ES2200817T3 - Pinza de toma corriente y contador de energia electrica. - Google Patents
Pinza de toma corriente y contador de energia electrica.Info
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Abstract
Una pinza de toma de corriente para la medición de la corriente en un conductor que comprende una pluralidad de bobinas (56) relativamente fijas que definen, y están substancialmente espaciadas igualmente a lo largo de una trayectoria cerrada imaginaria que rodea al conductor, estando conectadas las bobinas en serie, de tal manera que se deja un intersticio no obstruido entre una pareja de bobinas adyacentes para permitir que el conductor sea introducido dentro de la trayectoria cerrada.
Description
Pinza de toma corriente y contador de energía
eléctrica.
Esta invención se refiere a contadores de energía
eléctrica y a una pinza de toma de corriente para uso en tales
contadores.
Los contadores de energía eléctrica
electro-mecánicos estándar tienen algunos o todos
los siguientes
\hbox{inconvenientes}.
Todos ellos consumen una cantidad significativa
de potencia para su funcionamiento. La norma IEC para los contadores
de clase II es < 2 vatios. Este consumo de potencia equivale
entre 0,25% a 0,5% de toda la potencia consumida. Las pérdidas
debidas a la medición son, por lo tanto, substanciales.
Tienen problemas de inercia cuando se arrancan;
por lo tanto, deben haber absorbido una cierta cantidad de potencia
antes de comenzar a registrar.
Pueden ser instalados solamente por personal
técnico, y su instalación emplea mucho tiempo. Los contadores
electromecánicos necesitan fijarse firmemente a una superficie plana
en una posición vertical. En territorios tales como la antigua
Unión Soviética cuando se instala la medición en volumen por primera
vez, el coste de la instalación de los contadores electromecánicos
es alto.
En las pinzas de toma de corriente convencionales
de un alambre (ver la figura 1), un circuito 1 de material
magnético rodea un conductor que lleva corriente 2 y una bobina 3
que comprende un gran número de vueltas de alambre es enrollada
sobre el material magnético 1. Este tipo de pinza de toma de
corriente se basa en la Ley de Ampere que establece que la integral
del campo magnético alrededor de un circuito cerrado que rodea una
fuente de corriente es igual a la corriente encerrada.
En una pinza de toma de corriente de este tipo
bien diseñada, la tensión o corriente inducida en la bobina 3 no
depende de la posición de la corriente de la fuente (conductor 2)
dentro de la sección transversal rodeada por el núcleo magnético
cerrado 1. Adicionalmente, la relación de la tensión o corriente de
toma desde la fuente de corriente 2 dentro del núcleo anular
magnético cerrado 1, comparada con la toma desde la misma fuente
cuando está colocado fuera del núcleo anular magnético cerrado es
muy grande, por ejemplo >1000:1.
Esto asegura que la captación de desviación desde
las fuentes de corriente de interferencia, que pueden estar
colocadas próximas a la pinza de toma de corriente, pero fuera del
núcleo de imán magnético, puede afectar a las mediciones obtenidas
desde la fuente requerida que está localizada dentro.
No obstante, uno de los inconvenientes de este
tipo de pinza de toma de corriente es su coste. El núcleo magnético
debe estar fabricado en dos o más secciones para permitir que todo
el núcleo sea abierto y cerrado, de forma que el conductor pueda ser
insertado. Con el fin de hacer una medición exacta, la alineación
de las dos secciones después del cierre es crítica, puesto que
existe el requerimiento de que no se permite ni siquiera un pequeño
intersticio de aire entre las secciones en contacto.
La Patente de los Estados Unidos Nº 5.057.769
describe una pinza de toma de corriente que tiene un intersticio 4
(ver figura 2) en una bobina de núcleo no magnética enrollada
continuamente 5 para permitir la inserción de la fuente de
corriente. Con el fin de mantener las características deseadas del
núcleo no magnético cerrado de arrollamiento continuo 5, se realiza
un esfuerzo por añadir el componente de la tensión que había sido
tomado por los giros de la bobina que fueron retirados para
proporcionar el intersticio de aire 4, añadiendo dos bobinas de
múltiples giros individuales 6 en cualquier lateral del intersticio
4.
