2025年注冊電氣工程師考試電氣設(shè)計案例分析：專項訓(xùn)練試題集考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某高層辦公樓項目，地下三層，地上二十層，總建筑面積約20000平方米。采用10kV雙路電源放射式供電，由城市電網(wǎng)引來兩路獨立的10kV電源，經(jīng)變壓器進(jìn)入大樓總配電室。請根據(jù)以下條件，進(jìn)行供配電方案設(shè)計并計算相關(guān)參數(shù)：1.該辦公樓計算負(fù)荷Pj=1800kW，cosφ=0.85，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax=5000h。請計算其年最大有功功率Pmax、年耗電量E、需要系數(shù)Kd、視在功率Sj、無功功率Qj。2.若采用兩臺SCB10型變壓器并聯(lián)運行，單臺變壓器額定容量Sn=1000kVA，空載損耗P0=0.8kW，短路損耗Pd=11kW。請計算變壓器總計算負(fù)荷、總視在功率、總無功功率、總損耗（空載+短路）、變壓器總效率。3.總配電室10kV進(jìn)線處，預(yù)期最大短路電流（周期分量有效值）Ik"=20kA，最小短路電流Ik"'=12kA。請選擇進(jìn)線斷路器的額定電流In和額定開斷電流Ioc，并說明選擇依據(jù)（引用相關(guān)規(guī)范條款）。4.假設(shè)變壓器低壓側(cè)（0.4kV）采用單母線分段接線，母線計算電流Ij=2000A。請選擇低壓進(jìn)線斷路器、母聯(lián)斷路器的額定電流、額定開斷電流，并簡要說明依據(jù)。假設(shè)采用銅芯交聯(lián)聚乙烯電纜（YJV-4*240+1*120）穿管埋地敷設(shè)至低壓柜，電纜長度L1=100m，試計算電纜線路上的電壓損失（設(shè)線路平均電壓損失系數(shù)為0.03）。二、某變電站10kV出線間隔，發(fā)生A相接地故障，保護(hù)動作，斷路器跳閘。已知系統(tǒng)參數(shù)如下：系統(tǒng)等效阻抗Zsys=0.1+j0.2Ω，故障點過渡電阻Rt=5Ω。請計算：1.故障點的總接地電流Ig、A相故障電流Ia、B相和C相故障電流Ib、Ic（不考慮故障前負(fù)荷電流）。2.若該出線間隔10kV側(cè)裝設(shè)零序電流互感器，其變比為200/5A，要求零序電流保護(hù)動作時限為0.5s，請計算零序電流保護(hù)的動作電流定值和返回電流定值（設(shè)可靠系數(shù)Krel=1.3，返回系數(shù)Kr=0.85）。3.若在距離變壓器10km處發(fā)生單相接地故障，請計算此時零序電流互感器一次側(cè)的實際零序電流，并判斷該保護(hù)能否正確動作。三、某工廠車間內(nèi)，有一臺額定功率為315kW、功率因數(shù)為0.7、需要系數(shù)為0.8的設(shè)備組，其用電設(shè)備數(shù)量較多，分布較廣。為提高功率因數(shù)，擬采用靜電電容器進(jìn)行無功補償。請計算：1.該設(shè)備組的計算負(fù)荷Pj、Sj、Qj。2.若要求將功率因數(shù)從0.7提高到0.9，請計算需要補償?shù)臒o功功率Qc。3.現(xiàn)有兩種規(guī)格的電容器：B1型，單臺額定電壓0.4kV，額定容量30kvar；B2型，單臺額定電壓0.4kV，額定容量50kvar。請設(shè)計一個無功補償方案（說明選擇電容器的規(guī)格、數(shù)量及連接方式），并計算補償后整個車間的總視在功率Sj'、總無功功率Qj'、總功率因數(shù)cosφ'。假設(shè)電容器組采用三角形接法，線路額定電壓為0.4kV。四、某住宅樓，地上6層，層高3m，每層有20戶，每戶計算負(fù)荷（含照明、插座）Pj=8kW，cosφ=0.9，Kd=0.6。該樓采用TN-S系統(tǒng)供電，從小區(qū)變電所引來一臺S10-100kVA變壓器，低壓側(cè)為0.4/0.23kV，采用放射式配電。請回答：1.請計算該住宅樓的總計算負(fù)荷Pj、Sj、Qj。2.變壓器低壓側(cè)中性點工作接地電阻Rn要求不大于多少歐姆？（引用規(guī)范條款）3.假設(shè)某戶內(nèi)部線路采用BV-500型銅芯塑料絕緣導(dǎo)線穿PC20金屬管敷設(shè)，該戶照明回路計算電流Ij=15A，插座回路計算電流Ij=20A。請選擇該戶照明和插座回路的相線、中性線、保護(hù)線的導(dǎo)線截面，并說明選擇依據(jù)。4.假設(shè)該住宅樓某層配電箱內(nèi)，需要設(shè)置一只剩余電流動作保護(hù)器（RCD）作為插座回路的末端保護(hù)，保護(hù)器額定電流In=20A，額定動作電流Iop=30mA。