SENSOR DE CORRIENTE INDUCTIVO, PARA UN CONTADOR DE ELECTRICIDAD.

Sensor de corriente inductivo, para un contador de electricidad Campo de la invención La presente invención se refiere a sensores de corriente para medir corrientes que pasan por conductores. Más particularmente, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un sensor de corriente que forma parte de un contador de electricidad de corriente alterna (AC) para medir la energía facilitada por una empresa suministradora. Antecedentes de la invención En una solicitud de patente PCT publicada, PCT/GB00/02851 (WO 01/11376), se describe un sensor de corriente que responde a un campo magnético generado por una corriente que pasa por un conductor de carga. En una patente publicada de EE.UU. Nº 4.894.610, se describe una disposición de transformador de corriente para un contador estático de electricidad. En una solicitud de patente PCT publicada Nº PCT/GB00/02604, se describe un circuito electrónico formado en un circuito impreso que está configurado como un convertidor de corriente a voltaje que usa una pista del circuito impreso como sensor; estando dispuesto el sensor en paralelo con un conductor portador de corriente primaria, por ejemplo, una barra bus. El documento GB 2353099 describe un sensor de corriente que incluye un dispositivo para suprimir los efectos de los campos magnéticos no deseados. Se presentan situaciones en las que se requiere un sensor de corriente que tenga las siguientes características: (a) un conductor que lleva corriente de carga que tiene una forma lineal simple; (b) un factor de escalado del sensor susceptible de modificación tan sólo alterando dimensiones del sensor en una dirección; (c) un dispositivo de circuito impreso, el cual se usa de manera eficiente y que es sustancialmente rectangular en su forma, con un número mínimo de vías y/o cruces; y (d) inmunidad virtual a campos magnéticos alternos generados de forma remota. Los sensores de corriente actuales, descritos en las solicitudes PCT y patente de EE.UU. antedichas no son capaces de proporcionar simultáneamente todas las características (a) a (d) mencionadas en lo anterior. Resumen de la invención ES 2 367 477 T3 De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un sensor de corriente de acuerdo con reivindicación 1. Dicho sensor es capaz de uno o varios de los siguientes aspectos: (a) funcionar conjuntamente con un conductor que lleva corriente de carga, que tiene una forma lineal simple; (b) facilitar un factor de escalado de sensor susceptible de modificación tan sólo alterando dimensiones del sensor en una dirección; (c) ocupar un dispositivo de circuito impreso, el cual se usa de manera eficiente y es sustancialmente rectangular en su forma, con un número mínimo de vías y/o cruces; y (d) ser sustancialmente inmune a campos magnéticos alternos generados de forma remota. Preferentemente, la línea o las líneas conductivas están dispuestas para acoplar sus campos magnéticos generados en respuesta a la o las corrientes que pasan por ellas preferentemente, a un subconjunto de las zonas, con lo cual se genera una señal residual indicativa de la magnitud de la o las corrientes; usando la señal residual para proporcionar la medición de la corriente. Preferentemente, el acoplamiento a un subconjunto de las zonas es ventajoso en el sentido de que las zonas se pueden disponer para proporcionar una respuesta substancialmente insignificante a campos magnéticos uniformes generados por fuentes alejadas del sensor, haciendo al sensor sustancialmente insensible a tales campos uniformes, mientras se facilita sensibilidad de medición en virtud de, preferentemente, acoplar campos magnéticos generados por la corriente o las corrientes, a un subconjunto de zonas. La línea o líneas conductivas son preferentemente implementadas como uno o más miembros conductivos alargados sustancialmente lineales en proximidad a las zonas, y están dispuestas para acoplarse magnéticamente, preferentemente, a una o más de las zonas. La incorporación de tales miembros conductivos esencialmente lineales es una ventaja en el sentido de que son más fáciles de fabricar en comparación con los miembros conductivos de forma compleja, por ejemplo, miembros conductivos que incluyen líneas de corriente circulares. 