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FIEE 2023

Participação de destaque da AMDS4 juntamente com a LEM na Feira de Eletrônica FIEE 2023

Inovação e Excelência em Transdutores de Corrente e Tensão

A Feira Internacional da Indústria Elétrica, Eletrônica, Energia e Automação (FIEE) é um evento de renome mundial que reúne os principais players da indústria eletrônica. Neste ano, a LEM International, reconhecida no mercado por sua excelência na fabricação de transdutores de corrente e tensão, marcou presença na FIEE 2023, juntamente com sua parceira de longa data a AMDS4 Componentes Eletrônicos que os representa desde 1988, demonstrando seu compromisso com a inovação e qualidade. Este artigo irá destacar a participação significativa da LEM/AMDS4, apresentando seus destaques e os avanços tecnológicos que apresentaram ao público entre os dias 18/07/2023 à 21/07/2023.

A participação da LEM/AMDS4 na FIEE foi marcada por diversos destaques notáveis, que reforçaram sua posição como líder no setor de transdutores de corrente e tensão. Entre os principais pontos destacam-se:

  • – A LEM e AMDS4 aproveitaram a FIEE como uma plataforma estratégica para apresentar seus mais recentes lançamentos aos profissionais do setor eletroeletrônicos do mercado sul-americano. Os novos transdutores de corrente lançados pela empresa foram aclamados por sua precisão, confiabilidade e recursos inovadores, que atendem às demandas crescentes do mercado. Como exemplo, sua nova série de transdutores de corrente de loop aberto que possui banda de frequência de até 1 MHz a série HOB. Seu novo transdutor para medir corrente de fuga, os transdutores da série CDSR. E seu mais novo e pioneiro equipamento para tarifação de energia em carregadores veiculares, o DC Meter DCBM.
  • Datasheets: Série HOB CDSR 0.07-NPSérie DCBM
  • – Além de sua presença na exposição, a LEM e AMDS4 organizaram uma palestra especializa para compartilhar conhecimentos técnicos e tendências do setor. O engenheiro José Eduardo da AMDS4 especialista nos produtos LEM por mais de 30 anos discutiu temas como medição de corrente e tensão em diversas aplicações, porém os destaques foram em aplicações em energia renováveis e aplicações para Veículos Elétricos assim como sua infraestrutura “EV Chargers”. Essas atividades proporcionaram um ambiente educativo e permitiram a interação direta entre a equipe LEM/AMDS4 e os profissionais presentes na feira.
  • – A FIEE é um evento conhecido por reunir uma vasta rede de profissionais e empresas do setor eletrônico. A participação da LEM/AMDS4 permitiu estabelecer novos contatos, fortalecer relacionamentos existentes e explorar oportunidades de parcerias estratégicas. Essas conexões são essenciais para impulsionar o crescimento e a colaboração na indústria.

A participação da LEM/AMDS4 na FIEE 2023 foi um verdadeiro sucesso, reafirmando sua posição como líder no mercado de transdutores de corrente e tensão. Através do lançamento de novos produtos, demonstrações de tecnologia avançada, palestras especializadas e networking estratégico.

Saiba mais em www.amds4.com.br ou entre em contato através de nosso e-mail amds4@amds4.com.br

Congresso LEM 2023

AMDS4 participa do 13º Congresso LEM -Genebra/Suíça 2023

Equipe LEM, e Representantes/Distribuidores oficiais do grupo LEM de cada PaísNova fábrica de Genebra

Entre os dias 24 e 27 de Abril de 2023 , nosso diretor técnico-comercial José Eduardo Antonio, assim como os engenheiros Vinicius Formenti Antonio e Leonardo Formenti Antonio estiveram em Genebra, Suíça, participando do treinamento e congresso técnico da LEM International.

Instalações da fábrica em Genebra

Nesses dias foram realizadas diversas apresentações, tanto sobre temas de tendências de mercado assim como novos lançamentos que começarão à serem disponibilizados à partir do segundo semestre de 2023.

A tendência da vez, são os Veículos Elétricos (EV) e Carregadores Veiculares (AC/DC Chargers), nesta categoria se destacam 3 componentes em especifico, a série DCBM, equipamento para contabilizar os gastos e tarifação de carregadores veiculares na parte DC do carregador, e os sensores para medir corrente de fuga (séries CDSR e CDT), para serem utilizados na parte AC do carregador.

Coffee break entre as palestras

Também se destacam os futuros sensores miniaturizados de instalação para SMD, o novo HMSR DA (saída digital) e o novo FHS AH 600, este tendo como principio de medição, medir a corrente através da leitura do campo magnético que passa pela trilha.

Transdutores de corrente (AC/DC) com resposta rápida, com banda de até 1 MHz também será lançado, a série HOB foi desenvolvida para aplicações com tecnologia MOSFET SiC.

Outra série que chamou bastante a atenção de nossa equipe, foi a OLCI, esta série virá para medir altas correntes (AC/DC) e proporcionará ao usuário uma grande abertura de janela e alguns modelos, podendo ser bipartido.

Se você se interessou por algum desses novos lançamentos, fale conosco pelo amds4@amds4.com.br que lhe enviaremos mais informações.

Apresentação da nova fábrica na Malásia
Palestra de treinamento

Outro ponto que não podemos deixar passar, é o lançamento da quinta fábrica da LEM, devido ao crescimento do mercado a LEM julgou necessário sua expansão e após inúmeros estudos foi decidido abrir uma unidade fabril na Ásia, mais precisamente na Malásia, esta fábrica à princípio ficará pronta no final deste ano de 2023, iniciando suas atividades à partir de 2024, com isso possibilitará diminuição de prazos de entrega e maior quantidade de componentes no mercado.

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Onde nossos Sensores entram em um Sistema de Energia Solar?

Primeiramente, vamos resumir em que consiste um sistema solar; basicamente, o sistema solar possui dois módulos fundamentais para a geração de energia: as placas solares, responsáveis pela captação da energia fotovoltaica que se transforma em corrente CC, e um inversor de frequência, responsável pela transformação da corrente CC em corrente CA, que é tratada pelo inversor e enviada à rede de energia.

Há também sistemas mais complexos, que se aplicam em fazendas solares de geração de energia. São constituídos por três módulos: as colunas de placas (chamadas de strings), onde a corrente CC que foi gerada pela capitação fotovoltaica entra no segundo módulo, chamado de Combiner BOX; sua função é receber toda a corrente gerada por todas as colunas de placas e enviar a soma dessas correntes para o inversor de frequência, que transforma a corrente CC em CA e envia a mesma já tratada à rede elétrica.

Onde nossos sensores são empregados?

Os sensores estão presentes em dois dos três módulos presentes nesses sistemas.

1. Combiner Box

O inversor solar é um equipamento presente em todos os projetos de energia fotovoltaica, sendo considerado o coração do sistema de geração de energia fotovoltaica, responsável por converter a corrente elétrica contínua (CC) em corrente alternada (CA). Possui o papel secundário de garantir a segurança do sistema fotovoltaico e de medir a energia produzida pelos painéis solares, visando o monitoramento do desempenho de todo o sistema.

-Inversor Solar de Frequência Bifásico

Aplicação Sensores LEM
Lado CC Séries: GO*, HMSR(novo), HLSR
Lado CA Séries: LES, LESR*, LKSR, HLSR
Corrente Residual Séries: LDSR*, CTSR

*mostrado no exemplo

-Inversor Solar de Frequência Trifásico

 

Aplicação

Sensores LEM
Lado CC Séries: GO, HMSR, HLSR*
Lado CA Séries: LES, LESR,CKSR, LKSR, LZSR*(novo)
Corrente Residual Séries: LDSR*, CTSR

*mostrado no exemplo

 

2. Combiner Box

A Combine Box é utilizada para receber os sinais em corrente contínua de diversas colunas de placas fotovoltaicas, que são direcionadas em uma única saída, que será recebida pelo inversor solar. Além de sua função básica de converter todas as correntes provenientes das placas em um único sinal, a combiner box também é projetada para fornecer proteção contra sobrecorrente e sobretensão, aumentando a confiabilidade dos inversores.

Em sua grande maioria, as placas eletrônicas da Combiner Box são constituídas por uma grande quantidade de sensores, sendo que cada sensor recebe a corrente de cada conjunto de placas. A soma das saídas de cada transdutor é direcionada ao inversor de frequência. Hoje, a LEM tem uma alternativa para substituir o conjunto de sensores por um único modelo de maior corrente, com objetivo de reduzir custos e simplificar o projeto.

