【关键词】二线制；电源；TLC5615；MAX409A；功耗
1.引言
二线制仪表，是将工业现场的检测信号，如温度、压力、速度、流量等参数，转换为4-20mA的电流信号，传送到远距离外的控制室，以便于对生产过程进行控制。由于电流信号对噪声不敏感，不易受寄生热电偶和温漂的影响，普通双绞线上可以传输几百米距离，利用250Ω取样电阻就可以将4-20mA电流信号变为1-5V的电压信号，不受传输线的电阻影响。同时，二线制仪表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的电流通断不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤矿、石油天然气等领域的应用越来越广泛。同时二线制变送器具有布线简单的特点。
由于二线制仪表，本身由电流环路供电，所以电流环仅能提供4mA以下的电流为仪表供电，所以对仪表的功耗提出苛刻要求，不能采用常规的方法进行电路设计，为设计人员带来了困难，如何能设计出高性能、高精度的二线制智能仪表，是目前国内许多厂家迫切需要解决的问题。
本文对二线制仪表通用的电源设计和电流环电路设计，进行了详尽的理论分析，结合多年的工业现场的实际应用，提供了简洁实用的应用电路，采用此电路设计生产的二线制超声波物位计，经多家工业现场实际验证，性能稳定，产品输出电流精度满足设计要求。
2.二线制变送器系统方框图
如图1所示，4-20mA电流环路输入的24V电压，经过电源单元转换为5V精密电源，为整个系统供电。主控单元控制超声波的发射和回波信号处理，然后将处理的测量数据，通过D/A和V/I转换单元，输出4-20mA电流，接收端通过负载电阻（250欧姆）取出电压信号，同时与电流环24V电源地相连构成回路。
图1 二线制超声波测量系统框图
3.二线制变送器电源设计理论分析
二线制仪表的原理是利用了4-20mA信号为自身提供电能。如果仪表自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求二线制仪表自身耗电（包括传感器在内的全部电路）小于4mA。
（1）电压条件：在仪表电流环路中，一般取样电阻R=250Ω。当电流I=4-20mA变化时，取样电压为U=1-5V之间变化。考虑到可能会串接其他仪表，以及传输电缆的阻抗，线路阻抗R的最大值可取350Ω，因此在20mA时，仪表两端电压为（24V-20mA×350Ω）=17V.4mA时，仪表两端电压为（24V-4mA×350Ω）=22.6V，所以仪表的工作电压不能大于17V。
（2）电流条件：仪表中总功耗电流要小于4mA。
（3）功率条件：
20mA时，电流环提供的功率最大：
P=20mA×17V=340mW。
4mA时，电流环提供的功率最小：
P=4mA×22.6V=90.4mW。
所以仪表消耗的功率理论上不能大于90.4mw。
4.变送器电源单元设计
电路设计的关键是降低电源电压转换的功耗，转换效率要高，静态电流要小。
将电流环仪表两端的17V-22.6V电压，降压处理，有两种方法。
第一种是直接采用线性稳压芯片，将输入电压稳压到5V，这样会造成稳压芯片本身功耗太大，无法满足其它电路的功率要求。
第二是采用开关型DC/DC芯片，又称为BUCK降压开关电源，电源效率一般高于85%以上，但开关型电源芯片是利用储能电感储能，输出的5V电压是脉动的，电压纹波噪声不能满足D/A及CPU控制芯片的要求。
综合考虑，本电路设计采用“开关型DC/DC芯片+LDO线性稳压器”方式，即利用开关型DC/DC芯片，将电流环提供的高电压降低，然后利用低压差线性稳压器来提高仪表电源的纹波抑制比。同时选择的芯片器件要少，减少能量损耗；
设计电路如图2所示：
图2 电源模块电路图
图2中，L1为储能电感33μH，D1续流二极管，FB=1.25V。开关型降压DC/DC芯片为MAX1776，是MAXIM公司的新型低功耗芯片，静态电流为15uA电压转换效率为95%以上，输入电压范围：Vin=4.5V～24V，输出电压可以通过电阻R1和R2进行调节，输出电压可在1.25V～Vin之间变化。
Vout=1.25×（1+R1/R2）
本设计中，MAX1776输出电压为7V，按电源效率95%计算，可用功率=90.4mw×95%=85.8mW。
低压差线性稳压器，选择为MAX603，是MAXIM公司的超低功耗器件，静态电流15uA。MAX603输入电压范围是2.7V-11.5V，将引脚SET接地时，典型的输出电压为5V，输出电流200mA时，典型压差0.5V，为保证稳压电路可靠工作，考虑脉动成分，所以设定MAX1776输出电压为7V。
5.4-20mA电流环电路设计
4-20mA电流环输出信号，是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度。
本部分电路由D/A和V/I变换部分组成，D/A部分选用美国德州仪器公司的具有串行接口的模数转换芯片TLC5615，它是超低功耗（1.75mW MAX）10位数据、3线串行接口，5V单电源工作，输出电压范围是基准电压的两倍，1.2MHZ更新速率的高精度D/A转换芯片；
V/I变换部分采用MAX409A芯片，是美国MAXIM公司的单电源、微功耗精密单运放，是现今唯一能以1.2μA供电电流工作的运算放大器。MAX409A主要参数：单电源供电2.5V-10V，增益带宽积150，稳定增益10，工作时静态电流1.2μA。
电流环输出模块原理图如图3所示：
图3 4-20mA电流输出电路
工作流程如下，主控CPU芯片将超声波测量单元，测得的二进制数据，通过D/A变换为0.5V～2.5V直流电压值，分别代表量程0和满量程，然后通过V/I变换电路实现4-20mA电流信号输出。
V/I变换原理：设定TLC5615输出电压为V，R3与R5的节点电压为V1，根据运放虚短原理及输入阻抗为无穷大，MAX409A的输入端电压为零电位，有，由于V1=-I×R5当R2=200KΩ，R5=50Ω，，通过调整R3阻值（80KΩ），将0.5V-2.5V输出电压转换成4-20mA电流输出；
经产品测试，采用此电路的超声波物位计的测量精度达到0.2%。
6.结论
二线制仪表的设计，是工业设计的一大难题，本文通过对二线制仪表的理论分析，提供了实用的电源设计方案，以及电流环的应用电路，通过采用超低功耗新型芯片，电路简洁，器件少，极大地降低了功耗，为整个系统的稳定工作和优化设计，提供了保证。采用此电路的二线制超声波物位计，经过工业现场实际应用，性能稳定，精度达到国际先进水平。
参考文献
[1]赵海鸣，英勇，王纪婵.一种高精度超声测距系统的研制[J].矿业研究与开发，2006（3）：62-65.
