接地電阻測(cè)試儀四端測(cè)量法詳解

接地電阻測(cè)試儀的四端測(cè)量法（也稱為四線法或凱爾文連接法）是一種高精度測(cè)量接地電阻的方法，專門設(shè)計(jì)用于消除測(cè)試導(dǎo)線電阻和接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這對(duì)于精確測(cè)量低值電阻（通常接地電阻的目標(biāo)值在幾歐姆甚至更低）至關(guān)重要。

核心原理：分離電流注入與電壓測(cè)量回路

四端法的精髓在于它使用了兩對(duì)獨(dú)立的端子：

1. 電流端子 (C1 和 C2)：

• C1 (電流輸出)： 連接到被測(cè)接地電極 (E)。

• C2 (電流回流)： 連接到一個(gè)輔助電流極 (H 或 輔助電流樁)。這個(gè)輔助極需要打在遠(yuǎn)離被測(cè)接地極的位置（通常距離是被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度的 4-5 倍）。

• 作用： 測(cè)試儀通過(guò) C1 和 C2 向大地注入一個(gè)已知的恒定交流測(cè)試電流 I。這個(gè)電流從接地極 E 流出，經(jīng)過(guò)土壤，流回輔助電流極 C2，形成一個(gè)完整的電流回路。

2. 電壓端子 (P1 和 P2)：

• P1 (電位探測(cè))： 連接到被測(cè)接地電極 (E) (通常和 C1 接在同一點(diǎn)，但在儀器內(nèi)部是獨(dú)立回路)。

• P2 (電位參考)： 連接到一個(gè)輔助電壓極 (S 或 輔助電壓樁)。這個(gè)輔助電壓極需要打在 C1 (E) 和 C2 (H) 之間的連線上，通常更靠近被測(cè)接地極 E（例如，在距離 E 約 62% 總距離的位置，這是電位理論上的零電位點(diǎn)附近）。

• 作用： 測(cè)試儀通過(guò) P1 和 P2 測(cè)量被測(cè)接地極 E 相對(duì)于輔助電壓極 S 之間的電位差 V。關(guān)鍵是： 測(cè)量電壓的回路 (P1-P2) 中流過(guò)的電流非常微?。ㄍǔＪ俏布?jí)），因此測(cè)量回路導(dǎo)線本身的電阻和 P1、P2 端子處的接觸電阻對(duì)電壓測(cè)量 V 的影響可以忽略不計(jì)。

如何計(jì)算接地電阻 (Rg)

測(cè)試儀內(nèi)部根據(jù)歐姆定律計(jì)算接地電阻：
Rg = V / I

• V 是 P1 和 P2 之間測(cè)得的電壓降。

• I 是 C1 和 C2 之間注入的恒定測(cè)試電流。

為什么四端法比兩端法或三端法更準(zhǔn)確？

1. 消除測(cè)試線電阻影響：

• 在兩端法或三端法中，電流注入和電壓測(cè)量共用部分導(dǎo)線。

• 測(cè)試導(dǎo)線本身的電阻會(huì)被計(jì)入測(cè)量結(jié)果中。對(duì)于長(zhǎng)導(dǎo)線或測(cè)量低電阻時(shí)，導(dǎo)線電阻可能與被測(cè)接地電阻相當(dāng)甚至更大，導(dǎo)致巨大誤差。

• 四端法將電流回路 (高電流) 和電壓測(cè)量回路 (高阻抗，極低電流) 完全分開(kāi)。電壓測(cè)量回路的高輸入阻抗確保了流過(guò)電壓測(cè)量導(dǎo)線的電流極小，因此導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的壓降 (I_voltage * R_wire ≈ 0) 可以忽略，測(cè)量到的 V 幾乎完全是被測(cè)接地極上的真實(shí)壓降。

2. 消除接觸電阻影響：

• 電流端子 C1 和 C2 處的接觸電阻會(huì)影響注入電流 I 的大小嗎？測(cè)試儀通常會(huì)施加恒定電流源，即使接觸電阻存在，它也能努力維持 I 恒定。接觸電阻主要消耗功率，但不會(huì)顯著改變電流值（在儀器能力范圍內(nèi)）。

• 電壓端子 P1 和 P2 處的接觸電阻呢？由于電壓測(cè)量回路輸入阻抗極高（兆歐級(jí)），流經(jīng)接觸電阻的電流微乎其微 (I_voltage ≈ 0)。根據(jù) V_drop = I_voltage * R_contact ≈ 0 * R_contact = 0，接觸電阻上的壓降幾乎為零，因此不會(huì)影響測(cè)得的 V。

接線步驟（典型）

1. 關(guān)閉被測(cè)設(shè)備電源，斷開(kāi)接地極連接： 安全第一！確保被測(cè)接地極與設(shè)備或系統(tǒng)的其他部分?jǐn)嚅_(kāi)，只保留待測(cè)的接地極本身。