Página dos sensores indicados ao longo do artigo:

Série GO: https://www.amds4.com.br/series/1/55/1/GO—SMD

Série HMSR: https://www.amds4.com.br/series/1/104/1/HMSR-SMS

Série HLSR: https://www.amds4.com.br/series/1/82/1/HLSR

Série LES/LESR/LKSR: https://www.amds4.com.br/series/1/53/1/LES—LESR—LKSR—LPSR—LXS—LXSR

Série CKSR: https://www.amds4.com.br/series/1/65/1/CAS—CASR—CKSR

Série LZSR:  https://www.amds4.com.br/series/1/105/1/LZSR

Série LDSR: https://www.amds4.com.br/series/1/97/1/LDSR

Série CTSR: https://www.amds4.com.br/series/1/81/1/CTSR

Série HO xx-P: https://www.amds4.com.br/series/1/62/1/HO-6—25-P

Série LF xx10: https://www.amds4.com.br/series/1/73/1/LF-XX10-S

 

Acesse nosso site para informações de outros sensores:

www.amds4.com.br

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Situação e perspectivas da Energia Solar no Brasil

Apesar de contar com uma das matrizes energéticas mais renováveis do mundo, possuindo, aproximadamente, 83% de fontes renováveis para a produção de energia elétrica, o Brasil ainda encontra alguns desafios para alcançar as metas de utilização. No entanto, o número de sistemas fotovoltaicos instalados no território brasileiro tem crescido consideravelmente se considerarmos os custos de aquisição, que ainda são altos devido à falta de incentivos por parte do governo.

Pensando nisso, é necessário que o país invista cada vez mais na oferta de incentivos, linhas de crédito e financiamento, a fim de estimular a diminuição dos preços da tecnologia alternativa e contribuir para a geração de energia que não afete o meio ambiente.

Pode-se observar, ainda, que o Brasil possui uma vantagem por conta do extenso potencial energético a partir da energia solar, tendo em vista que os níveis de incidência solar são superiores aos de países que desenvolvem projetos fotovoltaicos com mais frequência, como Alemanha, França e Espanha. Portanto, a geração de energia fotovoltaica precisa ser amplamente explorada no país, já que possui os estímulos fundamentais para isso.

Além disso, estima-se que, em 2024, o território brasileiro contará com aproximadamente 887 mil sistemas de energia solar conectados à rede, estabelecendo uma maior economia em relação às distribuidoras convencionais, além da manutenção e preservação ambiental do país.

Vantagens na utilização da Energia Solar

  • A energia solar é totalmente renovável.
  • A energia solar é infinita.
  • Não faz barulho.
  • Não polui.
  • Manutenção mínima.
  • Baixo custo considerando a vida útil de um sistema fotovoltaico
  • Fácil de instalar.
  • Pode ser usado em áreas remotas onde não existe energia.
  • Casas que possuem energia solar fotovoltaica instalada podem gerar a sua própria energia renovável e assim praticamente se livrar da sua conta de luz para sempre.
  • Sistemas fotovoltaicos valorizam a propriedade.
  • Quanto mais energia solar instalada no Brasil menor é a necessidade de utilizarmos as usinas termoelétricas que são caras e, menor a inflação na conta de luz.
  • A indústria de energia solar no Brasil gera milhares de empregos todos os anos.

Benefícios ambientais da produção de energia solar no Brasil

  • A energia solar traz diversos benefícios ambientais para o Brasil. Se uma boa parte da população instalar energia solar nas casas e empresas, não seria mais necessário inundar áreas imensas da floresta amazônica para construir usinas hidrelétricas absurdas como a Belo Monte.
  • Uma usina solar de 100MWp gera energia para 20.000 casas e evita a emissão de 175.000 toneladas de CO2 por ano.

Desvantagens da Energia Solar no Brasil

  • Não pode ser usada durante a noite.
  • Para armazenar a energia solar é necessário o uso de baterias o que pode encarecer o custo do sistema fotovoltaico como um todo.

 Exemplos da energia solar no Brasil

A energia solar no Brasil é amplamente utilizada em residência, estabelecimentos comerciais, indústrias, no agronegócio e até mesmo em usinas solares. Assim, a geração de energia solar pode ser aproveitada para o aquecimento de água a partir do calor produzido, além de gerar eletricidade fotovoltaica, sendo distribuída ou centralizada.

Desta forma, ainda podemos dizer que a energia solar possui grande utilidade em refrigeração, processos industriais e domésticos, além da geração de empregos e preservação do meio ambiente. Por isso, o incentivo governamental à nova tecnologia é fundamental para que a solução torne-se cada vez mais acessível aos consumidores, prezando pela economia e sustentabilidade.

Em meio a tantos benefícios que a energia solar traz com seu consumo, também podemos destacar que se trata de uma energia inesgotável, ou seja, é a opção mais viável para que seus filhos e netos possam aproveitá-la no futuro. Além disso, a instalação de seu sistema para a geração de energia é feita de modo simples e possui mínima manutenção, sendo necessária a limpeza dos painéis solares apenas 2 vezes ao ano!

Localização da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil

Atualmente, a energia solar no Brasil é utilizada por diversos brasileiros em residências, estabelecimentos comerciais de pequeno, médio e grande porte, indústrias, propriedades rurais e em serviços públicos, como iluminação de praças, escolas e outros. O número de imóveis que já utilizam energia solar fotovoltaica para a geração de eletricidade atingiu 30 mil, dividindo-se entre casas e empresas em todo o país, segundo dados do último ano (2019).

Pensando nisso, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), realizou um ranking com os principais estados que utilizam a fonte renovável de energia, totalizando dez que mais se destacam em todo o território brasileiro:

  1. Minas Gerais – 35.499,60 kW de potência instalada;
  2. Ceará – 20.619,47 kW de potência instalada;
  3. Rio Grande do Sul – 19.285,79 kW de potência instalada;
  4. São Paulo – 16.845,69 kW de potência instalada;
  5. Rio de Janeiro – 12.680,80 kW de potência instalada;
  6. Santa Catarina – 9.895,65 kW de potência instalada;
  7. Paraná – 8.363,13 kW de potência instalada;
  8. Mato Grosso – 6.855,06 kW de potência instalada;
  9. Pernambuco – 4.539,57 kW de potência instalada;
  10. Goiás – 3.938,30 kW de potência instalada.

Portanto, podemos considerar que 1,2% do total da matriz energética brasileira é composto por sistemas fotovoltaicos, majoritariamente instalados nas regiões Nordeste, Sudeste e Sul. Estados como Acre e Amazonas ficam atrás, totalizando, juntos, 13 instalações de energia solar atualmente.

Perspectivas e Ações a serem adotadas pelo Governo Brasileiro a partir de 2019

O Brasil vai mudar a matriz energética até 2029, com redução na geração hidráulica, de 58% para 42% do total produzido, e aumento significativo das fontes eólica, que praticamente vai dobrar, e solar, com participação quatro vezes maior. As usinas térmicas a gás natural vão de 7% para 14%, fazendo a parcela de fontes renováveis caírem dos atuais 83% para 80% em 10 anos. As estimativas constam do Plano Decenal de Expansão de Energia 2019-2029, divulgado em 11/02/2020 pelo Ministério de Minas e Energia (MME). O programa projeta o aumento da demanda no país e a necessidade de investimentos para atender tal crescimento. Segundo o estudo, o setor precisará de R$ 2,34 trilhões até 2029.

Do total, R$ 1,9 trilhão deve ser aportado nos segmentos de petróleo, gás natural e biocombustíveis e R$ 456 bilhões em geração centralizada ou distribuída de energia elétrica e em linhas de transmissão. O ministro de Minas e Energia, Bento Albuquerque, explicou que o plano é referência por “proporcionar a segurança energética que o país precisa para o desenvolvimento econômico”. “O mundo passa por uma transição energética, por isso temos que ter cuidado no planejamento”, destacou.