Incluso con el número correcto de giros en estas
bobinas, esto tiene solamente un éxito parcial. La toma de tensión
de la pinza de toma de corriente depende de la colocación del
conductor de la fuente dentro de la sección transversal interna de
la bobina. Cuanto más próximo está el conductor que lleva la
corriente de la fuente al intersticio o a los arrollamientos, más
grande es el intersticio, y mayor es la variación en la toma.
Adicionalmente, con este diseño, la toma de las
fuentes en el área 7, fuera de la sección transversal del
intersticio del núcleo no es ya insignificante y la toma procedente
de una fuente de corriente externa se incrementa a medida que se
incrementa el intersticio, o a medida que las fuentes externas se
aproximan al intersticio. Esto puede contener una limitación seria
especialmente cuando se están realizando las mediciones en una caja
de distribución, por ejemplo, donde puede existir un número grande
de conductores que llevan varias corrientes en un espacio
limitado.
El documento US 3.626.291 describe un aparato de
medición de corriente en el que está dispuesto un conjunto de
bobinas en una disposición circular. Las bobinas están situadas en
dos mitades de un núcleo magnético que pueden abrirse y cerrarse
para permitir que el conductor sea insertado. En el punto donde las
dos mitades se cierran juntas, una bobina pequeña desde una mitad
se proyecta dentro del interior de una bobina grande desde la otra
mitad para evitar intersticios de aire.
El documento US 5.057.769 describe un sensor de
corriente AC que tiene una bobina principal generalmente en forma de
C con un intersticio entre sus extremos. Una pareja de bobinas de
compensación está colocada dentro del intersticio de bobina
principal, tal que los extremos de las bobinas de compensación
definen un intersticio de bobina de compensación. La exactitud del
sensor y el rechazo de las señales exteriores se indica que se
mejoran cuando la relación del intersticio de bobina principal
respecto al intersticio de bobina de compensación es igual a la
raíz cuadrada de tres.
El documento US 5.426.360 describe un aparato de
supervisión de línea de potencia eléctrica en el que el sensor de
la tensión de perforación de aislamiento es accionado manualmente
para perforar en el aislamiento eléctrico de la línea de potencia y
ponerse en contacto con el conductor.
El documento US 4.709.205 describe un sensor de
medición de corriente inductivo que comprende varias bobinas
conectadas eléctricamente en serie en un contorno poligonal para
rodear a un conductor, la disposición de la bobina poligonal se
realiza sobre un cuadro de circuitos impresos que tiene una
abertura central y el sensor está diseñado para sentarse
permanentemente sobre un conductor de potencia dada. Por lo tanto,
no es útil como un contador de energía de uso general.
Un objeto de la invención es proporcionar un
contador de bajo coste, baja potencia que sea rápido y fácil de
instalar y que pueda ser retro-ajustado, si se
desea, a las instalaciones de la red existentes. En particular, un
objeto es proporcionar un contador que pueda ajustarse fácilmente a
los suministros de potencia doméstica.
Un objeto adicional es proporcionar una pinza de
toma de corriente mejorada que muestra menos interferencia desde las
fuentes externas que en la técnica anterior, sin recurrir a diseños
costosos.
La invención se acuerdo con la reivindicación 1
proporciona una pinza de toma de corriente para medir la corriente
en un conductor, que comprende una pluralidad de bobinas conectadas
juntas en serie en una disposición que rodea substancialmente el
cable en el que debe medirse la corriente, dichas bobinas están
substancialmente espaciadas equidistantes en forma de un circuito
abierto, estando previsto un intersticio entre dos de las bobinas
en el circuito, permitiendo dicho intersticio la introducción del
conductor dentro del interior del circuito.
En una pinza de toma de corriente particularmente
preferida, las bobinas están dispuestas en dos circuitos de bobinas
concéntricos, estando conectado cada circuito en serie, y teniendo
cada circuito un intersticio entre dos de las bobinas en el
circuito, permitiendo dichos intersticios la introducción del
conductor dentro del interior de los circuitos concéntricos.
Preferentemente, en una forma de realización de
este tipo, está previsto también un circuito electrónico para
comparar la toma de las fuentes externas experimentadas por cada
uno de los dos circuitos y proporcionar una emisión que compensa tal
toma basada en las respectivas dimensiones de los circuitos.
Se describirá a continuación una forma de
realización de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a
los dibujos que acompañan, en los que:
La figura 1 es una ilustración de una primera
disposición de pinza de toma de corriente.
La figura 2 es una ilustración de una segunda
disposición de la pinza de toma de corriente conocida.
