| Q1 |
(a) |
根 據 「 英 國 電 機 工 程 師 學 會 佈 線 規 例 」 內 的 接 地 安 排 分 類 法 , 「 電 力 ( 線 路 ) 規 例 工 作 守 則 」 所 要 求 的 本 港 一 般 電 氣 裝 置 在 各 種 情 況 下 , 是 採 取 那 類 接 地 安 排 ? 在 設 計 電 氣 裝 置 時 又 應 怎 樣 考 慮 接 地 安 排 ?
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| (b) |
有 一 220 伏 特 ( V ) 、 100 安 培 ( A ) 的 電 路 , 其 接 地 故 障 環 路 阻 抗 為 1 歐 姆 ( W ) , 試 為 這 電 路 提 供 一 個 接 地 故 障 防 護 措 施 。 需 說 明 理 由 、 假 設 及 所 需 條 件 。
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| (c) |
一 些 電 力 器 具 ( 如 計 算 機 工 作 台 ) 可 能 會 有 較 高 的 正 常 對 地 漏 電 電 流 , 試 解 釋 其 原 因 。 當 連 接 這 些 器 具 , 應 注 意 甚 麼 事 項 或 提 供 甚 麼 建 議 ( 尤 其 接 地 方 面 ) 。
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| Q2 |
如 圖 Q2 所 示 , 有 一 11 千 伏 ( kV ) 電 力 分 站 , 經 一 個 11 千 伏 ( kV ) / 380 伏 特 ( V ) 1500 千 伏 安 ( kVA ) 變 壓 器 , 及 一 束 380 伏 特 ( V ) 電 纜 , 為 一 用 戶 提 供 380 伏 特( V ) 三 相 電 力 。 為 保 護 電 纜 及 用 戶 , 在 變 壓 器 的 低 壓 側 , 經 一 個 3000 / 5 電 流 互 感 器 ( CT ) , 裝 設 有 一 過 流 保 護 繼 電 器 。 那 11 千 伏 ( kV ) 電 力 分 站 的 預 期 故 障 水 平 為 250 兆 伏 安 ( MVA ) 。 變 壓 器 及 電 纜 的 電 抗 已 在 圖 Q2 顯 示 。
試 算 出 過 流 保 護 繼 電 器 , 在 380 伏 特 ( V ) 上 任 何 一 種 故 障 情 況 下 , 預 期 所 測 知 的 最 高 故 障 電 流 。
若 變 壓 器 最 高 載 流 量 為 額 定 電 流 的 1.2 倍 , 試 定 出 過 流 保 護 繼 電 器 上 的 電 流 定 位 ( PS )。
若 過 流 保 護 繼 電 器 的 運 作 時 間 , 在 最 高 故 障 電 流 時 , 不 能 久 於 0.6 秒 , 試 定 出 過 流 保 護 繼 電 器 上 的 時 間 倍 數 定 位 ( TMS ) 。
當 電 流 定 位 ( PS ) 及 時 間 倍 數 定 位 ( TMS ) 如 (ii) 及 (iii) 定 下 時 , 試 求 出 在 380 伏 特 (V) 用 戶 總 開 關 掣 內 有 一 接 地 故 障 時 , 過 流 保 護 繼 電 器 的 運 作 時 間 。
過 流 保 護 繼 電 器 的 額 定 電 流 為 5 安 倍 ( A ) 。 PS 值 可 由 50% 至 200% , 每 級 為 25% 。 TMS 值 可 由 0.1 至 1.0 , 每 級 為 0.1 。 運 作 時 間 可 由 下 列 方 程 算 出 :
t = 運 作 時 間 , 單 位 為 秒 ( sec. )
If = 繼 電 器 上 的 故 障 電 流
Iset = 繼 電 器 上 的 電 流 定 值 。

圖 Q2
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| Q3 |
(a) |
有 四 個 相 同 的 單 相 電 路 , 每 個 電 路 的 Ib = 13 安 培 ( A ) , 電 路 是 使 用 符 合 英 國 標 準 BS 6004 無 護 套 的 單 蕊 70 °C 聚 氯 乙 烯 ( PVC ) 絕 緣 銅 導 體 電 纜 。 電 纜 是 安 裝 在 導 管 內 , 及 完 全 被 長 度 為 150 毫 米 ( mm ) 的 隔 熱 物 包 圍 。
環 境 溫 度 預 計 是 45 °C , 每 個 電 路 由 一 個 20 安 培 ( A ) 小 型 斷 路 器 ( MCB ) 保 護 , 以 防 過 載 及 短 路 。 電 源 電 壓 是 單 相 220 伏 特( V ) 。
- 單 以 電 流 量 的 考 慮 , 所 使 用 電 纜 的 導 體 截 面 積 最 小 應 是 多 少 ?
