Elektrotechnik Schulprüfung Elektro-Sicherheitsberater Kandidatennummer Name Vorname Datum Maximale Punkte 72 Erreichte Punkte Note Bemerkung zur Prüfung: Maximal 72 Punkte ergibt die Note 6 Maximale Zeit: 2 Stunde Erlaubte Hilfsmittel; Massstab, Zirkel, Schablone, Farbstifte, Bleistift, Taschenrechner, Formelsammlung ohne Aufgabenbeispiele. Unterschrift Experte 1 Unterschrift Experte 2 Unterschrift Schulleitung Seite 1 von 34
1 Elektrotechnische Grundlagen Temperaturänderung 4 Eine Glühlampe von 60 W Leistung hat im kalten Zustand (20 C) 63,1 Ω Widerstand. An 230 V nimmt die Lampe einen Strom von 260,9 ma auf. Berechnen Sie die Betriebstemperatur des Wolframwendel ( α W = 0,0051 1/ C ) Es werden folgende Teilschritte bewertet: a) (1) Warmwiderstand des Wolframwendel. b) (2) Temperaturdifferenz. c) (1) Betriebstemperatur. Seite 2 von 34
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2 Leitungsberechnungen - Querschnittsberechnung am Drehstromnetz 8 Eine Fabrik-Halle mit einer Kabel-Zuleitung (3x400V/50Hz am Motor) ist 300 m lang, hat eine elektrische Anschlussleistung von 26 kw symetrisch auf alle Phasen verteilt. Die Blindleistung beträgt 34 kvar. Der cos ϕ 22 nach der Kompensation soll 2 0,92 betragen ( ρ = 0,0175 Ωmm m ). CU / a) (2) Welcher Normquerschnitt für Verlegeart B2 (Beilage 1) wird für die Zuleitung benötigt, wenn der Spannungsabfall und der Motorenanlauf nicht berücksichtigt wird. b) (2) Welcher Normquerschnitt für Verlegeart B2 (Beilage 1) wird für die Zuleitung benötigt, wenn der Spannungsabfall maximal 3,5 % betragen darf und der Motorenanlauf noch nicht berücksichtigt wird. c) (2) Welcher Normquerschnitt für Verlegeart B2 (Beilage 1) wird für die Zuleitung benötigt, wenn der Spannungsabfall maximal 3,5 % betragen darf und für den Motorenanlauf der zweifache Nennstrom berücksichtigt wird. d) (2) Welcher Normquerschnitt für Verlegeart B2 (Beilage 1) wird für die Zuleitung benötigt, wenn der Spannungsabfall maximal 3,5 % betragen darf, für den Motorenanlauf der zweifache Nennstrom berücksichtigt wird und der Verbraucher mit einer Einzelkompensation nach Vorgabe ausgerüstet wird. U 1 Länge =300m Rohrlänge P =26kW 2 Q =34kVar 21 Bild 1.4 U =3x400V/230V 1 Seite 4 von 34
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3 Einphasenwechselstrom Impedanz und Ströme 5 Wie gross ist in der nebenstehenden 5Ω 0,04Η I 1 Schaltung (U=100V, f=50hz): I TOT 15Ω 0,03Η a) (2) die Impedanz? b) (2) die Zweigströme? I 2 c) (1) der Gesamtstrom? 100V, 50Hz Bild 5.3.1 Seite 6 von 34
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4 Induktion Induktion der Bewegung 4 Bei einem Trafo mit 9 Windungen findet eine FIussänderung von 7mWb auf 15 mvs statt, innerhalb von 12 ms ab t 0. a) (1) Wie gross ist die induzierte Spannung? b) (1) Welches Vorzeichen hat die induzierte Spannung? c) (1) Zeichnen Sie die Flussänderung in der Grafik ein. d) (1) Zeichnen Sie die induzierte Spannung in der unteren Abbildung ein. Beschriften Sie die Achsen mit Formelzeichen und Einheiten. Φ [ mvs] Bild 5.1.1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 t [ms] Φ t 0 Seite 8 von 34
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5 Elektrisches Feld Gemischte Kondensatorschaltung 4 Gegeben ist die nachfolgende gemischte Schaltung. C 1 weisst eine Kapazität von 6,4 µf auf. Die Spannung über C 2 beträgt 40 V. C 3 =6,0 µf bei 0,36 mc. a) (2) Wie gross ist die angelegte Spannung? b) (2) Wie gross ist die Gesamtkapazität? Bild 3.1.1 C 2 C 3 C 1 Seite 10 von 34
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6 Einphasenwechselstrom - Kondensator an Wechselspannung 4 Alle Kondensatoren haben die gleiche Kapazität. C 1 Bild 6.6.1 C 2 C 4 0,2 kvar C 3 (4) Wie gross wäre die Blindleistung an C3, wenn er an die volle Spannung angeschlossen würde? Es ist mit Verhältnissen zu rechnen. Seite 12 von 34
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7 Energieumwandlung - Spannungsänderung 4 In 20 Minuten können mit einer Kochplatte 5 Liter Wasser 5 C auf 80 C erhitzt werden. (4) Wie viel Liter Wasser können bei 5% Überspannung in derselben Zeit um die gleiche Temperaturdifferenz erwärmt werden? Seite 14 von 34
