Bobina de Rogowski y procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor.

Bobina de Rogowski y procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor mediante dicha bobina, comprendiendo la bobina de Rogowski

(10) un tubo (1) de sección sustancialmente constante, con un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptado el tubo (1) para que sus extremos puedan aproximarse entre sí para formar un lazo toroidal en una situación de uso, y una pluralidad de conductores eléctricos (2, 3), comprendiendo cada conductor eléctrico (2, 3) al menos un hilo conductor (2A, 3A), estando los hilos conductores aislados eléctricamente entre sí, en donde los conductores eléctricos (2, 3) verifican que están arrollados sobre la superficie exterior del tubo (1), con el mismo número de conductores arrollados en sentido horario (2) y en sentido anti-horario (3), que están distribuidos uniformemente sobre el tubo (1), y que están entretejidos los conductores arrollados en sentido horario (2) con los conductores arrollados en sentido antihorario (3).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201230938.

Solicitante: CENTRO DE INVESTIGACIONES ENERGETICAS, MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLOGICAS (CIEMAT).

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ROMERO GONZÁLEZ,Jesús Antonio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > G01R19/00 (Disposiciones para proceder a las medidas de corrientes o tensión o para indicar su existencia o el signo (G01R 5/00 tiene prioridad; para la medida de corrientes o tensiones bioeléctricas A61B 5/04))
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Bobina de Rogowski y procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor.

Fragmento de la descripción:

Bobina de Rogowski y procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una bobina de Rogowski y a un procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor y se enmarca en el campo de los dispositivos electrónicos, en particular dispositivos para la medición de corriente eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La bobina de Rogowski se emplea como método no intrusivo para medir la corriente que circula por un conductor

(W. Rogowski y W. Steinhaus, "Die Messung der magnetischen Spannung", Archiv für Elektrotechnik, 1912, 1,

Pt.4, pp. 141–150) . En su forma más básica, la bobina de Rogowski comprende un arrollamiento helicoidal alrededor de un tubo de sección constante. Dicho tubo se cierra sobre sí mismo y alrededor del cable del cual se desea medir la corriente, formando un lazo sensor de forma toroidal.

La bobinas de Rogowski son sensibles a campos electromagnéticos externos producidos por conductores no 20 abrazados por el lazo sensor e interferencias electromagnéticas en general, siendo además la medida entregada dependiente del posicionamiento relativo entre la bobina Rogowski y el conductor.

En el caso ideal donde la bobina posee simetría axial perfecta respecto a un eje paralelo al conductor, el conductor es perfectamente rectilíneo y el campo electromagnético presente es generado exclusivamente por el

conductor cuya corriente se desea medir, la señal de voltaje suministrada por el lazo sensor es análoga a la variación temporal de la corriente que se desea medir. En este caso, utilizando un circuito integrador con la calibración apropiada, se puede obtener una señal proporcional a la corriente que circula por el conductor.

Sin embargo, en los casos prácticos los conductores no son perfectamente rectilíneos y el lazo sensor no posee simetría axial, por lo que las medidas de corriente dependen de la orientación y posición del conductor que atraviesa el lazo sensor. Además, la existencia de campos electromagnéticos externos no producidos por el conductor cuya corriente se desea medir introduce problemas de interferencia inductiva, capacitiva y electromagnética. Todos estos factores limitan la precisión de las bobinas de tipo Rogowski.

Estos problemas se intentan resolver en la práctica reduciendo el diámetro del tubo en relación con su longitud, aumentando la precisión mecánica en la fabricación del devanado helicoidal, apantallando magnéticamente la unión de los extremos del tubo donde se cierra el lazo de medida y envolviendo el lazo de medida con apantallamiento metálico extra conectado a tierra.

La solicitud de patente en Estados Unidos con número de publicación US2011043190 describe una bobina Rogowski dotada de un aislamiento y un apantallamiento metálico conectado a tierra.

La patente en Estados Unidos con número de publicación US7746068 describe una bobina Rogowski dotada de un bobinado de compensación para compensar el espacio existente entre los dos extremos de la bobina.

