罗氏线圈电流传感器：颠覆传统技术的新选择
智能电表与智能电网应用的理想解决方案
图源：Sagiam / stock.adobe.com；图片由AI生成
发布于2025-11-20
现代电网的未来与大多数大型工业及企业系统相似，正朝着高度数字化的方向发展，通过电子优化系统来更高效地部署服务、排除故障并提升效能。虽然家庭智能电表只是电网现代化进程中的一个环节，但它们在整个体系中占据着至关重要的地位。
截至2023年底，全球智能电表的市场占有率已达到43%。[1]有资料预测，到2033年，全球智能电表的数量将增至34亿台。[2] 这些智能电表设备涵盖电力、水务及燃气领域，其中绝大多数为智能电力表。这一增长的主要原因在于，智能电表帮助公用事业服务提供商实现数据驱动的决策，减少了耗时耗力的人工干预，并能够应对现代异构电网技术的复杂性，例如太阳能、风能和各种能源储存方式。
智能电表系统的一个关键要素是其电流传感器需要具备超高精度。传统机械系统和电流互感器已无法满足现代电流传感的要求。而罗氏线圈电流传感器则完美契合智能电表与智能电网的应用需求。本文将探讨电表与电网电流检测的三种主要方法，并揭示为何罗氏线圈电流传感器是现代智能电表与智能电网应用的首选解决方案。
电表如何测量电流
家用电表系统由机电或电子装置构成，可持续测量瞬时电压和电流，并据此计算出一段时间内的总用电量，通常以千瓦时 (kWh) 为单位。在大多数住宅应用中，这些电表安装于供电导线与用户配电系统之间。对于高负荷应用（通常超过200A的电流负荷），使用电流互感器时可以将电表安装在供电导线之外的其他位置。
长期以来，机电式电能表一直是最常用的电表类型。这类电表采用电磁感应技术，利用非磁性转盘的导电性使其以与电表导电功率成正比的速度旋转。该系统包含电压线圈和电流线圈，尽管它们各自消耗电能，但电表并不会记录这些消耗。电压线圈与电流线圈产生的磁通量与电压电流信号成正比，实质上形成了一个由电能表转盘构成的双相线性感应电机。永磁体作为涡流制动器，其产生的制动力与转盘转速成正比，从而校准磁盘的旋转，使其与通过电能表的电量相对应。
在采用电流互感器电表的系统中，所有原有装置均保持原状。但供电导线需通过电流互感器，该装置与供电线路耦合，并提取出一个较小但与主供电线路中电流成比例的电流，从而将较小且成比例的电流传输至机电式电能表，而该电表经过校准，可精确补偿电流互感器产生的比例差异。
这些电流互感器采用铁磁性磁芯制造。当试图在宽电流范围内提取高精度电流信号时，会带来一些问题。主要的问题是，基于铁磁性磁芯的互感器会因磁芯饱和而产生非线性效应，这意味着它们的设计工作范围取决于互感器本身的物理特性，以及次级绕组所连接的负载（即负载阻抗）所决定的特定电流水平范围。
罗氏线圈是一种环绕载流导体的环形导线线圈。流经周围导体的电流会在罗氏线圈中感应出电压。该感应电压同时取决于导体中的电流强度和电流的交流频率。通过简单公式V = k*(dI/dt)（其中k为根据线圈物理特性——如绕组长度、匝数、环形尺寸等——推导出的常数）可知，线圈中的电压值与随时间变化的电流密切相关。通过简单电子装置将线圈感应电压转换为频率无关的线性输出电压，可以利用该输出电压结合校准的比例因子来推导主导体所承载的电流。
与铁芯磁性电流互感器、霍尔效应及磁通门电流探头不同，罗氏线圈电流传感器具有高度抗外部电磁干扰的能力，在测量大电流时不会饱和，且重量轻、体积小，可设计为具有极宽的动态检测范围。此外，这些电流传感器可在初级导体通电时保持无终端状态，且不会产生危险电压（无负载运行）。这是因为罗氏线圈可设计为每安培产生毫伏级电压，意味着需要1,000安培才能在线圈中产生1伏特的电压。这种线圈设计的紧凑性和灵活性允许多种集成方法和设计，极大简化了安装流程。
鉴于现代电表对高精度、紧凑且灵活电流传感器的需求，罗氏线圈电流传感器可以说是智能电表未来发展的理想技术。特别是Yageo Pulse RC系列罗氏线圈电流传感器，其设计超越了行业标准，确保完全符合智能电表和智能电网应用的严苛要求（图1）。
图1：Pulse Electronics RC01/03/05罗氏线圈电流传感器满足现代能源管理系统需求，有三种不同尺寸，在50Hz频率下灵敏度范围为100mV/kA至600mV/kA。（图源：贸泽电子）
结语
随着智能电网和智能电表行业的不断发展，准确且适应性强的电流传感技术变得愈发重要，而传统系统已难以满足这些需求。然而，罗氏线圈电流传感器一种灵活、精确且耐用的解决方案。这类传感器不仅能处理大范围的电流，还具备抗电磁干扰能力，加之易于集成的特性，使其成为新一代能源管理系统的理想选择。
参考资料
https://iot-analytics.com/smart-meter-adoption/https://transformainsights.com/news/global-smart-meters-2033作者简介
Jean-Jacques (JJ) DeLisle曾就读于罗切斯特理工学院 (RIT)，并获得了电气工程学士和硕士学位。在完成学业前，JJ就担任了Synaptics公司的集成电路布局和自动化测试设计工程师。为了进一步发展他的事业，JJ和妻子Aalyia搬到了纽约市。在这里，他担任了《Microwaves & RF》（微波与射频）杂志的技术工程编辑。在JJ职业生涯的下一个阶段，他看到行业内对有技术能力的作者和客观的行业专家有很大的需求，于是转而创办了自己的公司RFEMX。朝着这个目标前进，JJ扩大了自己公司的业务范围和愿景，开始从事信息交换服务 (IXS) 业务。