La figura 3 es una vista en perspectiva de un
contador de acuerdo con la invención con la parte delantera
eliminada.
La figura 4 es una vista en planta de la placa
delantera del contador de la figura 5.
La figura 5 es una sección transversal horizontal
a través del contador.
La figura 6 ilustra un dispositivo de seguridad
para el contador.
La figura 7 es un diagrama de una pinza de toma
de corriente de acuerdo con la invención que ilustra
esquemáticamente la disposición de las bobinas en el contador de
las figuras 3-6.
La figura 8 es una vista en planta en sección de
un detalle del contador de la figura 3-6 que
muestra la disposición de las bobinas dentro; y
La figura 9 es un diagrama de una pinza de toma
de corriente alternativa de acuerdo con la invención que puede
incorporarse en los contadores de la invención.
En la siguiente descripción, las expresiones de
orientación son utilizadas solamente por conveniencia y no están
destinadas a limitar la orientación del contador en uso.
Haciendo referencia a las figuras
3-5, se muestra un contador de energía eléctrica
para medir y representar la cantidad de energía suministrada por una
pareja de cables activo y neutro de la red 22, 24, respectivamente,
teniendo cada uno un núcleo conductor interior rodeado por una
funda exterior de material eléctrico.
El contador comprende una carcasa 10 formada en
dos partes, referidas aquí como una placa trasera 12 y una placa
delantera 14, moldeadas a partir de un material de plástico
aislante eléctricamente. La placa trasera 12 es un bloque sólido que
tiene una superficie trasera plana 16 y una superficie delantera
configurada 18.
La placa trasera 12 tiene dos taladros 20 para
recibir dispositivos de fijación tales como tornillos o pernos (no
mostrado), que permite que la placa trasera sea sujetada con su
superficie trasera 16 plana contra una pareja u otra superficie de
soporte (no mostrado tampoco) detrás de los cables de la red 22,
24. Los últimos son colocados, en uso, a través de la superficie
delantera 18 de la placa trasera 12, de forma que cada uno se
coloca en o y a lo largo uno respectivo de una pareja de canales de
guía verticales paralelos 26, 28 en la superficie 18. La superficie
delantera 18 tiene también una pareja de recesos 30 dispuestos
estrechamente entre sí del extremo superior del canal 28 que
contiene el cable neutro 24.
La placa delantera 14 que es hueca para contener
un cuadro de circuitos impresos 32 y un contador LCD 34 que debe
describirse, tiene una superficie trasera configurada 36 y una
superficie delantera substancialmente plana 38. La superficie
trasera 36 tiene una pareja de nervaduras verticales paralelas 40,
42 y una pareja de proyecciones paralelas 44 dispuestas
estrechamente una sobre cada lateral de la parte superior de la
nervadura 42. Las nervaduras 40, 42 y las proyecciones 44 sobre la
superficie trasera 36 están configuradas y situadas de forma que
son substancialmente complementarias con los canales 26, 28 y los
recesos 30 en la superficie delantera 18 de la placa trasera 12.
En uso, cuando la placa trasera 12 se ha fijado a
una pared u otra superficie de soporte con los cables 22, 24,
dispuestos en los canales 26, 28, como se describe, la placa
delantera 14 es ofrecida a la placa trasera 12 con las nervaduras
40, 42 a nivel con los canales 26, 28, respectivamente, y las
proyecciones 44 a nivel con los recesos respectivos 30, y la placa
delantera es empujada entonces hacia la placa trasera, de forma que
las nervaduras entran en los canales y las proyecciones entran en
los recesos. La placa delantera 14 es sujetada a la placa trasera
12 en esta posición por medio de cuatro pernos 46, que pasan a
través de la placa delantera y acoplan los insertos roscados con
tornillo respectivos 48 incrustados en la palca trasera, siendo
apretados los pernos 46 hasta que la superficie trasera 36 de la
placa delantera hace tope contra la superficie delantera 18 de la
placa trasera.
Como se ve en la figura 5, la anchura de cada
canal 26, 28 es substancialmente del mismo diámetro del cable
respectivo 22 ó 24, aunque la profundidad de cada nervadura 40, 42
es menor que la profundidad del canal correspondiente 26, 28 por una
distancia substancialmente igual al diámetro del cable respectivo
22 ó 24. Por lo tanto, cuando las dos placas 12, 14 están sujetadas
juntas como se indica anteriormente, cada cable 22, 24 está
adaptado de forma elástica en un taladro vertical respectivo 50 de
sección transversal cuadrad en la carcasa 10.
