裸丝加热热水器的安全性分析及接零保护的实现

　　裸丝加热热水器采用电阻丝作为加热体，电阻丝封装于内胆中，热水器工作时，水流从进水口进入内胆，流经封装于内胆中的电阻丝而被加热。热水器内部的水路设计有很多的弯折，由于水本身是不良导体，采用合理的水路设计可以增加水管内水的电阻值，减小泄漏电流，从而实现出水电压达到安全标准，保证使用的安全性。

　　采用裸丝加热技术的热水器与其他加热技术相比能够实现更精确温度控制，水温控制可以精到0.5℃。因电阻丝非常细，与水的接触面积小，表面工作温度低，水垢附着在电阻丝上的机率非常低，因此水质硬的地区也可以适用。此种技术结构简单，热交换效果好，加热速度快，热效率高，几乎不会出现任何问题。

　　和传统的加热管加热相较而言，裸丝加热的加热速度大大提升：裸丝加热速度提升时间是(按62%计算)是1.4秒，而加热管则是13.8秒;杜绝了加热管有水干烧和无水干烧时带来的潜在火灾隐患;还能避免了由于加热元件的损坏(老化、到寿)而带来的漏电隐患。总体来说，裸丝加热技术带来的是更优秀的加热效果，更安全的加热性能和更良好加热体验。

　　裸丝加热热水器的安全性分析

　　与传统的加热管绝缘方式不同，裸丝加热热水器的绝缘物质为热水器入口到出口之间的水。延长的水路起到防电墙的作用，相当于是一个基本的绝缘。根据欧姆定律，水电阻越大则泄漏电流越小，即泄漏电流与水电阻的值成反比关系，只要电阻达到一定程度的话，电流就很小。将热水器内的水路延长就可以到一个数值很大的电阻，合理设计水路通径和水路长度，可以保证出水口的泄漏电流应远低于人体承受的程度。

　　另外，供水的电阻率对裸丝加热热水器的电气安全起到关键作用。但在实际使用中，使用者无法判断供水的电阻率是否符合热水器的要求。当发生咸潮、停水再来水或其它原因导致水质发生变化时，供水电阻率可能会低于热水器的要求，可能导致电气安全危险。因此当供水电阻率降低时，热水器必须能够提供相应的措施防止由此导致的可能危险发生。

　　接零线保护的原理

　　裸丝加热热水器，有防漏电三重保护和一个保证：进出水接地保护、进出水防电墙保护、接零罩保护和不易接错的电源线连接方法保证。 裸丝加热热水器“接零保护”的技术原理如图1所示，在图中清晰地说明了在防漏电的三重保护的指示说明。

　　第一重保护(进出水接地保护)：自来水进入机体的入水口有入水接地柱(6)，出水口(10)有出水接地柱(9);

　　第二重保护(进出水防电保护墙)：根据欧姆定律，水电阻越大则泄漏电流越小，即泄漏电流与水电阻的值成反比关系，所以只要电阻达到一定程度的话，电流就很小，延长的水路到一个比较大的电阻，合理设计水路通径和水路长度，保证出水口的泄漏电流应远低于人体承受的程度。

　　第三重保护(接零罩保护)：在零火线正确连接保证的前提下，确保机器的电源线和用户电源线的正确连接时，接零柱(11)到接零柱(13)形成一个保护罩，即进、出接零罩(1)的水都接在零线上，将火线柱(12)罩在这个零线罩之中。

　　在我国的低压配电网中，零线上的电压分布有如下的特点：如果负荷对称，则零线上的电压为零;如果负荷不对称，在零线不断线的前提下，在零线上的电压分布也不会超过人体的安全电压。在这个条件下，不难得到裸丝加热热水器中出水口出来的水泄漏电流是一个较小的值，不会危及使用者的人身安全。

　　零火线正确连接的保证是“接零保护”正常工作的前提条件。实际上，通过图1，我们也能够很容易地辨别我们的零火线是否正确地连接。

　　不易接错的电源线连接方法

　　那么，如何准确地判断出用户电源线的极性呢，可以通过不易接错的电源线连接方法和措施来准确判断电源线的极性(见图1)：

　　(1)当机器零火地线与电源零火地线相连接零火线正确连接，打开热水阀，水压开关闭合，电流沿火线(L)-水压力开关(4)-电热丝(7)-零线(N)形成回路，机器工作加热，另一路电流沿火线(L)-水压力开关(4)-指示灯(5)-接地线(E)形成回路，指示灯点亮;关闭热水阀，水压开关断开，加热丝无电压，不加热;指示灯无电压，不点亮。

