家用电热水器的安全系统工程课程设计

安全系统工程课程设计

家用电热水器安全系统分析

专业班级：安全工程

姓名：

学号：指导教师：完成日期：

摘要

1.近年来电热水器已经走进千家万户，但电热水器的种类多种多样，本文通过对电热水器的安全分析，使电热水器以其安全、卫生环保而又安装简便得到了广大消费者的认可。目前逐步逐渐取代燃气热水器成为热水器行业的新宠。尽管电热水器有诸多优点，但仍然在市场上出现了许多的安全问题，如漏电、漏水等，威胁到消费者的人身安全。本设计的研究意义在于分析电热水器事故发生的原因，通过概率计算将这些危险因素按照其对事故发生的贡献来排序，并依此提出合适的电热水器安全解决方案。从利益的角度督促厂家的责任心，以保障消费者的人身安全。

2.研究目的：风险是不可避免的，只要有事物的存在，就会伴随着风险，电热水器也不例外。而且电热水器用户众多，在如此大的基数下，风险事故的存在是不可避免的。既然有发生事故的可能性，对风险的预防和研究就显得势在必行。这不仅是对使用者的负责人的表现，还是对社会，对热水器生产商负责。所以本设计不仅对客户有所帮助，对热水器生产商，甚至全社会都有重大意义。

3.研究方法：定量定性分析。

4.研究结果：对电热水器的风险分析，能为保险公司保费合理的确定和企业的理性投保作出指导性建议。有利于控制电热水器的风险，计算出一个合理的保费。

5.研究结论：本次对电热水器的危险因素分析，采用各种方法，增进了对安全系统工程的知识，更深入放入了解了安全系统这门课，同时也了解了更多的热水器的知识。

关键词：漏电漏水；千家万户；多种多样；人身安全；消费者

目录

一、家用电热水器的组成及概况 (2)

1、安装要求 (4)

2、使用程序 (5)

3、电气原理 (5)

二、危险源分析 (6)

三、安全检查表分析 (7)

四、系统安全定性分析 (9)

1、事故树的分析程序 (10)

2、求最小割集和最小径集 (11)

3、顶上事件发生的概率 (11)

4、求各个事件的结构重要度系数 (11)

5、求各个事件的概率重要度系数 (12)

6、求各个事件的临界重要度系数 (12)

五、电热水器常见故障分析和维修 (13)

1、电热水器故障类型及影响分析 (14)

2、电热水器原理图故障维修 (16)

六、安全使用措施及建议 (17)

七、结论 (18)

八、致谢 (18)

参考文献 (19)

一、家用电热水器的组成及概况

电热水器作为一种大功率的家电产品，而且由于工作环境是容易导电的多水环境，所以安全要求特别高，对产品质量和安装的要求也因此较一般家电更为严格。在家电的购买和使用中，人们通常认为只要产品是合格的，就能保证使用安全，其实这种认识是片面的，尤其是对电热水器来说，在很多情况下，用合格的产品并不等于可以安全洗浴。在历次发生的电热水器伤人事件中，由合格的知名品牌引起的也不少。

我国电热水器的标准是等同采用欧洲的IEC（国际电工委员会）标准。而这个标准要求用户家中的接地线必须是良好的。我们国家由于历史原因很多建筑物接地系统不是良好的，甚至是缺乏的，如装修接错线、线路老化、私拉电线、使用劣质的开关插座、用水管当接地线等，这些都有可能导致地线带电，从而引发触电事故。对于这些，许多消费者并不知情。在这种使用环境下，即使通过IEC 检验合格的热水器也不能保证安全的洗浴，由于我国城市用电环境普遍好于农村，如果此次调查涵盖农村用户，结果将更令人触目惊心。但是虽然这些隐患率很高，实际造成的事故率不是很大，但是在如此大的基数下，再小的概率也会造成数目可观的事故。所以电热水器的风险绝对不能忽视。

