鉗形接地電阻測(cè)試儀在文物建筑防雷引下線(xiàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

李國(guó)偉　宋平健

摘要：????針對(duì)文物建筑防雷引下線(xiàn)多采用專(zhuān)設(shè)、明敷的方式，引下線(xiàn)的檢測(cè)包含接地電阻、引下線(xiàn)與接閃器之間電氣連接性能兩個(gè)參數(shù)測(cè)量的要求，本文提出了采用鉗形接地電阻測(cè)試儀測(cè)量文物建筑引下線(xiàn)參數(shù)的方法，即“鉗表法”。根據(jù)鉗形接地電阻測(cè)試儀的測(cè)量原理，建立了接地電阻測(cè)量的等效電路，分析各支路電阻的取值范圍，簡(jiǎn)化等效電路，求解出被測(cè)支路的接地電阻，進(jìn)而分析判斷出包含被測(cè)支路的環(huán)路電氣連接性能，其結(jié)果滿(mǎn)足防雷裝置檢測(cè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。最后通過(guò)對(duì)該測(cè)量方法的深入分析，探討了鉗表法的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：鉗表法，文物建筑，引下線(xiàn)，防雷裝置檢測(cè)

引言

雷電防護(hù)是文物建筑技防安全措施的主要內(nèi)容之一[1]，用以保護(hù)文物建筑的本體及其他技防系統(tǒng)設(shè)備的防雷安全。文物建筑----特別是具有歷史價(jià)值、科學(xué)研究?jī)r(jià)值和藝術(shù)價(jià)值的古建筑，由于其建筑結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)及年代久遠(yuǎn)等原因，很容易發(fā)生雷電災(zāi)害，導(dǎo)致建筑物的火災(zāi)、坍塌，造成不可再生的文化遺產(chǎn)的損失。資料顯示[2] [3] [4] [5] [6]，文物建筑物的防雷裝置檢測(cè)是依據(jù)相關(guān)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，按照規(guī)定程序?qū)Π惭b或運(yùn)行的防雷裝置進(jìn)行檢查、測(cè)量及對(duì)各類(lèi)信息綜合處理的全過(guò)程[7]，其中對(duì)防雷裝置的材料規(guī)格、連接狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量是綜合判斷防雷裝置性能的基礎(chǔ)性資料。文物建筑防雷裝置的檢測(cè)有其特殊性，這對(duì)投入運(yùn)行的文物建筑外部防雷裝置的檢測(cè)提出了新的要求。本文將對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析探討。

1.測(cè)量原理

使用鉗形接地電阻測(cè)試儀對(duì)含有導(dǎo)電回路的接地裝置的接地電阻進(jìn)行測(cè)量的方法稱(chēng)為鉗表法[10]。根據(jù)鉗頭的數(shù)量，鉗形接地電阻測(cè)試儀分為雙鉗和單鉗兩種類(lèi)型，單鉗表的結(jié)構(gòu)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(chēng)電磁變換器，由兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)形線(xiàn)圈鉗口（即電壓鉗口和電流鉗口）組成，用于輸出測(cè)量源信號(hào)和采集測(cè)試信號(hào)。測(cè)量原理圖見(jiàn)圖2。圖中NV電壓鉗口內(nèi)的電壓信號(hào)發(fā)生器線(xiàn)圈，NI為采集被測(cè)回路中電流信號(hào)的感應(yīng)線(xiàn)圈，兩線(xiàn)圈在工藝上具有良好的電磁屏蔽效果。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，將鉗頭套在被測(cè)引下線(xiàn)上，線(xiàn)圈NV將電壓發(fā)生器輸出的一定頻率的恒定信號(hào)E耦合到被測(cè)回路，在被側(cè)回路中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流i，該電流由線(xiàn)圈NI轉(zhuǎn)換得到信號(hào)I，經(jīng)計(jì)算得到了被測(cè)回路的電阻值，輸出在顯示屏上。需要特別指出的是，測(cè)試儀讀數(shù)并不是某一接地裝置的接地電阻值，而是一個(gè)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(dǎo)體的電阻，以及接地裝置間大地電阻的串并聯(lián)后的數(shù)值構(gòu)成。

2.引下線(xiàn)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(cè)試儀得到接地電阻值的方法。

該文物建筑為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物，設(shè)置了3條專(zhuān)設(shè)引下線(xiàn)、采用A型接地裝置，并沿建筑物的屋脊、斜脊及屋檐設(shè)置了接閃帶，防雷裝置采用銅材。為采用鉗式接地電阻?測(cè)試儀測(cè)量接地電阻的等效電路。RX為被測(cè)引下線(xiàn)的接地電阻值，?R1、R2分別為引下線(xiàn)1、引下線(xiàn)2的接地電阻值，RL為接閃帶、引下線(xiàn)等連接導(dǎo)體的電阻值，RE為被測(cè)引下線(xiàn)與引下線(xiàn)1、引下線(xiàn)2接地裝置間大地的電阻值?？梢?jiàn)，鉗形接地電阻測(cè)試的讀數(shù)RS為：

