ES1160858U - Sensor de corriente de tipo flexible - Google Patents
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Abstract
1. Sensor de corriente de tipo flexible, de los que son un tipo de sensor de núcleo de aire, basado en el principio de la bobina Rogowski, y de los que sirven para medir la corriente alterna (CA) o pulsos rápidos de corriente en tiempo real en una instalación eléctrica, por ejemplo destinado para medir la corriente que circula por uno o más conductores eléctricos, caracterizado en que está configurado por un lazo de bobina que se abre y cierra completamente mediante la provisión de un mecanismo de cierre que permite al usuario abrir y/o cerrar de manera fácil y segura dicha bobina alrededor del cable o cables conductor(es) que transporta(n) la corriente a medir, comprendiendo dicho mecanismo de cierre un elemento hembra y un elemento macho adaptados ambos elementos hembra y macho para acoplarse entre sí por medio de unos medios de sujeción de tipo magnético.
Description
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DESCRIPCION
Sensor de corriente de tipo flexible.
Campo de la invencion:
La presente invencion se refiere a un sensor (tambien llamado como transductor) de corriente de tipo flexible, el cual tiene la funcion de medir la corriente alterna (CA) o pulsos rapidos de
corriente DC en tiempo real en una instalacion electrica (por ejemplo destinado para medir la corriente que circular por un conductor electrico) con relativa independencia de la posicion del conductor, con una gran fiabilidad, un bajo consumo de potencia, con practicamente ningun problema de saturacion magnetica o de efecto de histeresis, y presentando muy baja dependencia de la temperatura y muy buena linealidad.
corriente DC en tiempo real en una instalacion electrica (por ejemplo destinado para medir la corriente que circular por un conductor electrico) con relativa independencia de la posicion del conductor, con una gran fiabilidad, un bajo consumo de potencia, con practicamente ningun problema de saturacion magnetica o de efecto de histeresis, y presentando muy baja dependencia de la temperatura y muy buena linealidad.
Estado de la Tecnica:
Este tipo de sensor/transductor de corriente de tipo flexible es un sensor de nucleo de aire, el cual esta basado en el principio de la bobina Rogowski. Este sensor/transductor de corriente tambien se denomina habitualmente en la jerga tecnica como "pinza flexible”.
La bobina de Rogowski es un dispositivo electrico y se emplea como metodo no intrusivo para medir la corriente que circula por un conductor (W. Rogowski y W. Steinhaus, "Die Messung der magnetischen Spannung", Archiv fur Elektrotechnik, 1912, 1, Pt.4, pp. 141-150).
En su forma mas basica, la bobina de Rogowski comprende un arrollamiento helicoidal alrededor de un tubo de seccion constante. Dicho tubo se cierra sobre si mismo y alrededor del cable del cual se desea medir la corriente, formando un lazo sensor de forma toroidal.
Asl pues, consiste principalmente en una
bobina de cable en forma de
helice, alrededor de una circunferencia, como un lazo toroi
dal, pero con nucleo de aire, y los dos terminales de la bobina estan cercanos entre si.
bobina de cable en forma de
helice, alrededor de una circunferencia, como un lazo toroi
dal, pero con nucleo de aire, y los dos terminales de la bobina estan cercanos entre si.
La bobina se cierra uniendo ambos terminales de la bobina entre si, quedando cerrada completamente alrededor del cable conductor que transporta la corriente que se quiere medir. La corriente produce un campo magnetico alterno que induce la tension en la bobina y dado que el voltaje inducido en la bobina es proporcional a la velocidad con la que varla la corriente que se mide en el cable, o a su
derivada temporal, la salida obtenida en la bobina de Rogowski es usualmente conectada a un dispositivo
integrador, a fin de obtener una tension de salida proporcional a la corriente, la cual reproduce con precision la forma de onda de corriente. Por lo tanto, se conocera la corriente del conductor.
derivada temporal, la salida obtenida en la bobina de Rogowski es usualmente conectada a un dispositivo
integrador, a fin de obtener una tension de salida proporcional a la corriente, la cual reproduce con precision la forma de onda de corriente. Por lo tanto, se conocera la corriente del conductor.
Este tipo de sensor/transductor de corriente se utiliza habitualmente para medir corrientes de hasta cientos de kiloamperios.
Por otra parte, en dicho tipo de sensor, la longitud del bucle del cable puede llegar a unos 150 cm. o superior, de manera que puede abrazar sin problema alguno a grandes cableados.
