触电电压的高低、年龄、性别以至工种职业有关系，通常为1000～2000Ω，但是，影响人体电阻的因素很多，如皮肤潮湿出汗、带有导电性粉尘、加大与带电体的接触面积和压力以及衣服、鞋、袜的潮湿油污等情况，均能使人体电阻降低。而人体电阻主要取决于皮肤角质层，故当角质外层破坏时，则降至500～1000Ω。一般认为，接触到真皮里，一只手臂或一条腿的电阻大约为500Ω。因此，由一只手臂到另一只手臂或由一条腿到另一条腿的通路相当于一个1000Ω的电阻。假定一个人用双手紧握带电体，双脚站在水坑里而形成导电回路，这时人体电阻基本上就是体内电阻约为500Ω。

故在全身湿润环境下，人体处于最易受到电击伤害的情况。在这种情况下，36V的安全电压或是GB4706中规定的42V的安全特低电压都不是绝对安全的，都有可能对人体造成伤害，故对于潮湿而触电危险性较大的环境（如金属容器、管道内施焊检修），安全电压规定为12V，这样，触电时通过人体的电流，可被限制在较小范围内，可在一定的程度上保障人身安全。endprint

防止和减少伤亡事故的创新方法

因为我国实际居民家庭用电环境状况，故现行的储水式热水器标准（GB4606.1-2006）会增加规范性附录AA，要求制造商如果声明自己的产品具有“接地系统异常时，能提供应急保护措施”的情况下，还要进一步增加“在器具以外的接地系统失效并且电加热管外壳基本绝缘损坏”状况下符合安全标准要求的结构。而为满足此结构的符合性，各大热水器厂家主要采用安装可断开包括地线在内的全极断开漏电保护插头和防电墙两种技术。其中防电墙技术并不是标准颁布时为满足其符合性临时开发的技术，而是已经有了很多年开发的历史。而同时，接地系统异常时提供应急保护措施的解决方案也不仅仅只有漏电保护器和防电墙两种，随着技术的发展，更多的保护技术也会应运而生。

可靠的防电墙技术

“防电墙”技术，更确切的表述应该是“水电阻衰减隔离法”，是利用了水的不良导体特性：即水本身是有电阻的（如国标规定自来水在15℃时电阻率应大于1300Ω·cm），通过对电热水器内通水管材质的选择（绝缘材料），管径和距离的确定，形成“隔电墙”。物体的阻值取决于电阻率、截面和长度，与截面成反比，与长度成正比。防电墙通过细小截面的延长水路，增大水的电阻，根据欧姆定律，电阻越大，电流越小，延长水路出水口的电流远远低于人体电流安全界限和国标要求，保护用户人身安全。

当电热水器通电工作时，加热内胆的水即使有电，也会在通过“隔电墙”时被水本身的电阻衰减而达到将电隔离的目的，使热水器进出水两端达到几乎为零的电压和极微弱电流，从而保障用户使用安全。

根据对全国各地区165个城市的水电阻率取样统计，山西运城的水电阻率最小，为600Ω·cm左右，在此条件下，7.8mm孔径的延长水路只要0.8m的长度，即可保证安全。可见防电墙技术是可靠的。

“二次接地”保护技术

另外一种更加创新的解决方案，称作“二次接地”保护技术。事实上根据供配电电网原理，我国国标规定的供配电系统中，供电端的中性线（零线）是可靠接地的，即零线是更加可靠的“地线”，利用其工作接地作为保护接地的原理采取的“二次接地”技术能够将泄漏电流通过零线引入电网，从而能够在接地失效和防电墙衰减的情况下，保护人身安全。

以某品牌电热水器为例，“二次接地”与零线连接的接线柱位于出水防电墙的水路中，并且与电源零线相连（如图3所示）：其等效电路如图4所示：

3.4千瓦的加热丝约等于14Ω电阻，案例中采用的加热丝相当于两个7Ω的电阻串联，B点电压约为110V，出入水防电墙根据设计，当水电阻率为1300Ω·cm时，相当于220K的电阻，经过实验测得流经“二次接地”前的最后一道水柱的电流小于5mA，即其电阻约为22K。

由上述等效电路可知：

1）“二次接地”技术中地线和零线并没有直接相连，地线和零线之间串联22K电阻。

2）当出现水电阻率突然变化，出入水防电墙衰减，且接地线不可靠的情况下，“二次接地”起到保护作用，A点电压约等于0，远远小于人体临界安全电压。

3）推荐接地保护+防电墙保护+接零保护（“二次接地”）的三重保护的结构设计，此时三重保护同时失效的概率几乎为0。