1 前言
计算机技术、通信技术迅速发展，电力系统继电保护与控制已基本实现微机化，设备体积趋向小型化，这也同样要求与继电保护和控制设备接口外部测量部分小型化和弱电化。传统保护控制设备消耗功率较大，要求外部测量设备具备一定输出功率，以驱动保护控制设备运行。微处理机发展，迫切需要有与之相匹配直接接口外部测量设备存，科学技术应用人员辛勤工作，找到了一种早已存而以前被人们忽视微电流、电压输出设备，即洛高夫斯基（Rogowski）电流传感器和分压器，其输出几百毫安电流/毫伏电压能直接与微机型保护控制设备接口，满足保护控制测量要求，且基本消传统电磁式电流、电压互感器磁饱和缺点。
2 电流传感器
早1912年，洛高夫斯基对电力系统测量研究，发明了洛高夫斯基线圈测量原理。洛高夫斯基线圈是一个均匀缠绕线圈，它具有一个非磁性芯。洛高夫斯基线圈最基本形状是一个环形空气芯线圈。
洛高夫斯基线圈可将导线绕一个挠性管子上，然后将管子两端弯曲到一起而构成。见图1，绕组精密制造，具有优良准确度和稳定性。
线圈电流感应产生一个电压e， 可由以下近似出式给出：
e=-u。NA dI/dt = H dI/dt （１）
其中 u。=自由空间导磁率
N=缠绕密度，[匝数/米]
A=单匝截面积[米2 ]
H=线圈灵敏度[Vs/A]
洛高夫斯基线圈采用非磁性线圈芯，故没有任何非线性饱和效应。它允许隔离电流测量，并具有较宽带宽，最大可达1兆赫兹。
洛高夫斯基线圈具有良好线性特性，且体积小和重量轻。可以认为是理想电流传感器。
洛高夫线圈不存饱和性，它可以用来测量从几安培到几百千安电流，最小值和最大值主要取决于测量电子元件。
线性带来以下特点：
l所需要不同规格数目减少
l高故障电流准确测量（故障定位，断路器状态监控）
洛高夫斯基线圈输出与电流时间导数成比例，需进行积分。早期使用模拟式积分器误差较大，应用不理想，现采用数字方法积分，效果较好。
2.1电流传感器准确度
影响电流传感器准确性有如下原因：
l温度变化
l装配出差错
l其他相电流影响（串扰）
l初级导体非无限长度（例如：接近线圈90。 角）
严格设计及制造质量控制，可以降低线圈芯和绕组装配对精确度影响，目前传感器准确度可以达到0.5%。
但0.5%精确度很难满足电力设计规范对计量±2.0%要求，针对上述影响电流传感器精确度因素，可采取如下方法进行解决。
1）采用对温度反应不敏感特殊材料，以降低温度对其影响（见图2）。
2）测量传感器温度，然后对温度进行补偿。
3）装配误差可以用适当机械安装来消除。一般情况下，电流传感器是集成套管中，这样装配误差就可以降低。
4）串扰（其他相电流被测量电流影响）可以传感器优化设计，使串扰影响降到最低。标准传感器串扰如图3所示。一般保护算法中，相位角准确度是很重要。铁芯电流互感器缺点是相位移随电流而改变，特别是欠激励或过激励过程中。而这种情况对洛高夫斯基线圈来说，已问题，相位移很小，不随电流而改变。
2.2频率范围
电力系统工频为50赫兹，而洛高夫斯基线圈频率范围为从几赫兹到10000赫兹以上。故保护、监控和电力测量来说，完全满足要求。图4表示了洛高夫斯基线圈与频率关系。
3．电压传感器
测量电压所用电压传感器是阻抗式（电阻式或电容式）分压器（见图5）。与磁电压互感器相比，其有优点如下：
l无饱和，线性
l体积小，重量轻
l不会引起铁磁谐振
电网中，磁谐振是一个问题。这种结果许多情况下是：相线和线之间连接一个普通电流互感器，将可能发生热过载和损坏。电阻式电压传感器，不存电感，不会引起磁共振。它可这种特殊情况下被用于测量相线至线短路电流。
电阻式分压器必须能够承受各种正常情况和故障情况电压，以及试验电压。这对分压器提出了较高要求。实际中，这就意味着分压器电阻值必须很高。此时应重点处理杂散电容问题。
3.1电阻式电压传感器准确度
电阻式电压传感器准确度取决于电阻准确度，或更准确说，取决于分压比准确度。两个电阻都允许改变，同方向改变话。不准确性主要来源是：
l电阻温度系数
l电阻电压系数
l电阻器漂移（电压、温度）
l杂散电容
l相邻相线影响（串扰）
电阻式电压传感器精确度与电流传感器精确度一样，可以达到±0.5%准确度。但不满足计量中±0.2%准确度要求。
可采用如下优化措施：
1） 采用高质量材料，以及优化设计，补偿温度影响和电阻电压系数。
2） 降低相邻相和分压器之间电容
3.2 电容式电压传感器准确度
准确度主要取决于介电常数对温度依赖关系，环氧树脂介电常数对温度依赖性-40℃至+70℃温度范围内为1% 。其他影响准确性原：
l电容器漂移（绝缘考化）
l杂散电容
l相邻相位影响（串扰）
温度影响，一般准确度为3%。当要求更高准确度时，需采用电阻式分压器。
3.3频率范围
电阻式分压器高阻抗水平，频率响应没有象洛高夫斯基线圈频率响应那样宽。可以测量到高达几千赫兹频率（见图7）。这监控，保护和电力质量测量是足够。
4 标准制定
目前IEC TC38工作组（WG23和WG27）现有仪用互感器基础上，已考虑了传感器技术特殊要求（电磁兼容性等），草拟了IEC60044-7 [3]标准。已于1999年12月发表，IEC60044-8 [4]草案已于2000年中发表。这两个标准都包括了电压和电流传感器模拟输出规定。IEC60044-8还包括对多达7个电流信号和5个电压信号数字点对点输出规定。
IEEE（电气与电子工程师学会）电力系统继电委员会发表了一个传感器标准建议。
5 传感器性能比较
传感器式电流和电压互感器与传统电流和电压互感器性能对比
性能
传统电流和电压互感器
传感器式电流和电压互感器
信号
5A/100V
150mv/2： V
次级负载
1-50VA
≥4光欧
准确度
测量：0.2%-1% 保护：5%-10%
多用途1%
动态范围
40′In/1.9′Un
无限制
线性
非线性
完全线性
饱和
输出信号畸变
不存
铁磁畸变
破坏性（电压互感器）
不存
温度系数
无影响
受补偿
电磁兼容性
无影响
屏数
短路次级
破坏性（电压互感器）
无伤害
开路次级
破坏性（电流互感器）
无伤害
重量
40kg（电流、电压互感器）
8kg（组合传感器）
寿命期成本
高
低
覆盖所有应用不同型式
种类繁多
2种
6 电压传感器，电流电流传器
上述电压传感器，电流电流传器已应用于广州铁二号线33kV GIS交流开关柜中，实现与保护控制设备直接弱电接口。