El rango habitual de ancho de banda de frecuencias de este tipo de sensores es entre 1 Hz y 1 MHz.
Una ventaja de la bobina de Rogowski frente a otros tipos de transformadores de corriente es que por su diseno puede ser abierta y flexible, lo cual permite medir un cable conductor sin perturbarlo (es decir sin tenerlo que desconectar). Tambien gracias a su flexibilidad, se pueden abrazar uno o varios conductores, sin tener en cuenta sus distintas formas (cables aislados, tubos, etc.) para ejecutar acciones de medida de corriente.
Otras ventajas de la bobina de Rogowski en comparacion con otros tipos de transformadores de corriente son que al no tener nucleo de hierro, sino de aire, esta permite tener
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una baja
inductancia y respuesta a corrientes de rapida variation. Ademas, la ausencia de nucleo de hierro que sature, brinda alta linealidad, aun midiendo grandes corrientes, tales como las que se observan en transmision de energla electrica de alta potencia, soldadura, o aplicaciones con pulsos de alta potencia. Una bobina de Rogowski construida apropiadamente, con el bobinado uniformemente espaciado, tambien presenta alta inmunidad a
interferencia electromagnetica.
inductancia y respuesta a corrientes de rapida variation. Ademas, la ausencia de nucleo de hierro que sature, brinda alta linealidad, aun midiendo grandes corrientes, tales como las que se observan en transmision de energla electrica de alta potencia, soldadura, o aplicaciones con pulsos de alta potencia. Una bobina de Rogowski construida apropiadamente, con el bobinado uniformemente espaciado, tambien presenta alta inmunidad a
interferencia electromagnetica.
Este tipo de sensor flexible de corriente es de aplicacion universal, ya que no solo se emplean en la tecnologla de alta intensidad, sino tambien para medir corrientes en, por ejemplo, armarios de distribution. Es decir que puede tener distintas y multiples aplicaciones, tales como:
- Medicion de corriente en aplicaciones industriales.
- Medicion de corriente en espacios muy reducidos.
- Medicion de corriente sobre barras o conductores de gran section.
- Medicion de energla con gran rango dinamico.
- Analisis armonico de corriente hasta frecuencias elevadas.
- Protection de rele.
- Rectificador controlado de silicio.
- Control de velocidad de frecuencia variable, o
- Soldadura por resistencia electrica.
Uno de los inconvenientes existentes hoy en dla respecto a las bobinas de Rogowski es que son algo sensibles a campos electromagneticos externos producidos por conductores no abrazados por el lazo sensor e interferencias electromagneticas en general, siendo ademas la medida entregada dependiente del posicionamiento relativo entre la bobina Rogowski y el conductor.
En el caso ideal donde la bobina posee simetrla axial perfecta respecto a un eje paralelo al conductor, el conductor es perfectamente rectillneo y el campo electromagnetico presente es generado exclusivamente por el conductor cuya corriente se desea medir, la senal de voltaje suministrada por el lazo sensor es analoga a la variacion temporal de la corriente que se desea medir. En este caso, utilizando un circuito integrador con la calibration apropiada, se puede obtener una senal proporcional a la corriente que circula por el conductor.
Sin embargo, en los casos practicos los conductores no son perfectamente rectillneos y el lazo sensor no posee simetrla axial, por lo que las medidas de corriente dependen de la orientation y position del conductor que atraviesa el lazo sensor. Ademas, la existencia de campos electromagneticos externos no producidos por el conductor cuya corriente se desea medir, introduce problemas de interferencia inductiva, capacitiva y electromagnetica, que llamaremos genericamente como "problemas de gap”. Todos estos factores limitan la precision de las bobinas de tipo Rogowski.
Estos problemas se han intentado resolver en la practica disminuyendo el diametro del tubo en relation con su longitud, aumentando la precision mecanica en la fabrication del devanado helicoidal, apantallando magneticamente la union de los extremos del tubo donde se cierra el lazo de medida, o envolviendo el lazo de medida con apantallamiento metalico extra conectado a tierra.
Objeto de la invencion:
El objeto de la presente invencion es concebir una pinza flexible para la medida de corriente alterna (CA) sobre la base del principio de Rogowski hasta 100 kA sin electronica de
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control externo, que esta adaptada para realizar la medida de corriente de conductores con un diametro maximo entre 500 mm. y unos 600 mm., que sea muy facil, comodo, rapido y seguro de abrir y cerrar el lazo de la bobina por parte del usuario, y que ademas minimice el maximo posible el "problema de gap”.