Para fazer as projeções, o secretário de Planejamento e Desenvolvimento Energético do MME, Reive Barros, afirmou que o PDE parte de avaliações socioeconômicas e de demanda por energia. “As premissas consideradas dão conta de que a população do país vai crescer a uma taxa média de 0,6% ao ano, chegando a 224,3 milhões de habitantes em 2029. O cenário referência da pesquisa considera um crescimento médio do Produto Interno Bruto (PIB) de 2,9% por ano e expansão de 2,2% do PIB per capita ao ano até 2029”, explicou.

Com os investimentos estimados, o setor de petróleo e gás do país chegará em 2029 com uma produção de 5,5 milhões de barris por dia, o dobro do registrado em 2018. “O pré-sal será responsável por 77% da produção nacional. O PDE estima o crescimento do setor em 7,2% ao ano, o que nos permite projetar que o Brasil vai sair sexta para quarta posição entre os maiores produtores mundiais de petróleo”, disse o secretário.

 

Fontes:
https://www.correiobraziliense.com.br/app/noticia/economia/2020/02/12/internas_economia,827391/energia-solar-deve-quadruplicar-no-brasil-nos-proximos-10-anos.shtml

https://www.portalsolar.com.br/energia-solar-no-brasil.html

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New LEM’s SMD Current Transducer – HMSR

A Step Forward to Miniaturization for Current Sensing in Power Conversion Systems

Modern power conversion systems must simultaneously become more efficient, smaller and cheaper than previous generation. With this in mind, the Swiss company LEM, global leader in current and voltage sensing, has used its expertise in this field to create a single chip package, the HMSR.

By Damien Leterrier, Thomas Hargé and Stéphane Rollier, LEM

 

The traditional way to measure current is to use Open Loop Hall effect sensors. The magnetic field created by a current is captured by a magnetic core and measured by a hall element. More recently, dedicated ASICs helped to increase the overall accuracy of the system using advanced compensation techniques.

 

Figure 1: Open Loop technology principle using a traditional Hall effect chip or a dedicated ASIC

 

LEM first moved into miniaturization with the LTSR product in the previous decade. At that time, the best way to ensure optimum performances was to use Closed Loop Hall effect technology in combination with a special Closed Loop ASIC designed by LEM. The evolution of ASICs technology enabled the development of Open Loop Hall effect sensors that were capable of approaching the level of performance that Closed Loop technology delivered. Not only did Open Loop technology make it easier to reduce the size of components but it also brought the cost improvements that the market demanded, thanks to it having a simpler structure and lower power consumption. This decade has seen the development of the HLSR series which not only delivers high performance in terms of offset and drift but also excellent response time – and all in a package small enough for PCBAtype applications with only a few mm height.

 

Figure 2: Evolution of the current sensor’s size over the decades

 

LEM has used the extensive know-how and design expertise that it has accumulated over many years to create the HMSR, a state-ofthe-art current sensor which satisfies the continuous market requirements of cost reduction, performance improvements and miniaturization.

 

Figure 3: HMSR current sensor

 

With this new series, LEM is expanding its miniature, current sensors range for AC and DC isolated current measurement. The new HMSR models are easy to use because they include a low-resistance primary conductor (which minimizes power losses), a miniature ferrite and a proprietary ASIC to allow direct current measurement and consistent insulation performance.

This new product category already includes six different nominal currents – 6A, 8A, 10A, 15A, 20A and 30A – with a measurement span of 2.5 times the nominal current available in a SOIC 16 “like” footprint package. Standard models provide an analogue voltage output with different sensitivity levels available, with 5V power supply versions achieving an output voltage of 800 mV @ I PN.

Built-in are two OCD (over current detection) units which separate the control application path to the safety loop. These OCDs are on two dedicated pins – one set internally at 2.93 x I PN as threshold and one externally whose threshold can be adjusted by the user.

However, HMSR sensors should not be seen as simple Open Loop Hall effect ASIC-based transducers. The HMSR unique primary conductor allows overload punctual currents and a high level of insulation. All this is combined with a ferrite-based magnetic circuit to provide excellent immunity against the external inhomogeneous fields found in power electronics applications. This enables the HMSR to be used in environments with high levels of disturbance.

The ferrite used in the HMSR is also a key factor in achieving a high-frequency bandwidth of 270 kHz (-3dB) and makes it possible to achieve good rejection against external fields.

These dedicated ASIC designs combine field-proven techniques such as spinning, programmable internal temperature compensation (EEPROM) for improved gain and offset drifts. The result is high levels of accuracy across a range of temperatures, from -40°C to +125°C with a typical value of 0.5 % of I PN (the HMSR 20-SMS model). Power conversion applications such as solar inverter or drives demand high efficiency levels and these can be reached only if the control loop is accurate.

The accuracy over temperature figures have been greatly improved on the HMSR in comparison to the previous generation of products. The graph below shows the low level of typical overall error across a measured current with the HMSR 20-SMS, as well as very good linearity on a wide temperature range (-40°C to +125°C).

 

Figure 4: Typical overall accuracy and linearity for HMSR 20-SMS model from -40°C to +125°C)

 

Figure 5: HMSR response time

 

However, such accuracy is not enough if it isn’t backed by a fast response time. To this end, the deployment of a fast IGBT, like SiCbased technology, increases the possibility of working with a faster switching frequency – the HMSR is proven to be ready for such demanding technology with a response time below 2uS (see Figure 5).

In multiple applications, HMSR sensors can be mounted directly onto a printed circuit board as SO16 SMD devices, reducing manufacturing costs and providing much needed space-saving for restricted environments. At just 6mm high, the HMSR offers significant space-saving in applications, making it ideal for placing under the heatsink over intelligent power modules (IPMs) (see figure below).

 

Figure 6: HMSR mounted with IPM

 

Another area where the HMSR will deliver significant benefits in terms of current measurement is in solar applications.

In particular, the maximum power point tracker (MPPT), an important asset in solar energy conversion, is a collection of components that maximize the power generated from a photovoltaic (PV) panel. It does this by regulating current and voltage depending on temperature, sunshine and total resistance of the system. The control system permanently analyses the system output after injecting a small perturbation (using the perturb and observe method). The MPPT then analyses the resulting power (by sensing voltage and current) and deducts the parameter to change in order to reach the MPP (maximum power point). The MPPT then changes the pulse width modulation (PWM) to adapt the voltage of the DC/DC converter.

 

Figure 7: Maximum Power Point

 

Figure 8: MPPT architecture

 

The greater the accuracy and lower the noise, the better the performance from the MPPT will be. Using LEM’s state-of-the art ASIC, the HMSR provides a highly accurate and very low-noise signal which allows the system to operate to its optimal level.

What’s more, string current monitoring makes it possible to compare several strings and to detect issues such as faulty wiring, dirt on the panels and shadows created by growing trees. Here, the excellent accuracy of the HMSR will enable strings to be compared.

In addition, the DC/DC converter used in the MPPT uses highfrequency regulation (around 80kHz), creating high dV/dt which is harmful for electronic components. Thanks to its ruggedized design, the HMSR offers significant resistance to such a noisy environment.

This immunity can easily be checked by applying dV/dt through the sensor and observing the output reaction.

The following graphs (figure 9) show the low disturbance created by applying dV/dt through the sensor. The error generated is only 3% of full scale with a recovery time of 3.8 uS.

HMSR 20-SMS tested with pulsed voltage of +/- 1000 V at 20kV/uS :

 

Figure 9: Error generated at the HMSR output after applying dV/dt

 

The two available built-in OCDs on the HMSR will also protect transistors on the inverter from short-circuiting and overload. This kind of detection and protection is an important feature for multiple applications like HVAC on the DC link or motor drive applications. Most modern variable-frequency drives (VFDs) incorporate a motor overload algorithm and the OCD function on the HMSR will make detection much easier, preventing the overheating of equipment. Having two distinct OCDs provides the opportunity to monitor overload and short-circuit events separately.

Of course, isolation requirements could be an issue for the adoption of IC packages when it comes to choosing a current sensor. For example, in the solar industry power plants are often used with higher DC voltages, up to 1500V in order to increase the DC/AC power ratios. This dramatically increases the isolation needed for a current converter.

The long internal distance between primary and secondary sides helps to isolate the primary bar with the rest of the IC, giving a very high level of isolation guaranteed at 4.95kVRMS (at an AC insulation test voltage of 50 Hz, 1 min). This level will be guaranteed for 100% of the shipped products that are tested during production assembly. The special footprint of the HMSR allows 8mm creepage and clearance distances on the landing pad.