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[12][13]的規(guī)定：第一類(lèi)防雷文物建筑的防雷裝置宜采用銅材（其它類(lèi)別的防雷文物建筑可采用鋼材），接閃帶、引下線(xiàn)的截面積均不應(yīng)小于50mm2，獨(dú)立接地裝置的接地電阻不大于10Ω（第二類(lèi)防雷建筑物）或30Ω（第三類(lèi)防雷建筑物）[14]。對(duì)于一段長(zhǎng)度為25m的圓銅，其自身電阻約為8.4×10-3（圓鋼時(shí)約為4.8×10-2）Ω，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(cè)試的簡(jiǎn)化電路，見(jiàn)圖3。

3 應(yīng)用與探討

關(guān)于鉗形接地電阻測(cè)試儀的應(yīng)用，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

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

（2）引下線(xiàn)數(shù)量較多時(shí)，測(cè)試過(guò)程可簡(jiǎn)化

對(duì)于體量較大、引下線(xiàn)數(shù)量較多（如4條以上）的文物建筑，由于被測(cè)引下線(xiàn)的接地電阻////…遠(yuǎn)小于，故可近似認(rèn)為≈，即可直接將測(cè)試儀的讀數(shù)標(biāo)記為被測(cè)支路的接地電阻值，省略解析過(guò)程

（3）鉗形接地電阻測(cè)試儀不適用于僅有兩條引下線(xiàn)及獨(dú)立接地裝置構(gòu)成回路的情況

圖4在取消一條引下線(xiàn)接接地裝置后，圖5?的等效電路將簡(jiǎn)化為相關(guān)電阻的串聯(lián)回路，無(wú)論卡鉗卡在哪條引下線(xiàn)上，數(shù)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(cè)試儀不能測(cè)得采用環(huán)形接地裝置（即B型接地裝置）的接地電阻

當(dāng)文物建筑采用環(huán)型接地裝置時(shí)，引下線(xiàn)的上端與接閃帶連接、下端與閉合環(huán)型水平接地體連接，雖然接閃帶、引下線(xiàn)、水平接地極已經(jīng)構(gòu)成了測(cè)試回路，但水平接地極已將各條引下線(xiàn)的下端短路，導(dǎo)致構(gòu)成接地裝置的垂直接地極被排除在被測(cè)回路之外。

（5）不宜將鉗表法應(yīng)用于防雷裝置的竣工檢測(cè)

文物建筑防雷裝置安裝工程完成后，需要進(jìn)行竣工檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行，盡可能測(cè)量出接地裝置的實(shí)際電阻值，為后續(xù)的重復(fù)檢測(cè)留下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，三極法仍是目前最有效、最準(zhǔn)確的測(cè)量方法。由于鉗表法對(duì)某些測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行了近似處理，導(dǎo)致其結(jié)果必然會(huì)存在一定的誤差。因此，在防雷裝置的竣工檢測(cè)時(shí)，不宜采用鉗表法。

4結(jié)語(yǔ)

接地電阻測(cè)量的“鉗表法”，應(yīng)用全電路歐姆定律原理，采用非接觸式測(cè)量技術(shù)，無(wú)需斷開(kāi)引下線(xiàn)的斷接卡，無(wú)需在地面上設(shè)置輔助測(cè)試地極，既可測(cè)得文物建筑接地裝置的接地電阻，也能測(cè)得引下線(xiàn)與接閃帶、接地裝置的連接性能，且操作簡(jiǎn)便，重復(fù)測(cè)試的數(shù)據(jù)一致性好。針對(duì)文物建筑引下線(xiàn)的數(shù)量不同、接地裝置的型式不同，采用鉗表法，對(duì)于難以到達(dá)接閃帶位置的文物建筑防雷裝置檢測(cè)，具有特殊的應(yīng)用價(jià)值。另外，該方法也適用于倉(cāng)庫(kù)、設(shè)置有避雷線(xiàn)的輸配電桿塔、專(zhuān)設(shè)引下線(xiàn)的建筑物的接地電阻檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 16571-2012 博物館和文物保護(hù)單位安全防范系統(tǒng)要求[S]. 北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2013

[2]王時(shí)煦，于倬云，白麗娟. 故宮博物院的防雷歷史與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[C].中國(guó)紫禁城學(xué)術(shù)論文集第三集. 北京：紫禁城出版社，2000：390-399 .

作者簡(jiǎn)介：李國(guó)偉，（1980-），男，漢族，北京市平谷區(qū)人，本科學(xué)歷，職稱(chēng)：工程師，從事雷電和防雷檢測(cè)工作。