[文章]：接地电阻不可测还是不会测

sudan2008

——评《“接地电阻”不可测，应予废弃》


摘 要：《“接地电阻”不可测，应予废弃》一文将接地电阻的难测说成不可测，并以接地电阻的不可测和高压静电表演为据提出“废弃接地电阻”。本文分析了其逻辑、观点和思想方法之错误，指出不能空谈物理学的学习，理论应联系实践，应立足于解决防雷领域中的实际问题。
关键词：科学方法论，接地电阻，静电，用电
1、 前言
正当我国防雷人艰难地从“手机引雷”的误区中走出来之时，又听到了另一个不和谐的声音。《“接地电阻”不可测，应予废弃》（以下简称《废》文）提出“接地电阻不可测”，“用电安全何需接地”，并以此为据提出“接地电阻应予废弃”。本文从科学方法论进行分析，阐明《废》文的观点是不符合辩证法的和错误的。同时指出接地电阻不是不可测，而是如何测的问题。接地和接地电阻是多学科专业技术的基础，百年来为工业、生产、生活及科研的实践所证实，须臾不可离。提出接地电阻应予废弃无疑与世界百年工业史相悖。物理学作为一门基础学科应服务于各项专业技术，特别是电力和防雷技术，这种服务应建立在理论与实践相结合的基础之上。理论脱离实践，或者理论工作者不从事实践，不仅理论没有发展前途，有时还会闹出低级笑话来。
2、 科学方法论的应用应当慎重
2.1、对科学方法论的认识
什么是方法论？《辞海》解释道：方法论是“认识世界和改造世界的根本方法”，“用世界观去指导认识世界和改造世界，就是方法论”。科学方法论，就是在一定的世界观指导下从事科学实践活动的方法、手段和途径。
《废》文引用了李政道博士的简短解释：“任何一种科学实验必须明确提供实验所用的仪器、实验原理、方法及步骤，让任何人都可以重复这个实验并测得相同的数据结果。这种不因人而异的测量结果的可重复性是科学实验的最重要标志。”
《废》文进一步解释道：“反映物质世界规律的定律、学说则必须有精确的数量关系。科学实验就是用以检验这种数量关系的不依人们意志为转移的客观存在。任何一种科学实验必须明确提供这个实验所用的仪器、实验原理、方法及步骤，让任何人都可以重复这个实验并测得相同的数据结果（在允许的实验误差范围内）。这种不因人而异的测量结果的可重复性是科学实验的最重要标志。”
这个解释涉及的对科学的判断标准，只是经典方法论中的实验论，而不能涵盖整个科学方法论的内容。
作为方法论和认识论的基础，是唯物辩证法。唯物辩证法有三条基本原理：矛盾的统一，量变到质变以及否定的否定。谈到科学方法论，不能脱离唯物辩证法的这三条基本原理，尤其要考虑科学技术是在不断发展和进步的。
笔者无意和无力评论李政道博士对科学实验所做的解释。不过，对它的判断标准“测量结果的可重复性”和“精确的数量关系”的应用，笔者认为还是应该有条件的或慎重的。因为科学的测量应考虑允许有一定范围的变化或误差，而且应考虑科学发展的相对水平。否则，容易造成误判，甚至走向另一个极端。
此外，判断标准中的两个“任何”，也不是放之四海而皆准的公理。不是“任何”科学实验都可以用这个标准给予简单的判断；也不是“任何”人都可以重复实验并得到重复性的结果。至少要有一定技术知识水平的人才能进行实验嘛！
2.2、科学方法论的应用是有局限性的
科学方法论有很多种，任何一种方法论都有其科学的体系和适用范围。
“科学方法与科学内容是息息相通的。每一种科学方法都是局限在某一种科学范式、科学体系之中。实际上，根本就没有可以完全普遍化的科学，包括像物理学这种以严格著称的科学。比如牛顿力学和爱因斯坦相对论都不能被一个框架统一起来，两者之间有一种非连续性或质的差别。”（张祥龙：《呼吁摧毁对“中医科学方法论”的糊涂崇拜》）