A higher comparative tracking index (CTI) means a lower minimum creepage distance is needed and with a CTI of > 600, according to the IEC 62109-1 (Safety of power converters for use in photovoltaic power systems), the working voltage for the HMSR reaches 1600V, which means it is ideally suited to such high-constraint applications.

Another key requirement in the solar industry is that equipment needs to be surge tolerant up to 20kA to offer effective lightning protection. With the HMSR placed directly on to the string inputs that are subject to lightning, components will be extremely robust against such powerful current surges. Indeed, the HMSR has been designed and tested to this level according to the standard 8/20 uS surge test profile.

 

Figure 10: Typical overcurrent surge profile in solar applications

 

LEM has developed an HMSR evaluation board that makes it possible to prototype and test quickly the extraordinary performances of this new generation of sensors. Available as a sample on request, this new product line will enter mass production in early 2020.

 

Figure 11: HMSR demo-board available for sampling

 

IPN 6..30 A
IPM (measuring range) 15..75 A
AC Insulation Test (50 Hz, 1 min) 4.95 kV
Impulse withstand voltage 8 kV
dCp/dCI (mm) 8/8
Operating temperature range -40°C…+125°C
Supply voltage 5V
Step response time 2uS
Frequency bandwidth >270 kHz
Over current detection Yes (x2)
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New Lem’s Current Sensors – Compact Sizes For Measure Hight Currents

As power electronics systems get smaller, LEM is introducing three new families of compact open-loop current sensors which measure higher currents than earlier sensors of the same size, or similar currents with smaller size. Excellent performance is obtained using a single custom ASIC to perform all signal processing and analog correction functions. This article describes the sensors and their key electrical characteristics. It concludes with some application examples.

Introduction

There are clear trends in current measurement today. For example, in UPS systems, and in power generation from renewable sources, the trend continues towards smaller physical size, higher current ranges, cost savings and quicker response times for faster switching frequencies. The simplicity of open-loop sensors makes them an attractive solution for attaining these objectives.

In this article, we present three new families of sensors that allow the nominal current to be as high as 800 Amps RMS and detection of an overcurrent up to seven times higher. The miniature HLSR xx/SP10 sensors are an extension of the existing HLSR family with an integrated primary conductor. They are mounted on a PCB and are the best choice if small physical size is important. The two other families, HOYS and HOYL (HOYx), are busbar mounted with new magnetic circuits optimized for weight and size. The open-loop HLSR and HO sensors introduced by LEM five years ago, meet the objectives of size, accuracy, speed and cost. However, the nominal primary current of the smaller HLSR is limited to about 50 Amps by saturation of the ferrite magnetic circuit (Reference 1).

Closed-loop sensors have often been used to meet the accuracy and speed requirements of high-current sensors. However, the secondary coil, which cancels the magnetic field from the measured current, adds to the device size, current consumption, complexity and cost. In high-current devices, the secondary must be driven from a high-supply voltage or complex electronics. A preferred approach is to use an open-loop architecture in which the imperfections inherent in an open-loop system are mastered by using a complex ASIC as the magnetically sensitive element. This technique was already used in earlier low-current sensors. Any errors of sensitivity or offset, including drift with temperature, are measured during the ASIC production test and then stored. The corrections needed are applied continuously when it is used, and most electrical parameters approach the level of the previous generation of closed-loop sensors.

Figure 1 shows one of the high-current HLSR xx/SP10 sensors. It has the same small physical dimensions and footprint as the existing family members, but the maximum nominal current is extended from 50 to 120 Amps by a new FeSi magnetic circuit. In all cases, the maximum current that can be measured is 2.5x the nominal current. The HLSR has an integrated primary and is mounted on a PCB. The four other connections to it are for the secondary side supply, the output voltage (VOUT) and a reference voltage (VREF). VOUT – VREF is proportional to the measured current.

 

Figure 1: A HLSR xx/SP10 sensor

 

Figure 2 shows the new HOYS and HOYL sensors, which are respectively ‘small’ and ‘large’ devices for mounting on busbars up to 21 x 12 mm and 39 x 12 mm. Together, they cover the current range from 100 to 800 Amps — with a maximum measurable current of 2,000 Amps. These sensors have a fifth output pin, overcurrent detection, which shows that an overcurrent condition has been detected on the primary current. Their compact size is due to the optimization of the magnetic circuit and package around the busbar, and because there are no electronic components inside the sensors except the Hall effect ASIC and two decoupling capacitors.

 

Figure 2: HOYS (left) sensors & HOYL (right)

 

Sensor Performance

The supply for the measuring (secondary) side of the sensors is 3.3V or 5V, and the output is referenced to half that value generated by the sensor (although other reference voltage values may be forced from an external source). Apart from the variations in size and mounting arrangement, the differences in performance between the HLSR and HOY families are mainly due to their magnetic circuits.

In sensor applications, switching speeds are rising. Therefore, response times must be shorter so that unusually high current and short-circuit conditions can be quickly detected. In the new sensors, the CMOS ASIC contains Hall cells as the magnetically sensitive element — as well as all signal processing circuits. A high clock speed is used to give a fast response time, less than 3.5 µs, while filters minimize the noise at the sensor output by limiting the ASIC signal path bandwidth to that needed for passing the current waveform.

Two of the most important characteristics of high-current sensors are linearity, and when the primary is part of the sensor, thermal dissipation. A comprehensive series of simulations and tests have been performed to validate these aspects of the new sensors.

The capability of the HLSR xx/SP10 magnetic circuit was validated by building a test sensor with a I PN of 180 Amps — 50 percent above the highest production value — and measuring its linearity. The result for a current of I PM (+/-450 Amps) is shown in Figure 3a. The curve shows the difference between the measured output and a perfectly linear output. With a maximum of 0.5% of I PN, it demonstrates that the linearity specification for the series sensors is attained with good margin. It’s important to note that short current pulses were used for this test; 450 Amps is too high for a continuous current in the primary.

 

Figure 3a: Example of linearity & magnetic offset of an HLSR xx/SP10 sensor

 

Figure 3b: Example of linearity & magnetic offset of an HOYS sensor

 

Figure 3c: Example of linearity & magnetic offset of an HOYL sensor

 

The capabilities of the HOYS and HOYL sensors are shown by their linearity in Figures 3b and 3c respectively. In these tests, the primary current covered the range +/- I PM , but the linearity error is expressed relative to I PN, a more demanding specification.

For the HLSR xx/SP10 sensor, whose primary is part of the device, it is important to know the thermal characteristics when a high current passes through it. Clearly, the sensor heating depends upon the PCB to which it is soldered, as well as the sensor itself. Today’s PCB technology allows for maximum currents of approximately 100 Amps. In the simulated example, all four layers of the PCB are used; its design and cooling by natural convection maintain the solder joints at 100 ºC in a 85 ºC environment. Figure 4 shows the results – only the sensor primary is shown. However, the simulation is situated as usual in the sensor housing. With a current of 120 Amps DC, the hottest part of the primary stabilizes at 113 ºC, just lower than the 120 ºC maximum allowed.

 

Figure 4: Thermal simulation of the primary of an HLSR xx/SP10 sensor

 

A particularly useful feature of the HOYx sensor family is overcurrent detection (OCD). The input used for OCD is taken before the sensor output amplifier and filters – see the simplified block diagram of Figure 5. This has two advantages: 1) the signal here is of lower amplitude, so a current level higher than that which saturates the sensor output can be detected; and 2) the OCD response time is faster than that at the output.

By default, the OCD threshold is set at 2.93x I PN, but 15 other multiples from 0.68x I PN to 7.06x I PN may be selected at the time of ordering the sensor. The exact multiples available are shown in the datasheets (Reference 2): In the most extreme case, an OCD level of 5,648 Amps may be chosen for the 800-Amp version of the HOYL sensor. Note that OCD levels are only accurate up to 10% or 20%, depending upon the level chosen. This is more than sufficient for the fast warning function that the OCD performs.

 

Figure 5: The OCD system

 

Figure 6 shows an example of the OCD output. The primary current (yellow) is ramped up above the level saturating the sensor output (red); 2.3 µs after the OCD threshold is crossed, its output (blue) falls to 0V. The OCD output is an open drain, which allows several to be connected to a single warning line. The spread of OCD response times is due to the primary current not being synchronized with the sensor clock.

