鉗形接地電阻測試儀在文物建筑防雷引下線檢測中的應用

李國偉　宋平健

摘要：????針對文物建筑防雷引下線多采用專設、明敷的方式，引下線的檢測包含接地電阻、引下線與接閃器之間電氣連接性能兩個參數測量的要求，本文提出了采用鉗形接地電阻測試儀測量文物建筑引下線參數的方法，即“鉗表法”。根據鉗形接地電阻測試儀的測量原理，建立了接地電阻測量的等效電路，分析各支路電阻的取值范圍，簡化等效電路，求解出被測支路的接地電阻，進而分析判斷出包含被測支路的環路電氣連接性能，其結果滿足防雷裝置檢測相關技術標準的要求。最后通過對該測量方法的深入分析，探討了鉗表法的應用條件及注意事項。

關鍵詞：鉗表法，文物建筑，引下線，防雷裝置檢測

引言

雷電防護是文物建筑技防安全措施的主要內容之一[1]，用以保護文物建筑的本體及其他技防系統設備的防雷安全。文物建筑----特別是具有歷史價值、科學研究價值和藝術價值的古建筑，由于其建筑結構、材料特點及年代久遠等原因，很容易發生雷電災害，導致建筑物的火災、坍塌，造成不可再生的文化遺產的損失。資料顯示[2] [3] [4] [5] [6]，文物建筑物的防雷裝置檢測是依據相關防雷技術標準的要求，按照規定程序對安裝或運行的防雷裝置進行檢查、測量及對各類信息綜合處理的全過程[7]，其中對防雷裝置的材料規格、連接狀態、運行參數的測量是綜合判斷防雷裝置性能的基礎性資料。文物建筑防雷裝置的檢測有其特殊性，這對投入運行的文物建筑外部防雷裝置的檢測提出了新的要求。本文將對這一問題進行分析探討。

1.測量原理

使用鉗形接地電阻測試儀對含有導電回路的接地裝置的接地電阻進行測量的方法稱為鉗表法[10]。根據鉗頭的數量，鉗形接地電阻測試儀分為雙鉗和單鉗兩種類型，單鉗表的結構如圖1所示，其中A為鉗頭、D為顯示屏、E為扳柄等，BC為操作鍵。

鉗頭又稱電磁變換器，由兩個獨立的環形線圈鉗口（即電壓鉗口和電流鉗口）組成，用于輸出測量源信號和采集測試信號。測量原理圖見圖2。圖中NV電壓鉗口內的電壓信號發生器線圈，NI為采集被測回路中電流信號的感應線圈，兩線圈在工藝上具有良好的電磁屏蔽效果。測試開始時，將鉗頭套在被測引下線上，線圈NV將電壓發生器輸出的一定頻率的恒定信號E耦合到被測回路，在被側回路中產生對應的電流i，該電流由線圈NI轉換得到信號I，經計算得到了被測回路的電阻值，輸出在顯示屏上。需要特別指出的是，測試儀讀數并不是某一接地裝置的接地電阻值，而是一個完整回路的總電阻值，由各接地裝置的接地電阻RX、R1、R2，各段連接導體的電阻，以及接地裝置間大地電阻的串并聯后的數值構成。

2.引下線的接地電阻值

下面以一座文物建筑為例，解析使用鉗形接地電阻測試儀得到接地電阻值的方法。

該文物建筑為國家級重點文物保護的建筑物，設置了3條專設引下線、采用A型接地裝置，并沿建筑物的屋脊、斜脊及屋檐設置了接閃帶，防雷裝置采用銅材。為采用鉗式接地電阻?測試儀測量接地電阻的等效電路。RX為被測引下線的接地電阻值，?R1、R2分別為引下線1、引下線2的接地電阻值，RL為接閃帶、引下線等連接導體的電阻值，RE為被測引下線與引下線1、引下線2接地裝置間大地的電阻值。可見，鉗形接地電阻測試的讀數RS為：

根據相關標準[12][13]的規定：第一類防雷文物建筑的防雷裝置宜采用銅材（其它類別的防雷文物建筑可采用鋼材），接閃帶、引下線的截面積均不應小于50mm2，獨立接地裝置的接地電阻不大于10Ω（第二類防雷建筑物）或30Ω（第三類防雷建筑物）[14]。對于一段長度為25m的圓銅，其自身電阻約為8.4×10-3（圓鋼時約為4.8×10-2）Ω，遠遠小于接地裝置的接地電阻。

綜合以上各因素，可以得到接地電阻測試的簡化電路，見圖3。

3 應用與探討

關于鉗形接地電阻測試儀的應用，應注意以下幾點：

1. 由以上分析可知，鉗形接地電阻測試儀的測量原理是應用了全電路歐姆定律，它測出的是回路系統的環路電阻值，而不是某一支路的電阻。

（2）引下線數量較多時，測試過程可簡化

對于體量較大、引下線數量較多（如4條以上）的文物建筑，由于被測引下線的接地電阻////…遠小于，故可近似認為≈，即可直接將測試儀的讀數標記為被測支路的接地電阻值，省略解析過程

（3）鉗形接地電阻測試儀不適用于僅有兩條引下線及獨立接地裝置構成回路的情況

圖4在取消一條引下線接接地裝置后，圖5?的等效電路將簡化為相關電阻的串聯回路，無論卡鉗卡在哪條引下線上，數值都是相同值，且都等于（，不再能解析出或。

（4）鉗形接地電阻測試儀不能測得采用環形接地裝置（即B型接地裝置）的接地電阻

當文物建筑采用環型接地裝置時，引下線的上端與接閃帶連接、下端與閉合環型水平接地體連接，雖然接閃帶、引下線、水平接地極已經構成了測試回路，但水平接地極已將各條引下線的下端短路，導致構成接地裝置的垂直接地極被排除在被測回路之外。

（5）不宜將鉗表法應用于防雷裝置的竣工檢測

文物建筑防雷裝置安裝工程完成后，需要進行竣工檢測，檢測過程應嚴格按照相關規范的要求進行，盡可能測量出接地裝置的實際電阻值，為后續的重復檢測留下數據基礎，三極法仍是目前最有效、最準確的測量方法。由于鉗表法對某些測量環節進行了近似處理，導致其結果必然會存在一定的誤差。因此，在防雷裝置的竣工檢測時，不宜采用鉗表法。

4結語

接地電阻測量的“鉗表法”，應用全電路歐姆定律原理，采用非接觸式測量技術，無需斷開引下線的斷接卡，無需在地面上設置輔助測試地極，既可測得文物建筑接地裝置的接地電阻，也能測得引下線與接閃帶、接地裝置的連接性能，且操作簡便，重復測試的數據一致性好。針對文物建筑引下線的數量不同、接地裝置的型式不同，采用鉗表法，對于難以到達接閃帶位置的文物建筑防雷裝置檢測，具有特殊的應用價值。另外，該方法也適用于倉庫、設置有避雷線的輸配電桿塔、專設引下線的建筑物的接地電阻檢測。

參考文獻

[1] GB/T 16571-2012 博物館和文物保護單位安全防范系統要求[S]. 北京，中國標準出版社. 2013

[2]王時煦，于倬云，白麗娟. 故宮博物院的防雷歷史與經驗總結[C].中國紫禁城學術論文集第三集. 北京：紫禁城出版社，2000：390-399 .

作者簡介：李國偉，（1980-），男，漢族，北京市平谷區人，本科學歷，職稱：工程師，從事雷電和防雷檢測工作。