Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater… · Elektro-Sicherheitsberater/in 29....

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Elektro-Ausbildungszentrum EAZ Zentralschweiz

Ausgabe 31. Dezember 2013 Version 1

Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater/in 29. September 2012

Kandidatennummer

Name

Vorname

Datum

Maximale Punkte 100

Erreichte Punkte

Note

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 entsprechen-

de Abzüge gemacht. • Resultate sind doppelt zu unterstreichen • Für grafische Lösungen wird eine Abweichung von %5± toleriert. Unterschrift Experte 1

Unterschrift Experte 2

Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 10 100 Aufgabe-Seite 1-1




1

Elektrotechnik Grundlagen: Parallele Spulen an Gleichspannung Drei Schützenspulen sind parallel geschaltet und nehmen zusammen mA232 auf. a) (3) Wie gross ist der Widerstand der Spule 1R ? b) (2) Wie gross ist der Gesamtwiderstand der Spulen?

1R2R

3RU

+

−

I

1R2R

3RU

I

A1 A1 A1

A2A2A2

VU 48=

Ω6703 =R Ω4002 =R

5





2

Elektrotechnik Grundlagen: Grundlegende Betrachtungen In den nachfolgenden Aufgaben sind Mehrfachnennungen möglich. Für jede vollständig richtig beantwortete Aufgabe a-j erhalten Sie je 0,5 Punkt.

5

a

(0,5)

Ein Kondensator liegt an Gleichspannung. Was ge-schieht?

Es kann nie Strom fliessen.

Kondensator lädt sich nur einmal bis zum Scheitelwert auf.

Spannung eilt dem Strom voraus.

Spannung verdoppelt sich.

Strom eilt der Spannung um 90° voraus.

b

(0,5)

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.

der Luftspalt am grössten ist.

die Permeabilität am kleinsten ist.

c

(0,5)

Die Phasenverschiebung zwischen TU und TI ist am

grössten bei einer Frequenz von

kHz5,0

kHz1

kHz2

kHz5

kHz10

Bild zu Aufgabe c

TU

RU CU

TI R C

TU

RU CU

TI R C

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)

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





f

(0,5)

Was versteht man unter Permeabilität?

die Elektrische Feldkonstante

die Dielektrizitätszahl

die Dielektrizitätskonstante

die Durchlässigkeit von Materie für magneti-sche Felder

g

(0,5)

Die elektrische Leistung in einer Parallelschaltung von Widerständen:

ist gleich der Einzelleistung.

ist gleich dem Produkt der Einzelleistungen.

ist gleich der Summe der Einzelleistungen.

ergibt sich aus der Differenz der Einzelleis-tungen.

h

(0,5)

In welchem Fall ist die abgegebene Leistung der Span-nungsquellen in der gegebenen Schaltung am grössten?

Ua=0

Ra=Ri

Ra=10xRi

Ra=100xRi

Ra=2xRi

Bild zu Aufgabe h

I

iU

0U

aU aR

iR

I

iU

0U

aU aR

iR

i

(0,5)

Welche Kennlinie gehört zu dem Bauelement mit einem Widerstandswert von 2Ω?

A

B

C

D

Bild zu Aufgabe i

I [A]

U[V]

1 2 3 4 5 6 7 2

1

2

3

4

5

6

7

A

B

C

D

j

(0,5)

Welche Pfeile wurden in der gegebenen Schaltung falsch gezeichnet?

Der Spannungspfeil

Die Spannung RU

Der Strom I

Die Spannung iU

Bild zu Aufgabe j

iU

0U

RU

I

iU

0U

RU

I





3

Gleichstrom: Drehspulmessgeräte Ein Ampère-Meter für 0 bis A5 hat einen inneren Widerstand von Ω150, .

a) (2) Welchen Widerstand muss der Shunt

aufweisen, wenn Ströme von 0 bis A25

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!

4





4

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.

1

0039,0−°= CCuα

256

mm

mCu

Ω=γ

Wie lang ist der Kupferdraht bei Umge-bungstemperatur (20 °C), wenn sein Quer-

schnitt 21,0 mmA = beträgt?

