BR102017017369B1 - Sensor do tipo bobina de rogowski para medição de corrente, dispositivo de medição e disjuntor elétrico incluindo tal sensor, e método de enrolamento de tal sensor - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a um sensor do tipo bobina de Rogowski para medição de corrente, inclui um carregador e pelo menos um enrolamento secundário (3). O enrolamento inclui: pelo menos uma camada interna (6) com uma alta densidade de voltas, cuja camada é torcida em uma primeira direção de enrolamento "para fora" (10) a partir da primeira extremidade (5) para uma segunda extremidade oposta (9) do enrolamento (3), e pelo menos uma camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas, cuja camada é torcida em uma segunda direção de enrolamento "de retorno" (11). A camada externa com uma baixa densidade de voltas inclui: uma primeira porção de compensação (12) com uma alta densidade de voltas, cuja porção é de pequeno comprimento (L1) e próxima à primeira extremidade, uma porção central (13) com uma baixa densidade de voltas, cuja porção é de grande comprimento (L2), e uma segunda porção de compensação (14) com uma alta densidade de voltas, cuja porção é de pequeno comprimento (L3) e próxima à segunda extremidade.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um sensor do tipo bobina de Rogowski para medição de corrente compreendendo um carregador feito de um material não magnético e pelo menos um enrolamento secundário torcido sobre o dito carregador a fim de suprir um sinal elétrico representativo de uma corrente que flui em um condutor que passa por dentro da bobina, juntamente com um método de enrolamento de tal sensor.
[002] A presente invenção também se refere a um dispositivo de medição e a um disjuntor elétrico compreendendo tal sensor.
[003] As bobinas de Rogowski são, de modo geral, conhecidas no campo dos disjuntores de potência equipados com sistemas de acionamento eletrônico. As mesmas são usadas para a qualidade de sua linearidade e ampla faixa dinâmica de medição, uma vez que as mesmas não comprometem nenhum circuito magnético capaz de ser saturado. Sendo assim, a precisão é diretamente ligada à regularidade do enrolamento e à seção transversal do sensor.
[004] Exemplos de sensores de bobina de Rogowski usados em disjuntores elétricos são descritos nos Pedidos de Patente EP 2667205A1 e US2014132249A1.
[005] O sinal de saída de uma bobina de Rogowski é dado pela fórmula:V = μ n S di/dt
[006] V sendo a tensão do sinal de saída suprido pela bobina de Rogowski, S é a seção transversal de uma volta, μ é a permeabilidade, n é o número de voltas, e di/dt é a derivativa de uma corrente primária com respeito ao tempo.
[007] Deste modo, a tensão liberada pela bobina é uma função do número de voltas. A precisão da tensão está diretamente relacionada à qualidade do enrolamento.
[008] Nos dispositivos elétricos de alta corrente, esse tipo de sensor é também sensível aos campos magnéticos externos às bobinas quando o enrolamento não é perfeito. Dito de modo geral, os sensores de bobina de Rogowski são associados aos transformadores de corrente que usam um circuito magnético de modo a prover a fonte de energia para os circuitos eletrônicos. Esses transformadores de corrente são conectados a circuitos de regulação de modo de comutação que geram interferência para o ambiente eletromagnético dos sensores de medição de corrente.
[009] Alguns sensores compreendem uma blindagem a fim de tornar os mesmos insensíveis a variações externas e interferência. No entanto, essas soluções não são muito eficazes quando os sensores estão associados com transformadores de corrente para o suprimento de energia elétrica aos circuitos eletrônicos.
[0010] O objeto da presente invenção é um sensor de bobina de Rogowski muito preciso, capaz de ser fabricado em produção em escala e sendo relativamente insensível às variações de campos eletromagnéticos externos, juntamente com um método de enrolamento de tal sensor, e um dispositivo de medição e um disjuntor elétrico compreendendo tal sensor.