2. 打入輔助電極：

• 在遠(yuǎn)離被測(cè)接地極 (E) 的位置（距離 D ≈ 接地網(wǎng)最大對(duì)角線長(zhǎng)度 L 的 4-5 倍），打入輔助電流極 (C2)。

• 在 E 和 C2 的連線上，距離 E 約 0.62D 的位置（或在儀器說(shuō)明書(shū)指定的位置），打入輔助電壓極 (P2/S)。

3. 連接測(cè)試儀：

• 用導(dǎo)線連接測(cè)試儀 C1 端子到 被測(cè)接地極 (E)。

• 用導(dǎo)線連接測(cè)試儀 C2 端子到 輔助電流極 (H)。

• 用導(dǎo)線連接測(cè)試儀 P1 端子到 被測(cè)接地極 (E) (通常與 C1 接在同一接地點(diǎn))。

• 用導(dǎo)線連接測(cè)試儀 P2 端子到 輔助電壓極 (S)。

4. 設(shè)置與測(cè)量：

• 選擇合適的測(cè)試電流（根據(jù)儀器和接地要求）。

• 啟動(dòng)測(cè)試，儀器會(huì)自動(dòng)注入電流 I，測(cè)量電壓 V，并計(jì)算顯示接地電阻值 Rg。

5. 驗(yàn)證與記錄： 檢查讀數(shù)是否穩(wěn)定。有時(shí)需要在 P2 位置前后移動(dòng)一小段距離（例如 ±10% D）多次測(cè)量，取平均值或檢查最小值，以確認(rèn)找到了電位零區(qū)。記錄測(cè)量值、測(cè)試電流、輔助極位置等信息。

關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

• 高精度： 特別適合測(cè)量低值電阻（<1Ω）。

• 消除導(dǎo)線電阻影響： 允許使用較長(zhǎng)的測(cè)試導(dǎo)線而不顯著降低精度。

• 消除接觸電阻影響： 對(duì)測(cè)試夾/探針與接地極、輔助樁的連接要求相對(duì)較低（只要接觸良好能導(dǎo)通即可，不像電流鉗那樣對(duì)接觸要求極高）。

• 標(biāo)準(zhǔn)方法： 是測(cè)量獨(dú)立接地極、小型接地網(wǎng)以及要求高精度測(cè)量的推薦和標(biāo)準(zhǔn)方法。

注意事項(xiàng)

• 電極間距 (D)： 是最關(guān)鍵的參數(shù)之一。D 必須足夠大，以確保輔助極在接地極產(chǎn)生的電場(chǎng)影響范圍之外。土壤電阻率越高，所需的 D 越大。如果 D 不夠大，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏小。遵循儀器手冊(cè)或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 IEEE Std 81）的推薦。

• 輔助電壓極 (S) 的位置： 理想位置是在 E 和 H 連線上電位為零的點(diǎn)（約 0.62D 處）。實(shí)際土壤不均勻可能導(dǎo)致零電位點(diǎn)偏移，采用 61.8% 法（移動(dòng) S 測(cè)量，找到讀數(shù)最小的點(diǎn)）是最可靠的做法。

• 土壤均勻性： 土壤分層或電阻率不均勻會(huì)影響電場(chǎng)分布和零電位點(diǎn)位置。

• 輔助電極的接地電阻： 輔助電流極 (H) 自身的接地電阻不能太大，否則測(cè)試儀可能無(wú)法輸出足夠的測(cè)試電流 I。通常需要將輔助樁打入潮濕土壤深處或澆鹽水降低其電阻。輔助電壓極 (S) 的接地電阻對(duì)測(cè)量精度影響很小。

• 干擾： 附近運(yùn)行的電氣設(shè)備可能在大地中產(chǎn)生干擾電流或電壓（工頻或諧波），影響測(cè)量。現(xiàn)代測(cè)試儀通常使用異頻（非50/60Hz）測(cè)試電流和濾波技術(shù)來(lái)抑制干擾。

四端測(cè)量法是接地電阻測(cè)試中追求高精度和消除導(dǎo)線/接觸電阻誤差的黃金標(biāo)準(zhǔn)方法。它通過(guò)獨(dú)立分開(kāi)電流注入回路和電壓測(cè)量回路，有效解決了傳統(tǒng)方法在測(cè)量低電阻時(shí)的主要誤差來(lái)源。雖然需要多打兩個(gè)輔助樁，但在需要精確結(jié)果的場(chǎng)合（如驗(yàn)收測(cè)試、故障診斷、防雷檢測(cè)等）是必不可少的。理解和正確應(yīng)用四端法是進(jìn)行可靠接地系統(tǒng)測(cè)試的基礎(chǔ)。