4





5

Grundlagen Elektrotechnik: Gemischte Schaltung Bestimmen Sie die fehlenden Werte in der Tabelle unter Berücksichtigung der dargestellten Schaltung!

16,8V

R8

R5 R6 R7

R4

R1 R2 R3

I6

I2

I4

U

][V

I ][A

R ][Ω

P ][W

1R Ω100

2R A04,0

3R V8,4

4R A06,0

5R V0,6

6R A04,0

7R Ω40

8R Ω200

(jede richtige Lösung 0,25 Punkte)

6





6

Energieumwandlung: Pumpe eines Wasserreservoirs Ein Baukran hebt eine t,61 Last in s6 m14 hoch. Welche Leistung in kW am Kranha-ken entspricht dies?

6





7

Einphasenwechselstrom: Verbraucher an Wechselspannung Zeichnen Sie in die untenstehenden Liniendiagramme die entsprechenden Strom-kurven und Spannungskurven ein! Zeichnen Sie den fehlenden Spannungsgrafen als 100%-Wert und den Stromgrafen als 50%-Wert ein.

Ohmscher Verbraucher1) Induktiver Verbraucher

2)

Aktuelle Kurve:Spannung

α30 60 1200 150 180 210 240 270 300 330 360 390 45090 [ ° ]

100

[ % ]

-100

Aktuelle Kurve:Spannung

α30 60 1200 150 180 210 240 270 300 330 360 390 45090 [ ° ]

100

[ % ]

-100

Kapatitiver Verbraucher Ohmisch-Induktiver Verbraucher

Aktuelle Kurve:Strom

α30 60 1200 150 180 210 240 270 300 330 360 390 45090 [ ° ]

100

[ % ]

-100

Aktuelle Kurve:Strom

α30 60 1200 150 180 210 240 270 300 330 360 390 45090 [ ° ]

100

[ % ]

-100

°= 60ϕ

Begründen Sie Ihre Darstellungen!

1) Ohmscher Verbraucher:

2) Induktiver Verbraucher:

6





8

Deiphasenwechselstrom: Heizkörper Im Heizleiter eines, wie abgebil-det geschalteten, Heizregister fliessen A3,18 . a) (2) Bestimmen Sie den

Strom in der Zuleitung! b) (2) Wie gross ist die Leistung

in einem Strang? c) (2) Berechnen Sie den

Strangwiderstand!

I

StrI

U

StrU

StrI

U

StrU

VU 400=

6





9

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.

a) (2) Wie gross ist die Ersatzkapazität

der beiden Kondensatoren? b) (2) Nach welcher Zeit sind die Kon-

densatoren aufgeladen?

4





10

Energieumwandlung: Warmwassererwärmer Der Inhalt eines 30 Liter Heisswasserspeichers ( VU 400= ) soll in 24 Minuten von 18°C auf 60°C erwärmt werden. Der Wirkungsgrad des Gerätes beträgt 90%.

1234

5

76

8

10 9

11

12

13

14

15

Kaltwasserhahn H Druckreduzierventil D Rückschlagklappe R Sicherheitsventil S Hauptschalter Thermostat Zweite thermische Sicherung

a) (3) Berechnen Sie die Leistungs-

aufnahme des Heisswasserspei-chers.

b) (3) Wie lange würde die Aufheizung dauern, wenn 10% Überspannung vorhanden ist?

c) (3) Wie goss ist ein Widerstand des Heizelementes (Dreieck-Schaltung)?

d) (3) Wie gross ist der Strangstrom? e) (2) Wie gross ist der Polleiterstrom

Kkg

kJ,c

⋅=

194

14





11

Elektromagnetische Induktion: Kontaktdruck bzw. Kontaktkraft eines Relais

1

2

3

4

Bei einem Rundrelais gemäss Abbildung wird zur Erzeugung des notwendigen Kon-taktdruckes der Anker mit einer Kraft von 1,2 N festgehalten. Die wirksame Polfläche hat einen Durch-messer von 10 mm. Der verbleibende Luftspalt wird nicht berücksichtigt. Be-rechnen Sie a) (2) die Polfläche, b) (2) die magnetische Flussdichte. c) (2) Wie nennt man die Teile - ?