Cada nervadura 40, 42, tiene un contacto
eléctrico respectivo 52, figura 4, incrustado de forma segura
dentro, teniendo cada contacto un extremo delantero en punta 54 que
se proyecta en el centro desde el extremo libre de la nervadura. Por
lo tanto, cuando las placas delantera y trasera 12, 14 están
sujetadas juntas, como se indica anteriormente, cada extremo
delantero 54 de un contacto 52 penetra automáticamente en la funda
aislante del cable correspondiente 22 o 24, para establecer el
contacto eléctrico con el núcleo conductivo. En uso, por lo tanto,
los contactos 52 derivan la tensión instantánea a través de los
cables 22, 24.
Además de los contactos 52 para derivar la
tensión a través de los cables 22 y 24, la placa delantera 14
contiene también una o más bobinas para la detección, por
inducción, de la corriente instantánea en el cable neutral 24 y
proporcionar una señal de salida correspondiente a una corriente de
este tipo. En la forma de realización ilustrada, preferida de las
figuras 3-5, tal detección es efectuada por una
serie de bobinas 56 (descrito más detalladamente con referencia a
las figuras 7-9) incrustadas dentro y detrás de las
proyecciones 44 para rodear el cable 24 sobre los tres laterales. No
obstante, el técnico en la materia apreciará que el diseño del
contador descrito anteriormente puede emplear cualquier medio de
detección de corriente adecuado, mientras que mantenga las ventajas
de facilidad de fabricación e instalación.
La tensión tomada por los contactos 52 y la
emisión de las bobinas de detección de corriente 56 están
conectadas a un circuito de cálculo de energía (no mostrado)
montado sobre el cuadro de circuitos impresos 32. Un circuito de
este tipo puede ser de diseño convencional y está dispuesto para
calcular, de manera conocida a partir de la tensión derivada y la
corriente detectada, la energía eléctrica en
Kw-horas alimentada por los cables 22, 24. El
circuito acciona un contador LED 34 que representa el resultado
calculado.
Con el fin de prevenir la manipulación peligrosa
con el contador, la cabeza 46a, figura 6, de al menos uno de los
pernos 46 se proyecta desde la superficie delantera 38 de la placa
delantera 14 y tiene un taladro transversal 58. Justo por debajo de
cada perno de este tipo existe una lengüeta respectiva 60 que se
proyecta desde y está incrustada de forma fija en la superficie
delantera 38, teniendo cada lengüeta un agujero 62. Un alambre 64
que pasa a través del taladro 58 y el agujero 62 y está sellado en
66 previene que el perno 46 sea girado suficientemente para retirar
la placa delantera 14 desde la placa trasera 12.
La disposición de las bobinas se describirá a
continuación más detalladamente con referencia a la pinza de toma
de corriente ilustrada en la figura 7.
La pinza de toma de corriente comprende una serie
de N (en este caso N = 7), bobinas Rogowski idénticas 56 espaciadas
igualmente a lo largo de la circunferencia de un círculo.
El espacio entre cualquier pareja de bobinas
adyacentes 56 puede utilizarse para insertar un conductor de
corriente que debe medirse, de forma que el conductor que lleva la
corriente está rodeado parcialmente por la serie circular de
bobinas. Esta disposición sufre, hasta cierto punto, de los mismos
efectos que la pinza de toma de corriente de la figura 2 (es decir,
la toma de tensión de la pinza de toma de corriente depende de la
colocación del conductor de la fuente dentro de la sección
transversal interna de la bobina, y debe tenerse en cuenta la toma
desde el exterior del intersticio del núcleo).
En este punto, es útil comparar las actuaciones
de las pinzas de toma de corriente mostradas en las figuras 2 y
7.
En el diseño de la figura 2, cuanto más próximo
está el conductor que lleva la corriente a los intersticios o a los
arrollamientos, mayor es la variación de la toma. Como es de
esperar, cuanto más grande es el intersticio mayor será la variación
en los niveles de toma. No obstante, esta variación puede
mantenerse dentro de los límites aceptables. Por ejemplo, las
variaciones de menos de \pm 3% pueden obtenerse con intersticios
de aproximadamente 1,6 cm si el conductor de la corriente fuente
está limitado a un área rectangular 8 (figura 2) que comienza una
distancia D (aproximadamente 10 mm) desde el centro del intersticio
y termina en una distancia C, (aproximadamente 10 mm) desde los
arrollamientos continuos 5.
