電熱水器觸電事故調(diào)查分析

　　近年來(lái)，網(wǎng)上關(guān)于電熱水器用電安全的探討雖然不絕于耳，但卻并沒(méi)有系統(tǒng)性的統(tǒng)計(jì)和深入的分析，基本上都武斷地將觸電原因歸結(jié)于電熱水器質(zhì)量不過(guò)關(guān)和售后服務(wù)的不專業(yè)，或是對(duì)原因的探究最終不了了之。筆者從網(wǎng)絡(luò)上搜集了120例熱水器觸電事故的報(bào)道，提取與觸電事故原因相關(guān)的關(guān)鍵詞如表1所示：

　　另外，熱水器觸電事故對(duì)人造成的危害還與使用方式有關(guān)。

　　從表1中的關(guān)鍵詞分析可知，布線故障、零火線反接、插座漏電、線路老化或相線串線等環(huán)境漏電，均不是根本原因，以電熱水器漏電和零火線反接為例，國(guó)標(biāo)中通過(guò)泄漏電流和電氣強(qiáng)度測(cè)試考核正常使用中電熱水器的漏電流大小和電氣絕緣性能，并且測(cè)試中要求包含零火反相情況下重復(fù)測(cè)試。可以看出，以上這些環(huán)境漏電因素在接地良好的情況下均不能造成觸電事故。而所謂的“熱水器漏電”，關(guān)鍵詞略顯模糊，無(wú)法辨別真正原因;且熱水器漏電、加熱管基本絕緣破壞在接地良好的情況下同樣是可以防止事故發(fā)生的。

　　由此可見(jiàn)，實(shí)際上造成觸電事故并發(fā)生傷亡的根本原因?yàn)榻拥夭涣?。而事?shí)上，我國(guó)用電環(huán)境惡劣，“七成以上的家庭用電環(huán)境不合格，其中54.2%的家庭無(wú)地線或接地不可靠(見(jiàn)《城市家庭用電環(huán)境令人堪憂 家用電器開(kāi)始關(guān)注環(huán)境漏電》)”，恰恰與表1中統(tǒng)計(jì)的105條觸電原因相關(guān)的關(guān)鍵詞相吻合。

　　無(wú)接地或接地不可靠的惡劣用電環(huán)境是我國(guó)的國(guó)情，而用戶是無(wú)法檢測(cè)家庭接地線是否良好。在這種接地缺失的情況下，即使通過(guò)檢驗(yàn)合格的電熱水器也不能保證安全，一旦發(fā)生諸如加熱管基本絕緣破壞，則同樣會(huì)造成巨大的危害。

　　加熱管損壞造成短路性質(zhì)漏電

　　加熱管結(jié)構(gòu)是外殼金屬管用銅或不銹鋼制成，電熱絲與金屬管之間絕緣填充氧化鎂粉，作為加熱管的基本絕緣，用于將電熱絲與水隔離。在正常情況(基本絕緣未破壞)下，加熱管是安全的，電熱絲與金屬管外殼隔離，加熱管的金屬管外殼一般與接地柱相連。但一旦電熱絲和金屬管外殼導(dǎo)通，則將形成短路性質(zhì)的漏電，若此時(shí)接地良好，那么泄漏電流將通過(guò)接地線流走，不會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生危險(xiǎn)，否則，若用戶用電環(huán)境無(wú)接地或接地不良，則出水和用戶接地線(網(wǎng))均帶電，造成極為可怕的危害。

　　加熱管造成短路性質(zhì)漏電的可能情況主要有包括氧化鎂粉碳化和金屬管因裂縫、穿孔滲水兩種。

　　氧化鎂粉碳化：加熱管中的電熱絲，壽命有限，按最新的電加熱管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《JB/T 4088-2012 日用管狀電熱元件》中要求，其正常工作壽命應(yīng)不小于3000小時(shí)，但在實(shí)際使用中因?yàn)樯a(chǎn)工藝和使用環(huán)境的差異，往往低于該數(shù)值。電熱絲一旦燒斷，在斷開(kāi)的瞬間必然打火拉弧，上千度的弧光完全可以將氧化鎂粉燒焦碳化并失去絕緣性，使得加熱絲與金屬管壁導(dǎo)通(如圖1所示)，此時(shí)金屬管外殼直接和相線相同，電壓為電源額定電壓。

　　金屬管因裂縫、穿孔滲水：用于絕緣隔離電熱絲和金屬管壁所填充的氧化鎂粉為微小顆粒物，顆粒物之間填充必然存在間隙，金屬管壁一旦發(fā)生諸如穿孔的微小損傷，滲透而入的水充滿顆粒間的間隙，使得加熱絲與金屬管壁通過(guò)滲漏水導(dǎo)通(如圖2所示)，此時(shí)金屬管外殼根據(jù)穿孔點(diǎn)相對(duì)加熱絲的位置分布帶電電壓最大可達(dá)電源額定電壓。