6





12

Dreiphasenwechselstrom: Leistungsbestimmung und Neutralleiterstrom An einem Drehstromnetz Vx4003 / V230 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).

U12

U1N

U23U31

U2N

U3N

ω

12





13

Dreiphasenwechselstrom: Spannungsfall, Leitungslänge Die Planungsgrundsätze raten, dass der Spannungsfall in den Wärme- Gruppen- Leitungen (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.

4





14

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 Ω6 , der andere eine Leistungsaufnahme von W,012 . (Der Wirkungsgrad des Transformators kann mit 100% angenommen werden) a) (2) Fertigen Sie eine Schaltungsskizze an. Tragen Sie alle vorhandenen und be-

rechneten Werte in der Schaltungsskizze ein. b) (2) Wie gross ist der Strom im Primärkreis?

4

Schulprüfung Elektrotechnik Aufgabe-Seite 15-1




15

Dreiphasenwechselstrom: Schein-, Wirk- und Blindleistung, Leistungsfaktor Ein Drehstromgenerator hat folgende Nennwerte:

MVA110 kVx 8,133

82,0cos =ϕ 7 hydro generators of 110 MVA for Rocky Reach Power Plant - Chelan County Public Utility District - United States.

Berechnen Sie: a) (2) die Wirkleistung und b) (2) die Blindleistung der Maschinen! c) (2) Tragen Sie die Werte P , Q und S im Einheitskreis ein!

cosϕ

sinϕ

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,10 P

Q

6





16

Einphasenwechselstrom Fussgängerleuchte Eine Fussgängerleuchte weist folgende Daten auf: 230 V, 1,8 A, 140 W, HZf 50= . a) (2) Berechnen Sie den Leistungsfaktor der Leuchte! b) (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?

Der Scheinwerfer Neos 3 Zebra ist mit einem Spiegel bestückt, der speziell für die Beleuchtung von Fußgängerüberwegen entwickelt wurde. Der Lampen-raum verbessert nicht nur die Sichtbarkeit der Straßenmarkie-rungen, sondern erhöht auch den positiven Kontrast zwischen Fußgänger und der Umgebung. Bestückt mit einem anders farbigen Leuchtmittel, erhöht Neos 3 Zebra die Aufmerksam-keit der Fahrer.

8

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.

A1

A2

B1

B2

C

C

Maximaler Anschlussüberstrom-

unterbrecher nach Verlegeart

Polleiter L1-L2-L3

Leistungs- und

Lichtstrom-kreise

PEN- Leiter

Neutral-leiter

Haus- zuleitung

Schutz- leiter

Haus- zuleitung

Erdungs- leiter

Haupt-potential-

ausgleichs- leiter

HPA-Leiter mit Verbin-dung zur

Blitzschutz-Anlage

(in Wärme-dämmung)

(in Beton)

(auf Wand)

5.2.4.3

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

[A] [A] [A] [mm2] [mm2] [mm2] [mm2] [mm2] [mm2] [mm2]

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 10 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

4) 5)

5) 3) 2) 1)

1) 50% des Hauptschutzleiters, aber mindestens 6mm2 und nicht grösser als 25mm2 2) 16mm2 ist der kleinste und 50mm2 der grösste Querschnitt, ansonsten gleich wie der Schutzleiter 3) Schutzleiter ≤16 Querschnitt wie Polleiter, 16mm2 für Querschnitte ≤ 35mm2, Halber Polleiterquerschnitt ab

50mm2. Der Schutzleiterquerschnitt muss mit Rechnung nachgewiesen werden. 4) Mindestquerschnitt für PEN-Leiter 10mm2 oder bei Konzentrischem Kabel 4mm2 5) Bemessung von PEN- und Neutralleiter wie Polleiter. Reduktion des Querschnittes nur zulässig, wenn halber

Polleiterstrom vorhanden

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