Brevet FR2687477A1 — publié le 19930820

CAPTEUR DE COURANT L'invention concerne un capteur de courant du genre comportant un bobinage électrique autour d'un noyau torique magnétique, apte à être positionné autour d'un conducteur primaire dans lequel passe un courant électrique à détecter ou à mesurer. De tels capteurs de courant sont couramment utilisés dans des installations telles que des armoires de distribution d'énergie électrique pour effectuer des mesures et des contrôles de fonctionnement. Le document FR 2 564 594 décrit un capteur de courant à noyau torique amagnétique avec un bobinage secondaire constitué par un enroulement bobiné sur le noyau Ce capteur comporte un écran électrostatique en un matériau conducteur amagnétique et un écran magnétique entourant extérieurement le noyau avec le bobinage secondaire. On connaît également des capteurs de courant du genre comportant un noyau torique magnétique, avec un écran magnétique radialement extérieur et un écran amagnétique radialement intérieur, présentant la forme de viroles disposées radialement de part et d'autre du noyau torique. La demande de brevet français 91 08666, non accessible au public à la date de la présente demande et déposée par la Société demanderesse, a pour objet un capteur de courant du genre comportant un noyau magnétique, dans lequel deux écrans magnétiques supplémentaires sensiblement en forme de couronnes sont disposés latéralement de part et d'autre du noyau magnétique. Ce capteur de courant non perturbé par les courants circulant dans son voisinage est utilisable quel que soit l'environnement. Cependant, on constate que, lors de la mesure de courants intenses de l'ordre du millier d'Ampères, l'allure de la courbe de courant captée est déformée lors de variations très rapides de courants, supérieures à 108 A/s. La déformation de la courbe de courant a une allure voisine de la déformation produite par une self: ce phénomène est appelé "feffet selfique dans la présente description. Le but de la présente invention est de fournir un capteur de courant du genre comportant un noyau magnétique, permettant de diminuer de façon très importante l'effet selfique, voire de le supprimer totalement. L'invention a pour objet un capteur de courant du genre comportant un bobinage électrique autour d'un noyau torique magnétique, un élément de mesure è sonde de Hall disposé dans un entrefer du noyau torique et un écran magnétique, caractérisé en ce que l'écran magnétique est contenu dans un dièdre formé par deux plans diamétraux du tore, présentant un angle d'ouverture maximale d'environ 1200 Selon d'autres caractéristiques de l'invention l'écran magnétique et la sonde de Hall sont disposés sensiblement de façon diamétralement opposée l'un par rapport â l'autre; l'écran magnétique comporte un secteur sensiblement cylindrique et deux pièces latérales en matériau magnétique, le secteur et les pièces étant solidaires entre eux et séparés par des entrefers; le secteur et les pièces latérales sont rendus solidaires au moyen de pièces en matériau amagnétique 5 les pièces latérales sont en forme de secteurs annulaires, les pièces latérales sont en forme de segments de cercles 5 les segments de cercle correspondent è une ouverture voisine d'un quart de cercle, pour mesurer le courant d'un conducteur primaire avec des branches parallèles dont l'orientation peut varier entre une position sensiblement parallèle et une position sensiblement perpendiculaire à un plan de fixation les pièces latérales recouvrent partiellement en projection le cercle de gorge du tore, L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels: La figure i 1 représente une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un capteur de courant selon l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un écran magnétique de capteur de courant selon l'invention de la figure 1. La figure 3 représente une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un capteur de courant selon l'invention. La figure 4 représente une vue en perspective éclatée d'un écran magnétique de capteur selon l'invention de la figure 3. Les figures 5 et 6 représentent des