Utilizando el diseño de la figura 7 con
dimensiones dadas anteriormente, la variación en la lectura obtenida
puede mantenerse también menor de \pm 3% si el conductor de la
corriente está limitado al área rectangular 68 que es menor que la
anchura del intersticio y se estira verticalmente desde la línea de
puntos situada a una distancia D, donde D = 10 mm, desde la
circunferencia diametralmente opuesta. Esta actuación es muy
similar al diseño de la pinza de toma de corriente mostrada en la
figura 2.
No obstante, utilizando el diseño de la figura 7,
el error en la medición debido a estos efectos llega a ser más
pequeño a medida que se incrementa el número N de bobinas
individuales.
No obstante, a medida que se incrementa el número
N de bobinas, para un diámetro dado F del círculo, el intersticio
entre las bobinas individuales disminuye como lo hace el diámetro
del conductor que puede ser insertado. Preferentemente, se utilizará
el máximo número de bobinas individuales posibles que se adapten
aún al diámetro más grande del conductor requerido en la
aplicación. Por ejemplo, si el diseño requiere un diámetro de
conductor de fuente máximo de 14 mm, y las bobinas están dispuestas
en un círculo que tiene un diámetro de F = 42,5 mm, entonces, el
número máximo de bobinas individuales que pude utilizarse es siete.
Esto deja espacio para las anchuras de bobinas individuales G de 2
mm y un espesor del recinto de 1 mm.
Una característica muy importante del diseño del
diseño de la pinza de toma de corriente es la relación de captación
respecto a la relación de interferencia R entre la toma desde una
fuente externa 9 (ver figura 2), a una distancia x desde el
intersticio, y la toma desde la misma fuente cuando está situada en
el área de medición 8. Esta relación R debería reducirse al
mínimo.
Para una pinza de toma de corriente típica bien
diseñada con la configuración de la figura 2, la Tabla 1 muestra el
valor calculado de relación de captación R, expresado como un
porcentaje de valores en aumento de x expresado en mm. Las
dimensiones de la porción de bobina continua 15 de la pinza de toma
de corriente son tomadas como 50 mm de largo por 31 mm de ancho en
los cálculos de la Tabla 1. Estas dimensiones son típicas para este
tipo de pinza de toma de corriente.
| R % | x mm |
| 22 | 4 |
| 12 | 6 |
| 7 | 8 |
| 4 | 10 |
| 2,1 | 12 |
| 1,2 | 14 |
| 0,8 | 16 |
| 0,6 | 18 |
| R % | x mm |
| 0,5 | 20 |
| 0,4 | 22 |
| 0,32 | 24 |
| 0,28 | 26 |
| 0,20 | 34 |
Como puede verse a partir de la Tabla 1, que con
el fin de mantener un error de menos de 2% debido a una fuente de
interferencia de la misma magnitud de corriente que la fuente que
se está midiendo, la distancia x debe ser mayor de aproximadamente
12 mm. Puesto que el valor mínimo de D es 10 mm en este diseño,
entonces el espacio mínimo (x+D) entre la fuente de interferencia y
la fuente mínima que se mide debe ser mayor de 22 mm.
Es bastante posible en el caso de una caja de
distribución, por ejemplo, que la corriente de la fuente de
interferencia podría ser un factor de diez o más grande que la
corriente que se está midiendo. Para un factor de diferencia de
diez, la distancia x con respecto a la fuente debe ser mayor de 34
mm con el fin de mantener un error máximo de menos de 2% debido a
la interferencia y, por lo tanto, la separación total entre las
fuentes de medida y de interferencia tendría que ser mayor de 44
mm.
La relación de captación R como se define
anteriormente se muestra en la Tabla 2(a) para la pinza de
toma de corriente de la figura 7 que tiene un diámetro F de 42,5
mm.
| R % | x mm |
| 20 | 4 |
| 13,3 | 6 |
| 8,6 | 8 |
| 5,6 | 10 |
| 3,7 | 12 |
| 2,54 | 14 |
| 1,7 | 16 |
| 1,2 | 18 |
| 0,87 | 20 |
| F = 42,5 mm | |
| N = 7 |
Si se comparan la Tabla 1 y la Tabla 2(a),
se observa que para los valores de x menores de 6 mm, el sistema de
la figura 7 es ligeramente mejor que el de la figura 2. No
obstante, puesto que x se incrementa más allá de 6 mm, el sistema de
la figura 7 puede ser mejor tanto como un factor de 2 en x = 18
mm.
