¿Qué es una sonda de alta tensión?
Las sondas de alta tensión son sondas pasivas que pueden medir tensiones elevadas.
En las mediciones de alta tensión que superan varios cientos de voltios, las sondas de tensión estándar se averían y no pueden utilizarse. Las sondas de uso general tienen dificultades para manejar frecuencias y tensiones elevadas. Por el contrario, las sondas de alta tensión pueden medir tensiones de miles a decenas de miles de voltios y son sondas pasivas dedicadas a altas tensiones.
Las sondas de alta tensión se utilizan, por ejemplo, para medir formas de onda de tensión conectándolas a osciloscopios o instrumentos de medida específicos. Al medir grandes tensiones a altas frecuencias, la sonda se calienta rápidamente, por lo que hay que tener cuidado para evitar quemaduras y descargas eléctricas.
Usos de las sondas de alta tensión
Las sondas de alta tensión se utilizan para medir formas de onda de tensiones elevadas de varios cientos de voltios o más, y suelen emplearse para medir señales en controladores de motor, fuentes de alimentación conmutadas, inversores y convertidores que utilizan dispositivos de potencia como los IGBT (transistores bipolares de puerta aislada).
También se suelen utilizar cuando es posible que se produzcan cargas de alta tensión, como en circuitos de corriente continua, y una de sus aplicaciones es la medición de la tensión anódica de tubos de rayos catódicos. Otras aplicaciones son las inspecciones de seguridad de instalaciones fotovoltaicas, como megacentrales solares sin interrupción de la red, y las mediciones de sistemas eléctricos de alta tensión utilizados en vehículos híbridos y eléctricos.
A la hora de seleccionar una sonda, se tienen en cuenta la banda de frecuencia, la resistencia de entrada, la capacitancia de entrada, el rango de tensión de funcionamiento y el modelo de osciloscopio correspondiente.
Principio de las sondas de alta tensión
Las sondas de alta tensión miden altas tensiones dividiéndolas por la relación entre la resistencia interna del osciloscopio u otro instrumento de medida y la resistencia de aumento de la sonda. Cuando se miden altas tensiones, se utilizan sondas de alta tensión con una relación de atenuación de 100:1 ó 1.000:1.
La sonda se utiliza para conectar física y eléctricamente el punto de prueba, es decir, la fuente de señal, al osciloscopio. Debe comprobarse la tensión máxima admisible de la sonda de tensión, debido a su tendencia a disminuir con el aumento de la frecuencia.
Concretamente, la sonda se coloca entre el terminal de entrada y la entrada del osciloscopio y mide la forma de onda que pasa a través de ella. Cuando se miden señales de alta frecuencia, la capacitancia de entrada se convierte en una carga y afecta a la señal, pero si se conecta a través de una sonda con una alta relación de atenuación, se puede medir una forma de onda más precisa.
Estructura de las sondas de alta tensión
La construcción de las sondas de alta tensión varía en función del rango de tensión que se desee medir. Los productos de unos 25 KV CC comercializados por los fabricantes de osciloscopios pueden manipularse de la misma forma que las sondas generales.
Las sondas de alta tensión constan de un cuerpo de sonda, una caja de adaptación y un cable que los conecta. El interior de la sonda se rellena con aceite o gas aislante para aumentar la resistencia a la tensión. La resistencia de entrada del cuerpo de la sonda depende de la atenuación del atenuador, pero se utiliza un valor grande de 100-1.500 MΩ.
La caja de adaptación realiza la compensación de fase y el procedimiento de ajuste es más complejo que el de las sondas pasivas normales debido a la gran atenuación del atenuador y al uso de cables largos. En algunos casos, los fabricantes de sondas de alta tensión las suministran ajustadas y prohíben que el usuario las ajuste.
Otras informaciones sobre las sondas de alta tensión.
1. medidas de seguridad para sondas de alta tensión
Las sondas de alta tensión manejan tensiones elevadas, por lo que se adoptan diversas medidas de seguridad.
- Se dispone de cables largos (de 3 m a 10 m) para poder medir a distancia el sistema sometido a prueba debido a la alta tensión.
- En las sondas diseñadas para funcionamiento manual, se incluye un gran anillo de protección para evitar descargas en el cuerpo humano. El cuerpo de la sonda, que está diseñado para ser fijo, también está provisto de un terminal para la conexión a tierra de la propia sonda.
- Las precauciones de manipulación también son importantes. Por ejemplo, cuando se miden tensiones de alta frecuencia, debe conocerse perfectamente el diagrama característico del fabricante, ya que cuanto mayor es la frecuencia, menor es la tensión admisible de la sonda. Además, si se desconecta el terminal de tierra de la sonda, se aplican tensiones elevadas a los terminales de entrada y a la caja, lo que puede resultar peligroso.
2. Sondas aisladas
Las sondas aisladas son aquellas en las que sólo la sonda es flotante. Está aislada eléctricamente del cuerpo del osciloscopio.
Hay dos formas de aislar la sonda: o bien se utiliza un transformador para separar la punta de la sonda del osciloscopio, o bien la señal eléctrica recibida en la punta de la sonda se convierte en una señal óptica-eléctrica, se transmite a través de una fibra óptica y se devuelve a la señal original en el lado del receptor. En ambos casos, no hay continuidad eléctrica entre la sonda y el osciloscopio y están aislados entre sí, pero las señales detectadas por la sonda se transmiten al lado del osciloscopio.
Debido a esta configuración, el propio osciloscopio, cuando está correctamente conectado a tierra, no tiene ningún efecto sobre la señal del circuito bajo prueba, que se aplica entre la punta de la sonda aislada y el cable de tierra. Por lo tanto, incluso si el circuito bajo prueba tiene tensiones de modo común muy altas, la sonda de aislamiento se puede utilizar para medir sólo la tensión diferencial entre la punta y el cable de tierra.