随着生产力的发展和科学技术的进步，科学方法论也在不断发展和进步。科学方法论对于科学研究工作有着极端重要的指导作用。正确的方法论以及方法论的正确应用必然导致科研正确的研究结果，错误的方法论或方法论的不当应用则可能使科研归于失败或造成谬误。
在我们应用科学方法的时候，还要注意，不要陷入形而上学的泥坑。通俗的讲，形而上学有两种意思。一是指用孤立、静止、片面、表面的观点去看待事物。二是指研究单凭直觉（超经验）来判断事物的哲学。（维基百科全书）
科学方法论的不当应用不仅会使方法论本身陷入尴尬，陷入形而上学的泥坑，而且容易造成失误。这方面的例子很多，随手拈来就有：
高电压的放电实验，特别是空气间隙的冲击高电压的放电实验就难于得到“重复性的结果。”一个空气间隙的冲击放电电压总是在一个较大的范围内变化，你能说它不具有“重复性的测量结果”而否定这种实验的必要性和科学性吗？
我国的传统医学——中医为我国人民服务了几千年，并正在向世界广泛传播。可是，若一个病人同时找几个中医生看病开方，却不可能得到完全相同的处方，我们能因此判定中医不符合科学方法论的判据而不科学吗？
中医的经络学，是针灸治疗的基础，人们能感觉到它的存在，特别是在接受针灸治疗时，更能获得强烈的针感。古代医学已能绘制出详细的经络图，可是至今找不到物质形态的经络的存在，甚至通过现代解剖学也找寻不到经络的踪迹。按经典科学方法论，它也会被判定为不是科学的。
2.3、科学方法论的应用应考虑发展与变化
我们还记得，在上世纪七、八十年代，“意念搬运”、“远距感应”等“特异功能”曾在我国广为传播，社会媒体也频频报导，以致家喻户晓。无可否认，当时的气功界良莠不齐，相当数量的“特异功能”是虚假的和骗人的，关于“特异功能”的宣传报导也有夸大其词。究竟有无“特异功能”，它是科学，还是瞎说，如何判定？就成为普通百姓关心的重要课题。当年我国科学院院士何作庥、于光远教授发起了对“特异功能”的批判，所用的武器就是科学的方法论。因为“特异功能”的实验和表演不能得到重复性的效果。于是，“特异功能”因不符合科学方法论的“可重复性的科学实验”被否定为伪科学，并提高到    和意识形态受到广泛批判。何、于等人也成为向伪科学进行斗争的科学卫士。从那以后作为“伪科学”的“特异功能”就销声匿迹了。
对于一种现象，或一项科学内容的鉴别，至少应从“一分为二”入手，区分真伪，分别对待。不能好坏不分，一棒子打死。如果像俗话谑称的那样，“倒洗澡水连孩子一齐泼掉”就不好了。对“特异功能”的否定似有“一齐泼掉”之嫌。
有科学家对全盘否定“特异功能”提出质疑。虽然“特异功能”不存在于所有人中，只是个别人偶有“特异功能”，这就是一件值得研究的现象。在现阶段不能进行重复性的实验，并不能肯定以后也不能进行重复性的实验。因为科学是在不断地进步，今天不能做的实验，以后科学进步了，也许就能进行实验了。
实事正是如此。据新华网北京2004年7月1日（记者李斌）报道说：“经过7年努力，中国科学家潘建伟教授等日前通过实验，成功使一定空间范围内的5个光子之间存在了‘感应’效应，从而在国际上首次实现了五粒子纠缠态以及终端开放的量子态远距传输（teleport）的实验，这标志着中国在量子纠缠领域超越美、法和奥地利等国进入国际领先水平。”
国际权威杂志《自然》也多次发表了中国科技大学潘建伟教授的论文，报导完成这一重大研究成果的新闻。
“量子态远距传输”的实现之所以具有突破意义，就在于它实现了所谓经典物理学认为不可能的事儿。在经典物理学里，能量和信息的传递与转换都是物质接触或物质联接的。而“量子态远距传输”没有物质接触、也没有物质联接，就实现了信息传递、并由信息和能量转换实现了物理学上的物质可能。用术语说，那就是用非物质接触联接的手段实现了所谓的物理学的信息传递。
