ES2301543T3 - Transformador de corriente para medir corriente alterna. - Google Patents
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Abstract
Transformador de corriente para medir corriente alterna, que comprende un conductor de corriente primario (10), en el que hay dos bucles de corriente (30, 40) conectados en paralelo y de forma esencialmente circular, y al menos un gradiómetro (50, 60) conformado esencialmente como un círculo plano, los bucles de corriente (30, 40) del conductor de corriente primario (10) estando localizados de forma concéntrica uno sobre otro, esencialmente en planos paralelos localizados a cierta distancia mutua, y donde el gradiómetro o los gradiómetros (50, 60) están situados entre los bucles de corriente (30, 40), en uno o varios planos esencialmente en paralelo con los planos de los bucles de corriente (30, 40), mediante lo que la corriente primaria que fluye en los bucles de corriente (30, 40) del conductor de corriente primario (10) está conectada, con la ayuda de un campo magnético, al gradiómetro o a los gradiómetros (50, 60), y provoca en el gradiómetro o en los gradiómetros (50, 60) una tensión proporcional a la corriente primaria, donde cada gradiómetro (50, 60) está formado por una bobina central (51, 61) enrollada en espiral en un plano, y por dos bobinas laterales (52, 53; 62, 63) enrolladas en un plano a lo largo de los límites externos de un segmento de semicírculo, alrededor de la periferia externa de la bobina central (51, 61), mediante lo que la totalidad de las tres bobinas (51, 61; 52, 53; 62, 63) de cada gradiómetro (50, 60) están localizadas en el mismo plano.
Description
Transformador de corriente para medir corriente
alterna.
La invención se refiere a un transformador de
corriente para medir corriente alterna, como se define en la parte
introductoria de la reivindicación 1.
En la medida de corriente de los medidores de
kWh se requiere un dinamismo elevado (5 mA - 200 A), una buena
inmunidad frente a interferencias y una buena linealidad.
Adicionalmente, el transformador de corriente debe ser insensible a
cualquier corriente directa que se produzca en el conductor
primario. La medida de corriente se basa, en general, en una
resistencia que convierte la corriente en tensión, en un
transformador de corriente con núcleo de hierro o ferrita, en un
fenómeno de inducción donde la corriente primaria induce una tensión
en la bobina secundaria, en un detector magnético (por ejemplo un
detector Hall, o un detector magnetoresistente) o, en algunos
casos, en una fibra óptica que detecta el campo magnético. En todos
los transformadores excepto en el basado en la resistencia, la
medida está basada de una forma u otra en el uso del campo
magnético. Hay características buenas y malas relacionadas con los
diferentes métodos. El transformador de corriente tradicional es
grande y no tolera corriente directa, de forma que es cada vez menos
utilizado en los medidores de kWh modernos.
En el transformador de corriente acorde con la
invención, se utiliza un gradiómetro para medir la corriente
alterna que fluye al conductor de corriente primario. La corriente
alterna que fluye en el conductor de corriente primario da lugar a
un campo magnético a su alrededor, campo que está conectado al
gradiómetro constituyendo el devanado secundario. Por su parte el
campo magnético, que se conecta con el gradiómetro, provoca una
señal de tensión en el gradiómetro y esta señal puede ser
medida.
El gradiómetro es un elemento que identifica un
campo magnético, y desde cuya salida se obtiene una señal
secundaria que es proporcional al campo magnético. Se utiliza los
gradiómetros cuando se mide campos magnéticos débiles en entornos
que contienen interferencias, debido a que el gradiómetro atenúa el
efecto de los campos magnéticos parásitos externos.
El orden de un gradiómetro indica la derivada de
orden inferior, que puede ser medida por el gradiómetro en
cuestión. Un gradiómetro de orden cero, es decir el magnetómetro,
mide solo un campo que es constante en relación con la posición. Un
gradiómetro de primer orden proporciona la diferencia entre las
densidades de flujo magnético, medidas en dos puntos. A la vez, la
estructura cancela cualquier interferencia externa, si esta es
constante en relación con la posición, es decir la interferencia es
de igual magnitud en todos los identificadores del campo magnético.
Así, un gradiómetro de primer orden cancela la derivada que pone a
cero la interferencia externa. Un gradiómetro de segundo orden
puede utilizarse para medir la segunda derivada de un campo
magnético y para cancelar un campo parásito, lo que es estándar en
relación con cambios de posición o lineales (derivadas 0 y 1),
etcétera. Un gradiómetro de orden N ha de tener al menos N + 1
identificadores del campo magnético.
