达到电热水器安全新国标要求的技术路径分析

2022-09-12

2006年11月底, 被业界关注的GB4706.12-2006/IEC60335-2-21:1997《电热水家用和类似用途电器的安全储水式热水器的特殊要求》 (以下简称《安全标准》) 揭开了其覆盖许久的面纱。国家有关主管部门宣布, 该标准已经完成公示, 将在2007年7月1日正式实施。与其同期宣布的, 还有GB/T20289-2006《储水式电热水器》 (以下简称《性能标准》) 和GB20429~2006《电热水器的安装规范》 (以下简称《安装规范》) , 分别于2006年12月1日和2007年5月1日实施。

新安全标准的主要修改部分是增加了附录AA, 具体的内容是“对在接地系统异常时能提供应急防护措施的I类电热水器的附加要求”, 针对符合附录AA的解决方案在业内存在断电法与“带电水阻法”两种主要方案。对此, 笔者认为, “断电法”是较好的解决方案, “带电水阻法”从技术原理上看不能完全达到安全目的。

1 断电法是国际标准体系给出的解决地线缺失的有效方法

地线缺失指在固定布线中缺少地线而造成没有接地保护, 也可以将有地线但地线不通或接地电阻过大归为此类。在中国农村的很多家庭, 由于低压供电系统的原因, 无接地的情祝比较多, 而实际上这些家庭又在大量使用着I类器具。

目前, 国际上已经有成熟的推荐方案在新版的IEC60335-1:2004 (国标GB4706.1-2005) 中的附录P就是针对此问题的解决方案。附录P解决的问题是在由于固定布线的缺失而造成没有接地保护的电源的情况下如何使用I类器具, 解决方案是采用PRCD漏电保护器 (也就是断电法) , 它许可配置一个剩余电流不超过30mA的漏电保护器, 同时对器具的实验要求提出更加严格的标准如泄漏电流不超过0.5mA, 增加耐潮湿温度t值为37℃, 环境温度提高到40℃, 发热温升减少到15℃。

带电水阻法能否在地线缺失时也安全呢?目前在市场上的带电水阻法特指利用水电阻原理减小出水口电流的方法。通常的做法是在热水器进出水管增加一段塑料管, 一旦有漏电危险时, 这段塑料管形成的水电阻减小了出水口电流, 以减少触电危险。

按照标准的定义, Ⅰ类器具的电击防护不仅依靠基本绝缘, 而且必须包括一个附加安全防护措施即安全接地保护, 有了这两重保护, 才达到一个可接受的安全水平。

地线缺失的情况意味着热水器只有基本绝缘, 没有接地保护。那么, 带电水阻法的一段塑料管能否等同于接地保护?答案显然是否定的。没有了接地保护要达到安全要求, 相当于要达到Ⅱ类器具的要求。根据国家标准, Ⅱ类器具的电击防护不仅要依靠基本绝缘, 而且必须提供如双重绝缘或加强绝缘那样的附加安全防护措施。带电水阻法的一段塑料管显然无法等同于附加绝缘或者与基本绝缘结合达到加强绝缘。因此, 带电水阻法在地线缺失的情况不能认为达到了可接受的安全水平。

2 断电法可较好解决地线带电问题

地线带电指固定布线中有地线, 但是地线如果没有起到接地保护的作用, 反而是一个危险的根源, 这种情况对所有的I类器具都是非常危险的。此时, 在地线上存在着异常电压或电流, 它产生的原因是多方面的。

IEC 61540中针对解决地线带电的问题, 提供了相关的解决方案, 许可地线上有危险时使用开闭PE导线的RCD, 在其他国家如澳大利亚和德国已经有使用此种RCD的经验。针对中国的特殊使用国情, 新的国标GB20044-2005《电气附件家用和类似用途的不带过电流保护的移动式剩余电流装置 (PRCD) 》也同样采用RCD来解决中国的实际情况, 它通过检测L、N、PE上的异常情况, 迅速自动断开与电源的一切连接, 切断产生隐患的根源, 消除了由于地线带电而造成器具本体上存在的危险, 保证了使用者的安全, 达到一个可接受的安全水平。国标GB20044-2005是一个强制性标准, 2006年8月1日已经开始实施, 在它的宣贯材料中也充分说明了断开地线的必要性, 断开时对结构的要求以及明示的方法。

带电水阻法在地线带电的情况下GB4706.12-2006附录AA只考核电热水器进出水口的泄漏电流在5mA以下, 器具其他部分没有要求考核。按照标准第27.1条款的要求, 所有绝缘失效可能带电的易触及金属部件都要连接到接地端子上, 如外壳、其他易触及金属部件, 此时都能带上电, 只要触及是非常危险的。考虑到危险的严重性, GB4706.12-2006的宣贯材料中也增加了对其他易触及的金属部件的考核方法, 如果易触及金属部件采用不能接地的方法。根据标准正文中5.14规定, 如果0Ⅰ类器具或Ⅰ类器具带有未接地的易触及的金属部件, 而且未使用一个接地的中间金属部件将其与带电部件隔开, 则按照对Ⅱ类结构规定的有关要求考核, 据此可以得到两种解决方案, 或用接地的中间金属部件隔开, 或按Ⅱ类结构规定要求。如果达到了这样的要求, 则可认为是一种应急防护措施。

3 带电水阻法即使有报警, 也不能确保安全

GB4706.12-2006标准关注的另外一个焦点是报警措施, 报警措施的效果怎样才能确保切断电源。在标准的AA22.7中规定热水器上应采取一旦外部接地系统异常情况出现时的报警措施, 报警效果确保人工切断电源为止。对此, 断电法与带电水阻法所能达到的结果也是有差异的。实际上, 从标准的最终可接受的安全水平来看, 报警并不是目的, 断开电源才是目的, 报警是为了能达到断开电源这一目的而提供的手段。

带电水阻法对电击防护的考核, GB4706.12-2006附录AA仅仅针对进出水口的易触及金属部件与出水, 即使采用方法使其他易触及金属部件也不带电, 但器具内部如水箱上还带电, 此时仍是非常危险的, 而且器具还可以正常工作使用, 危险并没有消除。因此, 报警措施是非常必要的。而且, 报警的目的是要用户能拔下电源插头, 这意味着用户要听到报警并且拔掉插头才能保证安全。由于用户的差异、非专业性, 因此报警的效果就非常重要, 报警要明显, 能让用户及时发现, 并且报警所在的安装位置以及插头的位置也要考虑到让用户能及时发觉以及便于用户拔插头, 这样才能保证及时消除危险。

综上所述, 断电法从根本上解决了由于外部接地异常时造成的危险对人身的危害, 对器具存在危险的解决是彻底的, 符合安全性的原则。而带电水阻法只能解决部分问题, 必须与用户的切断电源一起才能达到最终安全, 存在很大风险, 它依赖于用户的处理能力, 存在很大的局限性, 器具本身不一定能保证安全。

摘要：文章认为断电法是国际标准体系给出的解决地线缺失的有效方法, 断电法可较好解决地线带电问题。但是, 带电水阻法即使有报警, 也不能确保安全。

关键词：电热水器,安全新国标,技术路径分析