Dispositivo de medición (1) de la intensidad (I) de una corriente eléctrica,

que comprende por lo menos un circuito magnético (3) dispuesto cerca de un conductor eléctrico (2) atravesado por una corriente que se va a medir para canalizar el campo magnético inducido alrededor de dicho conductor por la corriente que se va a medir, por lo menos una bobina eléctrica (4) asociada a dicho circuito magnético (3) para suministrar una tensión proporcional a la derivada de la intensidad (I) de la corriente que se va a medir, y por lo menos un módulo de tratamiento de esta tensión para suministrar un valor de la intensidad medida, siendo dicho circuito magnético (3) abierto y delimitando por lo menos dos entrehierros (E) anchos, estando cerrado cada entrehierro por una bobina eléctrica (4), de modo que dicho circuito magnético (3) y dichas bobinas (4) eléctricas delimitan una trayectoria (C) cerrada para la circulación de dicho campo magnético, caracterizado porque dichas bobinas (4) dispuestas en dichos entrehierros (E) se realizan en forma de circuitos impresos (40) que comprenden unas espiras (41) grabadas sobre un sustrato paralelas entre sí y perpendiculares al sentido de circulación de dicho campo magnético, y porque dichas bobinas (4) dispuestas en dichos entrehierros (E) ocupan más de un tercio de dicha trayectoria (C) cerrada

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de medición de la intensidad de una corriente eléctrica, que comprende por lo menos un circuito magnético dispuesto cerca de un conductor eléctrico atravesado por una corriente que se va a medir para canalizar el campo magnético inducido alrededor de este conductor por la corriente que se va a medir, por lo menos una bobina eléctrica asociada a dicho circuito magnético para suministrar una tensión proporcional a la derivada de la intensidad de corriente que se va a medir, y por lo menos un módulo de tratamiento de esta tensión para suministrar un valor de la intensidad medida. La invención se refiere asimismo a un aparato eléctrico equipado con un dispositivo de este tipo, pudiendo ser este aparato eléctrico un aparato de desconexión de tipo interruptor, interruptor-conmutador, disyuntor, o cualquier otro aparato equivalente, monofásico, polifásico, con o sin neutro.

Técnica anterior

Existen varios tipos de dispositivos que permiten medir la intensidad de una corriente alterna que atraviesa un conductor eléctrico. Los más conocidos son sin duda los transformadores de corriente, que utilizan un núcleo magnético montado sobre cada conductor eléctrico que forma el primario del transformador, y una bobina arrollada alrededor del núcleo para formar el secundario de este transformador y suministrar una señal de tensión proporcional a la intensidad medida. Sin embargo, estos transformadores de corriente necesitan una implementación particular. Son relativamente voluminosos y presentan una dinámica de medición limitada.

Otros dispositivos utilizan un sensor de inducción de tipo de efecto Hall o similar, dispuesto en el entrehierro estrecho de un circuito magnético alrededor del cual está arrollado el conductor eléctrico en el que se quiere medir la intensidad de corriente que lo recorre. Cuando resulta atravesado por las líneas del campo magnético inducido por la corriente que se va a medir, este tipo de sensor suministra una señal de tensión en sus terminales representativa de la intensidad de esa corriente. Sin embargo, estos sensores de inducción son particularmente sensibles a los campos magnéticos cercanos o parásitos que tienen el efecto de falsear la medición de la intensidad. Este inconveniente se puede evitar aumentando la sección del circuito magnético, pero en detrimento de sus dimensiones. Además, este tipo de sensor presenta una dinámica de medición muy limitada cuando se utiliza en una configuración en bucle abierto. Esta dinámica se puede mejorar notablemente utilizando una configuración en bucle cerrado, en la que un arrollamiento de compensación permite anular el campo del entrehierro, siendo entonces la corriente que atraviesa el arrollamiento de compensación la imagen de corriente primaria. No obstante, este tipo de sensor necesita una alimentación relativamente potente para poder proporcionar la corriente de compensación.

Otros dispositivos utilizan el principio de Rogowski, que consiste en un bobinado en el aire situado alrededor de un conductor eléctrico atravesado por una corriente que se va a medir, pudiendo estar formado este bobinado por una o varias bobinas eléctricas conectadas en serie. La ausencia de núcleo magnético en riesgo de saturarse permite una gran dinámica de medición. Sin embargo, la realización industrial de bobinas de Rogowski de buena calidad es muy compleja, onerosa y difícilmente reproducible, puesto que estas bobinas necesitan una densidad lineal de espiras constante así como una sección de espiras constante. Además, la realización de un dispositivo de medición basculante, es decir realizado en dos partes para facilitar su colocación alrededor de un conductor eléctrico existente, es igualmente delicada, siendo la regularidad del bobinado un elemento esencial para la calidad de un dispositivo de este tipo.

