太阳能热水器电热带失火原因分析及使用方法

　　太阳能热水器因其使用方式的特殊性，尤其在北方地区的冬季，经常出现管路冻堵。在解决管路冻堵方面，很多热水器厂家采用电热带及保温管来进行防冻与解冻。通过电热带通电后产生的热量，融化管路中的冻堵部分，从而达到解决冻堵的问题。但在使用过程中，又有电热带失火的现象发生。

　　本文将针对太阳能热水器使用的电热带，从原理、模拟试验分析、安装使用等几个方面进行分析，查找电热带失火的原因，并提出注意事项。

　　　　一、 自限式电热带发热原理及选用

　　太阳能热水器使用的电热带，又称为自限式电热带，由绝缘层和带芯构成。电热带的带芯是一种很复杂的高分子复合物，它由多种材料和导电介质复合而成，经过特殊的化学变化和物理处理之后挤出成型，在两条平行导线之间组成一条保持连续平行的加热元件。在加热过程中，这种高分子材料发生PTC效应，当环境温度升高时，高分子复合物微分子膨胀，碳粒渐渐分开，引起电路中断，电阻上升，输出功率减小；当环境温度降低时，复合物微分子间距收缩变小，电阻降低，输出功率上升；当环境温度处于某一稳定状态时，达到热输出稳定状态，因此此种电热带的控制温度不会过高或过低，能够自动的调节。

　　图1

　　上图中表示三种状态下的通电情况：

　　1、左面一段为环境温度降低时，导电通路多，功率高。

　　2、中间一段为环境温度升高时，导电通路少，功率输出减少。

　　3、右面一段环境温度高到某一稳态时，破坏了电路，电阻增高，功率接近零。

　　电热带的使用寿命与通断次数有关，在电热带加工完成后，内部的高分子材料还没有完全达到稳态，初期的通断会使电热带的功率有所增高，但当电热带反复启动后，会造成电热带自身功率的衰减。所以建议冬季气温低于0℃时，电热带除了在洗浴时间外应该处于通电状态，这样可以避免电热带的频繁启动。另外通常所说的电热带的功率为每米的标称功率，这个标称功率是在一定的温度环境下的输出功率，消费者在使用过程中不能简单的用标称功率乘以米数，如上所述，当达到稳定状态下，功率会明显的低于标称功率，比如标称功率为25W±5W/M的电热带，在保温良好的情况下24小时的耗电量在0.25度左右。

　　根据太阳能热水器的使用条件，在选用电热带时，一定要选用优质的电热带产品。对电热带产品的测试也是参照电缆的测试标准，可分为以下八项：一、耐高压性能；二、绝缘电阻；三、低温弯曲性能；四、最高表面温度；五、最高维持温度；六、最高承受温度；七、标称功率；八、热稳定性。

　　　二、电热带模拟失火试验及分析

　　〔试验一〕电热带在通电状态下，在带体上施加压力，促使电热带拉伸，观察功率变化。

　　试验结论：在长时间的通电状态下，带体收拉，型变量超过20%，检测功率略有提高，但未发生失火。对带体检验，温度略有升高。

　　〔试验二〕在电热带加工过程中，在带芯部分溅上少许水，然后再进行外敷绝缘护套，在通电状态下观察。

　　试验结论：电热带在通电短时间内，在溅有水的部位开始发生失火。如下图2

　　图2

　　〔试验三〕将电热带用塑料胶带紧密的缠绕在PEX管上，反复在25℃与-20℃之间冷热交替，周期为1个月，然后观察带体并进行通电试验。

　　试验结论：在试验结束时观察带体，带体出现鼓包，鼓包均位于电热带铜铰线处，截取部分鼓包，解剖后发现有部分铜铰线出现断裂。在通电情况下，发生失火。如图3：

　　图3

　　分析：通过对试验一与试验三的对比分析，在单纯的轴向拉伸时，电热带的自身力学性能可以克服部分轴向拉力，功率会有一定的变化。但是对于PEX管在受冷、受热状态下的伸缩，会造成电热带沿管路的径向变形，这时候，很容易将电热带的铜铰线弄断，在通电状态下，铜铰线的断裂端出现打火，引发火灾。