[2]王利军，田亮.二线制4-20mA仪表的电源设计[J].电力科学与工程，2010，26（5）：47-50.
[3]吴叶兰等.基于MSP430的二线制多功能表头[J].2011 （10）：59-60.
物理是以实验为基础的学科，不论是理科综合能力测试还是单学科的高考，都十分重视实验能力的考查。近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力，向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变，从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡。高考实验题的设计性实验常见于电学实验中，而电阻测量的设计性实验更是其重点、热点，对学生而言当然也是难点。本文拟就如何突破这一难点做些讨论． 一、千变万变，原理不变
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目，立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验，总结了不少方法，如“伏伏法”、“安安法”，名目繁多，不一而足。其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量，其实验原理最主要的应是两个，一是部分电路欧姆定律（即所谓伏安法），二是闭合电路欧姆定律，兹分述于后：
⑴伏安法。设待测电阻阻值为Rx．若测得Rx两端的电压为U，通过Rx的电流为I，则由其定义可得Rx＝U/I。此处应注意“测”的含义，例如，电压U既可用电压表直接测得，也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻Rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分，利用闭合电路欧姆定律测量，这当然也是间接测得的。
二、方案选择，应看条件
关键词：低压供电，电缆选择及计算，接地故障，校验，选型，低压长距离线路敷设。
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1、问题的引入
在比较大的工业厂区，占地规模是非常大的。总体规划中的电气设计主要考虑的是电源分布与供电线路敷设、走向等问题。其中电源设置的位置当然非常重要，而正因为线路较长考虑到经济性以及安全性等因素，高压或中压的电压等级被视为合理的远距离送电方式。
当然中压（10kV）供电半径远大于低压（400V）所能达到的范围，但并非厂区内所有的地方都能做到由中压电源覆盖。在大型厂矿中必然存在一些用电负荷并不很大，但远离最近处的变压器，其电源的供电半径超出了低压一般供电距离的情况。这时候采用何种方式供电更为合理其实并不能够简单的通过一两个因素判断。同样即便是在建筑物单体中、或者厂房内部，供电等级已经成为低压电压等级的时候，低压线路敷设的实际路径长度也不能够简单的认为是不存在问题的。
要做合理的设计必然需要全面透彻的比较与数据支持，这就是本文主要的目的，即讨论当采用低压供电的方式时线路设计应注意的几个关键性问题。
2、供电电压的选择
虽然要讨论的是低压供电的线路问题，但必须对各电压供电形式有所了解。当要为一个用电单元供电的时候，需要判断受电端与配电端的距离。或者说需要关注一定电压等级线路的送电能力。下表为中压、低压供电线路的送电能力。
表2-1
注：考虑到外界自然条件复杂、荷载种类多（如风荷载，积雪等）及其电流肌肤效应。架空线路采用钢芯铝绞线材质。
2.1、供电电压的确定
不论是供配电还是输变电，受电端都有一个需求的受电端电压，随着线路长度的增加，形成的线路阻抗升高，任何电压等级在线路上所消耗的电压就会升高，以至于当到达末端无法满足需求，那么输电配电的意义全无。那么在不同的电压等级下就存在着不同的供电半径的概念，所谓力所能及。
供电半径取决于以下两个因素的影响：
1） 电压等级（电压等级越高，供电半径相对较大）；
2） 用户终端密集度，即：电力负载越多，供电半径越小。
从表2-1供电半径的表格中显见，一般负荷不超过200kW的时候单体配电距离不宜超过350m。
2.2、线路电压损失计算（∆U%）
保证各类受电电压质量合格，电网允许的最大电压损失据《供用电规则》电压允许偏差：
表2-2
注：一般中低电压配电系统是动力电与照明电混合而成，因此低压用户的允许电压偏差应为+5%、-7%。
一般从配电端来看，负荷种类可以视为三相平衡负荷线路。三相平衡的线路电压降计算公式如下：
∆U%=∑PiLi/CS(2-1)
注：1、PiLi：各负荷的负荷矩（kW•m）；
2、C：功率因数为1时的计算系数（其值随电压等级、配电系统、线路导体介质不同而不同）；
3、S：线芯标称截面（mm2）。
根据公式（2-1），电压损失或者说被消耗在配电线路上的电压降∆U%与负荷的总容量，负荷距供电端距离的长度以及载流导体的截面积均有关系，其中还有一个常熟C，其值的确定又直接取决于配电系统所选用的电压等级，详见表2-3。
表2-3
线路上的电压损失与线路长度及其配电线路的截面、材质有关。不同的敷设条件选用的不同的载体决定了C值的同时亦决定了S截面积。
根据公式(2-1)所得到得电压降需满足表(2-2)的要求。
一般在设计手册中可以查表得到高压、中压、低压的各种敷设方式的电缆电线的电压损失情况。方便设计人员在对应的电压等级和敷设方式校验电压损失∆U%是否在满足要求的范围内。在低压供电系统中首先要考虑的因素∆U%。电压降问题，一个线路不论它的长度是一般正常的低压供电距离，还是显而易见的超出了常规的供电距离。设计人员必须做到对每条线路的电压降心中有数。
当然，∆U%概念可以算作配电设计中的一个最为基本的概念。也会有很多设计人员会想，既然计算了线路上的电压降，如果电压降不满足要求放大电缆截面就可以降低线路上的电压损失，线路截面放大了只可能更为保险。基本上别的事情都可以按照一般设计概念完成就可以了。
显然不是，随着线路敷设，选择了满足电压降的线缆之后，线路的电阻电抗值随之变化，与之匹配的线路保护所用断路器参数也需要配合以保证能够对其后的线缆起到保护作用，那么在校验了电压降之后紧随而来的一个问题就是短路校验的问题。从而引出以下内容。
3、短路电流与线路敷设之间的关系
