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2025年电气工程保护电路设计进阶试题及答案

一、选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 以下哪种保护电路可有效防止过载？
A. 过流保护电路
B. 过压保护电路
C. 欠压保护电路
D. 漏电保护电路
答案：A
解析：过流保护电路主要作用是在电路电流超过设定值时动作，从而防止过载情况，所以选 A。过压保护防止电压过高，欠压保护防止电压过低，漏电保护针对漏电情况，故 B、C、D 不符合。
2. 保护电路中常用的限流元件是？
A. 电阻
B. 电容
C. 电感
D. 二极管
答案：A
解析：电阻可通过自身阻值限制电流大小，起到限流作用，电容主要用于滤波等，电感对电流变化有阻碍但不是主要限流元件，二极管有单向导电性，不能限流，所以选 A。
3. 过压保护电路中，一般会用到的元件是？
A. 稳压管
B. 熔断器
C. 继电器
D. 三极管
答案：A
解析：稳压管在电压超过其稳压值时会导通，将电压钳位，从而实现过压保护，熔断器用于过流保护，继电器用于控制电路通断，三极管可用于放大等电路，故 A 正确。
4. 漏电保护电路检测的是？
A. 火线电流
B. 零线电流
C. 火线与零线电流差值
D. 负载电流
答案：C
解析：正常情况下火线与零线电流大小相等方向相反，漏电时两者电流差值会变化，漏电保护电路检测此差值来判断是否漏电，所以选 C。
5. 当电路发生短路时，以下哪种保护电路动作最快？
A. 热继电器
B. 熔断器
C. 空气开关
D. 漏电保护器
答案：B
解析：熔断器在短路瞬间，电流急剧增大，熔体迅速熔断，动作速度较快。热继电器依靠电流热效应动作，速度相对较慢。空气开关动作也需要一定时间，漏电保护器主要针对漏电，短路时动作不是最快，所以选 B。
6. 保护电路设计中，要考虑的因素不包括？
A. 成本
B. 电路功能
C. 设备外观
D. 可靠性
答案：C
解析：保护电路设计需考虑成本、要符合电路功能需求以及具备高可靠性，设备外观不是保护电路设计主要考虑因素，所以选 C。
7. 以下哪种保护电路可以防止电机因缺相运行而损坏？
A. 相序保护电路
B. 过温保护电路
C. 欠流保护电路
D. 过载保护电路
答案：A
解析：相序保护电路可检测三相电源相序，缺相时能及时动作保护电机，过温保护针对温度过高，欠流保护针对电流过小，过载保护针对过载，故 A 正确。
8. 在保护电路中，能实现自动恢复功能的是？
A. 熔断器
B. 压敏电阻
C. 空气开关
D. 热继电器
答案：B
解析：压敏电阻在电压恢复正常后可自动恢复到初始状态，继续起到保护作用。熔断器熔断后需更换熔体，空气开关跳闸后需手动合闸，热继电器动作后需人工复位，故 B 正确。
9. 保护电路的接地电阻应满足？
A. 越大越好
B. 越小越好
C. 无要求
D. 适中即可
答案：B
解析：接地电阻越小，在发生漏电等情况时，越能快速将电流导入大地，保障安全，所以接地电阻越小越好，选 B。
10. 对于高精度电子设备的保护电路设计，更注重？
A. 快速响应
B. 低功耗
C. 高可靠性
D. 以上都是
答案：D
解析：高精度电子设备对保护要求高，保护电路需快速响应异常情况，同时要低功耗以免影响设备性能，还要具备高可靠性，所以选 D。

