本安回路的绝缘掉下来，丢的不只是信号质量
仪表典型失效模式 · 10 ｜ 电气与环境线
绝缘老化与接地故障：为什么它同时是测量问题和防爆问题
｜ 阅读约 10 分钟 ｜ 图表 4 张
一个区域的几条本安回路，陆续出现同一个毛病：读数上叠着一层噪声，幅度不大，但一直在。
查下来的结论看着挺合理——附近新上了一台变频器，干扰进来了。于是加滤波、复查屏蔽接地、把电缆挪远一点。噪声小了些，但没消失。
后来有人拿兆欧表量了一下电缆的绝缘：芯线对地几十兆欧。投用记录上写的是数千兆欧。
变频器只是把问题显影了出来。真正的原因是这几条电缆的绝缘已经掉下来了，屏蔽和芯线之间、芯线和桥架之间多出了几条本来不该存在的通路。
对普通回路，这是信号质量问题；对本安回路，这是防爆型式的问题。
01 同一个绝缘下降，三层后果
上一篇讲端子腐蚀时说过，绝缘下降会形成并联漏电通路，把电流分掉一部分，表现为读数偏低和噪声增大。
那是所有回路都有的一层。本安回路在这一层之上，还有两层。
第二层是接地环路。本安回路的设计前提是全程只有一个接地点，绝缘一旦下降，就等于在别处偷偷加了一个接地点，环路成立，干扰有了灌入的通路。
第三层才是最要紧的：如果绝缘失效发生在本安与非本安电路之间，非本安侧的能量就有了进入危险区的可能。到这一层，问题已经不是测得准不准，而是这套本安系统还能不能算本安。
前两层是测量问题
第三层是安全问题
麻烦的是，这三层的早期征兆几乎一样，都是噪声变大。而现场遇到噪声，第一反应通常是去查干扰源和屏蔽接地，很少有人先去量绝缘。
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02 标准只给了两个选项
本安回路的接地方式，标准写得非常干脆。
IEC 60079-25 的表述大意是：本安回路应当完全浮空，或者只在一点连接到与危险区相关的参考电位；除这一点之外，隔离水平应能承受按 IEC 60079-11 第 6.4.12 条进行的 500 V 绝缘试验。
两个要点值得单独拎出来。
▍ 一是"只在一点"
没有第三个选项，多点接地不在选项里。这不是抗干扰层面的偏好问题，而是本安成立的前提之一。
这里正好牵出隔离式和齐纳式安全栅的分野：隔离式安全栅本身提供电气隔离，本安侧可以浮空，不需要专门的本安接地；齐纳式安全栅靠限压元件把故障能量泄放到地，它必须有可靠的本安接地，接地质量直接关系到安全功能能不能实现。
两种栅在设计文件上只差一行选型，但对接地系统的要求完全不同。
▍ 二是那个 500 V
500 V 是一个具体的、可验证的数字，不是"绝缘应良好"这种定性表述。它意味着这套系统的隔离能力是可以拿仪器去核实的。
顺带说一句，本安接地必须单独设置，不能就近搭在桥架、支架或者保护接地上。这一条在施工阶段最容易被"顺手"破坏——接地线拉过来，看到旁边有个接地端子就压上去了。
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03 一点接地是怎么变成三点的
这一节是这篇和接地屏蔽话题咬合最紧的地方。
设计上，屏蔽层在安全栅侧一端接地，芯线绝缘良好，全程只有那一个接地点。这套安排在图纸上很清楚。
绝缘老化之后，情况变了：
接线箱受潮。端子排表面结露、积垢、绝缘件碳化，芯线与箱体之间的绝缘下降。箱体是接地的，于是这里多出一个接地点。这正是上一篇讲的呼吸效应积水的直接后果。
芯线对屏蔽或铠装绝缘下降。电缆长期受热、受潮、受机械挤压，芯线绝缘层劣化。屏蔽层已经在一端接地，芯线一旦对屏蔽漏电，等于把信号回路接到了接地系统上。
穿线管或桥架处的机械损伤。穿管拉线时的擦伤、支架处的长期磨蹭，都可能让绝缘在某一点变薄。这类损伤往往在施工时就埋下了，几年后才显现。
三个点连起来，就形成了接地环路。屏蔽层这时候的角色发生了反转——它本来是把干扰导走的通道，现在成了把干扰引入回路的通道。
屏蔽层接地方式的争论
前提是芯线绝缘还在
这也解释了开头那个案例：变频器上线之前，环路已经存在，只是没有足够强的干扰源去激发它。屏蔽接地方式怎么调都收效有限，因为问题不在屏蔽的接法上，在于芯线已经不再对地绝缘了。
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04 绝缘为什么会掉
几条常见的原因，都不算意外。
湿气