vues latérales correspondant à la figure 3. En référence à la figure 1, un capteur de courant 1 est positionné autour d'un conducteur primaire 2 dans lequel circule le courant électrique à mesurer. Le capteur 1 représenté schématiquement comporte une sonde de Hall 3 connue en soi disposée dans l'entrefer à l'extrémité d'un noyau torique 4 en matériau magnétique entouré d'un bobinage électrique et comporte de préférence un écran électrostatique, constitué par une virole intérieure au tore en matériau conducteur amagnétique, et non représenté. Selon l'invention, le capteur de courant i comporte du côté opposé à la sonde de Hall un écran magnétique 5 placé à cheval sur le tore i entre deux branches parallèles 2 a, 2 b du conducteur primaire 2. L'écran magnétique 5 comporte deux secteurs annulaires 6 et 7 en matériau magnétique et un secteur cylindrique 8 également en matériau magnétique, solidaires entre eux. Comme on le voit en coupe sur la figure 2, les secteurs annulaires 6 et 7 sont reliés au secteur cylindrique 8 par une ou plusieurs pièces 9 en matériau amagnêtique. Les pièces 9 en matériau amagnétique sont avantageusement en forme de cavaliers ou de U à bords parallèles, par exemple collés à l'intérieur des pièces 6, 7 et 8 en veillant toutefois a ménager des entrefers 10 et 11, respectivement entre les secteurs 7 et 8 et les secteurs 6 et 8. Selon la variante de l'invention représentée à la figure 1, le secteur cylindrique 8 et les secteurs annulaires 6 et 7 sont limités radialement par des plans diamétraux du tore. Selon l'invention, le dièdre limité par les plans diamétraux précités et contenant les secteurs 6, 7, 8 présente un angle d'ouverture maximale d'environ 120 . Des essais ont montré que, si l'ouverture du dièdre correspond à plus de 120 environ, l'effet selfique subsiste lors de l'application d'échelons instantanés de courant. En référence aux figures 3 à 6, un deuxième mode de réalisation d'un capteur selon l'invention comporte des éléments identiques à ceux de la figure 1 désignés par des chiffres de référence identiques. Le capteur comporte un écran magnétique 12 situé au voisinage de deux branches 2 a, 2 b sensiblement parallèles du conducteur 2 dans lequel passe le courant a mesurer. L'écran magnétique 12 et la sonde de Hall 3 sont disposés sensiblement de façon diamétralement opposée l'un par rapport à l'autre. La branche 2 a du conducteur primaire 2 est représentée interrompue sur la figure 3, pour faire apparaître l'écran magnétique 12 tout entier en vue perspective. L'écran magnétique 12 comporte un secteur sensiblement cylindrique 13 et deux segments de cercle 14, , d'ouverture voisine d'un quart de cercle. Les plans diamétraux P et Q du tore symbolisés aux figures 5 et 6 font entre eux un angle dièdre A de 120 environ: dans ce deuxième mode de réalisation, l'écran magnétique 12 et la sonde de Hall 3 sont situés dans deux angles opposés du dièdre formé par les plans P et Q. Les segments de cercle 14 et 15 sont sensiblement identiques et les cordes 16 et 17 sont disposées de façon à 2687477 recouvrir partiellement en projection le cercle de gorge 18 intérieur du tore (figures 5 et 6). La courbure du secteur cylindrique 13 est adaptée pour s'appliquer sur le contour extérieur 19 du tore isolé au moins extérieurement pour empêcher tout court-circuit électrique ou magnétique, selon une disposition sensiblement coaxiale. Dans les montages habituellement utilisés en électricité de puissance, les conducteurs primaires o passe le courant à mesurer se présentent sous forme de barres en métal conducteur disposées suivant des branches parallèles telles que 2 a, 2 b raccordées entre elles par une branche entourée par le tore. Le montage se fait en général parallèlement ou perpendiculairement à un plan de pose non représenté: les directions des branches parallèles peuvent être parallèles au plan de pose dans le cas de branches 2 a, 2 b ou perpendiculaires dans le cas des branches 20 représentées aux figures 3 et 6. Le deuxième mode de réalisation de l'écran magnétique, avec des segments de cercle 14 et 15 correspondant à une ouverture voisine ou supérieure à un quart de