Brevet FR2656152A1 — publié le 19910621

La présente invention se rapporte à un transformateur optique de courant utilisant une combinaison d'un noyau magnétique et d'un dispositif magnétique de détection tel qu'une cellule optique. Un transformateur optique conventionnel de courant, par exemple, montré dans la demande de brevet au Japon publiée avant examen No 59-198359, est décrit en se référant aux figures 5 et 6. La figure 5 est une vue en coupe avant montrant des barres bus pour courant triphasé à isolement par un gaz, utilisant un transformateur optique de courant conventionnel 5 Sur la figure 5, trois barres bus 2, 3 et 4 sont placées dans un logement 1 en forme de tube qui est fait en métal Des transformateurs optiques de courant conventionnels 5 sont prévus autour des barres bus 2, 3 et 4. Des détails du transformateur optique de courant conventionnel 5 sont montrés sur la figure 6 Sur la figure 6, un noyau en fer 6 en forme de C, ayant une partie d'entrefer 7 qui est remplie de plastique ou de verre, forme un trajet magnétique de forme annulaire qui raccorde la barre bus 2 Une cellule de Faraday 8, qui est l'une des cellules magnéto-optiques, est prévue dans la partie d'entrefer 7 du noyau 6 Des fibres optiques 9 a et 9 b sont connectées à la cellule de Faraday 8 La fibre optique 9 a est utilisée pour fournir un faisceau lumineux à la cellule de Faraday 8 et l'autre fibre optique 9 b est utilisée pour guider la lumière de la cellule de Faraday 8 à un appareil 15 de traitement de signaux photoélectriques transformant le faisceau lumineux en un signal électrique Un enroulement 10 est prévu dans la partie d'entrefer 7 et à proximité de la partie d'entrefer 7 du noyau 6 pour annuler le champ magnétique externe Un autre enroulement 1 i est prévu dans une partie du noyau 6, symétriquement à l'enroulement 10 contre la barre bus 2 pour détecter le champ magnétique externe Les nombres des spires des enroulements 10 et 11 sont choisis égaux l'un à l'autre Les enroulements 10 et 11 sont connectés de manière que les tensions induites dans les enroulements 10 et 11 par un flux magnétique principal 01 induit par le courant dans la barre bus 2 et circulant dans le noyau 6 soient annulées, car plusieurs sources de tension de forces électromotrices égales sont connectées en commun sans aucune charge appliquée. Le fonctionnement du transformateur optique conventionnel de courant 5 sera décrit ci-dessous. Lorsqu'un courant qui doit être détecté s'écoule dans la barre bus 2, un flux magnétique principal p 1, proportionnel à l'intensité du courant, circule dans le noyau 6 Le flux magnétique principal Ai s'écoule également dans la partie d'entrefer 7 Lorsqu'un faisceau lumineux est fourni à la cellule de Faraday 8 via la fibre optique 9 a, le faisceau lumineux est modulé proportionnellement à l'intensité du champ magnétique dû au flux magnétique principal 51 dans la cellule de Faraday 8 Le faisceau lumineux modulé est émis de la cellule de Faraday 8 via la fibre optique 9 b et est photoélectriquement transformé par l'appareil 15 de traitement de signaux Par suite, l'intensité du courant s'écoulant dans la barre bus 2 peut être détectée. Les enroulements 10 et 11 sont utilisés pour restreindre les influences non souhaitables provoquées par le flux magnétique externe fm (que l'on peut voir à la figure 6) qui est produit par des courants s'écoulant dans les autres barres bus 3 et 4 (montrées à la figure 5) Comme le montre la figure 6, en supposant que le flux magnétique externe ?m est appliqué aux enroulements 10 et 11, les tensions induites dans les enroulements 10 et 11 par le flux magnétique externe fm ne s'annulent pas et l'enroulement 10 produit un flux magnétique qui est d'une direction opposée à celle du flux magnétique externe km. Par suite, la partie du flux magnétique externe Sm qui est dans la partie d'entrefer 7 est annulée par le flux magnétique produit par l'enroulement 10 En effet, grâce à l'existence des enroulements 10 et 11 en des parties symétriquement opposées sur le noyau en fer circulaire 6, l'influence non souhaitable, sur le flux magnétique principal 01 dans le noyau circulaire 6, du flux magnétique externe Jm est réduite par cette annulation. Ainsi, la détection inhérente de