这是最主要的一条。接线腔积水、电缆进水、桥架积液，都会让绝缘电阻断崖式下降。它还有个特点是可逆——干燥之后部分恢复，于是测出来的数忽高忽低。
温度
绝缘材料的电阻率随温度下降。热工艺管道旁、伴热管附近、日照下的桥架里，同一根电缆在不同季节测出来的数能差好几倍。
化学介质
油、溶剂、酸碱雾会让 PVC 类绝缘层软化、溶胀、开裂。露天化工装置里这类侵蚀相当普遍。
机械应力
弯曲半径过小、支架处挤压、振动处磨蹭，都会让绝缘层局部变薄或开裂。
老化
绝缘材料本身有寿命。用了十几二十年的电缆，绝缘性能下降是必然的，不是故障。
注意"可逆"这一点带来的麻烦：湿气引起的绝缘下降会随天气恢复，所以一次测量合格说明不了什么。要看的是趋势，以及测量时的环境条件。
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05 怎么测
本安回路的绝缘检查有个现实困境：很多人不敢测。
顾虑是合理的——500 V 试验电压加到变送器和安全栅上，是会打坏东西的。但结论不该是"那就不测了"，而是先把该拆的拆掉。
第二步值得强调。浪涌保护器件本身就是设计成在一定电压下导通的，把它留在回路里做 500 V 试验，量出来的一定是低值。标准的注释里专门提醒过这件事：做 500 V 绝缘试验时，可能需要先断开浪涌抑制器件，否则会使测量结果失效。
顺带说，正常运行时流过这类器件的电流很小，它们的存在本身不被认为损害本安性能——问题只出在测量环节。
▍ 第四步是这篇的重点动作
在设计接地点断开之后，量屏蔽层对地。理论上此时屏蔽层应该是浮空的，对地绝缘很高。
如果它还能通，说明中间某处已经多了一个接地点。这个测试非常简单，但很少有人做——而它恰好是"单点接地有没有被破坏"的直接验证。
把设计接地点断开再量一次
这一步能验证图纸上的假设还成不成立
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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 投用时留绝缘初值
芯线之间、芯线对屏蔽、芯线对地，三组数都记下来，连同当天的天气和环境温度。没有初值，之后所有判断都只能猜。
02 遇到噪声先量绝缘
别先去追干扰源。量一次绝缘的成本远低于反复调屏蔽和加滤波，而且能直接排除掉一大类原因。
03 把测量条件记进记录
同一根电缆在雨后和干燥天、夏天和冬天测出来的值差别很大。不记条件的绝缘数据几乎没有比对价值。
04 齐纳栅的本安接地单独查
接地电阻、接地线截面、有没有被人搭到保护接地上。隔离栅可以省掉这一项，齐纳栅不能。
05 断开设计接地点验证一次
停车检修时做这一步，直接验证全程还是不是单点接地。发现多余接地点的效率比翻图纸高得多。
06 老旧回路要有更换计划
绝缘老化是有寿命的，不是靠维护能永远维持的。服役十几年以上的本安电缆，该列进更新计划。
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07 电气与环境线，收个尾
这条线三篇是连着的：水怎么进到接线腔里，水进去之后在电气上表现成什么，以及在本安回路里它还额外意味着什么。
三篇的共同点是，它们改变的都不是仪表，而是仪表周围那些不在校验范围内的东西——壳体里的湿度、端子的接触面、电缆的绝缘层。
而本安回路把这件事的后果又抬高了一层：在这里，绝缘不只是信号质量的支撑，它本身就是安全措施的一部分。
绝缘电阻这个数
在本安回路里是安全参数，不是性能参数
下一个话题自然就落到屏蔽层本身了——一端接地、两端接地还是浮空，这个争论已经在前面几篇里反复出现。到那时候可以把它单独讲清楚。
你们多久量一次本安电缆的绝缘？
有没有查噪声最后查到绝缘上的经历，欢迎在留言区说说
▽ 参考资料（5 项）
1. IEC 60079-25 爆炸性环境 第 25 部分：本质安全电气系统（浮空或单点接地、500 V 绝缘试验要求）
2. IEC 60079-11 爆炸性环境 第 11 部分：由本质安全「i」保护的设备（第 6.4.12 条 绝缘试验）
3. IEC 60079-14 爆炸性环境 第 14 部分：电气装置的设计、选型和安装（本安接地与电缆要求）
4. IEC 60079-17 爆炸性环境 第 17 部分：电气装置的检查与维护
5. SH/T 3081 石油化工仪表接地设计规范