ارتینگ یا سیستم زمین موثر، برای عملکرد ایمن هر سیستم الکتریکی ضروری است و شاید بتوان گفت که تنها راه برای اطمینان از موثر بودن سیستم ارت (زمین) و تداوم آن، آزمایش دقیق و منظم آنهاست.

در مورد اهمیت سیستم ارتینگ باید گفت که اکثریت قریب به اتفاق سیستم های توزیع برق به گونه ای طراحی شده اند که در صورت بروز خرابی عایق یا خطای مشابه، جریان خطا به زمین منحرف می شود. این امر مانع از آن میشود که قطعات فلزی و رسانا، در معرض ولتاژهای بالا و خطرناک قرار بگیرند، در عین حال به جریان خطا اجازه می‌دهد به مدت کافی و در سطح کافی بالا باشد تا دستگاه‌های حفاظتی عمل کنند و قسمت معیو ب را از نظر الکتریکی جدا کنند.

از این توضیحات واضح است که اتصال زمین مطمئن و موثر برای عملکرد ایمن سیستم ها ضروری است و اگر سیستم ارت از کار بیفتد یا ناکارآمد شود، در بهترین حالت ایمنی به خطر می افتد و در بدترین حالت ممکن است خطر قابل توجه جانی یا مالی بوجود آید.

عملکرد اصلی هر سیستم ارتینگ این است که با استفاده از یک یا چند الکترود زمین که معمولاً به شکل میله یا حصیر هستند، یک اتصال قابل اعتماد و دارای مقاومت کم با بخش عمده زمین ایجاد کند. تمام سیستم‌های ارتینگ برای دستیابی به این هدف و با در نظر گرفتن الزامات مورد نظر، مانند سطح جریان خطای زمین مورد نیاز، طراحی شده‌اند. با این وجود، کارایی سیستم‌های زمین از متغیرهای مختلف که بعضی به سختی قابل کنترل هستند، مانند نوع خاک و میزان رطوبت، تاثیر می گیرند.  بنابراین برای تایید عملکرد سیستم زمین طراحی و اجرا شده، لازم است به وسیله آزمایش های دقیق و اصولی در حین فرآیند راه اندازی، عملکرد آن توسط تحهیزات مناسب مورد بررسی و تایید قرار گیرد.

لازم به ذکر است که در صورت تایید عملکرد سیستم زمین در حین راه اندازی، عملکرد آن برای همیشه تایید نمی شود، زیرا عوامل زیادی می‌توانند عملکرد سیستم‌های ارت را در طول زمان کاهش دهند. برای مثال، میزان رطوبت خاک ممکن است تغییر کند. یک طراحی خوب باید تغییرات فصلی را در نظر بگیرد، اما در نظر گرفتن بسیاری تحولات، مانند تغییر در میزان آبهای زیرسطحی در محل مورد نظر که به مرور زمان اتفاق می افتد، خارج از کنترل و برنامه ریزی می تواند باشد.

الکترودها و اتصالات بکار رفته نیز ممکن است تحت تأثیر خوردگی قرار گیرند، و کاملا محتمل است که به مرور زمان دچار خوردگی شده و یا بر اثر عوامل مختلف مانند عملیات عمرانی، دچار آسیب دیدگی شوند و یا حتی بصورت عمدی مورد سرقت و یا خرابکاری قرار گیرند.

پیشنهاد مطالع و بررسی مقاله ” خدمات تست مقاومت زمین”

همه اینها نشان می دهد که نمی توان اطمینان داشت که یک سیستم ارتینگ، حتی اگر عملکرد اولیه آن کاملاً رضایت بخش بوده باشد، این عملکرد رضایت بخش را در طول زمان حفظ کند. بار دیگر به این نتیجه می رسیم که، تنها راه اطمینان از سلامت سیستم زمین (ارت)  آزمایش آن است و با توجه به نقش ایمنی سیستم‌های ارتینگ، این آزمایشها بصورت دوره ای و ضروری هستند.

توصیه می شود یک آزمایش جامع و اصولی از هفت مرحله به شرح زیر برخوردار باشد :

بازرسی بصری :

• اولین مورد بازرسی بصری از نصب ارتینگ است. که باید پس از رویت یا گزارش هر گونه علائم آسیب ظاهری یا خوردگی برای هادی های اتصال به زمین، الکترودها، و اتصالات بین الکترودها و هادی های زمین صورت پذیرد. قبل از ادامه مراحل بعدی، باید همه عیوب برطرف شوند، اما همیشه باید در نظر داشت که هادی ارت که قطع شده است ممکن است برق داشته باشد، و ضروری است که قبل از لمس آن و یا انجام اقدامی، آن را بررسی کنید.