[0011] De acordo com a presente invenção, em um sensor do tipo bobina de Rogowski para medição de corrente compreendendo um carregador feito de um material não magnético e pelo menos um enro- lamento secundário torcido sobre o dito carregador para o suprimento de um sinal elétrico representativo de uma corrente que flui dentro de um condutor que passa por dentro da bobina,
[0012] o dito enrolamento secundário compreende pelo menos du as camadas, as terminações elétricas de cujos enrolamentos, os quais são situados sobre uma e a mesma primeira extremidade do enrolamento, o dito enrolamento compreendendo:
[0013] - pelo menos uma camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida em uma primeira direção de enrolamento da primeira extremidade em direção a uma segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0014] - pelo menos uma camada externa com uma baixa densidade de voltas compreendendo pelo menos três porções e torcida em uma segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade, a dita camada externa com uma baixa densidade de voltas compreendendo:
[0015] - uma primeira porção de compensação com uma alta den sidade de voltas e de pequeno comprimento próxima à primeira extremidade do enrolamento,
[0016] - uma porção central com uma baixa densidade de voltas e de grande comprimento, e
[0017] - uma segunda porção de compensação com uma alta den sidade de voltas e de pequeno comprimento próxima à segunda extremidade do enrolamento.
[0018] De preferência, na dita camada externa com uma baixa densidade de voltas, o comprimento da longa porção central é maior dez vezes a soma dos comprimentos das porções de alta densidade.
[0019] Em uma modalidade preferida, o dito enrolamento compre ende um número par de camadas,
[0020] - uma metade das camadas sendo torcida em uma primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0021] - a outra metade das camadas sendo torcida em uma se gunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade,
[0022] - a última camada sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida na dita segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade.
[0023] De preferência, o dito enrolamento compreende um número par de camadas,
[0024] - uma metade das camadas sendo as camadas internas com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador, e
[0025] - a outra metade das camadas sendo as camadas externas com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções,
[0026] - a última camada sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida em uma segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento para a primeira extremidade.
[0027] Em uma modalidade particular, o dito enrolamento compreende:
[0028] - uma primeira camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida em uma primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento,
[0029] - uma segunda camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador torcida em uma segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade em direção à primeira extremidade oposta do enrolamento,
[0030] - uma primeira camada externa com uma baixa densidade de voltas compreende três porções torcidas na primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0031] - uma segunda camada externa com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções torcidas em uma segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade.
[0032] Um método de enrolamento de um sensor de medição de corrente tal como definido acima no presente documento, compreende:
[0033] - o enrolamento de pelo menos uma camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador em uma primeira direção de enrolamento a partir de uma primeira extremidade em direção a uma segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0034] - o enrolamento de pelo menos uma camada externa com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções em uma segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade, a dita camada externa compreendendo:
[0035] - uma primeira porção de compensação com uma alta densidade de voltas e pequeno comprimento, próxima à primeira extremidade do enrolamento,
[0036] - uma porção central com uma baixa densidade de voltas e de grande comprimento, e
[0037] - uma segunda porção de compensação com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento próxima à segunda extremidade do enrolamento.
[0038] De preferência, o método de enrolamento compreende enrolamentos com um número par de camadas,
[0039] - uma metade das camadas sendo torcida em uma primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0040] - a outra metade das camadas sendo torcida em uma se gunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade,
[0041] - a última camada sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida na segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade.
[0042] De maneira vantajosa, o método de enrolamento compre ende enrolamentos com um número par de camadas,
[0043] - uma metade das camadas sendo as camadas internas com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador, e
[0044] - a outra metade das camadas sendo as camadas externas com uma baixa densidade de voltas,
[0045] - a última camada sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida na segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento para a primeira extremidade.
