Comprensión de los sensores de tensión residual

06-20-2013 | Eléctrica

Cómo usan la conductividad del cuerpo los detectores de tensión

Su compañero acaba de comprar un detector de tensión de CA con forma de bolígrafo. Lo llama "punta brillante" o "comprobador". Lo ha visto llevarlo en el bolsillo de la camisa a todos lados. Debe de gustarle, pues no lo presta. Cuando le preguntó por este, le dijo que podía detectar tensión de CA activa dentro de un cable aislado. También dice que lo ha utilizado para detectar un neutro abierto en un circuito derivado y que en algunos casos ha identificado conexiones a tierra defectuosas en cajas eléctricas.

Pero, ¿cómo funciona? ¿Cómo puede detectar tensión sin hacer contacto con el metal? ¿Puede detectar conductores con corriente dentro de un conducto metálico con conexión a tierra?

Acoplamiento capacitivo

Los detectores de tensión de CA funcionan con el principio de acoplamiento capacitivo. Para entenderlo, volvamos por un momento a la teoría del circuito eléctrico y recordemos cómo funciona un condensador. Un condensador tiene dos conductores o "placas" separadas por un aislante llamado "dieléctrico". Si se conecta una tensión de CA a dos conductores, fluirá una corriente de CA, pues los electrones son atraídos o repelidos de manera alterna por la tensión en la placa opuesta. Hay un circuito completo de CA, aunque no haya una conexión de circuito "cableado". El "campo" eléctrico del interior del condensador, entre las dos placas, es lo que completa el circuito de CA.

A menudo, pensamos en los condensadores como componentes individuales del circuito, como los condensadores de arranque del motor, pero en realidad, el mundo está lleno de pequeños condensadores "erráticos" que solemos pasar por alto. Por ejemplo: suponga que se encuentra de pie en un suelo de hormigón con una alfombra, justo debajo de un dispositivo de iluminación de 120 V y la luz está encendida. Su cuerpo conduce una cantidad muy pequeña de CA, pues es parte de un circuito conformado por dos condensadores en serie. Los dos conductores o placas del primer condensador son el elemento activo de la bombilla y su cuerpo. El dieléctrico es el aire existente entre ellos (y quizá su sombrero). Los dos conductores del segundo condensador son su cuerpo y el suelo de hormigón (recuerde que el hormigón es un buen conductor, como lo demuestra la utilización de electrodos recubiertos de hormigón como conexión a tierra física). El dieléctrico del segundo condensador es la alfombra, más sus zapatos y calcetines. El segundo condensador es mucho mayor que el primero. Habrá un flujo muy pequeño de CA, pues hay 120 V en la combinación de serie. (Por otro lado, esta corriente debe estar muy por debajo del umbral de descarga o no viviríamos en un mundo lleno de CA, y definitivamente no encenderíamos las luces en el baño).

Sensores de tensión capacitiva

Pero ¿cómo se divide la tensión entre los dos condensadores en serie? Esta respuesta en crucial para comprender la manera en que funciona un sensor de tensión capacitiva. Brevemente

volvamos a recordar la teoría del circuito eléctrico. En un circuito en serie, la tensión mayor se desarrollará a través de la impedancia mayor (Ley de Ohm). Con condensadores, cuanto más pequeño sea el condensador, mayor será la impedancia (conocida como reactancia capacitiva). Es un poco complicado, pues funcionan del modo contrario a las resistencias, pero si tiene en cuenta este dato, el resto es sencillo. Cuando dos condensadores se encuentran en serie, la tensión mayor se desarrollará a través de condensador menor (Ley de Ohm). En el ejemplo anterior, solo se desarrollarán unos pocos voltios entre sus pies y el suelo (el condensador grande), mientras que el resto de los 120 V estará entre su cabeza y la bombilla (el condensador pequeño). Esto puede sonar extraño, pues normalmente no pensamos en la alfombra y el suelo como partes de un circuito eléctrico, pero lo son y se comportarán de acuerdo a las leyes de Ohm y de Kirchoff si estas se aplican correctamente.