 

Figure 6: Current and sensor waveforms when the OCD is triggered

 

The new sensors have excellent isolation characteristics. In all of the HLSR and HOY sensors, there is full galvanic separation between the primary and secondary circuits. For example, the 1.2/50 µs ‘impulse withstand’ insulation test allows 8 kV with the HLSR sensors and 9.6 kV with the larger HOYL family.

Sensor reliability is another important consideration. The construction of open-loop current sensors is extremely simple, with only one active component – the Hall effect ASIC – and very few solder joints (none at all in the case of the HLSR family). The reliability of this sensor type is therefore excellent, with a FIT rate of 3.4 — corresponding to a MTTF of 294,170,980 hours.

Table 1 shows a summary of the principal electrical characteristics of the HLSR xx/SP10 and HOYx sensors. Complete details can be found in the product datasheets.

 

Table 1

Parameter HLSR xx/ SP10 HOYS / HOYL Comment
Nominal Current,

IPN (A)

80 – 120 100 – 800  
Maximum Current, IPM (A) 200 – 300 250

2000

 
VOUT – VREF (mV) 800 800 5V supply; Input current = IPN
Response time (µs) 2.5 3.5  
Bandwidth (-3dB) (kHz) 250 180 / 140 Small signal
Noise at the output (mVpp) 8.8 5.8 8.6 In 100 kHz bandwidth
OCD available No Yes  
Overall accuracy ( of IPN) +/-1.0 +/-1.0 to

+/-1.25

At 25 ºC
Overall accuracy ( of IPN) +/-3.8 +/-3.8 to

+/-4.0

At 105 ºC
Impulse withstand voltage (kV) 8 9.6 1.2/50 µs rise/fall
Footprint (CM2) 3.87 11.0 /

17.8

 

 

Application Example 1: UPS Get Smaller

Uninterruptible Power Supplies (UPS) are being driven by two technology trends. Faster switching devices allow lower value reactive elements to be used; these are physically smaller so the electronics can all be PCB mounted. Current sensors also have to follow the same size trend, so as to avoid dominating the PCB surface. At the same time, higher currents can be passed by using many or all of the layers on multi-layer PCBs – some layers may be thick and dedicated to high current capacity. The HLSR xx/SP10 sensor is ideally situated at the intersection of small size, high current ranges and PCB mounting. Figure 7 shows a simplified application schematic in which HLSR xx/SP10 may be used in the control loop for the switches used both for AC to DC and DC to AC conversion.

 

Figure 7: HLSR xx/SP10 sensors in a UPS system

 

Figure 8: HOYx sensors in a wind turbine system with LVRT

 

Application Example: Large Measuring Range and OCD For Wind Turbines

In this application, the large current measuring range and the OCD feature of the HOYx sensors can be useful. The generator driven by a wind turbine may use power from the network it drives for its stator coils. See Figure 8. When mixed with AC current from the generator, the AC/ DC converter output creates the correct 50 Hz waveform for the powered network. If the network load draws too much current, power available for the generator may become insufficient, worsening the effect of the excessive load and, if there is no Low Voltage Ride-Through (LVRT) capability, the failure of one generator may propagate through the network and cause others to fail. Part of the LVRT solution is to detect overcurrent on the network side, where the large measuring range of the HOYx sensors is advantageous; the OCD feature is useful to decide different corrective actions and to confirm that current spikes have disappeared. The small physical size of the HOYx sensors makes them easy to deploy in these applications.

Conclusion

This article has introduced new sensors allowing currents of up to 2,000 Amps, to be measured using simple, low cost, open-loop architecture. In many cases, their performance will allow them to be used in place of more complex sensors. The compact size, low-supply voltage and OCD feature of the HOYx sensors will give designers new possibilities to implement efficient and economic systems.

Reference (1): https://www.lem.com/en/file/3135/download

Reference (2): https://www.lem.com/en/product-list?keys=HOYL
and https://www.lem.com/en/product-list?keys=HOYS

artigo

Comparação Shunts, Transformadores e Transdutores

INTRODUÇÃO

Uma aplicação muito frequente na indústria de sensores magneto-resistivos é o sensoriamento da intensidade da corrente que circula num circuito. Esse sensoriamento serve para realimentar os circuitos de controle PWM que determinam a velocidade e potência de motores, acionamento de solenoides, e muitos outros dispositivos semelhantes. Uma das aplicações mais comuns é a realimentação dos circuitos de controle de motores.

 

 

Para se obter um sinal proporcional à corrente que circula por um condutor, existem diversas tecnologias que são utilizadas nos componentes comerciais.

Essas tecnologias incluem shunts resistivos, transdutores de efeito hall, transformadores de corrente e bobinas de Rogowski.

Cada tecnologia tem suas vantagens e desvantagens como, por exemplo, a não existência de isolamento no caso do shunt ou ainda a queda de tensão no circuito causando perdas, etc.

Os sensores magneto-resistivos oferecem muitas vantagens que, quando analisadas, podem torná-los uma escolha melhor do que as outras opções.  Dentre as vantagens que destacamos para esses sensores, está o fato de que proporcionam isolamento elétrico total, não causam alterações na intensidade da corrente do circuito sensoriado e, além disso, são rápidos o bastante para poderem operar com frequências tão altas como 5 MHz, numa faixa dinâmica de 100 dB.

 

TIPOS DE SENSORES DE CORRENTE

Shunts Resistivos

Resistência de derivação para medição de corrente contínua. O Shunt é principalmente empregado para medições de correntes elevadas, sendo calculado de tal maneira que, a uma determinada corrente nominal, se tenha uma queda de tensão, geralmente de 60, 150 ou 300 mV.

Para obter uma indicação de corrente, deve ser conectado ao shunt um indicador bobina móvel com escala igual à corrente nominal e o campo equivalente à queda de tensão provocada pelo shunt.

Para que seja assegurada a precisão do shunt, deve-se tomar o cuidado para que não sejam conectadas linhas de medição com resistência maior que o valor mencionado nos dados técnicos do shunt.

 

 

Exemplo de Dados Técnicos do shunt

Norma: NBR 5180
Terminais: Latão MS 58.
Conexão: Ao barramento através de parafusos de aço niquelado ou latão à linha de medição através de parafusos de latão com cabeça cilíndrica, M5x8.
Material da Resistência: Manganín.
Resistência da Linha de medição:
Shunt 60 mV ≤ 0,35 Ω
Shunt 150 mV ≤ 4 Ω
Shunt 300 mV ≤ 12 Ω
Classe de exatidão: 0,5%.
Sobrecarga de curta duração:
In até 500A 10 x In/5 seg.
In de 501A/2000A 5 x In/5  seg.
In de 2001A/10000A 2 x In/5 seg.

Transdutores de Efeito Hall

São dispositivos que utilizam o princípio de efeito Hall para a medição de corrente, com a capacidade de medir sinais AC e DC, com total isolamento galvânico entre o circuito primário (alta potência) e secundário (circuito eletrônico).  Podem trabalhar com vários formatos de onda (faixa ampla de frequência).

 

 

Os sensores de corrente por efeito Hall de malha fechada podem medir correntes AC e DC numa faixa ampla de frequência. Dessa forma, possuem a capacidade de reproduzir praticamente qualquer formato de onda. Possuem uma saída em corrente determinada através de uma relação entrada / saída. Em modelos, por exemplo, que possuem uma relação de 1:1000,  teremos na saída do sensor um sinal que é espelho do primário, numa proporção 1000 vezes menor.

 

 

Na escolha do modelo a ser utilizado, deve-se observar quais são os valores de corrente de pico positivo (Ipp) e negativo (Ipn), pois os mesmos devem respeitar a faixa de medida do sensor selecionado.

Por exemplo:

Pegando-se um modelo cuja faixa de medida seja ± 80 Adc, o Ipp e o Ipn, devem ser, respectivamente, +80Adc e -80Adc.

A corrente nominal tem um papel importante na indicação do erro do sensor. Como os mesmos podem medir vários formatos de onda, basear-se somente neste parâmetro para dimensionar o sensor pode acarretar em erro, pois os valores Ipp e Ipn podem extrapolar os valores da faixa de medição.

A conversão do sinal de saída em corrente para tensão é feita através de resistores implementados na eletrônica interna do próprio transdutor, ou na montagem da placa, onde é instalado em série entre a saída e o terra (GND).

