FR2803914A1

FR2803914A1 - Inductive sensor for AC measurement has an improved sleeve arrangement for the primary conductor in the area of the sensor secondary coil that positions and shields it correctly without the need for extra components

Info

Publication number: FR2803914A1
Application number: FR0000628A
Authority: FR
Inventors: Thierry Charbonnier
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagemcom Energy and Telecom SAS
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-07-20
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: FR2803914B1

Abstract

Inductive sensor of Rogowski belt type, in which the primary conductor (1), carrying the current to be measured, is surrounded by a secondary coil around a part of its length. The resulting current induced in the coil by the primary current is used as a measure of the primary current. The primary conductor is lodged in a holding sleeve (2, 3) of the secondary coil that incorporates a shielding support. The sleeve (2, 3) is comprised of two shell halves that interlock in each other and ensure that the primary conductor is correctly positioned.

Description

La présente invention concerne un capteur inductif de mesure de courant alternatif mettant en oeuvre le principe de la ceinture de Rogowski. The present invention relates to an inductive alternating current measurement sensor implementing the Rogowski belt principle.

Ce principe est bien connu.Un tel capteur est utilisé pour mesurer des courants intenses et est par exemple intégré dans des compteurs de consommation électrique. This principle is well known. Such a sensor is used to measure high currents and is for example integrated in electricity consumption meters.

On rappellera brièvement qu'un capteur de ce type est un transformateur sans noyau magnétique comportant un conducteur primaire dont les variations du courant alternatif qui le traverse produisent, dans l'air, un champ magnétique alternatif ceinturant le conducteur. It will be recalled briefly that a sensor of this type is a transformer without a magnetic core comprising a primary conductor, the variations of the alternating current of which pass through it produce, in air, an alternating magnetic field encircling the conductor.

Le champ magnétique engendre, dans une bobine secondaire disposée sur la ceinture magnétique, une force électromagnétique, proportionnelle aux variations du courant primaire, qu'il suffit d'intégrer en aval pour disposer de la mesure du courant primaire. En pratique, il convient de blinder l'ensemble pour s'affranchir du champ magnétique terrestre et des parasites industriels. The magnetic field generates, in a secondary coil arranged on the magnetic belt, an electromagnetic force, proportional to the variations of the primary current, which it suffices to integrate downstream to have the measurement of the primary current. In practice, the assembly should be shielded to overcome the earth's magnetic field and industrial parasites.

La présente invention porte sur une réalisation avantageuse d'un tel capteur, permettant d'en limiter le coût. The present invention relates to an advantageous embodiment of such a sensor, making it possible to limit the cost thereof.

A cet effet, l'invention concerne un capteur inductif de mesure de courant alternatif, comportant un conducteur primaire linéaire portant le courant à mesurer et un bobinage secondaire le long d'une portion du champ magnétique induit par le courant primaire le ceinturant, caractérisé par le fait que le conducteur primaire est logé dans un fourreau de réception du bobinage secondaire et de support d'un blindage. To this end, the invention relates to an inductive alternating current measurement sensor, comprising a linear primary conductor carrying the current to be measured and a secondary winding along a portion of the magnetic field induced by the primary current surrounding it, characterized by the fact that the primary conductor is housed in a sheath for receiving the secondary winding and for supporting a shield.

Ainsi, le fourreau assure, à lui seul, le positionnement relatif des trois autres éléments de base du capteur, ce qui limite ainsi le nombre de pièces mécaniques et le coût de montage correspondant. Thus, the sleeve alone ensures the relative positioning of the other three basic elements of the sensor, which thus limits the number of mechanical parts and the corresponding mounting cost.

Avantageusement, le fourreau comporte deux demi-coques s'emboîtant l'une dans l'autre et une face externe d'une des demi-coques présente une cavité de réception du bobinage. Le fourreau est ainsi facile à assembler et il assure l'isolement entre le bobinage et le conducteur primaire. Advantageously, the sheath has two half-shells which fit one inside the other and an external face of one of the half-shells has a winding receiving cavity. The sheath is thus easy to assemble and it insulates between the winding and the primary conductor.