[0046] Em uma modalidade particular, o método de enrolamento compreende:
[0047] - o enrolamento de pelo menos uma primeira camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador na primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento,
[0048] - o enrolamento de pelo menos uma segunda camada in terna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador na segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade em direção à primeira extremidade oposta do enrolamento,
[0049] - o enrolamento de pelo menos uma primeira camada ex terna com uma baixa densidade de voltas na primeira direção de enrolamento a partir da primeira extremidade em direção à segunda extremidade oposta do enrolamento, e
[0050] - o enrolamento de pelo menos uma segunda camada ex terna com uma baixa densidade de voltas na segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade.
[0051] Um dispositivo de medição de corrente compreendendo uma unidade de processamento para o recebimento de sinais representativos de correntes elétricas compreende um sensor de medição tal como definido acima no presente documento, conectado à unidade de processamento para suprir um sinal de corrente representativo de uma corrente fluindo em um condutor elétrico.
[0052] Um disjuntor elétrico compreendendo pelo menos um contato principal para a interrupção de uma corrente em um circuito elétrico, um mecanismo para controlar a abertura do dito contato elétrico e um dispositivo de medição e proteção que suprindo um sinal de controle para o dito mecanismo de controle compreende um sensor de medição, tal como definido acima no presente documento, conectado a uma unidade de processamento do dito dispositivo de medição e proteção.
[0053] Outras vantagens e características se tornarãomais claramente evidentes a partir da seguinte descrição de modalidades particulares da presente invenção, dadas a título de exemplos não limitan- tes, e representadas nos desenhos emanexo, nos quais:
[0054] - a Figura 1 mostra uma primeira vista esquemática de um sensor de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;
[0055] - a Figura 2 mostra uma vista de um sensor de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[0056] - as Figuras 3 e 4 mostram vistas esquemáticas parciais das extremidades do enrolamento de acordo com duas modalidades da presente invenção;
[0057] - a Figura 5 mostra uma vista de um carregador para um enrolamento de um sensor de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[0058] - a Figura 6 mostra um diagrama de circuito de um disjuntor elétrico compreendendo um sensor de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[0059] - a Figura 7 mostra as etapas de um método de enrolamen to para um sensor de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;
[0060] - as Figuras 8 e 9 mostram as etapas de um método de en rolamento para um sensor de acordo com uma dentre as demais modalidades da presente invenção; e
[0061] - a Figura 10 mostra a fotografia de uma vista parcial de uma bobina de acordo com uma modalidade.
[0062] Na vista esquemática da Figura 1, o sensor de corrente 1 do tipo bobina de Rogowski compreende um carregador 2 feito de um material não magnético e pelo menos um enrolamento secundário 3 torcido sobre o carregador 1 para o suprimento de um sinal elétrico representativo de uma corrente fluindo em um condutor que passa por dentro da bobina.
[0063] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o enrolamento secundário 3 compreende pelo menos duas camadas, sendo que as terminações elétricas 4 de cujos enrolamentos se situam em uma e na mesma primeira extremidade 5 do enrolamento 3. A fim de reduzir a sensibilidade do enrolamento à interferência eletromagnética externa à bobina, o enrolamento compreende um número par de camadas do enrolamento de tal maneira que as saídas 4 do condutor elétrico do enrolamento saiam a partir do mesmo lado ou da mesma extremidade 5 do enrolamento. Sendo assim, o enrolamento é torcido em uma primeira direção "para fora" de uma primeira camada 6, em seguida em uma direção "de retorno" sobre uma segunda camada 7. Por motivos práticos de fabricação da bobina, uma porção 8 sem nenhum enrolamento é provida entre a primeira extremidade 5 do enrolamento e uma segunda extremidade oposta 9 do enrolamento 3. O número de voltas n do enrolamento sendo definido como uma função do sinal desejado, e o número de camadas sendo um número par a fim de evitar interferência, as voltas são distribuídas ao longo das camadas do enrolamento com os enrolamentos na direção "para fora" e na direção "de retorno".