家用电热水器多为贮水式，也就是自来水贮存在内胆中，使用时靠重力或自来水压力将热水送往喷头。热水器内部采用高强度绝缘材料水电隔离 (防电墙)，以保证洗浴者绝对安全。其内胆多为不锈钢板制造，其他主要部件均采用铜材料。外壳与内胆之间充注高效聚氨脂发泡保温层，保温性能好，确保断电后数十小时内水温没有太多下降。同时，整体美观大方、坚固耐用。市面上的电热水器，大都采用进冷水、出热水的单向流动方式，对冷水(自来水)水压要求越低越好，以声便居住高层水压不足的用户。热水器设有的非正常工作保护装置，应能保证在内胆无水的情况下，“干烧”时应立即进行断电保护。热水器水温调节和显示，有的采用液体压力式温度控制器，手动刻度盘指示大致温度;新型的则采用电脑板控制调节，数字显示温度。家用电热水器外壳采用不锈钢或塑料。多采用壁挂式，以节约占地面积。也有的采用落地式豪华型，适合卫生间较大、经济富裕的家庭选用。家用热水器的容量一般在20-120L之间，根据用途和人口数食选择不同容量。用于洗浴的4口之家，容量在40.60L就足够了。

1、安装要求

无论是壁挂式还是落地式，都应垂直安放不得倾斜。对于壁挂式一定要固牢靠，巴为加满水后总重达一百多公斤。电源线多为三芯护套线，其中黄绿双色线是接地线，一定要与电网中的地线连接牢固，以保证人身安全。另两根线接220V 交流电源，如果说明书中有特别要求，还要分清零线(蓝色线)和火线(棕色线)。如果电网中没有专用地线，还应自行埋里地线(接地电阻小于4d1)，与热水器上的接地螺丝连接。

热水器应使用带开关 (控制火线)的专用三线插座，一般热水器上是没有专用电源开关的。

2、使用程序

(1)安装完毕初次使用时首先把调温阀 (调节喷头的出水温度，即混入冷水的多寡)扳向标有“热”字样的这一边，再打开进水阀门注入冷水，等喷头连续出水时表示热水器内胆水已经灌满，关闭进水阀门。

(2)合上电源开关，电源指示灯 (绿色)亮。表示热水器处于通电状态。

(3)顺时针转动控温开关旋钮，红色指示灯亮，表示电源接通且加热开始。当红色指示灯熄灭时，表示水温已经达到设定值，加热自动停止。顺时针转动控温旋钮，温度调节范围为10-8590，最高值设计为8590，以避免内胆中产生过多的水垢，降低加热元件的热效率和使用寿命。

(4)淋浴前把调温阀扳到“冷”与“热”中间部位，并打开进水阀门进行出水温度调节，适宜时再行洗浴，要避免冷热过分伤害身体。出水温度由调温阀决定，出水量由进水阀门和冷水水压决定。当淋浴中水温降低时，可将调温阀逐渐调向“热”处，如调在“热”处时出水温度仍低，表明容器内基本无热水。

对于热水器的绝缘性能国家有严格的规范一般情况下，洗浴中无须断电。当然，洗浴前先行切断电源更安全。一款手动调温、刻度盘指示温度热水器正面外形结构示意图如图所示。

(5)加热过程中，由于热胀冷缩的缘故，喷头有少t滴水，属正常现象。

(6)一般热水器多为保温型，可以长期连续工作，自动保持内胆中的水温为控温器的设定值。

3、电气原理

热水器的基本电路如图所示。不同品牌的热水器控温形式不同(图中的控温开关叨，有的是用传统的机械式，更多使用电子数字显示式。前者结构简单，整机价格较低，但温度调节不精确，后者正好相反。无论哪种形式，目的都是

①预设温度;②当胆内水温达到预设温度时，自动切断电源停止加热;③当胆内水温低于预设温度时，自动恢复加热。

平时，限温保护器TCO和控温开关T都处于闭合状态。擂电后。电流沿L-RI-LEDl-N形成回路，绿灯亮，表示电源接通;同时，电流沿L-TCO-T-H-N形成回路.加热开始;电流沿L-TCO-T-R2-LED2-N形成回路，加热指示灯LED2亮。

