Brevet FR3003954A1 — publié le 20141003

CAPTEUR A BOBINE DE ROGOWSKI SUR CIRCUIT IMPRIMÉ NOYÉ DANS UNE RESINE POLYURETHANE SEMI-RIGIDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui des capteurs de mesure de courant présentant un bobinage de type Rogowski. L'invention se rapporte plus précisément à un capteur disposant de moyens de protection contre des contraintes d'environnement. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une bobine de Rogowski, ou tore de Rogowski, se présente sous la forme d'un enroulement conducteur bobiné sur un tore. L'enroulement prend plus précisément la forme d'un double enroulement hélicoïdal d'un fil dont une partie forme un premier enroulement et l'autre partie forme un second 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 destiné à être positionné autour d'un conducteur électrique, pour mesurer l'intensité de courant dans le conducteur. Il trouve notamment application dans le domaine de la transmission électrique à haute et très haute tension en courant alternatif, où il est utilisé pour réaliser des transformateurs de mesure de courant destinés à mesurer le courant de la ligne et/ou des jeux de barres des sous-stations électriques. Ces mesures peuvent notamment être utilisées pour réaliser des fonctions de protection, de contrôle et de comptage de l'énergie, en association avec des mesures de tension. Le document WO 2012/072558 Al décrit un capteur à bobine de Rogowski disposant d'un écran de protection qui entoure la plaque de circuit imprimé portant l'enroulement afin de protéger le capteur contre des chocs et autres agressions extérieures ainsi que contre des perturbations électromagnétiques. L'écran de protection est formé par deux plaques secondaires qui sont disposées de part et d'autre de la plaque de circuit imprimé et dont la face en vis-à-vis de la plaque de circuit imprimé comporte une couche métallique. Cet écran s'avère relativement complexe à réaliser. En utilisation, un capteur à bobine de Rogowski est par ailleurs raccordé à une électronique de traitement (convertisseur électronique primaire). Mais dans la mesure où la résistance de charge de cette électronique est adaptée au capteur, cette électronique ne peut pas être utilisée pour différents capteurs. En outre, lorsque cette électronique doit être échangée, par exemple lors d'une opération de maintenance, une reprogrammation s'avère nécessaire. Il existe ainsi un besoin pour une amélioration de la maintenance et l'industrialisation de l'électronique de traitement. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de proposer un 30 capteur à bobine de Rogowski qui permet de remédier à l'un au moins de ces inconvénients. L'invention concerne un capteur de mesure de courant comportant une plaque de circuit imprimé portant au moins un bobinage formant un enroulement de Rogowski, caractérisé en ce que la plaque est noyée dans une résine polyuréthane. Le fait de noyer la plaque de circuit imprimé portant l'enroulement de Rogowski dans une résine polyuréthane permet de protéger le capteur contre les contraintes d'environnent, par exemple contre l'humidité et les chocs mécaniques. D'autres aspects préférés mais non limitatifs de ce capteur sont les suivants. Il comporte une paire de couches électriquement isolantes qui sont disposées de manière à prendre la plaque en sandwich et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane. Il comporte en outre une paire de couches métalliques qui sont disposées de manière à prendre en sandwich la plaque et les couches électriquement isolantes et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane. En venant entourer le bobinage du circuit imprimé par deux couches isolantes elles même entourées de deux couches métalliques, on réalise un condensateur avec le capteur permettant de filtrer les perturbations électromagnétiques, notamment haute fréquence. Il comporte une mémoire également noyée dans la résine polyuréthane. La présence d'un mémoire permet de conserver des paramètres d'étalonnage dans le capteur et non dans l'électronique de traitement, ce qui permet lors d'opérations de maintenance d'échanger l'électronique sans avoir à procéder à sa reprogrammation. - Il comporte une sonde de température également noyée dans la résine polyuréthane. La présence d'une sonde de température permet de compenser la dérive en température sans avoir à changer la résistance de charge de l'électronique de traitement, ce qui permet d'utiliser la même électronique de traitement pour différents capteurs. - Il comporte un câble blindé relié à l'une de ses extrémités à la plaque de circuit de circuit imprimé et doté d'un connecteur à l'autre de ses extrémités. - La résine polyuréthane est une résine semi-rigide dont l'allongement est supérieur à 50%. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en vue de dessus d'un capteur conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II du capteur représenté sur la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté à la figure 1 un capteur 1 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 2 formant deux spires concentriques formées à partir d'un unique conducteur. Le capteur 1 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 2 est constitué d'un ensemble 15 de rayons 3 qui sont en matériau conducteur électrique et qui sont portés par une plaque de circuit imprimé 7 réalisée en matériau isolant électrique. La plaque 7 est de forme annulaire centrée sur l'axe principal A du capteur 1 et elle est plane et s'étend 20 dans un plan radial par rapport à l'axe principal A. La plaque 7 comporte une portion radiale 11 qui fait saillie radialement vers l'extérieur par rapport au bord circulaire externe 7a de la plaque 7, et qui porte des portions 24 des rayons 14 pour le 25 raccordement électrique du capteur 10. Dans un mode de réalisation, les rayons 3 recouvrent les deux faces radiales 7c, 7d de la plaque 7, et des trous métallisés, qui traversent la plaque 7 au niveau des extrémités des rayons 3, relient les 30 rayons 3 situés sur une face radiale de la plaque 7 aux rayons 3 situés sur l'autre face radiale de la platine principale 16. Un tel bobinage a par exemple été proposé dans le document EP 0 573 350 Al. Dans un autre mode de réalisation, la plaque est constituée par l'assemblage d'au moins deux 5 circuits partiels comprenant chacun un bobinage de type Rogowski tel que décrit dans le document EP 1 596 205 Al. Les rayons 14 sont réalisés sur les faces radiales de la plaque 7 selon un procédé connu. 10 Par exemple par impression, ou dépôt de matériau conducteur sur les faces de la plaque 7, ou bien en recouvrant la totalité des faces de la plaque 7 par une couche uniforme de matériau conducteur, en retirant une partie du matériau conducteur à l'aide de masques et 15 d'acide pour ne laisser que la portion de matériau conducteur qui forme les rayons 14. Afin de protéger le capteur contre les contraintes d'environnement (telles qu'une variation brusque de température, l'humidité, l'eau, ou encore 20 les chocs mécaniques engendrés par exemple par une chute ou des vibrations), la plaque 7 portant au moins un bobinage formant un enroulement de Rogowski est noyée dans une résine polyuréthane 10. La résine polyuréthane 10 peut notamment être surmoulée par 25 injection sur la plaque 7 de manière à en recouvrir les faces radiales 7c, 7d, le bord circulaire externe 7a et le bord circulaire interne 7b. Grâce à la résine, l'étanchéité du capteur peut présenter un indice de protection 1P67 conférant 30 une protection totale contre la poussière et une protection contre les effets de l'immersion La résine polyuréthane 10 est de préférence semi-rigide, ce qui lui confère une certaine élasticité, caractérisée par un allongement supérieur à 50%, contribuant à une meilleure résistance aux rayures, chocs et chutes. A titre d'exemple non limitatif, la résine polyuréthane présente les caractéristiques suivantes : - Allongement : 60% ; - Domaine de température : -40°C-180°C ; - Conductivité thermique : 0.67 W/m.K ; - Dureté shore D : 50 ; - Contrainte de rupture à la traction : 4 MPa ; - Coefficient de dilation : 50 ppm/°C. Dans un mode de réalisation de l'invention, le capteur 1 comporte en outre une paire de couches électriquement isolantes 8 qui sont disposées axialement de part et d'autre de la plaque 7 de manière à prendre la plaque 7 en sandwich, et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane 10. Les couches électriquement isolantes 8 sont par exemple réalisés en mylar (marque déposée). Le capteur 1 peut en outre comporter une paire de couches métalliques 9 qui sont disposées axialement de part et d'autre de l'ensemble formé par la plaque 7 et les couches électriquement isolantes 8 de manière à prendre en sandwich la plaque 7 et les couches électriquement isolantes 8, et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane. Les couches électriquement isolantes 8 et 30 les couches métalliques 9 ont de préférence une forme similaire à la forme annulaire que la plaque 7, avec par exemple des diamètres interne et externe qui coïncident. L'ensemble formé par les couches électriquement isolantes 8 et les couches métalliques 9 qui vient entourer le bobinage porté par la plaque réalise un condensateur avec le capteur qui permet de filtrer les perturbations électromagnétiques, notamment haute fréquence. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le capteur comporte en outre une mémoire informatique également noyée dans la résine polyuréthane, et par exemple disposée au niveau de la portion radiale 11 de la plaque 7. Il s'agit par exemple d'une mémoire non volatile, typiquement une mémoire EEPROM, dans laquelle on va pouvoir venir stocker des paramètres d'étalonnage du capteur. La présence d'un mémoire permet de conserver des paramètres d'étalonnage dans le capteur et non dans l'électronique de traitement, ce qui permet lors d'opérations de maintenance d'échanger l'électronique sans avoir à procéder à sa reprogrammation. Il en découle une simplification des opérations de maintenance. Dans encore un autre mode de réalisation, le capteur comporte en outre une sonde de température 12, typiquement une sonde P1100, également noyée dans la résine polyuréthane, et par exemple disposée au niveau de la portion radiale 11 de la plaque 7 où elle y soudée. Outre une amélioration de la précision en température, la présence d'une sonde de température permet de compenser la dérive en température sans avoir à changer la résistance de charge de l'électronique de traitement, ce qui permet d'utiliser la même électronique de traitement pour différents capteurs. Il en découle une meilleure industrialisation de l'électronique de traitement. Dans encore un autre mode de réalisation, le capteur comporte en outre un câble blindé, par exemple un câble à huit paires torsadées, relié à l'une de ses extrémités à la plaque 7, par exemple au niveau de la portion radiale 11 de la plaque via une attache mécanique 4, et doté d'un connecteur 6 à l'autre de ses extrémités, par exemple un câble M12, 8 broches moulé étanche IP67. Le capteur est ainsi fabriqué sur un circuit imprimé sur lequel peuvent est soudés une mémoire, un thermomètre et le câble de sortie. L'ensemble est relativement fragile et est sensible aux dilatations thermiques et contraintes mécaniques. Les soudures, pistes, traversées (via) et composants électroniques (plastiques et autres matériaux) peuvent cassés sous des contraintes de dilatations thermiques ou sous des chocs mécaniques (chute). Une résine époxy est très rigide, peu élastique avec un coefficient de dilatation faible en comparaison de ceux des composants électroniques soudés sur le capteur. En choisissant une résine polyuréthane, notamment une résine polyuréthane semi-rigide qui a fort allongement, notamment un allongement supérieur à 50%, par exemple un allongement de 60%, on apporte une souplesse qui évite d'endommager les composants électroniques, les soudures et traversées (via) du circuit imprimé lors des dilatations thermiques et des chocs mécaniques. La résine polyuréthane remplit un rôle d'amortisseur en cas de chute, ce que ne fait pas une résine époxy.5 REVENDICATIONS1. Capteur de mesure de courant (1) comportant une plaque de circuit imprimé (7) portant au moins un bobinage (2) formant un enroulement de Rogowski, caractérisé en ce que la plaque (7) est noyée dans une résine polyuréthane (10). 2. Capteur selon la revendication 1, comportant en outre une paire de couches électriquement isolantes (8) qui sont disposées de manière à prendre la plaque (7) en sandwich et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane (10). 3. Capteur selon la revendication 2, comportant en outre une paire de couches métalliques (9) qui sont disposées de manière à prendre en sandwich la plaque (7) et les couches électriquement isolantes et qui sont également noyées dans la résine polyuréthane (10). 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, comportant en outre une mémoire (5) également noyée dans la résine polyuréthane. 5. Capteur selon la revendication 4, dans lequel la mémoire (5) est une mémoire non volatile dans laquelle sont stockées des paramètres d'étalonnage du capteur.30 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, comportant en outre une sonde de température (12) également noyée dans la résine polyuréthane (10). 7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, comportant en outre un câble blindé relié à l'une de ses extrémités (4) à la plaque de circuit de circuit imprimé et doté d'un connecteur (6) à l'autre de ses extrémités. 8. Capteur selon la revendication 7, dans lequel la plaque de circuit imprimé est de forme annulaire et présente une portion (11) faisant saillie radialement vers l'extérieur, le câble blindé étant relié à la plaque au niveau de ladite portion. 9. Capteur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la résine polyuréthane est une résine semi-rigide dont l'allongement est supérieur à 50%.20