Avantageusement encore, le bobinage secondaire est disposé autour d'un mandrin d'une plaquette support portant des broches de connexion. Advantageously also, the secondary winding is arranged around a mandrel of a support plate carrying connection pins.

Dans ce cas, il est intéressant que le blindage comprenne un coffret de maintien des demi-coques du fourreau et de la plaquette support du bobinage. In this case, it is advantageous for the shielding to include a box for holding the half-shells of the sheath and the winding support plate.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du capteur de courant de l'invention, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective du capteur de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan vertical II-II de la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues de demi-coques, respectivement inférieure et supérieure, formant fourreau, et - la figure 5 est une vue en perspective d'une plaquette support de bobinage secondaire. The invention will be better understood using the following description of a preferred embodiment of the current sensor of the invention, with reference to the attached drawing in which - Figure 1 is a perspective view of the sensor of the invention, - Figure 2 is a sectional view along the vertical plane II-II of Figure 1, - Figures 3 and 4 are views of half-shells, respectively lower and upper, forming sheath, and - Figure 5 is a perspective view of a secondary winding support plate.

Le capteur représenté sur la figure 1 est destiné à la mesure de courant alternatif, et précisément est associé à un circuit électronique aval, non représenté, de calcul de consommation électrique. Le capteur comporte un conducteur primaire linéaire 1 en forme de U, destiné à porter un courant alternatif à mesurer, et un bobinage secondaire 8 disposé à l'intérieur du U et simplement représenté par son logement sur la figure 2. Le bobinage 8 est situé le long d'une portion du champ magnétique, induit par le courant primaire, ceinturant le conducteur 1. Le conducteur 1 est ici un barreau de cuivre de section circulaire permettant le passage de plus d'une centaine d'ampères et dont les deux tronçons visibles d'extrémité sont aplatis pour former des broches de connexion. The sensor shown in FIG. 1 is intended for measuring alternating current, and is precisely associated with a downstream electronic circuit, not shown, for calculating electrical consumption. The sensor comprises a linear primary conductor 1 in the shape of a U, intended to carry an alternating current to be measured, and a secondary winding 8 arranged inside the U and simply represented by its housing in FIG. 2. The winding 8 is located along a portion of the magnetic field, induced by the primary current, encircling the conductor 1. The conductor 1 is here a copper rod of circular section allowing the passage of more than a hundred amperes and of which the two sections visible from the end are flattened to form connection pins.

