Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater/in 29

Elektrotechnik
Schulprüfung
Elektro-Sicherheitsberater/in
29. September 2012
Kandidatennummer
Maximale Punkte
100
Name
Erreichte Punkte
Vorname
Note
Datum
Bemerkung zur Prüfung:
•
•
•
•
•
•
•
Bearbeitungszeit 2 Stunden
100 Punkte gibt die Note 6
Die zu ereichenden Punkte (z.B. „(2)“ 2 Punkt) sind bei der Aufgabenstellung vermerkt.
Erlaubte Hilfsmittel (Massstab, Zirkel, Schablone, Farbstifte, Bleistift, Taschenrechner, Formelsammlung ohne
Aufgabenbeispiele)
Werden bei der Aufgabe die Formel-, Werte- und Einheitengleichung nicht geschrieben, werden entsprechende Abzüge gemacht.
Resultate sind doppelt zu unterstreichen
Für grafische Lösungen wird eine Abweichung von ± 5% toleriert.
Unterschrift Experte 1
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Unterschrift Experte 2
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31. Dezember 2013
1
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
1
Aufgabe-Seite
Elektrotechnik Grundlagen:
Parallele Spulen an Gleichspannung
Drei Schützenspulen sind parallel geschaltet und nehmen zusammen 232 mA auf.
a)
b)
5
Wie gross ist der Widerstand der Spule R1 ?
(2) Wie gross ist der Gesamtwiderstand der Spulen?
(3)
+
U = 48V
I
R3 = 670 Ω
A1
U
A1
R2
R3
A2
A2
R2 = 400 Ω
A1
R1
A2
−
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1-1
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
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Aufgabe-Seite
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1
1-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
Aufgabe-Seite
Elektrotechnik Grundlagen:
Grundlegende Betrachtungen
2
In den nachfolgenden Aufgaben sind Mehrfachnennungen möglich.
Für jede vollständig richtig beantwortete Aufgabe a-j erhalten Sie je 0,5 Punkt.
a
Ein Kondensator liegt an Gleichspannung. Was geschieht?
(0,5)
b
(0,5)
Es kann nie Strom fliessen.
Kondensator lädt sich nur einmal bis zum
Scheitelwert auf.
5
Der magnetische Widerstand ist am kleinsten, wenn
das Eisen den magnetischen Fluss schlecht
leitet.
Wenn der magnetische Fluss am grössten
ist.
die Gesamtdurchflutung am kleinsten ist.
Spannung eilt dem Strom voraus.
der Luftspalt am grössten ist.
Spannung verdoppelt sich.
die Permeabilität am kleinsten ist.
Strom eilt der Spannung um 90° voraus.
c
(0,5)
Die Phasenverschiebung zwischen
U T und I T ist am
grössten bei einer Frequenz von
Bild zu Aufgabe c
0,5 kHz
1 kHz
UT
2 kHz
UC
UR
5 kHz
IT
10 kHz
d
(0,5)
Welche Erklärung ist falsch?
Amplitude = grösste Schwingungsweite der
Kurve (bezogen auf die Nulllinie).
Amplitude = Teil zwischen benachbarten
Nulldurchgängen.
Effektivwert = Nennwert.
Herz = Mass der Lautstärke.
Periode ist die halbe Schwingungsdauer.
e
(0,5)
R
C
Freie Elektronen ermöglichen in metallischen Werkstoffen
den Stromtransport. Was ist richtig von den nachfolgenden
Aussagen?
Sie sind die positiven Ladungsträger des
Atoms
Die freien Elektronen sind die negativen
Ladungsträger
Sie sind die Masseträger des Atoms
Die Rekombinationsträger sind die freien
Elektronen
Die negativen Ladungsträger haben keine
Masse
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2-1
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
f
(0,5)
Was versteht man unter Permeabilität?
die Elektrische Feldkonstante
Aufgabe-Seite
g
Die elektrische Leistung in einer Parallelschaltung von
Widerständen:
(0,5)
ist gleich der Einzelleistung.
die Dielektrizitätszahl
ist gleich dem Produkt der Einzelleistungen.
die Dielektrizitätskonstante
die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder
h
ist gleich der Summe der Einzelleistungen.
ergibt sich aus der Differenz der Einzelleistungen.
In welchem Fall ist die abgegebene Leistung der Spannungsquellen in der gegebenen Schaltung am grössten?
Bild zu Aufgabe h
(0,5)
I
Ua=0
Ra=Ri
Ri
Ra=10xRi
Ui
Ua
Ra=100xRi
Ra=2xRi
i
Ra
U0
Welche Kennlinie gehört zu dem Bauelement mit einem
Widerstandswert von 2Ω?