La patente del solicitante FI 98 865 presenta un
método para la medida de corriente alterna, un detector de medida
prevista para la medida de corriente alterna, y su uso en un medidor
de kWh. En el método, un gradiómetro al menos de primer orden está
acoplado a un sistema de conductor de corriente, o a su entorno
inmediato, mediante lo cual el flujo de corriente en el sistema de
corriente inducirá una tensión en el gradiómetro. La forma del
sistema conductor de corriente y la forma de la estructura de bobina
del gradiómetro, se adaptan mutuamente de forma que la señal de
salida es esencialmente independiente de cualesquiera cambios
menores que tengan lugar en las posiciones relativas del sistema
conductor de corriente y el gradiómetro.
La patente US 4 894 610 presenta un
transformador de corriente, concebido para un medidor de energía
eléctrica estática. El transformador de corriente incluye un
conductor de corriente primario, que lleva la corriente alterna a
ser medida, y un devanado secundario que está formado por al menos
dos bobinas conectadas en serie. La tensión de salida del devanado
secundario se pasa a una etapa de integración electrónica, para
producir una señal de medida independiente de la frecuencia. El
conductor de corriente primario está conformado como un bucle, para
producir un campo magnético máximo. El devanado secundario está
diseñado de forma astática con bobinas eléctricamente idénticas,
para producir un acoplamiento magnético máximo. Las bobinas pueden
ser cilíndricas o planas, y sus ejes son paralelos. Al menos una
bobina está localizada en un punto donde es máxima la intensidad
del campo magnético producido por el conductor de corriente
primario. Las bobinas del devanado secundario están conectadas solo
localmente en un punto, con el campo magnético producido por el
conductor de corriente primario, mediante lo que la suma de
tensiones inducidas en las bobinas del devanado secundario, es
igual al flujo de corriente en el conductor de corriente primario.
Aquí, las bobinas del devanado secundario son gradiómetros de
primer orden.
La publicación WO número 01/11 376 (EP 1 206
705) está comprendida en el estado del arte relevante para la
cuestión de la novedad, con arreglo al Artículo 54(3) y (4)
EPC. Esta publicación revela un transformador de corriente para
medir corriente alterna, que comprende un conductor de corriente
primario y un circuito secundario. El conductor de corriente
primario puede comprender dos bucles de corriente, conectados en
paralelo y de forma esencialmente circular. El circuito secundario
comprende dos devanados, es decir un devanado sensor y un devanado
de compensación. El devanado sensor y el devanado de compensación
están dispuestos de forma que sus centros magnéticos eficaces
ocupan sustancialmente la misma posición. Dos bucles de corriente
del conductor de corriente primario, están localizados de forma
concéntrica uno sobre otro, en planos esencialmente paralelos
localizados a cierta distancia mutua. Los devanados del circuito
secundario están localizados entre los bucles de corriente, en un
plano esencialmente paralelo a los planos de los bucles de
corriente. La corriente primaria que fluye en los bucles de
corriente del conductor de corriente primaria, está conectada a los
devanados del circuito secundario con la ayuda de un campo
magnético y, en los devanados del circuito secundario, provoca una
tensión proporcional a la corriente primaria.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un transformador de corriente simple y fiable, basado
en un gradiómetro para la medida de corriente alterna. Además, el
transformador de corriente acorde con la invención debe ser
adecuado para su producción en masa, y su medida de corriente debe
tener el suficiente dinamismo, es decir extenderse a un rango de 5
mA - 200 A.
Los objetivos de la invención se consiguen con
un transformador de corriente acorde con la parte caracterizadora
de la reivindicación 1.
El transformador de corriente acorde con la
invención permite una estructura compacta. Los bucles de corriente,
del conductor de corriente primario y el gradiómetro, tienen
diámetros pequeños mediante lo que se mejora la atenuación de
cualquier interferencia externa de corriente alterna no homogénea,
que se produzca.
Además, el conductor de corriente primario para
ser utilizado en el transformador de corriente acorde con la
invención es de fabricación sencilla, por ejemplo de lámina de
cobre, y la placa de circuito impreso, en la que puede formarse el
gradiómetro que funciona como devanado secundario, puede acoplarse
de forma sencilla y firme, en el espacio de tipo horquilla entre
los bucles de corriente del conductor de corriente primario.
Otro punto fuerte del circuito de corriente
primario del transformador de corriente acorde con la invención, es
el campo magnético circularmente simétrico y uniforme que produce.
