CONTADOR DE ENERGIA ELECTRICA QUE COMPRENDE POR LO MENOS UN SENSOR DE MEDIDA DE CORRIENTE ALTERNATIVA DE TIPO INDUCTIVO, Y SENSOR ASOCIADO.

Sensor (1, 1') de medida de corriente del tipo inductivo que comprende un circuito primario (3,

3') destinado a ser recorrido por una corriente alternativa a ser medida, un circuito secundario (40) acoplado magnéticamente a través del aire al circuito primario (3, 3') y un elemento de blindaje (6) para el aislamiento magnético del conjunto formado por el circuito primario (3, 3') y el circuito secundario (40), y un medio (7, 7') de medida de un estado de saturación del elemento de blindaje (6), con el fin de detectar un fraude eventual mediante la utilización de un imán permanente, caracterizado porque dicho medio de medida comprende un arrollamiento que forma un circuito terciario (7, 7') insertado entre el circuito secundario (40) y el elemento de blindaje (6), y destinado a ser recorrido por una corriente de inyección (IINY) de frecuencia fija (fi) y distinta de las frecuencias fundamental y armónicos de la corriente a medir

La presente invención concierne a un contador de energía eléctrica que comprende por lo menos un sensor de medida de corriente alternativa de tipo inductivo, así como un sensor de medida de corriente de tipo inductivo asociado.

Los sensores de medida de corriente alternativa son utilizados habitualmente en los contadores de consumo eléctrico de uso industrial o residencial. Más precisamente, 5 está asociado un sensor a cada fase del contador. Así, en el caso de un contador monofásico se utiliza un solo sensor, mientras que en el caso de un contador trifásico se utilizan tres sensores de medida para permitir la medición de la corriente en cada fase.

Sensores como tales son de difícil realización porque requieren una gran 10 inmunidad a las exigencias del entorno, ya sean de tipo termodinámicas (temperatura, presión, humedad) o electromagnéticas (campos eléctricos y magnéticos).

El sensor de medida de corriente, además, debe tener linealidad y precisión sobre una amplia dinámica de corriente y sobre una amplia banda de paso de frecuencias, pudiendo contener la onda de corriente medida numerosos armónicos 15 (fundamental = 50/60 Hz, armónicos hasta el orden 21).

Hoy en día las soluciones clásicas para tales sensores pueden ser agrupadas en cuatro grandes familias:

- los sensores pasivos de tipo resistivo (shunt),

- los transformadores de corriente, 20

- los sensores inductivos,

- los sensores activos de tipo Efecto Hall o sensores de campo magnético.

El principio físico utilizado por el sensor de corriente condiciona su inmunidad a los parámetros del entorno, y determina en particular los medios de fraude que pueden 25 ser aplicados al contador para falsificar la medida de corriente, y por consiguiente, la contabilización de energía eléctrica consumida.

Por ejemplo, un sensor resistivo de tipo shunt, basado en la ley de Ohm, es insensible por principio a los campos magnéticos continuos, y escasamente sensible a los campos magnéticos alternativos. Por el contrario, éste presenta una mala 30 estabilidad frente a la temperatura.

Se conoce además, a partir del documento FR 2 800 167, un sensor de medida de corriente de tipo inductivo, que comprende un conductor primario lineal de cobre en forma de U, destinado a llevar la corriente alternativa a medir, así como un bobinado dispuesto en el interior de la U que forma el circuito secundario. De este modo, el 35

principio de la medición de corriente está basado en un acoplamiento magnético a través del aire entre el circuito primario, que es una fase de la red sobre la cual está situado el contador de electricidad, y el circuito secundario aislado galvánicamente del circuito primario. Un elemento de blindaje de material con alta permeabilidad magnética (del tipo hierro – níquel) rodea el conjunto. 5

