2025建筑电气《供配电系统》真题卷

2025建筑电气《供配电系统》真题卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简述电力负荷按其重要性及供电可靠性要求分级的依据和各级负荷的特征。二、试述计算负荷的目的是什么？常用有哪些计算方法？简述需要系数法和利用系数法的区别。三、在三相短路电流计算中，什么是冲击系数？它的大小与什么因素有关？为什么在计算最大短路电流时需要考虑冲击系数？四、选择变压器时，主要考虑哪些基本参数？试述选择变压器容量时应遵循哪些原则。五、简述高压断路器在供配电系统中的作用。选择高压断路器时，主要依据哪些条件？六、试述低压断路器（自动空气开关）的主要结构特点。简述其基本工作原理。七、在供配电系统中，为什么需要设置短路保护、过负荷保护和接地保护？这三种保护的动作参数（整定值）分别依据什么原则确定？八、简述电流互感器和电压互感器的作用。使用时各有哪些注意事项？九、供配电系统中有哪几种主要的接地系统（保护接地、工作接地、防雷接地等）？简述TN-S接地系统的含义及其优点。十、什么是电压损失？为什么供配电系统中需要限制电压损失？简要说明降低电压损失的主要措施。十一、什么是功率因数？为什么提高功率因数对供配电系统有利？常用的提高功率因数的方法有哪些？十二、简述电力线路按功能分类的几种类型及其特点。十三、某仓库建筑，层数为3层，总建筑面积为3000㎡，属于三级负荷。计算其计算负荷（计算有功功率Pj和无功功率Qj），已知该建筑单位面积功率指标为40W/㎡，功率因数为0.75（cosφ=0.75）。若采用需要系数法计算，仓库的需用系数Kd取0.7。十四、某工厂变电所采用一台变压器，变压比为10/0.4kV。已知变压器额定电流Ie(10kV)=57.8A，计算变压器低压侧（0.4kV）的额定电流Ie(0.4kV)。十五、已知某线路末端发生三相短路，短路电流周期分量有效值Ik=20kA。若计算短路电流冲击系数Kch=1.8，求短路电流的最大冲击值kh。十六、某10kV线路，线间距离为1m，采用LGJ-95型钢芯铝绞线，线路长度为5km。已知线路末端短路电流为10kA，冲击系数Kch=1.8。试选择该线路所需熔断器的额定电流和熔体电流。（假设不考虑电压损失和功率损耗对熔断特性的影响，仅作初步选择）十七、说明在TN-S系统中，保护零线（PEN）和中性线（N）的功能有何不同？为什么不能将保护零线与工作零线合并或接地的同时再接工作设备外壳？十八、设计一个简单的低压配电系统，包含进线、总开关、漏电保护器、分支回路开关和保护装置（如断路器或熔断器）。简要说明各部分的作用和选择原则。试卷答案一、依据负荷对供电可靠性的要求进行分级。各级负荷的特征如下：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡、重大设备损坏、重大政治影响和经济损失。必须有两个独立电源供电，且自动切换。二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程中断、社会影响较大。应有一路专用备用电源。三级负荷：中断供电影响不大。可使用一路电源供电。二、计算负荷的目的是为了将实际变化的负荷功率简化为一个等效的恒定功率，用于供配电系统的设计计算，如选择变压器容量、导线截面、计算电压损失和进行短路电流计算等。常用计算方法：需要系数法、利用系数法、二项式法、单位面积功率指标法等。需要系数法：适用于计算车间、建筑物等整个配电系统的总负荷或大型用电设备的负荷。Pj=Kd*Pe，Qj=Pj*tanφ。利用系数法：适用于计算需要同时运行设备的负荷或分支线路的负荷。Pj=Kd*Pmax，Qj=Pj*tanφ。区别：需要系数法考虑了设备同时运行率较低的情况，计算结果偏小；利用系数法考虑了设备同时利用的程度，计算结果相对准确。三、计算最大短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备（如断路器、隔离开关、互感器等）的动稳定和热稳定，以及进行短路保护整定计算。冲击系数：表示短路电流瞬时值（或冲击值）与周期分量有效值之间比例关系的系数。用kh表示。大小与因素：与短路电流非周期分量衰减速度有关。在无限大容量系统中，kh=1.8；在有限容量系统中，kh<1.8。冲击系数越大，短路电流冲击值越大。最大短路电流时考虑冲击系数：是因为短路电流包含一个非周期分量，它随时间衰减，但初始时刻其值最大，导致短路电流出现瞬时最大值（冲击值），此值对电气设备的动稳定有决定性影响。四、选择变压器时，主要考虑的基本参数有：额定容量（Se）、额定电压（Ue1/Ue2）、连接组别（Yyn0、Dyn11等）、额定频率（f）、短路阻抗（Zk%）、接线方式等。