En relación con esta característica, el transformador de corriente
no es muy sensible a pequeños movimientos entre el gradiómetro que
funciona como devanado secundario en el transformador de corriente,
y el conductor de corriente primario. Si el gradiómetro del
devanado secundario se mueve ligeramente, en el plano entre los
bucles de corriente, entonces el campo magnético crecerá en un
borde del gradiómetro, y se reducirá correspondientemente en otro
borde del gradiómetro, de modo que la geometría compensará los
pequeños movimientos.
El gradiómetro a ser utilizado como devanado
secundario en el transformador de corriente acorde con la invención,
puede conformarse sobre una placa de circuito impreso. Si se trata
de altas corrientes y tensiones, el gradiómetro es un gradiómetro
bien de primer orden, o de segundo orden. Cuando las corrientes y
tensiones que se produce son bajas, el gradiómetro puede
posiblemente ser un gradiómetro de orden tercero, cuarto, quinto o
incluso sexto. Por supuesto, según crece el orden el sistema se
hace más complicado.
La atenuación a un campo magnético homogéneo del
gradiómetro formado sobre la placa de circuito impreso, se hace muy
alta (por encima de 1000). Así, el campo magnético homogéneo no
provocará ningún error en la señal de salida del transformador de
corriente. Si se utiliza un gradiómetro de segundo orden, el
transformador de corriente será además insensible a un campo que
cambie linealmente en función de la posición. Así, un transformador
de corriente basado en un gradiómetro de segundo orden, no será
perturbado incluso por un campo parásito fuerte. Puesto que el
funcionamiento del transformador de corriente se basa en un fenómeno
de inducción, un campo magnético uniforme provocado por la
corriente directa en el conductor de corriente, o el campo magnético
uniforme externo, no afectarán el funcionamiento del transformador
de corriente. La atenuación de la interferencia del transformador
de corriente puede mejorarse adicionalmente, mediante montar una
pantalla magnética alrededor del transformador de corriente.
El transformador de corriente acorde con la
invención, tampoco es sensible a pequeños cambios en la forma del
conductor de corriente primario. Tales cambios en la forma del
conductor de corriente primario, son provocados por ejemplo por
temperaturas bajo cero, y por cambios en la temperatura provocados
por el amanecer. Las altas corrientes a ser medidas, por ejemplo de
aproximadamente 80 - 100 A, provocan también la expansión térmica
del conductor de corriente primario. El transformador de corriente
acorde con la invención, funciona en un rango de temperatura
aproximada de 40ºC ... 80ºC, dentro de sus límites de error.
La invención se describirá en detalle, en
referencia a ciertas realizaciones ventajosas de la invención,
mostradas en los dibujos de las ilustraciones anexas, si bien la
invención no se limita a estas realizaciones.
La figura 1 es una vista esquemática de la
estructura del conductor de corriente primario, del transformador
de corriente acorde con la invención.
La figura 2 muestra la forma del campo magnético
provocado por la estructura del conductor de corriente primario,
mostrado en la figura 1, en un plano horizontal entre los bucles de
corriente del conductor de corriente primario.
La figura 3 muestra la forma del campo magnético
provocado por la estructura del conductor de corriente primario,
mostrado en la figura 1, en un plano vertical entre los bucles de
corriente de conductor de corriente primario.
La figura 4 es una vista esquemática de un
primer gradiómetro, para ser utilizado en el transformador de
corriente acorde con la invención.
La figura 5 es una vista esquemática, de un
segundo gradiómetro, para ser utilizado en el transformador de
corriente acorde con la invención.
La figura 6 es una vista esquemática, de una
conexión eléctrica de los gradiómetros mostrados en las figuras 4 y
5.
La figura 7 es una vista esquemática expandida,
del transformador de corriente acorde con la invención.
La figura 8 es una vista esquemática expandida,
de un transformador de corriente acorde con la invención, adecuado
para la medida de corriente trifásica.
La figura 9 es una vista esquemática, del
circuito de medida de un medidor de kWh de una fase, en el que puede
utilizarse el transformador de corriente acorde con la
invención.
La figura 10 es una vista esquemática, del
circuito de corriente de un medidor de kWh trifásico, en el que
puede utilizarse el transformador de corriente acorde con la
invención.
La figura 1 muestra el conductor de corriente
primario 10, del transformador de corriente acorde con la invención.
