2025年電氣工程師考試重點難點解析試卷：電氣設計專項強化訓練考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某工廠變電所擬采用10kV高壓配電裝置，由地區(qū)電網(wǎng)引來兩路10kV電源線路，每路電源的容量均能滿足變電所全部負荷的要求，但兩路電源的電壓分別有+5%和-5%的波動。變電所內(nèi)設一臺S9-500kVA變壓器，變壓器連接組別為Yyn0，短路電壓百分值Uk%=4%。變電所計算負荷為Sn=400kVA，功率因數(shù)cosφn=0.8（滯后），需用系數(shù)Kd=0.85。試計算：1.變壓器低壓側(cè)（400V側(cè)）的額定電流、計算電流。2.考慮電壓波動和需用系數(shù)，兩路10kV電源分別達到其電壓波動范圍上限和下限運行時，變壓器是否需要過載能力校驗？說明理由。3.若變壓器高壓側(cè)短路電流Ik(3)=10kA，求變壓器低壓側(cè)的預期短路電流Ik(3)和Iin(3)（忽略阻抗角影響）。4.若低壓側(cè)采用單母線分段接線，母線分段處需設置一臺自動切換開關(guān)。說明選擇該開關(guān)時，應主要考慮哪些短路參數(shù)？并簡述選擇依據(jù)。二、某新建辦公樓，總建筑面積20000平方米，層高3.5米，采用熒光燈照明，平均照度標準為100lx，照度均勻度要求不低于0.7。室內(nèi)照明線路采用BV-500型銅芯導線穿KBG20導管暗敷。已知該層計算照明負荷為20kW，線路電壓損失不得超過5%，短路電流有效值Ik(3)=20kA。試計算：1.根據(jù)照度標準，估算該層所需總燈泡功率（不考慮燈泡效率）。2.若采用高效熒光燈，其光效為80lm/W，計算所需總光通量。3.假設燈具均勻布置，初步估算燈具數(shù)量及平均間距。4.選擇饋電干線和支線導線截面，要求滿足電壓損失、發(fā)熱（長期允許載流量）和短路保護（熔斷器或斷路器）的要求?？蛇x用不同線徑的導線，簡述選擇思路和步驟，并列出初步選擇的導線型號和截面積。5.簡述該照明線路的短路保護裝置（如熔斷器或斷路器）選型的基本原則。三、某工廠車間動力線路，負荷性質(zhì)為cosφ=0.7（滯后），采用TN-S系統(tǒng)供電。單相用電設備總?cè)萘繛?0kW，三相用電設備總?cè)萘繛?00kVA。線路采用VV型電纜直埋敷設，土質(zhì)為干燥沙土，環(huán)境溫度為30℃。已知相間距離為0.3米，電纜長期允許載流量（環(huán)境溫度30℃）為：16mm2截面積銅芯電纜為90A。試計算：1.若單相設備均勻分布在三相負荷上，試計算線路的計算電流。2.選擇該動力線路的VV電纜截面，要求滿足發(fā)熱和電壓損失要求（電壓損失按2%控制）?？蓞⒖茧娎|在30℃環(huán)境溫度下的載流量、電壓損失計算公式（如簡易公式或查表數(shù)據(jù)），簡述選擇過程。3.若該線路末端發(fā)生相間短路，說明保護電器（如熔斷器或斷路器）應如何整定才能保證選擇性？簡述整定原則。四、簡要說明在供配電系統(tǒng)設計中，選擇電力變壓器時應考慮哪些主要因素？并分別解釋其含義或重要性。五、在低壓配電系統(tǒng)中，為什么要進行功率因數(shù)補償？常用的補償方法有哪些？簡述其中一種方法的原理。試卷答案一、1.變壓器低壓側(cè)額定電流Sn/(√3*UN2)=500kVA/(√3*400V)≈722A計算電流Kd*Sn/(√3*UN2)=0.85*500kVA/(√3*400V)≈620A2.需要校驗。