　　造成金屬管滲水的因素很多，且為幾種因素綜合作用的結(jié)果。例如，金屬管壁較薄(0.3～0.5mm)，生產(chǎn)中可能產(chǎn)生沙眼，腐蝕穿孔的事故時(shí)有發(fā)生，是造成金屬管滲水最多的原因。

　　洗浴用具也會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題

　　筆者對(duì)所收集統(tǒng)計(jì)的120條觸電事故信息進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這些事故均發(fā)生在衛(wèi)生間淋浴環(huán)境，這與淋浴環(huán)境因素相關(guān)，其中手把式花灑噴頭也是引發(fā)事故的元兇之一。使用者淋浴時(shí)一旦發(fā)生漏電，電流從手把式花灑噴頭經(jīng)過(guò)人體與潮濕的地面形成回路，而此時(shí)人體相當(dāng)于串聯(lián)在手把式花灑噴頭和地面之間的等效電阻。電流對(duì)人的危險(xiǎn)主要取決于電流的數(shù)值和通電時(shí)間，電壓一定的情況下，電流的數(shù)值取決于人體總阻抗，而在電壓相同過(guò)的情況下，人體總阻抗與接觸面積和皮膚濕潤(rùn)條件有關(guān)。

　　水濕潤(rùn)環(huán)境：“浸入市政供水(平均電阻率ρ=3500Ω·cm，pH=7～9)的水中1min，皮膚接觸表面積的條件(見(jiàn)《GB/T 13870.1 電流對(duì)人和家畜的效應(yīng) 第1部分：通用部分》)。”使用者使用電熱水淋浴器進(jìn)行洗浴，全身上下浸濕，不亞于在市政供水的水中浸泡1min皮膚接觸表面積的條件，則洗浴環(huán)境應(yīng)當(dāng)被認(rèn)定為水濕潤(rùn)環(huán)境。

　　接觸面積：手握手把式花灑噴頭，其接觸面積為掌面，面積約為11200mm²，10000mm²數(shù)量級(jí)為大的接觸面積。

　　在一定電壓作用下，通過(guò)人體電流的大小與人體電阻有關(guān)系。人體電阻因人而異，與人的體質(zhì)、皮膚的潮濕程度、觸電電壓的高低、年齡、性別以至工種職業(yè)有關(guān)系，通常為1000～2000Ω，但是，影響人體電阻的因素很多，如皮膚潮濕出汗、帶有導(dǎo)電性粉塵、加大與帶電體的接觸面積和壓力以及衣服、鞋、襪的潮濕油污等情況，均能使人體電阻降低。而人體電阻主要取決于皮膚角質(zhì)層，故當(dāng)角質(zhì)外層破壞時(shí)，則降至500～1000Ω。一般認(rèn)為，接觸到真皮里，一只手臂或一條腿的電阻大約為500Ω。因此，由一只手臂到另一只手臂或由一條腿到另一條腿的通路相當(dāng)于一個(gè)1000Ω的電阻。假定一個(gè)人用雙手緊握帶電體，雙腳站在水坑里而形成導(dǎo)電回路，這時(shí)人體電阻基本上就是體內(nèi)電阻約為500Ω。

　　故在全身濕潤(rùn)環(huán)境下，人體處于最易受到電擊傷害的情況。在這種情況下，36V的安全電壓或是GB4706中規(guī)定的42V的安全特低電壓都不是絕對(duì)安全的，都有可能對(duì)人體造成傷害，故對(duì)于潮濕而觸電危險(xiǎn)性較大的環(huán)境(如金屬容器、管道內(nèi)施焊檢修)，安全電壓規(guī)定為12V，這樣，觸電時(shí)通過(guò)人體的電流，可被限制在較小范圍內(nèi)，可在一定的程度上保障人身安全。

　　防止和減少傷亡事故的創(chuàng)新方法

　　因?yàn)槲覈?guó)實(shí)際居民家庭用電環(huán)境狀況，故現(xiàn)行的儲(chǔ)水式熱水器標(biāo)準(zhǔn)(GB4606.1-2006)會(huì)增加規(guī)范性附錄AA，要求制造商如果聲明自己的產(chǎn)品具有“接地系統(tǒng)異常時(shí)，能提供應(yīng)急保護(hù)措施”的情況下，還要進(jìn)一步增加“在器具以外的接地系統(tǒng)失效并且電加熱管外殼基本絕緣損壞”狀況下符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)構(gòu)。而為滿足此結(jié)構(gòu)的符合性，各大熱水器廠家主要采用安裝可斷開(kāi)包括地線在內(nèi)的全極斷開(kāi)漏電保護(hù)插頭和防電墻兩種技術(shù)。其中防電墻技術(shù)并不是標(biāo)準(zhǔn)頒布時(shí)為滿足其符合性臨時(shí)開(kāi)發(fā)的技術(shù)，而是已經(jīng)有了很多年開(kāi)發(fā)的歷史。而同時(shí)，接地系統(tǒng)異常時(shí)提供應(yīng)急保護(hù)措施的解決方案也不僅僅只有漏電保護(hù)器和防電墻兩種，隨著技術(shù)的發(fā)展，更多的保護(hù)技術(shù)也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。

