Brevet FR2891946A1 — publié le 20070413

DISPOSITIF OUVRANT DE MESURE D'UN COURANT ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention est relative à un dispositif de mesure de courant ouvrant destiné à être placé autour d'une ligne ou d'un conducteur électrique. Le dispositif ouvrant de mesure comporte une culasse magnétique formant un circuit magnétique ouvert d'un transformateur et au moins un bobinage électrique destiné à être relié à des moyens de traitement et formant le circuit secondaire d'un transformateur, la ligne ou le conducteur électrique formant le circuit primaire dudit transformateur. Ladite culasse magnétique et ledit au moins un bobinage sont ,o séparables de manière à placer dispositif de mesure de courant dans un état ouvert ou dans un état fermé. ETAT DE LA TECHNIQUE [0002] L'utilisation de capteur de courant ouvrant est largement répandue pour mesurer ponctuellement la valeur du courant électrique circulant dans une 15 ligne ou un conducteur électrique. Ce type de capteur est en effet relié à des moyens de traitement d'un dispositif de comptage d'énergie. En outre, les capteurs de courant ouvrants peuvent aussi être associés à des moyens de déclenchement d'un dispositif de coupure. [0003] Le capteur de courant ouvrant peut être placé autour de la ligne ou 20 conducteur électrique sans qu'il soit nécessaire de démonter l'installation électrique. [0004] Les capteurs de courant ouvrants possèdent deux états de fonctionnement. Un état ouvert où le capteur comporte une armature ouverte pour permettre le positionnement de la ligne ou conducteur électrique à l'intérieur dudit 25 capteur. Un état fermé où l'armature du capteur est sensiblement fermée pour effectuer la mesure du courant électrique. [0005] Ces capteurs de courant ouvrants sont généralement constitués d'une culasse magnétique sur laquelle est enroulé un fil métallique formant au moins un bobinage. Ladite culasse et le ou les bobinages, forment généralement une armature circulaire ou rectangulaire fermée qui entoure une ligne ou un conducteur électrique. L'armature peut comporter une ou plusieurs parties mobiles pouvant se déplacer pour laisser passer la ligne ou conducteur électrique à l'intérieur du capteur de courant. [0006] Le bobinage enroulé sur la culasse magnétique forme un enroulement secondaire d'un transformateur où la ligne ou conducteur électrique forment le circuit primaire. Ledit enroulement secondaire fournit un signal de mesure. En effet, la tension fournie aux bornes de l'enroulement secondaire est directement proportionnelle à l'intensité du courant électrique circulant dans la ligne ou conducteur électrique. Le bobinage du capteur de courant est destiné à être relié à des moyens de traitement qui peuvent notamment analyser le signal reçu. Cette mesure de courant électrique peut être aussi utilisée pour commander l'ouverture de contacts placés sur les lignes électriques de courant. [0007] En fonction du positionnement relatif des parties mobiles entre elles et/ou vis à vis de la partie fixe, l'armature magnétique de ce type de capteur peut comporter un entrefer. Cet entrefer est généralement nul lorsque le capteur est dans un état fermé au moment de la mesure. Lors du passage d'un état fermé à un état ouvert et réciproquement, le positionnement relatif des parties mobiles les unes par rapport aux autres peut ne pas être reproductible et générer des modifications de la forme de l'armature et plus particulièrement de celle de l'entrefer. En effet, la taille dudit entrefer peut varier entre deux états fermés. Ces fluctuations de la taille de l'entrefer peuvent s'accompagner de fluctuation de la sensibilité du capteur d'une mesure à l'autre. Ceci peut devenir un inconvénient majeur lorsque des niveaux de précision importants sont requis pour certaines applications. [0008] Afin de remédier aux problèmes de sensibilité liés aux modifications de la taille de l'entrefer, certains capteurs de courant tels que décrits dans la demande DE10791912, comportent une culasse magnétique en deux parties non contiguës. Les deux parties magnétiques sont reliées par deux bobinages linéaires dont les extrémités sont insérées