 

 

Em medições de corrente com baixa amplitude do sinal, pode-se aumentar a resolução da medida, fazendo com que o condutor seja passado mais de uma vez pela janela do sensor.

 

 

A corrente lida pelo sensor será o resultado do número (n) de vezes que o condutor será passado pela janela do sensor, multiplicado pelo valor da corrente (i) que passa pelo condutor. Exemplo:

número de vezes que o condutor passa pela janela: n = 5
corrente no condutor: i = 5A

Valor da corrente que o sensor fará a leitura: n x i = 5× 5 = 25

 

Algumas vantagens e aplicações destes sensores:

– Medição de corrente contínua: Substituição com vantagem de custo-benefício os sensores semicondutores de efeito Hall e seu complexo sistema eletrônico de calibração e compensação de temperatura.
– Proteção de sistemas de energia em corrente contínua: substitui o shunt resistivo de potência, eliminando problemas de dissipação de calor.
-Banco de baterias para alimentação de sistemas de proteção em subestações: diferentemente dos shunts, é dispensável o uso de amplificadores de alto ganho, que são susceptíveis às interferências eletromagnéticas externas.
-No-breaks: por não usar shunt, os transdutores de efeito hall dispõem de uma perfeita isolação galvânica entre circuito primário e secundário.
-Carregadores de baterias automotivas e tracionarias: excelente sensibilidade para uma vasta gama de correntes.
-Medição e controle de processos em indústria eletroquímica:

Maior robustez, sendo indicado para ambientes agressivos. Pode suportar atmosferas com poeira e outros poluentes, calor, umidade, elevada interferência eletromagnética e vibração, sem alterar o seu funcionamento normal, nem sua precisão (verifique as características técnicas de cada modelo).

-Controle de processo em galvanização: menor custo.
– Otimização de layout, por se tratar de uma tecnologia mais avançada, que além de substituir os shunts e transformadores em um único componente [pois mede AC (Transformadores) e DC (Shunts)], seu tamanho é reduzido em comparação às outras opções.

Sua principal desvantagem é que na maioria das vezes seu custo é mais elevado que os transformadores e shunts, porém, se forem consideradas todas as vantagens, os transdutores são as melhores opções para desenvolver um projeto confiável e de qualidade.

 

Tipos de transdutores:

Transdutores de corrente com janela possuem um sistema de medida direta que dispensa a utilização de TCs ou SHUNTs. Basta a passagem do condutor pelo próprio transdutor, obtendo a medida AC ou DC com total isolamento galvânico.

Transdutores de corrente com terminais: geralmente utilizados em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o condutor deve ser fixado nos terminais do transdutor.

 

 

Transdutores de corrente que utilizam sensor hall externo: Utilizados para medidas AC e DC. Diferentemente dos modelos com janela e de terminais, que possuem os pontos de medida da corrente integrados no próprio corpo do transdutor, o modelo com sensor externo possui padrão DIN de fixação em fundo de painel, necessitando dos sensores (sondas) de corrente AC e DC (Efeito hall realimentado) para executarem as medidas. Eles são ideais em casos onde a amplitude da corrente ou os pontos de medida estão localizados remotamente (ao longo do painel).

 

 

Transdutores de corrente que utilizam TC (Transformador de Corrente): Utilizados para medidas AC. Os mesmos são ideais em casos onde a amplitude da corrente ou os pontos de medida estão localizados remotamente (longe do painel).

 

 

Multiplexador (Concentrador): Em casos onde existem vários pontos de medida que precisam que os seus dados sejam enviados para um único local (equipamento), pode-se utilizar o Multiplexador (Concentrador) que recebe as informações de vários transdutores e as concentram em uma única saída.

 

 

Transformador de Corrente

Os transformadores de corrente são classificados em dois tipos:

-Transformadores de corrente para serviços de medição, utilizados para medição de correntes em alta tensão, possuem características de boa precisão (ex.: 0,3%-0,6% de erro de medição) e baixa corrente de saturação (em torno de 4 vezes a corrente nominal).
-Transformadores de corrente para serviços de proteção, utilizados para proteção de circuitos de alta tensão, são caracterizados pela baixa precisão (ex.: 10% -20% de erro de medição) e elevada corrente de saturação (na ordem de 20 vezes a corrente nominal).

 

 

Quando a corrente em um circuito é muito alta para ser aplicada diretamente em algum instrumento de medição, um transformador de corrente produz uma corrente reduzida exatamente proporcional à corrente no circuito, que pode ser facilmente conectado ao equipamento de registro. Um transformador de corrente também isola os instrumentos de medição do que pode ser muito alta tensão no circuito monitorado. Transformadores de corrente são comumente usados em medição e relés de proteção na indústria de energia elétrica.

Um transformador de corrente ou simplesmente TC é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição vetorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada. Os  transformadores  de corrente, também chamados de transformadores de instrumentos, utilizados em aplicações de alta tensão (situações essas onde circulam, frequentemente, altas  correntes),  fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito primário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medição,  controle e proteção. Como qualquer outro transformador, um transformador de corrente tem um enrolamento primário, um núcleo magnético e um enrolamento secundário.  A corrente alternada que flui no primário produz um campo magnético no núcleo, que então induz uma corrente no enrolamento do circuito secundário.        O principal objetivo do projeto transformador de corrente é o de assegurar que os circuitos primário e secundário estejam acoplados de forma eficiente, de modo que a corrente secundária tem uma relação exata para a corrente primária.

 

 

Os designs mais comuns de TC são constituídos por um comprimento de fio enrolado muitas vezes em torno de um anel de aço-silício passando no circuito a ser medido. O circuito primário do TC, portanto, consiste em um único ‘virar’ do maestro, com um derivado de muitas centenas de voltas. O enrolamento primário pode ser uma parte permanente do transformador de corrente através do núcleo magnético. Os modelos com janela também são comuns, que podem ter os cabos do circuito inseridos no meio de uma abertura no centro, para fornecer um único turno no enrolamento primário. Quando os condutores não são centrados na janela do transformador, pequenas imprecisões podem ocorrer.

Formas e tamanhos podem varias de acordo com o usuário final ou fabricante do quadro. Exemplos típicos de baixa tensão razão simples de medição de transformadores de corrente são o tipo de toque ou caso plástico moldado.

Transformadores de corrente de alta tensão são montados em buchas de porcelana para isolá-los da terra. Algumas configurações do TC têm deslizamento em torno da bucha de um transformador de alta tensão ou disjuntor, que mantém automaticamente os centros de condutores dentro da janela do TC.

 

Tipos Construtivos

São classificados de acordo com o modelo de enrolamento primário, já que o enrolamento secundário é constituído por uma bobina com derivações (taps) ou múltiplas bobinas ligadas em série e/ou paralelo, para se obter diferentes relações de transformação.  Quanto aos tipos construtivos, os TCs mais comuns, são:

 

-Tipo enrolado: Este tipo é usado quando são requeridas relações de transformações inferiores a 200/5. Possui isolação limitada e, portanto, se aplica em circuitos até 15 kV. Ocorre quando o enrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras que envolvem o núcleo do transformador.
– Tipo barra: Transformador de corrente cujo enrolamento primário é constituído por uma barra, montada permanentemente através do núcleo do transformador.
– Tipo bucha: Consiste de um núcleo em forma de anel (núcleo toroidal), com enrolamentos secundários. O núcleo fica situado ao redor de uma “bucha” de isolamento, através da qual passa um condutor, que substituirá o enrolamento primário. Este tipo de TC é comumente encontrado no interior das “buchas” de disjuntores, transformadores, restarters, etc..
– Tipo janela: Tem construção similar ao tipo bucha, sendo que o meio isolante entre o primário e o secundário é o ar. O enrolamento primário é o próprio condutor do circuito, que passa por dentro da janela.
– Tipo Núcleo Dividido: Transformador de corrente tipo janela em que parte do núcleo é separável ou basculante, para facilitar a passagem do condutor primário.
– Tipo com vários enrolamentos primários: Transformador de corrente com vários enrolamentos primários distintos e isolados separadamente.
– Tipo com vários núcleos: Transformador de corrente com vários enrolamentos secundários isolados separadamente e montados cada um em seu próprio núcleo, formando um conjunto com um único enrolamento primário, cujas espiras enlaçam todos os secundários.

