FR2968085A1

FR2968085A1 - Capteur a bobine de rogowski comportant un ecran de protection

Info

Publication number: FR2968085A1
Application number: FR1059853A
Authority: FR
Inventors: Patrice Juge
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-01
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: FR2968085B1; WO2012072558A1

Abstract

L'invention propose un capteur (10) qui comporte une platine principale (16) annulaire, un bobinage (12) formant un enroulement de Rogowski qui est imprimé sur la platine principale (16), et un écran de protection (18) qui entoure la platine principale (16), caractérisé en ce que l'écran de protection (18) comporte deux platines secondaires (20) agencées axialement de part et d'autre de la platine principale (16), et une face (20a) de chaque platine secondaire (20), qui est située en vis-à-vis de l'une des faces radiales (16a) de la platine principale (16) comporte une couche métallique (26) en vis-à-vis du bobinage (12).

Description

CAPTEUR A BOBINE DE ROGOWSKI COMPORTANT UN ECRAN DE PROTECTION

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un capteur à bobine de Rogowski comportant des moyens de protection du circuit formant la bobine de Rogowski. 10 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une bobine de Rogowski, ou tore de Rogowski, se présente sous la forme d'un double enroulement hélicoïdal d'un fil dont une partie du fil forme un premier enroulement, et l'autre partie du fil 15 forme un deuxième enroulement qui est enroulé en sens inverse du premier enroulement, de sorte que les deux extrémités du fil sont situées à la même extrémité du tore. Un capteur équipé d'une telle bobine est 20 destiné à être positionné autour d'un conducteur électrique, pour mesurer l'intensité du courant circulant dans le conducteur. Le document EP 0.573.350 décrit un capteur à bobine de Rogowski dans lequel la bobine est 25 constituée d'un circuit constitué d'une pluralité de conducteurs qui recouvrent les deux faces d'une platine de support en matériau isolant, et des trous métallisés traversent la platine pour que chaque trou métallisé relie un conducteur situé sur une face à un conducteur 30 situé sur l'autre face de la platine. 2 Compte tenu des technologies à mettre en oeuvre, qui sont des technologies utilisées pour réaliser des circuits imprimés, un tel capteur est relativement facile à réaliser. Cependant, les circuits en matériau conducteur sont relativement fragiles et le moindre contact avec un objet risque de produire une micro coupure d'un conducteur du circuit et par conséquent d'endommager la bobine. Aussi, lorsque le capteur est destiné à être utilisé sur un conducteur de grand diamètre, notamment pour un conducteur de ligne à haute ou très haute tension, les dimensions du capteur sont alors elles aussi importantes. 15 La platine de support forme un anneau plan d'épaisseur limitée, mais dont les diamètres intérieur et extérieur sont importants, par exemple un diamètre extérieur de 500 millimètres. Une telle platine, de faible épaisseur 20 comparée à son diamètre extérieur, est alors fragile, et elle risque de se déformer lors de ses manipulations d'assemblage. Un écran de protection peut être associé au capteur, permettant de protéger et d'isoler le capteur 25 des perturbations électromagnétiques extérieures. Le document EP 1.302.773 décrit un écran de protection qui est assemblé autour du capteur. Cet écran est relativement complexe à réaliser et nécessite d'utiliser un outillage 30 spécifique, augmentant les coûts de fabrication du capteur. Aussi, dans le cas d'une application à un 10 3 capteur de grandes dimensions, les dimensions de l'écran seraient elles aussi importantes, augmentant alors le volume et le poids de l'écran. L'invention a pour but de proposer un 5 capteur à bobine de Rogowski qui permet de remédier à ces inconvénients. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un capteur de mesure 10 de courant, qui comporte une platine principale réalisée en matériau isolant électrique, qui est de forme annulaire centrée sur un axe principal A du capteur, et qui s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal A du capteur, un bobinage formant un 15 enroulement de Rogowski qui est porté par la platine principale, qui comporte une pluralité de rayons en matériau conducteur électrique qui recouvrent les deux faces radiales de la platine principale en s'étendant radialement par rapport à l'axe principal A du capteur, 20 et qui comporte des trous métallisés traversant la platine principale, qui relient électriquement les rayons situés sur une face de la platine principale aux rayons situés sur l'autre face de la platine principale, et un écran de protection qui entoure la 25 platine principale, caractérisé en ce que l'écran de protection comporte deux platines secondaires agencées axialement de part et d'autre de la platine principale, et une face de chaque platine secondaire, qui est située en 30 vis-à-vis de l'une des faces radiales de la platine 4 principale comporte une couche métallique en vis-à-vis du bobinage. La réalisation de l'écran de protection selon l'invention permet de réaliser un capteur de réalisation relativement simple, et moins encombrant. De plus, l'outillage utilisé pour réaliser l'écran de protection, ainsi que les procédés de fabrication sont connus et similaires à ceux pour la fabrication de l'enroulement.

