壳体标着 IP66，打开一看还是半腔水
仪表典型失效模式 · 08 ｜ 电气与环境线
呼吸效应与接线腔积水：水从哪来，泄放塞该装在哪一侧
｜ 阅读约 9 分钟 ｜ 图表 4 张
一台露天安装的变送器，回路读数开始不稳，白天还好，后半夜和清晨最明显。
检查电缆没有破损，屏蔽接地也是对的。打开接线腔，端子排下面积着一层水，端子螺钉上一圈绿锈。
壳体铭牌上写着 IP66，密封圈完好，盖子拧得很紧。
这时候常见的第一反应是"密封不行"或者"当初进货就有问题"。但把新的换上去，一年之后打开，还是有水。
因为水不是从外面漏进去的，是在里面长出来的。
01 壳体在呼吸
密闭壳体里封着一腔空气，这腔空气会随温度变化膨胀和收缩。
白天日照或者工艺升温，壳内空气受热膨胀，压力升高，从密封面、螺纹、电缆入口的微小缝隙往外挤一点；夜里降温，空气收缩，壳内形成负压，又把外面的空气吸回来一点。
这个过程叫呼吸效应。一天一次，一年三百多次。
麻烦在于，进来的空气带着水汽，而水汽出不去。
当壳内空气的露点高于壳体最冷表面的温度时，水汽就在那个表面上凝结成液态。液态水不会在下一次升温时全部蒸发排出——升温的时候壳内是正压，往外挤的是空气，水留在原地。
于是空气的进出是双向的，水的进出是单向的。
空气的进出是双向的
水的进出是单向的
▍ 还有一条通道容易被漏掉
电缆本身也是通道。多芯电缆的芯线之间有填充间隙，这些间隙是连通的，能把几十米外那个接线箱里的潮湿空气一路输送到变送器接线腔。
所以有时候变送器这一端做得再好，问题的源头在电缆另一端的箱子里。
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02 IP66 从来没测过这件事
这是整件事最容易误解的地方：IP 等级高，为什么还会进水？
答案是 IP 等级测的根本不是这个。
IP 的第二位数字，测的是外部液态水的侵入能力。IPX6 是用强力水流从各个方向喷淋，持续数分钟，喷完检查内部有没有进水。
这个试验里，壳体内外没有持续的压差，也没有反复的温度循环，更没有一年三百次的时间尺度。它回答的是"水能不能被压进去"，不是"水会不会在里面长出来"。
所以升级到 IP67、IP68 也解决不了问题——那测的是浸水，还是外部液态水。
IP 等级说的是壳体不漏
它没有承诺壳体里不会积水
▍ 反而越密封越糟糕
这里有个反直觉的推论：如果一个壳体密封得极好，只留下极少几处微小缝隙，那它照样会呼吸——只是慢一些。但它同时也失去了让水汽自然排出的路径。
结果是水汽进得慢，出得更慢，仍然是净积累。密封本身解决不了单向性的问题。
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03 泄放塞装在哪一侧
既然堵不住，那就给水一条出路——这就是呼吸排水塞（breather drain）的思路：让壳体在可控的位置呼吸，同时让积水靠重力流走。
位置只有一个答案：最低点。
这一条不是现场经验，是写在认证条件里的。
这类产品的 ATEX 和 IECEx 证书里有明确的特殊条件：Ex e 型呼吸排水塞必须安装在设备的底部；产品标称的 IP66 也只在按底部安装时才成立。如果装在其他方向，只能当作呼吸装置使用，不具备排水功能。
换句话说，装错位置不只是排不出水，连防护等级都一起丢了。
▍ 几个容易踩的地方
最低点随安装姿态变。变送器竖装和横装，壳体上哪个导管口在最低处是不一样的。图纸上标的那个口，装到现场未必还是最低点。安装完之后应当实地确认一次。
别被油漆封死。现场补漆时把泄放塞的排水孔糊上，是很常见的事。塞子还在，功能已经没了。
呼吸和排水可以是两件事。有些做法是底部装排水、另一处装呼吸，让气流有进有出。是否需要两个，按壳体大小和产品说明来定。
▍ 隔爆外壳：绝对不能自己钻孔
这一条要单独强调。Ex d 隔爆外壳的防爆原理，是靠壳体强度和所有开口处经过设计的火焰路径间隙，把内部爆炸限制在壳内、不引燃外部环境。
在隔爆壳体上自行钻孔或者装一个非认证的塞子，等于直接破坏火焰路径。这不是防护等级下降的问题，是防爆型式失效的问题。