dans lesdites parties magnétiques. Les bobinages linéaires sont réalisés sur des noyaux amagnétiques. Le circuit magnétique de ce type capteur de courant est alors constitué des deux parties de la culasse. La mesure est effectuée par les spires des bobinages qui ne sont pas insérées à l'intérieur des culasses. Lorsque le capteur est dans un état fermé, le circuit magnétique comporte au moins un entrefer non nul. Cet entrefer peut varier entre deux états fermés mais ces fluctuations de taille de l'entrefer n'influencent pas en théorie la sensibilité du capteur. En effet, lorsque l'enroulement du fil des bobinages est réalisé à pas constant sur toute la longueur des bobinages, le nombre de spire par unité de longueur de bobinage utilisé pour la mesure reste constant tant que les extrémités des bobinages sont insérées dans les culasses. io [0009] Cependant, ce type de capteur présente l'inconvénient d'avoir plusieurs bobinages électriques qui doivent obligatoirement être reliés électriquement. En outre, compte tenu que les culasses doivent envelopper les extrémités des bobinages, la tailles des culasses est plus volumineuse. EXPOSE DE L'INVENTION 15 [0010] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un dispositif de mesure de courant électrique ouvrant et ayant une bonne précision de mesure et une structure simple. [0011] Ledit au moins un bobinage du dispositif ouvrant de mesure de courant selon l'invention est enroulé sur une armature amagnétique et est 20 amovible par rapport au circuit magnétique. Dans un état fermé, le circuit magnétique comporte un entrefer constant quel que soit le positionnement du bobinage vis à vis dudit circuit magnétique [0012] Avantageusement, le dispositif ouvrant de mesure comporte une culasse magnétique en forme de U et un bobinage destiné à relier les deux 25 branches du U lorsque le dispositif de mesure de courant est dans son état fermé. [0013] De préférence, le bobinage est destiné à être placé entre les branches du U, la longueur dudit bobinage étant sensiblement égale à l'entrefer du circuit magnétique. [0014] Avantageusement, le bobinage est placé au niveau des extrémités des branches du circuit magnétique. [0015] Avantageusement, le les surfaces radiales des deux extrémités du bobinage sont obturées par la culasse magnétique. [0016] Dans un mode de réalisation particulier, l'inductance locale aux deux extrémités des bobinages est supérieure à l'inductance locale vers la partie centrale desdits bobinages. [0017] Avantageusement, les extrémités des bobinages comportent un nombre de spires de fil par unité de longueur supérieur au nombre de spires de fil par unité de longueur vers la partie centrale desdits bobinages. [0018] Selon un mode de développement de l'invention, un blindage magnétique composé d'au moins une plaque métallique est placé dans un plan xy à une distance dudit au moins un bobinage, ledit blindage n'étant pas en contact avec la culasse lorsque le dispositif de mesure est dans un état fermé [0019] Un capteur de courant multipolaire comporte au moins trois dispositifs de mesure de courant tel que défini ci-dessus, le bobinage de chaque dispositif de mesure de courant étant relié à des moyens électroniques de traitement destinés à être reliés à un dispositif de déclenchement d'un dispositif de coupure ou à un dispositif de comptage d'énergie. ] Avantageusement, un capteur de courant tripolaire comprend un capot inférieur comportant les culasses magnétiques de chaque dispositif de mesure de courant et comprend un capot supérieur comportant les bobinages de chaque dispositif de mesure de courant, chaque bobinage étant relié aux moyens électroniques de traitement placés dans ledit capot supérieur. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0021] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels : • la figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif ouvrant de mesure de courant selon un premier mode de réalisation de l'invention ; • la figure 2 représente une vue en coupe d'un dispositif de mesure de courant dans un état fermé, selon la figure 1 ; • la figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif de mesure de courant dans un état ouvert, selon la figure 1 ; • la figure 4 représente une vue en perspective d'un dispositif de mesure de 10 courant selon un second mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0022] Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention représenté sur les figures 1 à 3, le dispositif de mesure de courant 1 comporte une armature ayant une première partie composée d'une culasse magnétique 3 ayant contour 15 semi-fermé. Dans cet exemple de réalisation de l'invention, la culasse magnétique 3 a sensiblement la forme d'un U ayant deux branches parallèles 3a et 3b. La culasse est réalisée en matériau magnétique ayant une perméabilité élevée et une induction à saturation élevée. Elle est constituée de tôles enroulées, de tôles empilées, ou de matériau magnétique massif. 20 [0023] La culasse peut être d'un seul tenant ou bien être constituée en plusieurs morceaux assemblés. Lesdits morceaux assemblées peuvent avoir la forme d'un I ou d'un L. Dans l'exemple de réalisation décrit, la culasse est réalisée en deux parties en forme de L, les deux parties étant imbriquées l'une dans l'autre via leurs branches horizontales. 25 [0024] L'emplacement existant entre les deux branches parallèles 3a, 3b est destiné à recevoir la ligne de courant ou conducteur électrique 2 sur lequel sera effectuée la mesure de courant. En outre, la distance D entre les branches 3a, 3b forme l'entrefer du circuit magnétique du dispositif de courant 1. [0025] La culasse magnétique 3 est de préférence maintenue dans un capot 30 inférieur 5 généralement réalisé en matériau plastique isolant. [0026] L'armature du dispositif de mesure de courant 1 comporte une seconde partie composée d'un bobinage 4. Ce bobinage est enroulé sur un noyau amagnétique non représenté. Ce bobinage est sensiblement linaire et de section rectangulaire ou carrée ou cylindrique. Ce bobinage 4 est maintenu de préférence dans un capot supérieur 6 généralement réalisé en matériau plastique isolant. [0027] Le bobinage 4 contenu dans le capot supérieur 6 est amovible par rapport au circuit magnétique. Plus précisément, le bobinage 4 est amovible par rapport à la culasse magnétique 3. En effet, pour placer le dispositif de mesure de courant 1 dans un état ouvert, le capot supérieur 6 est retiré du capot inférieur 5. io Le capot inférieur 5 et le capot supérieur 6 n'étant pas en contact, il est alors possible de positionner le capot inférieur 5 contenant la culasse magnétique 3 autour d'une ligne ou d'un conducteur électrique 2. [0028] La ligne ou le conducteur électrique 2 étant positionné entre les branches 3a, 3b de la culasse 3, le capot supérieur 6 est alors positionné sur le 15 capot inférieur 5. Des moyens de maintien non représentés permettent de maintenir solidaire les deux capots entre eux. Le dispositif de mesure de courant 1 se trouve alors dans un état fermé. [0029] Dans ce second état du dispositif de mesure de courant 1, le bobinage 4 est positionné de manière à fermer le contour de la culasse 20 magnétique 3. L'armature dudit dispositif est alors sensiblement fermée. De préférence, le bobinage 4 est positionné auprès des extrémités des deux branches 3a, 3b de la culasse magnétique 3. [0030] Par ailleurs, dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le bobinage 4 est placé entre les branches 3a, 3b de la culasse au niveau de leurs 25 extrémités. La longueur du bobinage 4 est sensiblement égale à l'entrefer D. Les surfaces radiales aux deux extrémités A du bobinage 4 sont ainsi respectivement en vis à vis des branches 3a, 3b de la culasse magnétique. Ainsi, les blanches 3a et 3b de la culasse magnétique jouent le rôle de blindage du bobinage 4 et limitent l'influence de perturbations externes pouvant fausser la mesure du courant. 