La figura 8 muestra una forma de realización
simple de una disposición de bobina de este tipo más
detalladamente. En la figura 8 se puede observar una porción de la
placa trasera 12 y la placa delantera 14 en la proximidad de la
nervadura 42, las proyecciones 44 y el cable neutro 24. Puede
observare que el cable neutro 24 es penetrado por el extremo
delantero 54 del contacto 52, que está conectado a través de un
conductor de toma de tensión 60 al PCB (no mostrado). La tensión
entre los conductores activos y neutro es utilizada para activar la
circuitería de medición PCB y la pantalla LCD.
Por simplicidad, la figura 8 muestra una serie de
solamente cinco bobinas 56 dispuestas alrededor de la circunferencia
de un círculo, y conectadas en serie. Un intersticio entre las dos
bobinas 56 más superiores (como se observa en la figura 8) admite
el cable neutro 24. La tensión generada en la serie de bobinas se
lleva a través de una pareja de conductores 58 al PCB donde la
corriente dentro del conductor neutro es determinada desde la
calibración de las bobinas 56.
Cuanto mayor es el número de bobinas espaciadas
igualmente 56 y, por lo tanto, menor es el intersticio entre las
bobinas adyacentes, más sensible será el dispositivo cuando se
utilice esta disposición de la bobina. Obviamente, aunque se
muestran solamente cinco bobinas por simplicidad en la vista de la
figura 8, se propondrá llevar al máximo el número de bobinas de
acuerdo con el diámetro del conductor, variando el diseño del
contador y reduciendo, por lo tanto, el tamaño del intersticio.
Las ventajas del contador descrito anteriormente
son que puede fabricarse a bajo coste y es fácil y rápido de
instalar los sistemas de red existentes. Puede diseñarse para
utilizar < 40 mvatios para activarse el mismo, siendo menos del
2% de la potencia requerida por los contadores análogos existentes.
No sufre de inercia y registrará potencia 50 veces niveles menores
que los contadores existentes.
Adicionalmente, mediante el empleo de la
disposición de la pinza de toma de corriente de la invención, la
interferencia desde las fuentes de corriente externas puede
reducirse de forma significativa.
Aunque lo anterior ha descrito una forma de
realización donde el contador está diseñado para uso con una sola
pareja de cables activo y neutro, la invención es aplicable a otros
sistemas de la red, por ejemplo, con cable trifásico y un cable
neutro.
La pinza de toma de corriente puede mejorarse
añadiendo un segundo conjunto de bobinas. Para entender cómo se
produce esta mejora, la relación de captación R es examinada ahora
para un conjunto de siete bobinas idénticas a las descritas
anteriormente para la figura 7, pero dispuestas sobre un círculo de
46,5 mm en lugar de 42,5 mm.
La Tabla 2(b) representa la relación de
captación R para esta disposición de siete bobinas como una función
de x. La distancia x en este caso es medida a partir de la
circunferencia del círculo más grande.
| R % | x mm |
| 25,2 | 4 |
| 17 | 6 |
| 11 | 8 |
| 8 | 10 |
| 5,4 | 12 |
| 3,7 | 14 |
| 2,6 | 16 |
| 1,9 | 18 |
| 1,37 | 20 |
| F = 46,5 mm | |
| N = 7 |
Si ambos conjuntos de siete bobinas están
presentes cada uno con sus diámetros que se diferencian en 4 mm,
entonces una fuente de interferencia a una distancia x desde la
circunferencia del círculo interior sería una distancia de
(x-2) mm desde la circunferencia exterior.