Le conducteur primaire 1 est logé dans un fourreau, ici de forme sensiblement parallélépipédique rectangle, de réception du bobinage secondaire 8 et de support d'un blindage 7. Le fourreau comporte ici deux demi-coques 2, 3 en matériau isolant, ici du matériau plastique, s'emboîtant l'une dans l'autre, respectivement représentées sur les figures 3 et 4. Pour la commodité de la description on les appellera demi-coque inférieure 2 et demi-coque supérieure 3. La demi-coque inférieure 2 présente une paroi arrière en demi-cylindre d'axe perpendiculaire au plan du U du conducteur 1 et sur laquelle s'appuie celui-ci. Comme le montre la figure 2, les parois latérales et la paroi arrière de la demi-coque inférieure 2 se logent dans la demi-coque supérieure 3, la partie arrière de cette dernière débordant d'environ 1 cm au-delà de celle de la demi-coque inférieure 2. Une face externe du fourreau, précisément de la demi-coque supérieure 3, présente une cavité ou puits 31, ici cylindrique, de réception du bobinage 8, celui-ci étant disposé autour d'un mandrin 4 d'une plaquette support 9 en céramique portant des broches de connexion 5, 6. Comme le montre la figure 5, la plaquette support 9 a ici sensiblement une forme de triangle isocèle à sommets arrondis, dont la base se situe au niveau de la partie arrière de la demi-coque supérieure 3. Si l'on considère pour la simplicité de l'exposé que, sur les figures, le conducteur 1 s'étend dans un plan horizontal, la plaquette support 9 est horizontale et plaquée sur la face externe de la demi-coque supérieure 3, en recouvrant la totalité d'une zone surbaissée 30 de celle-ci comportant la cavité 31 et située en regard de la boucle du U du conducteur 1. Le mandrin 4 est fixé perpendiculairement à la plaquette 9, donc d'axe vertical, et fait saillie vers l'intérieur du capteur, précisément dans la cavité 31 selon l'axe de celle-ci, depuis la zone de sommet du triangle isocèle. Les deux broches 5 et 6 sont respectivement fixées dans les zones des deux autres sommets du triangle isocèle et s'étendent perpendiculairement à la plaquette 9, dans la direction opposée à celle du mandrin 4, pour fournir deux extrémités en saillie de liaison ou contact avec l'extérieur, fournissant la tension induite à mesurer. Précisément, les broches 5 et 6 comportent chacune, à l'extrémité en saillie, une zone de contact direct avec un connecteur externe d'un circuit de mesure. La demi-coque supérieure 3 présente, sur sa face supérieure, deux rebords verticaux 32, 33 de centrage de la plaquette 9, disposés selon un V inversé par rapport au U du conducteur 1 et ayant la forme du triangle isocèle de la plaquette 9, rebords qui limitent la zone surbaissée 30 et sur lesquels butent les côtés symétriques de la plaquette 9. Un ergot de blocage 36, faisant saillie de la zone surbaissée 30, coopère avec une lumière 96 de la plaquette 9 pour bloquer tout mouvement de celle-ci dans son plan de montage, et donc tout recul par rapport aux rebords 32, 33 de centrage. Le blindage 7, entourant l'ensemble de façon ajustée, constitue un coffret de forme parallélépipédique rectangle qui maintient ensemble les demi-coques 2, 3 et la plaquette 9. Celle-ci est ainsi plaquée sur la zone surbaissée 30 de façon à rester dans son plan de montage et ne peut donc échapper au blocage de l'ergot 36. La broche 6, de masse, comporte une languette 61 de contact avec le blindage 7, côté interne de celui-ci, languette 61 s'étendant dans une rainure 91 de la plaquette 9, pour mettre à la masse le blindage 7. Comme évoqué plus haut, les broches 5, 6 et le mandrin 4 sont respectivement disposés à deux extrémités opposées de la plaquette 9, respectivement son sommet et la base du triangle isocèle. La plaquette 9 comporte, sur les deux bords latéraux symétriques reliant la base au sommet, deux gorges 92, 93 de réception de deux tronçons d'extrémité de fil du bobinage 8. The primary conductor 1 is housed in a sheath, here of substantially rectangular parallelepiped shape, for receiving the secondary winding 8 and for supporting a shielding 7. The sheath here comprises two half-shells 2, 3 made of insulating material, here material plastic, fitting one inside the other, respectively represented in FIGS. 3 and 4. For the convenience of the description, they will be called lower half-shell 2 and upper half-shell 3. The lower half-shell 2 has a rear wall in a half-cylinder with an axis perpendicular to the plane of the U of the conductor 1 and on which the latter rests. As shown in FIG. 2, the side walls and the rear wall of the lower half-shell 2 are housed in the upper half-shell 3, the rear part of the latter projecting about 1 cm beyond that of the lower half-shell 2. An external face of the sheath, precisely of the upper half-shell 3, has a cavity or well 31, here cylindrical, for receiving the coil 8, the latter being arranged around a mandrel 4 of a ceramic support plate 9 carrying connection pins 5, 6. As shown in FIG. 5, the support plate 9 here has substantially the shape of an isosceles triangle with rounded vertices, the base of which is situated at the rear part of the upper half-shell 3. If we consider for the simplicity of the presentation that, in the figures, the conductor 1 extends in a horizontal plane, the support plate 9 is horizontal and pressed against the external face of the upper half-shell 3, e n covering the whole of a lowered zone 30 of the latter comprising the cavity 31 and situated opposite the loop of the U of the conductor 1. The mandrel 4 is fixed perpendicular to the plate 9, therefore of vertical axis, and made protruding towards the inside of the sensor, precisely in the cavity 31 along the axis thereof, from the apex area of the isosceles triangle. The two pins 5 and 6 are respectively fixed in the zones of the other two vertices of the isosceles triangle and extend perpendicular to the plate 9, in the direction opposite to that of the mandrel 4, to provide two ends in projecting connection or contact with the outside, providing the induced voltage to be measured. Specifically, pins 5 and 6 each have, at the projecting end, a zone of direct contact with an external connector of a measurement circuit. The upper half-shell 3 has, on its upper face, two vertical flanges 32, 33 for centering the wafer 9, arranged in an inverted V with respect to the U of the conductor 1 and having the shape of the isosceles triangle of the wafer 9, ledges which limit the lowered zone 30 and on which the symmetrical sides of the plate abut 9. A locking pin 36, projecting from the lowered zone 30, cooperates with a light 96 of the plate 9 to block any movement thereof in its assembly plan, and therefore any setback relative to the flanges 32, 33 for centering. The shield 7, surrounding the assembly in an adjusted manner, constitutes a box of rectangular parallelepiped shape which holds together the half-shells 2, 3 and the plate 9. The latter is thus pressed against the lowered zone 30 so as to remain in its assembly plane and therefore cannot escape the blocking of the lug 36. The pin 6, of mass, comprises a tongue 61 of contact with the shield 7, internal side of the latter, tongue 61 extending in a groove 91 of the plate 9, to ground the shield 7. As mentioned above, the pins 5, 6 and the mandrel 4 are respectively arranged at two opposite ends of the plate 9, respectively its top and the base of the isosceles triangle. . The plate 9 comprises, on the two symmetrical lateral edges connecting the base to the top, two grooves 92, 93 for receiving two end sections of wire from the winding 8.

