A prova de isolamento de condutores e dispositivos elétricos e eletrônicos em que resistências de dezenas de Megohms já podem significar um problema, só pode ser feita com instrumentos apropriados (megohmetros) ou com multímetros que operem com tensões mais elevadas. Isso significa que, instrumentos comuns como multímetros de uso geral não são apropriados para esta finalidade. O teste que descrevemos, apesar de ser portátil e operar com pilhas gera altas tensões de prova, podendo superar os 500V o que lhe garante um desempenho a altura que este tipo de aplicação exige.
Uma resistência de alguns megohms ou mesmo algumas dezenas de megohms entre os enrolamentos de um transformador ou entre os condutores de um fio que transporte dados num link de computadores pode significar problemas e estes problemas exigem técnicas especiais para detecção.
Muito mais graves são as resistências de fuga que podem ocorrer por deficiências de isolamento que aparecem em máquinas industriais, equipamentos médicos, eletrodomésticos e eletrônicos alimentados pela rede de energia em que existe o perigo de choques para os operadores ou usuários.
Um simples ferro de passar que tenha o elemento de aquecimento umidecido ou suas conexões internas deterioradas pode deixar passar pequenas correntes para a carcaça mas que podem ser extremamente perigosas para um usuário que esteja, por exemplo, descalço.
Na bancada, o mesmo tipo de fuga num soldador pode aplicar tensões pergosas na ponta quente, capazes de causar a queima de dispositivos mais delicados como transistores de efeito de campo e circuitos integrados CMOS, pelo simples toque.
O aparelho que descrevemos é muito interessante para quem trabalha em condições em que a detecção de fugas ou problemas de isolamento sejam importantes.
Gerando uma alta tensão de prova, da ordem de 500 volts ele pode detectar fugas muito pequenas, mesmo as responsáveis por resistências de muitos megohms que aparelhos comuns, operando com baixas tensões não acusariam.
Funcionando com pilhas e tendo uma lâmpada neon como indicadora este aparelho é bastante simples de montar, não exigindo nem ajustes especiais e nem componentes críticos.
Dentre as provas que podem ser feitas com este aparelho, destacamos as seguintes:
* Isolamento de cabos e fios
* Isolamento entre enrolamentos de transformadores
* Isolamento de eletrodomésticos
* Isolamento de máquinas industriais
* Isolamento entre componentes e invólucros ou carcaças
* Isolamento de capacitores
* Isolamento de instalações ou fiações elétricas
CARACTERÍSTICAS
* Tensão de alimentação: 6 V
* Corrente drenada durante a prova: 80 a 200 mA
* Tensão de prova: 500 V (tip)
* Resistência máxima de fuga detectada: 50 Megohms (tip)
COMO FUNCIONA
O aparelho tem sua configuração mostrada em blocos na figura 2.
Um inversor gera a alta tensão que é aplicada ao componente ou aparelho em teste. Se houver fuga a tensão que aparece na lâmpada neon é suficiente para ionizá-la e ela acende com um brilho alaranjado característico do gás. O brilho será tanto mais intenso quanto maior for a fuga. Como esta lâmpada opera tipicamente em função da tensão, exigindo correntes muito baixas, mesmo uma resistência de fuga da ordem de dezenas de Megohms é suficiente para deixar passar uma corrente que a acende.
Para produzir a alta tensão de prova a partir de 6V de pilhas comuns usamos um inversor com base no circuito integrado 555 na configuração astável.
Este circuito integrado gera um sinal entre 500 e 2 000 Hz e o aplica a um transistor de Darlington de potência que tem como carga de coletor o enrolamento de baixa tensão de um pequeno transformador.
O primário deste transformador é para a rede de 220V, no entanto, como a forma de onda gerada no circuito não ‚ senoidal, este transformador não opera de maneira normal. Assim, devido as suas características, picos de tensão muito mais altos que os 220V são produzidos, podendo chegar a mais de 500 V conforme mostra a forma de onda não simétrica gerada da figura 3.
Como a forma de onda obtida no enrolamento de alta tensão do transformador não é simétrica, com a retificação podem ocorrer variações nos resultados obtidos na prática. Assim, em alguns casos pode ser necessário inverter os terminais do enrolamento de alta tensão do transformador no sentido de se obter a tensão mais alta possível.
Observe entretanto que a alta tensão que aparece neste ponto do circuito vem de uma fonte de resistência interna muito alta, ou seja, não dispõe de corrente.
Assim, a corrente é extremamente baixa e se tentarmos medir a tensão com um multímetro comum, o multímetro certamente vai carregar o circuito proporcionando uma falsa indicação de valor, bem abaixo da tensão real que existe com o circuito aberto.
A alta tensão retificada é usada para carregar um capacitor de poliéster que funciona como um filtro e ao mesmo tempo um reservatório de energia.
A alta tensão armazenada é utilizada para alimentar o circuito de prova em que temos um resistor de 4,7 M ohms que limita a corrente de prova no circuito externo caso sua resistência seja muito baixa e que também serve para evitar que um toque acidental nas pontas de prova cause choques desagradáveis no operador.