當10kV電源電壓為-5%時，變壓器實際輸入功率為Sn*(1-5%)=475kVA，小于其額定容量500kVA，此時變壓器在較低負荷下運行，需校驗其過載能力（通常指變壓器允許在短時間內(nèi)承受高于額定容量的負荷）或是否滿足輸出能力要求。當電源電壓為+5%時，輸入功率為Sn*(1+5%)=525kVA，大于額定容量，變壓器處于過載狀態(tài)，必須校驗其過載能力。3.Ik(3)_N=UN2/(Uk%*√3*ZN)≈Ik(3)_N=Sn/(√3*UN2*Uk%)=500kVA/(√3*400V*0.04)≈17.68kAIin(3)=Ik(3)_N/√3≈17.68kA/√3≈10.23kA4.應主要考慮短路電流參數(shù)：Ik(3)（三相短路電流有效值）和Ioc（額定開斷電流）。選擇依據(jù)：自動切換開關(guān)必須能承受Ik(3)的熱效應和電動力沖擊，其Ioc必須大于或等于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大短路電流，以保證故障時能可靠開斷，防止事故擴大。二、1.所需總燈泡功率P燈=照度*面積/光效=100lx*20000m2/80lm/W=25000W2.所需總光通量Φ總=P燈*光效=25000W*80lm/W=2000000lm3.粗略估算：總燈泡功率約25kW，假設每個高效熒光燈功率為40W，需約625個燈。若均勻布置，單個區(qū)域面積約32m2，需約20個燈。平均間距約為√32≈5.7米，可取5-6米。4.選擇思路：先按發(fā)熱條件選擇，再校驗電壓損失。*線路計算電流Ij=Pj/(√3*UN*cosφ)=20kW/(√3*380V*0.8)≈37A*按發(fā)熱選擇：導線長期允許載流量≥Ij。查表16mm2BV-500載流量約75A，滿足要求。考慮經(jīng)濟性，可選稍小截面，如10mm2，載流量約55A，需復核。若需更大載流量，可選6mm2，載流量約42A。為保險起見，選用16mm2，滿足發(fā)熱要求。*電壓損失校驗：需估算線路長度，假設總長L=100米。ΔU%≈Pj*L*(R*cosφ+X*sinφ)/(UN2*C)估算R/X：假設LJ-16銅導線R≈1.98Ω/km，X近似為0.06Ω/km。R*L≈0.198*100=19.8Ω,X*L≈0.06*100=6Ω。tanφ≈0.75,X*sinφ≈6*0.75=4.5Ω。R*cosφ+X*sinφ≈19.8+4.5=24.3Ω。C值查表約75。ΔU%≈20kW*100m*24.3Ω/(3802*75)≈4.2%<5%。滿足要求。*短路保護：按Ij選擇熔斷器，可選200A或250A熔斷器。按短路電流整定，應小于熔斷器熔體額定電流。初步選擇：饋電干線導線型號為VV-4*16+1*10銅芯電纜。5.基本原則：①安定性：保護裝置在發(fā)生短路故障時能可靠、快速地動作，切除故障。②選擇性：在保護裝置的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，離故障點最近的保護裝置先動作，切除故障，保護裝置上級的或其他非故障線路的保護裝置不應動作。③敏感性：對于被保護對象內(nèi)部輕微的故障或故障初期的電流，保護裝置應能靈敏地檢測到并可靠動作。④可靠性：保護裝置本身應具有高可靠性，不易發(fā)生誤動或拒動。三、1.計算電流Ij=(P單相總*(1+Kd)+P三相總*Kd)/(√3*UN*cosφ)=(80kW*1.15*0.85+200kVA*0.85)/(√3*380V*0.7)≈(78.2+170)/479≈0.489kA=489A單相設備電流較大，按其計算電流選擇，約為489A/√3≈283A。2.