陳常山 呂惠政 段華

(山東省計(jì)量科學(xué)研究院電器安全檢測(cè)部 山東濟(jì)南 250014)

1 引言

大功率電熱水器在家用和商用中占有一定的份額，常見(jiàn)此類電熱水器的功率小則5000W，大則在15kW至30kW以上。普通電加熱元件以管狀加熱元件為例，受元件的尺寸和表面負(fù)荷的限制，單只電加熱元件的認(rèn)證功率常在4000W至6000W之間。因此，目前大功率電熱水器的電加熱部分一般由多只電加熱元件構(gòu)成，如果電熱水器的整機(jī)功率是30kW，需要使用6只功率為5kW的電加熱元件，并以一定的間距分布安裝在水箱上。在這種情況下，作為非正常工作的重要保護(hù)元件——熱斷路器的安裝位置、數(shù)量以及對(duì)電熱元件的控制方式都會(huì)影響電熱水器的安全性能，不合理的設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生安全隱患且無(wú)法通過(guò)安全測(cè)試。

2 多加熱元件儲(chǔ)水式電熱水器熱斷路器的設(shè)置案例

一多電加熱元件的儲(chǔ)水式熱水器及電氣控制原理圖簡(jiǎn)化如圖1所示，6個(gè)電加熱元件R1~R6分別安裝在圖1中所示位置上，圖1所示的電氣控制原理圖可實(shí)現(xiàn)三種電加熱工作方式：僅R1、R2、R3工作；僅R4、R5、R6工作；以及R1~R6同時(shí)工作。

熱斷路器的設(shè)置有以下幾種方案：

（1）僅選擇一個(gè)電加熱元件（例如R1）在其上設(shè)置一個(gè)熱斷路器。在非正常工作狀態(tài)熱斷路器動(dòng)作時(shí)，切斷所有電加熱元件的電源，從而起到保護(hù)作用。這樣類似單電加熱元件的熱水器設(shè)置熱斷路器的方法，但對(duì)于圖1所示的多電加熱元件的熱水器來(lái)說(shuō)，當(dāng)電加熱工作方式為“僅R4、R5、R6”時(shí)，按GB 4706.1-1998，GB 4706.12-2006標(biāo)準(zhǔn)第19.2條、19.3條試驗(yàn)時(shí)，因R4、R5、R6元件上及其附近無(wú)熱斷路器保護(hù)，不能及時(shí)切斷電源，在干燒狀態(tài)下，同時(shí)工作的R4、R5、R6元件周圍在短時(shí)間內(nèi)累積大量熱量，極易導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生，這些危險(xiǎn)情況包括：熱水器外殼加強(qiáng)絕緣變形失去防護(hù)作用、電熱元件外殼燒壞使基本絕緣失效導(dǎo)致電加熱元件漏電等。

除此之外，在19.11條電子線路故障試驗(yàn)中，當(dāng)三極管P2短路時(shí)，電加熱工作方式為“僅R4、R5、R6”時(shí)，也會(huì)因?yàn)镽4、R5、R6元件上及其附近無(wú)熱斷路器保護(hù)，不能及時(shí)切斷電源導(dǎo)致上述危險(xiǎn)。

（2）在R1~R6每只電加熱元件安裝位置上各設(shè)置一個(gè)熱斷路器，任何一個(gè)熱斷路器動(dòng)作時(shí)都切斷所有電加熱元件的電源。這是一種理想方案，熱斷路器的安全保護(hù)動(dòng)作性能不受任何一只電加熱元件安裝位置的影響，只要合理選擇熱斷路器的動(dòng)作參數(shù)和安裝結(jié)構(gòu)即可，例如可選擇壓力式熱斷路器，感溫探頭插入焊接在電加熱元件或水箱壁上的盲管內(nèi)，動(dòng)作溫度92℃等。

但當(dāng)電加熱元件較多時(shí)這種方案在現(xiàn)實(shí)中就很少采用，主要原因?yàn)椋簾釘嗦菲鲾?shù)量較多時(shí)，會(huì)占用較多的安裝空間，難以實(shí)現(xiàn)；電氣控制線路上增加了較多的接點(diǎn)，降低了可靠性和穩(wěn)定性；內(nèi)膽壁上需要較多的插入盲管，增加了加工難度和因盲管故障導(dǎo)致內(nèi)膽水泄漏的風(fēng)險(xiǎn)；成本原因。

（3）在實(shí)際測(cè)試中，R2、R5處于中心位置且周圍溫度較高，在R2、R5處各設(shè)置一個(gè)熱斷路器，是一種可行而安全的方案。如圖2所示。2個(gè)熱斷路器HT1、HT2串聯(lián)接入控制電路中，在非正常工作狀態(tài)任一個(gè)熱斷路器動(dòng)作時(shí)，都切斷所有電加熱元件的電源，從而起到保護(hù)作用。避免了本例方案（1）中所述危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

3 多加熱元件快熱式電熱水器熱斷路器的設(shè)置案例

一例多電加熱元件的快熱式熱水器結(jié)構(gòu)及電氣控制原理圖簡(jiǎn)化如圖3所示，電加熱元件使用水平并列安裝的6個(gè)金屬膜石英玻璃管R1~R6，在每個(gè)電加熱元件上各安裝一個(gè)熱熔斷體作為熱斷路器，熱熔體FT1~FT6分別串聯(lián)在R1~R6的供電線路上。

從表面上看，每個(gè)電加熱元件都具有非正常工作的保護(hù)元件，但按GB 4706.1-2005、GB 4706.11-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行第19.4條測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)及控制電路往往無(wú)法快速切斷所有電加熱元件的工作電源，延長(zhǎng)了非正常工作的時(shí)間，并最終導(dǎo)致超溫、容器破損等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。這是由于某些位置溫度較其它位置要高（例如處在中心位置的電加熱元件），這些位置的熱熔斷體首先達(dá)到熔斷條件而熔斷后，切斷了部分電加熱元件的電源，降低了其它熱熔斷體周圍的溫度，從而延緩了其它的熱熔斷體的熔斷時(shí)間并導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生。

改進(jìn)方案如圖4所示，改進(jìn)的電氣控制原理圖中，熱熔斷體FT1~FT6串連在控制電路中，任何一個(gè)熱熔斷體熔斷后，都能夠瞬間切斷所有電加熱元件的電源電路從而避免上述危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

在圖4的方案中，可根據(jù)熱水器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，僅選擇處于中心位置且周圍溫度較高的R3、R4元件附近安裝熱斷路器，這樣可以減少熱斷路器的數(shù)量，減少電路接點(diǎn)，在充分保證安全的同時(shí)，提高整機(jī)的工作穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

具有多加熱元件的電熱水器常常是大功率電熱水器，這類電熱水器往往在商用等公用場(chǎng)所有較多應(yīng)用，其工作強(qiáng)度大、工作負(fù)荷重，在設(shè)計(jì)和安全檢測(cè)過(guò)程中，要充分考慮實(shí)際應(yīng)用中可能預(yù)計(jì)到的非正常情況，并結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，提高熱斷路器的保護(hù)速度及整機(jī)工作的穩(wěn)定性。

[1]GB4706.1-1998《家用和類似用途電器的安全 第一部分：通用要求》

[2]GB4706.12-2006《家用和類似用途電器的安全 儲(chǔ)水式熱水器的特殊要求》

[3]GB4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》

[4]GB4706.11-2008《家用和類似用途電器的安全 快熱式熱水器的特殊要求》