鉗型接地電阻測試儀在防雷檢測中的應用研究

吳子夜 （安徽省建筑工程質量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230000）

0 前言

鉗型表是日常維護的必備測試工具，主要用于檢測電壓、電流以及頻率等相關數據，具有較高的數據分辨率，在技術上具有可行性?，F代研究認為，鉗型接地電阻測試儀的出現是傳統(tǒng)接地電阻技術的重大突破，相關技術的出現可以滿足氣象防雷、建筑物電氣設備接地的重要組成部分。因此為更好地了解鉗型接地電阻測試儀的使用以及操作方法，應分析該裝置在防雷檢測中的應用方法，這也是本文研究的主要目的。

1 鉗型接地電阻測試儀的技術原理與技術要求

1.1 技術原理分析

鉗型接地電阻測試儀在檢測接地電阻過程中，主要是依照回路電阻變化完成測量的，在電流量檢測中，該裝置的鉗表部分由電流線圈以及電壓線圈兩部分組成，其中電壓線圈可以提供穩(wěn)定的激勵信號，同時在被檢測回路上感應電勢E；在電勢E的作用下可以在被檢測回路上形成電流I，鉗型接地電阻測試儀通過記錄電流I與電勢E 的參與，即可判斷被檢測電阻水平[1]。

在鉗型接地電阻測試儀檢測電流過程中，該裝置的技術原理與電流互感器類似，當被測量導線交流電流I通過鉗口電流磁環(huán)以及電流線圈產生一個感應電流，鉗型接地電阻測試儀可以直接檢測到感應電流參數，并反推計算出被檢測電流水平。

1.2 技術要求

鉗型接地電阻測試儀的技術要求數據如表1所示。

鉗型接地電阻測試儀側技術要求 表1

1.3 技術發(fā)展

鉗型接地電阻測試儀是近些年快速發(fā)展的儀表，得益于微型計算機技術的變革，該裝置的功能也得到了進一步的完善，在低阻檢測中的精度明顯提升，并且能夠獲取大量的檢測數據，在防雷檢測中通過鉗型接地電阻測試儀不需要打樁放線測量，整個測試過程都是在微處理器的作用下完成的。以法國公司生產的6411 型鉗型接地電阻測試儀為例，該裝置開啟了防雷檢測的新篇章，該裝置的主要特征，就是在防雷接地過程中不需要設置輔助地棒，只需要鉗上地線就可以檢測出接地電阻水平，該裝置采用了單鉗口的基礎形式，具有測試速度快、操作方法簡單等優(yōu)點，但是從設備的早期應用情況可以發(fā)現，該裝置的精度偏低，尤其是當接地電阻小于0.7Ω 時，該裝置則難以分辨其中的數據變化。隨著該技術的進一步發(fā)展，GEOX 雙鉗口裝置出現，該裝置無論是檢測范圍還是測量精度都有明顯提升，但是該裝置采用了電磁感應的技術原理，所以在檢測期間更容易受到外部因素的影響，導致該裝置無法適應復雜條件下的防雷檢測要求[2]。相比之下，我國國產的鉗型接地電阻測試儀近些年得到快速發(fā)展，例如華天電力公司所生產的ET3000 雙鉗多功能充分結合了伏安法技術原理以及鉗口法的優(yōu)勢，再配合先進的計算機控制系統(tǒng)成為當前防雷檢測的有效裝置，該裝置的精度高，成為高壓鐵塔、避雷裝置以及建筑大樓防雷檢測的新型裝置，具有優(yōu)勢。

2 鉗型接地電阻測試儀的應用方法

在防雷檢測中，鉗型接地電阻測試儀通常采用多點接地以及單個接地極的方法，其中的關鍵技術內容包括以下幾點。

2.1 單個接地極

從技術原理來看，在使用鉗型接地電阻測試儀時能檢測出回路電阻參數，并借助多回路的檢測結果計算出電阻值，該電阻值才是回路中的總電阻值，該電阻值近似于要檢測的接地電阻值，而該條件在很多情況下在單點接地系統(tǒng)中是難以實現的。但是在具體操作過程中，可以測試防雷引下線周圍的接地極，這種方法在人為設定一個或者多個回路之后，形成了一種類似多回路的系統(tǒng)結構，在該架構的基礎上進行測試，即可獲得電阻參數。例如在鉗型接地電阻測試儀檢測過程中，防雷檢測可以將已埋地金屬管道、其他接地極、建筑地網的結構聯(lián)系在一起，必要時添加輔助導線，使其成為閉合回路，再檢測接地極接地電阻即可。同時在日常檢測中也可以通過類似方法，通過鉗型接地電阻測試儀來檢測單個接地極的聯(lián)通情況，最終完成整個系統(tǒng)的檢測。