選擇過程：①按發(fā)熱選擇：導線長期允許載流量≥Ij。查表16mm2VV電纜在30℃載流量約60A，略小于489A/√3。查表25mm2載流量約90A，滿足發(fā)熱要求。②按電壓損失選擇：需知道線路長度。假設L=100m。ΔU%≈Pj*L*(R*cosφ+X*sinφ)/(UN2*C)。LJ-25銅導線R≈1.38Ω/km,X≈0.06Ω/km。R*L≈1.38*100=138Ω,X*L≈6Ω。R*cosφ+X*sinφ≈138+4.5=142.5Ω。C值查表約57。ΔU%≈(78.2*1.15+170)*100m*142.5Ω/(3802*57)≈0.52%<2%。滿足要求。初步選擇：VV電纜截面為25mm2。3.整定原則：①上下級保護選擇性：下一級保護（如支線熔斷器）的動作電流應小于上一級保護（如干線斷路器）的動作電流，且動作時間應短于上一級。②靈敏性：靠近故障點的保護裝置（如支線熔斷器）的動作電流應小于被保護線路末端可能出現(xiàn)的最大短路電流。③可靠性：保護裝置參數(shù)整定應準確，并考慮一定的裕度。四、選擇電力變壓器時應考慮的主要因素及其含義或重要性：1.額定容量(Sn)：指變壓器能長期安全傳輸?shù)淖畲笠曉诠β?。選擇不當，過小導致過載、壽命縮短；過大則投資成本高、運行效率低。需根據(jù)計算負荷并留有適當裕量確定。2.連接組別(連接方式+相數(shù))：決定了變壓器高、低壓繞組的連接方式及相位關(guān)系，影響并聯(lián)運行條件、外部電路接線方式（如中性點是否引出）。必須與電網(wǎng)及系統(tǒng)要求相匹配。3.額定電壓(UN1,UN2)：指變壓器高、低壓繞組的額定電壓，必須與電源電壓和負載電壓要求相匹配。4.短路電壓百分值(Uk%)：反映變壓器短路阻抗的大小，影響短路電流水平和電壓變化率。是校驗系統(tǒng)短路電流、選擇保護電器和并聯(lián)運行條件的重要參數(shù)。5.效率(η)：反映變壓器能量轉(zhuǎn)換的損耗程度。高效率意味著運行成本低、節(jié)能。對于長期運行、負荷較穩(wěn)定的變壓器，選擇高效率型號經(jīng)濟性更好。6.阻抗電壓(阻抗百分比)：與Uk%概念相近，是變壓器參數(shù)的另一種表示方式，同樣影響短路電流和并聯(lián)運行。7.冷卻方式：決定了變壓器的散熱能力，影響其允許的負載能力和運行環(huán)境要求。常見有油浸自冷、油浸風冷、干式自冷、干式風冷等。8.空載損耗和負載損耗：空載損耗（鐵耗）與負荷無關(guān)，負載損耗（銅耗）與負荷電流的平方成正比。直接影響變壓器運行效率和電費。9.環(huán)境條件：如海拔、溫度等，影響變壓器絕緣和材料性能，需選擇適應環(huán)境的型號。10.可靠性及維護要求：變壓器的預期壽命、故障率、維護便利性、備件可獲得性等。11.經(jīng)濟性：包括初始投資成本和運行維護成本。五、進行功率因數(shù)補償?shù)脑颍鹤匀还β室驍?shù)（由用電設備決定）往往較低（如感應電動機、白熾燈），導致供配電系統(tǒng)中的線路電流增大，增加線路損耗（I2R損失）、降低電壓水平、限制電網(wǎng)送電能力，增加供電成本。功率因數(shù)補償通過并聯(lián)電容器等無功補償裝置，向系統(tǒng)提供無功功率，減少線路總電流，從而提高功率因數(shù)，達到降損、穩(wěn)壓、提高供電效率和經(jīng)濟性的目的。常用補償方法：①并聯(lián)電容器補償：最常用，結(jié)構(gòu)簡單、投資較低。②裝設同步調(diào)相機：既能提供感性無功補償（提高功率因數(shù)），也能提供容性無功補償（降低功率因數(shù)）