[0064] Deste modo, a fim de garantir uma melhor imunidade contra uma interferência eletromagnética externa à bobina, o enrolamento compreende pelo menos uma camada interna 6 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador 2 e torcida em uma primeira direção 10 do enrolamento a partir da primeira extremidade 5 em direção à segunda extremidade oposta 9 do enrolamento, e pelo menos uma camada externa 7 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções e torcida em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[0065] A primeira camada interna 6 próxima ao carregador é de preferência formada com voltas adjacentes sobre o lado interno da bobina. No presente documento, o termo 'camada interna' significa a camada mais próxima ou as camadas mais próximas do carregador e o termo 'camada externa' significa a camada mais distante ou as camadas mais distantes do carregador. Alta densidade de voltas significa que as voltas ficam unidas ou com um espaçamento menor que o di- âmetro do fio sobre o lado interno da bobina. Baixa densidade de voltas significa um espaçamento maior que o diâmetro do fio sobre o lado interno da bobina.
[0066] Camadas de baixa densidade significa camadas que têm uma baixa densidade geral, em outras palavras, elas têm porções com uma baixa densidade ao longo da maior parte do comprimento do enrolamento, porém elas poderão ter pequenas porções de alta densidade. De maneira notável, essas porções de alta densidade podem ser situadas próximas às extremidades para a compensação de voltas para porções sem nenhum enrolamento.
[0067] Nesse caso, a segunda camada externa 7 com uma baixa densidade compreende:
[0068] - uma primeira porção de compensação 12 com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento L1 próxima à primeira extremidade 5 do enrolamento,
[0069] - uma porção central 13 com uma baixa densidade de vol tas e de grande comprimento L2, e
[0070] - uma segunda porção de compensação 14 com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento L3 próxima à segunda extremidade 9 do enrolamento.
[0071] As porções de compensação 12 e 14 permitem que a por ção 8 sem nenhum enrolamento entre as extremidades 5 e 9 seja compensada.
[0072] De preferência, em uma camada de baixa densidade, as porções pequenas 12 e 14 com uma alta densidade têm um enrolamento de um comprimento menor que 1/10 do comprimento do enrolamento de baixa densidade. Por exemplo, (L1 + L3) < (L2/10).
[0073] A Figura 2 mostra uma vista de um sensor de acordo com a modalidade da Figura 1. A primeira camada interna 6 é torcida com voltas adjacentes sobre o carregador 2 da bobina. A segunda camada compreende uma primeira porção de compensação 12 com voltas adjacentes, uma porção central de baixa densidade 13 cujas voltas são distribuídas ao longo do corpo da bobina com um grande intervalo entre as voltas, e uma segunda porção de compensação 14 com voltas adjacentes. As porções de compensação compensam as voltas faltan- tes na porção intermediária 8 sem nenhum enrolamento. O comprimento das porções de compensação 12 e 14 com voltas de alta densidade ou com voltas adjacentes é de preferência de vários milímetros. A porção central com uma baixa densidade tem de preferência um comprimento de vários centímetros distribuídos ao longo da circunferência da bobina.
[0074] A Figura 3 mostra uma vista esquemática linear parcial das extremidades do enrolamento de acordo com a primeira modalidade. A vista parcial mostra a mesma configuração que a da Figura 1, com uma camada interna 6 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida em uma primeira direção de enrolamento 10, e uma camada externa 7 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções e torcida na segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[0075] Nos sensores de medição que requerem um número muito alto de voltas, o enrolamento é distribuído ao longo de várias camadas. Sendo assim, de acordo com as modalidades da presente invenção com diversas camadas, o enrolamento compreende um número par de camadas.
