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FR3132953A1 - Magnetic closure system for Rogowski buckle - Google Patents

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FR3132953A1
FR3132953A1 FR2201630A FR2201630A FR3132953A1 FR 3132953 A1 FR3132953 A1 FR 3132953A1 FR 2201630 A FR2201630 A FR 2201630A FR 2201630 A FR2201630 A FR 2201630A FR 3132953 A1 FR3132953 A1 FR 3132953A1
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FR
France
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rogowski
loop
sensor
permanent magnets
closure system
Prior art date
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Pending
Application number
FR2201630A
Other languages
French (fr)
Inventor
Nicolas NOLIBOS
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Omegawatt SARL
Original Assignee
Omegawatt SARL
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Publication date
Application filed by Omegawatt SARL filed Critical Omegawatt SARL
Priority to FR2201630A priority Critical patent/FR3132953A1/en
Publication of FR3132953A1 publication Critical patent/FR3132953A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

Système de fermeture d’un capteur de courant basé sur le principe des boucles de Rogowski caractérisé en ce qu’il comprend un bobinage (1), dont la forme permet d’entourer un conducteur (2) soumis au passage d’un courant à mesurer. Les extrémités du bobinage (1) sont munies d’aimants permanents (3a) et (3b) assurant une fermeture précise tout en permettant une ouverture facile. Les aimants (3a) et (3b) ont une perméabilité magnétique proche de celle de l’air et un champs coercitif élevé. Figure pour l’abrégé : [Fig 1] System for closing a current sensor based on the principle of Rogowski loops, characterized in that it comprises a winding (1), the shape of which makes it possible to surround a conductor (2) subjected to the passage of a current at measure. The ends of the winding (1) are fitted with permanent magnets (3a) and (3b) ensuring precise closing while allowing easy opening. The magnets (3a) and (3b) have a magnetic permeability close to that of air and a high coercive field. Figure for abstract: [Fig 1]

Description

Système de fermeture magnétique pour boucle RogowskiMagnetic closure system for Rogowski buckle

La présente invention concerne un dispositif de mesure des courants électriques sans nécessiter d’ouverture du circuit qui met en œuvre le principe des boucles de Rogowski.The present invention relates to a device for measuring electric currents without requiring opening of the circuit which implements the principle of Rogowski loops.

Ce principe est bien connu pour mesurer des courants électriques alternatifs. Ces capteurs sont souvent utilisés reliés à des analyseurs de réseau portables, ou intégrés dans des compteurs électriques fixes.This principle is well known for measuring alternating electric currents. These sensors are often used connected to portable network analyzers, or integrated into fixed electricity meters.

On rappellera brièvement que les capteurs de Rogowski sont des transformateurs sans noyaux magnétiques qui comportent un conducteur primaire et une bobine secondaire. Le courant qui traverse le conducteur primaire génère un champ magnétique dont les variations entraînent, dans la bobine secondaire, une force électromotrice. L’intégration de cette force électromotrice fournit alors une image du courant traversant le conducteur primaire.We will briefly recall that Rogowski sensors are transformers without magnetic cores which include a primary conductor and a secondary coil. The current passing through the primary conductor generates a magnetic field whose variations cause, in the secondary coil, an electromotive force. The integration of this electromotive force then provides an image of the current passing through the primary conductor.

Le principe des boucles de Rogowski permet de réaliser des capteurs souples et de toutes dimensions qui s’adaptent à la forme des conducteurs à mesurer, facilitant leur mise en place.The principle of Rogowski loops makes it possible to produce flexible sensors of all dimensions which adapt to the shape of the conductors to be measured, facilitating their installation.

La présente invention porte sur le système de fermeture d’un tel capteur, pour permettre son installation rapide sur un circuit électrique sans démontage. Une application d’un tel capteur est la mesure détaillée des consommations d’électricité au niveau des armoires électriques.The present invention relates to the closing system of such a sensor, to allow its rapid installation on an electrical circuit without dismantling. One application of such a sensor is the detailed measurement of electricity consumption in electrical cabinets.