短路电流是电气设计中不论是低压配电系统设计还是中压、高压设计中必须要考虑的一个因素。当电气线路的短路故障发生时，为保证及时能够切断短路故障所在回路或者线路，设计人员必须校验该回路的断路器的动作灵敏度。也就是说当短路故障发生产生了短路故障点流Id，所选择的断路器的瞬时动作电流Isd必须要小于短路故障点流Id。
3.1三相短路接地故障
三相短路故障，即三相全部短路。低压供电中，此种短路最严重，因为会产生相当大的冲击电流。在220/380V网络三相短路电流位最大短路电流，如果该电流持续在系统中存在而不切除，会影响到其他的设备，同时也会造成火灾的可能。所以在断路器的校验过程中三相短路故障需要重点考虑。三相短路电流的计算公式如下：
(2-1)
注：1、 =380V，C:电压系数C=1.05(计算三相短路时) C=1 (计算单相短路时)， ;
2、 短路点总阻抗， （ 短路点总电阻； 短路点总电抗）
3、此处 与 均已标幺值算法将高压侧系统阻抗折算到低压400V侧进行叠加。
这里需要注意，在一般的低压用电单元，往往远离发电机，可采用无限大电源容量的网络短路计算方法。图（2-1）表示为系统，则等效电路可以简化为图（2-2）
图（2-1）
图（2-2）
(2-2)
(2-3)
图（2-3）
计算得到三相短路电流 即可得到两相短路电流 。在低压网络中同样满足 ，此点特性与高压、中压相同。
在选择断路器的时候，对断路器的短路保护的校验必须满足该回路短路电流不小于断路器的瞬时或短路延时动作电流整定值（ ）的1.3（低压短路器的送做灵敏系数 =1.3）倍，即：
（2-4）
正如前面所说的，系统中三相短路电流值相比较两相和单相短路电流来说是最大的也是对线路损坏最为严重的因素，那么是不是 取值为三相短路故障就可以了呢，其实正好相反，要保证线路故障切除必须满足最小值动作断路器的原则，也就说 顾名思义是指被保护线路短路最小值，必须以最小故障电流考虑，在低压系统中TN、TT系统为单相短路电流。为寻找 这时必须对单相短路故障进行计算。
注： =1.3参见GB50054中，4.2.3：低压电器为符合(JB1284-85)的低压断路器时,短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
3.1单相短路接地故障
以下是单相短路的计算公式：
关键词：电阻测量；设计性实验；物理
物理是以实验为基础的学科，不论是理科综合能力测试还是单学科的高考，都十分重视实验能力的考查。近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力，向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变，从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡。高考实验题的设计性实验常见于电学实验中，而电阻测量的设计性实验更是其重点、热点，对学生而言当然也是难点。本文拟就如何突破这一难点做些讨论．
一、千变万变，原理不变
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目，立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验，总结了不少方法，如“伏伏法”、“安安法”，名目繁多，不一而足。其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量，其实验原理最主要的应是两个，一是部分电路欧姆定律（即所谓伏安法），二是闭合电路欧姆定律，兹分述于后：
⑴伏安法。设待测电阻阻值为rx．若测得rx两端的电压为u，通过rx的电流为i，则由其定义可得rx＝u/i。此处应注意“测”的含义，例如，电压u既可用电压表直接测得，也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分，利用闭合电路欧姆定律测量，这当然也是间接测得的。
二、方案选择，应看条件
电阻测量设计性实验之所以难，对很多学生来说，不是不知道有哪些实验原理，而是不清楚对一个具体的实验应该用哪个原理。实际上，在一道具体的实验题目中实验原理的选择受实验器材、实验精度的要求等多种因素的制约。如考虑用伏安法测电阻时，一般而言应有电压表、电流表。若只有两个电流表，没有电压表，并不意味着无法用伏安法。只要满足一定条件，实验仍然能够完成。前面说过，只要能算出待测电阻两端的电压即可。在什么情况下可以“算出”？这就需要注意电压表、电流表的一些指标。一般来说，电压（流）表应看三个指标即满偏电压、满偏电流和内阻，由于电表此时满足部分电路欧姆定律，故三个指标中只有两个是独立的，利用任意两个指标可由欧姆定律求出第三个指标。这也说明电表可扮演三种角色，例如一个电压表，既是一个电压表（测内阻rv两端的电压），又是一个定值电阻（阻值为内阻rv），同时还能反串电流表（“测”通过rv的电流）．能否“测出”通过rv的电流，就取决于其内阻是否已知。故若题目明确说明其电表的内阻是多少，则可考虑让此电表反串另一种电表的角色（当然，可能还须考虑其偏转角度是否满足精确的要求或是否会超出其量程）。但若题目只是说此电表的内阻约为多少，则不能反串。题目给出这个条件通常是用来考虑用外接法还是内接法的，此时应另寻他法。若考虑用闭合电路欧姆定律测电阻时，则应注意电源的两个指标即电源的电动势e和内阻r。如果电动势e和内阻r未知，则应做待测量加以考虑。
三、体会例题，学会应变
例1：2004年高考理综（全国卷二）22题：用以下器材测量一待测电阻rx的阻值（900～1000ω）：电源e，具有一定内阻，电动势约为9.0v；电压表v1，量程为1.5v，内阻r1=750ω；电压表v2，量程为5v，内阻r2=2500ω；滑线变阻器r，最大阻值约为100ω；单刀单掷开关k，导线若干。
(1) 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注。
(2) 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
(3) 若电压表v1的读数用u1表示，电压表v2的读数用u2表示，则由已知量和测得量表示rx的公式为rx=__________。