2 ES 2 367 477 T3 Preferiblemente, el miembro o miembros conductivos alargados forman un conjunto con los elementos alargados en un substrato aislante. El montaje integral del o de los miembros alargados en el substrato es ventajoso en el sentido de que la sensibilidad de medición del sensor se ve excepcionalmente aumentada en comparación con el montaje separado de los miembros alargados con respecto al substrato. Alternativamente, el miembro o miembros conductivos alargados están, preferentemente, dispuestos espacialmente separados mutuamente de los elementos alargados, por un intersticio. Tal configuración separada es ventajosa en el sentido de que el sensor es capaz de funcionar con una diferencia de potencial mayor entre el o los miembros y los elementos alargados. Preferentemente, las zonas son implementadas como regiones alargadas que comprenden bobinas. Tal disposición alargada de las regiones alargadas ayuda a aumentar la sensibilidad de medición del sensor, en comparación con una implementación no alargada del sensor. Preferentemente, para mejorar la capacidad de fabricación y reducir costos, los elementos alargados son realizados en forma de pistas conductoras en un circuito impreso. A causa del uso de una transformación descrita más adelante, es factible reducir la necesidad de cruces de pistas y con ello, evitar en gran medida la necesidad de emplear vías de circuito impreso. De esta forma, los elementos alargados del sensor están, preferentemente, interconectados en el circuito impreso substancialmente sin necesidad de usar vías. Más preferentemente, el circuito impreso es un panel de capas múltiples y las bobinas alargadas son duplicadas en una pluralidad de niveles en el panel y las correspondientes zonas superpuestas, acopladas para aumentar la sensibilidad de medición de corriente del sensor. Por ejemplo, las bobinas alargadas están preferentemente duplicadas en varias de las capas en forma de una pila y conectadas en serie para proporcionar un aumento en la magnitud de la señal de salida, que resulta de campos magnéticos generados por el flujo de corriente en la o las líneas conductivas que se acoplan en la pila. Preferentemente, bobinas alargadas de las zonas superpuestas están interconectadas en regiones alejadas desde donde el o los conductores de carga se unen magnéticamente a uno o más de los elementos. La implementación de interconexión en regiones alejadas para zonas de acoplamiento activas del sensor permite lograr una mayor sensibilidad de medición del sensor. La insensibilidad del sensor con respecto a campos magnéticos uniformes generados de forma remota es una característica de eficiencia importante del sensor. Especialmente, cuando el sensor es implementado con una pila de bobinas alargadas, hay tendencia a que el sensor se haga sensible a campos magnéticos uniformes que inciden paralelos al plano del sensor. Cambiando alternadamente la conexión de elementos alargados en varias capas, es posible disponer que las FEM (fuerzas electromotrices) generadas por campos uniformes en un plano se opongan mutuamente, haciendo que el sensor sea substancialmente inmune a tales campos uniformes. De esta forma, preferentemente, las bobinas alargadas están conectadas alternadamente entre capas para así hacer al sensor menos sensible a campos magnéticos uniformes incidentes en el sensor, que tienen componentes de campo paralelos al plano del sensor. Convenientemente, para hacer al sensor más eficiente en su uso de circuitos impresos, las bobinas alargadas están preferentemente dispuestas de manera que sus ejes alargados sean, de modo sustancial, mutuamente paralelos. Para que el sensor proporcione una respuesta de medición substancialmente lineal para un amplio rango de corrientes transportadas a través del sensor a la carga, las bobinas alargadas están preferentemente acopladas de forma no ferromagnética a la o las líneas conductivas. El uso de componentes ferromagnéticos en el sensor le daría un límite superior de medición lineal debido a la saturación magnética del componente ferromagnético. En aplicaciones sensibles al costo, es deseable que el sensor sea capaz de proporcionar una medición de corriente promedio en una pluralidad de líneas conductoras. Por lo tanto, el sensor es dispuesto, preferiblemente, de manera tal que una pluralidad de las líneas conductoras están colocadas en caras principales opuestas del plano abarcando las bobinas alargadas, con lo cual el sensor proporciona en su uso una señal de salida indicadora de la suma de la o las corrientes que pasan por la pluralidad de líneas conductoras. Escalando la suma con el número de líneas de... [Seguir leyendo]

