裸絲電熱水器“二次接地”保護(hù)技術(shù)

徐豪 陳非

（寧波索頓飛羽電器有限公司 浙江寧波 315040）

1 “裸絲加熱+防電墻”是成熟技術(shù)

1.1 裸絲加熱技術(shù)在世界上廣泛應(yīng)用

自即熱式電熱水器進(jìn)入國內(nèi)市場發(fā)展到現(xiàn)階段，裸絲加熱技術(shù)在行業(yè)中快速跟進(jìn)。從國際市場對大功率加熱產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用情況來看，裸絲加熱是被眾多企業(yè)認(rèn)可的一個方向。但國內(nèi)即熱式電熱水器行業(yè)真正開始關(guān)注裸絲加熱技術(shù)，則是最近幾年的事情。

目前國內(nèi)市場僅有少數(shù)幾個品牌采用裸絲加熱方式，在歐洲、東南亞等用水環(huán)境較好的國家和地區(qū)，大多數(shù)產(chǎn)品都采用裸絲加熱技術(shù) 。

裸絲加熱技術(shù)是采用Ni80電阻絲作為即熱式熱水器的加熱體，電阻絲封裝于內(nèi)膽中，熱水器工作時，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。產(chǎn)品內(nèi)部的水路設(shè)計有很多的彎折，利用水本身是不良導(dǎo)體的特性，通過合理的水路設(shè)計增加了水管內(nèi)水的電阻值使電阻分解電壓，使得出水電壓達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，保證使用的安全性。即使在地線處于失效狀態(tài)時，通電運行的加熱系統(tǒng)也可以同時獲得超高安全性和長期穩(wěn)定的高熱效率（永不衰減） 。

圖1 水的不良導(dǎo)體特性

圖2 TN-C-S系統(tǒng)

圖3 TN-S系統(tǒng)

1.2 水是不良導(dǎo)體

根據(jù)對全國各地區(qū)165個城市的水電阻率取樣統(tǒng)計表：水電阻率最小的是山西運城，水電阻率約為600Ω·cm。

以飛羽牌新KDR-7F-3電熱水器為例，防電墻長度L為870mm，孔徑?d為7.8mm，國內(nèi)最小的水電阻率為600Ω·cm，其等效電阻如圖1所示。

根據(jù)電阻計算公式R=L·ρ/S，截面積S=π·r =47.8mm，則水電阻R=87(cm)·600(Ω·cm)/0.48(cm)=108.8kΩ，此時若在防電墻兩端加載220V電壓，其電流I=2.02mA，飛羽牌新KDR-7F-3電熱水器的功率為8kW，此時的泄漏電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的5mA，能保證使用安全。由此可知：只要有800多毫米的延長水路的水電阻就可以將國內(nèi)最低水電阻率的自來水的泄漏電流限制在安全電流范圍內(nèi)，充分證明了水具有不良導(dǎo)體的特性。

2 “零線用于保護(hù)接地”源于國標(biāo)

圖4 TT系統(tǒng)

本文所述的裸絲電熱水器“二次接地”保護(hù)技術(shù)，是在我國特定的用電環(huán)境和用水環(huán)境下，即使發(fā)生接地失效、防電墻保護(hù)失效的情況時，依然能夠保護(hù)用戶人身安全的防漏電保護(hù)技術(shù)?！岸谓拥亍辈捎昧憔€用于“保護(hù)接地”的技術(shù)思想源于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》和GB/T 16895.1-2008《低壓電氣裝置 第1部分 基本原則、一般特性評估和定義》。（注：GB/T 16895.1-2008《低壓電氣裝置第1部分 基本原則、一般特性評估和定義》為GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》的用電基礎(chǔ)。）

2.1 工作接地線（零線）是國標(biāo)中的規(guī)定接地型式之一

對于民用建筑的低壓配電系統(tǒng)應(yīng)采用TT、TN-S或TN-C-S接地型式，并進(jìn)行等電位連接 。TN電源系統(tǒng)在電源處有一點直接接地，而裝置的外露可導(dǎo)電部分是利用保護(hù)導(dǎo)體連接到那個接地點上的 。

(1)TN-C-S系統(tǒng)。在系統(tǒng)中的一部分，中性導(dǎo)體的功能和保護(hù)導(dǎo)體的功能，合并在一根導(dǎo)體中，如圖2所示。

(2)TN-S系統(tǒng)。在其中，整個系統(tǒng)全部采用單獨的保護(hù)導(dǎo)體，如圖3所示。

(3)TT系統(tǒng)。TT系統(tǒng)只有一點直接接地，而裝置的外露可導(dǎo)電部分則是被接到在電氣上獨立于電源系統(tǒng)接地的接地極上，如圖4所示。

由此可知：所有國標(biāo)認(rèn)可的供電系統(tǒng)統(tǒng)均有工作接地。

圖5 KDR-8D三重保護(hù)原理圖

2.2 保護(hù)接零——可靠的防觸電保護(hù)措施

如圖2所示，將電器外殼與電源零線相連接，稱為保護(hù)接零。當(dāng)電器的絕緣損壞時，相線與零線之間呈短路狀態(tài)，電流很大，將使保險絲迅速熔斷，從而消除了危險。另一方面，外殼與零線相接，外殼與零線是同電位，即外殼與大地呈同電位，人觸摸到外殼也不會觸電。保護(hù)接零只能在中線接地的電網(wǎng)中使用，是公認(rèn)的最可靠的防觸電保護(hù)措施 。