請說明選擇該保護(hù)器的依據(jù)，并簡述其作用。五、某建筑物的防雷類別為二類。建筑物高度45m，屋頂平面為不規(guī)則形狀，最大尺寸約為30m×20m。請根據(jù)以下情況，進(jìn)行防雷設(shè)計：1.請確定該建筑物的防雷等級。2.請說明該建筑物應(yīng)采取哪些防雷措施？（至少列舉四種主要措施）3.若在屋頂邊緣安裝避雷針，避雷針高度hm=1.5m，請計算其保護(hù)范圍（滾球法，滾球半徑R=45m）。4.若建筑物內(nèi)有一根直徑25mm的金屬水管，其頂端距地面25m，請判斷該水管是否需要做接閃器？若需要，應(yīng)如何處理？六、某數(shù)據(jù)中心機房，面積800平方米，要求室內(nèi)工作面照度標(biāo)準(zhǔn)為1000lx，照度均勻度不低于0.7，采用LED通用照明燈具進(jìn)行照明設(shè)計。請計算：1.該機房的總照度需求（總luminousfluxrequired）。2.假設(shè)選用LED燈具，其光效（lm/W）為150，維護(hù)系數(shù)（MF）為0.9。請計算所需燈具的總光通量（總luminousfluxsupplied）。3.若選用直徑1.2m、高度0.75m的圓形LED燈具，燈具的配光曲線表明在水平面1m處，距燈中心1m半徑圓內(nèi)的平均照度為80lx。請計算至少需要安裝多少盞燈具才能滿足照度標(biāo)準(zhǔn)？（假設(shè)燈具均勻布置）4.照明控制要求：白天自然光充足時，自動關(guān)閉所有照明；自然光不足時，開啟部分照明滿足最低照度要求（200lx）。請簡述實現(xiàn)該控制要求的方案。試卷答案一、1.Pmax=Pj/Kd=1800/0.8=2250kWE=Pmax*Tmax/8760=2250*5000/8760≈128.2萬kWhKd=Pj/Sn=1800/1000=1.8（注：需要系數(shù)Kd通常小于1，此處按題目給定條件計算）Sj=Pj/cosφ=1800/0.85≈2118kVAQj=Sj*sin(acosφ)=2118*sin(arccos(0.85))≈2118*0.5268≈1114kvar2.總計算負(fù)荷Pj'=1800kW總視在功率Sj'=Sj=2118kVA總無功功率Qj'=Qj=1114kvar總損耗ΔP=2*(P0+Pd*Pj'/Sn^2)=2*(0.8+11*1800/1000^2)=2*(0.8+0.396)=2*1.196=2.392kW變壓器總效率η=(Pj'*10^3)/(Sj'*10^3+ΔP)=(1800*10^3)/(2118*10^3+2.392*10^3)≈1800/(2118+2.392)≈1800/2120.392≈0.847或84.7%3.選擇進(jìn)線斷路器：In≥Sj'/(√3*Ue)=2118/(√3*10)≈122.5A，取In=125A。額定開斷電流Ioc≥Ik"=20kA。依據(jù)：依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》或相關(guān)規(guī)范，如GB50054-2022《低壓配電設(shè)計規(guī)范》或GB50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》，選擇額定電流不小于計算電流，額定開斷電流不小于預(yù)期最大短路電流的斷路器。4.低壓進(jìn)線斷路器：In≥Ij=2000A，Ioc≥Ik"=20kA。母聯(lián)斷路器：In≥Ij=2000A，Ioc≥Ik"=20kA。依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022，進(jìn)線斷路器額定電流應(yīng)等于或大于計算電流，額定開斷電流應(yīng)等于或大于預(yù)期最大短路電流。母聯(lián)斷路器功能類似進(jìn)線斷路器。電壓損失ΔU=L1*R線*Ij+L1*X線*Ij*cosφ=L1*Ij*(R線+X線)*cosφ=100*2000*(0.03)=6000V=6kV。依據(jù)：依據(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附錄D或相關(guān)公式，假設(shè)R線+X線=0.03Ω/km。二、1.總接地電流Ig=Ik"/(Rt+Rsys)=20kA/(5+0.2)Ω=20kA/5.2Ω≈3.846kAA相故障電流Ia=Ig=3.846kAB相和C相故障電流Ib=Ic=(Ik"-Ig)/2=(20-3.846)/2≈8.077kA2.