分析：首先考虑实验原理。若利用伏安法测电阻，则需测出rx两端的电压和通过的电流。虽然器材中没有电流表，但给出的两只电压表，既知道它们的量程，又知道它们的内阻，因此，当接在电路中时，既可直接读出它们的电压值，又可算出通过它们的电流。由此可知，当用伏安法测电阻rx的值时可有图1或图2所示的两种电路。当用图1所示电路时，rx先与电压表串联，读出电表电压从而算出通过电表的电流也就是通过rx的电流，然后再与另一只电表v并联直接读出电压，此电压减去的电压即是rx两端的电压，这样就可用欧姆定律算出rx的值；当用图2所示电路时，rx先与电压表v并联，可直接读出rx两端的电压，再与另一只表串联，由两只电表电流之差算出rx中的电流，同样可用欧姆定律算出rx的值。
接下来需要考虑的是，对于上述每种电路，由于有两只不同规格的电压表，则若在上述电路中将电压表互换位置，就会有四种可能。但要注意题目有“电压表的读数不小于其量程的1/3”的要求，因此，每只电压表接在何处应结合它们的量程和内阻做进一步的分析。采用图1电路时，
若为电压表v1，v为电压表v2，则当v1两端的电压达到满偏时，可估算出并联电路两端的电压即v2两端的电压可达3v左右，两只电压表的读数均可超过其量程的1/3，满足题目要求；采用图2电路时，可从两只电表通过的电流考虑，v测支路电流而测干路电流，量程应大些，故v用电压表v1而用电压表v2。
再次应考虑的是滑线变阻器的使用。由于电源电动势较大，变阻器的最大阻值比电压表的内阻小得多，故若把滑线变阻器串接在电路中即做限流使用，将会使电压表超过量程且操作不方便，因此应接成分压电路。
需要说明的是，上述电路不必考虑内、外接的问题。因为rx是算出来的，没有因电压表分流或电流表分压带来的系统误差。
以上从原理出发讨论了电阻测量设计性实验的主要方法。电阻测量设计性实验还有一些特殊方法如替代法等等，由于篇幅原因，在此不再赘述。
四、小试牛刀，专题训练
⑴用以下器材测量一待测电阻rx的阻值（约100ω）：电源e，电动势约为6.0v，内阻可忽略不计；电流表a1，量程为0~50ma，内电阻r1=20ω；电流表a2，量程为0~300ma，内阻r2=4ω；定值电阻r0，阻值r0=20ω，滑动变阻器r，最大阻值为10ω；单刀单掷开关s，导线若干。
①测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3，试画出较准确地测量电阻rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。
②若某次测量中电流表a1的示数为i1，电流表a2的示数为i2．则由已知量和测量量计算rx的表达式为rx=。（用相应英文字母表示）
⑵如果测量一个待测电阻r的阻值时，器材中没有给电压表，给出的器材是：电池（电动势的具体值未知，但内阻可忽略不计）、电流表（内阻可忽略不计）、滑动变阻器、定值电阻r0（r0的值与用多用电表粗测出的待测电阻r的阻值相等），调节范围在0.1ω?9999.9ω的电阻箱r′（电阻箱的最大值大于待测电阻r的阻值）、单刀单掷开关、单刀双掷开关、若干导线。测量前将待测电阻r和电流表串联后直接和电池相连，电流表的示数接近满量程。
要求：①选用所给的器材，设计两个不同的测量待测电阻r的阻值的电路，画出电路图；②简要说明实验步骤，写出最后的测量结果（如果需要计算，则必须写出计算公式）。
参考解答：
⑴解法ⅰ：通过rx的最大电流大于电流表a1的满偏电流且为电流表a2的满偏电流的1/5．测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3，故可用电流表a1测rx的电流；将a2与r0串联后改装为电压表，此电压表测出的是rx与a1的端电压，故。
解法ⅱ：若将电流表a1与rx串联后再与电流表a2并联即用a2测其端电压，则由于当a2中的电流较大时a1中的电流将不会达到其量程的1/3，故可用定值电阻r0来测电压。
②（a）（替代法）拨动s使r接通，记录电流表的示数；拨动s使r′接通，记录电流表的示数与r接通时的示数相同，记录此时r′的值r0′，则r＝r0′。
（b）设电源的电动势为e，s闭合后通过电流表的示数为i1，s断开时电流表的示数为i2，有e＝i1r，e＝i2（r＋r0），解得。
（c）设电源的电动势为e，s闭合前将r′调到最大值（或较大值），然后闭合s，调r′使电流表的示数尽量接近满量程，此时r′的值为r0′，电流表的示数为i1．断开s后电流表的示数为i2（也可采用在s断开后调节r′，使电流表的示数为1/2满量程的方法）
参考文献：
[1]教育部考试中心“高考内容、形式与能力考查”课题组.物理－历年高考试题精选解析[z].北京：中国人民大学出版社，2004.
【关键词】:技术措施 管理措施
中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0011-01
线损不仅包括电网传输中的电能损耗，也包括由于系统运行方式、计量误差、偷漏电等造成的一切不明损失，在统计上通常用供电量与售电量的差额来度量，供电企业降损的任何一种努力，都会通过线损降低得以体现。电力作为一种特殊的商品，不可能象其他商品一样用废品率、运输成本等指标来评价，而只能通过比较供电量与售电量的差额来衡量，这其中有线路本身损耗等合理线损部分。所以降损必须从技术降损和管理降损两方面进行，技术降损是基础，管理降损是关键。本文主要从以下两个方面就如何加强降损节能管理工作进行探讨。
一供电企业降低线损的技术措施
（一）加强配电网络的无功管理，提高电网的电压质量
功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率与视在功率的关系，功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。提高功率因数，减少无功损耗的途径有以下两个方面：
一是提高自然功率因数。提高电气设备的自然功率因数，主要是：通过合理选择供、用电设备的容量和型号；推广使用节电新产品和新技术；及时停用空载设备来减少电力网中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功消耗。
二是采取人工无功补偿提高功率因数。采用人工无功补偿，可以有效地降低电力网的线损，改善电压质量，提高配变供电能力和用电设备的出力。
（二） 改善供电电压水平，保证电力网的合理运行电压
电力网的运行电压对电力网中元件的空载损耗均有影响。一般在35kV及以上供电网络中，提高运行电压1%，可降损1.2%左右。提高电网电压水平，主要是搞好全网的无功平衡工作。