Todavía otros dispositivos, tales como los descritos en las publicaciones EP 0 438 616 y EP 1 450 176 proporcionan una medición de la intensidad mediante una medición del campo magnético puntual en el entrehierro estrecho de un circuito magnético de gran espesor. Además, los documentos DE 196 06 445 A1 y EP 1 074 846 muestran unos sensores de corriente.

De este estado de la técnica se desprende que ninguno de los dispositivos conocidos para medir la intensidad de una corriente presenta una configuración que le permita integrarse en las dimensiones reducidas de un aparato eléctrico convencional, tal como un aparato de desconexión. En este tipo de aplicación, el intervalo disponible entre los conductores eléctricos que entran y salen del aparato es relativamente pequeño, por ejemplo del orden de 15 a 30 mm, haciendo imposible la colocación de los dispositivos de medición existentes sobre cada conductor. Además, la proximidad de los conductores eléctricos induce obligatoriamente campos parásitos que falsean las mediciones. Por otra parte, los dispositivos conocidos presentan una dinámica de medición limitada, ya que están destinados a una aplicación de medición específica. Por tanto, no se pueden utilizar para aplicaciones complementarias de recuento de energía y/o de protección contra las sobretensiones, para las que el intervalo de intensidad medida se multiplica por un coeficiente de por lo menos 10.

Exposición de la invención

La presente invención pretende aportar una solución a este problema proponiendo un dispositivo de medición de la intensidad de una corriente de diseño sencillo, económico, que presenta dimensiones reducidas para integrarse fácilmente en todo tipo de aparatos eléctricos, que ofrece un gran dinámica de medición para poder ser polivalente y realizar tanto la medición como el recuento de la energía y/o la protección frente a sobretensiones según las necesidades, estando diseñado este dispositivo para ser insensible a los campos parásitos así como a la posición del conductor eléctrico que se va a medir y para poder ser realizado en por lo menos dos partes facilitando su colocación.

Con este fin, la invención se refiere a un dispositivo de medición tal como se describe en la reivindicación 1.

En una forma de realización preferida de la invención, la trayectoria cerrada presenta una forma sustancialmente en paralelogramo, y el circuito magnético está formado por dos elementos magnéticos dispuestos a cada lado del conductor y dos bobinas dispuestas en el entrehierro de los elementos magnéticos a cada lado de ese conductor.

En otra variante de realización, la trayectoria cerrada puede presentar una forma sustancialmente en polígono, y el circuito magnético está formado por un número N de elementos magnéticos dispuestos alrededor de dicho conductor y por un número N de bobinas dispuestas en el entrehierro de los elementos magnéticos alrededor de este conductor.

Las bobinas son ventajosamente idénticas, están montadas opuestas y conectadas eléctricamente en serie, de modo que sus campos útiles se adicionan y sus campos parásitos se anulan. Cada bobina está realizada en forma de un circuito impreso. En este caso, las espiras de la bobina están grabadas sobre el sustrato del circuito impreso para formar unas espiras paralelas entre sí, comprendiendo cada espira por lo menos una hebra superior y una hebra inferior rectilíneas y paralelas, comprendiendo por lo menos una de las hebras de cada espira un tramo extremo inclinado en relación con dicha hebra para conectar las espiras entre sí. Como variante, el dispositivo puede comprender medios de medición de la tensión mediante un puente de resistencias o de condensadores montado sobre el circuito impreso utilizado para realizar dicha bobina.

En la forma de realización preferida, el circuito magnético está realizado en materiales ferromagnéticos de fuerte permeabilidad magnética, de modo que el campo magnético inducido por la corriente que se va a medir sea insignificante en dicho circuito magnético en relación con el campo magnético en la o las bobinas.

Este dispositivo comprende ventajosamente por lo menos una placa de soporte sobre la que están montados el circuito magnético y las bobinas, comprendiendo esta placa de soporte por lo menos una abertura para el paso del conductor y por lo menos un circuito eléctrico de conexión para conectar las bobinas al módulo de tratamiento.