2.2 多點接地系統(tǒng)

①在自然接地電阻測量中，當被保護物上的避雷網中設置了大量引下線時，每根引下線上都設置了對應的接地極，此時該接地極在閉合之后并與等電位聯(lián)結，通過鉗型接地電阻測試儀所檢測的電阻值并非接地極的接地電阻，而是綜合回路的電阻值。在建筑工程項目以及防雷工程中，建筑物中大量使用了鋼柱、鋼筋等為自然引下物，借助基礎主筋形成自然接地極，此時整個建筑物形成了大量等電位閉合回路，再加之所有接地極以及引下線等裝置被隱藏在混凝土結構中，在這種情況下通過鉗型接地電阻測試儀進行檢測，設備所測量的參數是鋼筋焊接結構或者綁扎鋼筋等所形成的回路電阻[3]。此時在檢測過程中，假設整個建筑物的鋼筋焊接情況良好，不存在無效焊接的情況，所檢測的回路電阻值達到了0.2-0.6Ω；相同工況下但是鋼筋采用了綁扎的工藝時，則回路電阻值可能達到300Ω甚至更大值。

②人工接地體接地電阻的檢測中，當防雷裝置接地極由兩個及以上的獨立接地單體組成時，此時所測量的電阻值會隨著相鄰接地極之間的距離以及周圍環(huán)境等因素影響而發(fā)生變化，例如距離短、周圍土壤電阻率低、連接良好時，所測得的電阻值偏小，反之則偏大。

在檢測建筑物整體接地電阻值以及各獨立接地極時，其中的關系可以按照公式（1）進行解讀。

在公式（1）中，Rx為防雷引下線的接地電阻參數；R n為建筑物其他防雷引下線的接地電阻。

在防雷檢測中，假設電阻的數量為n個，0R為 1R……Rn接地電阻并聯(lián)之后的等效電阻，在這種情況下雖然 0R并非傳統(tǒng)電工學理念上的并聯(lián)值，但是與正常電工學意義上的并聯(lián)值相比，R0的參數更大。此時考慮到每個接地體的接地半徑距離更小，但是接地點數量大，所以此時在檢測R0時所獲得的參數要明顯小于Rx，所以根據這一結果可以假設當R0=0時，此時獲得的電阻參數在實際上為Rx，這是在檢測過程中需要重點考慮的問題。

2.3 雙鉗法獨立接地體檢測

在雙鉗法測試過程中需要設置一個有效閉合電路，而學術界在解決這一問題時，所采取的技術手段就是設定一個輔助接電極，該裝置通過與被測接地物體之間實現良好接體，再將第二個鉗口接入連接線上，兩者之間的間距被控制在30cm 左右，此時啟動鉗型接地電阻測試儀的“雙鉗”按鈕即可進入到雙鉗法檢測界面上，再通過設備的“測量”功能顯示結果，該技術的主要優(yōu)點，就是可以根據接地電阻的不同工況選擇相應的測量方法。而當機房處于低樓層時，為提高檢測結果的精準度還可以配合地樁測試的方法計算出接地電阻參數。當機房處于高樓層時，可通過獨立接地體的測試方法，該方法是將自來水管網的接地電阻理論上認定是零歐姆，在此基礎上進行測量，此時整個檢測過程可以分為兩個環(huán)節(jié)進行，其中的第一步，是根據“獨立接地體”測量電阻RA；第二步則是在單獨一樓上將自來水管按照接地電阻地樁的方法測量出電阻值RB，通過計算RA-RB所獲得的電阻值就是接地裝置的實際電阻值[4]。在使用該方法時若發(fā)現測量值溢出，則證明被檢測電阻已經超過儀表本身的測量方法，或者鉗口位置未纏繞任何金屬導體等，應該引起重視。

2.4 關鍵功能

除了上文介紹的功能之外，鉗型接地電阻測試儀在防雷檢測過程中的關鍵功能還包括以下幾方面：①設置報警功能。在啟動裝置之后，電機“AL”鍵開啟或者關閉報警功能，按住“SET”鍵選擇設置電流、電阻以及電壓報警值；在裝置操作中可根據“MEM”鍵以及“AL”鍵改變當前的數字大小，并通過“MODE”鍵調整報警模式。②數據鎖定。在鉗型接地電阻測試儀開機穩(wěn)定之后，按住“HOLD”鍵完成鎖定，該裝置同時會保存數據，此時再點擊“HOLD”鍵可以退出鎖定模式。③數據的儲存與查閱。在鉗型接地電阻測試儀啟動并測量時候，根據“HOLD”鍵儲存數據，在“MEM”符號閃爍之后系統(tǒng)開始自動編號，此時當裝置的儲存已滿，儀表上僅會顯示“MEM”符號；點擊“AL”后以步進值為1進行測量，再點擊“MEM”退出信息查閱過程。④開機。準備鉗型接地電阻測試儀之后，啟動裝置的“POWER”鍵，此時當液晶顯示器上顯示了所有符號之后即可對鉗型接地電阻測試儀進行校正；若開機時屏幕上顯示“OLΩ”，則證明裝置進入到自動測量模式。若裝置沒有正常開機，則在屏幕上會通過“Er”來取代“POWER”，操作人員在按住“POWER”鍵之后即可用自動測試液晶顯示器顯示所有符號。之后儀表自動校準模式，顯示屏上顯示“OLΩ”意味著裝置可以自動的量電阻。