在10kV配电网中，由于空载损耗约占总损耗的50%～80%，特别是在深夜时，因负荷低，则空载损耗的比例更大，所以应根据用户对电压偏移的要求，适当降低电压运行。?对于低压电网其空载损耗很少，宜提高运行电压。
由此可见，在电网运行中，大量采用有载调压设备可以在不同的负荷情况下合理地调整电网的运行电压，进而降低线损。
（三）确保变压器经济合理运行
所谓变压器的经济运行是指它在运行中，所带的负荷通过调整后达到合理或基本合理值，此时，变压器的电功率损耗达到最低值，效率达到最高值。这一运行状态(变压器负载率为40%～60%之间)就是变压器的最佳经济运行区。这是降低变压器和电网电能损耗的重要措施之一。
二供电企业降低线损的管理措施
管理线损是由计量设备误差、管理不善以及电力元件漏电引起的电能损失。
由于这种损失无规律可循，又不易测算，通常又称之为不明损耗。在农村供电所的线损管理中，管理线损是左右线损的一个重要因素。因管理不到位，形成的电能损失在整个线损中占有较大的比重。
（一） 成立组织机构，制订严格细致科学的台区承包措施
建立线损领导小组和各分片线损管理员组成的降损专项小组，每月定期召开线损分析会，仔细分析线损高的台区，线损低的台区也不例外，高的要降低，低的要更低，找出问题的关键所在，并及时采取有效措施进行解决。
（二） 进行高、低压线损的理论计算
为了制定合理的线损指标，应对电网的理论线损率进行计算，特别应开展低压理论线损率的计算。根据现有电网接线方式及负荷水平，对各元件电能损耗进行计算，以便为计算线损提供科学的理论依据，不断收集整理理论线损计算资料，在整理出线损理论计算的基础数据后，利用切实可行的线损理论计算软件对电网进行高、低压线损理论计算。
（三） 建立线损分析例会制度
每月定期召开线损分析会，分析影响线损率的主要因素，从中找出相应改进措施以确保取得最佳的降耗目标和经济效益。线损分析例会应重点做好以下几个方面的对比分析：一是实际线损率与理论线损率的对比。如果实际线损率过高，说明电力网漏电严重或管理方面存在的问题较多，或许两个方面都存在问题。二是当前水平与年平均水平的对比。三是计量总表与分表电量的对比。搞好电能的平衡分析，监督电能计量设备的运行情况，确保计量装置保持在准确运行状态。四是线路或设备之间、季度和年度之间、各条线路之间的线损综合对比。
（四） 加强抄表管理
严格执行抄表制度，抄表员每月严格按例日抄表，不准随意变更抄表时间。抄表员与用户侧接触最多，应利用每次机会，坚持杜绝抄表不到位，错抄、漏抄等现象的发生，并仔细查看计量装置的完好情况，是否有表计、CT烧毁、接线错误等计量故障或窃电、违章用电现象的发生。也可以尝试换人抄表，防止跑熟了难免出现一些细小问题，起到互查互督，于己于人，于公于私，有利无害，同时加大稽查力度，抄表工作不仅仅是为了抄表而抄表，还要对铅封是否完好，电量是否异常等情况进行统计分析，从中查找问题，并及时处理解决。
（五） 规范计量管理，确保计量装置接线的正确性和计量的准确性
电能计量装置的准确与否，是线损率准确与否的前提。对电能表的安装运行管理工作要严肃认真，有专人负责，做到安装正确合理，按规程要求定期轮换校验，保证误差值在合格范围内并尽可能降低；规范计量箱的安装位置，缩短馈线距离，加大馈线截面积；严格铅封制度；配表防止小容量大计量。
（六） 加强营业普查及稽查工作，杜绝跑冒滴漏情况的发生
关键词：智能电表；电表设计；实现
中图分类号：S611 文献标识码： A
引言
随着网络信息技术的发展，对我国的经济发展方式产生了直接的影响。智能电网、电力系统自动化和智能化创建正在逐步推进，在创建国家电网智能化的过程中，智能电表获得了广阔的市场空间和发展空间。文章介绍了智能电表的应用优势和前景开发，仅供参考。
一、压缩感知理论
压缩感知是近年来新出现的采样理论，其利用信号的稀疏特性，在远小于奈奎斯特采样频率的条件下，用随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法重建信号。经多年发展，压缩传感在理论方面已取得了诸多成果，并逐渐得到实际应用，如图像压缩、去噪、信号的检测与估计、传感器网络等。在应用方面，压缩传感理论已初步显现出其在信息、医学、天文、雷达成像等领域中的强大应用潜力。此外，当该理论发展到更为成熟的阶段时，可设计出便携式传感器或微型传感器，既省时、又节省存储空间，并可用于诸如天文、军事等尖端领域中某些对信息获取有特殊要求的场合。
二、智能电能表发展应用前景
智能电能表是建设智能电网的基本智能终端设备，它对智能电网相关功能的实现有着极为重要的作用。国家电网公司在2009年制定了十二项智能电表企业标准，对电能表形式和功能进一步的统一要求。智能电能表与传统的电能表最大的区别在于其“智能化”，主体要体现在可以在没有人工参与的情况下自行发现问题、分析问题并依据一定的规则来解决问题，如何真正的实现智能化将是智能电能表将来需要解决的一个重要的关键性问题。
智能电能表是智能电网信号来源之一，是最基本的数据来源，尤其随着电力系统对用户的各种用电信息采集的不断深入和发展，智能电表所采集的电力用户的各类信息也将会得到进一步的深层次应用。预计将来智能电能表可以实现模糊状态下的状态估计、电能质量和供电可靠性的实时监控、用户侧负荷分析建模及预测以及防窃电用户能量管理等功能，为不同类型的用户提供相适应的能量管理服务，最大限度的降低能源消耗，实现节能减排。
三、智能电表的设计
1、更全面与完善的性能
为更好的服务智能电网，智能电表的性能要求已不仅仅局限于电表计量，还表现在越来越多的方面：首先，要确保智能电表的精度。准确的数据信息才能传达出电网最本质的需求与问题，误差过大的数据，即使获取到了也毫无意义可言。其次，智能电表的可靠性要有保障。确保电表的相关性能和数据精度，不会因长时间使用而发生改变；同时电表的使用不受安装与运输等影响。再次，智能电表功能要齐全。电表不仅能实现自动抄表、自动计费、计量功率、数据传输、双向通信等功能，还应当实现多费率计算，与互联网双向融合。最后，智能电表性价比要高。智能电表在功能完善的基础上，价格也要适宜，不宜过高，这样好的产品不论走到哪都会受到用户欢迎的。
2、智能电表能够优化新能源的使用电力程序
