Brevet FR3132953A1 — publié le 20230825

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] Système de fermeture magnétique pour boucle Rogowski 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. L’invention est maintenant expliquée en détail par la description de divers modes de réalisation, en référence aux dessins annexés. 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. 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. 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). 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. 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. 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. 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. montre le capteur objet de la présente invention, en position légèrement ouverte. présente l’art antérieur. illustre le capteur en position fermée. 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. décrit un capteur constitué de 2 boucles (4a) et (4b) agencées en série de manière à entourer le conducteur (5). 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. 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. 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). 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. 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). 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.