2.5 在現場檢測中的應用

根據上文介紹的內容，在鉗型接地電阻測試儀檢測中需要重點關注以下問題：①在單個接地極系統(tǒng)檢測中，在被檢測接地體周圍尋找到一個獨立且接地效果良好的接地體（通常選擇建筑物以及臨近管道等），通過將被測接地體與接地體之間用一根測試繩連接在一起。此時在檢測過程中考慮到鉗型接地電阻測試儀所檢測的電阻值屬于測試線阻值與接地電阻的串聯(lián)值，所以在檢測過程中可考慮將測試線頭尾相連之后再用鉗型表測出測試線的阻值；而假設該裝置所檢測的結果顯示電阻值不足1Ω，則可以認為該接地體之間存在兩個接地體電氣連通情況。②在構筑物電氣連通中的應用。在該裝置中為判斷建筑物接地網間的電氣連接情況，需要技術人員判斷高層建筑物門窗是否做等電位聯(lián)結、建筑物防雷引下線是否斷裂等[5]。③在加油站接地系統(tǒng)檢測中，需重點考慮以下幾方面因素的影響：裝卸點電氣連通檢測與儲油罐檢測；測試加油槍的電氣測試情況；測試加油機的接地情況；判斷獨立避雷針與油罐是否電氣連接。

3 應用對比

作為一種現代化的檢測手段，鉗型接地電阻測試儀在防雷檢測中發(fā)揮著重要作用，與傳統(tǒng)的伏安法檢測技術相比，鉗型接地電阻測試儀的特征主要表現為以下幾方面：①操作方法更加便捷。在傳統(tǒng)的檢測中需要設置輔助接地極并將接地線接扣等。當被檢測的接地極從接地系統(tǒng)中分析之后，還需要將電壓機以及電流機等按照特定的距離打入到土中才能進行檢測。相比之下，若采用鉗型接地電阻測試儀進行防雷檢測中只需要將鉗口與被測接地線連接在一起，通過微型電腦來顯示電阻值。②測量的精準度更高。在傳統(tǒng)測量方法下，防雷檢測結果的精準度受到輔助電極位置的影響，輔助電極與接地體之間的相對位置也可能導致最終檢測結果出現差異。此時若堵住電極的位置受到限制之后，則最終結果會受到影響。同時對于同一接地體，所對應的不同輔助電極位置會導致最終測量結果出現分散性問題，而這個分散性會影響測量結果的可信度。相比之下，在采用鉗型接地電阻測試儀進行檢測后不需要設置輔助電極，因此也不會出現布極差異；為進一步提高檢測結果的精準度，則可以采用鉗型接地電阻測試儀進行重復檢測。③對環(huán)境的適應性更強。在傳統(tǒng)方法下需要設置兩個具有相同位置的輔助電極，這也是制約傳統(tǒng)方法應用的重要因素。而在實際上，隨著我國城市化發(fā)展，接地體周圍難以尋找到符合條件的土壤，大部分位置被水泥覆蓋，這種工況難以滿足對輔助電極的使用要求，在防雷檢測中尋找到符合標準的土壤存在難度。而在應用鉗型接地電阻測試儀進行防雷檢測后則不需要考慮上述限制條件的影響，雖然從技術測量原理來看，在使用鉗型接地電阻測試儀中需要設定接地環(huán)路，但是在確保合理利用周圍情況時，通過單點接地也能取得滿意的檢測效果。

4 結語

在防雷接地檢測中，通過鉗型接地電阻測試儀有助于顯著提高檢測效率，與傳統(tǒng)技術相比，該技術最主要的特征就是避免設置輔助接地極，并快速檢測接地回路電阻參數，具有操作簡單、測量效率高等諸多優(yōu)點。所以為進一步提升該裝置的測量精準度，相關人員應掌握鉗型接地電阻測試儀的工作原理以及操作方法，充分發(fā)揮該裝置的優(yōu)勢，這對于提升防雷檢測水平的意義重大，值得關注。