量子信息学告诉人们，在微观世界里，不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫“量子纠缠”，被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”。科学家认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和“万无一失”的量子保密系统的基础。
何作庥院士以及他的支持者们声言“牛顿力学以外的力学是不存在的”、“量子力学不过是对牛顿力学的修正”。“量子态远距传输”的实现，证明了量子力学的存在、证明了相关理论的正确，证明了“特异功能”的可能存在。这是对何等人否定“特异功能”的否定。最近，何作庥院士声明不再关注“伪科学”，而只是说“反对伪气功和****”。（注：以上内容摘自《新华网》）
本文无意讨论科学方法论问题，也不讨论“特异功能”是不是有，是不是伪科学的问题，而是想说，不能用科学方法论简单地否定一项科学的实验，在用科学方法论的判据进行对某项科学的判定时，应该特别谨慎。
周文斌在他的《重视科学方法论研究》中指出，各个不同的学科，有着不同的科学方法。科学方法论也是一个开放的、发展的科学体系，它是通过具体的科学方法而深入到科学研究全过程的。时代在进步，科学在发展，科学方法论也要有相应的进步和发展。在科研工作中，借用前人的科学方法是很必要的，创建新方法同样是不可缺少的。
3、 应以发展的观点看欧姆定律的定义
《废》文对欧姆定律的定义的理解似乎仍处在欧姆的时代。《废》文说：“第一要审查其理论基础。欧姆定律有其适用范围，超出了，就必犯根本性错误！最重要的就是它只适用于金属，不论电流强度I多大，R均为恒值（指温度不变）。”
《废》文还说：“欧姆定律适用的范围是金属材料，它表述的是电路中电压与电流之间恒成正比这个关系。”
事物是发展的，科学与工业在进步，电阻的定义和我们对电阻的理解也应进步，不能老停留在一百多年以前欧姆的时代。其实，对电阻的定义和理解早就变了，上世纪五十年代俞大光编著的《电工基础》，对电阻的看法就没有固执于“为恒值”。《电工基础》在欧姆定律一节中说道：“实际上电阻可分为两类：一种电阻在不同的电压或电流下能保持常量，我们称之为线性电阻；另一种电阻的量值随所施电压或所通过的电流的不同而有显著的变动，我们称之为非线性电阻。”
《废》文还说，欧姆定律定义的电阻R“不管函数多么复杂，这样定义的物理量总能准确测定，不因人而异，所以这个定义是科学的。”《废》文强调电阻一定是可测的，否则就不是电阻，或是不科学的什么玩意儿。
其实，细心的读者可以发现，《废》文在这里已表现出了矛盾：前面说欧姆电阻为恒值，这里又说不管R的函数多么复杂。既然R的函数复杂，那就不是恒值了。
不仅如此，《废》文的矛盾更多地是表现在一方面固执认为欧姆定义中电阻为不变的恒值，另一方面又声称在防雷领域继续以“路”的观点来分析问题不行了。
我们知道，电阻的种类很多，有的能够准确测定它的阻值，有的就难测，或不能测定它的阻值。
在恒定阻值的电阻中，又分高值、中值和低值电阻。只有中值电阻比较好测，而高值电阻和低值电阻则比较不好测了。对于含有电感成分的低值电阻，如大型变压器的绕组电阻，则更不好测，但都能测准。
除恒定阻值的电阻外，还有许多种非线性电阻，它们的阻值就很难，甚至根本不能测定。例如
（1）避雷器和SPD中的碳化硅和氧化锌阀片的电阻是非线性的，就很难准确测定。
顺便指出，在电力试验中，需要测量阀性避雷器的非线性系数α。这一测试已经运用了几十年。非线性系数α的表达式为：
在这个公式中，系数A具有电阻的概念，把它看成一个常数，电流就变成了α次方。如果继续保持电流为一次方，则系数A就不能保持为常数，而只能是电流I的函数了：
比较上述两式，可见欧姆定律的发展和伸延。
（2）气体放电通道、电弧弧道（包括雷电流通道）的电阻也是非性线的，能准确测定吗？不能。