隔爆壳体必须使用带 Ex d 认证的呼吸排水装置——它们内部有烧结体或迷宫结构来构成合规的火焰路径，而且认证时是和壳体的参考爆炸压力一起考虑的。
在隔爆壳体上钻一个孔
就把整台设备的防爆型式作废了
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04 光靠一个塞子不够
泄放塞解决的是"水已经产生之后往哪走"。要把问题压到更前面，还有几件事。
这里面最便宜也最容易被省掉的是滴水弯。电缆从上方进入壳体时，如果直接横平竖直地接进去，沿电缆外皮流下来的雨水会一路走到入口处；在入口前先向下弯一道，水在弯的最低点滴掉，进不了壳体。
遮阳罩同样便宜。呼吸的驱动力是温差，把日照挡掉，昼夜温差小了，呼吸的幅度也就小了。露天安装的仪表加个遮阳罩，附带的好处还有减小电子部件的温度应力。
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05 积水会怎么表现出来
这是本系列一贯关心的问题：在打开盖子之前，它留下什么痕迹。
积水本身不会让回路断掉，它是慢慢来的。
01 读数随昼夜起伏
凝露最重的时段绝缘最差，漏电流最大。如果读数的波动带着明显的日周期，值得往这个方向查。
02 雨后或降温后加重
和天气相关的漂移，很少是电子部件的问题，更像是环境水汽进了什么地方。
03 回路电阻缓慢上升
端子腐蚀增加接触电阻。对 4 至 20 mA 回路，表现为读数偏低或者在量程上端受限。
04 绝缘电阻缓慢下降
这是最直接的证据。定期测一次对地绝缘，比等到读数出问题要早得多。
05 本安回路的额外风险
绝缘下降会影响本安参数的成立前提。这类回路的绝缘检查不能只当例行公事。
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06 落到工程实务
下面这些不是规范条文，是踩出来的。
01 开盖检查列进例行工作
停车时把露天仪表的接线腔挨个打开看一眼。有没有水、端子有没有绿锈、密封圈有没有老化开裂，几分钟的事。
02 安装完实地确认最低点
图纸标的排水口和现场装出来的姿态未必一致。装完之后蹲下去看一眼，确认塞子确实在最低处。
03 防爆场合只用认证件
Ex d 用 Ex d 认证的呼吸排水装置，Ex e 用 Ex e 的。绝不自行钻孔，也不用普通的塑料塞替代。
04 密封圈按寿命换
橡胶密封圈会老化、会被压死。它不是永久件，长期在户外的更要注意。
05 查一查电缆另一端
本端做得再好，潮气也可能从远端接线箱经电缆间隙过来。成片出现的积水，往往有共同的源头。
06 干燥剂要有更换记录
用了干燥剂就要有更换周期，失效的干燥剂等于没有，还占地方。
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07 最后
这个系列写到第八篇，有个模式反复出现：一个参数被当成了保证，而它其实只是一个在特定条件下测出来的结果。
孔板的流出系数是在锐边前提下测的，PTC 19.3 的频率比是在特定安装刚度下算的，NACE 的硬度限值是对特定热处理状态说的。
IP66 也是一样——它是在无压差、短时间、外部喷淋这组条件下测出来的一个结果。把它当成"这个壳体里不会有水"的保证，是把结论用出了它的适用范围。
铭牌上的等级是一次试验的结果
不是对现场十年的承诺
你打开过积水最多的一台仪表是什么样？
装在哪、用了几年、有没有装泄放塞，欢迎在留言区说说
▽ 参考资料（5 项）
1. IEC 60529 外壳防护等级（IP 代码）——第二位特征数字的试验条件
2. IEC 60079-14 爆炸性环境 第 14 部分：电气装置的设计、选型和安装
3. IEC 60079-1 / 60079-7 隔爆外壳「d」与增安型「e」
4. 呼吸排水塞的 ATEX / IECEx 认证文件（含底部安装的特殊条件与 IP66 适用范围）
5. SH/T 3104—2013 石油化工仪表安装设计规范