Les boucles de Rogowski doivent présenter une densité constante de surface de spire sur toute leur longueur, de manière à obtenir une réponse qui soit indépendante de la position du conducteur à mesurer, dès lors qu’il est entouré par la boucle, et nulle s’il est placé à l'extérieur de la boucle. Les exigences de réalisation d’une telle boucle ouvrable sont particulièrement élevées au niveau de la jonction, qui devrait conserver une densité de spires s’éloignant peu de l’idéal. Le mécanisme de blocage en position fermée doit être simple, robuste, facile à manipuler, et ne pas conduire à une section plus élevée, qui rendrait le capteur plus difficile à glisser dans des endroits exigus.The Rogowski loops must have a constant density of turn surface over their entire length, so as to obtain a response which is independent of the position of the conductor to be measured, as long as it is surrounded by the loop, and zero if it is placed outside the loop. The requirements for creating such an openable loop are particularly high at the junction, which should maintain a density of turns that does not stray far from the ideal. The locking mechanism in the closed position must be simple, robust, easy to handle, and not lead to a higher section, which would make the sensor more difficult to slide into tight places.

L’art d’aujourd'hui pour réaliser le meilleur compromis sur ces exigences consiste à aligner les extrémités en laissant un espace aussi réduit que possible, ou à faire se chevaucher les extrémités de la boucle. Au besoin, des spires sont ajoutées pour compenser leur absence dans la zone située entre les extrémités.Today's art to best compromise these requirements is to align the ends leaving as little space as possible, or to overlap the ends of the loop. If necessary, turns are added to compensate for their absence in the area between the ends.

Dans le brevet EP2009453A1, l’utilisation d’un corps à haute perméabilité magnétique permet de réduire la contrainte de distance entre les deux extrémités de la boucle, mais le mécanisme de fermeture du capteur reste malaisé d’utilisation à une seule main.In patent EP2009453A1, the use of a body with high magnetic permeability makes it possible to reduce the distance constraint between the two ends of the loop, but the sensor closing mechanism remains difficult to use with one hand.

Les autres solutions employées couramment utilisent des leviers de blocage ou des dispositifs à frottement qui demandent une main pour diriger l’extrémité vers le dispositif, et une main pour actionner le levier.Other commonly used solutions use locking levers or friction devices which require one hand to direct the end towards the device, and one hand to operate the lever.

Afin d’augmenter la facilité d’utilisation, l’invention concerne un capteur de courant de Rogowski caractérisé en ce que les extrémités de la boucle sont munies d’aimants permanents orientés de manière à exercer une attraction d'une extrémité vers l’autre. L'ouverture est aisée, et l’attraction des aimants aide ensuite à refermer la boucle autour du conducteur à mesurer.In order to increase ease of use, the invention relates to a Rogowski current sensor characterized in that the ends of the loop are provided with permanent magnets oriented so as to exert an attraction from one end to the other . Opening is easy, and the attraction of the magnets then helps to close the loop around the conductor to be measured.

Les aimants permanents choisis possèdent une aimantation rémanente élevée pour obtenir une force d’attraction importante, un champs coercitif suffisant pour ne pas être désaimantés par le champs alternatif à mesurer, et une perméabilité magnétique relative stable et faible, c’est à dire de préférence comprise entre 0,9 et 10, pour ne pas augmenter le flux dans les spires entourant les aimants, et ainsi, ne pas affecter la précision de mesure. Les aimants produits à partir de Néodium (NdFeB) ou Samarium Cobalt (Sm-Co) remplissent ces conditions.The permanent magnets chosen have a high remanent magnetization to obtain a significant force of attraction, a sufficient coercive field so as not to be demagnetized by the alternating field to be measured, and a stable and low relative magnetic permeability, i.e. preferably between 0.9 and 10, so as not to increase the flux in the turns surrounding the magnets, and thus not to affect the measurement precision. Magnets produced from Neodium (NdFeB) or Samarium Cobalt (Sm-Co) meet these conditions.

Le bobinage est réalisé de façon précise afin que l’ensemble du capteur en position fermée réalise une bonne approximation d’une bobine de Rogowski idéale, c’est à dire pour laquelle la valeur du courant mesuré ne dépend pas de la position du conducteur primaire dans le capteur ni des conducteurs extérieurs aux capteurs. Une machine de bobinage est utilisée pour positionner les spires le long du noyau, sur une ou plusieurs couches, avec au besoin un conducteur de retour pour ne pas créer une spire de grande surface dans le plan de symétrie de la boucle.The winding is carried out precisely so that the entire sensor in the closed position achieves a good approximation of an ideal Rogowski coil, i.e. for which the value of the measured current does not depend on the position of the primary conductor in the sensor or conductors external to the sensors. A winding machine is used to position the turns along the core, on one or more layers, with if necessary a return conductor so as not to create a turn of large surface area in the plane of symmetry of the loop.