[0076] De maneira vantajosa, as camadas são divididas da seguin te maneira:
[0077] - uma metade das camadas é enrolada em uma primeira direção de enrolamento 10 a partir da primeira extremidade 5 em direção à segunda extremidade oposta 9 do enrolamento,
[0078] - a outra metade das camadas é enrolada em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5, e
[0079] - a última camada é uma camada externa 7, 107 com uma baixa densidade de voltas, compreendendo três porções e torcida em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 11 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[0080] O número par de camadas será também de preferência dividido da seguinte maneira:
[0081] - uma metade das camadas são as camadas internas 6, 106 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador 2,
[0082] - a outra metade das camadas são as camadas externas 7, 107 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções,
[0083] - a última camada é uma camada externa 7, 107 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções e torcida em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 11 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[0084] A Figura 4 mostra uma vista esquemática parcial das extremidades do enrolamento de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção de um sensor com quatro camadas. Nesse caso, o enrolamento com quatro camadas é composto da seguinte maneira:
[0085] - a primeira camada é uma primeira camada interna 6 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida na primeira direção de enrolamento 10 a partir da primeira extremidade 5 em direção à segunda extremidade oposta 9 do enrolamento,
[0086] - a segunda camada é uma segunda camada interna 106 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida na segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade 9 em direção à primeira extremidade oposta 5 do enrolamento,
[0087] - a terceira camada é uma primeira camada externa 7 com uma baixa densidade de voltas, compreendendo três porções torcidas na primeira direção de enrolamento 10 da primeira extremidade 5 em direção à segunda extremidade oposta 9 do enrolamento, e
[0088] - a quarta camada é uma segunda camada externa 107 com uma baixa densidade de voltas, compreendendo três porções torcidas na segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[0089] Na Figura 4, a terceira e a quarta camadas são mostradas esquematicamente em uma maneira perfeitamente superposta para fins de clareza da descrição. No entanto, uma vez que as voltas não são muito densas, na realidade, a quarta camada poderá ficar localmente ou parcialmente cair no nível da terceira camada e ainda assim ser classificada como a quarta camada.
[0090] A Figura 5 mostra uma vista de um carregador feito de um material não magnético de um enrolamento para um sensor de acordo com uma modalidade da presente invenção. A porção intermediária sem nenhum enrolamento ficará localizada no nível de uma espiga 15 para a fixação ou bloqueio dos fios da saída 4 do enrolamento.
[0091] A Figura 6 mostra um diagrama de circuito de um disjuntor elétrico 20, compreendendo um sensor 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção associada a um dispositivo de medição e proteção 21. O disjuntor elétrico 20 compreende pelo menos um contato principal 22 para a interrupção de uma corrente I em um circuito elétrico, um mecanismo 23 para controlar a abertura do dito contato elétrico 22, e o dispositivo de medição e proteção 21 para o suprimento de um sinal de controle D para o dito mecanismo de controle 22. O disjuntor compreende ainda terminais elétricos de força 24 para a conexão de condutores elétricos externos e de condutores de ligação internos 25 entre o contato principal 22 e os terminais 23. Pelo menos um sensor de corrente 1, tal como o descrito acima no presente documento, é disposto em torno de um condutor primário 25 do disjuntor, tal como um condutor de ligação 25 entre um terminal 24 e um contato principal 22. O sensor de corrente 1 é conectado a uma unidade de processamento 26 do dispositivo de medição e proteção 21 para o suprimento de sinais I-e representativos de uma corrente elétrica que flui no condutor primário I. Sendo assim, a unidade de processamento recebe os sinais I-e representativos de uma corrente elétrica do sensor 1, conduz o processamento dos sinais de corrente, executa as funções de proteção e divulgação e, caso necessário, supre um sinal ou um comando de transmissão D para o mecanismo 23 para a abertura dos contatos 22 do disjuntor. Um transformador de corrente 27 com um circuito magnético é conectado à unidade de processamento a fim de suprir a energia elétrica necessária para a operação dos circuitos eletrônicos.
[0092] O enrolamento secundário 3 é conectado a uma entrada da unidade de processamento 26 para o suprimento do sinal de medição de corrente I-e. A unidade de processamento pode ainda receber um sinal de medição de tensão V-e a partir do condutor primário 25. Nesse caso, a unidade de processamento poderá ainda realizar o processamento e o cálculo da energia elétrica e/ou potência com uma precisão muito elevada.