Un sensor inductivo como tal, gracias al elemento de blindaje de alta permeabilidad magnética (superior a 100.000), tendrá una muy buena inmunidad frente a los campos magnéticos alternativos externos y, en el caso de un contador eléctrico de múltiples fases que necesita un sensor por fase, un muy buen rechazo a las influencias magnéticas entre fases internas al contador. En cambio, los materiales de 10 alta permeabilidad magnética utilizados presentan unas inducciones de saturación bastante bajas, típicamente del orden de 0,7 T para una aleación del tipo hierro – níquel con un contenido de níquel del 80% (tipo mu – metal). En consecuencia, este mismo sensor inductivo tendrá una escasa inmunidad a los campos magnéticos continuos, en particular a aquéllos que son producidos por imanes permanentes de alta 15 potencia que podrían ser utilizados por un defraudador. En efecto, la saturación del blindaje por parte de un imán permanente ocasionará en todos los casos una reducción de la inductancia mutua entre el circuito primario y la bobina que forma el circuito secundario, lo que se traducirá en una medida de corriente más escasa que la corriente realmente consumida. 20

Una solución conocida para inmunizar el sensor de medida de corriente de tipo inductivo precedente consiste en utilizar un blindaje suplementario que rodea el elemento de blindaje, siendo este blindaje suplementario de un material ferromagnético que presenta un valor elevado de inducción de saturación (típicamente superior a 2 T). Para un contador trifásico, este blindaje consiste en una única pieza ferromagnética de 25 hierro dulce que rodea completamente los tres sensores de medida de corriente relativos a las tres fases.

Las dimensiones (tamaño y espesor) de esta pieza pueden ser muy importantes cuando se trata de evitar el fraude por ciertos tipos de imanes que presentan superficies polares de grandes dimensiones (50 x 50 mm) y cuyas inducciones 30 remanentes son del orden de 1,2 T.

Esta solución contra el fraude es, sin embargo, incompatible con la tendencia actual que consiste en reducir las dimensiones de los contadores. En efecto, la reducción del volumen de los contadores de electricidad conduce a reducir las distancias entre las caras externas de estos contadores y los elementos de blindaje de 35

los sensores. Típicamente, las distancias mínimas son del orden de 15 mm sobre las caras laterales y entre 10 y 15 mm en la parte trasera del contador. Ahora bien, estas distancias reducidas imponen aumentar el espesor del blindaje suplementario de hierro dulce. El tamaño y el peso de la pieza de blindaje de hierro dulce se vuelven así demasiado importantes para una utilización en series grandes en el seno de un 5 contador de electricidad.

Se conoce, a partir del documento GB 2 409 528 un contador de energía eléctrica que comprende por lo menos un sensor de medida de corriente de tipo inductivo que comprende un circuito primario destinado a ser recorrido por una corriente alternativa a ser medida, un circuito secundario acoplado magnéticamente a 10 través del aire al circuito primario, un elemento de blindaje para el aislamiento magnético del conjunto formado por el circuito primario y el circuito secundario, y medios de medida del estado de saturación del elemento de blindaje cuando el contador de energía está en siendo utilizado, con el fin de detectar un fraude eventual por utilización de un imán permanente. En este documento, el medio de medida está 15 constituido por un arrollamiento alrededor de una porción del elemento de blindaje.

La presente invención tiene como objetivo proponer una solución de dimensiones reducidas que permita detectar toda tentativa de fraude con imán permanente sobre un contador con sensor de medida de corriente de tipo inductivo.

Según la invención, los medios de medida comprenden: 20

- en cuanto al sensor inductivo, un arrollamiento que forma un circuito terciario insertado entre el circuito secundario y el elemento de blindaje, y destinado a ser recorrido por una corriente de inyección alternativa de frecuencia fija y distinta de las frecuencias fundamental y armónicos de la corriente a medir;

- en cuanto al contador, medios generadores para generar dicha corriente de 25 inyección, medios de medida de un valor representativo de la inductancia mutua entre el circuito terciario y el circuito secundario, y un medio de comparación del valor medido con por lo menos un valor de calibración, pudiendo deducirse un estado de saturación parcial o total del elemento de blindaje en cuanto el valor medido es inferior al valor de calibración. 30

La corriente de inyección utilizada tiene, con preferencia, una forma de onda triangular. De este modo, esta forma de onda de corriente induce una tensión cuadrada en el circuito secundario y es posible extraer la frecuencia fundamental de la corriente de inyección mediante detección síncrona. 35

De manera ventajosa, el medio de comparación del valor medido compara dicho valor M2 de la inductancia mutua con respecto a dos valores límite memorizados en el contador, correspondiendo un primer valor al valor de calibración representativo de un estado no saturado del elemento de blindaje, y correspondiendo un segundo valor a un estado de saturación total del elemento de blindaje. 5

El medio de comparación puede entonces generar una señal de alerta en cuanto el valor medido M2 de la inductancia mutua esté situado en un intervalo predefinido situado entre dichos primero y segundo valores....