A l'extrémité où se trouve le mandrin 4, donc dans la zone du sommet du triangle, la plaquette 9 se termine par deux protubérances 94, 95 de guidage ou maintien du fil au débouché des gorges 92, 93. Les deux tronçons d'extrémité du fil du bobinage 8 passent entre les deux protubérances 94, 95 pour, au-delà, se loger dans les gorges respectives 92, 93. Ils sont ainsi reliés aux broches respectives 5 et 6 en étant maintenus en place et sont soudés à deux extrémités de relayage respectives de celles-ci, dans la zone de fixation des broches 5, 6 à la plaquette 9, extrémités de relayage opposées aux extrémités de contact externe.At the end where the mandrel 4 is located, therefore in the region of the apex of the triangle, the plate 9 ends in two protuberances 94, 95 for guiding or holding the wire at the outlet of the grooves 92, 93. The two sections of end of the winding wire 8 pass between the two protrusions 94, 95 to, beyond, be housed in the respective grooves 92, 93. They are thus connected to the respective pins 5 and 6 while being held in place and are welded in pairs respective relay ends thereof, in the area for fixing pins 5, 6 to the plate 9, relay ends opposite to the external contact ends.

Pour leur fixation à la plaquette 9, les broches 5 et 6 s'élargissent pour former chacune une base triangulaire traversant celle-ci, de façon ajustée. For their attachment to the plate 9, the pins 5 and 6 widen to each form a triangular base crossing the latter, in an adjusted manner.

Les broches 5, 6 comportent chacune deux pattes de fixation, comme celles référencées 61, 62 de la broche 6, situées aux deux extrémités opposées de la base de fixation, repliées en sens opposés sur la face de la plaquette 9 tournée vers l'intérieur du capteur. La patte 62, repliée à l'opposé du sommet de la plaquette 9, comporte un tronçon d'extrémité 63 de soudage du fil du bobinage 8. The pins 5, 6 each have two fixing lugs, like those referenced 61, 62 of the pin 6, located at the two opposite ends of the fixing base, folded in opposite directions on the face of the plate 9 facing inwards. of the sensor. The tab 62, folded away from the top of the plate 9, has an end section 63 for welding the winding wire 8.