现阶段国内广泛使用的智能电表设备能够让使用人员可以比较快速、高效地了解到太阳能、风能等一系列新能源的使用状况。我国智能电表设备还能够全面实现四象限上的无功以及远程集中抄表等相关功能。在有些情况下有使用一块电子式电能表可以代替七块感应式电能表（一块失压计时仪、两块最大需量表、两块正向无功表、两块正向有功表）的作用效果，并且具有分时计量、数据自动抄读等功能，这是普通的感应式电能表所不具备的。使用智能电表的同时，节约了用表量，很好地减少了系统内部出现二次回路而导致的压降故障发生。由此看来，智能电表的利用能够在很大程度上调谐与控制好主电网系统的新能源运用以及配电运行系统。
3、压缩感知在智能电表的应用
压缩感知理论是一种全新的数据压缩理论，与以往数据压缩理论不同，数据压缩部分的算法计算复杂度低硬件实现简单，而还原算法复杂需要使用高性能设备。这种信号处理思路正符合智能电表系统对数据处理的需求，实现低成本的电表节点和高性能的数据中心相结合的监控系统。电表的电能采集模块对用户用电情况进行监测，将采集得到的电能质量信号传输至嵌入式控制模块。嵌入式控制模块将采样得到的电能质量信号通过压缩感知的方法进行二维化处理得到原始信号的二维矩阵，再对矩阵通过FFT变换稀疏化并对稀疏矩阵进行下采样。嵌入式控制模块将压缩得到的下采样矩阵无线传输至监控系统。监控系统收到压缩数据后按照重构算法对原始电能质量信号进行重构，再入库并进行分析。在电表节点利用基于压缩感知的电能质量信号处理算法实现了电能质量信号数据的低成本低复杂度的压缩，有效减小网络数据传输的压力。在远程监控系统上收集各个电表节点上传的压缩数据，根据压缩数据的参数及对应的数据重构算法，实时地进行电能质量信号的重构，并将重构数据入库、分析。
4、智能电表的开发
（1）软件设计
通常由数据保存、中断服务、LCD显示驱动和初始化这些程序构成了整个系统软件。一般主程序通过中断方式或者直接调用方式来进行子程序调用，最后实现系统的整体功能。
脉冲收集程序属于电能表最重要的功能。其收集到的值通常存储在脉冲计量模块里，一般在中断程序中，CS5460模块收集电能的程序是：确定是否存在中断现象，如果发现有中断现象，那么可以读取电流、无功功率、电压、有功功率等相关数值。通常CS5460模块的读写步骤是：先读出能量寄存器的数据，然后读取电流有效值寄存器的数据，接着读取电压有效值寄存器，结果读取状态寄存器的数据，再回头写状态寄存器。对于CS5460模块而言其初始化步骤是：先复位CS5460，给其复位脚传达复位脉冲，且保持脉冲值超过10ms，然后写同步控制命令字，接着读出校准值，同时将读出的数值值入对准的校准寄存器，接着写控制寄存器，设置相关参数，接着清净状态寄存器，然后启动CS5460模块进行转化，最后读出CS5460模块的AD转换值。
（2）硬件设计
对于总的硬件结构而言，大电压和电流信号一直到小电压电流信号的转化是由电流电压互感器来完成。RS232接口属于通信模块，它的作用是帮助完成上位机来手持抄表、控制抄表等相关功能；PCF8583模块给硬件系统一个确切的数据，来辅助实现智能表的分时计量；FM24C2是存储器模块，它用来存储用户的用电量，可在断电条件储存相关数据；MSP430F149控制模块属于中央控制元件。
MSP430F149模块。用MSP430F149单片机模块来作为系统主控制器，此单片机模块具有超低功耗的特点。其包含活动、待机和掉电这三种低功耗模式，还包括五种省电模式，此模块具有开机反应时间短，且模块内部还有抗干扰能力强和ESD保护等相关特征。依赖其功耗低以及可靠高的特性的MSP430模块单片机，其通常被应用在电子产品方面的开发。
前端调理电路。系统一般在电压电流的电路里采用互感器接入法，利用电流型互感器把电压信号转化成电流信号，然后通过电阻转变成电压信号，且通过电流互感器得到电流信号，通过电阻转化成电压信号。通常电压模块使用的电压互感器变比是1/1，然而电流模块却使用变比是2000/1的电流互感器。
结束语
随着智能电网的建设的不断深入，智能电能表所起到的作用也将会越来越重要，这也将对智能电能表的安全性和技术性提出更高层次的要求。因此，智能电能表必须与国家智能电网建设相适配，只有依据智能电网建设中需要的功能来不断的改进和完善自身的功能，才能完美解决智能电网建设中的各类问题。
参考文献
关键词：仪器仪表 防雷设计 防雷器件
雷电是夏日频发的自然现象之一，它往往会造成一些无法避免的危害，尤其是在暴雨天气里，除了会对自然界的生物造成影响之外，甚至会对人身财产安全造成威胁。我们在夏日雷雨天气中，往往会发现一些仪器仪表总是出现故障，通过检查分析，大多数判断出其主要故障在于防雷设施上，要么设计有问题，要么安装方面存有缺陷。
一、雷电入侵仪器仪表的途径
从目前来看，对仪器仪表的防雷设计而言，主要根据雷电的入侵途径，一般采用的是短路或开路的防雷设计。短路设计指的是防雷器在遇到了瞬间过大的电压时可以对地短路，将电流引入大地，从而对仪器仪表产生保护作用；而开路设计指的是当防雷器遇到了瞬间高电压时利用开路来隔离设备。对这两种设计而言，前者得到了广泛的应用，因为短路设计中的防雷器承受的反压较低，并且设备比较简单与经济。
根据近几年的研究与经验发现，当前雷电入侵仪器仪表的主要途径有：1）接地电压过高，雷电反击之后进入设备；2）仪器仪表的天线遇到了感应或者直接雷击；3）仪器仪表的电源供电线路在远端遇到了感应或者直接雷击，并沿着供电的线路进入了设备中；4）在建筑物之内的各种线路，由于受到了感应电磁脉冲的辐射，从而进入了设备；5）某些有线通讯的线路在远端遇到了感应或者直接雷击，沿着通讯的线路进入了设备；6）网路数据线路在远端收到了感应或者直接雷击，并沿着网络线路进入了设备。
二、仪器仪表防雷器件概述
防雷器件的主要参数包括了：启动电压、关断电压、最大钳位电压、漏电流、通流容量及响应时间。对于启动电压、关断电压与最大钳位电压的选择而言，应根据设备正常工作的电压来选择，而防雷器件的漏电流越小、容留容量越大及响应时间越小对于防雷效果而言会更好。从当前来看，主要的防雷器件有压敏电阻、火花放电管与瞬变抑制二极管。为了更加清晰地了解这三种防雷器件，下文将分别展开三者之间的优缺点探讨。
（一）压敏电阻
压敏电阻有一些非常突出的特点，比如抗雷击能力非常强、响应的时间也非常快、无续流等，但压敏电压寿命长且范围广，加之极间的电容很大，因此很容易在高频电路中受到限制，此外若残压过高，则会加速自身的老化。
（二）火花放电管
对于火花放电管而言，主要包括了两类：二极放电管与三极放电管，其优点在于抗雷击能力强，且极间的电容很小，因此无需特殊的维护；它的主要缺点在于响应时间太慢，并且存有残压高与工频续流等问题。此外，在具体的使用中，如果将两只二极放电管放在了同一个回路中，由于两者可能不能同时放电，从而引发导线之间出现电位差，而放置的是三极放电管的话则不会出现这种情况。