（3）在电机的控制中还有负电阻的概念，即电压与电流方向相反的电阻，能用普通仪器仪表测定吗？也不能。
（4）波阻抗是一个具有恒定阻值的纯电阻，具有与电阻相同的单位欧姆。但电流通过它并不发热，没有欧姆损耗。当然，要测它的阻值是可能的，但它的定义与欧姆电阻的定义大相庭径。
可以举例出更多的电阻，它们不一定都能测，都可测。我们能说那些不可测的电阻都因不符合科学方法论的判据，都是不科学的吗？
电力工业发展一百多年来，人们对欧姆定律的认识，以及对电阻的认识都有了极大的发展。《废》文用孤立、静止、片面、表面的观点去看待欧姆定律，正是陷入了形而上学的泥坑。
4、 “接地电阻不可测”说法依据不足
《废》文提出“废弃接地电阻”的依据之一在于接地电阻不可测，不满足科学方法论中“测量结果的可重复性”的判断标准。
《废》文断言“接地电阻不可测”本身都不符合科学方法论的判断标准。
4.1、一个案例不能判定“接地电阻不可测”
谈到接地电阻，其实它是可测的，只是影响它的因素比较多，比较难测而矣。它并不属于上述那些不可测的非线性电阻之例。
《废》文断言接地电阻之不可测，依据为：“2002年黑龙江省防雷中心关屹瀛等6名负责防雷检测的技术干部用一台从    进口的高级地阻测试仪对选定的一个建筑物地网进行28次测量，测得的读数共有14种：……，测得的最小值为0.7Ω，最大值为100Ω,两者相差达160倍！”
这仅仅是一个例证！而且，这个例证讲的是接地电阻的测量结果相差很大，并没有说接地电阻不可测，或测不出来。
在这个唯一的例证中，《废》文没有说明测量者所采用的测量方法、接线，测量条件以及仪器仪表等有关操作方法的情况，这些都是与测量结果准确与否有密切关系的因素。
在这个唯一的例证中，《废》文没有说明测量者的技术水平状况，不能消除人们对他们是否具有正确测量接地电阻能力的怀疑。
在这个唯一的例证中，《废》文没有说明测量当时的季节和气象条件，这些信息与土壤潮湿有关，对接地电阻有很大影响。
测量接地电阻常常会遇到各种困难，一遇到困难，不分析原因，不思努力，克服困难，就喊不可测。这不是科学的态度。
《废》文怀疑和否定一百多年来不断发展和改进的接地电阻的测量，必须以充分的统计计算资料作为依据，那能以一个案例证就下结论呢？何况这个案例本身就有好多疑点。《废》文在此表现出的治学态度也太轻率了！
4.2、接地电阻是可测的
接地和接地电阻的测量是随着电力工业的发展一直沿用至今的，接地电阻的测量方法也是在不断改进的。这项试验是电力系统中投产和定期试验的必测项目，也是防雷检测的主要项目。的确，接地电阻的测量是有相当难度的，特别是大型变电站和水电厂的大型和超大型接地网的接地电阻的测量，接线和测量技术复杂，测量与测试组织工作量都很大，测量时兴师动众。要测准接地网的接地电阻，不仅要求掌握正确的测量接地电阻的方法，而且要求测量者们必须具有对测量工作认真负责、一丝不苟和艰苦顽强的工作作风。
不可否认，目前许多防雷人员对接地电阻的测量感到困难，是因为没有正确掌握测量接地电阻的原理和方法，也不熟悉判断是否测准的方法。为此，笔者著有《接地电阻及其测量》一文，发表在《中国电子商情 防雷技术》杂志2005年第11期，可望对防雷人员有所帮助。
4.3、“废弃接地电阻”不是科学的态度
对于接地电阻的难测，或难测准，正确的科学的态度是改进现有测量方法，或研究开发出新的测量方法和测试设备，目的是测准接地电阻，降低测量接地电阻的测量难度和测量工作量。如果说接地电阻难测准，或“不可测”，就要“废弃接地电阻”，这无异于因噎废食。这不是科学的态度！
5、 40万伏高压球的表演不能用作废弃接地电阻的依据
在《废》文中有一段描述静电表演的试验：
“那么，用电安全需要接地吗？中国科技馆有一个很好的物理演示实验做出了回答：一个女孩子手触40万伏高电压的球形电极，长发飘起，安然无恙，但是她脚下接触的是绝缘的基座。”