اندازه گیری جریان های نشتی در هادی های زمین :

• مرحله دوم اندازه گیری جریان های نشتی در هادی های زمین است. در حالت ایده‌آل، هیچ جریانی نباید در این هادی‌ها جریان داشته باشد، اما فیلترها و تجهیزات  مشابهی که در دستگاه های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شوند، اغلب جریان نشتی کوچکی را حتی در صورت کارکرد صحیح ایجاد می‌کنند. برخی اوقات نیاز به دقت بیشتری است، چرا که ممکن است تجهیزاتی که دچار آسیب شده باشند، با این وجود ظاهراً بدون مشکل به کار خود ادامه می دهد، اما این منجر به ایجاد جریان به زمین می شود. چنین تجهیزاتی ممکن است برای مدت طولانی به کار خود ادامه دهند، در حالی که اپراتور از مشکل آگاه نیست، اما آشکارا تشخیص چنین جریان نشتی قبل از انجام آزمایش‌های بیشتر روی سیستم ارتینگ ضروری است و راحت‌ترین راه برای انجام این کار استفاده از یک کلمپ متر با قابلیت اندازه گیری جریان در محدوده میلی آمپر است. اگر جریان قابل توجهی در هادی ارت تشخیص داده شود، باید منبع آن را ردیابی کرد و قبل از ادامه آزمایش ها، مشکل را برطرف کرد.

آزمایش تداوم الکتریکی (continuity test) :

• آخرین آزمایش مقدماتی آزمایش تداوم الکتریکی (continuity test) هادی های زمین برای تأیید ارزیابی یکپارچگی در طول بازرسی بصری سیستم است. هدف از این آزمایش شناسایی و مکان یابی اتصالات با مقاومت بالا است که می تواند حاصل وجود خوردگی در سیستم و در محل هایی که در معرض این خوردگی ها قراردارند باشد. مهم است که در نظر داشته باشید که در این زمینه، منظور از “مقاومت بالا” هر مقداری از صد میکرو اهم یا بیشتر است. مقادیر مقاومتی اینگونه را نمی توان با یک مولتی متر معمولی اندازه گیری کرد، بنابراین استفاده از اهم متر با قابلیت اندازی گیری مقاومت کم (که به عنوان میکرو اهم متر نیز شناخته می شود) برای این آزمایش ضروری است.

بررسی کامل سیستم زمین :

• پس از اتمام بازرسی بصری سیستم ارتینگ، و تایید عدم وجود نشتی و تداوم هادی ها، لازم است برای بررسی کامل سیستم زمین الکترودهای زمین را از سیستم جدا کنید. لازم به ذکر است که قبل از انجام این اقدامات، برای به حداقل رساندن خطرات، کل فرآیند ارزیابی شود و تا پیش از آن به هیچ عنوان نباید اتصالات زمین را قطع کرد. این کار معمولاً شامل خاموش کردن و از مدار خارج کردن تجهیزاتی است که باید از زمین جدا شود. این کار حتما باید با در نظر گرفتن خطرات بالقوه ولتاژهای القایی، که ممکن است در تجهیزات، حتی زمانی که برق ندارند، نیز وجود داشته باشد، صورت بگیرد. لازم است اشاره شود که، تکنیک هایی برای اندازه گیری مقاومت زمین بدون جدا کردن الکترودهای زمین وجود دارد. برای مثال، تکنیک میله متصل( Attached Rod Technique)  و آزمایش بدون پایه با تسترهای گیره دار است. این تکنیک‌ها مفید هستند، اما همگی دارای محدودیت‌هایی هستند، و به طور کلی آزمایش با روش کاهش پتانسیل، که لزوماً شامل جدا کردن الکترود یا الکترودهای تحت آزمایش است، دقیق‌ترین و مطمئن‌ترین نتایج را ارائه می‌دهد. بنابراین برای بررسی قطعی و دقیق مقاومت زمین، باید از روش آزمون سقوط پتانسیل (Fall of potential test) استفاده شود.

شکل 1: تست مقاومت زمین دو مدار دارد

این تست مقاومت زمین، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، با مجموعه لوازمی  انجام می شود که دو مدار را تشکیل می دهند. مدار دوم فقط شامل یک ولت متر است و به ترمینال ولتاژی دستگاه متصل می شود. یکی از ترمینال های جریان و یکی از ترمینال های ولتاژ به الکترود تحت آزمایش متصل می شوند. ترمینال جریان دیگر به یک میله زمین موقت (Current Spike) متصل می شود که در فاصله قابل توجهی از الکترود زمین اصلی (ٍElectrode under test) به زمین وارد می شود. ترمینال ولتاژ دیگر به یک میله زمین موقت دیگر (Voltage Spike) متصل می شود.