Descripcion de la invencion:
El objeto de la presente invencion es el que se define en la primera reivindicacion que se acompana.
La presente invencion se materializa en una pinza flexible (es decir un sensor/transductor de corriente de tipo flexible) adaptado para la medida de corriente alterna (CA) que funciona como un sensor de nucleo de aire (basandose en el principio de Rogowski), la cual se caracteriza porque esta configurada por un lazo de bobina que se abre y cierra completamente mediante la provision de un mecanismo de cierre que permite al usuario abrir y/o cerrar de manera facil y segura dicha bobina alrededor de uno o mas cable(s) conductor(es) que transporta(n) la corriente que se desea medir, comprendiendo dicho mecanismo de cierre un elemento hembra y un elemento macho que se acoplan entre si por medio de unos medios de sujecion magneticos liberables.
Dichos medios de sujecion magneticos estan formados, de modo preferente, por un elemento magnetico dispuesto en el elemento macho y otro elemento magnetico correspondiente dispuesto en el elemento hembra, con una fuerza de atraccion magnetica tal que se pueden liberar facilmente entre si por parte de un usuario.
En referencia al elemento hembra, el mismo esta formado por un cuerpo exterior, preferentemente de material plastico y configuration exterior sensiblemente cillndrica provista de una portion superior sobresaliente en la zona mas terminal dentro de la cual se dispone el elemento magnetico. Preferentemente dicha porcion superior sobresaliente presenta una superficie redondeada, que favorece que no existan problemas de posicionamiento de la pinza debido al enganche de otros cables que se puedan encontrar en las inmediaciones del cable o cables a medir con dicha pinza.
En referencia al elemento macho, el mismo esta formado por un cuerpo exterior de constitution solida, preferentemente de material plastico y cuya configuracion exterior es sensiblemente cillndrica y provisto tambien de una porcion sobresaliente dentro de la cual se dispone el elemento magnetico "macho”. Preferentemente dicha porcion superior sobresaliente presenta tambien una superficie redondeada, que asimismo favorece que no existan problemas de posicionamiento de la pinza debido al enganche u obstaculizacion de otros cables colindantes que se puedan encontrar cercanos al cable o cables a medir con dicha pinza.
De modo preferente, el elemento hembra presenta en su parte distal (es decir la parte mas externa longitudinalmente) de su propio cuerpo una sujecion flexible de tipo mecanico formada por dos partes separadas entre si por una pequena ranura en la direction longitudinal y unidas entre si por unos medios de sujecion tal como uno o mas tornillo(s), cuya finalidad es la de evitar la rotura del cable de salida y tambien no permite que dicho cable de salida pueda ser arrancado con facilidad.
De modo preferente, el elemento hembra presenta tambien una segunda ranura no pasante en direccion transversal localizada en su parte superior, cuya finalidad es la de ayudar a curvar el elemento hembra.
Por otra parte, y de modo preferente, el sensor de corriente presenta unos elementos hembra y macho con una configuracion y forma tales que permiten la inclusion en su interior de un circuito impreso (o tambien denominado como PCB, abreviatura del termino ingles "printed circuit board”), tanto en el elemento macho como en el elemento hembra. Mediante la provision de estos circuitos impresos internos, que puede ser rlgidos, flexibles o combination de ellos, se logra ventajosamente efectuar una adaptation de la senal de salida. De modo preferente, dichos circuitos
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impresos internos se montan soldados en las partes internas del propio cuerpo de la bobina flexible, tanto en el elemento macho como en el elemento hembra.
Respecto a los elementos magneticos dispuestos en el elemento macho y en el elemento hembra, pueden estar formados por un iman o bien por un metal ferromagnetico (por ejemplo, hierro, cobalto, nlquel o aleaciones de estos), sin que ello altere la esencialidad de la presente invention.
Este mecanismo de cierre tan eficaz de la bobina, provisto de una sujecion magnetica en sus extremos, logra disminuir sustancialmente el error en la medida causado por la discontinuidad de la bobina en los extremos de union, lo cual es una gran ventaja de calidad respecto a las pinzas ya conocidas hoy en dla.