De préférence, chaque platine secondaire est de forme annulaire coaxiale à l'axe principal A du capteur et est parallèle à la platine principale, et le diamètre interne et le diamètre externe de chaque platine secondaire sont sensiblement égaux au diamètre interne et au diamètre externe, respectivement, de la platine principale. De préférence, chaque couche métallique recouvre en totalité la face de la platine secondaire associée.

De préférence, les deux couches métalliques sont reliées électriquement l'une avec l'autre. De préférence, le capteur comporte des pieds métalliques parallèles à l'axe principal A du capteur qui traversent la platine principale et qui relient électriquement les deux couches métalliques. De préférence, chaque pied est situé à une cote radiale par rapport à l'axe principal A du capteur qui est inférieure au rayon interne du bobinage, ou qui est supérieure au rayon externe du bobinage.

De préférence, chaque platine secondaire est fixée sur la face en vis-à-vis de la platine principale par une couche de matériau isolant électriquement. De préférence, la platine principale comporte une portion faisant saillie radialement vers 5 l'extérieur par rapport au bord circulaire externe b de la platine principale, qui porte des bornes de raccordement électrique du bobinage imprimé. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en vue axiale d'un capteur à bobine de Rogowski comportant un écran de protection selon l'invention ; - la figure 2 est une section suivant la ligne 2-2 du capteur représenté à la figure 1 ; - la figure 3 est une section suivant la ligne 3-3 du capteur représenté à la figure 1, montrant les moyens de raccordement électrique du capteur ; la figure 4 est une section similaire à celle de la figure 3, représentant un capteur comportant deux bobines de Rogowski superposées axialement.30 6 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté à la figure 1 un capteur 10 permettant par exemple la mesure de l'intensité d'un courant électrique circulant dans un conducteur (non représenté). Le capteur est du type dit à bobine de Rogowski, c'est-à-dire qui comporte un bobinage 12 formant deux spires concentriques formées à partir d'un unique conducteur. Le capteur 10 est de forme principale annulaire d'axe principal A, et est destiné à être monté autour du conducteur électrique transportant le courant électrique.

Le bobinage 12 est constitué d'un ensemble de rayons 14 qui sont en matériau conducteur électrique et qui sont portés par une platine principale 16 réalisée en matériau isolant électrique. La platine principale 16 est de forme annulaire centrée sur l'axe principal A du capteur 10 et elle est plane et s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal A. La platine principale 16 comporte une portion radiale 22 qui fait saillie radialement vers l'extérieur par rapport au bord circulaire externe 16b de la platine principale 16, et qui porte des portions 24 des rayons 14 pour le raccordement électrique du capteur 10. Le diamètre intérieur de la platine principale 16 est adapté au conducteur autour duquel le capteur 10 est destiné à être monté. Par exemple, ce 7 diamètre est d'environ trois cent cinquante à plus de cinq cent millimètres. L'épaisseur axiale de la platine principale 16 est de quelques millimètres. Ainsi, le rapport entre l'épaisseur de la platine principale 16 et le diamètre intérieur de la platine principale 16 rend la platine principale 16 peu rigide, ce qui pose des problèmes lors de manipulation du capteur 10. Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, les rayons 14 recouvrent les deux faces radiales 16a de la platine principale 16, et des trous métallisés 30, qui traversent la platine principale 16 au niveau des extrémités des rayons 14 relient les rayons 14 situés sur une face 16a de la platine principale 16 aux rayons 14 situés sur l'autre face 16a de la platine principale 16. Les rayons 14 sont situés sur la platine principale 16 de manière que les extrémités radiales des rayons 14 sont situées en retrait par rapport aux bords circulaires de la platine principale 16, c'est à dire que l'extrémité radiale interne de chaque rayon 14 est située à une cote radiale supérieure à la cote radiale du bord interne de la platine principale 16 et l'extrémité radiale externe de chaque rayon 14 est située à une cote radiale inférieure à la cote radiale du bord externe de la platine principale 16. Les rayons 14 sont réalisés sur les faces 16a de la platine principale 16 selon un procédé connu. Par exemple par impression, ou dépôt de matériau conducteur sur les faces 16a de la platine principale 16, ou bien en recouvrant la totalité des 8 faces 16a de la platine principale 16 par une couche uniforme de matériau conducteur, en retirant une partie du matériau conducteur à l'aide de masques et d'acide pour ne laisser que la portion de matériau conducteur qui forme les rayons 14. L'épaisseur des rayons 14 est relativement faible, ce qui les rend fragiles. Pour protéger les rayons d'éventuelles dégradations, qui auraient pour conséquence une coupure dans le bobinage 12, et pour rigidifier le capteur 10, le capteur 10 comporte un écran de protection 18 qui entoure la platine principale 16 et le bobinage 12. Comme on peut le voir aux figures, l'écran de protection 18 comporte deux platines secondaires 20 qui sont similaires à la platine principale 16 et qui sont agencées axialement de part et d'autre de la platine principale 16. Chaque platine secondaire 20 est parallèle à la platine principale 16 et est coaxiale à l'axe principale A du capteur 10. Les dimensions des platines secondaires 20, c'est-à-dire le diamètre interne et le diamètre externe de chaque platine secondaire 20 sont similaires au diamètre interne et au diamètre externe de la platine principale 16. De préférence, le diamètre interne et le diamètre externe de chaque platine secondaire 20 sont égaux au diamètre interne et au diamètre externe de la platine principale 16, comme on peut le voir aux figures 2 à 4. 9 L'épaisseur axiale de chaque platine secondaire 20 est ici inférieure à l'épaisseur axiale de la platine principale 16, par exemple la moitié de l'épaisseur de la platine principale 16.