30 [0031] Ce bobinage 4 forme ainsi l'enroulement secondaire d'un transformateur de courant. Le circuit primaire est constitué par la ligne ou conducteur électrique 2. Le bobinage 4 est destiné à être relié à des moyens de traitement 20 via des fils de connexion 9. Ces moyens de traitement 20 peuvent, par exemple, être intégrés dans le capot supérieur 6. [0032] Ainsi, suivant les modes de réalisation de l'invention, l'entrefer D du circuit magnétique du dispositif de mesure de courant 1 ne varie pas. En effet, lorsque le dispositif de mesure de courant 1 est dans un état fermé, la distance D séparant les branches 3a, 3b ne varie pas quel que soit le positionnement du bobinage 4 par rapport à la culasse magnétique 3. Dans un état fermé, l'entrefer du circuit magnétique est constant quel que soit le positionnement du fil ou conducteur électrique 2 à l'intérieur de l'armature magnétique 3 du dispositif de mesure 1. [0033] Suivant une variante de réalisation, l'inductance des bobinages 4 à leurs extrémités A est augmentée localement. L'inductance locale aux extrémités A est alors supérieure à celle observée localement vers la partie centrale B desdits bobinages 1. Le bobinage 4 comporte des enroulements de spires complémentaires sur ses deux extrémités A. Les sur-bobinages sont réalisés le plus proche possible des deux extrémités A. Dans la variante de réalisation, les sur-bobinages sont pratiqués sur une distance comprise préférentiellement entre dix et vingt pour cent de la longueur totale du bobinage. L'enroulement du fil sur l'ensemble de chaque bobinage est de préférence réalisé à pas constant, par exemple à spires jointives. L'ensemble des caractéristiques de ces bobinages 4 est décrit dans la demande de brevet française de la demanderesse dont le numéro d'enregistrement est 0405199. La description de ladite demande de brevet est citée ici à titre de référence. [0034] Suivant une variante de réalisation, le dispositif de mesure 1 comporte un blindage magnétique. Ledit blindage est composé de préférence d'au moins une plaque 10 en matériau magnétique placée à une distance d du bobinage 4 dans un plan xy. Lorsque le dispositif de courant 1 est dans un état fermé, la distance d doit être suffisante afin la plaque 10 ne soit pas en contact avec la culasse 3. En outre, selon les directions x et y, les dimensions de la plaque 10 doivent être moins égales à celles du dispositif de mesure 1. Si une masse magnétique est placée à proximité de la bobine 4, elle perturbera moins la mesure du courant faite par le capteur 1. [0035] Suivant une variante de réalisation, un ou plusieurs seconds bobinage 4 peuvent être placés dans l'entrefer D de la culasse. Ces bobinages 4 ayant des axes longitudinaux parallèles à l'axe x sont reliés électriquement entre eux en série. L'utilisation de plusieurs bobinages 4 permet en effet d'augmenter la quantité de flux capté et ainsi augmenter la sensibilité du dispositif de mesure de courant 1. [0036] Un capteur de courant 1 selon les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, peut être associé à au moins deux autres capteurs du même type, chaque capteur étant alors destiné à être placé autour d'un fil ou conducteur électrique 2. L'ensemble des capteurs forme alors un capteur tripolaire ou tétrapolaire. Les capteurs sont respectivement reliés à des moyens de traitement 20. [0037] Les trois culasses magnétiques 3 des capteurs de courant 1 sont maintenues dans un capot inférieur unique 55 généralement réalisé en matériau plastique isolant. Les bobinages 4 sont maintenus dans un capot supérieur 66 unique généralement réalisé en matériau plastique isolant. [0038] Le capot supérieur 6 est amovible. En effet, pour placer le dispositif de mesure de courant 1 dans un état ouvert, le capot supérieur 66 est retiré du capot inférieur 5. Le capot inférieur 55 et le capot supérieur 66 n'étant pas en contact, il est alors possible de positionner le capot inférieur 55 contenant la culasse magnétique 3 autour des lignes ou des conducteurs électriques 2. [0039] Les lignes ou les conducteurs électriques 2 étant positionnés entre les branches 3a, 3b des culasses 3, le capot supérieur 66 est alors positionné sur le capot inférieur 55. Des moyens de maintien non représentés permettent de maintenir solidaire les deux capots entre eux. Le dispositif de mesure de courant 1 se trouve alors dans un état fermé. [0040] Le capot supérieur 66 comprend des moyens de traitement 20 reliés respectivement aux bobinages 4 de chaque capteur de courant monopolaire. Cette disposition des moyens de de traitement 20 dans le