Preferentemente, este dispositivo está dispuesto para medir de manera individual la intensidad de corriente que circula en varios conductores y comprende en este caso varias estructuras de medición idénticas, comprendiendo cada una por lo menos... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición (1) de la intensidad (I) de una corriente eléctrica, que comprende por lo menos un circuito magnético (3) dispuesto cerca de un conductor eléctrico (2) atravesado por una corriente que se va a medir para canalizar el campo magnético inducido alrededor de dicho conductor por la corriente que se va a medir, por lo menos una bobina eléctrica (4) asociada a dicho circuito magnético (3) para suministrar una tensión proporcional a la derivada de la intensidad (I) de la corriente que se va a medir, y por lo menos un módulo de tratamiento de esta tensión para suministrar un valor de la intensidad medida, siendo dicho circuito magnético (3) abierto y delimitando por lo menos dos entrehierros (E) anchos, estando cerrado cada entrehierro por una bobina eléctrica (4), de modo que dicho circuito magnético (3) y dichas bobinas (4) eléctricas delimitan una trayectoria (C) cerrada para la circulación de dicho campo magnético, caracterizado porque dichas bobinas (4) dispuestas en dichos entrehierros

(E) se realizan en forma de circuitos impresos (40) que comprenden unas espiras (41) grabadas sobre un sustrato paralelas entre sí y perpendiculares al sentido de circulación de dicho campo magnético, y porque dichas bobinas

(4) dispuestas en dichos entrehierros (E) ocupan más de un tercio de dicha trayectoria (C) cerrada.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha trayectoria (C) cerrada presenta una forma sustancialmente en paralelogramo.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho circuito magnético (3) está formado por dos placas (30) dispuestas a cada lado de dicho conductor (2) y dos bobinas (4) dispuestas en el entrehierro (E) de dichas placas a cada lado de dicho conductor (2).

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha trayectoria (C) cerrada presenta una forma sustancialmente en polígono.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho circuito magnético (3) está formado por un número N de placas (30) dispuestas alrededor de dicho conductor (2) y por un número N de bobinas (4) dispuestas en el entrehierro (E) de dichas placas alrededor de dicho conductor (2).

6. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 5, caracterizado porque dichas bobinas (4) son idénticas, están montadas opuestas y conectadas eléctricamente en serie, de modo que sus campos útiles se adicionan y sus campos parásitos se anulan.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada espira (41) de dichas bobinas (4) comprende por lo menos una hebra superior (41a) y una hebra inferior (41c) rectilíneas y paralelas, comprendiendo por lo menos una de las hebras (41a, 41c) de cada espira (41) un tramo extremo inclinado (41e) en relación con dicha hebra para conectar las espiras entre sí.

8. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un medio de medición de la tensión (7) mediante un puente de resistencias (71) o de condensadores montado sobre dicho circuito impreso (40) utilizado para realizar dicha bobina (4).

9. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho entrehierro (E) presenta una anchura por lo menos superior al doble del espesor (e) de dicho circuito magnético (3).

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho circuito magnético

(3) está realizado en materiales ferromagnéticos cuya permeabilidad magnética permite que el campo magnético inducido por la corriente que se va a medir sea insignificante en dicho circuito magnético (3) en relación con el campo magnético en dichas bobinas (4).

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende por lo menos una placa de soporte (5) sobre la que están montados dicho circuito magnético (3) y dichas bobinas (4), comprendiendo esta placa (5) de soporte por lo menos un circuito eléctrico de conexión para conectar dichas bobinas (4) a dicho módulo de tratamiento.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha placa (5) de soporte comprende por lo menos una abertura (50) para el paso de dicho conductor (2).

13. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque está dispuesto para medir de manera individual la intensidad (I) de corriente que circula en varios conductores (2), y porque comprende varias estructuras de medición (1') idénticas, comprendiendo cada una por lo menos un circuito magnético (3) y por lo menos dos bobinas eléctricas (4).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende una placa (5) de soporte común a dichas estructuras de medición (1').

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está constituido por una pieza monobloque a través de la cual está introducido dicho conductor (2).

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque está constituido por lo menos por dos piezas ensambladas alrededor de dicho conductor (2).

17. Aparato eléctrico (10) alimentado por lo menos por dos conductores eléctricos (2), caracterizado porque comprende por lo menos un dispositivo de medición (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.