Bobina de Rogowski

Nomeada em homenagem ao físico alemão Walter Rogowski, a Bobina de Rogowski é um dispositivo elétrico usado para medir corrente alternada (AC), exemplos: transiente de alta velocidade; correntes pulsadas ou correntes senoidais de alta frequência.

Na sua forma mais simples, uma bobina de Rogowski é uma bobina enrolada uniformemente de N voltas por metro em um núcleo não magnético de área transversal constante. O fio de enrolamento retorna ao ponto de partida ao longo do eixo central da primeira passagem, e as duas extremidades são tipicamente conectadas a um cabo. A extremidade livre da bobina é normalmente inserida em um soquete adjacente à conexão do cabo de uma maneira que permite que ele seja desconectado, permitindo assim que a bobina seja enrolada em torno do condutor que transporta a corrente a ser medida.

Uma das vantagens de uma bobina de Rogowski sobre outros tipos de transformadores de corrente é que ela pode ser feita aberta e flexível, permitindo que seja envolvida em torno de um condutor vivo sem perturbá-la. 

Uma vez que uma bobina de Rogowski tem um núcleo de ar, ao invés de ferro, faz com que ela possua uma baixa indutância e pode responder a rápidas mudanças de correntes. Também, porque não tem nenhum núcleo de ferro para saturar, é altamente linear, mesmo quando submetida a grandes correntes, como os usados em transmissão de energia elétrica (podendo substituir um enorme transformador por uma pequena e leve bobina), solda, ou aplicações de pulso. Uma bobina de Rogowski projetada corretamente, com enrolamentos igualmente espaçados, é praticamente imune às interferências eletromagnéticas.

Recentemente, sensores de baixo custo com base no princípio de Rogowski  têm  sido  desenvolvidos.  Estes sensores compartilham os princípios de uma bobina de Rogowski, sendo que a medição da taxa de variação da corrente utiliza um transformador sem núcleo magnético.   A diferença entre a bobina de Rogowski tradicional é que o sensor pode ser fabricado usando uma bobina planar ao invés de uma bobina toroidal. Para rejeitar a influência de condutores de fora da região de medição dos sensores, estes sensores planares de Rogowski utilizam uma geometria da bobina concêntrica em vez de uma geometria toroidal, limitando a resposta aos campos externos.  A principal vantagem desse sensor planar é que o enrolamento de precisão, que é uma exigência, pode ser obtido utilizando uma placa de circuito impresso de baixo custo de fabricação.

 

 

Tabela Comparativa

Sensor de Corrente Tipo de Medição Precisão Tamanho Segurança Custo
Transdutor de Corrente AC+DC Alta Compacto Alta Baixo/Alto
Transformador de Corrente AC Baixa Médio/Grande Média Baixo/Alto
Shunt DC Baixa Compacto/Médio Média Baixo
Bobina de Rogowski AC Alta Compacto Alta Baixo/Alto

 

Informações da tabela representa uma média geral.

Para ter informações mais precisas, verifique os modelos e necessidades para cada aplicação.

Entre em contato através do e-mail amds4@amds4.com.br, para eventuais dúvidas e necessidades.

LEM new identity

Conheça mais sobre a LEM

Já são mais de 30 anos de parceria entre AMDS4 e LEM, nós como representantes e distribuidores oficiais da marca no Brasil e América do Sul, temos a LEM como nossa principal marca e símbolo de qualidade de nossos produtos.

A LEM é o maior fabricante de transdutores de corrente e tensão do mundo. Além de alta qualidade e tecnologia, ela oferece uma grande variedade em produtos que suprem as diversas necessidades da indústria e dos setores técnicos ligados ao aprimoramento ou desenvolvimento de projetos tecnológicos.

 

Fonte: Linkedin LEM 

  • Além da já citada qualidade e tecnologia, outro grande e importante diferencial dos componentes LEM, são os 5 anos de garantia oferecidos em seus produtos.
  • Para se manter como a maior fabricante mundial de transdutores, a LEM investe constantemente no desenvolvimento e aprimoramento de seus produtos, ficando sempre na vanguarda da tecnologia quando o assunto é medição de corrente e de tensão.

 

  • A LEM também promove o desenvolvimento de novos produtos, para que se adequem e atendam as necessidades do cliente, quando necessário a produção em grande escala.
  • Se o projeto é desenvolvido sob sigilo industrial, a LEM oferece a assinatura de NDA (Non-Disclosure Agreement), que garante o sigilo e a segurança de informações técnicas e de desenvolvimento.

Catálogo geral LEM: https://www.amds4.com.br/bank/Current%20&%20Voltage%20Transducers%20for%20industrial%20application_0.pdf

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Monitoramento remoto de energia IoT para Smart Grid

A IoT (Internet of Things) é perfeitamente adequada para o lançamento da rede inteligente, graças aos requisitos de longo alcance e ao pequeno tamanho de dados necessários para a transmissão. Usando RF de banda estreita, o padrão para comunicação de longo alcance, é agora possível uma solução inovadora de monitoramento remoto de energia.

A solução consiste em medidores de energia sem fio para o monitoramento remoto de equipamentos elétricos com hardware, conectividade M2M (LORA, SIGFOX, 3G / GPRS …) e serviços web para gerenciar os dados coletados (histórico, alertas, gráficos, estatísticas, etc.). Essa solução de IoT simplifica a implementação da rede e a instalação pelo usuário final, reduz os custos de infraestrutura (sem repetidores) e é geralmente compatível com as soluções existentes. Essa abordagem é ideal para IoT devido à pequena carga útil, aos requisitos de longo alcance e ao pequeno tamanho de dados necessários para a transmissão.

A configuração de rede em estrela da IoT é típica para implantação de smart grid.

 

 

 

A aplicação típica para monitoramento de energia é identificar o equilíbrio do consumo de energia e a análise de consumo adicional para identificar as áreas a serem reparadas. Cada medidor de energia sem fio (1), usando LEM ATO (A) ou LEM ART (B), é conectado à Internet RF de longo alcance (2) e transmite (3) dados de manutenção para um servidor web seguro (4).

Os usuários finais podem acompanhar o uso do equipamento remotamente (ciclos, horário de trabalho, consumo etc.) ou receber alertas quando uma anomalia é detectada, como perda de energia ou picos de energia (5). Os dispositivos típicos que têm sua energia medida são itens com motores elétricos, ventiladores, bombas e compressores.

As vantagens dessa solução são a simplicidade de instalação do LEM ATO ou LEM ART, a conexão pela internet, as medições em tempo real e a autonomia do medidor de energia. O modo de operação é a aquisição de corrente de RMS de 1s a cada 10 segundos e envia estatísticas de consumo atuais a cada 10 ou 15 minutos.

As vantagens do monitoramento de energia remota baseado em IoT são:
• Não há necessidade de implantar uma infraestrutura de rede local
• Monitoramento de equipamentos internos e externos
• ampla cobertura de área
• Consumo de energia muito baixo, resultando em medidores de energia autônomos de longa duração
• Acessível e implantável com sensores LEM ATO ou LEM ART.

LEM ATO em conformidade com a norma IEC 61869-2.

Os transformadores de corrente de núcleo dividido não são novos, mas as tecnologias convencionais usadas nesses transformadores têm apresentado inúmeras deficiências – entre elas, soluções que utilizavam materiais caros ou que proporcionavam baixo desempenho. Nesse caso, a imprecisão não se refere às leituras em si, mas à linearidade, à sustentabilidade de uma leitura ao longo do tempo e à precisão da corrente em relação à tensão (deslocamento de fase). O novo padrão Smart Grid IEC 61869-2 requer tanto precisão quanto deslocamento de fase para estar dentro da Classe 1.

O transformador de corrente de núcleo dividido LEM “ATO” com Ferrite melhora drasticamente a permeabilidade magnética, permitindo que esses transformadores tenham alta precisão e excelente linearidade, mesmo em níveis de corrente muito baixos, em conformidade com a norma IEC 61869-2. A dureza do material sólido (considere Ferrite como uma cerâmica) permite uma usinagem muito fina, proporcionando ¨gap´s¨ de ar de até alguns mícrons que são estáveis ​​por muitos anos. Materiais laminados como FeSi ou FeNi não permitem espaços de ar menores que 20 ou 30 mícrons, e estes são mais sensíveis a mudanças de temperatura e envelhecimento. Some aos pequenos ¨Gap´s¨ de ar, à melhor linearidade da ferrita a baixa excitação magnética (ou seja, para baixa corrente), e a ferrita oferece um desempenho melhor do que FeNi-80%, e a um custo menor.