El conductor de corriente primario 10 está formado por dos partes
intermedias rectangulares 11, 111, que están localizadas en planos
verticales a cierta distancia mutua, de forma que la dirección
longitudinal de las partes intermedias 11, 111 se extiende en la
dirección del plano horizontal. Un extremo de las partes intermedias
11, 111 está abierto por medio de una conexión 12 localizada
horizontalmente, mediante lo que en el mencionado extremo de las
partes intermedias, hay conformada una parte 13a, 13b esencialmente
con forma de letra U invertida. Los brazos inferiores 13a, 113a la
letra U invertida, en las partes intermedias 11, 111 están
conectados entre sí mediante un primer bucle 30 esencialmente
circular, localizado horizontalmente, y los brazos superiores 13b,
113b de la letra U invertida, en las partes intermedias 11, 111
están conectados entre sí mediante un segundo bucle 40
esencialmente circular, localizado horizontalmente. Los conductores
del conductor de corriente 14, 114 están acoplados sobre los
extremos en localización opuesta a los bucles 30, 40 de las partes
intermedias 11, 111. Además, las partes intermedias 11, 111 tienen
salientes 11a, 11a que son utilizados para bloquear el conductor de
corriente primario 10, a la placa de soporte 70 que le rodea (figura
10).
Así, la corriente fluye del primer corriente 14a
la primera parte intermedia 11, en cuyo otro extremo la corriente
se ramifica en dos brazos 13a, 13b de la letra U invertida. Una
primera parte de la corriente fluye a través del brazo inferior 13a
hasta el primer bucle 30, y desde allí también al brazo superior
113b de la letra U invertida de la segunda parte intermedia 111. A
continuación, las corrientes parciales se combinan en la parte
coherente de la segunda parte intermedia 111, tras lo cual las
corrientes vuelven del conector de corriente 114 unido a la segunda
parte intermedia 111.
La anchura d_{2} de los conductores de los
bucles 30, 30 del conductor de corriente primario 10, es de 2 mm en
el plano horizontal, y su altura h_{2} es de 2 mm en el plano
vertical. La distancia libre h_{1} entre los bucles 30, 40 es de
4 mm en el plano vertical, y el diámetro d_{1} de los agujeros en
los bucles 30, 40 es de 9 mm. La anchura d_{3} de las partes
intermedias 11, 111 del conductor de corriente primario 10 es de 2
mm en el plano horizontal, y la altura h_{3} es de 10 mm en el
plano vertical. La longitud total del conductor de corriente
primario 10 incluyendo los conectores, es de aproximadamente 60
mm.
El conductor de corriente primario 10 puede ser
fabricado, por ejemplo, con lámina de cobre de 2 mm de grosor
utilizando un instrumento compresor. Primero se lleva a cabo el
corte de la pieza en bruto perfilada, tras lo cual se pliega a su
forma final. Este es un método adecuado para la producción en masa,
en el que solo hay que cortar la pieza en bruto y plegarla a su
forma final por compresión. El área en sección transversal del
conductor de corriente primario, debe ser lo suficientemente grande,
preferentemente por encima de 7 mm^{2}, como para que el
conductor de corriente primario no se sobrecaliente a corrientes
elevadas.
La figura 2 muestra la forma del campo magnético
provocado por el conductor de corriente primario 10, en el plano
horizontal entre los bucles de corriente 30, 40. Los valores del
campo magnético B sobre el eje vertical corresponden a una
situación en la que fluye una corriente alterna, cuyo valor
cuadrático medio es de 10 A. Campo magnético B es simétrico en
relación al punto cero sobre el eje x. Este punto cero está
localizado en el punto medio del segmento lineal que conecta los
puntos centrales del primer bucle 30 y el segundo bucle 40 del
conductor de corriente primario 10, y el eje x se extiende en la
dirección longitudinal del conductor de corriente primario, en un
plano paralelo a los planos de los bucles de corriente 30, 40. La
figura muestra también que el campo magnético B provocado por el
conductor de corriente primario 10, es constante en un plano que
está limitado por un círculo definido con un radio aproximado de 2,5
mm, en el punto central del segmento lineal que conecta los puntos
centrales de los bucles 30, 40. Además, el campo magnético B es
positivo sobre un plano limitado por un círculo definido con un
radio aproximado de 6 mm.