（三）瞬变抑制二极管
对于瞬变抑制二极管而言，其分为了单极与双极，主要特点在于响应的时间非常短，残压较低，钳位电压相当准确，它的缺点在于抗雷击能力不强，极间的电容也较大。
通过对三种防雷器件的分析，我们知道了三者的优缺点，因此在实际的防雷操作中，我们应该合理利用三者的优点，将它们进行有机组合，达到扬长避短的目的。大量实践证明，在三者的组合中，最佳的组合方式为：压敏电压与火花放电管作为防雷的第一级装置，瞬变抑制二极管则往往放在最后一级，而级间一般使用的电感或者小电阻连接加以隔离。
三、仪器仪表防雷设计案例探析
本文以安装在某市的排水泵站检测仪器作为案例进行仪器仪表防雷设计的说明，此设备的实时检测泵站排水设备的工作情况，主要通过无线与电话线通讯系统进行，将检测到的详细数据传输给中央控制系统。该检测仪器在往年经常遇到雷击事件，为了改善与提高其防雷效果，对其增加了相应的防雷设计。
首先，应分析雷电可能进入该检测仪器的途径：1）利用电源电路进入。2）利用串行口进入；3）利用天线进入；4）利用电话线进入。
其次，根据以上的途径分析，进行相应的防雷设计：1）在检测仪器的电源入口处利用高能压敏电阻与瞬变抑制二极管加以保护；2）在串行口利用三端平衡对称的瞬变抑制二极管加以保护；3）在天线处利用高能瞬变抑制二极管加以保护；4）在电话线处利用火花放电管与瞬变二极管加以保护。
最后，为了防止雷击产生的感应电磁过于强大，从而干扰仪器，对于所有的设备而言，都需要采用金属外壳加以保护，并且外壳应接地处理。
为了防雷效果达到最好，除了需要选择合适的防雷器件之外，还应该合理组合防雷器件，尤其是要做好安装之后的接地处理，保障接地电阻尽量小。只有接地良好，接地电阻也较小，才可以保证出现雷电时，防雷器件能迅速将其电能释放掉，从而起到保护整个仪器安全的作用。此外，避雷器的信号与接地线的连接务必保证简洁，要将能减除的部分减除掉，尤其是对于接地线而言，必须减少其绕环布线，这样能避免其泄放电流而形成电磁场影响整个线路。
四、结语
从目前来看，我国大部分仪器仪表在防雷设计上都有着一定的举措，并取得了一定的成效，但是还需要不断探索与创新。总之，仪器仪表的防雷设计是一项必须务实的工程，只有做好了防雷工作，才能减少雷雨天气中雷电对仪器仪表的损害。但在实际的生活中，防雷效果的好坏还受到了建筑物的防雷设计、安装工艺及仪器仪表本身决定。但作为仪器仪表的防雷设计而言，应该分析雷电入侵的途径，然后选择较为合适的防雷器件与组合方式，从而设计出合理的防雷电路，以此实现仪器仪表的防雷效果。
参考文献：
[1] 电子式智能多功能电能表的过电压（防雷）保护措施设计[C].//2010中国·北京全国电工仪器仪表标准化技术委员会第四届三次全体委员会议暨2010第二十一届“电磁测量技术、标准、产品国际研讨及展会”论文集.2010：81-85.
[2] 周开颜.浅谈仪器仪表雷电防护的必要性[J].甘肃科技，2009，25（24）：74-76.
关键词：发电厂，一次部分，主接线，短路电流
1 前言
发电厂是电力系统的重要组成环节，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。在发电厂中，电气一次系统是主干系统，处于关键的地位。可靠、优质的一次系统设计对于整个电厂的运行来说意义重大。
本文以河北华峰沧州热电厂为例，论述了火电厂一次部分设计的关键问题。该热电厂位于沧州市西北方向双官亭村北，地形平坦、开阔，试桩场位置在厂址北部。厂址北侧有朔-黄铁路东西向通过，南侧有沧州市环城公路，交通便利。
2 电气主接线
电气主接线是发电厂（或变电站）中的一次设备按照设计要求连接起来，表示生产、汇聚和分配电能的电路。主接线是构成电力系统的主要环节，主接线的拟定正确与否对电气设备的选择、配电装置布置、运行可靠性和经济性等都有重大影响.
本设计规划建设4×300MW供热机组，厂内设置220kV配电装置，远期采用双母线单分段接线，共6回出线，母线穿越容量600MW。四台机组均以发电机-变压器单元接线方式接入220kV母线。论文参考网。
本期设计建设2×300MW供热机组，220kV配电装置采用双母线接线，2回出线至姚官屯变电站，每回出线的最大输送容量为530MVA，每回出线的导线截面为2xLGJ-500/45。采用双母接线方式，可提高供电可靠性，一组母线故障后，能迅速恢复供电，灵活性较高，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上[2]。
本期设计起动/备用电源采用架空线引接于本期220kV配电装置。
结合对该发电厂在电力系统中的地位和作用，分期和最终建设规模，负荷大小，系统备用容量等因素的分析，对各种接线方式的适用范围及优缺点进行比较后，遵循可靠性、灵活性和经济性的基本原则，综合考虑最终接线方案如图1所示。[雨林木风2]
图1 电气主接线图
3 短路电流计算
短路是电力系统常见的严重故障，它不仅会影响电力系统的正常供电，还会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备，因此在发电厂及整个系统的设计和运行中，都必须进行短路电流计算[1]。通过短路电流计算，可以确定某一接线是否需要采取限制短路电路的措施，对于选择电气设备，设计配电装置及选择继电保护方式及接地装置的设计均需要计算短路电流。
在进行短路电流计算时，按照以下原则进行：容量和接线按本工程设计最终容量计算，考虑电力系统远景规划；短路电流一般按三相短路验算，若其他种类较三相严重时，按最严重的情况验算；计算短路点选择通过电器的短路电流为最大那些点[3]。
短路电流计算接线图如图2所示。对图中五个短路点进行短路电流计算，计算结果如表1所示。
图2 短路电流计算接线图
表1 短路电流计算结果
关键词 电压降 电缆 阻抗 路灯
Abstract:This article discusses a few ways in calculation of cable size in road illumination, having a strong theoretical definition and practicality，it is useful in guiding design work.
