李國偉　宋平健

摘要：????針對文物建筑防雷引下線多采用專設(shè)、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(gè)參數(shù)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(shù)的方法，即“鉗表法”。根據(jù)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(jìn)而分析判斷出包含被測支路的環(huán)路電氣連接性能，其結(jié)果滿足防雷裝置檢測相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用條件及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：鉗表法，文物建筑，引下線，防雷裝置檢測

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)研究價(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(guī)格、連接狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的測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有其特殊性，這對投入運(yùn)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(jìn)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(dǎo)電回路的接地裝置的接地電阻進(jìn)行測量的方法稱為鉗表法[10]。根據(jù)鉗頭的數(shù)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(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。

鉗頭又稱電磁變換器，由兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)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(hào)和采集測試信號(hào)。測量原理圖見圖2。圖中NV電壓鉗口內(nèi)的電壓信號(hào)發(fā)生器線圈，NI為采集被測回路中電流信號(hào)的感應(yīng)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(shí)，將鉗頭套在被測引下線上，線圈NV將電壓發(fā)生器輸出的一定頻率的恒定信號(hào)E耦合到被測回路，在被側(cè)回路中產(chǎn)生對應(yīng)的電流i，該電流由線圈NI轉(zhuǎn)換得到信號(hào)I，經(jīng)計(jì)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(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(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物，設(shè)置了3條專設(shè)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(shè)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(dǎo)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?？梢姡Q形接地電阻測試的讀數(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(yīng)小于50mm2，獨(dú)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(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試的簡化電路，見圖3。

3 應(yīng)用與探討

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

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

（2）引下線數(shù)量較多時(shí)，測試過程可簡化

對于體量較大、引下線數(shù)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(yuǎn)小于，故可近似認(rèn)為≈，即可直接將測試儀的讀數(shù)標(biāo)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(dú)立接地裝置構(gòu)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(guān)電阻的串聯(lián)回路，無論卡鉗卡在哪條引下線上，數(shù)值都是相同值，且都等于（，不再能解析出或。

（4）鉗形接地電阻測試儀不能測得采用環(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、水平接地極已經(jīng)構(gòu)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(dǎo)致構(gòu)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(yīng)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(jìn)行竣工檢測，檢測過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行，盡可能測量出接地裝置的實(shí)際電阻值，為后續(xù)的重復(fù)檢測留下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，三極法仍是目前最有效、最準(zhǔn)確的測量方法。由于鉗表法對某些測量環(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時(shí)，不宜采用鉗表法。

4結(jié)語

接地電阻測量的“鉗表法”，應(yīng)用全電路歐姆定律原理，采用非接觸式測量技術(shù)，無需斷開引下線的斷接卡，無需在地面上設(shè)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(fù)測試的數(shù)據(jù)一致性好。針對文物建筑引下線的數(shù)量不同、接地裝置的型式不同，采用鉗表法，對于難以到達(dá)接閃帶位置的文物建筑防雷裝置檢測，具有特殊的應(yīng)用價(jià)值。另外，該方法也適用于倉庫、設(shè)置有避雷線的輸配電桿塔、專設(shè)引下線的建筑物的接地電阻檢測。

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 .

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