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 。無電源接地線是造成電熱水器觸電的主要原因 。而相對的，《居民用戶家用電器損壞處理辦法》規(guī)定零線斷線為電力事故。供電系統(tǒng)中零線斷線或連接不可靠的可能性幾乎為零。

供電規(guī)范中規(guī)定，不允許在中線上加裝熔斷器或開關(guān)，并力求提高中線的強(qiáng)度及架設(shè)質(zhì)量：“用于接零保護(hù)的零線上不應(yīng)裝設(shè)熔斷器” 。且中性線斷開，電壓將升高到約300V，燒壞用電設(shè)備，或者使負(fù)載中的電壓降低而不能正常工作 。

由此可知：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對供配電系統(tǒng)的要求及保護(hù)接零的方法，證明“用零線作為保護(hù)接地”在國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的范圍之內(nèi)，并且不易斷開，確實可行，因此零線的可靠性也遠(yuǎn)大于用戶端接地線。

圖6 “二次接地”技術(shù)等效電路

3 工作接地（零線）與保護(hù)接地的雙重應(yīng)用——“二次接地”技術(shù)

3.1 同一系統(tǒng)中零線和地線不能直接連接在一起

如果零線和地線連接，由于地線的接地電阻小于零線的電阻（導(dǎo)線電阻），在正常情況下漏電保護(hù)器的電流就會產(chǎn)生不平衡并出現(xiàn)誤動作。案例：當(dāng)打印機(jī)電源線插頭插到電源插座上時,家中的漏電保護(hù)開關(guān)就動作,無法使用。起初估計是打印機(jī)故障,經(jīng)檢測打印機(jī)并不漏電(該臺打印機(jī)在單位里可正常使用)。然后,檢查發(fā)現(xiàn)電源線插頭(三芯)的地(E)、零(N)線內(nèi)部短接 。

3.2 “二次接地”技術(shù)等效電路分析

以飛羽牌新KDR-8D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5所示，其等效電路如圖6所示。

3.4 千瓦的加熱絲電阻約等于14Ω，案例中采用的加熱絲相當(dāng)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(shè)計，當(dāng)水電阻率為1300Ω·cm時，相當(dāng)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(shù)中地線和零線并沒有直接相連。

(2)當(dāng)出現(xiàn)水電阻率突然變化，出入水防電墻失效，且接地線不可靠的情況下，“二次接地”起到保護(hù)作用，A點電壓約等于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，此時三重保護(hù)同時失效的概率幾乎為0。

3.3 零火識別和正確連接

零線火線正確連接能夠完全發(fā)揮“二次接地”保護(hù)技術(shù)的防漏電功能。

以飛羽牌新KDR-8D電熱水器為例，其運用氖管流經(jīng)極其微弱的電流用來識別零線火線的特性，在初次安裝時，能夠通過光、聲報警，警示用戶火線與零線反接。

以飛羽牌新KDR-7F-3電熱水器為例，在初次安裝時，若接線時零火反接，蜂鳴器將持續(xù)鳴叫，顯示面板顯示提示代碼，機(jī)器不能工作。

通過聲光報警和使機(jī)器不能工作的方式，確保在初次安裝時零火線能正確安裝。飛羽牌所有電熱水器根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)外接電源線采用固定布線連接方式，故在初次安裝正確后，能永久確保零火正確可靠連接。

4 結(jié)論

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》和GB/T 16895.1-2008《低壓電氣裝置 第1部分 基本原則、一般特性評估和定義》提出的運用零線作為工作接地的“二次接地”防漏電保護(hù)技術(shù)，依據(jù)零線在遠(yuǎn)距離與電力系統(tǒng)接地點相連的特點，巧妙利用零線的安全性、可靠性（遠(yuǎn)大于用戶端接地），能夠在接地失效、防電墻保護(hù)失效的情況下，依然防止漏電，保護(hù)用戶人身安全。而采用接地保護(hù)+防電墻保護(hù)+接零保護(hù)（“二次接地”）三重保護(hù)的裸絲加熱電熱水器，三重保護(hù)同時失效的概率幾乎為0。

[1]即熱式電熱水器加熱技術(shù)之一 裸絲加熱技術(shù)[J].現(xiàn)代家電.2007(04)

[2]譚文勝.絲加熱技術(shù)有前景實踐更重要[J].現(xiàn)代家電.2012(08)

[3]全國各地區(qū)自來水電阻率取樣統(tǒng)計表（由寧波索頓飛羽電器有限公司調(diào)查統(tǒng)計所得）

[4]GB 50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范

[5]GB/T 16895.1-2008低壓電氣裝置 第1部分 基本原則、一般特性評估和定義

[6]黃敏.城市家庭用電環(huán)境令人堪憂 家用電器開始關(guān)注環(huán)境漏電[J].電器.2005(12)

[7]周德林.家用電器漏電現(xiàn)象分析和防觸電措施(下)[J].電工技術(shù).1994(05)

[8]逸山.電熱水器常見安全隱患[J].科學(xué)時代.2004(21)

[9]劉寶林.電氣規(guī)程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)大全.中國計劃出版社.1991

[10]鄭楚韜,陳永杰.三相四線制系統(tǒng)零線斷線檢測及保護(hù)研究[J].電氣技術(shù).2008(08)

[11]朱毅.由一起地線和零線短接故障談安全用電[J].電工技術(shù).2000(03)