Estas y otras caracterlsticas se desprenderan mejor de la description detallada que sigue, la cual, para facilitar su comprension, se acompana de tres laminas de dibujos, en las que se ha representado un caso practico de realization que se cita solamente a tltulo de ejemplo no limitativo del alcance de la presente invencion.
Descripcion de las figuras:
Sigue a continuation una relation de las distintas figuras que se acompanan:
la figura n° 1 ilustra una vista esquematica de la bobina de Rogowski con un cable conductor a medir que pasa por el interior del lazo cerrado de la bobina;
la figura n° 2 ilustra una vista en alzado lateral de una realizacion preferente de la pinza flexible objeto de la invencion con el mecanismo de cierre abierto;
la figura n° 3 ilustra una vista tambien en alzado lateral de esta misma realizacion de la pinza flexible, pero en este caso con el mecanismo de cierre cerrado;
la figura n° 4 ilustra una vista en planta superior de esta misma realizacion de la pinza flexible;
la figura n° 5 ilustra una vista en alzado frontal de esta misma realizacion de la pinza flexible;
la figura n° 6 ilustra una vista en alzado trasero de esta misma realizacion de la pinza flexible; y
la figura n° 7 ilustra una vista en alzado lateral de esta misma realizacion de la pinza flexible, en la cual se representa el cable a medir.
Descripcion de una realizacion preferente de la invencion:
Una realizacion practica posible de la invencion, aunque no limitativa, es la mostrada en las figuras adjuntas, en las que se aprecia una pinza flexible o sensor/transductor de corriente de tipo flexible (10) adaptado para la medida de corriente alterna (CA), la cual esta configurada por una
bobina de cable (13) en forma de
helice, alrededor de una circunferencia, como un lazo toroi
dal, pero con nucleo de aire, y los dos terminales de la bobina estan cercanos entre si, cerrandose dicha bobina por la union de ambos terminales de la bobina entre si, de modo que el lazo de la bobina queda cerrada completamente mediante un eficaz mecanismo de cierre que permite al usuario abrir y/o cerrar facilmente dicha bobina alrededor del cable conductor (22) que transporta la corriente que se quiere medir, y ademas logrando reducir el error de "gap” en la medida causado por la discontinuidad de la bobina.
bobina de cable (13) en forma de
helice, alrededor de una circunferencia, como un lazo toroi
dal, pero con nucleo de aire, y los dos terminales de la bobina estan cercanos entre si, cerrandose dicha bobina por la union de ambos terminales de la bobina entre si, de modo que el lazo de la bobina queda cerrada completamente mediante un eficaz mecanismo de cierre que permite al usuario abrir y/o cerrar facilmente dicha bobina alrededor del cable conductor (22) que transporta la corriente que se quiere medir, y ademas logrando reducir el error de "gap” en la medida causado por la discontinuidad de la bobina.
En referencia a la figura n° 1, la misma ilustra una vista esquematica de una bobina de Rogowski ideal (10), en la cual se representa la configuration basica de dicha bobina en la que se ha representado ademas el cable conductor (22) a medir su corriente que transcurre por el interior del lazo cerrado de la bobina.
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Tal y como se muestra en las figuras n° 2 a 7, la pinza flexible (10) objeto de esta invention presenta un mecanismo de cierre formado por la combination de un elemento hembra (11) y un elemento macho (12) que se acoplan entre si por medio de unos medios de sujecion magneticos.
Concretamente en las figuras n° 2 y 3, se percibe la disposition de los medios de sujecion magneticos, los cuales estan formados en esta caso concreto por un elemento magnetico (16) dispuesto en el elemento macho (12) y otro elemento magnetico (15) correspondiente dispuesto en el elemento hembra (11).
En estas mismas figuras n° 2 y 3, se aprecia claramente la constitution del elemento hembra (11), el cual presenta un cuerpo exterior de configuration exterior sensiblemente cillndrica provista de una portion superior sobresaliente (23), vease figura n° 5, en la zona mas terminal dentro de la cual se dispone el elemento magnetico (15). Esta porcion superior sobresaliente (23) presenta una superficie redondeada, que favorece que no existan problemas de posicionamiento de la pinza (10).
Ademas el elemento hembra (11) tiene en su parte mas externa longitudinalmente de su propio cuerpo una sujecion flexible (17) formada por dos partes (18a, 18b) separadas entre si por una ranura longitudinal (19) de poco espesor y no pasante, y unidas entre si ambas partes (18a, 18b) por dos tornillos (21) que se alojan respectivamente en los dos orificios (25), mostrados en las figuras n° 4 y 6.