La figura 3 muestra la forma del campo magnético
provocado por el conductor de corriente primario 10, en un plano
vertical entre los bucles 30, 40. Los valores de densidad B del
flujo magnético mostrados aquí, también se corresponden con una
situación en la que fluye una corriente alterna al conductor de
corriente primario, tal que tiene un valor cuadrático medio de 10
A. E punto cero del eje z está localizado en el punto central del
segmento lineal que conecta los puntos centrales del primer bucle 30
y el segundo bucle 40 del conductor de corriente primario 10, y el
eje z se extiende en la dirección de la altura del conductor de
corriente primario 10, en un plano que es perpendicular a los
planos de los bucles de corriente 30, 40. En el dibujo, puede verse
que el campo magnético B provocado por el conductor de corriente
primario 10 cambia relativamente poco, en la transición entre los
bucles de corriente 30, 40 en la dirección del segmento lineal que
conecta los puntos centrales de los bucles 30, 40.
A partir de las figuras 2 y 3 puede concluirse
que el campo magnético producido por el conductor de corriente
primario 10 mostrado en la figura 1, es relativamente constante en
un cilindro cuyo eje central se une con el segmento lineal que
conecta los puntos centrales de los bucles de corriente 30, 40, cuya
altura se extiende al espacio libre entre los bucles 30, 40 y cuyo
diámetro es de aproximadamente 5,0 mm.
La figura 4 muestra un primer gradiómetro 50 del
transformador de corriente acorde con la invención, que puede
disponerse en el plano horizontal, en el espacio entre los bucles
30, 40 del conductor de corriente primario 10. El primer
gradiómetro 50 está formado por una bobina central 51 enrollada en
espiral en el plano, y por dos bobinas laterales 52, 53 enrolladas
en el plano de forma simétrica en torno a la periferia externa de
la bobina 151, a lo largo de los bordes externos de un segmento de
semicírculo. La bobina central 51 y las bobinas centrales 52, 53
están localizadas en el mismo plano.
La figura 5 muestra un segundo gradiómetro 50
del transformador de corriente acorde con la invención, que se
corresponde con el gradiómetro 50 mostrado en la figura 4, y la
figura 6 muestra la conexión eléctrica de los gradiómetros 50,
60.
El circuito secundario basado en los gradiómetro
50, 60 del transformador de corriente, puede implementarse por
ejemplo sobre una placa de circuito impreso formada por cuatro
capas. Los gradiómetros 50, 60 están formados en las dos capas
intermedias de la placa de circuito impreso, y las capas
eléctricamente conductoras de la placa de circuito impreso
funcionan como protecciones estáticas entre el circuito primario y
el circuito secundario 50, 60, del transformador de corriente. La
conexión eléctrica de circuito secundario del transformador de
corriente, entre los puntos de conexión de la electrónica del
pre-amplificador (no mostrado en el dibujo), es
como sigue (figuras 4 y 5).
- \bullet
- El primer punto de conexión de la electrónica del pre-amplificador, está conectado a un punto A que está localizado fuera de la periferia externa del primer gradiómetro 50 localizado en la segunda capa de la placa de circuito impreso.
- \bullet
- Desde el punto A, se produce la transferencia a las bobinas laterales 52, 53 del primer gradiómetro 50, donde el progreso es en sentido horario hacia el centro, a los puntos B y C.
- \bullet
- Desde los puntos B y C, la transferencia es a la tercera capa de la placa de circuito impreso, a los puntos D y E localizados en la parte intermedia de las bobinas laterales 62, 63 del segundo gradiómetro 60.
- \bullet
- Desde los puntos D y E, el progreso es en sentido horario en las bobinas laterales 62, 63 del segundo gradiómetro 60, tras lo cual las bobinas laterales 62, 63 se unen sobre la parte interna de las bobinas laterales 62, 63, y la transferencia es a la periferia externa de la bobina central 61 del segundo gradiómetro 60.
- \bullet
- En la bobina central 61 del segundo gradiómetro 60, el progreso es el sentido antihorario al punto F en el centro de la bobina central.
- \bullet
- Desde el punto F, la transferencia es al punto G localizado en el centro de la bobina central 51 del primer gradiómetro 50, y desde el punto G progresa en sentido antihorario hacia el punto H sobre la periferia externa de la bobina central 51.
- \bullet
- Desde el punto H se transfiere de nuevo al punto K del segundo gradiómetro 60, en la tercera capa de la placa de circuito impreso, y a continuación hacia fuera al punto L localizado fuera de la periferia externa del segundo gradiómetro 60, punto L desde el cual la transferencia es al segundo punto de conexión de la electrónica de pre-amplificador.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 6 muestra que las bobinas laterales
52, 53 del primer gradiómetro 50 están mutuamente conectadas en
paralelo, como las bobinas laterales 62, 63 de segundo gradiómetro
60. Por otra parte, los pares de bobinas laterales 52, 53; 62, 63
están conectados en serie, como las bobinas centrales 51, 61.