　　可靠的防電墻技術(shù)

　　“防電墻”技術(shù)，更確切的表述應(yīng)該是“水電阻衰減隔離法”，是利用了水的不良導(dǎo)體特性：即水本身是有電阻的(如國(guó)標(biāo)規(guī)定自來(lái)水在15℃時(shí)電阻率應(yīng)大于1300Ω·cm)，通過(guò)對(duì)電熱水器內(nèi)通水管材質(zhì)的選擇(絕緣材料)，管徑和距離的確定，形成“隔電墻”。物體的阻值取決于電阻率、截面和長(zhǎng)度，與截面成反比，與長(zhǎng)度成正比。防電墻通過(guò)細(xì)小截面的延長(zhǎng)水路，增大水的電阻，根據(jù)歐姆定律，電阻越大，電流越小，延長(zhǎng)水路出水口的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人體電流安全界限和國(guó)標(biāo)要求，保護(hù)用戶人身安全。

　　當(dāng)電熱水器通電工作時(shí)，加熱內(nèi)膽的水即使有電，也會(huì)在通過(guò)“隔電墻”時(shí)被水本身的電阻衰減而達(dá)到將電隔離的目的，使熱水器進(jìn)出水兩端達(dá)到幾乎為零的電壓和極微弱電流，從而保障用戶使用安全。

　　根據(jù)對(duì)全國(guó)各地區(qū)165個(gè)城市的水電阻率取樣統(tǒng)計(jì)，山西運(yùn)城的水電阻率最小，為600Ω·cm左右，在此條件下，7.8mm孔徑的延長(zhǎng)水路只要0.8m的長(zhǎng)度，即可保證安全?？梢?jiàn)防電墻技術(shù)是可靠的。

　　“二次接地”保護(hù)技術(shù)

　　另外一種更加創(chuàng)新的解決方案，稱作“二次接地”保護(hù)技術(shù)。事實(shí)上根據(jù)供配電電網(wǎng)原理，我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定的供配電系統(tǒng)中，供電端的中性線(零線)是可靠接地的，即零線是更加可靠的“地線”，利用其工作接地作為保護(hù)接地的原理采取的“二次接地”技術(shù)能夠?qū)⑿孤╇娏魍ㄟ^(guò)零線引入電網(wǎng)，從而能夠在接地失效和防電墻衰減的情況下，保護(hù)人身安全。

　　以某品牌電熱水器為例，“二次接地”與零線連接的接線柱位于出水防電墻的水路中，并且與電源零線相連(如圖3所示)：其等效電路如圖4所示：

　　3.4千瓦的加熱絲約等于14Ω電阻，案例中采用的加熱絲相當(dāng)于兩個(gè)7Ω的電阻串聯(lián)，B點(diǎn)電壓約為110V，出入水防電墻根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)水電阻率為1300Ω·cm時(shí)，相當(dāng)于220K的電阻，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得流經(jīng)“二次接地”前的最后一道水柱的電流小于5mA，即其電阻約為22K。

　　由上述等效電路可知：

　　1)“二次接地”技術(shù)中地線和零線并沒(méi)有直接相連，地線和零線之間串聯(lián)22K電阻。

　　2)當(dāng)出現(xiàn)水電阻率突然變化，出入水防電墻衰減，且接地線不可靠的情況下，“二次接地”起到保護(hù)作用，A點(diǎn)電壓約等于0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人體臨界安全電壓。

　　3)推薦接地保護(hù)+防電墻保護(hù)+接零保護(hù)(“二次接地”)的三重保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此時(shí)三重保護(hù)同時(shí)失效的概率幾乎為0。

　　“二次接地”保護(hù)技術(shù)要求電源零線、火線的正確連接，電源連接及電網(wǎng)故障全防范裝置用以對(duì)電熱水器安裝時(shí)進(jìn)行零火線識(shí)別，保證固定布線的正確連接。此外，電源連接及電網(wǎng)故障全防范裝置可以在電器使用過(guò)程中對(duì)因電網(wǎng)引起的故障進(jìn)行全方位防范，如零火線反接、地線帶電、零線斷線等。