3Facultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica. Sensores de corriente.

[footnoteRef:1] [1: ]

SENSORES DE CORRIENTE

Mendoza Trujillo Sayil.Sayil2930@gmail.com, proteo_cls@hotmail.comFacultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica.

ResumenUn sensor es un dispositivo elctrico o mecnico que convierte magnitudes fsicas tales como luz, corriente, voltaje, entre otros en valores medibles.

INTRODUCCINLos sensores de corriente fueron creados por la necesidad de medir o monitorear la corriente en algunos procesos ya sea corriente continua o corriente alterna. Sin embargo los sensores de corriente se clasifican de cuatro maneras las cuales dependen de la manera de operacin que cada uno de estos utiliza, es decir: transformador de corriente, bobina de Rogowski, efecto Hall y el Shunt de corriente a baja resistencia, de los cuales tambin se dividen de acuerdo a la marea en que se acoplan al sistema donde se llevar a cabo la medicin o bien denominados como invasivos o no invasivos.

SENSORES DE CORIENTE.Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Estas variables de instrumentacin son muy variadas y estn presentes en todo tipo de fenmenos fsicos y qumicos, dentro de estas se puede mencionar la temperatura, la presin, la posicin, la humedad, la fuerza, la intensidad luminosa, la aceleracin, el caudal, el ph, la corriente, el voltaje, la corriente, etc.Sin embargo se hace un enfoque a los sensores de corriente por lo cual se puede decir que los sensores de corriente son usados para monitorizar corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una vlvula o desconectar una bomba. Por otro lado los sensores de corriente lineales duplican la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una mquina.Existen cuatro tipos de sensores de corriente: Transformador de corriente. Bobina Rogowski. Shunt de corriente de baja resistencia.Sensor de efecto Hall. Dentro de los cuales algunos son denominados invasivos o no invasivos, esto se refiere a que cuando un sensor interviene en el circuito haciendo que este cambie su configuracin es considerado como invasivo, de lo contrario si el sensor de corriente se instala sin afectar o modificar el circuito se considera como no invasivo.

A. Transformador de corriente.Un transformador es un artefacto electromagntico, que permite disminuir o aumentar la tensin de un circuito elctrico, o pasar de corriente alterna a corriente continua. Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado. En un transformador ideal, la potencia que ingresa al equipo es igual a la de salida. Pero en la realidad, siempre existir una pequea prdida, dependiendo del tamao o diseo, etc.Entre 1884 y 1885, los ingenieros hngaros Zipernowsky, Blthy y Deri de la compaa Ganz crearon en Budapest el modelo ZBD de transformador de corriente alterna, basado en un diseo de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs slo disearon un modelo de ncleo abierto). Descubrieron la frmula matemtica de los transformadores.Los transformadores de corriente cumplen un rol fundamental en la vida cotidiana de las personas en general y de las empresas que hacen de la utilizacin de estos dispositivos una parte fundamental del funcionamiento de la amplia gama de industrias que existen en nuestro pas y en el mundo. Para transportar corriente, los transformadores permiten llevar tensiones elevadas, con baja intensidad para minimizar la prdida de potencia ocasionada por la resistencia de los conductores. Para circuitos electrnicos como los de radio, podemos utilizar transformadores de impedancia. En el uso cotidiano, la mayora de los artefactos elctricos que utilizamos, requieren de un transformador para ajustar la corriente de la red a los requerimientos de funcionamiento. Por ejemplo, los monitores de las computadoras, los aparatos reproductores de CDs, los telfonos celulares, etc.

Fig. 1: Efecto inductivo (transformador).

