Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater/in 29. September 2012

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1 Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater/in 29. September 2012 Kandidatennummer Name Vorname Maximale Punkte 100 Erreichte Punkte 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 Unterschrift Experte 2

2 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Elektrotechnik Grundlagen: Parallele Spulen an Gleichspannung Drei Schützenspulen sind parallel geschaltet und nehmen zusammen a) (3) Wie gross ist der Widerstand der Spule R 1? b) (2) Wie gross ist der Gesamtwiderstand der Spulen? 232 ma auf. 5 + I U = 48V R 3 = 670Ω U A1 A1 A1 R 3 R 2 R 1 R 2 = 400Ω A2 A2 A2

3 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite 1-2

4 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite 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 geschieht? Es kann nie Strom fliessen. Kondensator lädt sich nur einmal bis zum Scheitelwert auf. 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. 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 grössten bei einer Frequenz von U T und I T ist am 0,5 khz Bild zu Aufgabe c 1 khz U T 2 khz 5 khz 10 khz T U R U C I 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. 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 Herz = Mass der Lautstärke. Sie sind die Masseträger des Atoms Periode ist die halbe Schwingungsdauer. Die Rekombinationsträger sind die freien Elektronen Die negativen Ladungsträger haben keine Masse

5 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite 2-2 f (0,5) Was versteht man unter Permeabilität? die Elektrische Feldkonstante g (0,5) Die elektrische Leistung in einer Parallelschaltung von Widerständen: ist gleich der Einzelleistung. die Dielektrizitätszahl ist gleich dem Produkt der Einzelleistungen. die Dielektrizitätskonstante die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder ist gleich der Summe der Einzelleistungen. ergibt sich aus der Differenz der Einzelleistungen. h (0,5) In welchem Fall ist die abgegebene Leistung der Spannungsquellen in der gegebenen Schaltung am grössten? U a=0 Bild zu Aufgabe h I R a=r i R a=10xr i R i U i R a=100xr i U a R a R a=2xr i U 0 i (0,5) Welche Kennlinie gehört zu dem Bauelement mit einem Widerstandswert von 2Ω? A I [A] 7 Bild zu Aufgabe i A B B 6 C 5 4 C D 3 2 D 1 U[V] j (0,5) Welche Pfeile wurden in der gegebenen Schaltung falsch gezeichnet? Der Spannungspfeil Bild zu Aufgabe j I Die Spannung U R Der Strom I U i Die Spannung U i U R U 0

6 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Gleichstrom: Drehspulmessgeräte Ein Ampère-Meter für 0 bis 5 A hat einen inneren Widerstand von 15Ω 0,. 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!

8 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 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. 4 Wie lang ist der Kupferdraht bei Umgebungstemperatur (20 C), wenn sein Querschnitt A = 0,1mm 2 beträgt? α Cu γ Cu = 0,0039 C m = 56 Ωmm 1 2

10 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Grundlagen Elektrotechnik: Gemischte Schaltung Bestimmen Sie die fehlenden Werte in der Tabelle unter Berücksichtigung der dargestellten Schaltung! 6 I 2 R 1 R 2 R 3 I 4 R 4 I 6 R 5 R 6 R 7 R 8 16,8V U [V ] I [A] R [Ω] P [W ] R Ω R 2 0,04A R 3 4,8V R 4 0,06A R 5 6,0V R 6 0,04A R 7 R 8 40 Ω 200 Ω (jede richtige Lösung 0,25 Punkte)

12 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite m hoch. Welche Leistung in kw am Kranha- 6 Energieumwandlung: Pumpe eines Wasserreservoirs Ein Baukran hebt eine 1,6 t Last in s ken entspricht dies? 6

14 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 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. Ohmscher Verbraucher 1) Induktiver Verbraucher 2) 6 [ % ] Aktuelle Kurve:Spannung [ % ] Aktuelle Kurve:Spannung [ ] α [ ] α Kapatitiver Verbraucher Ohmisch-Induktiver Verbraucher [ % ] Aktuelle Kurve:Strom [ % ] Aktuelle Kurve:Strom [ ] α [ ] α ϕ = 60 Begründen Sie Ihre Darstellungen! 1) Ohmscher Verbraucher: 2) Induktiver Verbraucher:

16 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Deiphasenwechselstrom: Heizkörper Im Heizleiter eines, wie abgebildet geschalteten, Heizregister fliessen 18,3A. I U = 400V 6 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 Str U Str U

18 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Elektrisches Feld: Parallele Kondensatoren an Gleichspannung Zwei Kondensatoren (C 1 = 22 µf, C 2 = 33 µf) sind parallel geschaltet. Sie werden über einen Widerstand R = 820 Ω an 42 V Gleichspannung angeschlossen. 4 a) (2) Wie gross ist die Ersatzkapazität der beiden Kondensatoren? b) (2) Nach welcher Zeit sind die Kondensatoren aufgeladen?

