電熱水器觸電事故調查分析

　　近年來，網(wǎng)上關于電熱水器用電安全的探討雖然不絕于耳，但卻并沒有系統(tǒng)性的統(tǒng)計和深入的分析，基本上都武斷地將觸電原因歸結于電熱水器質量不過關和售后服務的不專業(yè)，或是對原因的探究最終不了了之。筆者從網(wǎng)絡上搜集了120例熱水器觸電事故的報道，提取與觸電事故原因相關的關鍵詞如表1所示：

　　另外，熱水器觸電事故對人造成的危害還與使用方式有關。

　　從表1中的關鍵詞分析可知，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，國標中通過泄漏電流和電氣強度測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，并且測試中要求包含零火反相情況下重復測試。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”，關鍵詞略顯模糊，無法辨別真正原因;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，實際上造成觸電事故并發(fā)生傷亡的根本原因為接地不良。而事實上，我國用電環(huán)境惡劣，“七成以上的家庭用電環(huán)境不合格，其中54.2%的家庭無地線或接地不可靠(見《城市家庭用電環(huán)境令人堪憂 家用電器開始關注環(huán)境漏電》)”，恰恰與表1中統(tǒng)計的105條觸電原因相關的關鍵詞相吻合。

　　無接地或接地不可靠的惡劣用電環(huán)境是我國的國情，而用戶是無法檢測家庭接地線是否良好。在這種接地缺失的情況下，即使通過檢驗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，則同樣會造成巨大的危害。

　　加熱管損壞造成短路性質漏電

　　加熱管結構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通，則將形成短路性質的漏電，若此時接地良好，那么泄漏電流將通過接地線流走，不會對使用者產(chǎn)生危險，否則，若用戶用電環(huán)境無接地或接地不良，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家標準《JB/T 4088-2012 日用管狀電熱元件》中要求，其正常工作壽命應不小于3000小時，但在實際使用中因為生產(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通(如圖1所示)，此時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滲漏水導通(如圖2所示)，此時金屬管外殼根據(jù)穿孔點相對加熱絲的位置分布帶電電壓最大可達電源額定電壓。

　　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，腐蝕穿孔的事故時有發(fā)生，是造成金屬管滲水最多的原因。

　　洗浴用具也會引發(fā)安全問題

　　筆者對所收集統(tǒng)計的120條觸電事故信息進行分析發(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，其中手把式花灑噴頭也是引發(fā)事故的元兇之一。使用者淋浴時一旦發(fā)生漏電，電流從手把式花灑噴頭經(jīng)過人體與潮濕的地面形成回路，而此時人體相當于串聯(lián)在手把式花灑噴頭和地面之間的等效電阻。電流對人的危險主要取決于電流的數(shù)值和通電時間，電壓一定的情況下，電流的數(shù)值取決于人體總阻抗，而在電壓相同過的情況下，人體總阻抗與接觸面積和皮膚濕潤條件有關。

　　水濕潤環(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《GB/T 13870.1 電流對人和家畜的效應 第1部分：通用部分》)。”使用者使用電熱水淋浴器進行洗浴，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)境應當被認定為水濕潤環(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)量級為大的接觸面積。

　　在一定電壓作用下，通過人體電流的大小與人體電阻有關系。人體電阻因人而異，與人的體質、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層，故當角質外層破壞時，則降至500～1000Ω。一般認為，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于一個1000Ω的電阻。假定一個人用雙手緊握帶電體，雙腳站在水坑里而形成導電回路，這時人體電阻基本上就是體內(nèi)電阻約為500Ω。

　　故在全身濕潤環(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安全的，都有可能對人體造成傷害，故對于潮濕而觸電危險性較大的環(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，觸電時通過人體的電流，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

　　因為我國實際居民家庭用電環(huán)境狀況，故現(xiàn)行的儲水式熱水器標準(GB4606.1-2006)會增加規(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，能提供應急保護措施”的情況下，還要進一步增加“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”狀況下符合安全標準要求的結構。而為滿足此結構的符合性，各大熱水器廠家主要采用安裝可斷開包括地線在內(nèi)的全極斷開漏電保護插頭和防電墻兩種技術。其中防電墻技術并不是標準頒布時為滿足其符合性臨時開發(fā)的技術，而是已經(jīng)有了很多年開發(fā)的歷史。而同時，接地系統(tǒng)異常時提供應急保護措施的解決方案也不僅僅只有漏電保護器和防電墻兩種，隨著技術的發(fā)展，更多的保護技術也會應運而生。

　　可靠的防電墻技術

　　“防電墻”技術，更確切的表述應該是“水電阻衰減隔離法”，是利用了水的不良導體特性：即水本身是有電阻的(如國標規(guī)定自來水在15℃時電阻率應大于1300Ω·cm)，通過對電熱水器內(nèi)通水管材質的選擇(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、截面和長度，與截面成反比，與長度成正比。防電墻通過細小截面的延長水路，增大水的電阻，根據(jù)歐姆定律，電阻越大，電流越小，延長水路出水口的電流遠遠低于人體電流安全界限和國標要求，保護用戶人身安全。

　　當電熱水器通電工作時，加熱內(nèi)膽的水即使有電，也會在通過“隔電墻”時被水本身的電阻衰減而達到將電隔離的目的，使熱水器進出水兩端達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)對全國各地區(qū)165個城市的水電阻率取樣統(tǒng)計，山西運城的水電阻率最小，為600Ω·cm左右，在此條件下，7.8mm孔徑的延長水路只要0.8m的長度，即可保證安全?？梢姺离妷夹g是可靠的。

　　“二次接地”保護技術

　　另外一種更加創(chuàng)新的解決方案，稱作“二次接地”保護技術。事實上根據(jù)供配電電網(wǎng)原理，我國國標規(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接地的原理采取的“二次接地”技術能夠將泄漏電流通過零線引入電網(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于兩個7Ω的電阻串聯(lián)，B點電壓約為110V，出入水防電墻根據(jù)設計，當水電阻率為1300Ω·cm時，相當于220K的電阻，經(jīng)過實驗測得流經(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”技術中地線和零線并沒有直接相連，地線和零線之間串聯(lián)22K電阻。

　　2)當出現(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”起到保護作用，A點電壓約等于0，遠遠小于人體臨界安全電壓。

　　3)推薦接地保護+防電墻保護+接零保護(“二次接地”)的三重保護的結構設計，此時三重保護同時失效的概率幾乎為0。

　　“二次接地”保護技術要求電源零線、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電熱水器安裝時進行零火線識別，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程中對因電網(wǎng)引起的故障進行全方位防范，如零火線反接、地線帶電、零線斷線等。