太陽(yáng)能熱水器電熱帶失火原因分析及使用方法

　　太陽(yáng)能熱水器因其使用方式的特殊性，尤其在北方地區(qū)的冬季，經(jīng)常出現(xiàn)管路凍堵。在解決管路凍堵方面，很多熱水器廠家采用電熱帶及保溫管來(lái)進(jìn)行防凍與解凍。通過(guò)電熱帶通電后產(chǎn)生的熱量，融化管路中的凍堵部分，從而達(dá)到解決凍堵的問(wèn)題。但在使用過(guò)程中，又有電熱帶失火的現(xiàn)象發(fā)生。

　　本文將針對(duì)太陽(yáng)能熱水器使用的電熱帶，從原理、模擬試驗(yàn)分析、安裝使用等幾個(gè)方面進(jìn)行分析，查找電熱帶失火的原因，并提出注意事項(xiàng)。

　　　　一、 自限式電熱帶發(fā)熱原理及選用

　　太陽(yáng)能熱水器使用的電熱帶，又稱(chēng)為自限式電熱帶，由絕緣層和帶芯構(gòu)成。電熱帶的帶芯是一種很復(fù)雜的高分子復(fù)合物，它由多種材料和導(dǎo)電介質(zhì)復(fù)合而成，經(jīng)過(guò)特殊的化學(xué)變化和物理處理之后擠出成型，在兩條平行導(dǎo)線之間組成一條保持連續(xù)平行的加熱元件。在加熱過(guò)程中，這種高分子材料發(fā)生PTC效應(yīng)，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，高分子復(fù)合物微分子膨脹，碳粒漸漸分開(kāi)，引起電路中斷，電阻上升，輸出功率減??；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，復(fù)合物微分子間距收縮變小，電阻降低，輸出功率上升；當(dāng)環(huán)境溫度處于某一穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，達(dá)到熱輸出穩(wěn)定狀態(tài)，因此此種電熱帶的控制溫度不會(huì)過(guò)高或過(guò)低，能夠自動(dòng)的調(diào)節(jié)。

　　圖1

　　上圖中表示三種狀態(tài)下的通電情況：

　　1、左面一段為環(huán)境溫度降低時(shí)，導(dǎo)電通路多，功率高。

　　2、中間一段為環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電通路少，功率輸出減少。

　　3、右面一段環(huán)境溫度高到某一穩(wěn)態(tài)時(shí)，破壞了電路，電阻增高，功率接近零。

　　電熱帶的使用壽命與通斷次數(shù)有關(guān)，在電熱帶加工完成后，內(nèi)部的高分子材料還沒(méi)有完全達(dá)到穩(wěn)態(tài)，初期的通斷會(huì)使電熱帶的功率有所增高，但當(dāng)電熱帶反復(fù)啟動(dòng)后，會(huì)造成電熱帶自身功率的衰減。所以建議冬季氣溫低于0℃時(shí)，電熱帶除了在洗浴時(shí)間外應(yīng)該處于通電狀態(tài)，這樣可以避免電熱帶的頻繁啟動(dòng)。另外通常所說(shuō)的電熱帶的功率為每米的標(biāo)稱(chēng)功率，這個(gè)標(biāo)稱(chēng)功率是在一定的溫度環(huán)境下的輸出功率，消費(fèi)者在使用過(guò)程中不能簡(jiǎn)單的用標(biāo)稱(chēng)功率乘以米數(shù)，如上所述，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下，功率會(huì)明顯的低于標(biāo)稱(chēng)功率，比如標(biāo)稱(chēng)功率為25W±5W/M的電熱帶，在保溫良好的情況下24小時(shí)的耗電量在0.25度左右。

　　根據(jù)太陽(yáng)能熱水器的使用條件，在選用電熱帶時(shí)，一定要選用優(yōu)質(zhì)的電熱帶產(chǎn)品。對(duì)電熱帶產(chǎn)品的測(cè)試也是參照電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可分為以下八項(xiàng)：一、耐高壓性能；二、絕緣電阻；三、低溫彎曲性能；四、最高表面溫度；五、最高維持溫度；六、最高承受溫度；七、標(biāo)稱(chēng)功率；八、熱穩(wěn)定性。