《废》文不仅为废弃接地电阻找到了“科学依据”，而且进一步得出电力安全也不需要接地的结论。
俗话说，“外行看热闹，内行看门道”。显然，《废》文作者只看到了表面的热闹和新奇，而没有了解其中的道理和奥妙。
上述实验是一项静电表演实验，与“用电”毫无关系。因为“用电”是属于电力的范畴。可以计算（见附录），当对地电压为40万伏时，半径为100cm球体，加上小女孩的身体电容，总的电荷只有约80微库仓，对应的能量约16焦耳。16焦耳的电能有多大呢？不到百万分之五千瓦时，一个16瓦的灯泡点燃一秒钟！这么小的能量根本不具有作为电力的实用价值。
如果球体对地绝缘不良，以1μA的电流泄漏，只要一分多钟的时间，这些电荷就全跑光了。如果直接接地，瞬间球上电荷就放光了。当然，还有静电发生器持续给它充电，可是，静电发生器的充电容量很小，通常只够补偿空间电晕电流和绝缘泄漏电流的损失，而不允许在球体接地的情况下运行工作。因此，要求球体对地有很高的绝缘电阻值，这是进行本项表演试验的必要条件。
静电是不能用于做功照明的，正如不能将雷电引下来做功一样。虽然静电和电力都“姓”电，但两者相差甚远，可不能将它们混为一谈啊！
《废》文没有描述这项实验的表演的全过程，让我们来补充描述。原来做这项表演还要遵循严格的操作规定。作为表演者的小女孩要在无电压前先站上表演台。小女孩站好后，用手紧密接触球体（或用导线将球体与小女孩联在一起），不能有丝毫松动离开。其他参观的人则要离开她一定的空间距离，不能与她有任何接触。当这一切准备好后，才能开启静电起电机给大球充电。随着电压的上升，女孩的头发因“尖端放电”而竖立起来，长发飘起。这时女孩处于高电位，她不能触摸任何接地的物体，也不能松开按摸的球体的手，站在地面上参观的人也不能伸手触及她。否则，强烈的放电将发生在她与触摸她的人之间，两人都将遭到危险的电击。
这项试验原本是告诉人们，高电位对人身安全无害。从这项表演试验根本不能得出“用电不需接地”的结论。
6、 “废弃接地电阻”不科学
4.1、要“废弃接地电阻”，还是废弃接地系统？
《废》文以“接地电阻不可测”和静电表演试验得出了“接地电阻可以废弃”的结论。但《废》文并没有明确所要废弃的只是接地系统的电阻，还是连接地系统（网）都一齐废弃不要了？
如果只废弃接地系统的电阻，仍保留接地系统的话，那表征和判断接地系统或接地网好坏的物理量又选取什么参量和单位呢？如果《废》文要“废弃”的不仅有接地网的电阻，还有接地网本身，那我们又要问，没有了接地网，防雷工作怎么做？电力系统又如何运行？
4.2、要“废弃”什么接地电阻？
我们知道接地系统包括防雷接地，安全接地，保护接地，工作接地，静电接地等，它们各有各的用途，不知《废》文要废弃的只是防雷接地，还是所有各种各类接地？如果所有的接地系统都废弃了，那电力生产，通信，铁路，监控，保护等系统又如何运行？或者说只废弃防雷接地系统，而保留其它部门的接地系统。那样的话，这些被保留的接地系统还有一个接地电阻的测量问题，又该如果处理？
4.3、没有接地系统，防雷如何做？
我们知道，防雷包括防直击雷，防感应雷，防雷电电磁辐射干扰等内容。没有了接地系统，所有这些防雷工作任务怎么处理？看来，至少防直击雷的避雷针是装不成了。
可是我们又不明白，如果防直击雷装置无地可接，或不接地，而被保护设备却是接地的，或立于大地上的，它们怎么脱离开大地？是悬空起来，挂在半空中，还是在所有建筑物的底部都装上绝缘层？再有，离子球防雷装置中要用电源，而电源本身就有接地，对这个接地又如何处理？
不仅如此，还有防感应雷和防电磁辐射干扰，它们要不要接地呢？防感应雷的SPD又如何接线呢？也把它们悬空起来，或绝缘起来吗？
这么多问题，《废》文都没有给出明确的解释。