1. Sensor (1, 1') de medida de corriente del tipo inductivo que comprende un circuito primario (3, 3') destinado a ser recorrido por una corriente alternativa a ser medida, un circuito secundario (40) acoplado magnéticamente a través del aire al 5 circuito primario (3, 3') y un elemento de blindaje (6) para el aislamiento magnético del conjunto formado por el circuito primario (3, 3') y el circuito secundario (40), y un medio (7, 7') de medida de un estado de saturación del elemento de blindaje (6), con el fin de detectar un fraude eventual mediante la utilización de un imán permanente, caracterizado porque dicho medio de medida comprende un arrollamiento que forma 10 un circuito terciario (7, 7') insertado entre el circuito secundario (40) y el elemento de blindaje (6), y destinado a ser recorrido por una corriente de inyección (IINY) de frecuencia fija (fi) y distinta de las frecuencias fundamental y armónicos de la corriente a medir.

15

2. Sensor (1, 1') según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito terciario (7, 7') presenta una forma similar a la del circuito primario (3, 3'), con el fin de obtener, por una parte, una inductancia mutua (M2) entre el circuito terciario (7, 7') y el circuito secundario (40) muy próxima a la inductancia mutua (M1) entre el circuito primario (3, 3') y el circuito secundario (40) y, por otra parte, una inductancia mutua 20 (M3) despreciable entre el circuito primario (3, 3') y el circuito terciario (7, 7').

3. Sensor (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito primario (3) es un conductor lineal en forma general de U, porque el circuito secundario (40) es una bobina de múltiples espiras centrada en el interior de la U, y porque el 25 circuito terciario (7) es un bucle abierto formado por una pista conductora continua en forma general de U, extendiéndose ciertos tramos de la pista (70, 71) correspondientes a una entrada (E) y a una salida (S) del circuito terciario (7) en un primer plano (80) paralelo al plano del circuito primario (3), extendiéndose por lo menos un tramo (72) en un segundo plano (81) paralelo al primer plano y dispuesto simétricamente con 30 respecto al plano del circuito primario y simétricamente en el interior del elemento de blindaje (6).

4. Sensor (1') según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito primario (3') es una bobina de múltiples espiras y porque el circuito terciario (7') es una 35

pista conductora continua, extendiéndose ciertos tramos (70', 72') de la pista correspondientes a una entrada (E) y a una salida (S) del circuito terciario (7') en un primer plano paralelo (80) al plano del circuito primario (3'), extendiéndose por lo menos un tramo (71') en un segundo plano (81) paralelo al primer plano y dispuesto simétricamente con respecto al plano del circuito primario y simétricamente en el 5 interior del elemento de blindaje (6), estando además los tramos (70', 71', 72') situados enfrente de la bobina de múltiples espiras en forma de arco de círculo.

5. Sensor (1, 1') según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque dicho circuito terciario (7, 7') está dispuesto en el interior del 10 sensor (1, 1') de forma tal que la entrada (E) y la salida (S) del circuito terciario (7, 7') estén opuestos a la entrada y a la salida del circuito primario (3, 3').

6. Sensor (1, 1') según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la pista conductora que forma el circuito terciario (7, 7') está 15 grabada en un soporte (8) de circuito impreso flexible.

7. Sensor (1, 1') según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento de blindaje (6) sirve de soporte a los circuitos primario, secundario y terciario del sensor. 20

8. Contador de energía eléctrica que comprende al menos un sensor (1, 1') de medida de corriente de tipo inductivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de medida comprenden, además, a nivel del contador, medios generadores (10, 90) para generar dicha corriente de inyección (IINY), medios (17 – 19, 25 21, 22) de medida de un valor representativo de la inductancia mutua (M2) entre el circuito terciario (7, 7') y el circuito secundario (40), y un medio (25) de comparación del valor medido con por lo menos un valor de calibración (M2máx), pudiendo deducirse un estado de saturación parcial o total del elemento de blindaje en cuanto el valor medido es inferior al valor de calibración. 30