零序電流保護(hù)動作電流定值Iop_set=Krel*Ig/nTA=1.3*3.846kA/200/5=1.3*3.846*5/200≈0.125A零序電流保護(hù)返回電流定值Ireturn_set=Iop_set/Kr=0.125A/0.85≈0.147A3.距離變壓器10km處單相接地，假設(shè)系統(tǒng)零序阻抗為Z0sys，故障點過渡電阻仍為Rt。零序電流互感器一次側(cè)實際零序電流Io=Ig=Ik"/(Rt+Z0sys)。由于Z0sys未知，但通常大于Rt，Io將小于Ig。若Io<Iop_set(0.125A)，則保護(hù)不能正確動作；若Io≥Iop_set，則保護(hù)能正確動作。實際判斷需已知Z0sys。三、1.計算負(fù)荷Pj'=Pj*Kd=315*0.8=252kW視在功率Sj'=Pj'/cosφ=252/0.7≈360kVA無功功率Qj'=Sj'*sin(acosφ)=360*sin(arccos(0.7))≈360*0.7143≈257.3kvar2.需要補償?shù)臒o功功率Qc=Qj'-Qj=257.3-(252/0.9)=257.3-280≈-22.7kvar（實際應(yīng)為補償后達(dá)到目標(biāo)功率因數(shù)所需增加的無功，此處計算Qj'與按cosφ=0.7計算Qj的差值可能不符合常規(guī)補償邏輯，通常Qc=Qj/(tan(arccosφ1)-tan(arccosφ2))。此處按題目要求計算差值，結(jié)果為負(fù)表示原功率因數(shù)已較高，或計算方法需調(diào)整。若按公式計算Qc=252/(tan(arccos(0.7))-tan(arccos(0.9)))≈252/(0.8361-0.4843)≈252/0.3518≈716kvar。題目要求提高到0.9，按此公式計算需補償716kvar。）3.方案一：選擇B1型，數(shù)量N=Qc/(B1型單臺容量)=716/30≈23.9臺，取24臺?？?cè)萘?4*30=720kvar。采用三角形接法時，每臺電容器額定電壓Ue_n=0.4kV，實際承受電壓Uφ=Ue_n/√3≈0.23kV，低于額定電壓，可行。補償后總視在功率Sj'=Sj'-Qc=360-716=-356kVA（此結(jié)果不合理，說明按原方法計算Qc不適用，需按公式Qc=716kvar計算）。方案二：選擇B2型，數(shù)量N=Qc/(B2型單臺容量)=716/50≈14.32臺，取15臺?？?cè)萘?5*50=750kvar。采用三角形接法，Uφ=0.23kV，可行。補償后總視在功率Sj'=360-716=-356kVA（仍不合理）。重新審視題目Qc=257.3-280=-22.7kvar。按此Qc計算，補償后Sj'=360+22.7=382.7kVA。總功率因數(shù)cosφ'=Pj'/Sj'=252/382.7≈0.659。此結(jié)果未達(dá)到0.9目標(biāo)。說明題目條件或計算要求存在矛盾。若按cosφ=0.9目標(biāo)重新計算Qc=716kvar，則無法僅用B1或B2滿足。假設(shè)題目Qc計算有誤，或允許略微超出0.9。選擇B2型15臺，750kvar，三角形接法。補償后Sj'=360-(-22.7)=382.7kVA(若Qc取-22.7)，或Sj'=360-716=-356kVA(若Qc取716)。此題條件需澄清。此處按Qc=-22.7，選擇B2型15臺，750kvar，三角形接法。補償后Sj'=382.7kVA,Qj'=0,cosφ'=Pj'/Sj'=252/382.7≈0.659。若題目本意是Qc=716kvar，則無法用B1或B2單獨滿足，需混合或更大規(guī)格。按Qc=-22.7計算，選擇B2型15臺，750kvar。計算cosφ'=Pj'/(Sj'-Qc)=252/(360+22.7)=252/382.7≈0.659。未達(dá)0.9。按公式Qc=716，無法用B1/B2單獨滿足。假設(shè)題目Qc=-22.7計算有誤，選擇B2型15臺，750kvar，三角形接法，計算cosφ'。）4.選擇依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022，插座回路末端應(yīng)設(shè)置RCD進(jìn)行保護(hù)。額定電流In=20A應(yīng)大于回路計算電流Ij=20A。額定動作電流Iop=30mA應(yīng)小于單相接地故障時保護(hù)線上的剩余電流。作用：在相線或零線發(fā)生對地短路、漏電，或人體觸電時，能快速切斷電源，防止觸電事故和電氣火災(zāi)?？刂品桨福喊惭b光敏電阻和剩余電流動作保護(hù)器（RCD）于照明控制回路。光敏電阻檢測自然光強度，輸出信號至控制器?？刂破鞲鶕?jù)光敏信號和內(nèi)部設(shè)定值判斷是否需要開啟照明。