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8 Magnetisches Feld - Magnetisierung 4 a) (1) Zeichnen Sie die Hystereseskurve (inklusive Erstmagnetisierung) eines weichmagnetischen Werkstoffes in der unteren Grafik ein. b) (1) Beschriften Sie die Achsen mit den Formelzeichen und Einheiten. c) (1) Tragen Sie für diesen Werkstoff die Koerzitivkraft und die Remanenz in der von Ihnen gezeichneten Grafik ein! d) (1) Was sagen die Werte Remanenz-Induktion und die Koerzitiv-Feldstärke in einem Ferromagnetischen Stoff aus? Bild 4.1.1 Seite 16 von 34
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9 Energieumwandlung Kochplatte 4 Ein Koch stellt 0,7 Liter Wasser auf die bereits vorgeheizte Platte, welche eine Heizleistung von 2 KW hat. Als er ans Telefon gerufen wird, vergisst er die Platte auszuschalten. (4) Wie lange geht es bis das bereits kochende Wasser verdampft ist? ( cw = 4,19 kj / kg K ; LV = 2'260 kj / kg ) Der Wirkungsgrad der Anlage beträgt während dem Aufheizen 60% und beim Verdampfen nur noch 52%. Seite 18 von 34
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10 Elektrotechnische Grundlagen - Widerstandsaufgabe 4 In der folgenden Schaltung sind alle Widerstände gleich gross. a) (2) Allgemeiner Lösungsweg aufzeigen oder beschreiben: Wie viel mal grösser wäre die Leistung von R 2, wenn er an die gesamte Spannung gelegt würde? b) (2) Berechneter Wert der Leistung? Seite 20 von 34
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11 Dreiphasenwechselstrom - Kompensation mit Wirkleistung 6 Ein Drehstromnetz 400 V / 50 Hz speist eine Fabrik, in welcher eine Motorenleistung von 45kW mit einem mittleren cos ϕ von 0, 78 angeschlossen ist. Im Winter wird die nötige Kompensation mit einer Heizung von 33kW erreicht. Die Aufgabe ist so weit wie möglich grafisch zu unterstützen. a) (2) Welchen Wirkfaktor lesen Sie für den Winterbetrieb aus der Grafik heraus? b) (1) Welche Blindleistung muss im Sommer kompensiert werden? c) (1) Wie gross ist die Kapazität der in Dreieck geschalteten Kondensatoren, im Sommerbetrieb? d) (1) Wie gross ist der Strom in der Zuleitung im Sommer? e) (1) Wie gross ist der Zuleitungsstrom im Winter? Seite 22 von 34
Q 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 sinϕ Bild 7.1 cosϕ 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P Seite 23 von 34
12 Elektrotechnische Grundlagen - Trigonometrieaufgabe mit Mechanikteil 5 Ein Flugzeug mit einer Masse von 56 t fliege mit einer Geschwindigkeit von 780km/h mit einem Steigungswinkel von 12 Grad. a) (1) Machen Sie eine Skizze der Fragestellung! b) (2) Wie gross ist die Schubkraft, welche das Flugzeug im Steigflug aufbringen muss (ohne Luftwiderstand)? c) (2) Welche Leistung ist dazu notwendige, wenn für die Luftreibung ein Zuschlag von 10% gemacht werden muss? Seite 24 von 34
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13 Dreiphasenwechselstrom - Wirk- und Blindleistung 4 Gegeben ist ein Motor mit P=6kW und cos ϕ = 0, 78. a) (1) Lösung graphisch mit Einheitskreis. b) (3) Wieviel Wirkleistung und Blindleistung zu gleichen Teilen muss zugeschaltet werden für einen cosϕ von 0,92? Q sinϕ 1,0 Bild 6.1 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 Seite 26 von 34
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14 Einphasenwechselstrom Vorschaltwiderstand mit Kondensator 4 Die Heizleistung eines Warmluftföhnes (U=230V/50Hz) wird durch Vorschalten von einem Kondensator von 50W auf 30W gesenkt. (4) Wie gross muss der Kondensator sein. Seite 28 von 34
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15 Dreiphasenwechselstrom Polleiterströme grafisch 4 (4) Bestimmen Sie den Polleiterstrom L1 grafisch (3x400V/230V)! L 1 Bild 3.4 2,4 kva cos ϕ=0,86 2,4 kva cos ϕ=0,86 L 2 1,6 kva cos ϕ=0,5 2,4 kva cos ϕ=0,86 60µ F L 3 N ω U 12 U 1N U 3N U 31 U 23 Bild 5.1 U 2N Seite 30 von 34
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16 Einphasenwechselstrom Liniendiagramm 4 Gegeben ist die Messschaltung und das untenstehende Liniendiagramm in welchem die Spannung ( U 565. 68V I ˆ = 2 20, 00 A )am Verbraucher gegeben ist. Folgende Werte sind zu bestimmen: a) (1) Welchen Wert zeigt das Ampere-Meter an? b) (1) Der cos ϕ des Verbrauchers soll bestimmt werden? c) (2) Wie gross ist die Wirkleistung des Verbrauchers? I A U V Z Amplitude Amplitude [ [ % ] ] 110 110 100 100 90 90 Spannung 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 Strom 30 30 20 20 10 10 0 0-10 -10-20 -20-30 -30-40 -40-50 -50-60 -60-70 -70-80 -80-90 -90-100 -100-110 -110 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 0 P h h a s s e n w i i n k k e l l [ [ ] ] Seite 32 von 34
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