Si la relación R tomada por el conjunto interior
a una distancia x, como se muestra en la Tabla 2(a), es
comparada con la tomada desde el mismo lugar de interferencia por
el conjunto exterior, a una distancia de x-2, como
se muestra en la Tabla 2(b), se observa que se diferencian
en el nivel por un factor de aproximadamente 2, con el conjunto
exterior tomando dos veces el nivel de interferencia del conjunto
interior aproximadamente. Por conveniencia, las Tablas 2(a)
y (b) son indicadas de nuevo juntas:
| R % | x mm | R % | x mm | |
| 20 | 4 | 25,2 | 4 | |
| 13,3 | 6 | 17 | 6 | |
| 8,6 | 8 | 11 | 8 | |
| 5,6 | 10 | 8 | 10 | |
| 3,7 | 12 | 5,4 | 12 | |
| 2,54 | 14 | 3,7 | 14 | |
| 1,7 | 16 | 2,6 | 16 | |
| 1,2 | 18 | 1,9 | 18 | |
| 0,87 | 20 | 1,37 | 20 | |
| (a) F = 42,5 mm | (b) F = 46,5 mm | |||
| N = 7 | N = 7 |
Por ejemplo, una fuente a x = 10 mm desde las
bobinas interiores mostrará una relación de captación R = 5,6% en el
conjunto de bobina interior. La misma fuente está a 8 mm desde las
bobinas exteriores, en las que se genera una relación de captación
de R = 11%.
Este factor 2 permanece casi constante para los
diferentes valores de x. Por lo tanto, es posible,
independientemente de la distancia x, cancelar una gran proporción
de la interferencia por la substracción de aproximadamente la mitad
de la tensión tomada por el conjunto exterior desde ésta tomada
por el conjunto interior. El factor de 0,5 es aproximadamente el
factor correcto para utilizar para estos dos diámetros de conjunto
de bobinas particulares, comprendiendo cada uno siete bobinas
idénticas.
Para diferencias mayores entre los diámetros del
conjunto de bobina exterior existe un aumento en el factor por el
que la toma de interferencia desde el conjunto exterior es mayor
que el del conjunto interior. Por lo tanto, para compensar debe
substraerse una cantidad más pequeña de la toma del conjunto
exterior desde el conjunto interior con el fin de reducir al mínimo
la interferencia. La cancelación mejor de la interferencia en todas
las distancias x se obtiene reduciendo al mínimo la diferencia entre
los diámetros de ambos conjuntos de bobinas que se utilizan.
Preferentemente, los diámetros de bobina individual (dimensión
"T" en la figura 7) se reducen para contribuir a este
respecto.
La configuración de esta pinza de toma de
corriente de interferencia mínima se muestra en la figura 9 junto
con un amplificador extremo delantero 70. El factor de la tensión
de toma desde el conjunto exterior que se substrae desde la toma de
tensión del conjunto interior es directamente proporcional a la
relación de los valores del resistor R1/R2.
La Tabla 3 muestra la relación de interferencia R
como una función de x para la disposición de la bobina de la figura
9. En esta tabla x es medida como la distancia hacia fuera desde un
punto medio entre las circunferencias interior y exterior. Los
resultados mostrados son para un diámetro interior F1 = 42,5 mm y un
diámetro exterior F2 = 47,5 mm. R1 es elegido por ser 0,52 R2 en
este diseño, de manera que la señal de entrada efectiva es la toma
de tensión desde el conjunto interior menos 0,52 veces la toma
desde el conjunto exterior.
Si se comparan los valores de la relación de
captación R de la Tabla 3 con respecto a estos de la Tabla 1 (es
decir, comparando la configuración de la figura 9 con la de la
figura 2), se observa que la interferencia de esta nueva pinza de
toma de corriente es separada menos que la de la pinza de toma de
corriente antigua a cualquier distancia x. De hecho, el rechazo es
un factor mínimo de 3,7 menor a x = 4 mm y aumenta a un factor de
33 menor a x = 20 m.
La configuración de la figura 9 muestra, por lo
tanto, las ventajas significativas sobre la configuración de la
figura 2, permitiendo el uso de pinzas de toma de corriente más
pequeñas con menos interferencia.
| R % | x mm |
| 6 | 4 |
| 2,4 | 6 |
| 0,95 | 8 |
| 0,41 | 10 |
| 0,18 | 12 |
| 0,08 | 14 |
| 0,04 | 16 |
| 0,024 | 18 |
| 0,15 | 20 |
En las pinzas de toma de corriente preferidas de
acuerdo con la invención, puedeutilizarse, por lo tanto, la
disposición de bobinas dobles de la figura 9, sujeto a las
variaciones de diseño en las dimensiones y números de bobinas.
