PROVE D'ESAME

TEMA N.1 ( Campeggio)

Si deve dimensionare l'impianto elettrico di un campeggio per 120 piazzole destinate ad ospitare camper, roulotte e tende che richiedono una potenza media assorbita di 900 W.

Nel campeggio si prevede di insediare le seguenti strutture con le relative potenze installate:

a) un' area attrezzata per le attività sportive  comprensiva di un campo da tennis e di un campo polivalente P=8 kW

b) uno spazio per lo svolgimentodi spettacoli  all'aperto P= 6 kW

c) servizi igienici P=8 kW

d) un bar con  annesso un piccolo spaccio P= 6 kW

e) uffici P= 4 kW

Sapendo inoltre che, le potenze installate per una centrale tecnologica e per l'illuminazione dei viali sono rispettivamente P= 15 kW e 3 kW, il candidato valuti la possibilità di alimentare l'impianto elettrico del campeggio in BT o in MT. Successivamente , fatte le ipotesi aggiuntive  che ritiene necessarie per meglio definire le caratteristiche dell'utenze,determini:

1: la potenza complessiva

2: lo schema a blocchi della distribuzuione dell'energia elettrica

3: il disegno dello schema elettrico unifilare e illustri i criteri da seguire per il calcolo delle caratteristiche delle apparecchiature  presenti nel quadro elettrico generale.

4: le caratteristiche elettriche e costruttive dei quadri di alimentazione delle piazzole.

5: i sistemi da adottare per le protezioni contro i  contatti diretti  e indiretti.

Inoltre determini la sezione e le caratteristiche di una linea in cavo che, partendo dal quadro di smistamento, alimenta una zona comprendente 24 piazzole nell'ipotesi che la linea sia strutturata come in figura :

A _____________________B_____________C

                     120 m                               50 m

e che le piazzole siano alimentate da 4 colonnine dotate di 6 prese ciascuna.

TEORIA SOLLEVAMENTO

Motore che solleva un peso Q a velocità v


Il peso Q= mg  [N] deve essere sollevato ad una velocità v [m/s].

Il lavoro necessario per sollevare il peso Q di y metri , risulta:   L = mg*y [J]

La potenza necessaria per sollevare il peso Q alla velocità v, risulta : P= L/t = mg*y/t = mg*v.

Indicando con D il diametro del tamburo sul quale viene avvolto il cavo , risulta:
velocità angolare del tamburo wc= v/R 

La coppia necessaria per sollevare il peso Q , risulta:   Cc = braccio x forza = R*mg

La potenza necessaria per sollevare il peso Q alla velocità v può essere espressa nel seguente modo:
P = mg*v = mgv *R/R = ( si è moltiplicato e diviso per R) = mgR*v/R

Essendo v/R = wc la velocità angolare del tamburo  e  mgR = Cc coppia di sollevamento, risulta:
Pc = Cc *wc  [W]

Le due espressioni  P = Q*v    e   Pc = Cc*wc  sono equivalenti e servono per determinare la potenza di sollevamento.

La potenza resa dal motore  Pm  risulta superiore alla potenza di sollevamento Pc a causa del riduttore T; indicando con rendT il rendimento del riduttore, si ha:
Pm = Pc/ rendT

Indicando con wm la velocità angolare e con  Cm la coppia resa all’asse, risulta:
Pm = Cm * wm
Essendo wm > wc  ( il motore gira più velocemente del tamburo di sollevamento ) , risulta: 
Cm < Cc    ( la coppia del more è inferiore alla coppia di sollevamento )

Il rapporto  T =  wm / wc rappresenta il rapporto di trasmissione  del riduttore  T.

Essendo        Pm = Pc / rendT         e   Cm *wm = Cc * wc / rendT     si ricava
Cm = Cc*wc / ( wm*rendT ) =  Cc / (T * rendT )
 

TEMA N.2

Si deve sollevare un peso Q = 800 Kp    ( da ricordare che 1Kp = 9,81 N)  alla velocità di 1,2 m/s . Dimensionare  il motoriduttore necessario.