El diámetro externo del gradiómetro 50, 60
formado sobre una placa de circuito impreso como la mostrada en las
figuras 4 y 5, está en un rango entre 10 y 30 mm, preferentemente en
22 mm, y la anchura del conductor de corriente del gradiómetro está
en un rango de 50 - 300 \mum, preferentemente en 150 \mum. El
número de devanados en la bobina central 51, 61 del gradiómetro 50,
60, esta entre 5 y 50, preferentemente en 12, y el número de
devanados en las bobinas laterales 52, 53; 62, 63 está entre 1 y 20,
preferentemente en 5. El área superficial eficaz de la bobina
central 51, 61 es igual al área superficial eficaz de una bobina
lateral 52, 53; 62, 63, mediante lo que la salida del gradiómetro
es cero en un campo magnético de corriente alterna homogéneo.
Debido a la conexión en serie, el valor pesado de las bobinas
centrales 51, 61 es 1, y debido a la conexión en paralelo, el valor
pesado de las bobinas laterales 52, 53; 62, 63 es de 0,5. Por
ejemplo, el área superficial eficaz de la bobina central 51, 61 no
supone un área superficial calculada en base al radio externo del
devanado más externo de la bobina central 51, 61. En cambio, el área
superficial eficaz se calcula mediante sumar al área superficial de
cada devanado de bobina separado,
A_{tot} =
A_{devanado,1} + A_{devanado,2} + A_{devanado,3} +
A_{devanado,n}
Además, los gradiómetros 50, 60 y mostrados en
las figuras 4 y 5 han de ser dimensionados de modo que la bobina
central 51, 61 esté localizada en su integridad dentro de un área en
la que el campo magnético es positivo, B > 0, es decir el radio
externo de la bobina central 51, 61 debe ser < 6 mm. Por su
parte, las bobinas laterales 52, 53; 62, 63 han de estar
localizadas en su integridad dentro de un área, en la que el campo
magnético es negativo, B < 0, es decir el radio interno de las
bobinas laterales 52, 53; 62, 63 debe ser > 6 mm.
Los gradiómetros 50, 60 mostrados en las figuras
4 y 5 son principalmente gradiómetros de segundo orden.
La figura 7 es una vista expandida de un sensor
acorde con la invención. La figura muestra un conductor de
corriente primario 10, y una parte de soporte 70 que se utiliza para
acoplar el conductor de corriente primario 10 a una placa de
circuito impreso 80. La parte de soporte 70 puede presionarse sobre
la placa de circuito impreso 80, y unirse a la placa de circuito
impreso 80 con dos clavijas 71, 72 que se extienden a través de
calibres en la parte de soporte 70, y a través de calibres 81, 82 en
la placa de circuito impreso. En las dos capas internas de la placa
de circuito impreso 80 puede formarse los gradiómetros 50, 60
mostrados en las figuras 3 y 4, o 7 y 8. Cuando se presiona el
conductor de corriente primario 10 a su posición en la placa de
soporte 70, los puntos centrales de los gradiómetros 50, 60 son
situados por encima y por debajo del punto central, en un segmento
lineal que conecta los puntos centrales de los dos bucles de
corriente 30, 40 del conductor de corriente primario 10. El
conductor de corriente primario 10 se coloca firmemente con la ayuda
de partes intermedias 11, 111 de la parte de soporte 70 y los
salientes 11a, 111a localizados en esta. La figura muestra también
una típica pantalla magnética cilíndrica 90, que puede presionarse
sobre la parte superior de la parte de soporte 70 del transformador
de corriente. Se requiere una conexión 83 en la placa de circuito
impreso 80, de forma que la pantalla 90 pueda ser presionada sobre
la parte superior de la parte de soporte 70. La pantalla magnética
90 puede ser, por ejemplo, un tubo de hierro.