选择变压器容量时应遵循的原则：1.变压器额定容量应满足所供全部负荷在计算时段内的最大有功功率需求，并留有一定裕度。2.考虑负荷的增长，适当留有备用容量。3.应使变压器运行效率较高，通常在负荷率50%-75%左右运行较为经济。4.对于季节性负荷或阶梯式负荷，可选用两台较小容量的变压器，以实现经济运行。五、高压断路器在供配电系统中的作用是：作为电源开关，在正常情况下接通和断开电路；在发生故障（如短路）时，通过继电保护装置的自动作用，迅速切断电路，防止事故扩大，保护电力设备和人身安全。选择高压断路器时，主要依据的条件有：额定电压（应不低于系统最高电压）、额定电流（应大于或等于所接电路的正常工作电流）、开断能力（额定短路开断电流ik和额定短路关合电流ich，应大于或等于系统计算短路电流）、动稳定和热稳定校验要求、操作方式（手动、电动、气动）、环境条件等。六、低压断路器（自动空气开关）的主要结构特点：通常由操作机构、触头系统、灭弧装置、脱扣器（过载脱扣、欠压脱扣、短路脱扣等）和外壳等组成。其结构设计考虑了自动控制、可靠分断和多次使用等特点。基本工作原理：通过操作机构使触头闭合，接通电路。在正常工作时，脱扣器处于闭合状态，锁住操作机构。当电路出现过载或短路时，脱扣器受热或电磁力作用动作，脱扣，使操作机构释放，触头在灭弧装置的作用下迅速分断，切断电路。七、设置短路保护是为了在电路发生短路故障时，能迅速、准确地切断故障回路，防止短路电流过大造成电气设备损坏和引发火灾。设置过负荷保护是为了在电路发生过负荷（正常负荷长时间超过额定值）时，能延时切断电路，防止导线过热，绝缘损坏或引发火灾。设置接地保护（漏电保护）是为了在发生漏电或接地故障时，能快速切断电路，防止人身触电事故发生。动作参数（整定值）确定原则：短路保护：过电流保护的动作电流（整定值）应大于线路正常工作时的最大负荷电流，并考虑一定的可靠系数和返回系数，通常取计算短路电流的一个倍数（如过电流保护取1.25-1.5倍最大负荷电流，短路瞬时或速断保护取计算短路电流值）。过负荷保护：动作电流（整定值）应等于或略大于线路的计算负荷电流，并考虑一个时间延迟，以区别于短路故障。接地保护（漏电保护器）：动作电流根据保护对象和防止触电的风险等级选择，有额定动作电流、灵敏动作电流等，动作时间要求快速。八、电流互感器的作用是将系统中的大电流按一定比例变换为小电流（通常是5A或1A），以便于测量仪表、继电保护和自动控制系统使用。它相当于变压器的原理，但一次侧是高压大电流，二次侧是低压小电流。电压互感器的作用是将系统中的高电压按一定比例变换为低电压（通常是100V或380V），以便于电压测量仪表、电能表和继电保护装置使用。它也相当于变压器，但一次侧是高压，二次侧是低压。电流互感器使用注意事项：1.二次侧必须可靠接地。2.二次侧严禁断路（运行时严禁拆下仪表或熔断器）。3.铭牌上的额定电压和额定电流必须满足实际要求，并考虑一定的裕度。4.接线时应注意极性。电压互感器使用注意事项：1.二次侧必须带负载运行，严禁短路（运行时严禁拆下仪表或熔断器）。2.二次侧必须可靠接地。3.接线时应注意极性。4.铭牌上的额定电压和准确级必须满足实际要求。九、主要的接地系统有：1.工作接地：为系统正常运行而设置的接地，如变压器中性点接地、发电机中性点接地等，目的是稳定相电压，为继电保护提供基准。2.保护接地（保护零线接地）：将电气设备正常不带电的金属外壳、构架等通过接地装置与大地连接，当设备绝缘损坏外壳带电时，能迅速形成低电阻接地回路，使保护装置动作，切断电源，防止触电。TN系统中包含此接地。3.接地保护（漏电保护）：利用漏电保护器在发生漏电时快速切断电路，提供人身触电保护。4.防雷接地：为保护建筑物和设备免受雷击damage而设置的接地装置。TN-S接地系统的含义：将工作零线（N）和保护零线（PEN）分开敷设的接地系统。N线仅用作工作回路，PEN线用于设备外壳接地和防止漏电保护器误动作。优点：保护零线（PEN）不通过正常负荷，故障电流能形成单相回路，有利于保护装置（如熔断器、断路器）动作；能同时实现工作接地的功能和保护接地的功能；减少N线和PEN线的干扰；故障时不易引起单相接地短路。十、电压损失：指电能从供电源到负荷端的过程中，由于线路电阻、电抗以及负荷电流的作用，导致电压降低的现象。用ΔU表示，通常用百分值ΔU%=(U1-U2)/Ue*100%表示。限制电压损失的原因：电压损失过大会导致负荷端电压过低，影响用电设备的正常工作（如灯光昏暗、电机转速下降、效率降低、寿命缩短），甚至无法正常工作；也可能导致保护装置误动作。降低电压损失的主要措施：1.