当胆内水温达到预设值时，安装在胆内的感温元件将信息传达给控温开关T, T动作断开加热回路，加热停止，加热指示灯LED2熄灭，表示水温已达到设定值。

当胆内水温低于预设值时，感温元件将信息传达给控温开关T，开关闭合，加热开始，加热指示灯LED2亮。如此周而复始。

当有意外情况出现导致内胆温度升高异常时(如“千烧”达100℃以上时)，串联在加热回路中的限温保护器TCO动作，断开加热回路，保护整个热水器不致引起更大损坏。

二、危险源分析

危险源来自热水器漏电，而房屋的接地不良，地线带电导致其它家电带电，一般电热水器根本无法规避。热水器漏电的危险情况包括几种类型：①热水器本身漏电，热水器出水带电；②地线接地不良，其他电器或者环境原因导致地线带电，热水器出水带电；③热水器本身漏电，地线接地不良而带电，跟地线相连接的其他家电带电；④未使用固定三孔插座，且插座未安装在淋浴用水喷溅不到的位置。

没有定期检查机身电源线上是否漏电。在传统热水器领域，人们几乎皓首穷经，一度声称“两向防电墙，彻底实现热水器安全”。然而在实践中发现，两向防电墙虽然可以解决热水器出水带电问题，却对于热水器漏电导致的其它家电带电问题束手无策。

三、安全检查表分析

安全检查表有如下优点：

①安全检查表能够事先编制，可以做到系统化、科学化，不漏掉任何可能导致事故的因素，为事故树的绘制和分析做好准备。

②可以根据现有的规章制度、法律、法规和标准规范等检查执行情况，容易得出正确的评估。

③通过事故树分析和编制安全检查表，将实践经验上升到理论，从感性认识到理性认识，并用理论去指导实践，充分认识各种影响事故发生的因素的危险程度（或重要程度）。

④安全检查表，按照原因实践的重要顺序排列，有问有答，通俗易懂，能使人们清楚地指导哪些原因事件最重要，哪些次要，促进职工采取正确的方法进行操作，起到安全教育的作用。

⑤安全检查表可以与安全生产责任制相结合，按照不同的检查对象使用不同的安全检查表，易于分清责任，还可以提出改进措施，并进行检验。

⑥安全检查表是定性分析的结果，是建立在原有的安全检查表基础和安全系统工程之上的，简单易学，容易掌握，符合我国现阶段的实际情况，为安全预测和决策提供坚实的基础。

序号检查项目检查内容要点是“√”

否“×”

备注

1 电热水器质量是否合格，符合标准；

是否在安全期限内；√

2 安装方法

方式进水管是否使用金属管连

接；挂钩是否正确连接；√

3 使用方式首次使用注水量是否已满√

4 内胆内胆是否完好(不能脱落) √

四、系统安全定量分析

定量分析，指分析一个被研究对象所包含成分的数量关系或所具备性质间的数量关系；也可以对几个对象的某些性质、特性、相互关系从数量上进行分析比较。

而事故树分析方法是对从结果到原因描述事件发生的有向逻辑树进行演绎分析，寻求防止结果发生的对策，这种方法称为事故树分析方法。并且具有如下优点：①不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因；②用事故树分析描述事故的因果关系直接、明了，思路清晰，逻辑性强。故选用事故树分析方法来分析。

事故树分析（Fault Tree Analysis ，缩写为FTA ）方法，是从结果到原因找出与失效或灾害事故有关的各种因素之间因果关系和逻辑关系的分析法。

对事故树进行分析，即不考虑事件发生概率大小，只考虑发生和不发生两种情况，运用布尔代数化简法求取事故树的最小割集（凡能导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合）或最小径集（凡是不能导致顶上事件发生最低限度的

5

用电环境

漏电装置是否有效 √

6

电源插座

插座质量是否符合标准； 是否老化；功率是否符合要求

√

7

接地线

是否有接地线；连接是否正确 √

8

家庭用电

家庭用电是否正常(不能超负荷用电)

