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从“电热水器触电事故”谈谈电气产品安全

2019-04-19 10:07
ZLG致远电子
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电热水器是比较常见的家用电器,洗澡时被电击甚至致死的新闻不时爆出。为什么电热水器会发生触电事故?是否市场上的电热水器都是不安全的?让我们由此展开聊聊电子电气产品的安全。

出事的电热水器

2018年的国庆节,一名居住在广州市荔湾区的54岁男子在洗澡时,被电击身亡。据新闻报导,事故原因怀疑为热水器老旧,导致水中带电,致人身亡。2016年2月21日晚,元宵节前夜,广州一出租屋内发生惨案,两名女租客因储水式热水器发生漏电而导致电击身亡。

据统计,每年因为电热水器致人死亡的事例,就有数十起;另外,家用电器产品,如空调,排插等电气产品的安全事故,每年也是时有发生。

电热水器,为什么会电死人呢?

电热水器,一般是由内胆和外壳组成,其中内胆是电热水器的核心,内胆包括加热管,温控器,镁棒等。

结构如下图所示;

根据GB4706.1《家用和类似用途电器的安全通用要求》,电热水器的供电通常是单相三线(L、N、PE),电热水器上电后,发热管通电,逐渐温度变高,然后将热量传导到水里,让水变热,当温度达到设定温度时,温度传感器将温度信号反馈至控制系统,控制系统切换成保温模式,值得一提的是,保温状态不意味着断电,实际上,电热水器还是处于低功率运行状态。当温度低于设定温度,温度传感器将温度信号反馈至控制系统,控制系统切换成加热模式。发热管是由加热电阻丝组成,加热电阻表面覆盖绝缘材料(通常是氧化镁),最外层是金属。当发生漏电时,漏电流可以通过保护地线(PE)流走,而不会经过人体。可以说,正常情况下,电热水器是绝对安全的。

那么是什么原因导致电热水器触电呢?

原因1

加热管绝缘失效

由于长时间的使用,加热电阻丝由于长期受热存在变形,变形后的加热电阻丝可能会穿透绝缘物质,使绝缘氧化镁绝缘能力降低甚至失去了绝缘能力,这样相当于加热棒与内胆的水直接接触。自来水并不是绝缘体,由于自来水中存在着阴阳离子,在电压作用下,Na+,K+离子会发生运动,形成电流。

因此,当人开着电热水器在洗澡,且热水器正好绝缘失效时,就会出现这样的回路;

如图1所示:

图1 蓝色箭头为电流方向

在这种电气回路下,只要人体经过一定电流后,自然会发生触电事故。

那么,人体流过多大的电流会有生命危险呢?

图2是GB/T 13870.1《电流对人和家畜的效应》中的人体阻抗模型,其中R1为皮肤阻抗1500Ω,R2为人体的内部阻抗500Ω

图2 人体阻抗模型

当人处于水中或极度潮湿的情况下时,皮肤阻抗会接近于0,这个时候,人体的等效电阻,相当于只有500Ω 。这个数值,只是正常情况下人体电阻的1/4-1/40(正常情况下人体电阻为2KΩ-20KΩ)。这时候,哪怕人体电压(图2中上顶点与下顶点)是12V,通过人体的电流都能达到12V/500Ω=24mA。而GB/T 13870.1《电流对人和家畜的效应》就提出过,成年人的摆脱电流(摆脱电流指的是人能自行摆脱带电物体的最大电流)平均为10mA,最小6mA,最大15mA。当电流大于这个值时,人无法自行摆脱电流,当时间一长,有可能会造成昏迷,窒息甚至死亡。

如图3和图4所示,当人体通过10mA电流持续2s后,会造成呼吸困难,可逆性的心脏功能障碍。通过人体的电流持续增大,达到500mA后,只需要0.5s,心室纤维性颤动的概率就会超过50%以上。关于心室纤维性颤动,由于这是医疗方面的知识,这里不做深入说明,读者可理解为心脏停止。

图3 人体电流与时间的联系

图4 不同电流范围对应的生理效应

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