8.7: Ohmímetros de Alto Voltaje

La mayoría de los ohmímetros del diseño mostrado en la sección anterior utilizan una batería de voltaje relativamente bajo, generalmente nueve voltios o menos. Esto es perfectamente adecuado para medir resistencias bajo varios mega-ohmios (MΩ), pero cuando es necesario medir resistencias extremadamente altas, una batería de 9 voltios es insuficiente para generar suficiente corriente para accionar un movimiento de medidor electromecánico.

También, como se discutió en un capítulo anterior, la resistencia no siempre es una cantidad estable (lineal). Esto es especialmente cierto en el caso de los no metales. Recordemos el gráfico de sobretensión de corriente para un espacio de aire pequeño (menos de una pulgada):

Si bien este es un ejemplo extremo de conducción no lineal, otras sustancias exhiben propiedades aislantes/conductoras similares cuando se exponen a altos voltajes. Obviamente, un ohmímetro que utiliza una batería de bajo voltaje como fuente de energía no puede medir la resistencia al potencial de ionización de un gas, o a la tensión de ruptura de un aislante. Si es necesario medir tales valores de resistencia, nada más que un ohmímetro de alto voltaje será suficiente.

El método más directo de medición de resistencia de alto voltaje consiste simplemente en sustituir una batería de mayor voltaje en el mismo diseño básico de ohmímetro investigado anteriormente:

Sabiendo, sin embargo, que la resistencia de algunos materiales tiende a cambiar con la tensión aplicada, sería ventajoso poder ajustar la tensión de este ohmímetro para obtener mediciones de resistencia bajo diferentes condiciones:

Desafortunadamente, esto crearía un problema de calibración para el medidor. Si el movimiento del medidor desvía a escala completa con una cierta cantidad de corriente a través de él, el rango a escala completa del medidor en ohmios cambiaría a medida que cambiara el voltaje de la fuente. Imagínese conectar una resistencia estable a través de los cables de prueba de este ohmímetro mientras varía el voltaje de la fuente: a medida que aumenta el voltaje, habrá más corriente a través del movimiento del medidor, de ahí una mayor cantidad de deflexión. Lo que realmente necesitamos es un movimiento del medidor que produzca una deflexión consistente y estable para cualquier valor de resistencia estable medido, independientemente del voltaje aplicado.

Lograr este objetivo de diseño requiere un movimiento especial del medidor, uno que sea peculiar de los megóhmetros, o meggers, como se conoce a estos instrumentos.

Los bloques rectangulares numerados en la ilustración anterior son representaciones transversales de bobinas de alambre. Estas tres bobinas se mueven todas con el mecanismo de la aguja. No hay mecanismo de resorte para devolver la aguja a una posición establecida. Cuando el movimiento no está alimentado, la aguja “flotará” aleatoriamente. Las bobinas están conectadas eléctricamente así:

Con una resistencia infinita entre los cables de prueba (circuito abierto), no habrá corriente a través de la bobina 1, solo a través de las bobinas 2 y 3. Cuando se energizan, estas bobinas intentan centrarse en la brecha entre los dos polos magnéticos, impulsando la aguja completamente a la derecha de la escala donde apunta al “infinito”.

Cualquier corriente a través de la bobina 1 (a través de una resistencia medida conectada entre los cables de prueba) tiende a conducir la aguja a la izquierda de la escala, de nuevo a cero. Los valores de resistencia interna del movimiento del medidor se calibran de manera que cuando los cables de prueba se cortocircuitan juntos, la aguja se desvía exactamente a la posición de 0 Ω.

Debido a que cualquier variación en el voltaje de la batería afectará el par generado por ambos conjuntos de bobinas (bobinas 2 y 3, que impulsan la aguja hacia la derecha, y bobina 1, que impulsa la aguja hacia la izquierda), esas variaciones no tendrán efecto en la calibración del movimiento. En otras palabras, la precisión de este movimiento del ohmímetro no se ve afectada por el voltaje de la batería: una cantidad dada de resistencia medida producirá una cierta desviación de la aguja, sin importar cuánto o poco voltaje de la batería esté presente.

El único efecto que tendrá una variación de voltaje en la indicación del medidor es el grado en que la resistencia medida cambia con el voltaje aplicado. Entonces, si tuviéramos que usar un megger para medir la resistencia de una lámpara de descarga de gas, se leería resistencia muy alta (aguja al extremo derecho de la báscula) para tensiones bajas y baja resistencia (la aguja se mueve a la izquierda de la báscula) para voltajes altos. Esto es precisamente lo que esperamos de un buen ohmímetro de alto voltaje: proporcionar una indicación precisa de la resistencia del sujeto bajo diferentes circunstancias.