　　　二、電熱帶模擬失火試驗(yàn)及分析

　　〔試驗(yàn)一〕電熱帶在通電狀態(tài)下，在帶體上施加壓力，促使電熱帶拉伸，觀察功率變化。

　　試驗(yàn)結(jié)論：在長(zhǎng)時(shí)間的通電狀態(tài)下，帶體收拉，型變量超過(guò)20%，檢測(cè)功率略有提高，但未發(fā)生失火。對(duì)帶體檢驗(yàn)，溫度略有升高。

　　〔試驗(yàn)二〕在電熱帶加工過(guò)程中，在帶芯部分濺上少許水，然后再進(jìn)行外敷絕緣護(hù)套，在通電狀態(tài)下觀察。

　　試驗(yàn)結(jié)論：電熱帶在通電短時(shí)間內(nèi)，在濺有水的部位開(kāi)始發(fā)生失火。如下圖2

　　圖2

　　〔試驗(yàn)三〕將電熱帶用塑料膠帶緊密的纏繞在PEX管上，反復(fù)在25℃與-20℃之間冷熱交替，周期為1個(gè)月，然后觀察帶體并進(jìn)行通電試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)結(jié)論：在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)觀察帶體，帶體出現(xiàn)鼓包，鼓包均位于電熱帶銅鉸線處，截取部分鼓包，解剖后發(fā)現(xiàn)有部分銅鉸線出現(xiàn)斷裂。在通電情況下，發(fā)生失火。如圖3：

　　圖3

　　分析：通過(guò)對(duì)試驗(yàn)一與試驗(yàn)三的對(duì)比分析，在單純的軸向拉伸時(shí)，電熱帶的自身力學(xué)性能可以克服部分軸向拉力，功率會(huì)有一定的變化。但是對(duì)于PEX管在受冷、受熱狀態(tài)下的伸縮，會(huì)造成電熱帶沿管路的徑向變形，這時(shí)候，很容易將電熱帶的銅鉸線弄斷，在通電狀態(tài)下，銅鉸線的斷裂端出現(xiàn)打火，引發(fā)火災(zāi)。

　　試驗(yàn)二結(jié)論說(shuō)明如果在帶芯上有水汽，也易造成失火。

　　如前所述，電熱帶的PTC材料在加工時(shí)，是多種高分子材料混合而成。在混合時(shí)盡量做到均勻，但很難做到絕對(duì)的均勻，因此帶體中的不均勻段就成為制約電熱帶性能的薄弱環(huán)節(jié)。有些地區(qū)電壓不穩(wěn)定，在電壓驟然升高的情況下，電熱帶的帶體中的薄弱環(huán)節(jié)可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱，首先碳化，而且隨著時(shí)間和電壓的變化，碳化點(diǎn)逐漸變大，最后發(fā)生火災(zāi)。

　　通過(guò)對(duì)使用比較普遍的東北和西北地區(qū)分析：在西北地區(qū)電熱帶著火的事故比較少，而在東北地區(qū)出現(xiàn)比較多。根據(jù)氣候情況的不同，西北地區(qū)比較干燥，而東北地區(qū)夏天比較潮濕，太陽(yáng)能電熱帶固定在管路上，外層包裹絕熱層，如果接頭出現(xiàn)問(wèn)題，潮濕水分會(huì)因?yàn)槊?xì)作用存在于整個(gè)管子，而此時(shí)電熱帶處于非使用狀態(tài)。當(dāng)?shù)搅饲锾欤瑑啥怂珠_(kāi)始揮發(fā)，電熱帶中部水分就很難出來(lái)，此時(shí)開(kāi)始加熱，就容易導(dǎo)致電熱帶中間部位先開(kāi)始著火。