La solicitud de patente PCT con número de publicación WO2009001185 describe una bobina Rogowski dotada de un mecanismo de cierre con un circuito magnético en los extremos de la bobina, para disminuir el error en la medida causado por la discontinuidad de la bobina en los extremos de unión.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los problemas mencionados anteriormente mediante una bobina de Rogowski según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 16. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

La bobina de Rogowski de la invención comprende un tubo de sección sustancialmente constante, con un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptado el tubo para que sus extremos puedan aproximarse entre sí para formar un lazo toroidal en una situación de uso, y una pluralidad de conductores eléctricos, comprendiendo cada conductor eléctrico al menos un hilo conductor, estando los hilos conductores aislados eléctricamente entre 60 sí, en donde los conductores eléctricos verifican que: están arrollados sobre la superficie exterior del tubo, con el mismo número de conductores arrollados en sentido horario y en sentido anti-horario, están distribuidos uniformemente sobre el tubo y están entretejidos los conductores arrollados en sentido horario con los conductores arrollados en 65 sentido anti-horario.

Los conductores eléctricos pueden incluir uno o varios hilos conductores. A lo largo del presente documento, en el caso en que cada conductor contiene un único hilo conductor, se hará referencia indistintamente a conductor o a hilo conductor.

Se entenderá que el tubo está adaptado para que sus extremos puedan aproximarse entre sí para formar un lazo toroidal en el sentido de ser suficientemente flexible para permitir dicha aproximación de sus extremos y permitir mantener una configuración sustancialmente toroidal.

La bobina de la presente invención proporciona un alto rechazo a campos externos, permitiendo eliminar y/o reducir el acoplamiento inductivo de la bobina Rogowski con otros circuitos externos no abrazados por el lazo sensor de medida y las interferencias electromagnéticas. Así, la bobina de la invención proporciona una medida correcta y de alta precisión de la corriente que circula por un conductor, independientemente del posicionamiento y orientación relativos entre el lazo de medida y el conductor cuya corriente se desea medir.

En efecto, el entretejido de los conductores de la bobina de la invención introduce un promediado espacial que logra que la medida obtenida sea independiente del posicionamiento relativo entre el lazo de medida y el conductor cuya corriente se desea medir, evitando así los errores derivados de un posible descentramiento del conductor respecto al lazo sensor. El entretejido elimina además el acoplamiento inductivo con conductores externos no abrazados por el lazo sensor. Por ello, la bobina propuesta mide la corriente con mayor precisión que las bobinas del estado de la técnica, relajando además los requerimientos de precisión constructiva y reduciendo por tanto los costes de fabricación.

En una realización, cada conductor tiene un número par de hilos conductores.

En una realización, cada conductor arrollado en un determinado sentido pasa un número igual de veces por encima y por debajo de cualquier otro conductor arrollado en sentido opuesto cuando completa una vuelta alrededor del tubo.

En una realización, en un extremo del tubo todos los hilos conductores están conectados eléctricamente entre sí.

En una realización, en un extremo del tubo los hilos conductores arrollados en sentido horario están conectados eléctricamente con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario.

En una realización preferida, la conexión eléctrica en uno o ambos extremos del tubo de hilos conductores arrollados en sentido horario con hilos conductores arrollados en sentido anti-horario es una conexión uno a uno.

En una realización, en el primer extremo del tubo los hilos conductores arrollados en sentido horario están conectados eléctricamente uno a uno con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario y en el segundo extremo del tubo, los hilos conductores arrollados en sentido horario están conectados eléctricamente con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario, excepto un hilo conductor en sentido horario y un hilo conductor en sentido anti-horario que permanecen sin conectar para actuar como terminales, de tal manera que configuran una trayectoria abierta que recorre todos los hilos conductores...

 


Reivindicaciones:

1. Bobina de Rogowski (10) , caracterizada porque comprende:

un tubo (1) de sección sustancialmente constante, con un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptado el tubo (1) para que sus extremos puedan aproximarse entre sí para formar un lazo toroidal en una situación de uso, y

una pluralidad de conductores eléctricos (2, 3) , comprendiendo cada conductor eléctrico (2, 3) al menos un hilo conductor (2A, 3A) , estando los hilos conductores aislados eléctricamente entre sí, en donde los conductores eléctricos (2, 3) verifican que:

están arrollados sobre la superficie exterior del tubo (1) , con el mismo número de conductores arrollados en sentido horario (2) y en sentido anti-horario (3) ,

están distribuidos uniformemente sobre el tubo (1) y

están entretejidos los conductores arrollados en sentido horario (2) con los conductores arrollados en sentido anti-horario (3) .

2. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque cada conductor (2, 3) arrollado en un determinado sentido pasa un número igual de veces por encima y por debajo de cualquier otro conductor (2, 3) arrollado en sentido opuesto cuando completa una vuelta alrededor del tubo (1) .

3. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en el primer extremo del tubo (1) todos los hilos conductores (2A, 2B) están conectados eléctricamente entre sí.

4. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque en el primer extremo del tubo (1) los hilos conductores arrollados en sentido horario (2A) están conectados eléctricamente uno a uno con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario (3A) .

5. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 4, caracterizada porque en el segundo extremo del tubo (1) , los hilos conductores arrollados en sentido horario (2A) están conectados eléctricamente con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario (3A) , excepto un hilo conductor en sentido horario y un hilo conductor en sentido anti-horario que permanecen sin conectar para actuar como terminales (4) , de tal manera que configuran una trayectoria abierta que recorre todos los hilos conductores desde un terminal a otro.

6. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 4, caracterizada porque los hilos conductores arrollados en sentido horario (2A) están conectados eléctricamente en el segundo extremo del tubo (1) con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario (3A) , de tal manera que configuran una única trayectoria cerrada, y porque un hilo conductor (2A, 2B) comprende un primer tramo y un segundo tramo separados por un seccionado de manera que los extremos adyacentes de uno y otro tramo pueden actuar como terminales (4) .

7. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 4, caracterizada porque los hilos conductores arrollados en sentido horario (2A) están conectados eléctricamente en el segundo extremo del tubo (1) con los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario (3A) , de tal manera que configuran una única trayectoria cerrada, y porque tanto un hilo conductor arrollado en sentido horario (2A) como un hilo conductor arrollado en sentido antihorario (3A) comprenden un primer tramo y un segundo tramo separados por un seccionado, de manera que el extremo seccionado de un tramo de cada uno de los conductores actúa como terminal (4) , estando conectados eléctricamente los otros dos extremos seccionados entre sí.

8. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque en el segundo extremo del tubo

(1) los hilos conductores arrollados en sentido horario (2A) están conectados eléctricamente entre sí y los hilos conductores arrollados en sentido anti-horario (3A) están conectados eléctricamente entre sí, configurando así las dos uniones de hilos conductores dos terminales (4) para transmitir una señal medida en una situación de uso de la bobina (10) .

9. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende adicionalmente al menos un elemento conductor sin aislamiento eléctrico, arrollado sobre el tubo (1) y configurado para conectarlo a tierra.

10. Bobina de Rogowski (10) según la reivindicación 9, caracterizada porque comprende una pluralidad de elementos conductores sin aislamiento eléctrico, conectados todos juntos en los extremos del tubo (1) y configurados para conectarlos a tierra.

11. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores eléctricos (2, 3) comprenden cada uno una pluralidad de hilos conductores (2A, 2B, 2C; 3A, 3B, 3C) .

12. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores eléctricos (2, 3) son torones.

13. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores eléctricos (2, 3) son cables multi-coaxiales.

14. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductores eléctricos (2, 3) están arrollados sobre el tubo (1) con un ángulo de arrollamiento γ de entre 0 y 90°, preferentemente entre 45° y 90° respecto a la dirección longitudinal del tubo.

15. Bobina de Rogowski (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el tubo (1) está configurado de manera que sus extremos pueden aproximarse entre sí para formar un lazo toroidal de varias vueltas en una situación de uso.

16. Procedimiento para medir la corriente que circula por un conductor, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: 15 disponer una bobina (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes alrededor del

conductor (20) cuya corriente se desea medir, medir el voltaje entre los terminales de la bobina (10) , e integrar temporalmente la señal de voltaje medida.

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3

FIG. 4

FIG. 5

FIG. 6A

FIG. 6B

FIG. 7

FIG. 8

FIG. 9

FIG. 10

FIG. 11A

FIG. 11B

FIG. 12

FIG. 13A

FIG. 13B

FIG. 14