La figura 8 es una vista en despiece, de un
transformador de corriente acorde con la invención, aplicado a la
medida de corriente trifásica. Los conductores de corriente
primarios 10a, 10b, 10c de cada fase R, S, T, pueden presionarse y
bloquearse sobre la parte de soporte 70. De nuevo, la parte de
soporte 70 puede presionarse sobre la placa de circuito impreso 80,
y bloquearse en esta con clavijas 71, 72, que se aprietan en
calibres 81, 82 que se extienden a través de la parte de soporte 70
y de la placa de circuito impreso 80. Cada conductor de corriente
primario 10a, 10b, 10c está conectado a su gradiómetro 50a, 60a;
50b, 60b; 50c, 60c formado en su propia placa de circuito impreso
80. La figura no muestra el campo magnético, pero este puede
implementarse por ejemplo mediante una lámina de hierro que se
adapta a los bordes externos de la parte de soporte 70.
La figura 9 es una vista esquemática del
circuito de medida de un medidor de kWh de una fase. El circuito de
medida sobre el lado de tensión incluye un circuito protector 210,
utilizado para proteger el medidor de kWh frente cualesquiera picos
de sobretensión, procedentes de la red eléctrica. El circuito
protector 210 está seguido por un circuito de tensión 220, que está
conectado a la tensión del punto de consumo a ser medido, entre el
conductor de fase y el conductor cero. En el circuito de tensión, se
forma un nivel de señal de una altura adecuada para un
multiplicador 250. El circuito de medida sobre el lado de corriente
incluye un transformador de corriente 230 acorde con la invención,
que está seguido por un pre-amplificador 240 que se
utiliza para amplificar la señal de tensión obtenida desde el
gradiómetro del circuito secundario del transformador de corriente
230, hasta un nivel adecuado para el multiplicador. En el
multiplicador 250, las señales proporcionales a la tensión y a la
corriente del punto de consumo a ser medido, se multiplican
mutuamente obteniéndose así un valor para la potencia típica del
punto de consumo. La potencia se integra en el tiempo, obteniéndose
así la energía eléctrica consumida por el punto de consumo. Un
contador de tambor mecánico o una pantalla LCD digital, pueden
utilizarse como contador 260 en el circuito de medida. El circuito
de medida incluye además salidas de impulso estándar 270, cuyo
número de impulsos es proporcionar al consumo de energía eléctrica,
impulsos/kWh.
La figura 10 es una vista esquemática del
circuito de medida de un medidor de kWh trifásico. El circuito de
medida sobre el lado de extensión está formado por tres circuitos de
protección 210a, 210b, 210c, y por tres circuitos de tensión 220a,
220b, 220c. El circuito de medida sobre el lado de corriente está
formado de modo similar, por tres transformadores de corriente
230a, 230b, 230c y por tres pre-amplificadores 240a,
240b, 240c. La suma de magnitudes específicas de fase, se lleva a
cabo también en el multiplicador 250.
Los bucles de corriente 30, 40 del conductor de
corriente primario 10 han de estar localizados uno sobre otro,
esencialmente en planos paralelos, de forma que el campo magnético
del conductor de corriente primario sea simétrico. Si el campo
magnético del conductor de corriente primario 10 se distorsiona, de
forma que se torna unilateral, el transformador de corriente se
hará más sensible a la posición. Si los planos de los bucles de
corriente 30, 40 no están en paralelo, y se estima que la desviación
es mayor de unos pocos grados, por ejemplo unos 5º, entonces las
distorsiones del conductor de corriente primario pueden provocar un
error mayor de lo permisible en las medidas.
La placa de circuito impreso 80 a estar
localizada entre los bucles de corriente 30, 40 del conductor de
corriente primario 10, y el gradiómetro o gradiómetros 50, 60
formados en la placa de circuito impreso a ser utilizada como
circuito secundario, han de estar esencialmente localizados en un
plano en paralelo con los planos del bucle de corriente.
Cualesquiera desviaciones respecto de esto, provocarán en el
transformador de corriente una sensibilidad a la posición,
incrementada.
En las realizaciones mostradas en los dibujos,
se ha utilizado dos gradiómetros 50, 60 en el circuito secundario,
pero esto no es esencial desde el punto de vista de la invención. La
invención permite el uso de N (N = 1, 2, 3 ...) gradiómetros entre
los bucles de corriente del conductor de corriente primario. Sin
embargo, la estructura formada por dos gradiómetros que se muestra
en los dibujos, tiene como resultado una estructura relativamente
simple, y consigue un nivel de señal suficiente en el circuito
secundario, dadas las corrientes que normalmente ha de medirse.
También se consigue un gradiómetro de segundo orden con la
estructura formada por dos gradiómetros, como se muestra en los
dibujos.