　　试验二结论说明如果在带芯上有水汽，也易造成失火。

　　如前所述，电热带的PTC材料在加工时，是多种高分子材料混合而成。在混合时尽量做到均匀，但很难做到绝对的均匀，因此带体中的不均匀段就成为制约电热带性能的薄弱环节。有些地区电压不稳定，在电压骤然升高的情况下，电热带的带体中的薄弱环节可能会出现过热，首先碳化，而且随着时间和电压的变化，碳化点逐渐变大，最后发生火灾。

　　通过对使用比较普遍的东北和西北地区分析：在西北地区电热带着火的事故比较少，而在东北地区出现比较多。根据气候情况的不同，西北地区比较干燥，而东北地区夏天比较潮湿，太阳能电热带固定在管路上，外层包裹绝热层，如果接头出现问题，潮湿水分会因为毛细作用存在于整个管子，而此时电热带处于非使用状态。当到了秋天，两端水分开始挥发，电热带中部水分就很难出来，此时开始加热，就容易导致电热带中间部位先开始着火。

　　分析在实际应用中，电热带最初在油田管道上使用，很少出现问题，但在太阳热水器上，由于上下水管一般采用铝塑复合管或PEX管，特别是PEX管，其纵向回缩率非常大（3%），在骤冷骤热的情况下，产生巨大的热胀冷缩，造成带体受到牵引，容易致使中间部分出现变形或端部的绝缘措施遭到破坏，当铜导线出现打火或短接时，形成短路火灾。

　　三、电热带安装时的注意事项

　　（一）严格许用长度要求

　　电热带在安装时, 由于电热带其结构及内部材质的要求，每一种电热带有严格的最大许用长度，在使用中不得超过最大的许用长度。使用长度超出了其许用长度，造成电热带内电流超出其许用电流，容易引发失火。

　　（二）正确的安装规范

　　一 电热带本身性能要求

　　由于其带芯的内部材质原因，在使用过程中其弯曲应大于最小弯曲半径（最小弯曲半径原则上不小于其厚度的六倍），过渡的弯曲或折叠，可能使局部分子结构改变造成击穿、着火。

　　电热带在使用过程中严禁串接使用，应保证电热带的完整性，即使用一根电热带，不允许用串接。在使用过程中，如果出现了失火，不能只将烧毁的部分去除，应当将整根的电热带进行更换。因为当出现失火时，没有烧毁的部分也可能因为过流造成伤害，再次使用时，极易出现问题。

　　电热带在与电源线连接时，应使用专用的连接方式和连接装置。同时对电热带盲端同样使用专用连接辅件。一般电热带与电源线以及电热带的盲端采用两种方式连接。一是用专用的连接构件，此类构件由正规的电热带厂家提供，造价较高。二是用冷压绝缘接头连接，外面在用优质的热缩管进行绝缘处理，此处的绝缘应采用双层的绝缘热缩管进行密封。

　　防冻带应贴在铝塑管或PE-X管，不要贴的太紧，每隔25～30厘米使用铝箔缠绕一圈固定。在防冻带接线处和尾端应留出PE-X管的收缩余量。严禁用胶带将防冻带进行完全缠绕。

　　防冻带在连接后应进行通电检验，确定防冻带是否发热正常。

　　二 在施工中的注意事项：

　　1、在施工中严禁野蛮操作，防止防冻带外护套因受到外力作用而破损。

　　2、电热带应深入烟道30厘米。

　　3、若要将电热带与PEX管固定，可间隔25~30cm，用铝箔进行简单的固定。

　　4、为防止电热带的脱落，可以将尾端引入烟道，在上端与电源线连接。

　　结论

　　综上所述，太阳能热水器上使用电热带时应严格按照操作规范，防止隐患存在。同时尽快的将阻燃性电热带及保温管引用在太阳热水器上，采取相应的处理措施，既要防止失火，又有防止失火后管路烧坏造成的水灾，让事故远离消费者。                                   （责编 蒋士桦）