Qu’est-ce qu’une sonde haute tension ?
Les sondes haute tension sont des sondes passives capables de mesurer des tensions élevées.
Dans les mesures de haute tension dépassant plusieurs centaines de volts, les sondes haute tension standards tombent en panne et ne peuvent pas être utilisées. Les sondes à usage général ont des difficultés à gérer les hautes fréquences et les hautes tensions. En revanche, les sondes haute tension peuvent mesurer des tensions allant de plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de volts et sont des sondes passives dédiées aux hautes tensions.
Les sondes haute tensions ont utilisées, par exemple, pour mesurer des formes d’onde de tension en les connectant à des oscilloscopes ou à des instruments de mesure dédiés. Lors de la mesure de tensions importantes à des fréquences élevées, la sonde s’échauffe rapidement, il faut donc veiller à éviter les brûlures et les chocs électriques.
Utilisations des sondes haute tension
Les sondes haute tension sont utilisées pour mesurer les formes d’onde de tensions élevées de plusieurs centaines de volts ou plus. Elles sont souvent utilisées pour mesurer les signaux dans les pilotes de moteur, les alimentations à découpage, les onduleurs et les convertisseurs utilisant des dispositifs de puissance tels que les IGBT (transistors bipolaires à grille isolée).
Elles sont également souvent utilisées lorsque des charges à haute tension sont possibles, comme dans les circuits à courant continu, par exemple pour mesurer la tension de l’anode des tubes cathodiques. Parmi les autres utilisations, citons les inspections de sécurité des installations photovoltaïques, telles que les méga-centrales solaires, sans interruption du réseau, et les mesures des systèmes électriques à haute tension utilisés dans les véhicules hybrides et électriques.
Lors du choix d’une sonde, la bande de fréquence, la résistance d’entrée, la capacité d’entrée, la plage de tension de fonctionnement et le modèle d’oscilloscope correspondant sont pris en compte.
Principe des sondes haute tension
Les sondes haute tension mesurent les tensions élevées en les divisant par le rapport entre la résistance interne de l’oscilloscope ou d’un autre instrument de mesure et la résistance d’amplification de la sonde. Pour mesurer des tensions élevées, l’on utilise des sondes haute tension avec un rapport d’atténuation de 100:1 ou 1 000:1.
La sonde sert à relier physiquement et électriquement le point de test, c’est-à-dire la source du signal, à l’oscilloscope. La tension maximale admissible de la sonde de tension doit être vérifiée car elle a tendance à diminuer avec l’augmentation de la fréquence.
Plus précisément, la sonde est placée entre la borne d’entrée et l’entrée de l’oscilloscope et mesure la forme d’onde qui la traverse. Lors de la mesure de signaux à haute fréquence, la capacité d’entrée devient une charge et affecte le signal, mais en la connectant par l’intermédiaire d’une sonde ayant un rapport d’atténuation élevé, il est possible de mesurer une forme d’onde plus précise.
Structure des sondes haute tension
La structure des sondes haute tension varie en fonction de la plage de tension à mesurer. Les produits d’environ 25 KV DC vendus par les fabricants d’oscilloscopes peuvent être manipulés de la même manière que les sondes générales.
Les sondes haute tension se composent d’un corps de sonde, d’une boîte d’adaptation et d’un câble les reliant. L’intérieur de la sonde est rempli d’huile isolante ou de gaz pour augmenter la résistance à la tension. La résistance d’entrée du corps de la sonde dépend de l’atténuation de l’atténuateur, mais une valeur élevée de 100 à 1 500 MΩ est utilisée.
La boîte d’adaptation effectue la compensation de phase et la procédure de réglage est plus complexe que pour les sondes passives normales en raison de l’atténuation importante de l’atténuateur et de l’utilisation de longs câbles. Dans certains cas, les fabricants de sondes haute tension les livrent réglées et interdisent tout réglage par l’utilisateur.
Autres informations sur les sondes haute tension
1. Mesures de sécurité pour les sondes haute tension
Les sondes haute tension manipulent des tensions élevées, c’est pourquoi diverses mesures de sécurité sont prises :
- Des câbles longs (3 m à 10 m) sont disponibles afin que le système testé puisse être mesuré à distance en raison des hautes tensions.
- Les sondes conçues pour être tenues à la main sont munies d’un large anneau de protection afin d’éviter toute décharge sur le corps humain. Le corps de la sonde, conçu pour être fixé, est également pourvu d’une borne pour la mise à la terre de la sonde elle-même.
- Les précautions de manipulation sont également importantes. Par exemple, lors de la mesure de tensions à haute fréquence, le diagramme caractéristique du fabricant doit être parfaitement compris, car plus la fréquence est élevée, plus la tension admissible de la sonde est faible. De même, si la borne de terre de la sonde est déconnectée, des tensions élevées sont appliquées aux bornes d’entrée et au boîtier, ce qui peut être dangereux.
2. Sondes d’isolement
Les sondes isolées sont celles dans lesquelles seule la sonde est flottante. Elle est isolée électriquement du corps de l’oscilloscope.
Il existe deux façons d’isoler la sonde : soit un transformateur est utilisé pour séparer la pointe de la sonde de l’oscilloscope, soit le signal électrique reçu à la pointe de la sonde est converti en un signal sondes optiques, transmis via une fibre optique et retourné au signal d’origine du côté du récepteur. Dans les deux cas, il n’y a pas de continuité électrique entre la sonde et l’oscilloscope et ils sont isolés l’un de l’autre, mais les signaux détectés par la sonde sont transmis du côté de l’oscilloscope.
Grâce à cette configuration, l’oscilloscope lui-même, lorsqu’il est correctement mis à la terre, n’a aucun effet sur le signal du circuit testé, qui est appliqué entre la pointe de la sonde isolée et le fil de terre. Ainsi, même si le circuit testé présente des tensions de mode commun très élevées, la sonde d’isolement peut être utilisée pour mesurer uniquement la tension différentielle entre la pointe et le fil de terre.