选用合适的导线材料（如采用电阻率小的铜线）和截面（增大截面可减小电阻）。2.缩短线路长度。3.提高电源电压等级。4.减小线路负荷电流（如提高自然功率因数、采用无功补偿）。5.采用合理的中性点运行方式（如中性点不接地或经消弧线圈接地）。6.对于长距离、大容量输电，采用高压输电。十一、功率因数（cosφ）：有功功率P与视在功率S的比值，即cosφ=P/S。表示电路中电能转换效率或用电设备利用电能的程度。cosφ越接近1，说明有功功率在视在功率中所占比例越大，线路利用率越高，能量损耗越少。提高功率因数对供配电系统有利的理由：1.减少线路损耗：线路损耗与电流的平方成正比（P_loss=I²R），提高功率因数可以减小线路电流，从而减少线路的有功损耗和无功损耗。2.提高设备利用率：变压器、发电机等的额定容量是以视在功率S表示的，提高功率因数可以在不增加设备容量的情况下，传输更多的有功功率。3.减少电压损失：提高功率因数可以减小线路电流，从而减小电压损失，保证负荷端电压水平。常用的提高功率因数的方法：增加电路中的感性负载的补偿电容，进行无功补偿，使感性负载消耗的无功功率由电容产生的无功功率部分或全部补偿掉，从而提高整个系统的功率因数。十二、电力线路按功能分类：1.架空线路：利用杆塔将导线架设在空中敷设。优点是造价较低、施工简单、维护方便、适应性强；缺点是易受外界环境影响（风雨、雷电、覆冰）、占用土地、美观性差、供电可靠性相对较低。2.电缆线路：将导线（或光缆）埋设在地下或水下敷设。优点是供电可靠性高、不受外界环境影响、占地少、美观；缺点是造价高、施工复杂、维护困难、故障点不易查找。3.用户内部线路：在建筑物或构筑物内部连接电源和用电设备的线路。通常采用电缆或电线明敷或暗敷。要求安全可靠、经济适用。4.移动线路：用于移动设备的供电，如临时用电线路、手持电动工具线路等。通常采用电缆或移动插座。十三、计算步骤：1.计算计算有功功率Pj：Pj=Kd*(单位面积功率指标*总面积)=0.7*(40W/㎡*3000㎡)=0.7*120000W=84000W=84kW。2.计算计算无功功率Qj：已知功率因数cosφ=0.75，则tanφ=√(1/cos²φ-1)=√(1/0.75²-1)=√(1/0.5625-1)=√(1.7778-1)=√0.7778≈0.8819。Qj=Pj*tanφ=84000W*0.8819≈74004.8W≈74.0kVar。答：计算负荷为Pj=84kW，Qj≈74.0kVar。十四、根据变压器电压比关系和额定电流计算公式：Ie(1)/Ie(2)=Ue(2)/Ue(1)。Ie(0.4kV)=Ie(10kV)*Ue(10kV)/Ue(0.4kV)=57.8A*10kV/0.4kV=57.8A*25=1445A。答：变压器低压侧（0.4kV）的额定电流为1445A。十五、计算短路电流最大冲击值kh：kh=Kch*Ik=1.8*20kA=36kA。答：短路电流的最大冲击值为36kA。十六、选择原则：1.熔断器的额定电流In应大于或等于线路的计算负荷电流或变压器低压侧额定电流（取较大者）。In≥1445A(由上一题计算)。2.熔断器的熔体电流Ifuse应略小于其额定电流In，通常取In的0.8-1.1倍，且需考虑短路电流冲击。为可靠保护，可选Ifuse略小于计算负荷电流，同时要满足短路时熔断时间要求。假设选择In=1600A的熔断器，可选熔体电流Ifuse=1500A或1600A。需查阅熔断器数据，选择满足I²t特性的熔体。3.考虑冲击系数对熔断特性的影响，选择的熔断器需能在预期最大短路电流下可靠熔断。(初步选择时，仅作概念性选择，实际应选用具体型号并查阅产品手册和规范)可初步选择：熔断器额定电流In=1600A，熔体电流Ifuse=1600A(或根据数据选择稍小值)。十七、在TN-S系统中：1.保护零线（PEN）的作用是：为故障状态下的设备外壳提供接地故障电流的回路，使保护装置（断路器、熔断器、漏电保护器）动作，切断电源，防止人身触电。它本身不承载正常负荷电流。2.中性线（N）的作用是：构成三相四线制电路的工作回路，传输正常的负荷电流，并将三相负载平衡地连接到三相电源上，使各相电压对称。区别：PEN线在正常时与N线等电位（接零），但在故障时承载故障电流，起保护作用；N线正常工作，不参与故障保护。为什么不能合并或同时接地：1.合并：将PEN与N合并后，故障时无法形成单相接地故障电流回路（或回路阻抗过大），保护装置不会可靠动作，设备外壳可能带危险电压，危及人身安全。2.同时接地（保护接零和工作接地同时存在且未分开）：可能形成两个接地极，导致故障时电流通过大地的路径复杂，保护装置动作特性不稳定，且可能引起中性点电位偏