Bild zu Aufgabe i
(0,5)
A
I [A]
A
B
7
B
6
5
C
C
4
D
3
D
2
1
U[V]
1
j
2
3
4
5
6
7
Welche Pfeile wurden in der gegebenen Schaltung
falsch gezeichnet?
(0,5)
Bild zu Aufgabe j
Der Spannungspfeil
I
Die Spannung U R
Der Strom I
Ui
Die Spannung U i
UR
U0
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2-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 11 100
3
Aufgabe-Seite
Gleichstrom: Drehspulmessgeräte
Ein Ampère-Meter für 0 bis 5 A hat einen inneren Widerstand von 0,15 Ω .
4
a) (2) Welchen Widerstand muss der Shunt
aufweisen, wenn Ströme von 0 bis 25 A
gemessen werden müssen?
b) (2)Zeichnen Sie das Messschema und
tragen alle elektrischen Werte ein.
Achtung: Die Schaltungsskizze wird ausdrücklich verlangt. Die berechneten Resultate sollen
den skizzierten Widerständen klar und eindeutig zugeordnet werden können!
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Aufgabe-Seite
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1
3-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 11 100
4
Aufgabe-Seite
Elektrotechnik Grundlagen:
Temperaturänderung am ohmschem Widerstand
Durch eine Kupferspule fliesst bei Anschluss an 24 V und bei 60 °C Betriebstemperatur ein
Strom von 0,5 A.
Wie lang ist der Kupferdraht bei Umgebungstemperatur (20 °C), wenn sein Querschnitt A = 0,1mm 2 beträgt?
α Cu = 0,0039 °C −1
γ Cu = 56
m
Ωmm 2
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4
4-1
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Aufgabe-Seite
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4-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 11 100
5
Aufgabe-Seite
Grundlagen Elektrotechnik: Gemischte Schaltung
Bestimmen Sie die fehlenden Werte in der Tabelle unter Berücksichtigung der
dargestellten Schaltung!
6
R1
I2
I4
R2
R3
R4
I6
R5
R6
R7
R8
16,8V
U
[V ]
I
[ A]
R1
0,04 A
4,8V
R4
R5
P
[W ]
100Ω
R2
R3
R
[Ω]
0,06 A
6,0V
R6
0,04 A
R7
40Ω
R8
200Ω
(jede richtige Lösung 0,25 Punkte)
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Aufgabe-Seite
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5-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 11 100
6
Aufgabe-Seite
Energieumwandlung:
Pumpe eines Wasserreservoirs
Ein Baukran hebt eine 1,6 t Last in 6 s 14 m hoch. Welche Leistung in kW am Kranhaken entspricht dies?
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Aufgabe-Seite
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6-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
7
Aufgabe-Seite
Einphasenwechselstrom: Verbraucher an Wechselspannung
Zeichnen Sie in die untenstehenden Liniendiagramme die entsprechenden Stromkurven und Spannungskurven ein! Zeichnen Sie den fehlenden Spannungsgrafen
als 100%-Wert und den Stromgrafen als 50%-Wert ein.
1)
2)
Ohmscher Verbraucher
Induktiver Verbraucher
Aktuelle Kurve:Spannung
Aktuelle Kurve:Spannung
[ %]
[ %]
100
100
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
[ °]
450
α
-100
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
[ °]
450
α
[ °]
450
α
-100
Kapatitiver Verbraucher
Ohmisch-Induktiver Verbraucher
Aktuelle Kurve:Strom
Aktuelle Kurve:Strom
[ %]
[ %]
100
100
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
[ °]
450
α
-100
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
-100
ϕ = 60°
Begründen Sie Ihre Darstellungen!
1)
Ohmscher Verbraucher:
2)
Induktiver Verbraucher:
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Aufgabe-Seite
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Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
8
Aufgabe-Seite
Deiphasenwechselstrom: Heizkörper
Im Heizleiter eines, wie abgebildet geschalteten, Heizregister
fliessen 18,3 A .
6
U = 400V
I
I Str
a)
Bestimmen Sie den
Strom in der Zuleitung!
b) (2) Wie gross ist die Leistung
in einem Strang?
c) (2) Berechnen Sie den
Strangwiderstand!
U
(2)
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U Str
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Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
9
Aufgabe-Seite
Elektrisches Feld: Parallele Kondensatoren an Gleichspannung
Zwei Kondensatoren (C1 = 22 µF, C2 = 33 µF) sind parallel geschaltet. Sie werden
über einen Widerstand R = 820 Ω an 42 V Gleichspannung angeschlossen.