Un contador de energía particularmente preferido
de acuerdo con la invención incorpora, como sus medios de detección
el diseño de la pinza de toma de corriente de la figura 9.
La invención no está limitada a las formas de
realización descritas aquí que pueden modificarse o variarse sin
separarnos del alcance de la invención.
Claims (15)
1. Una pinza de toma de corriente para la
medición de la corriente en un conductor que comprende una
pluralidad de bobinas (56) relativamente fijas que definen, y están
substancialmente espaciadas igualmente a lo largo de una trayectoria
cerrada imaginaria que rodea al conductor, estando conectadas las
bobinas en serie, de tal manera que se deja un intersticio no
obstruido entre una pareja de bobinas adyacentes para permitir que
el conductor sea introducido dentro de la trayectoria cerrada.
2. Una pinza de toma de corriente según la
reivindicación 1, donde dichas bobinas son bobinas Rogowski.
3. Una pinza de toma de corriente según la
reivindicación 1 ó 2, donde dicha trayectoria es un círculo que
tiene un intersticio en el interior.
4. Una pinza de toma de corriente según la
reivindicación 1 ó 2, donde dichas bobinas están dispuestas en dos
circuitos concéntricos de bobinas, estando conectado cada circuito
en serie, y teniendo cada circuito un intersticio entre dos de las
bobinas en el circuito, permitiendo dichos intersticios la
introducción del conductor dentro del interior de los circuitos
concéntricos.
5. Una pinza de toma de corriente según la
reivindicación 4, que comprende adicionalmente un circuito
electrónico (R1, R2, Rf, 70) para comparar la toma desde las
fuentes externas experimentada por cada uno de los dos circuitos y
proporcionar una salida que compensa dicha toma, basado en las
dimensiones respectivas de los circuitos.
6. Un contador de energía eléctrica que comprende
una pinza de toma de corriente como se indica en una cualquiera de
las reivindicaciones 1-5.
7. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 6, que comprende adicionalmente una carcasa aislante
eléctricamente (10) para fijación con respecto al menos a dos
cables de la red (22, 24) que tienen cada uno de ellos un núcleo
conductor rodeado por una funda de material aislante, incluyendo la
carcasa los medios de contacto eléctrico (52, 54) respectivos para
la perforación de la funda de aislante de cada cable para hacer
contacto con el núcleo, y medios de circuito para calcular (32) y
representar (34) la energía eléctrica como una función de la
tensión a través de los medios de contacto y la salida de la pinza
de toma de corriente.
8. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 7, donde la carcasa comprende primera (12) y segunda
parte (14) que se pueden mover una con respecto a otra desde una
primera posición, en la que los cables (22, 24) pueden ser
introducidos dentro de la carcasa, hasta una segunda posición, en la
que los cables están fijados con respecto a la carcasa.
9. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 8, donde el movimiento de las partes de la carcasa
entre la primera y segunda posiciones provoca que los medios de
contacto eléctrico (52, 54) perforen automáticamente los cables (22,
24).
10. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 8 ó 9, donde las partes de la carcasa están
separadas entre sí cuando están en la primera posición, y donde
las partes de la carcasa están fijadas juntas en la segunda
posición.
11. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 8 ó 9, donde las partes de la carcasa están
conectadas juntas en una posición abierta para recibir los cables
en la primera posición, y están cerradas una hacia la otra en la
segunda posición para fijar los cables en el interior.
12. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 8, donde la primera parte es una placa trasera (12)
que tiene medios (26, 28) para recibir los cables y donde la
segunda parte es una placa delantera (14) que hace tope contra la
placa trasera, con los cables mantenidos entre ellas, estando
provista una de dichas placa trasera y placa delantera con dichos
medios de contacto (52, 54), por lo que los cables son aplastados
sobre dichos medios de contacto cuando las placas trasera y
delantera son puestas juntas.
13. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 8, que comprende adicionalmente medios (46) para el
bloqueo de la primera y segunda partes de la carcasa juntas en la
segunda posición.
14. Un contador de energía eléctrica según la
reivindicación 13, que comprende adicionalmente medios de seguridad
(60, 64, 66) que cooperan con los medios de bloqueo (46) para
indicar si los medios de bloqueo han sido manipulados.
\newpage
15. Un contador de energía eléctrica según una
cualquiera de las reivindicaciones 6-14, donde toda
la necesidad de potencia del contador se toma desde los cables de
la red.
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