羅氏線圈(Rogwski coil)是一 種新興的 “電流互感器” ,由于羅氏線圈的結構組成部分主要是一個線圖,無鐵芯,所以它較普通的電流互感器有著不飽和、延遲低、頻率特性好,同時安全絕緣的優點。現在國內電網在推廣智能電網,智能電網需要使用電子式互感器,將傳統普通電流互感器(current transformer, 簡稱CT)輸出的模擬信號改成電子式互感器輸出的數字信號,從而方便智能電網的數據傳輸,而電子式互感器主要依托的技術就是羅氏線圈技術(當然還有低功率互感器、光纖互感器等)。但是電子式互感器大發展并沒有炬象中的那么快,原因是什么?很顯然羅氏線圈沒有那么簡單,目前依然無法取代傳統的電流百感器。下面通過比較羅氏線圈和傳統的電流互感器原理來分析其區別。
羅氏線圈的原理

截面為環形的羅氏線圈工作原理圖
羅氏線圈測量電流的理論依據是法拉第電磁感應定律和安培環路定律(見圖1:羅氏線圈工作原理),我們列出羅氏線圈二次次電壓u的公式。

公式1即是羅氏線圈的輸出計算公式,其中,U為線圈輸出電壓值, v0為真空磁導率:4π*10-7 ,s線圈的截面積,n為單位長度下的線圈匝數(即繞線密度),I 為一次電流值,N為一次匝數。由公式1可見,線圈二次輸出電壓值u和f、S、n、i這4個關鍵鍵因素成正比關系。
其中頻率f越高,羅氏線圈輸出的電壓值越高。例如測試60HZ時輸?的電壓值是50HZ的1.2倍。線圈截面積S:線圈截面積越大,輸出型號就越大,要取得較大的輸出信號,可以采用截面較大的骨架。繞線的密度n:繞線密度與輸出成正比,單位長度繞的線越多,即繞線密度n越大輸出越大,也就是說并不是羅氏線圈做得越長圈數越多輸出型號就越大,而是單位長度繞線越多,共輸出就越大。一次電流i:這個就很好理解,羅氏線圈同電流互感器一樣,都是線性輸出,二次輸出隨著一次電流的增大而增大 。
傳統羅氏線圈即“傳統電流互感器” 原理

電流互感器的工作原理與變壓器基本相同,一次繞線的匝數(N1)較少,直接串聯于電源線路中,一次電流I1通過一次繞組時,產生的交變磁通感應產生按比例減小的二次電流I2;二次繞組的匝數N2較多,與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷(Z)串聯形成閉合回路,見圖2。CT在工作時,它的二次側回路始終是閉合的, 因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小,CT的工作狀態接近短路。CT是把一次側大電流轉換成二次側小電流來測量,二次側不可開路。
由于CT依托于電磁感應原理,所以要有二次感應電動勢,鐵芯必須要有磁通,單位面積的磁通叫做磁通密度B,也叫做磁感應強度。電流達到一定的大小,鐵芯中的磁通密度達到最高,此時的CT就會飽和,所以磁密即是決定CT是否飽和的參數,根據電磁感應定律,可以列出磁密B與感應電勢的關系。

其中E2為二次感應電動勢,由二次阻抗與二次電流I 組成,f為工作頻率,S。為鐵芯截面積,N。為二次匝數。同時我們列出CT誤差公式,如下:

其中Z2為互感器二次阻抗,Lc為鐵芯的磁路長度。