El sensor de tensión capacitiva funciona porque cuando usted sostiene el barril con la mano y coloca la punta cerca de un conductor con corriente, está insertando el elemento sensor de alta impedancia en un circuito con acoplamiento capacitivo. Como en el ejemplo anterior, su mano y su cuerpo forman un condensador relativamente grande acoplado al suelo. La punta del sensor es un condensador pequeño acoplado a la tensión activa. El circuito sensor detecta la tensión y enciende una luz o hace sonar el zumbador.

Inténtelo y verá

Para comprobar la teoría usted mismo, haga esta sencilla prueba: busque una lámpara de escritorio metálica con un cable de alimentación de dos puntas, como una lámpara que no esté polarizada. Conecte el cable a una toma con corriente y, con el sensor en la mano, toque la punta del armazón metálico de la lámpara. El sensor debe indicar tensión activa, pues el armazón de metal de la lámpara está cerca (con acoplamiento capacitivo) del lado de fase del cable y no hay conductor de tierra para "bajar" la tensión. En otras palabras, el sensor detecta la tensión "errática" acoplada a la lámpara por la capacitancia "errática" entre el armazón y el lado de fase del cable. Ahora, deje el sensor sobre una pila de libros u otro objeto no conductor de modo que la punta permanezca en contacto con el armazón de la lámpara mientras retira la mano. El sensor ya no indicará una tensión activa, pues el circuito en acoplamiento capacitivo se rompió al retirar la mano.

Esta prueba nos da una idea de la manera en que el sensor puede detectar un neutro abierto en un circuito derivado. Daremos por hecho que el circuito de prueba es un enchufe de pared de 120 V. No sucede nada cuando se conecta una carga. Una comprobación rápida del panel muestra que el disyuntor correcto se encuentra encendido y el multímetro mide 120 V entre la fase y la tierra en el enchufe. A continuación, saque su sensor e inserte la punta en el lado de fase de la toma; indica tensión activa. Entonces, inserte la punta en el lado neutro del enchufe y obtendrá el mismo resultado, la indicación de tensión activa. ¿Cómo es posible? Si el neutro estuviera en contacto con el conductor de fase, ¿no se produciría un cortocircuito? ¿No se activaría el disyuntor? Si pensamos detinidadosamente acerca del acoplamiento capacitivo, la respuesta es obvia. Los conductores de fase y neutro corren uno al lado del otro desde el enchufe y hasta el panel. En otras palabras, se encuentran en acoplamiento capacitivo, cada cable es una "placa" del condensador y el aislamiento del conductor es el dieléctrico. Si el neutro está abierto en el panel y en consecuencia no cuenta con conexión a tierra, la tensión del conductor neutro se elevará hasta casi el mismo nivel que el de fase. Esa es la razón por la que el sensor de tensión indica tensión activa en el neutro.

Inténtelo usted mismo con un par de extensiones de dos puntas. Conecte un cable a un enchufe de pared y el segundo dentro del primero, pero conecte solo el lado de fase dejando el neutro abierto. Diríjase al extremo libre del segundo cable y pruebe el sensor de tensión en ambos lados. Ambos deben indicar tensión activa.

Bajo ciertas condiciones podemos utilizar el sensor de tensión, para detectar una conexión a tierra defectuosa en un armario de metal o una sección de un conducto. De hecho, este es un buen hábito antes de entrar en contacto o de trabajar en cualquier caja eléctrica. Piense en la prueba del armazón de la lámpara descrito anteriormente. La razón por la que el sensor indicó una tensión activa en el armazón es que el armazón sin conexión a tierra tenía tensión errática en él, acoplada desde el conductor de fase. En el caso de la caja eléctrica sin conexión a tierra, el sensor de tensión no le dirá si la caja solo está caliente por la tensión del acoplamiento capacitivo o si está realmente caliente por, digamos, el contacto con un cable con corriente (aislamiento desgastado en un conductor de fase). La diferencia puede ser de vida o muerte. Vale la pena comprobarlo.

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