capot supérieur 66 permet de détecter une inversion du sens de montage du capteur ou un mauvais câblage des prises de tension. Une reconfiguration est effectué par logiciel, sans démontage ou re-câblage. [0041] Le dispositif de mesure de courant 1 selon les différents modes de réalisation de l'invention, est particulièrement destiné à être combiné à des moyens de traitement 20 d'un dispositif de comptage d'énergie [0042] Le dispositif de mesure de courant 1 selon les différents modes de réalisation de l'invention, est particulièrement destiné à être combiné à des moyens électroniques de traitement 20 d'un module de déclenchement destiné à envoyer des ordres à un dispositif de coupure. REVENDICATIONS 1. Dispositif ouvrant de mesure de courant (1) destiné à être placé autour d'une ligne ou d'un conducteur électrique (2) et comportant : • une culasse magnétique (3) formant un circuit magnétique ouvert d'un 5 transformateur de courant, • au moins un bobinage électrique (4) destiné à être relié à des moyens de traitement (10) et formant un circuit secondaire dudit transformateur, la ligne ou le conducteur électrique (2) formant un circuit primaire du transformateur de courant, 10 • ladite culasse magnétique (3) et ledit au moins un bobinage (4) étant séparables de manière à placer dispositif de mesure de courant (1) dans un état ouvert ou dans un état fermé, caractérisé en ce que • ledit au moins un bobinage (4) est amovible par rapport au circuit 15 magnétique et est enroulé sur une armature amagnétique, et que • dans un état fermé, le circuit magnétique comporte un entrefer (D) constant quel que soit le positionnement du bobinage (4) vis à vis dudit circuit magnétique. 2. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 20 comporte une culasse magnétique (3) en forme de U et un bobinage (4) destiné à relier les deux branches (3a, 3b) du U lorsque le dispositif de mesure de courant (1) est dans son état fermé. 3. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 2 caractérisé en ce le bobinage (4) est destiné à être placé entre les branches (3a, 3b) du U, la 25 longueur dudit bobinage étant sensiblement égale à l'entrefer (D) du circuit magnétique 4. Dispositif de mesure de courant selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le bobinage (4) est placé au niveau des extrémités des branches (3a, 3b) du circuit magnétique. 5. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces radiales des deux extrémités (A) du bobinage (4) sont obturées par la culasse magnétique (3). 6. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'inductance locale aux deux extrémités (A) des bobinages (4) est supérieure à l'inductance locale vers la partie centrale (B) desdits bobinages. 7. Dispositif de mesure de courant selon la revendication 6 caractérisé en ce que les extrémités (A) des bobinages (4) comportent un nombre de spires de fil par unité de longueur supérieur au nombre de spires de fil par unité de longueur vers la partie centrale (B) desdits bobinages. 8. Dispositif de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un blindage magnétique composé d'au moins une plaque métallique (10) placé dans un plan xy à une distance (d) dudit au moins un bobinage (4), ledit blindage n'étant pas en contact avec la culasse (3) lorsque le dispositif de mesure est dans un état fermé 9. Capteur de courant multipolaire comportant au moins trois dispositifs de mesure de courant (1) selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le bobinage (4) de chaque dispositif de mesure de courant (1) est relié à des moyens électroniques de traitement (20) destinés à être reliés à un dispositif de déclenchement d'un dispositif de coupure ou à un dispositif de comptage d'énergie. 10. Capteur de courant tripolaire selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend un capot inférieur (55) comportant les culasses magnétiques (3) de chaque dispositif de mesure de courant (1) et caractérisé en ce qu'il comprend un capot supérieur (66) comportant les bobinages (4) de chaque dispositif de mesure de courant (1), chaque bobinage (4) étant relié aux moyens électroniques de traitement (20) placés dans ledit capot supérieur.