Junio 2009

Tecnología Rogowski

Introducción

Los sensores de corriente basados en la bobina de Rogowski se han utilizado desde sus primeros desarrollos para la me-dición de transitorios en laboratorios de altas corrientes y en otras aplicaciones de gran ancho de banda. Debido a las características que ofrece esta tecnología, los transductores de Rogowski se han convertido en el sensor preferido de la actual generación de instrumentos de aplicación industrial. Igual tendencia se observa en los medidores de consumo de energía eléctrica utilizados para la facturación.Una de las principales ventajas de la bobina de Rogowski es su linealidad inherente. Al no poseer elementos susceptibles de saturación magnética su rango dinámico es excepcional-mente amplio. Un mismo sensor puede utilizarse para medir corrientes inferiores a 1A o corrientes del orden de los kA. La tensión de salida del sensor está dada por la ecuación:

Figura 2

Desde el punto de vista constructivo, el sensor primario con-siste en un arrollamiento de alambre sobre un núcleo no mag-nético de forma toridal. Con arrollamientos del tipo rígidos, pueden obtenerse precisiones inferiores al 0,1% en todo el rango dinámico, pero presentan la desventaja de no poder insertarse en el circuito de medición sin interrumpir el su-ministro. Los arrollamientos semirigidos o de núcleo partido son los que siguen en precisión (en el orden del 0,1%), y no presentan la desventaja de los rígidos.Por lo general, los arrollamientos de tipo flexible son los de uso mas conveniente para aplicaciones industriales y en equipos portátiles. Las precisiones que se obtienen con estos son del orden de 0,2% en todo el rango dinámico. Ofrecen la posibilidad de poder utilizarse en espacios confinados y de poder abrazar conductores de gran sección, incluso medir simultáneamente corrientes de diferentes conductores.

La calidad del transductor Rogowski esta muy condicionada a la precisión constructiva para asegurar la homogeneidad del arrollamiento y su durabilidad con el uso. Las imperfecciones en la geometría del arrollamiento tornan al sensor susceptible a la captación de campos magnéticos externos, provenientes de conductores adyacentes. Asimismo, estas pequeñas varia-ciones constructivas devienen en una variación de la salida del transductor en función de la posición del conductor den-tro del área de la ventana.

en donde μ núcleo es la permeabilidad magnética del núcleo, N el número de espiras, y A el área transversal del núcleo.

Figura 1

La característica derivativa del sensor primario hace necesa-ria la integración de la tensión de salida.En las aplicaciones de alta frecuencia (>100kHz) es factible el uso de un integrador pasivo. Para las aplicaciones indus-triales (50/60Hz) es necesario implementar un integrador ac-tivo conformado por un amplificador operacional cuya carac-terística de salida típica se observa en la figura 2.La tensión de salida del conjunto sensor e integrador será proporcional a la corriente según la ecuación:

Figura 3

Junio 2009

Verificaciones de rutina y calibración, reco-mendaciones de instalación:

Luego del proceso de fabricación del transductor modelo TI-Flex ®, los sensores son sometidos a ensayos de lote donde se verifica la homogeneidad del arrollamiento. Mediante esta prue-ba se busca detectar piezas que no cumplan con los límites espe-cificados, tanto en sensibilidad posicional como en la captación de campos vecinos. Se observa en la tabla 1 los resultados típi-cos del ensayo de rutina de un lote de producción.Durante la calibración del TI, se coloca la corriente de re-ferencia atravesando el punto 1 de la figura 3 obteniéndose

en esta posición errores relativos en la banda de +-0,2%. La posición adoptada para la calibración se debe que esta, a dife-rencia de la posición central puede ser fácilmente alcanzada y mantenida en condiciones de uso normales.En la figura 3 se destaca un área próxima al cierre del lazo, que debe ser evitada durante la instalación del TI, ya que por tratarse del solapamiento del bobinado presenta una discontinuidad, y un consecuente aumento del error en la medición. Puede obser-varse en los resultados mostrados en la tabla 1 que la instalación del TI-Flex® en otros puntos diferentes al de calibración (1) no condiciona la clase de la medición aunque incrementa la incerti-dumbre de la medida hasta un máximo de +-1%.

Transductor Rogowski Flexible modelo TI-Flex ® y transductor Rogowski semirigido modelo TI-Q.

Posi en mV, e% error relativo, 5 y 6 corresponden a posición del TI en un plano oblicuo de ±75º respecto a la perpendicular del conductor.Tabla 1