 

Name LEM ATO LEM ART
Type Split-Core Current Transformer Flexible Rogowski Coil
Range 10-125A 10-10000A
Material Ferrite Winding (no magnetic core)
IEC class Class 1 and 3 Class 0.5
Output Inst Ma (1:1000), 225-333mV 22.5mV/kA
Diameter 10-16mm 35, 70, 125, 175, 200, 300 mm
IP class IP 30 IP 57

 

Conclusão

O monitoramento remoto de energia baseado em IoT tem um período médio de amortização inferior a um ano. Os operadores de manutenção gastam 30% do seu tempo de trabalho na estrada e qualquer necessidade de reparo normalmente é de duas a três viagens, portanto, essa solução LEM economiza tempo. Alguns locais ou equipamentos da planta são de difícil acesso (desperdício de tempo e risco para o operador) e não há como adicionar transformadores de núcleo sólido sem um encerramento dispendioso do sistema. O transformador de corrente sem fio LEM de núcleo aberto e sem contato LEM pode ser simplesmente encaixado em um cabo, sem a necessidade de parafusar ou soldar suportes complexos, simplificando a instalação e a manutenção.Conclusão

A configuração da IoT combinada com a IEC Smart Grid, o ATO da LEM permite a readequação imediata de sistemas de monitoramento remoto de alto desempenho e de baixo custo, medição de energia e supervisão de instalações.

Sobre o LEM

A LEM é líder de mercado no fornecimento de soluções inovadoras e de alta qualidade para medir parâmetros elétricos para uma ampla gama de aplicações. O LEM responde à demanda por um sensor de energia preciso, confiável e fácil de instalar para futuras Smart Cities.

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Why is LEM’s Rogowski Coil better than a Transformer?

 

Distribution Overhead Line Monitoring with LEM’s ART Rogowski coil

New line current sensors allow utilities to monitor their overhead distribution lines to maximize their capacity and prevent clearance violations thus improving reliability and efficiency of the MV Distribution Grid.

The High Voltage transmission grid is already highly automated and monitored through SCADA and Energy Management Systems. In contrast, the Medium-Low Voltage distribution grid has very limited monitoring and control. Why? – More often than not, Utilities fail to monitor their many medium voltage substations, this is due to the expense of retrofitting with today’s solutions and of the time it takes to plan and build. The implementation of traditional substation monitoring requires complicated engineering, this includes the use of remote terminal units with new conduits, wiring to relays and current transformers. Engineers must schedule outages to disconnect the feeders, which takes time and may only be possible during low power consumption needs. Once the hardware has been installed, the utility has to program and integrate all the hardware into a complex SCADA system, which is a significant and difficult challenge for many utilities. There must be a better way.

Below the feeder level, remote monitoring is absent with the exception of customer billing meter points where smart meters are becoming prevalent to read, monitor and control. However, these smart meters are only collecting and communicating Voltage, Current , Power, Reactive Power, S, Energy  data rather than power quality data sets like Cos (Phi), Total Harmonic Distortion, flicker, voltage dips, transients, waveforms, time series etc. The smart meter does not collect a lot of data outside of its billing focused function. Substations and distribution power lines are two of the most valuable assets for utilities that require crucial power flow data to provide the most reliable service.

The most relevant data in the distribution grid is about the location and cause of faults and non-fault events, high-impedance faults, consumption peaks, handling distributed renewable energy and EV charging, feeder outages, and many others – all high-value data that is not addressed by today’s systems.

Now monitoring overhead power lines has been made possible faster, easier and cheaper with new Internet of Things telecom networks like NB-IoT and LPWAN.Thanks to a line sensor (1), installed between two MV poles (2), the grid operator can visualize, in real-time, the current flow in order to optimize the power line capacity to distribute more electricity. The wireless line sensor (1) sends data over a telecom relay (3) to a secured database in the cloud (4) or on premise. The energy management platform (5) can regulate, alert and notify the maintenance team if needed. New line sensors are now using the LEM Rogowski coil ART (A) to measure the current, detect line aging depending on the level of current, and prioritize line capacity.

 

 

Before without visibility about the grid, the generated renewable energy distributed through an overhead line could be overloaded (red). Thanks to the three-phase line sensor system, the extra power in one of the line can be re-distributed to the adjacent lines (black) therefore reducing the initial line (blue) capacity to an acceptable level. Overall, the capacity output of the power grid is then maximized (fig. 1).

 

Figure 1: Before and after line sensor installation

 

In addition, the line sensor (1-35kV distribution grid) provides periodic time synchronized measurements to facilitate improved situational awareness and operations: current, both amplitude and phase, conductor surface temperature and detects fault conditions enabling rapid identification and notification. This three phase line sensor system in the power distribution are equalized in real-time among the different lines within a meshed network

The AC measurement can now be achieved with the LEM ART split-core rogowski coil, see below table for the summary of the ART advantages compared to two other current measurement techniques used in the Line sensor.

 

 

ART is the clear winner of this comparison with a practical one size fits all current loop,  excellent ferrite core, great accuracy, light, safe mV output and water resistant coil.

ART Ferrite core

Recent developments have revolutionized the characteristics of ferrite at 50/60Hz, bringing many advantages. This new type of ferrite has significantly improved permeability and has been implemented in this ART Rogowski coil (fig. 2). ART takes advantage of the intrinsic ferrite qualities:

  • High accuracy and excellent linearity, even at very low current levels
  • No phase-shift between input and output currents
  • No air gaps and virtually insensitive to ageing and temperature changes
  • Low position dependent error close to the clasp of the coil (see ART Sensitivity)
  • Low cost versus potentiometer based Rogowski coils

 

Fig. 2. Ferrite core of LEM ART Rogowski coils

 

ART Sensitivity

The overall sensitivity to the position of the primary conductor can be controlled, but usually close to the clasp errors are often unavoidable, except for the patented ferrite based ART Rogowski coil (fig. 3).

 

Fig. 3. Position sensitivity of ART Rogowski coil

 

Conclusion

The new ART rogowski coil class 0.5 has made huge progress, allowing small, light, sensitive and flexible current sensing for MV grids. The major improvements that have been made in the design and manufacturing processes have enabled a reduction in both the cost and the sensitivity to the coil positioning around the primary cable.

People consume more electricity than ever before and have an expectation that they will access their electricity without fault or interruption. The line sensor provides situational awareness along distribution feeders allowing utilities to operate and respond based on prevailing conditions. The system directs preemptive patrol and maintenance crews to the affected grid locations, enabling utilities to avoid potential short or long electricity interruptions. It reduces outage frequency, resulting in the reduction of the momentary average interruption frequency index (MAIFI) and system average interruption frequency index (SAIFI). Both indexes serve as valuable tools for evaluating a utility’s performance and reliability because some countries have already put in place regulations that require a utility to reimburse customers for long electricity interruptions.

When installed with the hot stick or insulated gloves on the overhead power line, LEM ART rogowski is a safe, easy-to-install, light but robust current measurement alternative to heavy and expensive current transformers, therefore improving the overall performance, reliability and efficiency of the line sensor.

About the author

Patrick Schuler, LEM

Patrick Schuler has been working in the internet, telecommunications, smart grid, power electronics and power utility sector for more than 15 years. Since joining LEM in September 2014, Patrick has been responsible for defining the global smart grid offering and managing smart grid business development. As a smart grid expert, Patrick is a member of the IEC’s world smart city community in Geneva and was the former smart grid chairman at the China European Chamber of Commerce in Beijing.

About LEM

LEM is the market leader in providing innovative and high quality solutions for measuring electrical parameters for a broad range of applications in drives and welding, renewable energies and power supplies, traction, high precision, conventional and green cars businesses. LEM has production plants in Beijing (China), Geneva (Switzerland), Sofia (Bulgaria) and Tokyo (Japan). With regional sales offices near its customers’ locations, the company is able to offer a seamless service around the globe. LEM is a mid-size, global company with approximately 1’450 employees worldwide and reported sales of CHF 264.5 million in financial year 2016/17. LEM City answers the demand for an accurate, reliable and easy-to-install energy sensor for future Smart Cities.

LEM City – at the heart of our planet‘s energy measurements.

www.lemcity.com