- 如 果 電 路 的 長 度 是 10 米 ( m ) , 而 到 小 型 斷 路 器 處 的 電 壓 降 是 2% 。 當 考 慮 到 總 電 壓 降 的 要 求 時 , 上 述 求 得 的 電 纜 大 小 是 否 仍 然 足 夠 ?
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| (b) |
有 一 個 三 房 住 宅 單 位 , 詳 情 如 下 :
- 有 12 個 照 明 點 , 每 點 有 2 個 5 安 培 ( A ) 照 明 電 路 。
- 有 1 個 20 安 培 ( A ) 最 終 插 座 電 路 , 這 電 路 只 供 電 給 廚 房 ( 根 據 【 電 力 ( 線 路 ) 規 例 工 作 守 則 】 內 6E 部 份 )。
- 有 1 個 20 安 培 ( A ) 最 終 插 座 電 路 , 這 電 路 供 電 給 客 廳 、 飯 廳 、 主 人 房 、 兩 睡 房 及 其 他 地 方 ( 根 據 【 電 力 ( 線 路 ) 規 例 工 作 守 則 】 內 6E 部 份 ) 。
- 有 1 個 20 安 培 ( A ) 最 終 電 路 , 這 電 路 供 電 給 客 廳 的 冷 氣 機 , 冷 氣 機 的 滿 載 電 流 是 15 安 培 ( A ) ( 根 據 【 電 力 ( 線 路 ) 規 例 工 作 守 則 】 內 6E 部 份 ) 。
- 有 2 個 20 安 培 ( A ) 最 終 放 射 型 電 路 , 這 2 個 電 路 供 電 給 飯 廳 、 主 人 房 、 兩 睡 房 內 的 冷 氣 機 , 每 一 冷 氣 機 的 滿 載 電 流 是 8 安 培 ( A ) ( 根 據 【 電 力 (線 路 ) 規 例 工 作 守 則 】 內 6E 部 份 ) 。
假 設 電 源 是 單 相 220 伏 特 ( V ) , 及 容 許 有 10% 的 後 備 容 量 。 試 計 算 出 :
- 單 位 的 總 電 流 需 求 量 。
- 總 開 關 掣 的 額 定 值 。
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| Q4 |
下 述 的 單 線 圖 Q4 代 表 香 港 一 幢 工 業 大 廈 裹 主 要 電 氣 的 分 電 網 的 一 部 分。 而 變 壓 器 是 由 電 力 公 司 供 給 和 安 裝 的 。

圖 Q4
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| (a) |
述 系 統 中 的 兩 個 分 段 開 關 , 在 對 它 們 作 出 挑 選 、 安 裝 、 連 鎖 設 計 時 , 要 有 什 麼 要 求 , 試 提 建 議 。 須 有 簡 短 理 由 來 支 持 你 的 答 案 。
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| (b) |
考 慮 到 電 路 F 是 供 應 消 防 火 設 備 和 備 用 電 源 , 並 連 接 到 大 廈 的 備 用 發 電 機 。 試 用 簡 圖 來 陳 述 電 源 轉 換 是 應 該 怎 麼 樣 安 排 。
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| (c) |
試 陳 述 , 最 少 可 用 多 少 個 接 地 故 障 繼 電 器 以 充 分 保 護 包 含 備 用 發 電 機 電 路 的 全 部 系 統 。 須 有 簡 短 理 由 來 支 持 你 的 答 案 , 並 顯 示 這 些 繼 電 器 的 在 圖 裡 面 的 位 置 。
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| (d) |
畫 出 一 個 圖 以 顯 示 三 相 接 地 故 障 繼 電 器 的 變 流 器 ( CT ) 的 接 線 方 法 。 並 根 據 這 個 圖 , 說 明 它 的 運 營 原 理 。
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| Q5 |
(a) |
試 解 釋 如 何 將 直 流 電 流 注 入 感 應 電 動 機 的 線 組 , 從 而 在 無 須 加 上 任 何 電 動 機 軸 心 負 荷 情 況 下 , 達 致 注 入 額 定 損 耗 到 電 動 機 裏 的 目 的 。 答 案 須 輔 以 實 用 連 接 方 法 圖 。 你 所 提 議 的 方 案 的 局 限 性 是 什 麼 ?