9. Contador según la reivindicación 8, caracterizado porque los medios generadores (10, 90) generan una corriente de inyección (IINY) con forma de onda triangular y porque los medios (17 – 19, 21, 22) de medida de un valor representativo de la inductancia mutua (M2) entre el circuito terciario (7, 7') y el circuito secundario (40) 35

comprenden un detector síncrono (17) que genera una primera señal (Vdet1) y una segunda señal (Vdet2) que resultan de la multiplicación de la señal de salida (Vs) del sensor (1, 1') respectivamente por una primera señal senoidal y por una segunda señal cosenoidal a la frecuencia (fi) de la corriente de inyección (IINY), y medios de filtrado (18) que generan los valores continuos de dichas primera y segunda señales (Vdet1, Vdet2). 5

10. Contador según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos medios (17 – 19, 21, 22) de medida de un valor representativo de la inductancia mutua (M2) entre el circuito terciario (7, 7') y el circuito secundario (40) comprenden además un módulo de extracción (22) que calcula el valor M2 de dicha inductancia mutua, según 10 la relación:

22iiAMIf

en la cual:

- fi es la frecuencia de la corriente de inyección; 15

- A es una primera variable tal que , siendo Vdet1 y Vdet2 los valores continuos de dichas primera y segunda señales, e 22det1det22V+VA

- Ii es una segunda variable que representa la amplitud de la corriente de inyección en el circuito terciario (7, 7').

20

11. Contador según la reivindicación 10, caracterizado porque la segunda variable Ii es predeterminada y memorizada por el contador.

12. Contador según la reivindicación 10, caracterizado porque éste comprende un medio (20) de medición de la amplitud de la corriente de inyección en el 25 circuito, que genera un valor B representativo de la amplitud de una tensión en los bornes de una resistencia de valor conocido (R2) recorrida por la corriente de inyección (IINY).

13. Contador según la reivindicación 12, caracterizado porque éste 30 comprende medios de comparación (23) del valor B con dos valores límite respectivamente inferior (Bmín) y superior (Bmáx) conocidos del contador, generando dichos medios de comparación (23) una señal de error (SERR1) si el valor B no está comprendido entre esos dos valores límite.

14. Contador según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque dicho medio (25) de comparación compara dicho valor (M2) de inductancia mutua con respecto a dos valores límite memorizados en el contador, correspondiendo un primer valor (M2máx) al valor de calibración representativo de un estado no saturado del elemento de blindaje (6), y un segundo valor (M2sat) 5 correspondiente a un estado de saturación total del elemento de blindaje (6).

15. Contador según la reivindicación 14, caracterizado porque el medio (25) de comparación genera una señal de alerta (SALERT) en cuanto dicho valor medido (M2) de la inductancia mutua está situado en un intervalo predefinido situado entre 10 dichos primero y segundo valores.

16. Contador según la reivindicación 15, caracterizado porque el medio (25) de comparación sólo genera dicha señal de alerta (SALERT) en la medida en que dicho valor (M2) es estable durante varios segundos. 15

17. Contador según cualquiera de las reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque dicha señal de alerta (SALERT) es generada con destino a un registro de sucesos (26) del contador y / o hacia un dispositivo de avisos del contador que permite visualizar la alerta desde el exterior del contador. 20

18. Contador según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque dicho medio (25) de comparación genera además una señal de error (SERR2) en caso de que dicho valor (M2) de la inductancia mutua no esté comprendida entre dichos primero y segundo valores. 25

19. Contador según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 18, caracterizado porque éste comprende además un módulo de corrección (27) que permite recalcular la energía total realmente consumida por el contador cuando se ha detectado un fraude, a partir de la medida del valor representativo de la inductancia mutua (M2) entre 30 el circuito terciario (7, 7') y el circuito secundario (40).

20. Contador según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 19, caracterizado porque éste comprende una pluralidad de sensores (1, 1') de medida inductivos asociados cada uno a una fase del contador y porque los circuitos terciarios 35

correspondientes al conjunto de los sensores están conectados en serie en un único bucle de corriente recorrido por dicha corriente de inyección (IINY).