Selon une variante de réalisation, l'épaisseur axiale de chaque platine secondaire 20 est sensiblement égale à l'épaisseur de la platine principale 16. Chaque platine secondaire 20 est située en vis-à-vis de l'une des faces radiales 16a de la platine principale 16, c'est-à-dire en face des rayons 14. Ainsi, chaque platine secondaire 20 protège des rayons 14 contres des chocs et autres agressions extérieures.

Selon un autre aspect de l'écran de protection 18, celui-ci est réalisé de manière à protéger le capteur 10 contre des perturbations électromagnétiques qui pourraient nuire à une bonne mesure.

Pour cela, une couche métallique 26 recouvre une face 20a de chaque platine secondaire 20 située en vis-à-vis de la platine principale 16. Selon un mode de réalisation préféré de l'écran de protection 18, chaque couche métallique 26 recouvre en totalité la face annulaire 20a de la platine secondaire 20 sur laquelle elle est déposée. Ainsi, chaque couche métallique 26 s'étend radialement au-delà des extrémités radiales de chaque rayon 14.

Les deux couches métalliques 26 des deux platines secondaires 20 sont raccordées électriquement 10 entre elles par des pieds métalliques 28, qui traversent la platine principale 16 et les platines secondaires 20. Chaque pied métallique 28 est sensiblement parallèle à l'axe principal A du capteur 10 et les pieds 28 sont positionnés radialement à l'extérieur du bobinage 12, c'est-à-dire que certains pieds métalliques 28 sont situés à une cote radiale par rapport à l'axe principal A qui est inférieure à la cote radiale des extrémités internes des rayons 14, et les autres pieds métalliques 28 sont situés à une cote radiale par rapport à l'axe principal A qui est supérieure à la cote radiale des extrémités externes des rayons 14.

Par conséquent, l'ensemble formé par les deux couches métalliques 26 et les pieds métalliques 28 forme une cage métallique qui entoure le bobinage 12, le protégeant de perturbations extérieures. Chaque platine secondaire 20 est située axialement à distance de la platine principale 16, de manière telle que la couche métallique qui recouvre cette platine secondaire 20 est située axialement à distance des rayons 14 qui sont imprimés sur la face 16a en vis-à-vis de la platine principale 16.

Chaque platine secondaire 20 est maintenue à distance de la platine principale 16 par l'intermédiaire d'une couche en matériau isolant 32. La couche en matériau isolant 32 réalise aussi la solidarisation, ou fixation, de la platine secondaire 20 associée à la platine principale 16. 11 Ainsi, le capteur 10 est constitué d'une superposition de la platine principale 16, des platines secondaires 20 et des couches de matériau isolant 32, qui forment une structure multicouches dont la rigidité est plus importante que la rigidité de la platine principale 16 seule. Aussi, les couches en matériau isolant 32 empêchent que des particules ne se déposent entre les rayons 14 du bobinage 12, évitant ainsi les risques de court-circuit dans le bobinage 12. La construction d'un tel capteur 10 s'effectue premièrement par la réalisation des rayons métalliques 14 sur les faces 16a de la platine principale. Ensuite, des trous traversant la platine principale 16 sont percés au niveau des extrémités des rayons 14, et sont métallisés, c'est-à-dire qu'un dépôt métallique est appliqué sur les parois de chaque trou, formant ainsi les trous métallisés 30. Les trous métallisés sont ensuite remplis par un matériau conducteur électrique. En parallèle, les platines secondaires 20 sont recouvertes sur une de leurs faces par une couche métallique 26. La platine principale 16 et les platines secondaires 20 sont alors assemblées par l'intermédiaire de la couche de matériau isolant 32. Des trous pour le raccordement électrique des couches métalliques 26 sont ensuite percés, chacun 30 de ces trous traversant la platine principale 16 et les deux platines secondaires 20. 20 25 12 Ensuite, les trous sont métallisés puis remplis par un matériau conducteur électrique comme décrit précédemment, pour former les pieds 28 raccordant électriquement les couches métalliques 26.