[0093] Na Figura 6, apenas um disjuntor com uma fase ou polo é mostrado. No entanto, a presente invenção é igualmente aplicável a disjuntores multipolares, particularmente a disjuntores trifásicos. Nesse caso, cada polo protegido compreende um sensor de corrente tal como definido acima no presente documento.
[0094] O dispositivo de medição e proteção 15, compreende o sensor 21 e a unidade de processamento 18, pode ser um acionador eletrônico para um disjuntor, mas também um relé ou um módulo para a proteção e/ou para a medição de uma potência e/ou de uma energia elétrica.
[0095] A Figura 7 mostra as etapas de um método de enrolamento para um sensor de medição de corrente de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção. O método de enrolamento compreende uma primeira etapa 30 para o enrolamento de pelo menos uma camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador em uma primeira direção de enrolamento 10 a partir da primeira extremidade 5 em direção a uma segunda extremidade oposta 9 do enrolamento. A primeira direção de enrolamento 11 será chamada de direção "para fora". A alta densidade de voltas de preferência tem voltas adjacentes. Em uma segunda etapa de enrolamento 31, pelo menos uma camada externa com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções é torcida em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5. A segunda direção de enrolamento será chamada de direção "de retorno". A camada externa de baixa densidade compreende:
[0096] - uma primeira porção de compensação 12 com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento L1 próxima à primeira extremidade 5 do enrolamento,
[0097] - uma porção central 13 com uma baixa densidade de vol tas e de grande comprimento, e
[0098] - uma segunda porção de compensação 14 com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento L2 próxima à segunda extremidade 9 do enrolamento.
[0099] Para os métodos de enrolamento, de acordo com a presen te invenção, com várias camadas, o enrolamento compreende um número par de camadas divididas da seguinte maneira:
[00100] - uma metade das camadas é torcida em uma primeira di- reção "para fora" de enrolamento 10 a partir da primeira extremidade 5 em direção à segunda extremidade oposta 9 do enrolamento,
[00101] - a outra metade das camadas é torcida em uma segunda direção "de retorno" do enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 9 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5, e
[00102] - a última camada é uma camada externa 7, 107 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções e torcida em uma segunda direção de enrolamento 11 a partir da segunda extremidade oposta 11 do enrolamento em direção à primeira extremidade 5.
[00103] Por exemplo, com o presente método, será possível ter mais camadas de alta densidade e menos camadas de baixa densidade contanto que a última camada seja uma camada de baixa densidade.
[00104] Nos métodos, o número par de camadas é também de preferência dividido da seguinte maneira:
[00105] - uma metade das camadas são as camadas internas 6,106 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador 2,
[00106] - a outra metade das camadas são as camadas externas 7, 107 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções,
[00107] - a última camada é uma camada externa 7, 107 com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções enroladas na direção "de retorno".
[00108] A Figura 8 mostra as etapas de um método de enrolamento para um sensor de acordo com uma modalidade de múltiplas camadas. O método compreende uma primeira etapa 32 para o enrolamento de uma primeira camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida na direção "para fora", em seguida uma segunda etapa 33 para o enrolamento de uma primeira camada interna com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida na direção "de retorno". Uma etapa 34 mostra outras etapas possíveis para as camadas internas com uma alta densidade de voltas. O método compreende ainda uma etapa 35 para o enrolamento de uma primeira camada externa com uma baixa densidade de voltas e torcida na direção oposta à direção de sua camada precedente. Outras camadas externas com uma baixa densidade de voltas e torcidas na direção oposta à direção de sua camada precedente poderão ser enroladas em uma etapa ou em várias etapas 36. A última etapa 35 ou 36, de qualquer maneira, fará o enrolamento de uma camada externa com uma baixa densidade de voltas na direção "de retorno".
[00109] A etapa 37 mostra um caso no qual o número de camadas externas com uma baixa densidade é igual ao número de camadas internas com uma alta densidade. A direção dos enrolamentos é alternada "para fora" e "em retorno".
