裸絲加熱熱水器的安全性分析及接零保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

　　裸絲加熱熱水器采用電阻絲作為加熱體，電阻絲封裝于內(nèi)膽中，熱水器工作時(shí)，水流從進(jìn)水口進(jìn)入內(nèi)膽，流經(jīng)封裝于內(nèi)膽中的電阻絲而被加熱。熱水器內(nèi)部的水路設(shè)計(jì)有很多的彎折，由于水本身是不良導(dǎo)體，采用合理的水路設(shè)計(jì)可以增加水管內(nèi)水的電阻值，減小泄漏電流，從而實(shí)現(xiàn)出水電壓達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，保證使用的安全性。

　　采用裸絲加熱技術(shù)的熱水器與其他加熱技術(shù)相比能夠?qū)崿F(xiàn)更精確溫度控制，水溫控制可以精到0.5℃。因電阻絲非常細(xì)，與水的接觸面積小，表面工作溫度低，水垢附著在電阻絲上的機(jī)率非常低，因此水質(zhì)硬的地區(qū)也可以適用。此種技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，熱交換效果好，加熱速度快，熱效率高，幾乎不會(huì)出現(xiàn)任何問題。

　　和傳統(tǒng)的加熱管加熱相較而言，裸絲加熱的加熱速度大大提升：裸絲加熱速度提升時(shí)間是(按62%計(jì)算)是1.4秒，而加熱管則是13.8秒;杜絕了加熱管有水干燒和無水干燒時(shí)帶來的潛在火災(zāi)隱患;還能避免了由于加熱元件的損壞(老化、到壽)而帶來的漏電隱患。總體來說，裸絲加熱技術(shù)帶來的是更優(yōu)秀的加熱效果，更安全的加熱性能和更良好加熱體驗(yàn)。

　　裸絲加熱熱水器的安全性分析

　　與傳統(tǒng)的加熱管絕緣方式不同，裸絲加熱熱水器的絕緣物質(zhì)為熱水器入口到出口之間的水。延長的水路起到防電墻的作用，相當(dāng)于是一個(gè)基本的絕緣。根據(jù)歐姆定律，水電阻越大則泄漏電流越小，即泄漏電流與水電阻的值成反比關(guān)系，只要電阻達(dá)到一定程度的話，電流就很小。將熱水器內(nèi)的水路延長就可以到一個(gè)數(shù)值很大的電阻，合理設(shè)計(jì)水路通徑和水路長度，可以保證出水口的泄漏電流應(yīng)遠(yuǎn)低于人體承受的程度。

　　另外，供水的電阻率對(duì)裸絲加熱熱水器的電氣安全起到關(guān)鍵作用。但在實(shí)際使用中，使用者無法判斷供水的電阻率是否符合熱水器的要求。當(dāng)發(fā)生咸潮、停水再來水或其它原因?qū)е滤|(zhì)發(fā)生變化時(shí)，供水電阻率可能會(huì)低于熱水器的要求，可能導(dǎo)致電氣安全危險(xiǎn)。因此當(dāng)供水電阻率降低時(shí)，熱水器必須能夠提供相應(yīng)的措施防止由此導(dǎo)致的可能危險(xiǎn)發(fā)生。

　　接零線保護(hù)的原理

　　裸絲加熱熱水器，有防漏電三重保護(hù)和一個(gè)保證：進(jìn)出水接地保護(hù)、進(jìn)出水防電墻保護(hù)、接零罩保護(hù)和不易接錯(cuò)的電源線連接方法保證。 裸絲加熱熱水器“接零保護(hù)”的技術(shù)原理如圖1所示，在圖中清晰地說明了在防漏電的三重保護(hù)的指示說明。

　　第一重保護(hù)(進(jìn)出水接地保護(hù))：自來水進(jìn)入機(jī)體的入水口有入水接地柱(6)，出水口(10)有出水接地柱(9);

　　第二重保護(hù)(進(jìn)出水防電保護(hù)墻)：根據(jù)歐姆定律，水電阻越大則泄漏電流越小，即泄漏電流與水電阻的值成反比關(guān)系，所以只要電阻達(dá)到一定程度的話，電流就很小，延長的水路到一個(gè)比較大的電阻，合理設(shè)計(jì)水路通徑和水路長度，保證出水口的泄漏電流應(yīng)遠(yuǎn)低于人體承受的程度。

　　第三重保護(hù)(接零罩保護(hù))：在零火線正確連接保證的前提下，確保機(jī)器的電源線和用戶電源線的正確連接時(shí)，接零柱(11)到接零柱(13)形成一個(gè)保護(hù)罩，即進(jìn)、出接零罩(1)的水都接在零線上，將火線柱(12)罩在這個(gè)零線罩之中。

　　在我國的低壓配電網(wǎng)中，零線上的電壓分布有如下的特點(diǎn)：如果負(fù)荷對(duì)稱，則零線上的電壓為零;如果負(fù)荷不對(duì)稱，在零線不斷線的前提下，在零線上的電壓分布也不會(huì)超過人體的安全電壓。在這個(gè)條件下，不難得到裸絲加熱熱水器中出水口出來的水泄漏電流是一個(gè)較小的值，不會(huì)危及使用者的人身安全。