√

9

电热水器生产厂家

厂家是否正规;是否符合国家标准要求

√

检查人

张三

时间

2014.5.30

直接负责人

李四

基本事件的集合），及其结构重要度顺序（从事故树结构上反映出基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度）。通过事故树分析，可以知道哪一个或哪几个基本事件发生，顶上事件就一定发生，哪一个事件发生对顶上事件影响大，哪一个影响小，从而可以采取经济有效的措施，防止发生事故。

将在管道失效及场站火灾爆炸事故资料收集、统计分析基础之上，运用中国地质大学（北京）安全工程研究室开发的《故障树分析系统（faultTreeAnalysis2.0）》绘制管线失效故障树和场站火灾爆炸事故树，并应用故障树分析评价方法，求出最小割集或最小径集、结构重要顺序等，分析评价引起事故的主要原因，以及应采取的对策措施。

表3-9 事故树中相关符号及代表意义

符号名称意义

□顶上事件或中间

原因事件

由许多其它相互作用而引起的事件。这些事件

都可进一步往下分析，处在事故树顶部或中间。

○基本原因事件事故树中最基本的原因事件，不能继续往下分析，处在事故树的底端。

·与门下面输入事件均发生时，上面输出事件才会发生。

+ 或门下面输入事件只要有一个发生，上面输出事件就会发生。

1、事故树的分析程序

①确定和熟悉分析系统。

◆明确分析的范围和边界，包括工艺流程、设备构造、操作条件、环境状况及控制系统和安全装置等。

◆广泛收集系统发生过的事故。包括本单位的事故情况、同行业类似系统或设备以及国外事故资料，以便确定所要分析的事故类型。

②确定顶上事件。一般选择发生可能性较大且能造成一定后果的那些事故作为分析对象。确定顶上事件时，要坚持一个事故编一棵树的原则且定义明确，例如：“加氢反应温度过高”，“氧气钢瓶超压爆炸”，像“过程火灾”，“化工厂爆炸”这些太笼统了，无法向下分析。

③调查原因事件。就是找出系统的所有潜在危险因素和薄弱环节，包括设备元件等硬件故障、软件故障、人为差错以及环境因素，凡与事故有关的原因都找出来，作为事故树的原因事件。

④确定不予考虑的事件。与事故无关的原因有各种各样，但有些原因根本不可能发生或发生机会很少，如导线故障、飓风、龙卷风等，编制事故树可不予考

虑，但要事先说明。

⑤确定分析的深度。在分析原因事件时，要分析到哪一层为止，需事先明确。分析的太浅，可能发生遗漏；分析得太深，则事故树过于庞大繁琐。具体深度应视分析对象而定。对化工生产系统来说，一般只到泵、阀门、管道故障为止；电器设备分析到继电器、开关、马达故障为止，其中零件故障就不一定展开分析。

⑥编制事故树。

◆从顶上事件开始，采取演绎分析方法，逐层向下找出直接原因事件，直到所有最基本的事件为止。每一层事件都按照输入（原因）与输出（结果）之间逻辑关系用逻辑门连接起来。这样得到的图形就是事故树树。

◆初步编好的事故树应进行整理和简化，将多余事件或上下两层逻辑门相同的事件去掉或合并。如有相同的子树，可以用转移符号表示省略其中一个，以求结构简洁、清晰。

⑦事故树定性分析。可从事故树结构上求最小割集和最小径集，进而得到每个基本事件对顶上事件的影响程度，为采取安全措施的先后顺序、轻重缓急提供依据。

⑧事故树定量分析。定量分析可计算出事故发生的概率，并从数量上说明每个基本事件对顶上事件的影响程度，从而制定出最经济、最合理的控制事故的方案，实现系统最佳安全的目的。