courant du transformateur optique conventionnel de courant 5 n'est pas détériorée. Cependant, dans le transformateur optique de courant conventionnel 5 cidessus mentionné, le nombre d'enroulements 10 et 11 n'est que de deux et leurs largeurs ne sont pas suffisamment grandes, ce qui laisse une partie considérable du noyau circulaire 6 qui n'est pas pourvue d'un enroulement Par conséquent, cela pose un problème par le fait que les influences dues au flux magnétique fm ne sont pas suffisamment enlevées ou enlevées de manière idéale, parce que les enroulements 10 et 11 pour supprimer cette influence due au flux magnétique externe jm ne sont prévus que dans la partie d'entrefer 7 et à proximité de celle-ci, ainsi que dans les parties qui lui sont symétriquement opposées, respectivement. Cependant, dans le logement réel 1, le flux magnétique externe fm n'est ni idéalement uniforme ni droit Et dans un tel cas, la fonction de protection des enroulements 10 et 11 n'est pas parfaite et il y a des influences dans les parties du noyau 6 autres que la partie d'entrefer 7 du fait du flux magnétique externe fm Par conséquent, les perméabilités magnétiques des diverses parties du noyau 6 deviennent irrégulières à cause de l'irrégularité des intensités et des directions du flux magnétique externe tm et par conséquent la reluctance magnétique totale du noyau 6 change par rapport à la valeur nominale, selon le trajet et l'irrégularité du flux magnétique externe fm Par suite, une composante d'erreur du courant de sortie due au flux magnétique externe fm est réfléchie dans le courant mesuré, et le flux magnétique détecté par la cellule de Faraday 8 contient une erreur. La présente invention a pour but de procurer un transformateur optique de courant perfectionné o la composante d'erreur contenue dans un signal détecté et provoquée par le flux magnétique externe est considérablement réduite en comparaison avec le cas conventionnel. Un transformateur optique de courant selon la présente invention comprend: un noyau en fer circulaire en forme de C, qui a une partie d'entrefer et est prévu pour un raccordement autour d'une barre bus o s'écoule un courant à détecter; une cellule magnéto- optique qui est prévue dans la partie d'entrefer du noyau pour détecter un flux magnétique induit dans le noyau afin d'émettre un signal physiquement changé en réponse à l'intensité du flux magnétique; un moyen pour mesurer ledit signal physiquement changé; et au moins quatre enroulements qui ont le même nombre de spires, la largeur des enroulements étant régulièrement prévue le long de toute la partie du noyau en fer circulaire et des bornes des enroulements respectifs ayant la même polarité étant connectées en commun. Les polarités et les intensités des tensions induites dans les enroulements respectifs par le flux magnétique principal sont égales Par conséquent, aucun courant électrique n'est induit dans les enroulements par les tensions Et donc les enroulements n'influencent pas le résultat de la détection de courant du transformateur optique de courant selon la présente invention. Au contraire, pour le flux magnétique externe faisant intrusion de l'extérieur, les nombres des raccordements et les directions du flux magnétique externe dans les enroulements respectifs sont généralement différents pour les enroulements respectifs. Par conséquent, des différences se présentent pour les polarités et la grandeur des tensions induites dans les enroulements respectifs par le flux magnétique externe. Par suite, un courant électrique s'écoule parmi les enroulements et l'influence du flux magnétique externe est réduite dans la totalité du noyau. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 (A) donne un schéma bloc montrant la construction d'un mode de réalisation préféré d'un transformateur optique de courant selon la présente invention; la figure 1 (B) est une vue en coupe avant montrant la construction de barres bus pour courant triphasé à isolement par un gaz, utilisant des transformateurs optiques de courant selon la présente invention; la figure 2 est un schéma de connexion des éléments 12 a, 12 b, 12 c et 12 d montrés à la figure 1 (A) la figure 3 est une vue en coupe partielle avant montrant le transformateur optique de courant selon la présente invention; la figure 4 est un schéma de connexion d'un autre mode de réalisation préféré du transformateur optique de courant selon la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe avant montrant la construction des barres bus typiques pour courant triphasé et à isolement par un gaz, utilisant les transformateurs optiques conventionnels de courant; et la figure 6 donne le schéma bloc du transformateur conventionnel optique de courant. Un mode de réalisation préféré d'un transformateur optique de courant selon la présente invention sera décrit en se référant aux figures 1 (A), 1 (B), 2 et 3 La figure 1 (A) donne un schéma bloc du transformateur optique de courant 50 selon la présente invention La figure 1 (B) est une vue avant en coupe montrant la construction de barres bus pour courant triphasé à isolement par un gaz en utilisant les transformateurs optiques de courant montrés à la figure 1 (A) La figure 2 est un schéma de connexion de la figure 1 (A) La figure 3 est une vue avant en coupe partielle du transformateur 50 de la figure 1 (A). Sur la figure 1 (B), trois barres bus 2, 3 et 4 sont placées dans un logement 1 en forme de tube qui est fait en métal Les transformateurs optiques de courant 5 selon la présente invention sont prévus autour des barres bus 2, 3 et 4. Sur la figure 1 (A), un noyau en fer 6 en forme de C, avec une partie d'entrefer 7, forme un trajet magnétique annulaire qui raccorde la barre bus 2 Une pièce d'espacement 7 a est ajustée dans la partie d'entrefer 7 comme le montre la figure 3 Une cellule de Faraday 8, en tant que cellule magnéto-optique, est prévue dans la partie d'entrefer 7 Des fibres optiques 9 a et 9 b sont connectées à la cellule de Faraday 8 La fibre optique 9 a est utilisée pour former un faisceau lumineux à la cellule de Faraday 8 et l'autre fibre optique 9 b est utilisée pour guider le faisceau lumineux de la cellule de Faraday 8 à un appareil 15 de traitement de signaux L'appareil 15 de traitement de signaux transforme photoélectriquement le faisceau lumineux en un signal électrique. Quatre enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d sont uniformément enroulés sur le noyau 6 de façon à couvrir continuellement la surface du noyau 6 Les nombres des spires des enroulements respectifs 12 a, 12 b, 12 c et 12 d sont choisis égaux et la totalité des enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d est régulièrement enroulée sur toute la longueur du noyau 6 Les bornes des enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d qui sont de la même polarité sont connectées par des câbles 13 a et 13 b, en parallèle. Le fonctionnement du transformateur optique de courant 50 selon la présente invention sera maintenant décrit. Lorsqu'un courant qui doit être détecté s'écoule dans la barre bus 2, un flux magnétique principal i 1, proportionnel à l'intensité du courant, circule dans le noyau 6 Le flux magnétique principal Ai s'écoule également dans la partie d'entrefer 7 Lorsqu'un faisceau lumineux est fourni à la cellule de Faraday 8 via la fibre optique 9 a, la lumière est modulée en réponse à l'intensité d'un champ magnétique dû au flux magnétique principal ? 1 dans la cellule de Faraday 8 Le faisceau modulé de lumière est émis de la cellule de Faraday 8 via la fibre optique 9 b pour l'appareil 15 de traitement de signaux Et le faisceau lumineux est photo-électriquement transformé par l'appareil 15 de traitement de signaux Par suite, l'intensité du courant s'écoulant dans la barre bus 2 est détectée. A ce moment, des tensions sont induites dans les enroulements respectifs 12 a, 12 b et 12 c par le flux magnétique principal ? 