　　(2)当机器零火地线与电源零火地线相连接零火线正确连接(无接地或接地不良)，打开热水阀，水压开关闭合，电流沿火线(L)-水压力开关(4)-电热丝(7)-零线(N)形成回路，机器工作加热，另一路电流沿火线(L)-水压力开关(4)-指示灯(5)-接地线(E)形成回路，指示灯点亮;关闭热水阀，水压开关断开，加热丝无电压，不加热;指示灯无电压，不点亮。

　　(3)当机器零火地线与电源火零地线相连接零火线反相连接，打开热水阀，水压开关闭合，电流沿零线(N)-电热丝(7)-水压力开关(4)-火线(L)形成回路，机器工作加热，指示灯两端(地线与零线)电压为零，指示灯不亮;关闭热水阀，水压开关断开，电流沿零线(N)-电热丝(7)-指示灯(5)-接地线(E)形成回路，指示灯点亮，指示灯非正常工作，此时可以正确判断出电源线的极性(提示零火线接反)，及时正确连接电源线。

　　(4)当机器零火地线与电源火零地线相连接零火线反相连接(无接地或接地不良)，打开热水阀，水压开关闭合时，电流沿零线(N)-电热丝(7)-水压力开关(4)-火线(L)形成回路，机器工作加热，另一路电流沿零线(N)-出水防电墙(3)-指示灯(5)-水压力开关(4)-火线(L)形成回路，指示灯点亮;关闭热水阀，水压开关断开，电流沿零线(N)-电热丝(7)-指示灯(5)-接地线(E)-入水接地柱(6)零电势形成回路，指示灯点亮，指示灯非正常工作，此时可以正确判断出电源线的极性(提示零火线接反及未安装接地线)，及时正确连接电源线。

　　总结上述各种情况如表1所示。

　　据统计电子元件故障率5年内不小于10%;电网零线非零电位故障率5年内万分之一以内;电气(线)连接故障率5年内1‰以内;所以，5年内上述 “接零罩”保护电路故障率比电子线路可靠性大于100倍以上。

　　可以认为简单的电气连接保护 方案比复杂的电子线路控制方案更可靠，电热水龙头如选用复杂的电子线路控制如继电器、漏电保护器等控制器来控制线路，这些复杂电子件可靠性并不高。日常生活中经常会出现继电器、漏电保护器失效，会让电器出现安全隐患，甚至会造成危险。所以简单的几根可靠的导线来连接的安全保护方案最可靠，不容易出现问题。

　　在理想情况下，由于零线电势为零，接零罩将火线罩于其中形成了接零保护，是热水器的裸丝加热中的一种最为安全可靠的保护措施。

　　对提高裸丝加热热水器安全性的设计方法，以及利用低压配电网中的零线，实现裸丝加热热水器的“接零保护”新方法。正确性和可靠性的测试，为了增加试验结果的可信性。将裸丝加热热水器与传统热水器在基本绝缘正常情况下、非正常(基本绝缘破坏时)时，自来水的电阻率为50Ω·cm、电网有接地线的情况，加热管基本绝缘破坏时，以前有咸潮(自来水的电阻率为50Ω·cm),电网无接地线，加热管基本绝缘破坏时分别进行了对比试验(篇幅所限具体测试情况略)，通过试验测试，可以得到如下的结论：

　　1) 裸丝加热热水器在采用延长水路(即基本绝缘防电墙)和接零保护方案后，在水电阻正常、偏小(咸潮)和无接地线情况下都是安全的。

　　2) 裸丝加热热水器的安全性能优于传统加热管热水器。

　　总体来讲，裸丝加热通过延长水路(即基本绝缘防电墙)的设计可以提高水电阻数值，有效减小泄漏电流，同时，再采用“接零保护”能够有效提高热水器的安全性。因此，经过安全性设计的裸丝加热热水器性能优于传统加热管热水器。