Selon une variante de l’invention, le capteur peut être réalisé à partir de deux ou plusieurs boucles de Rogowski disposées bout à bout, et équipées d’aimants permanents à au moins une jonctions entre deux boucles. Cette configuration facilite la réalisation du capteur, en particulier sa mise en forme torique après bobinage linéaire des spires, notamment pour les petits diamètres de tores.According to a variant of the invention, the sensor can be made from two or more Rogowski loops arranged end to end, and equipped with permanent magnets at at least one junction between two loops. This configuration facilitates the production of the sensor, in particular its shaping into a toroid after linear winding of the turns, particularly for small diameters of toroids.

L’invention est maintenant expliquée en détail par la description de divers modes de réalisation, en référence aux dessins annexés.The invention is now explained in detail by the description of various embodiments, with reference to the accompanying drawings.

La représente un mode de réalisation du capteur selon la présente invention dans une position légèrement ouverte. Le capteur est composé ici d'un bobinage régulier (1), réalisé sur un noyau en polymère souple, dont la forme approxime un tore. Un tore s’entend ici comme le volume obtenu par la révolution d’un disque, ou d’une autre surface autour d’un axe situé dans le plan mais extérieur à cette surface.There represents an embodiment of the sensor according to the present invention in a slightly open position. The sensor here is composed of a regular winding (1), made on a flexible polymer core, the shape of which approximates a torus. A torus is understood here as the volume obtained by the revolution of a disk, or another surface around an axis located in the plane but external to this surface.

Des aimants permanents (3a) et (3b) sont intégrés aux extrémités du bobinage, préférablement à l’intérieur. Par aimant permanent on entend un corps présentant une aimantation rémanente telle que les pôles opposés sont soumis à une force d’attraction, et un champs coercitif élevé pour ne subir qu’une perte d’aimantation négligeable lorsqu’ils sont soumis à un champs magnétique externe, tel que provenant par exemple des courants circulant dans des conducteurs à proximité.Permanent magnets (3a) and (3b) are integrated at the ends of the winding, preferably inside. By permanent magnet we mean a body presenting a remanent magnetization such that the opposite poles are subjected to an attractive force, and a high coercive field so as to suffer only a negligible loss of magnetization when they are subjected to a magnetic field external, such as coming for example from currents circulating in nearby conductors.

L’attraction des aimants permet d’obtenir une force de maintient en position fermée de la boucle, tout en conservant le possibilité de l’ouvrir aisément pour la mise en place autour d’un conducteur (2).The attraction of the magnets makes it possible to obtain a force to hold the loop in the closed position, while retaining the possibility of opening it easily for installation around a conductor (2).

Les aimants permanents (3a) et (3b) sont réalisés à partir d’une matière ayant une perméabilité magnétique proche de celle de l’air, afin de ne pas modifier le flux auquel est soumis la portion de bobinage située autour de ces aimants. Cette caractéristique est nécessaire pour conserver la continuité du parcours d’Ampère et garantir la précision de mesure du capteur. Les matériaux tels que le Néodium (NdFeB) ou le samarium–cobalt (Sm-Co) ont une perméabilité magnétique relative proche de 1.05, une aimantation rémanente élevée et un champs coercitif de plusieurs centaines de milliers de kA/m, et sont adaptés à cette utilisation.The permanent magnets (3a) and (3b) are made from a material having a magnetic permeability close to that of air, so as not to modify the flux to which the winding portion located around these magnets is subjected. This characteristic is necessary to maintain the continuity of the Ampère path and guarantee the measurement precision of the sensor. Materials such as Neodium (NdFeB) or samarium–cobalt (Sm-Co) have a relative magnetic permeability close to 1.05, high remanent magnetization and a coercive field of several hundred thousand kA/m, and are suitable for this use.

Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, le capteur présente un diamètre hors tout de 30 mm et peut accueillir un fil gainé à mesurer jusque 25 mm² de section de conducteur. Le bobinage comprend 3000 spires de fil émaillé de 0.1 mm de diamètre, bobinés en 4 couches et dont l’aire des spires, toutes perpendiculaires au champs magnétique à mesurer, est d’environ 10 mm². Le capteur permet ainsi la mesure précise de courants dans une plage allant de 10mA à 1000A en courant alternatif basse fréquence comme les réseaux publics 50 ou 60Hz.In an advantageous embodiment of the present invention, the sensor has an overall diameter of 30 mm and can accommodate a sheathed wire to measure up to 25 mm² of conductor section. The winding includes 3000 turns of enameled wire 0.1 mm in diameter, wound in 4 layers and the area of the turns, all perpendicular to the magnetic field to be measured, is approximately 10 mm². The sensor thus allows the precise measurement of currents in a range from 10mA to 1000A in low frequency alternating current such as 50 or 60Hz public networks.