若自然光充足，控制器輸出信號使RCD脫扣（或通過繼電器斷開燈具電源）；若自然光不足，控制器輸出信號使RCD閉合（或通過繼電器接通燈具電源），同時確保RCD在此時額定電流下不動作。四、1.總計算負(fù)荷Pj_total=20*8*0.6=96kWSj_total=Pj_total/cosφ=96/0.9≈106.7kVAQj_total=Sj_total*sin(acosφ)=106.7*sin(arccos(0.9))≈106.7*0.4359≈46.4kvar2.工作接地電阻Rn≤4Ω。依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022第3.2.1條或GB50057-2010第4.2.1條及表4.2.1-1，二類防雷建筑物電源引入線處的工作接地電阻不應(yīng)大于4Ω。3.照明回路：相線BV-4*16，中性線BV-4*10，保護(hù)線BV-4*6。依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022第3.2.7條（或GB50303-2002第3.1.5條），相線按計算電流選擇，選16mm2。中性線按最大不平衡負(fù)荷選擇，通常不小于相線截面積，選16mm2。保護(hù)線按相線或中性線選擇，選16mm2。插座回路：相線BV-4*25，中性線BV-4*16，保護(hù)線BV-4*25。依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022第3.2.7條，插座回路計算電流20A。相線選25mm2。中性線按計算電流選擇，選25mm2。保護(hù)線按相線選擇，選25mm2。注意：實際工程中保護(hù)線截面積通常與相線相同。4.選擇依據(jù)：依據(jù)GB50054-2022第3.2.5條，插座回路末端必須設(shè)置RCD。In=20A≥20A(插座回路計算電流)。Iop=30mA<30mA*1.1=33mA(預(yù)期最大剩余電流，假設(shè)為單相負(fù)荷，Iline=20A,In=20A)。作用：防止插座回路發(fā)生漏電或觸電事故。若保護(hù)器為高靈敏度型（Iop≤30mA），則還能在相線碰殼等情況下提供保護(hù)。五、1.防雷等級：依據(jù)GB50057-2010第3.0.3條，建筑物高度超過45m，屬于二類防雷建筑物。其防雷等級應(yīng)為二級。但若按GB50057-2010附錄A表A.0.1，高度45m屬“30m<h≤60m”范圍，且為重要建筑物（假設(shè)），可能劃為一級防雷。此處按首次出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010，高度超過45m默認(rèn)為二類。若按后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)如GB55016-2021，分類方法可能不同。此處按GB50057-2010，高度超過45m為二類。需注意標(biāo)準(zhǔn)更新。本題按首次提到的GB50057-2010，高度超過45m為二類。2.防雷措施：*接閃器：在屋頂邊緣安裝避雷針或避雷帶（沿屋脊、屋檐等）。*引下線：將接閃器與接地裝置連接，可利用建筑物結(jié)構(gòu)柱內(nèi)金屬體作為引下線。*接地裝置：埋設(shè)接地網(wǎng)，保證接地電阻要求。*等電位連接：對建筑物內(nèi)金屬管道、構(gòu)架、設(shè)備外殼等進(jìn)行等電位連接。*防雷分區(qū)與屏蔽：根據(jù)需要劃分防雷區(qū)（LPZ），對重要設(shè)備進(jìn)行屏蔽。3.保護(hù)范圍：滾球半徑R=45m。半徑圓的半徑r=R=45m。在屋頂高度h=45m處，半徑為45m的圓內(nèi)（即距避雷針中心45m的圓形區(qū)域內(nèi)）的所有點均被保護(hù)。避雷針高度hm=1.5m。在地面處，保護(hù)范圍的半徑等于滾球半徑R=45m。對于地面以外hx高度處的被保護(hù)物，其保護(hù)范圍半徑rx按下式計算：rx=R-hm=45-1.5=43.5m。即在避雷針下方，高度1.5m至45m的范圍內(nèi)，距離避雷針中心43.5m的圓柱體空間內(nèi)被保護(hù)。4.判斷：該金屬水管頂端距地面25m，小于建筑物高度45m，且處于避雷針可能保護(hù)的范圍內(nèi)（需根據(jù)避雷針具體位置和形狀判斷，但通常屋檐處的避雷帶能保護(hù)到較低處的金屬物體）。依據(jù)GB50057-2010第4.2.1條或GB55016-2021第5.2.1條，建筑物防雷設(shè)計應(yīng)采取措施保護(hù)其附屬的金屬物。因此，該金屬水