是什么原因导致电热水器触电？电热水器触电原理

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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

原因2

产品接地不可靠

电热水器，根据GB4706．1《家用和类似用途电器的安全通用要求》，属于I类产品。I，II和III类产品的区别如下表

备注：安全特低电压一般指的是低于交流50V或无纹波直流120V的电压，但不同的国家，不同的产品安全标准略有差异，由于篇幅原因，不具体深入讲。

当电热水器发生漏电时，地线可以将漏电流传输到大地，避免人体通过漏电流。如图5，产品出现漏电流时，如果有合格的接地导体存在，合格的接地电阻为最大0．1Ω，由于接地导体电阻远远小于人体电阻，根据并联电路的特性，大量的漏电流将会通过地线传导至大地，只有少量的漏电流会经过人体，约为0．3mA。

图5 接地保护示意图

但是，一旦产品接地不良。相当于，在一开始的时候，地线就失去了应该起的作用。电热水器的双重保护也只剩下一重保护，仅仅靠绝缘氧化镁，一旦绝缘失效或者绝缘能力下降，自然会出现有人会被电伤甚至死亡的事故。

电气产品接地不良一般有如下的原因：

电气产品接地设计没有做好；

安装电热水器时，没有安装接地线；

电气产品由于长时间使用，内部地线损坏；

建筑物没有遵守建筑物防雷设计标准，接地不合格甚至无地线；

电气产品和建筑物没有问题，但是用于电气连接的排插，转换插等产品，接地不合格；

安装电热水器时没有安装接地线。

原因3

产品质量不可靠

随着时代的发展和科技的进步，人们对于产品安全的追求也越来越高，越来越严格。然而，即便如此，2018年，深圳市市场监督管理局依据GB4706．1《家用和类似用途电器的安全通用要求》，对该市的25批次产品的电热水器进行抽查，结果有2批次电热水器的接地是不合格的，不合格率为8％。可以想象，在2018年之前甚至更早的电热水器，其质量不合格率有多高。

而相关的安全事故新闻，事后的调查结论也显示，很多出事故的电热水器，产品本身是不符合相关的国家标准GB4706．1，甚至存在无3C认证的电热水器。（电热水器为国家3C强制认证产品）

电热水器使用注意事项

注意事项：

使用电热水器时，先断电再洗澡；

电热水器安装时，保证产品接地良好；

购买电热水器时，选择经过3C认证同时带有防电墙的电热水器；

定期更换电热水器的加热管和镁棒，一般3年就需要更换；

一般使用超过10年的老旧电热水器，需要直接更换，不能再继续使用。

注：防电墙是一种简称，是“水电阻衰减隔离法”。是利用水本身具有的电阻特性，通过对电热水器通水管的结构材质，管径的确定形成“防电墙”。

一般来说，导体电阻的阻值一般是通过这个公式计算R＝ρ＊L／S，其中R为电阻阻值，ρ为电阻率，L为导体长度，S为横截面积。那么，在电阻率不变的情况下，通过减小电阻的横截面积，增大导体长度，可以使导体的电阻加大，防电墙就是基于这个原理设计的。如图6，是防电墙的内部结构图

图6 防电墙结构图

如上图，防电墙内部通过绝缘材料，形成大量的圆形墙，墙的材料为认证过的绝缘材料，通过墙与墙的距离，使通过防电墙的水，横截面积大大减小，同时水流长度增加，从而变大的水的电阻。一旦水电阻增大，根据欧姆定律，I＝U／R，可以将图1中电气回路的电流大大减小，一般情况下，在220V电压下，通过防电墙后的水流，漏电流仅为1mA，因此即便当热水器漏电时，防电墙也可以保证人体不受伤害。