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| (b) |
一 台 永 磁 式 發 電 機 在 13,000 轉 / 分 ( rev / min ) 額 定 轉 速 時 , 輸 出 2 安 培 ( A ) 額 定 電 樞 電 流 至 一 個 10 歐 姆 ( W ) 外 接 電 阻 。 當 外 接 電 阻 是 短 路 時 , 在 同 一 場 電 流 額 定 值 及 10,000 轉 / 分 ( rev / min ) 轉 速 下 ,發 電 機 輸 出 5 安 培 ( A ) 電 流 。
這 發 電 機 是 否 適 合 用 來 測 試 一 台 四 極 、 50 赫 茲 ( Hz ) 的 感 應 電 動 機 , 而 該 感 應 電 動 機 需 要 一 峰 值 為 0.018 牛 米 ( Nm ) 的 轉 距 。 答 案 須 輔 以 合 理 解 釋 。
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| (c) |
因 無 合 適 發 電 機 可 用 來 為 一 台 100 千 瓦 ( kW ) 、 四 極 、 50 赫 茲 ( Hz ) 的 感 應 電 動 機 加 上 負 荷 , 以 評 估 該 感 應 電 動 機 的 熱 能 特 性 , 現 有 一 提 議 : 如 圖 Q5 所 示 , 該 電 動 機 須 在 兩 電 源 下 運 作 , 一 電 源 是 48 赫 茲 ( Hz ) , 另 一 電 源 是 50 赫 茲 ( Hz ) 。 先 在 同 一 圖 內 , 粗 略 繪 出 該 電 動 機 分 別 在 48 赫 茲 ( Hz ) 及 50 赫 茲 ( Hz ) 電 源 下 的 轉 距 / 轉 速 特 性 曲 線。 根 據 這 些 特 性 曲 線 , 簡 單 解 釋 這 線 組 連 接 方 法 的 運 作 原 理 , 並 粗 略 推 斷 出 這 兩 電 源 的 電 壓 的 大 小 。

圖 Q5
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| Q6 |
(a) |
在 香 港 有 一 幢 樓 宇 , 內 有 一 台 1500 千 伏 安 ( kV ) 11,000 / 380 伏 特 ( V ) 變 壓 器 作 供 電 用 。 現 時 未 有 功 率 因 數 補 償 電 容 組 前 的 總 耗 電 量 是 1200 千 伏 安 ( kVA ) 及 800 千瓦 ( kW ) 。 電 容 組 的 價 格 已 知 是 每 1 千 乏 ( kVAr ) 為 $620 , 折 舊 率 是 8% 。 試 計 算 出 系 統 的 最 經 濟 的 功 率 因 數 , 以 及 要 達 致 這 運 行 情 況 所 需 的 千 乏 ( kVAr ) 。 電 力 需 求 收 費 已 知 是 每 1 千 伏 安 ( kVA ) 為 $117 。
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| (b) |

圖 Q6
有 一 個 2 千 瓦 ( kW ) 電 水 煲 , 電 源 是 220 伏 特 ( V ) 。 發 熱 原 件 上 發 生 接 地 故 障 , 故 障 是 經 由 水 煲 金 屬 外 殼 接 地 , 位 置 離 相 終 端 四 分 一 長 度 , 如 圖 Q6 所 示 。 電 水 煲 是 由 一 個 15 安 培 ( A ) 熔 斷 器 保 護 , 在 47 安 培 ( A ) 電 流 情 況 下 , 熔 斷 器 會 在 1 秒 熔 斷 。 在 33 安 培 ( A ) 電 流 情 況 下 , 在 10 秒 熔 斷 。 在 28 安 培 ( A ) 電 流 情 況 下 , 則 在 1 分 鐘 熔 斷 。
假 設 電 水 煲 外 殼 與 樓 宇 的 總 接 地 終 端 間 的 電 阻 ( R1 ) 是 1 歐 姆 ( W ) 。 總 接 地 終 端 至 電 力 分 站 的 接 地 極 間 的 電 阻 ( R2 ) 也 是 1 歐 姆 ( W ) 。 不 理 會 該 供 電 電 路 上 電 線 的 電 阻 , 以 及 發 熱 原 件 與 接 地 故 障 點 間 的 電 阻 ,
- 試 計 算 出 故 障 電 流 。
- 試 計 算 出 水 煲 金 屬 外 殼 與 電 力 分 站 的 接 地 極 間 的 電 壓 。