On a représenté à la figure 4 un agencement comportant deux capteurs 10 tels que décrits précédemment. Dans cet agencement, les capteurs 10 sont superposés axialement et sont en appui l'un contre l'autre par les faces externes en vis-à-vis des platines secondaires, sur lesquelles il n'y a pas de dépôt de couche métallique. Pour faciliter le raccordement électrique de chaque capteur 10, un capteur est décalé angulairement autour de l'axe principal A d'un angle dont la valeur correspond au moins à la largeur de la portion radiale 22. Ainsi, les deux portions radiales 22 des deux capteurs 10, qui permettent le raccordement des capteurs 10 avec un appareil de mesure, ne sont pas superposées axialement, de sorte qu'une portion radiale 22 ne gêne pas le raccordement de l'autre portion radiale 22. Aussi, pour empêcher la circulation de courants parasites entre les écrans 18 des deux capteurs 10, les trous qui sont métallisés pour former les pieds 28 ne sont pas débouchants au niveau de l'une des deux platines secondaires 20 de chaque capteur 10. Les capteurs sont alors superposés de manière que la platine secondaire 20 d'un capteur 10 13 qui ne comporte pas de trou débouchant, est accolée avec une platine secondaire 20 de l'autre capteur 10. Ainsi, les pieds 28 d'un capteur 10 ne peuvent pas venir en contact électrique avec les pieds 5 28 de l'autre capteur 10.

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur (10) de mesure de courant, qui comporte une platine principale (16) réalisée en matériau isolant électrique, qui est de forme annulaire centrée sur un axe principal (A) du capteur (10), et qui s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal (A) du capteur (10), un bobinage (12) formant un enroulement de Rogowski qui est porté par la platine principale (16), qui comporte une pluralité de rayons (14) en matériau conducteur électrique qui recouvrent les deux faces radiales (16a) de la platine principale (16) en s'étendant radialement par rapport à l'axe principal (A) du capteur (10), et qui comporte des trous métallisés (30) traversant la platine principale (16), qui relient électriquement les rayons (14) situés sur une face (16a) de la platine principale (16) aux rayons (14) situés sur l'autre face (16a) de la platine principale (16), et un écran de protection (18) qui entoure la platine principale (16), caractérisé en ce que l'écran de protection (18) comporte deux platines secondaires (20) agencées axialement de part et d'autre de la platine principale (16), et une face (20a) de chaque platine secondaire (20), qui est située en vis-à-vis de l'une des faces radiales (16a) de la platine principale (16) comporte une couche métallique (26) en vis-à-vis du bobinage (12). 15
2. Capteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque platine secondaire (20) est de forme annulaire coaxiale à l'axe principal (A) du capteur (10) et est parallèle à la platine principale (16), et en ce que le diamètre interne et le diamètre externe de chaque platine secondaire (20) sont sensiblement égaux au diamètre interne et au diamètre externe, respectivement, de la platine principale (16).
3. Capteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche métallique (26) recouvre en totalité la face (20a) de la platine secondaire (20) associée.
4. Capteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux couches métalliques (26) sont reliées électriquement l'une avec l'autre. 20
5. Capteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des pieds métalliques (28) parallèles à l'axe principal (A) du capteur (10) qui traversent la platine principale (16) 25 et qui relient électriquement les deux couches métalliques (26).
6. Capteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque pied (28) est 30 situé à une cote radiale par rapport à l'axe principal (A) du capteur (10) qui est inférieure au rayon interne15 16 du bobinage (12), ou qui est supérieure au rayon externe du bobinage (12).
7. Capteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque platine secondaire (20) est fixée sur la face (16a) en vis-à-vis de la platine principale (16) par une couche (32) de matériau isolant électriquement.
8. Capteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la platine principale (16) comporte une portion (22) faisant saillie radialement vers l'extérieur par rapport au bord circulaire externe (16b) de la platine principale (16), qui porte des bornes de raccordement électrique du bobinage (12) imprimé.