میله ولتاژ در فواصل مختلف در امتداد خط مستقیم بین الکترود مورد آزمایش و میله جریان به خاک وارد می شود و در هر فاصله، ولتاژ خوانده می شود. از آنجایی که جریان نیز مشخص است، می توان از قانون اهم برای محاسبه مقدار مقاومت برای هر مکان و با توجه به افزایش ولتاژ استفاده کرد. اگر مقاومت ها نسبت به فاصله رسم شوند، منحنی باید یک ناحیه تقریباً صاف را نشان دهد (شکل 2 را ببینید). مقدار مقاومت در این ناحیه مقاومت الکترود زمین است.

شکل 2: محدوده صاف، مقاومت زمین را نشان می دهد

به عنوان بخشی از یک بررسی جامع سیستم زمین، انجام آزمایش‌هایی برای تعیین ولتاژ تماس (Touch Potential) و ولتاژ گام (Step Potential)  نیز مهم است. ولتاژ لمس اختلاف پتانسیلی است که فرد ممکن است در صورت ایستادن روی سطح زمین و لمس یک جسم رسانای زمین در هنگام خطا و ایجاد جریان زمین تجربه کند. ولتاژ گام، اختلاف پتانسیلی است که فرد بین پاهای خود روی زمینی که در آن جریان خطا وجود دارد تجربه می کند.

ولتاژ تماس ابتدا با اندازه‌گیری مقاومت جسم مورد نظر در برابر زمین، با استفاده از تکنیک‌هایی مشابه روش‌هایی که برای اندازه‌گیری مقاومت الکترود زمین استفاده می‌شود، تعیین می‌شود. هنگامی که این مقاومت همراه با حداکثر جریان خطای احتمالی شناخته شود، می توان از قانون اهم برای محاسبه ولتاژ تماس در بدترین حالت و با دقت مناسب استفاده کرد. ولتاژ گام با روشی مشابه ارزیابی می‌شود، اما زمانی که اندازه‌گیری مقاومت زمین انجام می‌شود، میله ولتاژ به فاصله حدود یک متر از الکترود به زمین کوبیده می‌شود، زیرا این طول تقریبی گام یک فرد متوسط ​​است.

بررسی و اهمیت خاک :

رویه هایی که تاکنون بیان شده اند داده های ارزشمندی را در مورد وضعیت و عملکرد یک سیستم ارتینگ ارائه می دهند، اما در دست داشتن اطلاعات در مورد خواص خاکی که سیستم ارتینگ در آن قرار دارد نیز مفید است. برخی از این اطلاعات با بازرسی و بررسی خاک برای تعیین نوع آن به دست می آید، اما انجام اندازه گیری مقاومت خاک نیز مهم است. توجه داشته باشید که این اندازه‌گیری‌ها فقط به مقاومت ذاتی خاک مربوط می‌شود، در حالی که اندازه‌گیری‌های مقاومت زمین که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، مربوط به مقاومت یک الکترود (یا الکترودهای) سیستم زمین خاص است.

آزمایش مقاومت خاک معمولاً می تواند با استفاده از همان ابزار مورد استفاده برای آزمایش مقاومت زمین انجام شود، با یک شرط: دستگاه باید از نوع چهار ترمینالی با اتصالات ولتاژ و جریان به ترمینال های جداگانه باشد. ابزارهای سه ترمینالی برای آزمایش مقاومت خاک مناسب نیستند.

مقاومت زمین معمولاً با استفاده از روش Wenner اندازه گیری می شود که شامل استفاده از چهار میخ موقت زمین است. با این حال، میخ ها در این روش آزمایش نیازی به جابجایی ندارند – مکان و فاصله آنها با عمقی که برای تعیین مقاومت زمین لازم است تعیین می شود.

اتصال زمین یک نیاز مهم برای ایمنی تاسیسات الکتریکی است، اما اغلب اوقات به کارایی سیستم های ارتینگ توجه کمی می شود، به خصوص پس از تایید عملکرد اولیه. که این امرخطرناک بوده واصلا توصیه نمی شود. همانطور که دیدیم، عملکرد سیستم های زمین را می توان به طور مطمئن و طبق یک دستورالعمل مشخص و بصورت گام به گام مورد ارزیابی قرار داد. هر چند ممکن است گفته شود این فرآیند زمانبر است ولی این هزینه ناچیزی برای ایمنی و حفاظت از جان انسانها است.