Se ha presentado arriba solo algunas
realizaciones ventajosas de la invención, y para el profesional en
el campo es obvio que sobre estas puede realizarse numerosas
modificaciones, dentro del alcance de la idea inventiva definida en
las reivindicaciones anexas.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado
en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u
omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet FI 98 865 [0006]
\bullet US 4 894 610 A [0007]
\bullet WO 0 111 376 A [0008]
\bullet EP 1 206 705 A [0008]
Claims (10)
1. Transformador de corriente para medir
corriente alterna, que comprende un conductor de corriente primario
(10), en el que hay dos bucles de corriente (30, 40) conectados en
paralelo y de forma esencialmente circular, y al menos un
gradiómetro (50, 60) conformado esencialmente como un círculo plano,
los bucles de corriente (30, 40) del conductor de corriente
primario (10) estando localizados de forma concéntrica uno sobre
otro, esencialmente en planos paralelos localizados a cierta
distancia mutua, y donde el gradiómetro o los gradiómetros (50, 60)
están situados entre los bucles de corriente (30, 40), en uno o
varios planos esencialmente en paralelo con los planos de los
bucles de corriente (30, 40), mediante lo que la corriente primaria
que fluye en los bucles de corriente (30, 40) del conductor de
corriente primario (10) está conectada, con la ayuda de un campo
magnético, al gradiómetro o a los gradiómetros (50, 60), y provoca
en el gradiómetro o en los gradiómetros (50, 60) una tensión
proporcional a la corriente primaria, donde cada gradiómetro (50,
60) está formado por una bobina central (51, 61) enrollada en
espiral en un plano, y por dos bobinas laterales (52, 53; 62, 63)
enrolladas en un plano a lo largo de los límites externos de un
segmento de semicírculo, alrededor de la periferia externa de la
bobina central (51, 61), mediante lo que la totalidad de las tres
bobinas (51, 61; 52, 53; 62, 63) de cada gradiómetro (50, 60) están
localizadas en el mismo plano.
2. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 1, caracterizado porque el punto central
del gradiómetro o los gradiómetros (50, 60) está localizado sobre
un segmento lineal que conecta los puntos centrales de los bucles de
corriente del conductor de corriente primario (10).
3. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 2, caracterizado porque dos
gradiómetros superpuestos concéntricos (50, 60) están localizados
entre los bucles de corriente (30, 40) del conductor de corriente
primario (10), de modo que los puntos centrales de los gradiómetros
(50, 60) están localizados simétricamente sobre ambos lados del
punto central del segmento lineal que conecta los puntos centrales
de los bucles de corriente (30, 40) del conductor de corriente
primario (10).
4. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 3, caracterizado porque los gradiómetros
(50, 60) están formados en las dos capas intermedias de una placa
de circuito impreso (80) de cuatro capas, mediante lo que las capas
eléctricamente conductoras más externas de la placa de circuito
impreso (80), funcionan como una pantalla estática entre el
circuito primario y el circuito secundario.
5. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 1, caracterizado porque las dos bobinas
laterales (52, 53; 62, 63) de cada gradiómetro (50, 60) están
conectadas mutuamente en paralelo, porque los pares de bobinas
laterales (52, 53) y (62, 63) están conectados en serie, y porque
las bobinas centrales (51, 61) están conectadas en serie, mutuamente
y con los pares de bobinas laterales.
6. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 5, caracterizado porque el área
superficial eficaz de la bobina central (51, 61) de cada gradiómetro
(50, 60), es igual al área superficial eficaz de una bobina lateral
(52, 53; 62, 63).
7. Transformador de corriente como el definido
cualquiera de las reivindicaciones 5 - 6, caracterizado
porque el número de devanados de la bobina central (51, 61) de cada
gradiómetro (50, 60) está en un rango de 5 - 50, preferentemente en
12.
8. Transformador de corriente como el definido
en cualquiera de las reivindicaciones 5 - 7, caracterizado
porque el número de devanados de las bobinas laterales (52, 53; 62,
63) de cada gradiómetro (50, 60) está en un rango de
1 - 20, preferentemente en 5.
1 - 20, preferentemente en 5.
9. Transformador de corriente como el definido
en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el conductor de corriente primario (10)
está conectado a la placa de circuito impreso (80), con la ayuda de
una parte de soporte (70) que rodea el conductor de corriente
primario (10).
10. Transformador de corriente como el definido
en la reivindicación 9, caracterizado porque el transformador
de corriente está protegido frente a interferencia magnífica
externa, mediante una pantalla magnética (90) ajustada en torno a
la mencionada parte de soporte (70).
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