2、求最小割集和最小径集

T=A1X1=（A 2+A 3+A 4）X 1 = (X 2+ X 3+ X 4+ X 5+ X 6+ A 5+A 6+A 7)X 1

= X 1 X 2+ X 1 X 3+ X 1 X 4+ X 1 X 5+ X 1 X 6+ X 1 X 7+ X 1 X 8+ X 1X 9+

X 1 X 10+ X 1 X 11+ X 1 X 12+ X 1 X 13+ X 1 X 14

\最小割集有：｛X 1，X 2｝，｛X 1，X 3｝，｛X 1，X 4｝，｛X 1，X 5｝，

｛X 1，X 6｝，｛X 1，X7｝，｛X 1，X 10｝，｛X 1，X 8｝，｛X 1，X 12｝，｛X 1，X 9｝，｛X 1，X 11｝，｛X 1，X 13｝，｛X 1，X 14｝

T ’=A 1’+X 1’=A 2’A 3’A 4’+X 1’

=X 2‘X 3’X 4’X 5’X 6’A 5’A 6’A 7’+X 1’

=X 2 ‘X 3‘X 4‘X 5‘X 6‘X 7‘X 8‘X 9‘X 10‘X 11‘X 12‘X 13‘X 14‘+X 1‘

最小径集：｛X 2 ‘X 3‘X 4‘X 5‘X 6‘X 7‘X 8‘X 9‘X 10‘X 11‘X 12‘X 13‘X 14‘｝，｛X 1｝

取q 1=q 2=q 3=q 4=q 5=0.01 q 6=q 7=q 8=q 9=q 10=0.02

q 11=q 12=q 13=q 14=0.03

3、顶上事件发生的概率

P=q 1q 2+q 1q 3+q 1q 4+q 1q 5+q 1q 6+q 1q 7+q 1q 8+q 1q 9+q 1q 10+q 1q 11+q 1q

12+q 1q 13+ q 1q 14 =0.0026

4、求各个事件的结构重要度系数

根据公式： ∑∑

∈-=

j

i i K X n i I 1

21)(

I n1= 6.5 I n2=0.5 I n3= I n4= ……I n13= I n14=0.5

5、求各个事件的概率重要度系

I q1=q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7+ q8+ q9+ q10+ q11+ q12+ q13+ q14

=0.26

I q2= I q3= I q4= I q5=0.01

I q6= I q7= I q8= I q9= I q10=0.02I q11= I q12= I q13= I q14=0.03

6、求各个事件的临界重要度系数

I c1= (q1/P)* I q1=1

I c2= I c3= I c4= I c5=0.038

I c6= I c7= I c8= I c9= I c10=0.154

I c11= I c12= I c13= I c14=0.346

五、电热水器常见故障分析和维修

1、电热水器故障类型及影响分析

子系统设备

或组

件名

称

故障

类型

事故原因分析

事故影响分析

故

障

等

级

建议措施

对子系统对系统

线路连接装置开关

插座

保险

丝

漏电

其它带电元器件与机壳之间产生漏

电；漏电保护插头与劣质插座接触不

良,因过热而产生；漏电保护插头与温

敏开关任一者出现故障

漏电漏电Ⅱ

检查排除或更换元

件;更换温敏开关或

漏电保护插头。

加热

指示

灯

加热

指示

灯不

亮

发热管接插端接触不良或断线；温控器

接插端接触不良或断线；发热管烧坏；

温控器烧断

发热火灾Ⅱ

更换发热管；不能加

热

温控

器

无保

温功

能

温控器动作温度过高或已烧融短路发热火灾Ⅱ更换温控器

温控

器

一直

处于

保温

状

态，

不能

重新

加热

温控器不能复位一直处于开路发热火灾Ⅱ换温控器

2、电热水器原理图故障维修

(1)插电后热水器不工作

所有指示灯不亮:a.检查是否停电;b.检查加热元件H外表是否破损?如有破损，电流将通过水与金属外壳(地线)短路，导致具有过流保护功能的用户电网开关跌落而停电。如是，需更换与原规格相同的加热元件。