- 試 說 明 該 熔 斷 器 或 發 熱 原 件 會 否 被 燒 掉 。
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| Q7 |
(a) |
試 寫 出 電 流 波 型 的 總 諧 波 失 真 率 ( THD ) 的 定 義 。
簡 單 地 畫 出 一 個 典 型 的 電 流 波 型 , 而 該 電 流 波 型 只 含 單 數 諧 波 , 但 不 含 雙 數 諧 波 。 試 說 明 這 類 波 型 的 特 點 。
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| (b) |
為 提 高 能 源 效 益 的 原 故 , 很 多 樓 宇 將 鎢 絲 燈 照 明 系 統 , 轉 換 為 附 有 電 子 鎮 流 器 的 放 電 燈 照 明 系 統 。 試 說 明 這 個 轉 變 對 樓 宇 內 電 力 裝 置 的 正 負 面 影 響 , 並 且 對 負 面 影 響 提 出 補 救 建 議 。
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| (c) |
試 為 一 間 課 室 設 計 一 套 照 明 系 統 , 目 標 是 要 使 離 地 0.9 米 ( m ) 的 工 作 面 有 最 小 600 勒 克 斯 ( lux ) 的 照 明 度 。 有 關 資 料 如 下 :
- 課 室 大 小 : 5 米 ( 長 ) , 10 米 ( 闊 ) , 3.4 米 (高 ) 。
- 黑 板 位 置 : 在 長 度 為 5 米 的 牆 的 正 中 , 黑 板 高 度 與 牆 一 樣 。
- 反 光 率 : 天 花 : 0.7 ; 牆 身 : 0.5 ; 地 板 : 0.2 。
- 總 光 損 耗 因 數 估 計 是 : 0.78 。
- 照 明 器 ( 型 號 : SDW 236 ) 是 安 裝 在 天 花 的 表 面 。
- 每 一 照 明 器 有 兩 支 螢 光 管 , 每 支 管 的 平 均 初 始 流 明 值 是 2500 流 明 ( lumen ) 。
- 照 明 器 的 光 學 數 據 ( 註 ) 。
- 簡 單 地 畫 出 你 的 系 統 設 計 , 包 括 你 所 提 議 的 照 明 器 的 方 位 。 無 須 對 眩 光 指 數 作 詳 細 計 算 , 但 要 注 意 橫 向 與 縱 向 眩 光 指 數 的 比 較 值 。
- 在 你 設 計 的 系 統 下 , 課 室 地 板 上 的 照 明 度 將 是 多 少 ?
- 如 果 除 了 最 近 黑 板 的 一 個 照 明 器 外 , 其 他 的 照 明 器 都 關 掉 , 黑 板 正 中 央 的 照 明 度 將 是 多 少 ?
註 : 照 明 器 的 數 據 列 載 於 有 關 試 卷 之 附 頁 。
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| Q8 |
參 考 圖 Q8 , 圖 中 負 載 的 相 導 體 是 連 接 至 分 電 箱 P , 而 它 的 中 性 導 體 是 連 接 至 分 電 箱 Q 。

圖 Q8
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| (a) |
計 算 在 負 載 裡 面 的 電 流 。
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| (b) |
假 如 15O 安 培 ( A ) 分 電 箱 ( 分 電 箱 Q ) 的 中 性 連 杆 被 開 路 , 試 用 【 密 爾 曼 定 理 】 或 其 他 方 法 , 來 計 算 出 負 載 的 中 性 導 體 的 電 壓 。
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| (c) |
試 指 出 問 題 所 在 和 這 個 連 接 方 法 的 潛 在 危 險 。
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| (d) |
假 如 兩 個 分 電 箱 皆 有 電 流 式 漏 電 斷 路 器 ( RCD ) 作 保 護 ,試 陳 述 將 有 何 事 發 生 ? |