O dispositivo indicador é uma lâmpada neon que, conforme vimos precisa de uma tensão da ordem de 80 V para acender, mas que exige uma corrente extremamente baixa para se manter acesa.
Como a corrente de prova que temos neste circuito é extremamente baixa, além do isolamento podemos fazer a prova de capacitores de baixo valor que tenham tensões de trabalho de pelo menos 450 V.
Encostando as pontas de prova nos terminais destes capacitores, com valores na faixa de 47 pF a 100 nF, a carga do capacitor produz uma piscada visível da lâmpada neon, o que é suficiente para sabermos que ele se encontra em bom estado.
Se a lâmpada permanecer acesa no teste de um capacitor deste tipo é sinal que, mesmo carregado (ou descaregado) flui uma pequena corrente entre suas armaduras. Se o brilho da lâmpada for reduzido temos uma simples fuga, mas se for o brilho máximo teremos um capacitor em curto.
MONTAGEM
O diagrama completo do provador de isolamento é mostrado na figura 5.
Todos os componentes principais, incluindo o pequeno transformador, podem ser acomodados na placa de circuito impresso conforme mostra a figura 6.
O transformador é do tipo de alimentação comum com um enrolamento primário de 110/220V ou somente 220V, já que a tomada de 110V permanecer desligada, e um enrolamento secundário de 6+6 V ou 7,5 + 7,5 V com corrente entre 100 e 300 mA.
Como este tipo de transformador varia bastante de tamanho conforme a corrente e o fabricante ser interessante tê-lo antes em mãos para verificar se ele cabe no espaço disponível na placa que desenhamos. Se for maior deve ser feita uma alteração nesse espaço, o que não é difícil.
Para maior segurança o circuito integrado pode ser instalado num soquete DIL de 8 pinos. O transistor tanto pode sero TIP31 como equivalentes próximos de média potência com invólucros TO-220 desde que NPN. Este transistor deve ser dotado de um pequeno radiador de calor.
Os resistores são de 1/8W e o capacitor C2 deve ser de poliéster com uma tensão de isolamento de pelo menos 600V. Os demais capacitores são comuns com as tensões e os tipos indicados na relação de material.
A lâmpada neon é do tipo NE-2H ou equivalente, sem resistência interna, já que alguns tipos que são montados em soquetes possuem internamente um resistor de alto valor.
Para as pilhas médias ou pequenas deve ser usado um suporte apropriado com a polaridade devidamente observada. A caixa usada na montagem vai ter seu tamanho determinado principalmente pelo espaço que as pilhas exigem.
Para a prova externa são usadas duas pontas de prova comuns do tipo encontrado em multímetros, sendo uma vermelha e a outra preta.
O diodo pode ser o 1N4007 ou qualquer equivalente que tenha uma tensão inversa de pico de pelo menos 800V.
Para ligar e desligar o aparelho usamos um interruptor simples de qualquer tipo.
PROVA E USO
Para testar o aparelho é simples: ligando a alimentação poderemos ouvir o leve zumbido do alto-falante indicando que o inversor se encontra em funcionamento. Se isso não ocorrer, verifique os componentes em torno do 555. Encostando uma ponta de prova na outra a lâmpada neon deve acender se tudo estiver em ordem.
Para usar o aparelho, basta encostar as pontas de prova nos pontos entre os quais se deseja verificar o isolamento.
Na figura 7 temos um exemplo de prova de isolamento de um ferro comum de passar roupas.
Se a lâmpada neon acender nesta prova, isso significa que existem fugas entre o circuito e a carcaça que podem causar choques na pessoa que tocar no ferro. Essa fuga tanto pode ser devida a umidade como a problemas internos de isolamento que, evidentemente, devem ser verificados.
Na figura 8 temos o modo de se fazer a verificação do isolamento de um cabo de vídeo. O acendimento da lâmpada forte indica curto interno e o acendimento fraco indica que podem estar ocorrendo pequenas fugas.
Importante: nunca use o aparelho na prova de circuitos eletrônicos que possuam componentes sensíveis à alta tensões como por exemplo circuitos integrados CMOS e FETs. As provas de componentes e fios destes circuitos devem ser feitas com a retiradas dos componentes ou fios.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 555 - circuito integrado
Q1 - TIP120 - transistor NPN de potência
D1 - 1N4007 ou equivalente - diodo de silício
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R2 - 22 k ohms
R3 - 4,7 k ohms
R4 - 4,7 M ohms
Capacitores:
C1 - 100 nF - poliéster ou cerâmico
C2 - 100 nF/600V - poliéster
C3 - 100 uF/12V - eletrolítico
Diversos:
NE-1 - NE-2H - lâmpada neon
T1 - Transformador com primário de 110/220V ou 220V e secundário de 6+6V ou 7,5+7,5V com corrente entre 100 mA e 300 mA
S1 - Interruptor simples
B1 - 6V - 4 pilhas pequenas ou médias
PP1, PP2 - Pontas de prova
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de 4 pilhas pequenas ou médias, fios, solda, etc.