Lorsque la position et la forme des spires est bien maîtrisée par la machine de bobinage, le capteur ainsi réalisé reste peu sensible aux conducteurs extérieurs au capteur, c’est à dire qu’il indique moins de 0,5 % de la valeur qu’il indiquerait si le même conducteur était placé à l’intérieur de la boucle.When the position and shape of the turns are well controlled by the winding machine, the sensor thus produced remains insensitive to conductors external to the sensor, that is to say it indicates less than 0.5% of the value that it would indicate if the same conductor was placed inside the loop.

La section intérieure du capteur peut être agrandie par l’utilisation d’un prolongateur réalisé en matériau à forte perméabilité magnétique (6), introduit entre les extrémités de la boucle Rogowski, et qui reste en place du fait de l’attraction exercée par les aimants permanents.The interior section of the sensor can be enlarged by the use of an extension made of material with high magnetic permeability (6), introduced between the ends of the Rogowski loop, and which remains in place due to the attraction exerted by the permanent magnets.

montre le capteur objet de la présente invention, en position légèrement ouverte. shows the sensor which is the subject of the present invention, in the slightly open position.

présente l’art antérieur. presents the prior art.

illustre le capteur en position fermée. illustrates the sensor in the closed position.

montre le capteur en position ouverte avec ajout d’un prolongateur (6) en matériau à forte perméabilité magnétique, c’est à dire supérieure à 1000, pour permettre des mesures sur un conducteur de plus gros diamètre. shows the sensor in the open position with the addition of an extension (6) made of material with high magnetic permeability, i.e. greater than 1000, to allow measurements on a conductor of larger diameter.

décrit un capteur constitué de 2 boucles (4a) et (4b) agencées en série de manière à entourer le conducteur (5).
describes a sensor consisting of 2 loops (4a) and (4b) arranged in series so as to surround the conductor (5).

Claims (6)

Système de fermeture d’un capteur de courant parcourant un conducteur électrique (2) comprenant au moins une boucle de Rogowski (1) caractérisé en ce que les extrémités de la boucle sont munies d’aimants permanents (3a) et (3b), disposés de manière à assurer une force de rappel en position fermée de la boucle. L’ouverture se fait en éloignant une extrémité de l’autre, pour permettre l’introduction du conducteur électrique (2) dont le courant est à mesurer.System for closing a current sensor running through an electrical conductor (2) comprising at least one Rogowski loop (1) characterized in that the ends of the loop are provided with permanent magnets (3a) and (3b), arranged so as to ensure a restoring force in the closed position of the loop. The opening is done by moving one end away from the other, to allow the introduction of the electrical conductor (2) whose current is to be measured. Système de fermeture selon la revendication 1 caractérisé en ce que les aimants permanents (3a) et (3b) possèdent une perméabilité magnétique relative comprise entre 0,9 et 10,0.Closing system according to claim 1 characterized in that the permanent magnets (3a) and (3b) have a relative magnetic permeability of between 0.9 and 10.0. Système de fermeture selon la revendication 1 caractérisé en ce que les aimants permanents sont réalisés à partir de Néodium (NdFeB) ou de Samarium Cobalt (Sm-Co).Closing system according to claim 1 characterized in that the permanent magnets are made from Neodium (NdFeB) or Samarium Cobalt (Sm-Co). Système de fermeture selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boucle de Rogowski est muni d’un corps déformable qui tend à ramener la boucle en position fermée.Closure system according to claim 1 characterized in that the Rogowski loop is provided with a deformable body which tends to return the loop to the closed position. Capteur de courant constitué d’une ou d’une pluralité de boucles de Rogowski (4a) (4b) disposées en série caractérisé en ce qu’il comprend au moins un système de fermeture selon la revendication (1).Current sensor consisting of one or a plurality of Rogowski loops (4a) (4b) arranged in series, characterized in that it comprises at least one closure system according to claim (1). Dispositif de prolongation d’un capteur de courant flexible comprenant une ou plusieurs boucles de Rogowski munies d’au moins un système de fermeture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de prolongation (6) est réalisé dans un matériau dont la perméabilité magnétique est supérieure à 1000.
Device for extending a flexible current sensor comprising one or more Rogowski loops provided with at least one closure system according to claim 1, characterized in that the extension device (6) is made of a material whose permeability magnetic is greater than 1000.
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