浅谈接地11——对于单相接地故障，断路器如何测量和保护？

我们看下图：

我们知道，如果三相电流是平衡的，则三相电流的相量和是零。

I_{a} +I_{b} +I_{c} =0

当三相不平衡时，因为I_{a} +I_{b} +I_{c} =I_{N} ，所以：

I_{a} +I_{b} +I_{c} +I_{N} =0

从上图中我们看到，L3相对PE线出现漏电，因此：

I_{a} +I_{b} +(I_{c} +I_{\varphi }) +I_{N}=I_{\varphi } \ne 0

我们看到，这四只电流互感器的测量值总合为漏电电流（剩余电流）。于是，断路器就会根据漏电流的大小执行对应的剩余电流保护。

我们知道，流经断路器的电流很大，这四只电流互感器的体积也十分巨大。但我们并没有在断路器中看见巨大的电流互感器。那么这四只电流采集装置真的就是电流互感器吗？还是其它什么东西？

答案是：这种采集电流的装置叫做罗氏线圈。

我们来认识一下罗氏线圈（罗果夫斯基线圈）：

罗氏线圈是一种空心环形的线圈，可以直接套在被测量的导体上。

上图中，左边是普通的电流互感器，右边的就是罗氏线圈。

看到，普通电流互感器存在磁滞回线的饱和问题，而罗氏线圈则完全没有此问题。

我们知道，导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号。线圈的输出电压可以用公式：V_{out} =M\frac{di}{dt} 来表示。其中 M 为线圈的互感，而.di/dt 则是电流的变比。通过采用一个专用的积分器将线圈输出的电压信号进行积分可以得到另一个交流电压信号，这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。

罗氏线圈及配套积分器是一种通用的电流测量系统，应用的场合很广泛，它对待测电流的频率 、 电流大小、导体尺寸都无特殊要求。系统的输出信号与电流频率无直接关系，相位差小于 0.1度 ，可测量波形复杂的电流信号，如瞬态冲击电流。

罗氏线圈电流测量系统一个突出的特点就是线性度好。线圈不含磁饱和元件，在量程范围内，系统的输出信号与待测电流信号一直是线性的。而系统的量程大小不是由线性度决定的，而是取决于最大击穿电压。积分器也是线性的，量程取决于本身的电气特性。线性度好使得罗氏线圈非常容易标定，因为系统可以使用常见的基准信号进行标定，标定后的系统在整个量程范围内都是线性的，测量结果都是准确的。同时由于线性度好，系统的量程可以随意确定，瞬态反应能力突出。

积分器输出的交流电压信号可以在任何输入阻抗大于 10千欧 的电气设备上使用，例如电压表，示波器，瞬态冲击记录仪或保护系统。积分器输出的直流电流信号可以广泛应用在数据采集系统及自动化控制系统中。

罗氏线圈(罗果夫斯基线圈)用于测量交流电流，频率从低于0.1Hz到1MHz，测量范围从1mA到1MA，精度从0.1%到1%。线圈具有极佳的瞬态反应能力，可以用于测量尺寸很大或尺寸形状不规则的导体。罗氏线圈可广泛应用在传统电流测量装置如电流互感器无法正常使用的场合用于电流测量，尤其是大电流测量。

如今罗氏线圈广泛用于断路器中。不但低压断路器用，中压断路器也用。

罗氏线圈的测量值送入到断路器脱扣器的计算电路中，由此获得许多信息。下图是Emax开关脱扣器的测量功能：

可见，Emax断路器脱扣器的测量精度还很不错，这里面有罗氏线圈的功劳。

再看断路器的脱扣功能：

看，EMAX断路器的脱扣器脱扣功能也不错，同样，这里还是有罗氏线圈的功劳。

有点意思吧？