雷雨天气仪表雷击损坏成因与仪表接地防雷优化技术

江明佳

身份证号：5106**********6837

摘要：工业现场各类自动化仪表多露天布设或置于室外机柜内，雷雨季节雷电过电压极易沿线缆、金属支架侵入仪表本体，造成元器件击穿、线路烧毁等故障，直接影响生产系统稳定运行。本文结合现场仪表布设环境，从直击雷、感应雷、地电位反击三个维度梳理仪表雷击损坏诱因，剖析现有接地防雷施工普遍存在的缺陷，围绕接地系统改造、等电位联结、屏蔽布设、辅助防雷配套等方面提出优化技术方案，为工业仪表防雷工程改造提供实操参考。

关键词：天气仪表；雷击损坏；防雷优化；

引言

现代化工矿、化工、油气等生产场景大范围布设温度、压力、流量等自动化仪表，部分仪表传感器露天安装在装置区、室外管廊，配套信号线缆横跨厂区露天敷设，仪表控制系统依托电缆接入中控机柜。雷雨气候条件下，雷电除直接击中设备外，产生的电磁脉冲还会在管线、线缆上感应瞬时高压，通过接地回路窜入仪表内部，是仪表元器件损毁的重要诱因。现阶段不少老旧厂区仪表防雷施工按照简易标准落地，接地敷设不规范、等电位缺失、屏蔽处理粗放等问题普遍存在，每逢雷雨天气频繁出现仪表失灵、电路板烧毁现象，不仅增加仪表更换与检修成本，还容易引发生产联锁误动作，干扰正常工艺流程。立足雷击损坏机理，找准接地系统现存短板，落地针对性优化改造技术，能够从根源降低仪表雷击故障率，保障自动化仪表长期安全稳定运行。

一、雷雨天气仪表雷击主要损坏成因

1.1 直击雷直接损毁仪表设备

雷电直接击中露天安装的仪表本体、金属支架或保护箱体时，巨大雷电流瞬间流经仪表外壳与内部线路，瞬时高温与电冲击直接击穿电路板、传感元件。高处管架、空旷区域布设的就地仪表受直击雷威胁最为突出，缺少外置接闪防护构件时，雷击发生后设备损毁速度快、故障程度重，多数仪表失去修复价值。

1.2 感应过电压侵入造成仪表内伤

雷雨云层放电产生交变电磁场，厂区架空信号电缆、金属管线处在交变磁场范围内，线缆两端会感应产生瞬时过电压，高压顺着信号线从就地仪表蔓延至中控卡件。这类雷击损伤具备隐蔽性，很多仪表外观完好，但内部芯片、精密电容出现隐性损坏，雷雨过后陆续出现漂移、数据异常等故障，难以快速定位雷击诱因。强弱电缆同槽敷设会加剧感应过电压传导风险，高压回路感应的浪涌极易窜入弱电仪表回路。

1.3 地电位反击诱发回路大面积损坏

雷电落地后雷电流向大地扩散，接地区域瞬间抬升大地电位，仪表工作接地、保护接地两点接地间距过大时，不同接地点出现电位差，形成地电位反击电压击穿仪表。原有接地网布设零散、各装置接地相互独立没有连通，雷击时各区域地电位不均衡，电位差顺着接地线、屏蔽层侵入整套仪表回路，容易出现同一机柜内多块仪表批量损坏的情况。

1.4 原有接地系统施工缺陷放大雷击风险

老旧项目仪表接地普遍存在施工疏漏，接地极埋设深度不足、接地干线线径选型偏小、接地焊点虚焊锈蚀，接地回路导通性能持续下降，雷电流无法快速泄放入地。部分现场仪表保护接地与工作接地混接错乱，接地路径杂乱无章，雷电流泄放受阻后反向倒灌损坏仪表，是雷雨季节故障高发的人为诱因。

二、现有仪表接地防雷常见短板

2.1 接地网布局零散，未形成统一等电位体系

多数早期厂区仪表接地为分区域零散施工，装置区、中控室、管廊仪表各自独立布设接地极，接地网互不连通，无法实现全域地电位均衡。雷击落地后各点位地电位落差明显，地电位反击问题反复出现，即便单点接地达标，整体防雷效果依旧达不到使用标准。

2.2 接地施工工艺不规范，导通性能劣化

接地干线搭接采用简易缠绕代替焊接，埋地接地线被腐蚀性介质侵蚀，长年使用后锈蚀断裂，接地回路处于虚接或断路状态。部分露天仪表接地引线随意搭接在设备支架上，没有独立接地支线，雷电流泄放通道不畅，过电压无法快速导入大地。