[00110] A Figura 9 mostra as etapas de um método de enrolamento de um sensor de acordo com uma modalidade preferida com quatro camadas. Nesse método, existe, antes de qualquer coisa, uma primeira etapa 40 para o enrolamento de uma primeira camada interna 6 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador em uma primeira direção de enrolamento "para fora" 10, e uma segunda etapa 41 para o enrolamento de uma segunda camada interna 106 com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador em uma segunda direção "de retorno" 11. Subsequentemente, há uma terceira etapa 42 para o enrolamento de uma primeira camada externa 7 com uma baixa densidade de voltas na primeira direção de enrolamento "para fora" 10, e uma quarta etapa 43 para o enrolamento de uma segunda camada externa 107 com uma baixa densidade de voltas na segunda direção de enrolamento "de retorno" 11.
[00111] Uma fotografia de uma porção de um sensor de acordo com uma modalidade é mostrada na Figura 10. O enrolamento 3 é torcido com uma alta densidade de voltas sobre a primeira camada 6 e com uma baixa densidade de voltas sobre a segunda camada 7. As voltas da porção central são muito espaçadas a fim de garantir um número exato de voltas para o sensor de medição.
Claims (11)
1. Sensor de medição de corrente (1) do tipo bobina de Rogowski compreendendo um carregador (2) feito de um material não magnético e pelo menos um enrolamento secundário (3) torcido sobre o dito carregador a fim de suprir um sinal elétrico representativo de uma corrente que flui em um condutor que passa por dentro da bobina, em que o dito enrolamento secundário (3) compreende pelo menos duas camadas (6, 7), as terminações elétricas (14) de cujos enrolamentos se situam sobre uma e a mesma primeira extremidade (5) do enrolamento, o dito enrolamento compreendendo: - pelo menos uma camada interna (6) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador (2) e torcida em uma primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira (5) extremidade em direção a uma segunda extremidade oposta (9) do enrolamento (3), e - pelo menos uma camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas compreendendo pelo menos três porções (12, 13, 14) e torcida em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5), caracterizado pelo fato de que a dita camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas compreende: - uma primeira porção de compensação (12) com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento (L1) próxima à primeira extremidade (5) do enrolamento (3), - uma porção central (13) com uma baixa densidade de voltas e de grande comprimento (L2), e - uma segunda porção de compensação (14) com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento (L3) próxima à segunda extremidade (9) do enrolamento (3), - o referido grande comprimento (L2) da porção central (13) sendo maior do que dez vezes a soma dos pequenos comprimentos (L1, L3) das porções de alta densidade (12, 14), e a referida alta densidade de voltas tendo um espaçamento entre voltas menor do que o diâmetro do fio de enrolamento no interior da referida bobina, a baixa densidade de voltas tendo um espaçamento entre voltas maior do que o diâmetro do fio do enrolamento.
2. Sensor de medição de corrente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito enrolamento (3) compreende um número par de camadas (6, 106; 7, 107), - uma metade das camadas (6, 7) sendo torcida em uma primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, e - a outra metade das camadas (106, 107) sendo torcida em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5), - a última camada (107) sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida na dita segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5).
3. Sensor de medição de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito enrolamento compreende um número par de camadas (6, 106; 7, 107): - uma metade das camadas sendo as camadas internas (6, 106) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador, e - a outra metade das camadas sendo as camadas externas (7, 107) com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções, - a última camada sendo uma camada externa (107) com uma baixa densidade de voltas torcida em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enro- lamento para a primeira extremidade (5).
4. Sensor de medição de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito enrolamento compreende: - uma primeira camada interna (6) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida em uma primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, - uma segunda camada interna (106) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador e torcida em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade (9) em direção à primeira extremidade oposta (5) do enrolamento, - uma primeira camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções torcidas na primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, e - uma segunda camada externa (107) com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções torcidas em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5).