4
a)
Wie gross ist die Ersatzkapazität
der beiden Kondensatoren?
b) (2) Nach welcher Zeit sind die Kondensatoren aufgeladen?
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10
Aufgabe-Seite
Energieumwandlung: Warmwassererwärmer
Der Inhalt eines 30 Liter Heisswasserspeichers ( U = 400V ) soll in 24 Minuten von
18°C auf 60°C erwärmt werden. Der Wirkungsgrad des Gerätes beträgt 90%.
14
10
12
a)
9
8
b)
13
5
14
4
11
3
2
1
c)
6
7
15
Kaltwasserhahn
Druckreduzierventil
Rückschlagklappe
Sicherheitsventil
H
D
R
S
d)
e)
(3) Berechnen Sie die Leistungsaufnahme des Heisswasserspeichers.
(3) Wie lange würde die Aufheizung
dauern, wenn 10% Überspannung
vorhanden ist?
(3) Wie goss ist ein Widerstand des
Heizelementes (DreieckSchaltung)?
(3) Wie gross ist der Strangstrom?
(2) Wie gross ist der Polleiterstrom
c=
4 ,19kJ
kg ⋅ K
Hauptschalter
Thermostat
Zweite thermische Sicherung
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Aufgabe-Seite
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11
Aufgabe-Seite
Elektromagnetische Induktion:
Kontaktdruck bzw. Kontaktkraft eines Relais
1
3
4
2
Bei einem Rundrelais gemäss Abbildung
wird zur Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes der Anker mit einer Kraft von
1,2 N festgehalten.
Die wirksame Polfläche hat einen Durchmesser von 10 mm. Der verbleibende
Luftspalt wird nicht berücksichtigt. Berechnen Sie
a) (2) die Polfläche,
b) (2) die magnetische Flussdichte.
c) (2) Wie nennt man die Teile - ?
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Aufgabe-Seite
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12
Aufgabe-Seite
Dreiphasenwechselstrom:
Leistungsbestimmung und Neutralleiterstrom
An einem Drehstromnetz 3 x400V / 230V sind folgende Verbraucher angeschlossen:
-
Zwischen Polleiter L2 und Neutralleiter: ein 900 W Tauchsieder und zwei 40 W
Lampen.
Zwichen Polleiter L3 und Neutralleiter: ein 1200 W Badstrahler und eine 100 W
Glühlampe.
Berechnen Sie:
a) (2) die gesamte Anschlussleistung,
b) (4) den Strom in jedem Polleiter,
c) (6) den Strom im Neutralleiter (grafisch).
ω
U12
U1N
U3N
U31
U23
U2N
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13
Aufgabe-Seite
Dreiphasenwechselstrom:
Spannungsfall, Leitungslänge
Die Planungsgrundsätze raten, dass der Spannungsfall in den Wärme- GruppenLeitungen (Kochherd, Boiler) im 3x400-V-Netz, 3% nicht überschreiten soll.
Welchen maximale Leitungslängen entspricht dies bei der Maximalbelastung
(Beilage 1; Verlegeart B1) bei einem Querschnitt von 1,5 mm2.
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13-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
14
Aufgabe-Seite
Einphasenwechselstrom:
Transformator
Die Primärspule eines Transformators, die an ein 230 V-Netz angeschlossist, hat
920 Windungen, die Sekundärspule 30 Windungen. Im Sekundärkreis befinden sich
zwei parallel geschaltete Widerstände; der eine hat einen Widerstand von 6 Ω , der
andere eine Leistungsaufnahme von 12 ,0 W . (Der Wirkungsgrad des Transformators
kann mit 100% angenommen werden)
a)
(2) Fertigen Sie eine Schaltungsskizze an. Tragen Sie alle vorhandenen und berechneten Werte in der Schaltungsskizze ein.
b) (2) Wie gross ist der Strom im Primärkreis?
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1
14-2
Schulprüfung Elektrotechnik
15
Aufgabe-Seite
Dreiphasenwechselstrom:
Schein-, Wirk- und Blindleistung, Leistungsfaktor
Ein Drehstromgenerator hat folgende Nennwerte:
6
110 MVA
3 x13,8kV
cosϕ = 0,82
7 hydro generators of 110 MVA for Rocky
Reach Power Plant - Chelan County
Public Utility District - United States.
Berechnen Sie:
a)
b)
c)
die Wirkleistung und
die Blindleistung der Maschinen!
(2) Tragen Sie die Werte P , Q und S im Einheitskreis ein!