2.3 屏蔽与接地配合不合理

仪表屏蔽线缆一端接地、两端乱接地现象普遍，错误的接地方式非但不能削弱感应雷电，反而形成环形接地回路，交变磁场下更容易感应出环流电压，加剧仪表损坏概率。强弱电缆混敷、屏蔽层破损未做修补，也是感应雷入侵的重要通道。

三、仪表接地系统防雷优化关键技术

3.1 全域统一接地网改造优化

整合厂区原有零散接地极，通过接地扁钢将装置区就地仪表接地、中控机柜接地、电气设备接地连通，构建全厂共用联合接地网。新增接地极按照规范点位补埋，盐碱、砂石等不良土质区域配套降阻改性材料，保证接地系统整体泄流能力。把管廊金属构架、仪表箱体金属外壳统一接入联合接地网，实现全域地电位趋于一致，从源头杜绝地电位反击故障。

3.2 规范接地施工工艺整改

更换锈蚀、线径不满足要求的接地干线，所有接地搭接位置采用热熔焊接工艺，摒弃缠绕、卡扣等简易连接方式。露天仪表单独布设专用接地支线，支线就近接入接地主干，杜绝跨区域远距离接地、随意挂靠钢结构的不规范做法。定期对地埋接地线路开挖抽检，及时更换破损腐蚀的接地构件，维持接地回路连续导通。

3.3 优化屏蔽线缆接地方式

统一规范仪表屏蔽层接地细则，按照仪表信号类型确定单端或双端接地方案，杜绝无规则多点接地。强弱信号电缆分槽、分桥架敷设，中间加装隔离挡板，避免高压线路电磁场耦合产生感应过电压。破损屏蔽套管及时修补更换，减少电磁干扰与雷电感应的传导路径。

3.4 增设分级浪涌防护配套

在中控机柜进线端、室外就地仪表接线箱内分级加装信号浪涌保护器，电源回路与信号回路区分选型，电源防雷与信号防雷分级配置。浪涌保护器可靠就近接入接地干线，保证浪涌产生的瞬时电能快速泄放入地，限制过电压幅值，保护后端精密仪表元件。

3.5 外露仪表增设接闪防护

空旷高处管架安装的就地仪表，依托就近建筑物防雷带增设小型接闪构件，利用原有建筑防雷体系分担直击雷冲击，避免雷电直接击打仪表本体。金属仪表箱体完整接地，箱体缝隙做好密封防护，减少雨水侵蚀带来的接地锈蚀问题。

四、后期运维管控配套保障措施

4.1 建立周期性接地检测制度

在雷雨季节来临之前开展接地系统专项巡检，重点核查接地连接点锈蚀、引线脱落、保护器失效等问题，发现隐患立即整改修复。雨后针对性排查露天仪表接地工况，及时处理雨水浸泡造成的接地劣化问题。

4.2 完善现场施工管理规范

新增仪表安装阶段同步落实防雷接地施工要求，将接地工艺纳入仪表竣工验收内容，从新项目源头规避接地不规范遗留问题。运维人员定期开展防雷知识培训，掌握接地与防雷整改基础要点。

五、结语

雷雨天气仪表雷击损坏由直击雷、感应雷、地电位反击多重因素共同作用，而接地系统设计不合理、施工粗放是故障频发的核心人为诱因。依托全域联合接地改造、规范施工工艺、优化屏蔽接地、分级加装浪涌防护、外露设备接闪防护等一系列优化技术，能够系统性完善仪表防雷体系，大幅降低雷电造成的仪表损毁概率。防雷改造不能只侧重单点整改，需要从接地网整体性出发统筹优化，兼顾前期改造与后期常态化运维，持续维持接地与防雷设施完好状态。伴随工业自动化设备持续迭代，后续还要结合现场环境变化持续优化防雷方案，不断完善仪表接地管控标准，实现仪表全周期防雷安全保障。

参考文献

• 周嘉健,徐黄飞,吕玉嫦,等.机外仪表在天气雷达年维护中的应用[J].气象水文海洋仪器,2021,38(4):95-96+100.
• 鲁力,刘晨宇.雷暴天气下的仪表进近航段航线规划研究[J].航空工程进展,2022,13(2):150-158.
• 陈杨.冰雪天气对仪表着陆系统下滑天线有效地面的影响[J].电子世界,2018,(21):102.

...