1 qui est induit par le courant dans la barre bus 2 qui se trouve au centre du noyau 6 de forme annulaire Les polarités et les intensités des tensions respectives sont égales et, par ailleurs, les bornes de la même polarité des enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d sont connectées en commun par les câbles 13 a et 13 b Par conséquent, les tensions sont mutuellement annulées les unes par les autres et donc aucun courant ne s'écoule dans les enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d car plusieurs sources de tension de force électromotrice égales sont connectées en commun sans aucune charge En effet, les enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d n'ont aucune fonction due au flux magnétique principal 01, donc ils n'influencent pas le champ magnétique dans la partie d'entrefer 7. Par ailleurs, un flux magnétique externe Om est produit par les courants électriques qui s'écoulent dans les autres barres bus, par exemple, les barres bus 3 et 4 montrées à la figure 5 Le flux magnétique externe fm fait intrusion dans le transformateur optique de courant Par conséquent, des tensions sont induites dans les enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d par le flux magnétique externe fm Dans ce cas, le flux magnétique externe f M se raccorde aux enroulements respectifs 12 a, 12 b, 12 c et 12 d dans des directions qui sont différentes les unes des autres Les polarités et les intensités des tensions induites dans les enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d sont différentes Par suite, des courants électriques répondant aux différences parmi les tensions s'écoulent dans des enroulements 12 a, 12 b, 12 c et 12 d respectifs via les câbles 13 a et 13 b Donc, des courants s'écoulent dans deux directions et à deux intensités pour annuler le flux magnétique externe bm Comme la totalité du noyau 6 est uniformément couverte des enroulements égaux 12 a, 12 b, 12 c et 12 d, l'influence du flux magnétique externe 4 m est supprimée, non seulement de la partie d'entrefer 7, mais également de la totalité du noyau 6 En conséquence, la reluctance magnétique de la totalité du noyau 6 est protégée de l'influence due au flux magnétique externe fm et donc la composante d'erreur due au changement de la reluctance magnétique du noyau 6, qui peut être contenue dans le signal détecté, est supprimée Ainsi la précision, en tant que transformateur de courant, est améliorée Un autre mode de réalisation préféré du transformateur optique de courant selon la présente invention sera décrit en se référant à la figure 4 qui est un schéma de connexion. Sur la figure 4, six enroulements 12 a, 12 b, 12 c, 12 d, 12 e et 12 f sont utilisés pour supprimer l'influence du flux magnétique externe fm Les nombres des spires et les largeurs des enroulements, respectivement 12 a, 12 b, 12 c, 12 d, 12 e et 12 f sont égaux. La totalité des enroulements 12 a, 12 b, 12 c, 12 d, 12 e et 12 f est régulièrement enroulée sur la totalité du noyau 6 Les autres éléments pour constituer le transformateur optique de courant sont les mêmes que ceux du mode de réalisation ci-dessus mentionné des figures 1, 2 et 3. Par conséquent, les autres éléments sont omis de la description et de l'illustration Le nombre des enroulements à prévoir autour du noyau 6 est facultativement choisi mais il est de préférence en un nombre pair. Dans les modes de réalisation ci-dessus mentionnés, la cellule de Faraday 8, qui convertit l'intensité du flux magnétique en modulation de la lumière, est utilisée pour la détection du courant Par ailleurs, une cellule de Hall, qui convertit directement l'intensité du flux magnétique en une différence de potentiel, peut être utilisée. R E V E N D I C A T I O N S 1 Transformateur optique de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: un noyau en fer circulaire ( 6) en forme de C qui a une partie d'entrefer ( 7) et est prévu autour d'une barre bus ( 2, 3 ou 4) o s'écoule un courant à détecter, une cellule magnéto-optique ( 8) qui est prévue dans ladite partie d'entrefer ( 7) dudit noyau en fer circulaire ( 6) pour détecter un flux magnétique dans ledit noyau en fer circulaire ( 6) afin d'émettre un signal physiquement changé en réponse à l'intensité dudit flux magnétique, un moyen ( 15) pour mesurer ledit signal physiquement changé; et au moins quatre enroulements ( 12 a, 12 b, 12 c et 12 d) qui ont le même nombre de spires, les largeurs desdits enroulements étant régulièrement prévues sur la totalité dudit noyau circulaire en fer ( 6) et des bornes d'enroulement respectives ayant la même polarité étant connectées en commun ( 13 a et 13 b). 2 Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la cellule magnéto-optique ( 8) est une cellule de Faraday; et le moyen ( 15) pour détecter l'intensité du courant est un appareil de conversion photoélectrique.