Para una máxima seguridad, la mayoría de los meggers están equipados con generadores de manivela para producir el alto voltaje de CC (hasta 1000 voltios). Si el operador del medidor recibe un choque por el alto voltaje, la condición será autocorregida, ¡ya que naturalmente dejará de encender el generador! A veces se utiliza un “embrague deslizante” para estabilizar la velocidad del generador en diferentes condiciones de arranque, a fin de proporcionar un voltaje bastante estable, ya sea rápido o lento. Múltiples niveles de salida de voltaje del generador están disponibles mediante la configuración de un interruptor selector.

En esta fotografía se muestra un sencillo megger de manivela:

Algunos meggers funcionan con baterías para proporcionar una mayor precisión en el voltaje de salida. Por razones de seguridad, estos meggers son activados por un interruptor pulsador de contacto momentáneo, por lo que el interruptor no se puede dejar en la posición “on” y representan un peligro de choque significativo para el operador del medidor.

Los meggers reales están equipados con tres terminales de conexión, etiquetados Línea, Tierra y Guardia. El esquema es bastante similar a la versión simplificada mostrada anteriormente:

La resistencia se mide entre los terminales de Línea y Tierra, donde la corriente viajará a través de la bobina 1. El terminal “Guardia” se proporciona para situaciones especiales de prueba donde una resistencia debe aislarse de otra. Tomemos por ejemplo este escenario donde la resistencia de aislamiento se va a probar en un cable de dos hilos:

Para medir la resistencia de aislamiento de un conductor al exterior del cable, necesitamos conectar el cable “Line” del megger a uno de los conductores y conectar el cable “Tierra” del megger a un cable envuelto alrededor de la funda del cable:

En esta configuración el megger debe leer la resistencia entre un conductor y la funda exterior. ¿O lo hará? Si dibujamos un diagrama esquemático que muestra todas las resistencias de aislamiento como símbolos de resistencia, lo que tenemos se ve así:

En lugar de solo medir la resistencia del segundo conductor a la vaina (R _c2-s), lo que realmente mediremos es esa resistencia en paralelo con la combinación en serie de resistencia de conductor a conductor (R _c1-2) y el primer conductor a la vaina (R _c1-s). Si no nos importa este hecho, podemos proceder con la prueba tal y como está configurada. Si queremos medir solo la resistencia entre el segundo conductor y la funda (R _c2-s), entonces necesitamos usar el terminal “Guard” del megger:

Ahora el esquema del circuito se ve así:

La conexión del terminal “Guard” al primer conductor coloca los dos conductores a un potencial casi igual. Con poco o ningún voltaje entre ellos, la resistencia de aislamiento es casi infinita, y así no habrá corriente entre los dos conductores. En consecuencia, la indicación de resistencia del megger se basará exclusivamente en la corriente a través del aislamiento del segundo conductor, a través de la funda del cable, y al cable envuelto alrededor, no en la corriente que se fuga a través del aislamiento del primer conductor.

Los Meggers son instrumentos de campo: es decir, están diseñados para ser portátiles y operados por un técnico en el lugar de trabajo con tanta facilidad como un ohmímetro normal. Son muy útiles para verificar fallas “cortas” de alta resistencia entre cables causadas por aislamiento húmedo o degradado. Debido a que utilizan voltajes tan altos, no se ven tan afectados por tensiones parásitas (voltajes menores de 1 voltio producidos por reacciones electroquímicas entre conductores, o “inducidos” por campos magnéticos vecinos) como los ohmímetros ordinarios.

Para una prueba más completa de aislamiento de cables, se utiliza otro ohmímetro de alto voltaje comúnmente llamado probador de alta potencia. Estos instrumentos especializados producen voltajes superiores a 1 kV, y pueden ser utilizados para probar la efectividad aislante del aceite, aislantes cerámicos e incluso la integridad de otros instrumentos de alto voltaje. Debido a que son capaces de producir voltajes tan altos, deben ser operados con el máximo cuidado, y sólo por personal capacitado.

Cabe señalar que los probadores hi-pot e incluso los meggers (en ciertas condiciones) son capaces de dañar el aislamiento del cable si se usan incorrectamente. Una vez que un material aislante ha sido sometido a avería por la aplicación de un voltaje excesivo, su capacidad para aislar eléctricamente se verá comprometida. Nuevamente, estos instrumentos van a ser utilizados únicamente por personal capacitado.