Medidas y aislamiento de alto voltaje

Este tutorial es parte de la serie de Fundamentos de Medida de National Instruments. Cada tutorial en esta serie le enseñará un tópico específico de aplicaciones de medida comunes desde la explicación de conceptos teóricos hasta ejemplos prácticos.
Para más información, consulte la página principal de Fundamentos de Medidas en español.
Existen varias complicaciones que se presentan al mediralto voltaje. Al especificar un sistema de adquisición de datos, la primera pregunta que debe hacerse es si el sistema es seguro o no. Realizar medidas de alto voltaje puede ser riesgoso para el equipo, la unidad bajo prueba, así como para usted y sus colegas. Para asegurarse de que el sistema es seguro, debe proporcionar una barrera de aislamiento, usando dispositivos de medición aislados, entreel usuario y el alto voltaje.
¿Qué es el Aislamiento?
El aislamiento consiste en una separación física y eléctrica de dos partes de un dispositivo de medición, y puede catalogarse como un aislamiento eléctrico y de seguridad. El aislamiento eléctrico existe cuando se eliminan los circuitos a tierra entre dos sistemas eléctricos. Al proporcionar aislamiento eléctrico, puede romper esos circuitos,incrementar el rango de modo común del sistema de adquisición de datos, y nivelar la señal de referencia de tierra a un solo sistema de tierra. Estándares de aislamiento de seguridad de referencia tienen requerimientos específicos para aislar humanos del contacto con voltajes de riesgo. También posee la habilidad de que un sistema eléctrico prevenga la transmisión de altos voltajes y voltajestransitorios más allá de sus límites hacia otros sistemas eléctricos.
Incorporar aislamiento a un sistema de adquisición de datos tiene tres funciones primarias: prevenir de la formación de circuitos a tierra, rechazar el voltaje de modo común y proporcionar seguridad.
Circuitos a Tierra
Los circuitos a tierra son la fuente más común de ruido en las aplicaciones de adquisición de datos. Ocurrencuando se conectan dos terminales en un circuito a diferentes potenciales a tierra, causando que la corriente fluctúe entre los dos puntos. La tierra local del sistema puede estar varios voltios más abajo o arriba que la tierra del edificio más cercano, y descargas eléctricas (por ejemplo, causado por rayos) cercanas pueden causar que la diferencia se eleve en varios cientos o miles de voltios.Este voltaje adicional por sí solo puede causar un error significativo en las medidas, pero la corriente que lo causa puede distribuir voltajes en cables cercanos. Estos errores pueden aparecer como señales transitorias o periódicas. Por ejemplo, si un circuito a tierra se forma con líneas de potencia de AC de 60 Hz, la señal de AC que no se desea aparece como un error de voltaje senoidal en lamedida.
Cuando existe un circuito a tierra, el voltaje medido, Vm, es la suma del voltaje de la señal, Vs, y la diferencia del potencial, Vg, el cual existe entre la tierra de la fuente de la señal y la tierra del sistema de medición, como se muestra en la Figura 1. Este potencial generalmente no es un nivel de DC, por tanto, el resultado es un sistema de medición ruidoso, con frecuencia mostrandocomponentes de frecuencia de la línea de potencia (60 Hz) en las lecturas.


Figura 1. Una Fuente de Señal Aterrizada Medida con un Sistema Aterrizado Introduce un Circuito a Tierra

Para evitar circuitos a tierra, asegúrese que sólo hay una referencia a tierra en el sistema de medición, o bien, utilice un hardware de medida aislado. El uso de hardware con aislamiento elimina la conexiónentre la tierra de la fuente de señal y el dispositivo de medición, previniendo cualquier flujo de corriente entre múltiples puntos a tierra.
Voltaje de Modo Común
Un sistema de medidas diferencial ideal responde solamente a la diferencia de potencial entre sus dos terminales, las entradas (+) y (-). El voltaje diferencial a través del par del circuito es la señal deseada, sin embargo una...