仅电源指示灯 (绿色)亮:a.检查控温开关T是否导通?常温下若不通，更换控温开关;b.检查限温保护器TCO是否导通?常温下若不通，更换限温护器。所有指示灯都亮:加热元件H开路。

(2)加热元件H总处于工作状态 (红色指示灯总亮)，不能自动停机。控温开关T损坏，温度达到设定值时不能切断电源，更换同型号控温开关。

(3)整机工作正常，但相应的指示灯不亮检查相应的指示灯电路。不外乎RI, LEDI, R2, LED2其中之一开路，或一个元件短路后造成另外一个元件烧毁。

(4)热水器一通电即造成电网开关跌落 (停电)

a.加热元件H绝缘层破损，电流通过水与金属外壳 (地线)短路，导致具有过流保护功能的用户电源开关跌落而停电，更换同规格加热元件;

b.加热元件H 内部短路;

c.棕色线、(相线)有与零线、地线短路处。

六、安全使用措施及建议

1热水器安装在浴室内，用户不得自行迁装。

2安装热水器的房间应有与室外通风的条件(房间上部应有排风换气装置，下部应有自然通风口)。

3使用热水器时开动排风换气装置，停电或其它原因不能开动时，要启开通向室外的窗户，关闭对内的房门，以保证安全。

4热水器有故障时，必须立即停止使用，并及时报修，不得自行修理、自行拆装。

5身体虚弱的人员洗澡时，家中要有人招呼，不要几人连续使用，以防意外事故。

6如浴室通风不良，防止浴者水蒸气缺氧也应加强换气措施。

7已购买电热水器且正在使用中的消费者及家庭，要认真了解热水器使用说明，清楚自家接通电热水器的电线规格、载流量是否符合容量要求；插座型号性能是否匹配、是否防水，有无准确可靠的接地装置。

8.需要购买电热水器的家庭，首先要了解本楼本户卫生间电源配置情况，查看有无安全接地装置，地线、插座等是否合格适用，必须先把充分的了解和掌握作为选购的前提。

9.在选择和购买时，要多了解所选购品牌的具体安全保障措施。在对自家用电环境不确定的情况下，建议优先选购带有良好安全技术和防环境漏电装置的热水器。

10.应了解电热水器的安全使用期限，杜绝超安全期限使用。

11.生产经销企业要认真履行法定义务，重质量、重责任、重诚信，从确保人的生命安全的最基本要求出发，研制、销售产品和提供服务。当消费者家庭安全用电条件不具备或没有安全可靠的接地装置时，经营者应拒绝销售、拒绝安装，以真正体现企业最基本的社会责任。

七、结论

本次对电热水器的危险因素分析，采用各种方法，增进了对安全系统工程的知识，更深入放入了解了安全系统这门课，同时也了解了更多的热水器的知识。

随着人民生活水平的提高和气源的不断增加，人们对燃气快速热水器需求量越来越多，大容量、多功能、优质、高效全自动的热水器将越来越受到人们的欢迎。但安全使用的问题始终是不容忽视的，一定要通过各种方式让用户懂得安全使用的基本常识。除了应彻底解决好热水器本身安全性能外，更要从建筑、供气、安装、检测、维修各方面加以努力，切切实实做好-切。以良好的工作质量、工程质量、管理质量对热水器的安全使用做出可靠的保证。

通过这次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关安全系统工程的有关热水器的危险性分析的方法，掌握了安全检查表和预先危险性分析的定性分析的步骤和技巧，更加掌握了绘制事故树方法和通过事故树计算顶上事件概率、结构重要度、概率重要度的方法。

虽然在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是对安全系统工程这门专业课知识的熟练运用，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我许多道理，给了我很多思考，尽管这次设计中还不能做到尽善尽美，一些内容还有待于进一步的研究，因为必定我们的知识有限，而且也没有真正的接触过燃气热水器，但是为了这次课程设查阅了很多资料，为以后的安全工作打下基础。

八、致谢

本次课程设计需要感谢一下人员所提供的帮助和大力支持：

参考文献

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