20 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 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% Kaltwasserhahn H Druckreduzierventil D Rückschlagklappe R Sicherheitsventil S Hauptschalter Thermostat Zweite thermische Sicherung a) (3) Berechnen Sie die Leistungsaufnahme des Heisswasserspeichers. 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, kj c = 4 19 kg K 14

22 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Elektromagnetische Induktion: Kontaktdruck bzw. Kontaktkraft eines Relais 3 1 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 -?

24 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Dreiphasenwechselstrom: Leistungsbestimmung und Neutralleiterstrom An einem Drehstromnetz 3 x400v / 230 V 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. 12 Berechnen Sie: a) (2) die gesamte Anschlussleistung, b) (4) den Strom in jedem Polleiter, c) (6) den Strom im Neutralleiter (grafisch). U 12 ω U 1N U 3N U 31 U 23 U 2N

26 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Dreiphasenwechselstrom: Spannungsfall, Leitungslänge Die Planungsgrundsätze raten, dass der Spannungsfall in den Wärme- Gruppen- Leitungen (Kochherd, Boiler) im 3x400-V-Netz, 3% nicht überschreiten soll. 4 Welchen maximale Leitungslängen entspricht dies bei der Maximalbelastung (Beilage 1; Verlegeart B1) bei einem Querschnitt von 1,5 mm 2.

28 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB 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 12,0W. (Der Wirkungsgrad des Transformators kann mit 100% angenommen werden) 4 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?

30 Schulprüfung Elektrotechnik Aufgabe-Seite Dreiphasenwechselstrom: Schein-, Wirk- und Blindleistung, Leistungsfaktor Ein Drehstromgenerator hat folgende Nennwerte: MVA 3 x13, 8kV cos ϕ = 0,82 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! Q sinϕ 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 cosϕ 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P Version 2

32 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite Einphasenwechselstrom Fussgängerleuchte Eine Fussgängerleuchte weist folgende Daten auf: 230 V, 1,8 A, 140 W, f = 50HZ. 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? 8 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. Version 2

33 Schulprüfung Elektrotechnik E-SB Aufgabe-Seite 16-2 Version 2

34 Schulprüfung Elektrotechnik Beilage 1 Strombelastbarkeit bzw. Wahl des Anschlussüberstromunterbrechers nach NIN Tabelle und für Verlegearten nach NIN Tabelle , PVC-Isolierung, drei belastete Kupferleiter mit einer Leitertemperatur von 70 C und einer Umgebungstemperatur von 30 C. A1 A2 B1 B2 C C (in Wärmedämmung) Maximaler Anschlussüberstromunterbrecher nach Verlegeart (in Beton) (auf Wand) Polleiter L1-L2-L3 PEN- Leiter Hauszuleitung Schutzleiter Hauszuleitung Erdungsleiter Leistungsund Lichtstromkreise Neutralleiter Hauptpotentialausgleichsleiter HPA-Leiter mit Verbindung zur Blitzschutz- Anlage [A] [A] [A] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] [mm 2 ] A1 A2 B1 B2 C ,5 1,5 1, ,5 2,5 2, ) 5) 5) 3) 2) 1) 1) 50% des Hauptschutzleiters, aber mindestens 6mm 2 und nicht grösser als 25mm 2 2) 16mm 2 ist der kleinste und 50mm 2 der grösste Querschnitt, ansonsten gleich wie der Schutzleiter 3) Schutzleiter 16 Querschnitt wie Polleiter, 16mm 2 für Querschnitte 35mm 2, Halber Polleiterquerschnitt ab 50mm 2. Der Schutzleiterquerschnitt muss mit Rechnung nachgewiesen werden. 4) Mindestquerschnitt für PEN-Leiter 10mm 2 oder bei Konzentrischem Kabel 4mm 2 5) Bemessung von PEN- und Neutralleiter wie Polleiter. Reduktion des Querschnittes nur zulässig, wenn halber Polleiterstrom vorhanden Version 2