　　零火線正確連接的保證是“接零保護(hù)”正常工作的前提條件。實(shí)際上，通過圖1，我們也能夠很容易地辨別我們的零火線是否正確地連接。

　　不易接錯(cuò)的電源線連接方法

　　那么，如何準(zhǔn)確地判斷出用戶電源線的極性呢，可以通過不易接錯(cuò)的電源線連接方法和措施來準(zhǔn)確判斷電源線的極性(見圖1)：

　　(1)當(dāng)機(jī)器零火地線與電源零火地線相連接零火線正確連接，打開熱水閥，水壓開關(guān)閉合，電流沿火線(L)-水壓力開關(guān)(4)-電熱絲(7)-零線(N)形成回路，機(jī)器工作加熱，另一路電流沿火線(L)-水壓力開關(guān)(4)-指示燈(5)-接地線(E)形成回路，指示燈點(diǎn)亮;關(guān)閉熱水閥，水壓開關(guān)斷開，加熱絲無電壓，不加熱;指示燈無電壓，不點(diǎn)亮。

　　(2)當(dāng)機(jī)器零火地線與電源零火地線相連接零火線正確連接(無接地或接地不良)，打開熱水閥，水壓開關(guān)閉合，電流沿火線(L)-水壓力開關(guān)(4)-電熱絲(7)-零線(N)形成回路，機(jī)器工作加熱，另一路電流沿火線(L)-水壓力開關(guān)(4)-指示燈(5)-接地線(E)形成回路，指示燈點(diǎn)亮;關(guān)閉熱水閥，水壓開關(guān)斷開，加熱絲無電壓，不加熱;指示燈無電壓，不點(diǎn)亮。

　　(3)當(dāng)機(jī)器零火地線與電源火零地線相連接零火線反相連接，打開熱水閥，水壓開關(guān)閉合，電流沿零線(N)-電熱絲(7)-水壓力開關(guān)(4)-火線(L)形成回路，機(jī)器工作加熱，指示燈兩端(地線與零線)電壓為零，指示燈不亮;關(guān)閉熱水閥，水壓開關(guān)斷開，電流沿零線(N)-電熱絲(7)-指示燈(5)-接地線(E)形成回路，指示燈點(diǎn)亮，指示燈非正常工作，此時(shí)可以正確判斷出電源線的極性(提示零火線接反)，及時(shí)正確連接電源線。

　　(4)當(dāng)機(jī)器零火地線與電源火零地線相連接零火線反相連接(無接地或接地不良)，打開熱水閥，水壓開關(guān)閉合時(shí)，電流沿零線(N)-電熱絲(7)-水壓力開關(guān)(4)-火線(L)形成回路，機(jī)器工作加熱，另一路電流沿零線(N)-出水防電墻(3)-指示燈(5)-水壓力開關(guān)(4)-火線(L)形成回路，指示燈點(diǎn)亮;關(guān)閉熱水閥，水壓開關(guān)斷開，電流沿零線(N)-電熱絲(7)-指示燈(5)-接地線(E)-入水接地柱(6)零電勢形成回路，指示燈點(diǎn)亮，指示燈非正常工作，此時(shí)可以正確判斷出電源線的極性(提示零火線接反及未安裝接地線)，及時(shí)正確連接電源線。

　　總結(jié)上述各種情況如表1所示。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)電子元件故障率5年內(nèi)不小于10%;電網(wǎng)零線非零電位故障率5年內(nèi)萬分之一以內(nèi);電氣(線)連接故障率5年內(nèi)1‰以內(nèi);所以，5年內(nèi)上述 “接零罩”保護(hù)電路故障率比電子線路可靠性大于100倍以上。

　　可以認(rèn)為簡單的電氣連接保護(hù) 方案比復(fù)雜的電子線路控制方案更可靠，電熱水龍頭如選用復(fù)雜的電子線路控制如繼電器、漏電保護(hù)器等控制器來控制線路，這些復(fù)雜電子件可靠性并不高。日常生活中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)繼電器、漏電保護(hù)器失效，會(huì)讓電器出現(xiàn)安全隱患，甚至?xí)斐晌ｋU(xiǎn)。所以簡單的幾根可靠的導(dǎo)線來連接的安全保護(hù)方案最可靠，不容易出現(xiàn)問題。

　　在理想情況下，由于零線電勢為零，接零罩將火線罩于其中形成了接零保護(hù)，是熱水器的裸絲加熱中的一種最為安全可靠的保護(hù)措施。

　　對(duì)提高裸絲加熱熱水器安全性的設(shè)計(jì)方法，以及利用低壓配電網(wǎng)中的零線，實(shí)現(xiàn)裸絲加熱熱水器的“接零保護(hù)”新方法。正確性和可靠性的測試，為了增加試驗(yàn)結(jié)果的可信性。將裸絲加熱熱水器與傳統(tǒng)熱水器在基本絕緣正常情況下、非正常(基本絕緣破壞時(shí))時(shí)，自來水的電阻率為50Ω·cm、電網(wǎng)有接地線的情況，加熱管基本絕緣破壞時(shí)，以前有咸潮(自來水的電阻率為50Ω·cm),電網(wǎng)無接地線，加熱管基本絕緣破壞時(shí)分別進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)(篇幅所限具體測試情況略)，通過試驗(yàn)測試，可以得到如下的結(jié)論：

　　1) 裸絲加熱熱水器在采用延長水路(即基本絕緣防電墻)和接零保護(hù)方案后，在水電阻正常、偏小(咸潮)和無接地線情況下都是安全的。

　　2) 裸絲加熱熱水器的安全性能優(yōu)于傳統(tǒng)加熱管熱水器。

　　總體來講，裸絲加熱通過延長水路(即基本絕緣防電墻)的設(shè)計(jì)可以提高水電阻數(shù)值，有效減小泄漏電流，同時(shí)，再采用“接零保護(hù)”能夠有效提高熱水器的安全性。因此，經(jīng)過安全性設(shè)計(jì)的裸絲加熱熱水器性能優(yōu)于傳統(tǒng)加熱管熱水器。