5. Sensor de medição de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o referido enrolamento compreende um revestimento para fixar as voltas em suas posições.
6. Método de enrolamento para um sensor de medição de corrente, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o método compreendendo as etapas de: - enrolar (30) pelo menos uma camada interna (6) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador em uma primeira direção (10) do enrolamento a partir de uma primeira extremidade (5) em direção a uma segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, e - enrolar (31) pelo menos uma camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas compreendendo três porções em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda (9) extremidade oposta do enrolamento em direção à primeira extremidade (5), caracterizado pelo fato de que a dita camada externa compreende: - uma primeira porção de compensação (12) com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento (L1) próxima à primeira extremidade (5) do enrolamento, - uma porção central (13) com uma baixa densidade de voltas e de grande comprimento (L2), e - uma segunda porção de compensação (14) com uma alta densidade de voltas e de pequeno comprimento (L3) próxima à segunda extremidade (9) do enrolamento, - o referido grande comprimento (L2) da porção central (13) sendo maior do que dez vezes a soma dos pequenos comprimentos (L1, L3) das porções de alta densidade (12, 14), e a referida alta densidade de voltas tendo um espaçamento entre voltas menor do que o diâmetro do fio de enrolamento no interior da referida bobina, a baixa densidade de voltas tendo um espaçamento entre voltas maior do que o diâmetro do fio do enrolamento.
7. Método de enrolamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender enrolamentos (32 - 37, 40 - 43) com um número par de camadas, - uma metade das camadas (32, 34, 40, 42) sendo torcida em uma primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, e - a outra metade das camadas (33, 36, 41, 43) sendo torcida em uma segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5), - a última camada sendo uma camada externa (107) com uma baixa densidade de voltas torcida (37, 43) na segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5).
8. Método de enrolamento, de acordo com ambas as reivindicações 6 e 7, caracterizado pelo fato de que compreende enrolamentos (32 - 37) com um número par de camadas, - uma metade (32, 33, 34) das camadas sendo as camadas internas (6, 106) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador, e - a outra metade (35, 36, 37) das camadas sendo as camadas externas (7, 107) com uma baixa densidade de voltas, - a última camada (107) sendo uma camada externa com uma baixa densidade de voltas torcida (37, 43) na segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento para a primeira extremidade (5).
9. Método de enrolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que compreender as etapas de: - enrolamento (40) de pelo menos uma primeira camada interna (6) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador na primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, - enrolamento (41) de pelo menos uma segunda camada interna (106) com uma alta densidade de voltas próxima ao carregador na segunda direção de enrolamento a partir da segunda extremidade (9) em direção à primeira extremidade oposta (5) do enrolamento, - enrolamento (42) de pelo menos uma primeira camada externa (7) com uma baixa densidade de voltas na primeira direção (10) do enrolamento a partir da primeira extremidade (5) em direção à segunda extremidade oposta (9) do enrolamento, e - enrolamento (43) de pelo menos uma segunda camada externa (107) com uma baixa densidade de voltas na segunda direção (11) do enrolamento a partir da segunda extremidade oposta (9) do enrolamento em direção à primeira extremidade (5).
10. Dispositivo de medição de corrente (21) compreendendo uma unidade de processamento (26) para o recebimento de sinais (I-e) representativos de correntes elétricas, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de compreender um sensor de medição (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, conectado à unidade de processamento (26) de modo a suprir um sinal de corrente (Ie) representativo de uma corrente que flui em um condutor elétrico.
11. Disjuntor elétrico (20) compreendendo pelo menos um contato principal (22) para a interrupção de uma corrente em um circuito elétrico, um mecanismo (23) de modo a controlar a abertura do dito contato elétrico e um dispositivo de medição e proteção (21) que supre um sinal de controle (D) para o dito mecanismo de controle, o disjuntor elétrico sendo caracterizado pelo fato de compreender um sensor de medição (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, conectado a uma unidade de processamento (26) do dito dispositivo de medição e proteção (21).
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