Keywords:Voltage Drop；Cable；Resistance；Street lamp
------------------------------------------------------------------------------
1.引言：
道路照明是大型厂矿电气设计中的一项内容，在市政工程设计中更是一项重要的内容。《城市道路照明设计标准 CJJ 45-91》第5.1.4条中明文规定，低压照明线路的末端电压不应低于额定电压的90%或不应低于始端电压的95%。在以往多年的设计中，许多设计人员在选择电缆时都是从一而终（根据路灯的数量算出总的计算电流，然后查表得出满足电压降的电缆最小截面），这样的算法（假设所有的路灯集中在线路的末端）没有考虑实际情况（路灯是在线路上均匀分布的），会造成很大的浪费。如果能有一种简便而且准确的计算方法，使得电缆的截面在满足电压降的前提下大为减小，可以节省大量的投资，下面把本人总结出的几种计算方法奉献给大家，供各位同行参考。
2.线路电压损失和阻抗的计算公式
三相平衡负荷线路电压损失的计算
单相交流荷线路电压损失的计算
式中Uex------额定线电压（kV）
UeФ-----额定相电压（kV）
I------计算电流（A）
L------线路长度（km）
Ro,Xo------线路单位长度的电阻和感抗（欧/公里）
电缆线路的阻抗计算公式
式中r------电导率（m/Ω.mm2）,铜芯电缆或导线为53
Df-----各相导线或电缆间的几何均距（mm）
d------导线或电缆主芯的直径（mm）
L------线路长度（m）
表1 各种电缆的电阻和感抗
3.照明灯具的基本参数
灯具的类型主要有三种：高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯
灯具的启动时间为3~5分钟，启动电流大约是工作电流的1.5倍。
灯具自带镇流器，配补偿电容后的功率因数CosФ>0.85
4.电压损失计算公式的简化
在电压损失的计算公式中，如果对参数(RoCosФ+XoSinФ)进行简化，假设 Xo=0
那么(RoCosФ+XoSinФ）=RoCosФ 电压损失的计算就很简单。简化后的数据乘以修正系数就是实际数值。
表2 各种电缆的(RoCosФ+XoSinФ)简化前后的结果（取CosФ=0.85 L=1km）
5.优化计算前的准备工作
由于灯具的启动电流大约是工作电流的1.5倍，启动时的电压降允许达到正常工作时的2倍，计算电流I=∑灯具的工作电流
假设所有的照明灯具集中在线路的末端，根据计算电流、线路长度、末端电压降为5%等条件，按照电压损失计算公式或者查设计手册，算出需要的电缆截面（这种方法被称为“从一而终法”）。
6.优化计算法
6.1 负荷距法
在实际情况下，所有的灯具并不是集中
在线路的末端，而是均匀分布在线路之上。我们在整条线路采用同一根电缆的前提下，把线路分成n段（n>1)，根据每一段的负荷距分别算出其电压降，在保证末端电压降为5%等条件下反算出需要的电缆截面，并且与“从一而终法”算出的结果进行比较，看看电缆截面能够缩小多少。
把线路分成n段后，每一段的计算长度均为L/n；但是各段的计算电流不同，第1段的计算电流为I,第2段的计算电流为[（n-1)/n]I,第3段的计算电流为[（n-2)/n]I,以此类推，第n段的计算电流为I/n。
把各段的负荷距相加，得出如下结果：
“负荷距法”计算的结果是“从一而终法”的 倍
表3 负荷距法与“从一而终法”的比较
从比较结果可以看出，电缆截面可以减小25%~45%
6.2 分段变径法
对于较长的道路照明线路来说，电缆从一而终会造成很大的浪费，如果把线路分成n段，通过调节各段的电缆截面，使得每一段的电压降均为(5%)/n。
与“负荷距法”的分段情况一样，每一段的计算长度均为L/n，第1段的计算电流为I,第2段的计算电流为[（n-1)/n]I,第3段的计算电流为[（n-2)/n]I,以此类推，第n段的计算电流为I/n。
各段的电压降计算公式如下：
假设采用‘从一而终法’算出的整段电缆截面为S，采用‘分段变径法’算出的各段电缆截面分别为：
在线路分成2段的情况下，S1=SS2=0.5S
在线路分成3段的情况下，S1=SS2=0.67SS3=0.33S
在线路分成4段的情况下，S1=SS2=0.75SS3=0.5SS4=0.25S
在线路分成5段的情况下，S1=SS2=0.8SS3=0.6SS4=0.4SS5=0.2S
在实际情况下，每段电缆里都有一组灯具均匀分布，所造成的结果就是实际负荷距比计算值减小（见表4），因此每段的实际电压降都小于（U%）/n.
表4 负荷距减小比例
在‘分段变径法’里，如果分段数太多，造成电缆的规格过多，采购麻烦，频繁变径也会给施工带来许多不变。因此分段时以5段为宜，最多不要超过10段。
7.应用举例
一条1000米长的路灯线路上共有90盏125W高压汞灯，灯具工作电流为1.25A。采用三相电源供电，每相电源上接30盏灯。
按照‘从一而终法’，假设所有灯具集中在线路末端，计算电流I=37.5A。按照cosφ=0.85 末端电压降为5%，查表得知需要的铜芯电缆主芯截面为S=70mm2
7.1采用‘负荷距法’选择电缆
将线路平分为10段，每段每相电源上接3盏灯,那么整条电缆的主芯计算截面为70x0.55=38.5mm2 ,选择规格为1(3x50+2x25)的电缆。
7.2采用‘分段变径法’选择电缆
将线路平分为5段，每段每相电源上接6盏灯,那么各段电缆的主芯截面分别为：
S1=S=70mm2
S2=0.8S=56mm2
S3=0.6S=42mm2
S4=0.4S=28mm2
S5=0.2S=14mm2
考虑到现场实际情况，将计算结果作适当放大，最后选择的电缆截面如下：
第1段----1(3x70+2x35)
第2段----1(3x50+2x25)
第3段----1(3x50+2x25)
第4段----1(3x25+2x16)
第5段----1(5x16)
8.补充说明
⑴从线路电压损失的二个计算公式中可以得出这样的结论：在同样的电流下，三相平衡线路的电压损失只有单相交流线路的一半，在设计照明线路时，应该采用三相电源供电，灯具尽可能地平均分布在三相线路上，零线中只流过三相不平衡电流，零线上的电压降可以忽略不计。
⑵在上述的算法中，虽然只进行了三相平衡线路的计算，但是其结论同样适用于单相交流线路。
⑶通过优化计算得出的电缆截面只是理论值，在应用中还要考虑现场的实际情况（例如分段处的接触电阻、发热以及其它线路的电磁影响），应在理论值的基础上放大一点，向上选择最靠近的一档电缆。
⑷用“分段变径法”算出各段电缆的截面后，如果每段内的灯具数量较多，由于该段内灯具呈均匀分布，实际负荷距减小造成该段电压降减小，电缆截面不一定要放大。
9.结束语
购物车(0)