(2)
(2)
Q
sinϕ
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
cosϕ
0
0,1
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0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
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0,7
0,8
0,9
1,0
P
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1
15-2
Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100
16
Aufgabe-Seite
Einphasenwechselstrom
Fussgängerleuchte
Eine Fussgängerleuchte weist folgende Daten auf: 230 V, 1,8 A, 140 W, f = 50 HZ .
Berechnen Sie den Leistungsfaktor der Leuchte!
(2) Wie gross ist die Blindleistung der Leuchte? Der Leistungsfaktor ist auf 0,9. zu
verbessern. Wie gross ist
c) (2) die Blindleistung und
d) (2) die Kapazität des Kondensators?
a)
b)
(2)
Der Scheinwerfer Neos 3 Zebra
ist mit einem Spiegel bestückt,
der speziell für die Beleuchtung
von Fußgängerüberwegen
entwickelt wurde. Der Lampenraum verbessert nicht nur die
Sichtbarkeit der Straßenmarkierungen, sondern erhöht auch den
positiven Kontrast zwischen
Fußgänger und der Umgebung.
Bestückt mit einem anders
farbigen Leuchtmittel, erhöht
Neos 3 Zebra die Aufmerksamkeit der Fahrer.
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8
16-1
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Aufgabe-Seite
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16-2
Schulprüfung Elektrotechnik
Beilage
1
Strombelastbarkeit bzw. Wahl des Anschlussüberstromunterbrechers nach NIN Tabelle 5.2.3.1.1.15.2.2
und für Verlegearten nach NIN Tabelle 5.2.3.1.1.9, PVC-Isolierung, drei belastete Kupferleiter mit einer
Leitertemperatur von 70°C und einer Umgebungstemperatur von 30°C.
A2
A1
B1
Polleiter
L1-L2-L3
Maximaler
Anschlussüberstromunterbrecher
nach Verlegeart
(in Wärmedämmung)
(in Beton)
(auf
Wand)
[A]
[A]
[A]
Leistungsund
Lichtstromkreise
5.2.4.3
[mm2]
B2
PENLeiter
4)
5)
C
Neutralleiter
Schutzleiter
Hauszuleitung
Hauszuleitung
5.4.6.2
5.2.3.7
5.2.3.7
5.2.4.3
5.4.3.1.2
5.4.2.3
5.4.2.3
5.4.7.1
5.4.7.1
[mm2]
[mm2]
[mm2]
[mm2]
[mm2]
[mm2]
Erdungsleiter
HauptHPA-Leiter
potentialmit Verbinausgleichsdung zur
leiter
BlitzschutzAnlage
A1
A2
B1
B2
C
13
13
16
16
16
1,5
1,5
1,5
16
6
10
16
16
20
20
25
2,5
2,5
2,5
16
6
10
20
20
25
25
32
4
4
4
4
16
6
10
32
25
32
32
40
6
6
6
6
16
6
10
40
40
50
40
50
10
10
10
10
16
6
10
50
50
63
63
63
16
16
16
16
16
10
63
63
80
80
80
25
25
16
25
16
25
16
16
10
80
80
100
100
100
35
35
16
35
16
35
16
16
10
100
100
125
100
125
50
50
25
50
25
50
25
25
16
125
125
160
125
160
70
70
35
70
35
70
35
35
16
160
125
200
160
200
95
95
50
95
50
95
50
50
25
160
160
225
200
250
120
120
70
120
70
120
70
50
25
200
200
250
200
250
150
150
95
150
95
150
95
50
25
250
200
250
250
315
185
185
95
185
95
185
95
50
25
250
250
315
250
400
240
240 120
240 120 240 120
50
25
315
250
400
315
400
300
300 150
300 150 300 150
50
25
2)
1)
10
4)
5)
1)
2)
3)
C
5)
3)
2
2
50% des Hauptschutzleiters, aber mindestens 6mm und nicht grösser als 25mm
2
2
16mm ist der kleinste und 50mm der grösste Querschnitt, ansonsten gleich wie der Schutzleiter
2
2
Schutzleiter ≤16 Querschnitt wie Polleiter, 16mm für Querschnitte ≤ 35mm , Halber Polleiterquerschnitt ab
2
50mm . Der Schutzleiterquerschnitt muss mit Rechnung nachgewiesen werden.
2
2
Mindestquerschnitt für PEN-Leiter 10mm oder bei Konzentrischem Kabel 4mm
Bemessung von PEN- und Neutralleiter wie Polleiter. Reduktion des Querschnittes nur zulässig, wenn halber
Polleiterstrom vorhanden
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Technikumstrasse 1, 6048 Horw
Elektro-Ausbildungszentrum EAZ
Zentralschweiz
Ausgabe
Version
31. Dezember 2013
2