接地電阻測試儀的四端測量法（也稱為四線法或凱爾文連接法）是一種高精度測量接地電阻的方法，專門設計用于消除測試導線電阻和接觸電阻對測量結果的影響。這對于精確測量低值電阻（通常接地電阻的目標值在幾歐姆甚至更低）至關重要。

核心原理：分離電流注入與電壓測量回路

四端法的精髓在于它使用了兩對獨立的端子：

1. 電流端子 (C1 和 C2)：

• C1 (電流輸出)： 連接到被測接地電極 (E)。

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

• 作用： 測試儀通過 C1 和 C2 向大地注入一個已知的恒定交流測試電流 I。這個電流從接地極 E 流出，經過土壤，流回輔助電流極 C2，形成一個完整的電流回路。

2. 電壓端子 (P1 和 P2)：

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

• P2 (電位參考)： 連接到一個輔助電壓極 (S 或 輔助電壓樁)。這個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附近）。

• 作用： 測試儀通過 P1 和 P2 測量被測接地極 E 相對于輔助電壓極 S 之間的電位差 V。關鍵是： 測量電壓的回路 (P1-P2) 中流過的電流非常微小（通常是微安級），因此測量回路導線本身的電阻和 P1、P2 端子處的接觸電阻對電壓測量 V 的影響可以忽略不計。

如何計算接地電阻 (Rg)

測試儀內部根據歐姆定律計算接地電阻：
Rg = V / I

• V 是 P1 和 P2 之間測得的電壓降。

• I 是 C1 和 C2 之間注入的恒定測試電流。

為什么四端法比兩端法或三端法更準確？

1. 消除測試線電阻影響：

• 在兩端法或三端法中，電流注入和電壓測量共用部分導線。

• 測試導線本身的電阻會被計入測量結果中。對于長導線或測量低電阻時，導線電阻可能與被測接地電阻相當甚至更大，導致巨大誤差。

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

2. 消除接觸電阻影響：

• 電流端子 C1 和 C2 處的接觸電阻會影響注入電流 I 的大小嗎？測試儀通常會施加恒定電流源，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，但不會顯著改變電流值（在儀器能力范圍內）。

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

接線步驟（典型）

1. 關閉被測設備電源，斷開接地極連接： 安全第一！確保被測接地極與設備或系統的其他部分斷開，只保留待測的接地極本身。

2. 打入輔助電極：

• 在遠離被測接地極 (E) 的位置（距離 D ≈ 接地網最大對角線長度 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（或在儀器說明書指定的位置），打入輔助電壓極 (P2/S)。

3. 連接測試儀：

• 用導線連接測試儀 C1 端子到 被測接地極 (E)。

• 用導線連接測試儀 C2 端子到 輔助電流極 (H)。

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

• 用導線連接測試儀 P2 端子到 輔助電壓極 (S)。

4. 設置與測量：

• 選擇合適的測試電流（根據儀器和接地要求）。

• 啟動測試，儀器會自動注入電流 I，測量電壓 V，并計算顯示接地電阻值 Rg。

5. 驗證與記錄： 檢查讀數是否穩定。有時需要在 P2 位置前后移動一小段距離（例如 ±10% D）多次測量，取平均值或檢查最小值，以確認找到了電位零區。記錄測量值、測試電流、輔助極位置等信息。

關鍵優勢

• 高精度： 特別適合測量低值電阻（<1Ω）。

• 消除導線電阻影響： 允許使用較長的測試導線而不顯著降低精度。

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

• 標準方法： 是測量獨立接地極、小型接地網以及要求高精度測量的推薦和標準方法。

注意事項

• 電極間距 (D)： 是最關鍵的參數之一。D 必須足夠大，以確保輔助極在接地極產生的電場影響范圍之外。土壤電阻率越高，所需的 D 越大。如果 D 不夠大，測量結果會偏小。遵循儀器手冊或相關標準（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（約 0.62D 處）。實際土壤不均勻可能導致零電位點偏移，采用 61.8% 法（移動 S 測量，找到讀數最小的點）是最可靠的做法。

• 土壤均勻性： 土壤分層或電阻率不均勻會影響電場分布和零電位點位置。

• 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，否則測試儀可能無法輸出足夠的測試電流 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) 的接地電阻對測量精度影響很小。

• 干擾： 附近運行的電氣設備可能在大地中產生干擾電流或電壓（工頻或諧波），影響測量。現代測試儀通常使用異頻（非50/60Hz）測試電流和濾波技術來抑制干擾。

四端測量法是接地電阻測試中追求高精度和消除導線/接觸電阻誤差的黃金標準方法。它通過獨立分開電流注入回路和電壓測量回路，有效解決了傳統方法在測量低電阻時的主要誤差來源。雖然需要多打兩個輔助樁，但在需要精確結果的場合（如驗收測試、故障診斷、防雷檢測等）是必不可少的。理解和正確應用四端法是進行可靠接地系統測試的基礎。