Pour éviter tout coulissement incontrôlé du blindage 7 par rapport au fourreau 2, 3 parallèlement aux branches du U du conducteur 1, la demi- coque supérieure 3 comporte une protubérance 35 de butée du bord avant du blindage 7 tourné vers les broches du U du conducteur 1. La protubérance 35 maintient ce bord à une distance déterminée de la face d'extrémité avant 21 du fourreau, verticale, qui est traversée par des deux branches du U du conducteur 1. Les bases des broches 5, 6, protégées par un socle isolant solidaire de la plaquette 9, bloquent tout coulissement du blindage 7 en sens opposé. Le blindage 7 est ainsi maintenu au droit du bobinage 8 et de la boucle du conducteur 1 et est isolé de ceux-ci par l'épaisseur du fourreau 2, 3. En outre, un contournement du fourreau 2, 3 par un arc électrique à travers l'air est empêché par le fait qu'il y a ici environ 1 cm d'air entre le bord avant du blindage 7 et les branches du U traversant la face avant de connexion 21. To avoid any uncontrolled sliding of the shield 7 with respect to the sheath 2, 3 parallel to the branches of the U of the conductor 1, the upper half-shell 3 has a protuberance 35 for abutment of the front edge of the shield 7 facing the pins of the U of the conductor 1. The protrusion 35 maintains this edge at a determined distance from the front end face 21 of the sheath, vertical, which is crossed by two branches of the U of the conductor 1. The bases of the pins 5, 6, protected by a base insulator integral with the plate 9, block any sliding of the shield 7 in the opposite direction. The shield 7 is thus kept in line with the winding 8 and the loop of the conductor 1 and is isolated from them by the thickness of the sheath 2, 3. In addition, a bypass of the sheath 2, 3 by an electric arc at through the air is prevented by the fact that there is here about 1 cm of air between the front edge of the shield 7 and the branches of the U passing through the front connection face 21.

Claims

CLAIMS 1.- Inductive alternating current measurement sensor, comprising a linear primary conductor (1) carrying the current to be measured and a secondary winding (8) along a portion of the magnetic field induced by the primary current surrounding it, characterized by the fact that the primary conductor (1) is housed in a sheath (2, 3) for receiving the secondary winding (8) and for supporting a shield (7). 2. A sensor according to claim 1, wherein the sheath has two half-shells (2, 3) fitting one into the other. 3. A sensor according to one of claims 1 and 2, wherein an outer face of the sleeve has a cavity (31) for receiving the winding (8). 4. A sensor according to one of claims 1 to 3, wherein the secondary winding (8) is arranged around a mandrel (4) of a support plate (9) carrying connection pins (5, 6) . 5. A sensor according to claim 4, wherein one of the pins (5) comprises a tongue (51) of contact with the shield (7), extending in a groove (91) of the plate (9). 6. A sensor according to one of claims 4 and 5, wherein the pins (5, 6) are arranged to establish direct contact with an external connector. 7.- sensor according to one of claims 4 to 6, wherein the pins (5, 6) and the mandrel (4) are respectively arranged at two opposite ends of the plate (9) and the latter comprises, on two lateral edges connecting the two ends, two grooves (92, 93) for receiving two end sections of the winding wire (8). 8. A sensor according to claim 7, wherein the plate (9) comprises, at the end where the mandrel (4) is located, two protrusions (94, 95) for guiding the wire at the outlet of the grooves (92, 93 ). 9. A sensor according to one of claims 6 to 8, in which the pins (5, 6) pass through the plate (9) and comprise two fixing lugs (61, 62), folded in opposite directions on one face of the plate (9), one of which has an end section (63) for welding the winding wire (8). 10.- Sensor according to one of claims 4 to 9, wherein the shield (7) comprises a box for holding the half-shells (2, 3) of the sheath and the plate (9) winding support (8) . 11. A sensor according to one of claims 1 to 10, wherein the sheath (2, 3) is of substantially rectangular parallelepiped shape and has an end face (21) crossed by the primary conductor (1) and connected to a lateral face (20) carrying a protuberance (35) for abutting an edge of the shield (7) and for maintaining the latter at a determined distance from the end face (21).