Sonda di rete per elettricisti

Nel lavoro di tutti i giorni, gli elettricisti usano spesso semplici strumenti di misurazione.

Per eseguire la maggior parte del lavoro, sono sufficienti due dispositivi che funzionano con il principio sì/no, che sono indicatori di tensione di rete e cortocircuito. Tradizionalmente, l’indicatore di tensione di rete, che consente di determinare se il circuito monitorato è eccitato e trovare il filo di fase, è realizzato su una lampada al neon e un indicatore di cortocircuito, che consente di determinare l’integrità del circuito, esso è costituito da una batteria collegata in serie e una lampada compatta.

Tali sonde presentano diversi inconvenienti, in particolare, se un indicatore di cortocircuito viene accidentalmente collegato a circuiti sotto tensione, la lampada si brucia. La presenza di due dispositivi causa inconvenienti nel loro utilizzo, prima di verificare l’integrità del circuito, è necessario assicurarsi che nello stesso non ci sia tensione. Questi difetti vengono eliminati nella sonda proposta, il cui schema è mostrato nella figura sottostante. Entrambi gli indicatori sono combinati in un unico progetto e l’utilizzo di LED di varia luminosità come elementi di indicazione consente di valutare senza ambiguità lo stato del circuito da testare e di lavorare comodamente a qualsiasi livello di illuminazione. Questa sonda è concepita per l’uso durante l’installazione, la messa in servizio e la riparazione di circuiti e impianti elettrici con una tensione di 110 … 400 V di frequenza 50 e 60 Hz per renderlo universale in quasi tutto il mondo.

L’indicatore della tensione di rete è realizzato sul LED rosso LR. I resistori R1 – R5 limitano la corrente attraverso questo LED a un livello sicuro. L’uso di 4 resistori collegati in serie con lo stesso valore nominale (R2 e R5) ha permesso l’uso dell’indicatore in circuiti con tensione fino a 400 V. Il diodo D1 protegge il LED LR dalla tensione di polarità inversa. Il resistore R1, oltre alla funzione principale, che verrà discussa in seguito, svolge la funzione di un fusibile e brucia in caso di possibili rotture elettriche degli elementi della sonda.

La composizione dei circuiti elettrici nella sonda, in contrasto con i circuiti tradizionali, è fatta non dalla corrente continua, ma dalla corrente a impulsi di alta frequenza. Ciò ha permesso di slegare l’indicatore di cortocircuito dal circuito dalla presenza di una tensione di 230 V con una frequenza di 50 Hz all’ingresso della sonda. L’indicatore di cortocircuito funziona a una frequenza di circa 50 kHz. L’effetto di induttanza e capacità distribuita dei cablaggi è insignificante per fili di vario tipo fino a 200 m di lunghezza

Il transistore T1 e il trasformatore B1 è collegato secondo lo schema del ladro di jule. È alimentato da una pila P1 che ha permesso di garantire un funzionamento stabile del generatore fino a quando la batteria non è completamente scarica.

Il collegamento dell’indicatore di cortocircuito alle sonde viene effettuato tramite i condensatori C1 e C2, che rappresentano una resistenza significativa per una corrente a 50 Hz. L’impedenza attiva e induttiva degli avvolgimenti del trasformatore T1, collegati in serie con i condensatori C1 e C2, è molto piccola e la caduta di tensione su di essi quando è collegata alla rete non supera alcuni millivolt, sopportabili per il transistor T1. Il resistore R1 riduce l’ampiezza della corrente di carica dei condensatori C1 e C2, aumentando l’affidabilità della sonda. Lo scarico di questi condensatori quando si disconnette la sonda dal circuito misurato sotto tensione avviene tramite gli elementi b1, D1, LR, e dalla serie R2 – R5, che consente di evitare scosse elettriche, anche se piccole, quando si toccano le sonde dopo averlo scollegato dalla rete 230 V

L’indicatore di cortocircuito funziona come segue. Quando si preme il pulsante, il generatore è alimentato, vale sempre il discorso che cosi non è possibile scordarlselo acceso . Il LED blu LB, collegato all’uscita del generatore, inizia a brillare. Se si chiudono le sonde o si collegano a un circuito con una resistenza non superiore a 100 Ohm, un segnale di feedback negativo verrà inviato attraverso gli elementi C1, C2, R1 e il circuito controllato dal collettore T1. Sotto la sua influenza, l’ampiezza degli impulsi all’uscita del generatore diminuirà e diventerà insufficiente affinché il LED LB si accenda. Se si preme il pulsante mentre si applica la tensione di rete alle sonde (il LED LR è acceso), il circuito di feedback negativo verrà chiuso attraverso una piccola resistenza di rete interna e il LED LB non si accenderà.

Pertanto, con un buon cablaggio elettrico, i LED LB e LR brillano sempre separatamente, LR solo se tra le sonde c’è tensione di rete e solo LB con elevata resistenza tra le sonde. Quando si eseguono lavori di riparazione dopo un problema, è possibile che si verifichi una situazione tale che entrambi i LED si accendono contemporaneamente. Ciò indica che il cablaggio è difettoso o ha una resistenza inaccettabilmente elevata o una bassa resistenza di isolamento. Tale cablaggio elettrico richiede riparazioni o sostituzioni.

Non ci sono requisiti speciali per i dettagli del dispositivo. I resistori sono tutti da 1/4W, i condensatori C1-C2 devono avere una tensione nominale di almeno 400 V. Un anello di ferrite con un diametro di 10 mm recuperato da una lampada a risparmio energetico è usato per il trasformatore T1. Entrambi i suoi avvolgimenti sono avvolti contemporaneamente con filo smaltato a formare 16 spire ciascuno.

L’inizio di un avvolgimento è collegato alla fine del secondo e collegato alla linea elettrica. Per i LED consiglio di trovarne a luminosità elevata viste le basse correnti di funzionamento. Il transistor è un pnp a bassa potenza con un guadagno di almeno 100. Se si inverte la polarità di accensione del LED Lb, del diodo D2 e della batteria B1, è possibile utilizzare un transistor npn, ma io ho tantissimi PNP acquistati alle fiere al costo di 1 cent a pezzo e in qualche modo li dovrò pur utilizzare.

Il circuito può essere assemblato su una basetta millefori. La batteria è fissata sulla scheda con diversi giri di nastro isolante, qualora non si abbia a disposizione un portabatterie essa deve essere sostituita non più di una volta all’anno.

La regolazione della sonda si trova nella selezione valore del resistore R1, che imposta la profondità del feedback negativo, di norma il valore dello schema è ottimale ma, a volte occorre variare tale valore entro il 30%, tale scostamento è dovuto principalmente da T1 e dal tipo di anello in ferrite che siete riusciti a trovare. Quando le sonde sono chiuse, il LED LB deve essere spento, quando è collegato a una resistenza di 100 ohm o più, la luce deve essere accesa. Quando si lavora con la sonda, è necessario rispettare i requisiti di sicurezza. Prevedere sempre un adeguato isolamento tra il circuito e l’esterno inglobando il tutto in un adeguato contenitore isolato, anche se a dire il vero tale strumento dovrebbe andare in mano a chi è cosciente di cosa sta facendo e quali siano i rischi connessi con le tensioni in gioco. Comunque meglio sempre abbondare nelle protezioni perchè una distrazione è sempre dietro l’angolo per chi lavora in condizioni sfavorevoli o per eccesso di sicurezza.

Di seguito un esempio di possibile realizzazione anche se vista la semplicità del circuito si potrebbe assemblare tranquillamente in un ritaglio di basetta millefori.