cercle, est particulièrement adapté aux deux types de montage utilisés dans l'industrie; selon la figure 5, l'extrémité inférieure de l'écran 12 est placée entre les branches 2 a, 2 b et, selon la figure 6, l'extrémité supérieure de l'écran est placée entre des branches 20: dans les deux cas, les essais ont montré l'efficacité de l'écran magnétique selon l'invention. L'écran 12, constitué par assemblage de segments 13, 14, 15 de tale en matériau magnétique tel que du fer ou du ferrosilicium à l'aide de cavaliers 9 en matériau amagnêtique tel que du cuivre, de l'aluminium ou une matière plastique rigide, est de préférence mis à un potentiel de référence au moyen de liaisons électriquement conductrices, selon une technique connue en soi. Dans le cas o le capteur de courant comporte ne virole intérieure en matériau conducteur amagnétique constituant un écran électrostatique connu en soi, il est avantageux de prévoir un entrefer entre l'écran magnétique selon l'invention et l'écran électrostatique et de veiller à raccorder par une liaison électrique l'écran magnétique selon l'invention et l'écran électrostatique à un potentiel de référence par une liaison électrique en boucle ouverte. Des essais réalisés avec le capteur de courant de l'invention ont montré que la forme d'onde, correspondant à un échelon de courant de 1000 A était captée avec une erreur relative de l'ordre de un pour cent, tandis que, pour les capteurs de courant de type connu, l'effet selfique conduisait à des déformations d'onde de courant captée de l'ordre de dix pour cent. (ST 1 T$ L 9) Sa Le L Jae L sae Do Ld sa L anb ao ua s$Leoe L E ú SUOL 4 e D Lpua^a J Sep un L UO La S Jnaede 3 ' Àuo L 4 ex LJ Op Ue Ld un e (OZ) k Le Ln D Lpuadied '4 UW Lq Esues Uo Lqlsod aun;E (qz e Z) GLQL Le Jed;ua Gw Lq Lsuaes uo L Lsod aun aue a Lje A qnad UO Lqe 4 Ua LJOL 4 uop (OZ qz e Z) S@Lq L Le Jed saq Dueiq sep De Ae (Z) a J Lew Lid Jna 4 Dnpuoo unp ue Jnoo a L Jeainsem Jnod 1 o LD Joo ap 4 Jenb unp au Ls LOA a Jn 4 Ja Ano aun e quapuods@ujoo (L 9) a DO Jao ap S 4 uaw 6 as sa L enbso ua anb so ua 9 spa LJD Eieo c 9 Uo Lqe Z Lpuea E 4 e L Uo Las inaqde D OE sa OLDJ@D Op S 4 uew 6 as ap a@moó U 8 4 UOS (ST t T;) Sa LEJ,4 e L s@a O Ld sa L anb eo ua est Ljg De Je D 4 t no ú suo L 4 EO Lpue Ae J s Ep aunt UO Le S Jnade 3 9 sa J Le Lnuue s Jne 4 Des ep EW Joó ue quos (L g 9) S Le Ja 4 e L saee Ld sa L anb @D ua as L Jgo D Jeoe q Z 1 P no E SUOL 4 e D Lp Ua^@E sap eun L uo L Es Jn Gqde D 9 Àanb L;u 6 ewe ne LJE 4 e W Ua ( 6) Se Doe Ld sp ua Aow ne Sa J Lep LLOS snpua J 4 uos Sa Lea 4 e L seoetd s EL 4 a Jn@ 54 Zs e L anb a Eo ue 9 SL Jge Je O ' UO Le 4 O Lpu EA^J et UO La S Jin Ede 3 t (TT 50) s J@a S Juu E sap Jed Oz sa Jedas 4 a xne ae Ju E Sei Lep L Lo S q Ue 49 Sa Ea Ld SEL 4 l Jn Eo 4 DS EL 'enb L 4 p U 6 e W ne Liqem W UE (ST t T L '9) Sa Leia Ee L sa Dae Ld xnap 4 a (l '9) anb Lipu LL Ao quawa@Lq LSUES Ine 4 Zo Eas un ae 1 odmoo @nb LPU 6 ew ue Jo 9,AL anb Eo ue 9 s LJ 94 e Je D z no T SUOL Ieo Lp UE@AJ sep etunl L UOLES unede 3* ST *a Eine L e q Joddej Jed un L aesoddo 4 UE Wa Le Jqg We Lp UOôEj op u S@we Lq Lsues sesods Lp 4 UOS (E) L Le H op Epuos e L 4 E (ZI '5) enb L 4 gu 6 ew u E Jog IL anb @D u E PSLJ Gq Oe Je D 'T UO Lqe D Lp Ue Ae J e L uo La S jneqde 3 Z z OZT UOJLAU Ep 01 a Le WL Xe W e Jn 14 J Anop a L 6 ue un quequesaid 'ajo E np (b d) xne J 49 We Lp sue Ld xnap Jed 9 amo J a Jpe Lp un SU Ep n Ue 4 UOD 4 sa (Z '5 S) Enb Lqa U 6 e W ue Jo DL enb ED ua 9 SL Jge Je O Enb Lqg U 6 e W uel:a un Ea enb L Jo I nefou np jeaj@iue un suep qsods Lp L Le H ap apuos e a Inse W ap 4 uawm L 9 un S enb Lquu 6 ew anb L Jo 4 ne Aou un p ilnone enb L 4 Z De LP a 6 eu Lqoq un que-4 odwoo aiua E 6 np ue Jinoo ap lna 4 de D 1 SNOIIV 3 ION 3 A L Ztt 79 Z L 8 2687477 recouvrent partiellement en projection le cercle de gorge ( 18) du tore. 9 Capteur selon l'une des revendications 1 a 8, comportant un écran électrostatique radialement intérieur au tore en matériau amagnétique conducteur, caractérisé en ce que l'écran magnétique ( 5, 12) et l'écran électrostatique sont reliés par une liaison électrique en boucle ouverte à un potentiel de référence.