　　分析在實(shí)際應(yīng)用中，電熱帶最初在油田管道上使用，很少出現(xiàn)問(wèn)題，但在太陽(yáng)熱水器上，由于上下水管一般采用鋁塑復(fù)合管或PEX管，特別是PEX管，其縱向回縮率非常大（3%），在驟冷驟熱的情況下，產(chǎn)生巨大的熱脹冷縮，造成帶體受到牽引，容易致使中間部分出現(xiàn)變形或端部的絕緣措施遭到破壞，當(dāng)銅導(dǎo)線出現(xiàn)打火或短接時(shí)，形成短路火災(zāi)。

　　三、電熱帶安裝時(shí)的注意事項(xiàng)

　?。ㄒ唬﹪?yán)格許用長(zhǎng)度要求

　　電熱帶在安裝時(shí), 由于電熱帶其結(jié)構(gòu)及內(nèi)部材質(zhì)的要求，每一種電熱帶有嚴(yán)格的最大許用長(zhǎng)度，在使用中不得超過(guò)最大的許用長(zhǎng)度。使用長(zhǎng)度超出了其許用長(zhǎng)度，造成電熱帶內(nèi)電流超出其許用電流，容易引發(fā)失火。

　?。ǘ┱_的安裝規(guī)范

　　一 電熱帶本身性能要求

　　由于其帶芯的內(nèi)部材質(zhì)原因，在使用過(guò)程中其彎曲應(yīng)大于最小彎曲半徑（最小彎曲半徑原則上不小于其厚度的六倍），過(guò)渡的彎曲或折疊，可能使局部分子結(jié)構(gòu)改變?cè)斐蓳舸?、著火?/p>

　　電熱帶在使用過(guò)程中嚴(yán)禁串接使用，應(yīng)保證電熱帶的完整性，即使用一根電熱帶，不允許用串接。在使用過(guò)程中，如果出現(xiàn)了失火，不能只將燒毀的部分去除，應(yīng)當(dāng)將整根的電熱帶進(jìn)行更換。因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)失火時(shí)，沒(méi)有燒毀的部分也可能因?yàn)檫^(guò)流造成傷害，再次使用時(shí)，極易出現(xiàn)問(wèn)題。

　　電熱帶在與電源線連接時(shí)，應(yīng)使用專(zhuān)用的連接方式和連接裝置。同時(shí)對(duì)電熱帶盲端同樣使用專(zhuān)用連接輔件。一般電熱帶與電源線以及電熱帶的盲端采用兩種方式連接。一是用專(zhuān)用的連接構(gòu)件，此類(lèi)構(gòu)件由正規(guī)的電熱帶廠家提供，造價(jià)較高。二是用冷壓絕緣接頭連接，外面在用優(yōu)質(zhì)的熱縮管進(jìn)行絕緣處理，此處的絕緣應(yīng)采用雙層的絕緣熱縮管進(jìn)行密封。

　　防凍帶應(yīng)貼在鋁塑管或PE-X管，不要貼的太緊，每隔25～30厘米使用鋁箔纏繞一圈固定。在防凍帶接線處和尾端應(yīng)留出PE-X管的收縮余量。嚴(yán)禁用膠帶將防凍帶進(jìn)行完全纏繞。

　　防凍帶在連接后應(yīng)進(jìn)行通電檢驗(yàn)，確定防凍帶是否發(fā)熱正常。

　　二 在施工中的注意事項(xiàng)：

　　1、在施工中嚴(yán)禁野蠻操作，防止防凍帶外護(hù)套因受到外力作用而破損。

　　2、電熱帶應(yīng)深入煙道30厘米。

　　3、若要將電熱帶與PEX管固定，可間隔25~30cm，用鋁箔進(jìn)行簡(jiǎn)單的固定。

　　4、為防止電熱帶的脫落，可以將尾端引入煙道，在上端與電源線連接。

　　結(jié)論

　　綜上所述，太陽(yáng)能熱水器上使用電熱帶時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)范，防止隱患存在。同時(shí)盡快的將阻燃性電熱帶及保溫管引用在太陽(yáng)熱水器上，采取相應(yīng)的處理措施，既要防止失火，又有防止失火后管路燒壞造成的水災(zāi)，讓事故遠(yuǎn)離消費(fèi)者。                                   （責(zé)編 蔣士樺）