Tambien el elemento hembra (11) presenta en su parte superior otra ranura transversal (20) no pasante, cuya finalidad principal es la de ayudar a arquear el cuerpo del elemento hembra (11) para seguir la curvatura del lazo de la bobina.
En referencia al elemento macho (12), esta constituido por un cuerpo exterior de constitucion solida y sensiblemente cillndrica, provisto tambien de una porcion sobresaliente (24) de superficie redondeada dentro de la cual se dispone el elemento magnetico "macho” (16).
Tanto los elementos hembra (11) como el macho (12) comprenden en su interior respectivos circuitos impreso (18, 19) dispuestos fijamente por ejemplo mediante soldadura, cuyo fin es adaptar la senal de salida medida, vease la localization de dichos circuitos impreso (18, 19) en las figuras n° 2 y 3.
Respecto al cable (14) representado en las figuras, corresponde al cable de salida de senal, el cual generalmente va conectado al equipo de medida, que puede ser desde un "tester”, osciloscopio, hasta un analizador de redes electricas o cualquier otro dispositivo de medida que permita la entrada de senales de tension.
La invencion, dentro de su esencialidad puede ser llevada a la practica en otras formas de realization que difieran solo en detalle de la indicada unicamente a tltulo de ejemplo a las cuales alcanzara igualmente la protection que se recaba. Podra, pues, fabricarse este sensor de corriente, en cualquier forma y tamano, con los medios y materiales mas adecuados y con los accesorios mas convenientes, pudiendo los distintos componentes de la invencion ser sustituidos por otros tecnicamente equivalentes, por quedar todo ello comprendido en el esplritu de las siguientes reivindicaciones.
Claims (1)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, de los que son un tipo de sensor de nucleo de aire, basado en el principio de la bobina Rogowski, y de los que sirven para medir la corriente alterna (CA) o pulsos rapidos de
corriente en tiempo real en una instalacion electrica, por ejemplo destinado para medir la corriente que circular por uno o mas conductores electricos, caracterizado en que esta configurado por un lazo de bobina que se abre y cierra completamente mediante la provision de un mecanismo de cierre que permite al usuario abrir y/o cerrar de manera facil y segura dicha bobina alrededor del cable o cables conductor(es) que transporta(n) la corriente a medir, comprendiendo dicho mecanismo de cierre un elemento hembra y un elemento macho adaptados ambos elementos hembra y macho para acoplarse entre si por medio de unos medios de sujecion de tipo magnetico.2a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun la primera reivindicacion, caracterizado en que los medios de sujecion de tipo magnetico estan formados por un elemento magnetico dispuesto en el elemento macho y otro elemento magnetico correspondiente dispuesto en el elemento hembra.3a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun la segunda reivindicacion, caracterizado en que el elemento hembra esta formado por un cuerpo exterior de configuration exterior sensiblemente cillndrica provista de una portion superior sobresaliente en la zona mas terminal dentro de la cual se dispone el elemento magnetico "hembra”.4a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun la tercera reivindicacion, caracterizado en que la porcion superior sobresaliente del elemento hembra presenta una superficie redondeada.5a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun la segunda reivindicacion, caracterizado en que el elemento macho esta formado por un cuerpo exterior de constitution solida y cuya configuracion exterior es sensiblemente cillndrica y provisto tambien de una porcion sobresaliente dentro de la cual se dispone el elemento magnetico "macho”.6a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun la quinta reivindicacion, caracterizado en que la porcion superior sobresaliente del elemento macho presenta una superficie redondeada.7a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun cualquiera de las reivindicaciones 2a a 6a, caracterizado en que el elemento hembra presenta en la parte distal de su propio cuerpo una sujecion flexible de tipo mecanico formada por dos partes separadas por una pequena ranura longitudinal y unidas entre si por unos medios de sujecion, para evitar la rotura del cable de salida.8a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun cualquiera de las reivindicaciones 2a a 7a, caracterizado en que el elemento hembra presenta en su parte superior una ranura no pasante en direction transversal, para ayudar a curvar el elemento hembra.9a - “SENSOR DE CORRIENTE DE TIPO FLEXIBLE”, segun cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado en que tanto el elemento macho como el elemento hembra se disponen fijamente en su interior respectivos circuitos impresos, que puede ser rlgidos, flexibles o combinacion de ellos, para adaptacion de la senal de salida.
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