二、填空题（每题 3 分，共 15 分）
1. 保护电路一般由检测环节、______环节和执行环节组成。
答案：判断
解析：检测环节检测故障信号，判断环节分析故障并决定是否动作，执行环节执行保护动作。
2. 过流保护的动作电流一般根据电路的______来设定。
答案：额定电流
解析：要保证在正常工作电流下不动作，所以根据额定电流设定过流保护动作电流。
3. 漏电保护电路中，常用的检测方法有______检测法和零序电流互感器检测法。
答案：剩余电流
解析：剩余电流检测法通过检测剩余电流来判断漏电情况，零序电流互感器检测法利用互感器检测零序电流。
4. 保护电路中的熔断器熔体材料一般选用______等低熔点金属。
答案：铅锡合金
解析：铅锡合金熔点低，在电流过大时易熔断起到保护作用。
5. 对于一些重要设备的保护电路，可采用______备份的方式提高可靠性。
答案：多重
解析：多重备份可在一个保护环节失效时，其他备份环节继续工作，提高保护电路可靠性。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述过压保护电路的工作原理及常用实现方式。
答案：工作原理：当电路电压超过设定的过压值时，过压保护电路动作，切断电路或采取其他措施保护设备。常用实现方式：利用稳压管，当电压超过稳压管稳压值时，稳压管导通，将电压钳位；也可采用过压保护芯片，通过比较电路将检测到的电压与设定值比较，输出控制信号实现保护。
解析：过压保护是为防止电压过高损坏设备，稳压管和过压保护芯片是常见实现手段，依据其特性和工作方式来实现过压保护功能。
2. 说明漏电保护电路的作用及工作过程。
答案：作用：防止人员触电和电气火灾等事故，当电路发生漏电时及时切断电源。工作过程：通过漏电保护开关中的零序电流互感器检测火线与零线电流差值，正常时差值为零，漏电时产生剩余电流，互感器将其转换为电信号，经放大、比较等环节，使开关动作切断电路。
解析：漏电保护对保障安全至关重要，通过检测电流差值来判断漏电，进而切断电路避免危险，按此过程实现漏电保护功能。
3. 分析保护电路设计中如何平衡可靠性和成本。
答案：在保护电路设计中，要平衡可靠性和成本。一方面，选用合适的保护元件，如对于一般要求的电路可选用普通熔断器，对于可靠性要求高的电路选用质量更好、动作更精准的保护器件，但要避免过度追求高可靠性而选用昂贵元件导致成本过高。另一方面，优化电路结构，简化不必要的环节，在保证可靠性前提下降低成本。同时，进行充分的测试和验证，确保保护电路在满足可靠性要求的同时，成本控制在合理范围内。
解析：可靠性和成本是设计中需兼顾的，从元件选择、电路结构优化以及测试验证等方面综合考虑，找到两者平衡。

四、设计题（20 分）
设计一个针对小型电动机的综合保护电路，要求包含过载保护、过流保护、缺相保护功能。
答案：可采用以下设计：过载保护选用热继电器，其发热元件串联在电动机主电路中，当电流长时间超过额定值，发热元件发热使双金属片弯曲，推动触点动作切断电路。过流保护采用熔断器，熔体串联在主电路中，当电流瞬间过大时熔断切断电路。缺相保护利用相序继电器，其接入三相电源，当发生缺相时，相序继电器动作切断控制电路，进而切断电动机主电路。将这三个保护环节合理组合，通过控制电路实现对小型电动机的综合保护。
解析：针对小型电动机不同故障类型，分别选用合适的保护元件，通过合理连接和控制实现综合保护功能，满足题目要求。

五、案例分析题（5 分）
某工厂的电气设备出现频繁跳闸现象，经检查发现保护电路动作，但找不到明显故障原因。请分析可能的原因。
答案：可能原因有：一是保护电路的动作电流设置过小，导致正常工作电流波动时就误动作；二是检测环节存在问题，如传感器精度不够或受干扰，误检测到异常信号使保护电路动作；三是保护电路中的执行元件存在故障，如继电器触点接触不良等，导致误动作跳闸。
解析：从保护电路的各个环节分析，动作电流、检测环节以及执行元件都可能出现问题导致频繁误跳闸，需逐一排查。