钳形接地电阻测试仪在文物建筑防雷引下线检测中的应用

李国伟　宋平健

摘要：    针对文物建筑防雷引下线多采用专设、明敷的方式，引下线的检测包含接地电阻、引下线与接闪器之间电气连接性能两个参数测量的要求，本文提出了采用钳形接地电阻测试仪测量文物建筑引下线参数的方法，即“钳表法”。根据钳形接地电阻测试仪的测量原理，建立了接地电阻测量的等效电路，分析各支路电阻的取值范围，简化等效电路，求解出被测支路的接地电阻，进而分析判断出包含被测支路的环路电气连接性能，其结果满足防雷装置检测相关技术标准的要求。最后通过对该测量方法的深入分析，探讨了钳表法的应用条件及注意事项。

关键词：钳表法，文物建筑，引下线，防雷装置检测

引言

雷电防护是文物建筑技防安全措施的主要内容之一[1]，用以保护文物建筑的本体及其他技防系统设备的防雷安全。文物建筑----特别是具有历史价值、科学研究价值和艺术价值的古建筑，由于其建筑结构、材料特点及年代久远等原因，很容易发生雷电灾害，导致建筑物的火灾、坍塌，造成不可再生的文化遗产的损失。资料显示[2] [3] [4] [5] [6]，文物建筑物的防雷装置检测是依据相关防雷技术标准的要求，按照规定程序对安装或运行的防雷装置进行检查、测量及对各类信息综合处理的全过程[7]，其中对防雷装置的材料规格、连接状态、运行参数的测量是综合判断防雷装置性能的基础性资料。文物建筑防雷装置的检测有其特殊性，这对投入运行的文物建筑外部防雷装置的检测提出了新的要求。本文将对这一问题进行分析探讨。

1.测量原理

使用钳形接地电阻测试仪对含有导电回路的接地装置的接地电阻进行测量的方法称为钳表法[10]。根据钳头的数量，钳形接地电阻测试仪分为双钳和单钳两种类型，单钳表的结构如图1所示，其中A为钳头、D为显示屏、E为扳柄等，BC为操作键。

钳头又称电磁变换器，由两个独立的环形线圈钳口（即电压钳口和电流钳口）组成，用于输出测量源信号和采集测试信号。测量原理图见图2。图中NV电压钳口内的电压信号发生器线圈，NI为采集被测回路中电流信号的感应线圈，两线圈在工艺上具有良好的电磁屏蔽效果。测试开始时，将钳头套在被测引下线上，线圈NV将电压发生器输出的一定频率的恒定信号E耦合到被测回路，在被侧回路中产生对应的电流i，该电流由线圈NI转换得到信号I，经计算得到了被测回路的电阻值，输出在显示屏上。需要特别指出的是，测试仪读数并不是某一接地装置的接地电阻值，而是一个完整回路的总电阻值，由各接地装置的接地电阻RX、R1、R2，各段连接导体的电阻，以及接地装置间大地电阻的串并联后的数值构成。

2.引下线的接地电阻值

下面以一座文物建筑为例，解析使用钳形接地电阻测试仪得到接地电阻值的方法。

该文物建筑为国家级重点文物保护的建筑物，设置了3条专设引下线、采用A型接地装置，并沿建筑物的屋脊、斜脊及屋檐设置了接闪带，防雷装置采用铜材。为采用钳式接地电阻 测试仪测量接地电阻的等效电路。RX为被测引下线的接地电阻值， R1、R2分别为引下线1、引下线2的接地电阻值，RL为接闪带、引下线等连接导体的电阻值，RE为被测引下线与引下线1、引下线2接地装置间大地的电阻值。可见，钳形接地电阻测试的读数RS为：

根据相关标准[12][13]的规定：第一类防雷文物建筑的防雷装置宜采用铜材（其它类别的防雷文物建筑可采用钢材），接闪带、引下线的截面积均不应小于50mm2，独立接地装置的接地电阻不大于10Ω（第二類防雷建筑物）或30Ω（第三类防雷建筑物）[14]。对于一段长度为25m的圆铜，其自身电阻约为8.4×10-3（圆钢时约为4.8×10-2）Ω，远远小于接地装置的接地电阻。

综合以上各因素，可以得到接地电阻测试的简化电路，见图3。

3 应用与探讨

关于钳形接地电阻测试仪的应用，应注意以下几点：

1. 由以上分析可知，钳形接地电阻测试仪的测量原理是应用了全电路欧姆定律，它测出的是回路系统的环路电阻值，而不是某一支路的电阻。

（2）引下线数量较多时，测试过程可简化

对于体量较大、引下线数量较多（如4条以上）的文物建筑，由于被测引下线的接地电阻////…远小于，故可近似认为≈，即可直接将测试仪的读数标记为被测支路的接地电阻值，省略解析过程

（3）钳形接地电阻测试仪不适用于仅有两条引下线及独立接地装置构成回路的情况

图4在取消一条引下线接接地装置后，图5 的等效电路将简化为相关电阻的串联回路，无论卡钳卡在哪条引下线上，数值都是相同值，且都等于（，不再能解析出或。

（4）钳形接地电阻测试仪不能测得采用环形接地装置（即B型接地装置）的接地电阻

当文物建筑采用环型接地装置时，引下线的上端与接閃带连接、下端与闭合环型水平接地体连接，虽然接闪带、引下线、水平接地极已经构成了测试回路，但水平接地极已将各条引下线的下端短路，导致构成接地装置的垂直接地极被排除在被测回路之外。

（5）不宜将钳表法应用于防雷装置的竣工检测

文物建筑防雷装置安装工程完成后，需要进行竣工检测，检测过程应严格按照相关规范的要求进行，尽可能测量出接地装置的实际电阻值，为后续的重复检测留下数据基础，三极法仍是目前最有效、最准确的测量方法。由于钳表法对某些测量环节进行了近似处理，导致其结果必然会存在一定的误差。因此，在防雷装置的竣工检测时，不宜采用钳表法。

4结语

接地电阻测量的“钳表法”，应用全电路欧姆定律原理，采用非接触式测量技术，无需断开引下线的断接卡，无需在地面上设置辅助测试地极，既可测得文物建筑接地装置的接地电阻，也能测得引下线与接闪带、接地装置的连接性能，且操作简便，重复测试的数据一致性好。针对文物建筑引下线的数量不同、接地装置的型式不同，采用钳表法，对于难以到达接闪带位置的文物建筑防雷装置检测，具有特殊的应用价值。另外，该方法也适用于仓库、设置有避雷线的输配电杆塔、专设引下线的建筑物的接地电阻检测。

参考文献

[1] GB/T 16571-2012 博物馆和文物保护单位安全防范系统要求[S]. 北京，中国标准出版社. 2013

[2]王时煦，于倬云，白丽娟. 故宫博物院的防雷历史与经验总结[C].中国紫禁城学术论文集第三集. 北京：紫禁城出版社，2000：390-399 .

作者简介：李国伟，（1980-），男，汉族，北京市平谷区人，本科学历，职称：工程师，从事雷电和防雷检测工作。