B. Bobina de Rogowski.La bobina Rogowski, llamada as en honor a su inventor Walter Rogowski, es un dispositivo electrnico, usado como transductor para medir corriente alterna (AC) o pulsos rpidos de corriente. Esta consiste en una bobina uniformemente arrollada en un ncleo de material no magntico de seccin transversal constante, distribuido en forma de lazo cerrado. La forma ms simple es la de un toroide circular cerrado y rgido, o abierto y flexible para que pueda cerrarse sobre s mismo y as facilitar su montaje alrededor de un conductor por el que circula la corriente a evaluar. La funcin de esta bobina es aplicar la Ley de Ampere, la cual dice que la corriente que circula por un conductor es proporcional a la integral de circulacin de la intensidad de campo magntico alrededor de un camino cerrado que rodea a dicho conductor.Dentro de las grandes ventajas de utilizar la bobina Rogowski es que al poseer ncleo de aire no presenta histresis, saturacin o problemas de no linealidad (ver figura 4). Adems posee una elevada capacidad para manejar altas corrientes, siendo el lmite superior terico de la bobina el voltaje de ruptura del mismo aire. Por ltimo se destaca que posee un bajo costo con respecto a otras tecnologas de sensores de corriente. Algunas aplicaciones de este tipo de sensores los podemos ver en los reconectadores de media detencin, ya que gracias a su gran precisin y caractersticas especiales de esta tecnologa es posible mejorar considerablemente las prestaciones de proteccin, ya que permite medir las corrientes de fase y residual con algunas ventajas claves sobre las bobinas con ncleos de aceros.

Fig. 2: Representacin de la bobina de Rogowski.

C. Shunt de corriente de baja resistencia.De los distintos tipos de sensores, los Shunt de corriente son los de menor valor, adems de ofrecer una lectura sencilla y con una buena precisin. Este tipo de sensor es la solucin ms utilizada (popular) para la medicin de corriente. Cuando se realizan las mediciones de corriente con alta precisin, es necesario tener en cuenta la inductancia del Shunt (relacin entre el flujo magntico y la intensidad de corriente elctrica, generalmente positiva) y aunque slo a frecuencias relativamente altas afecta la magnitud de la impedancia (medida que establece la relacin (cociente) entre la tensin y la intensidad de corriente), ya que su efecto es suficiente para provocar un error a un bajo factor de potencia. Por lo tanto es importante seleccionar una resistencia Shunt apropiada de sensor de corriente que debe tener un valor muy bajo de resistencia para minimizar la disipacin de potencia, un valor bajo de inductancia y una tolerancia razonablemente pequea para mantener una precisin global en el circuito.

D. Sensor por efecto Hall.Para ilustrarse este tipo de sensores es necesario conocer primero el efecto Hall, el cual es una consecuencia de la fuerza que se ejerce sobre una carga elctrica en movimiento cuando se encuentra sometida a la accin de un campo elctrico y un campo magntico. En 1879 el fsico E. Hall descubri que cuando un conductor sobre el que circulaba corriente era colocado en un campo magntico de direccin perpendicular a la misma, poda medirse una pequea diferencia de potencial en la direccin perpendicular a la corriente y al campo. El sensor de efecto Hall sirve para la medicin de campos magnticos o corrientes, o para la determinacin de la posicin. Su funcin sigue unos pasos en donde si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magntico que fluye en direccin vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magntico y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magntico; si se crea el campo magntico por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.

Si tanto la fuerza del campo magntico como la corriente son conocidas, entonces se puede usar el sensor Hall como detector de metales.

Existen dos tipos principales de sensores de Efecto Hall, anillo abierto (open-loop) y anillo cerrado (closed-loop). El segundo ofrece mejor precisin y rangosdinmicos ms amplios pero a un costo mayor, y la mayora de los sensores de Efecto Hall que se encuentran en medidores de energa usan el diseo anillo abierto para lograr costos ms bajos. El sensor de Efecto Hall tiene una excelente respuesta a la frecuencia y est capacitado para medir corrientes muy altas.

La seal obtenida del sensor Hall puede ser procesada para dar una seal digital o analgica. De modo que cuando desea obtener una salida los sensores se denominan interruptores Hall. Y cuando se requiere que la salida sea proporcional a la seal que se desea medir, se denominan sensores Hall de tipo lineal. Estos ltimos son los empleados para la medida de corrientes y cubren un rango que se extiende desde pocos mA hasta cientos de mA.

Fig. 3: Efecto Hall.

CONCLUSION.Los sensores de corriente son de vital importancia para controlar los procesos que estn involucrados con altas corrientes, por ejemplo en industrias manufactureras, centrales hidroelctricas, empresas que poseen generadores y que se autoabastecen de energa elctrica, debido a que es importante mantener bajo control esta variable de instrumentacin para as evitar sobrecargas, cortocircuitos, accidentes relacionados con el tema elctrico. Existen muchas maquinarias que funcionan con electricidad y que por ende deben ser monitoreadas mediante un sensor.

Universidad de Colima.