al campo magnético generado por el flujo de corriente en un conductor; comprendiendo el mencionado sensor una configuración de bobinas sustancialmente planas que incluye: una primera bobina (42, 62) compuesta por una parte interna de la bobina (43, 63, 76a, 75) y una externa de la bobina (44, 64, 77a), combinadas para tener un centro magnético efectivo en una primera ubicación (C1, C1), en el que las mencionadas partes interna y externa de la bobina están conectadas en serie y arrolladas efectivamente en direcciones opuestas; con lo cual el campo magnético generado por el mencionado conductor produce una región de respuesta positiva en la mencionada primera ubicación (C1, C1) y una región externa de respuesta negativa; caracterizados porque el mencionado sensor de corriente comprende una segunda bobina (45, 65), en un plano sustancialmente paralelo a la mencionada primera bobina, comprendiendo una parte interna de la bobina (46, 66, 76b, 75) y una parte externa de la bobina (47, 67, 77b) combinadas para tener un centro magnético efectivo en una segunda ubicación (C2, C2), en el que las mencionadas partes interna y externa de la bobina están conectadas en serie y arrolladas efectivamente en direcciones opuestas; con lo cual el campo magnético generado por el mencionado conductor produce una región de respuesta negativa en la mencionada segunda ubicación (C2, C2) y una región externa de respuesta positiva; en el que las mencionadas bobinas están configuradas para funcionar en forma conjunta con un conductor de carga lineal cuyas líneas de campo magnético ascienden desde el mencionado sensor en la primera ubicación, con un centro magnético efectivo (M1), y descienden desde el mencionado sensor en la segunda ubicación, con un centro magnético efectivo (M2); estando la primera bobina en relación con la segunda, de modo que el centro magnético efectivo de la primera bobina (C1) corresponde al centro magnético efectivo (M1) y el centro magnético efectivo de la segunda bobina (C2) corresponde al centro magnético efectivo (M2); y estando situada la primera bobina y la segunda bobina, de modo que la mencionada región de respuesta positiva de la primera bobina coincide sustancialmente con la mencionada región de respuesta positiva de la segunda bobina y la mencionada región de respuesta negativa de la segunda bobina coincide sustancialmente con la mencionada región de respuesta negativa de la primera bobina. 2. Sensor de corriente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partes de la bobina tienen productos de área-espiras sustancialmente iguales. 3. Sensor de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que las partes de bobina son elementos alargados y están dispuestas de manera que resulten sustancialmente paralelas entre sí. 4. Sensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que las partes adyacentes de las bobinas están concatenadas; en virtud de lo cual las partes adyacentes de las bobinas forman en conjunto el equivalente magnético de las partes conectadas eléctricamente. 5. Sensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además un circuito electrónico impreso de capas múltiples, en el que las partes de las bobinas están duplicadas en el circuito impreso en una pluralidad de niveles. 6. Sensor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las partes de las bobinas están conectadas alternativamente entre las capas. 7. Contador de energía eléctrica que comprende un sensor, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 16 ES 2 367 477 T3 17 ES 2 367 477 T3 18 ES 2 367 477 T3 19 ES 2 367 477 T3 ES 2 367 477 T3 21 ES 2 367 477 T3 22 ES 2 367 477 T3 23 ES 2 367 477 T3 24 ES 2 367 477 T3 ES 2 367 477 T3 26 ES 2 367 477 T3 27 ES 2 367 477 T3 28 ES 2 367 477 T3 29 ES 2 367 477 T3 ES 2 367 477 T3 31