 

SOLUZIONE
La potenza necessaria per il sollevamento Pc = Q*v   =  mg*v = 800*9,8*1,2 = 9408 [W]
Assumendo un diametro del tamburo pari a 0,2 m , la velocità angolare di sollevamento risulta:
wc = v/R = 1,2/ 0,1 = 12 [rad/s]
e il numero di giri al secondo corrispondente:
nc = wc/ 2*3,14 = 12/ 6,28  = 1,91 [g/s]
Nc = nc *60 = 1,91*60 = 114,6 [g/min]

La coppia di sollevamento
Cc = Pc/ wc = 9408 / 12 = 784 [Nm]

La Potenza resa all’asse del motore risulta:

Pm= Pc / rendT  = 9408 / 0,95             ( si è supposto un rendimento pari a 0,95)

Il motore necessario per il sollevamento , dalle tabelle dei motori, risulta:
Pn = 11 kW
Si può scegliere un motore a 4 poli avente un numero di giri Nn = 1450 g/min
Il rapporto di trasmissione del riduttore T = Nn / Nc = 1450 / 114,6 = 12,13

La coppia sviluppata dal motore è

Cm = Cc*wc / ( wm*rendT ) =  Cc / (T * rendT ) = 784 /(12,13*0,95) = 64,8 [Nm]

La coppia nominale del motore
Cn = Pn / wn = Pn / ( 2*3,14*Nn/60) = 60 * 11000 / ( 2*3,14*1450) = 72,5 [Nm]

Essendo Cm < Cn il motore funziona a una velocità leggermente  superiore a  Nn = 1450 g/min

Dalle tabelle si sceglie il motoriduttore da impiegare :

n° giri/min d’uscita = 125 g/min   ( valore più prossimo a quello calcolato  Nc = 114,6 g/min)

velocità di sollevamento nc = 125/60 = 2,08 g/s
wc = 2*3,14*nc = 6,28* 2,08= 13 rad/s
velocità  v= wc*R = 13*0,1 = 1,3 m/s

Il carico percentuale del motore risulta:
(Cm/Cn)*100 = ( 64,8/72,5)*100 = 92 %

O anche  (Pm / Pn) *100= 9903 / 1100) *100 = 92%

TEMA N.3

Un motore asincrono trifase con rotore a gabbia che aziona un nastro trasportatore , presenta le seguenti caratteristiche : Pn = 2.2 kW, Vn = 380 V, frequenza nominale fn=50Hz, rend = 78 %, numero delle coppie di poli= 2.
Con l’aiuto delle tab.A.IV e tab A.VII  ( per la seconda si faccia riferimento alle caratteristiche del motore a 2.5 kW) , si chiede di determinare , in condizioni di alimentazione alla frequenza e tensione nominale :
a) il cos fi e la corrente assorbita durante il funzionamento a nastro scarico, quando al motore si richiede una potenza di 1,1 kW.
b) la potenza reattiva assorbita dal motore nelle condizioni di funzionamento di cui al punto precedente e quindi il valore della capacità di tre condensatori da collegare a triangolo per elevare il cos fi al valore 0,85 dapprima e successivamente a 0,9.
c) il cos fi, la corrente assorbita e le potenze attiva, reattiva e apparente in gioco, quando il motore è chiamato ad  azionare il nastro trasportatore a pieno carico, erogando all’asse una potenza di 2.2 kW.
d) lo scorrimento in condizioni di carico nominali e la velocità di sincronismo.
e) Si indichino le caratteristiche dei dispositivi di protezione del motore in esame dal sovraccarico e dal cto cto, effettuando la scelta tra gli apparecchi con le caratteristiche  riportate nelle tab 6.IV e 6.V , motivando la soluzione adottata con un opportuno commento che riguardi anche il coordinamento delle protezioni.
f) si descriva come avviene l’avviamento stella triangolo di un m.a.t. corredando la descrizione con un opportuno disegno esplicativo e motivando la scelta dell’avviamento

TEMA N.4 ( Capannone Industriale)

Su un’area a forma rettangolare è ubicato un complesso industriale comprendente un capannone, costituito da due reparti di lavorazione, una palazzina uffici ed una area  esterna  recintata.  La  cabina  di  trasformazione  a  servizio  dello  stabilimento  è alimentata  da  una  linea  in  cavo  alla  tensione  nominale  di  20  kV.  Dal  lato  B.T.  della cabina si diramano due linee in cavo, di lunghezza 15 m e 50 m, che alimentano rispettivamente i quadri generali situati nel capannone e nella palazzina uffici.
Dal quadro generale del capannone si diramano le linee che alimentano:
a) il sottoquadro del primo reparto che assorbe una potenza di 120 kW;
b) il sottoquadro del secondo reparto che assorbe una potenza di 50 kW;
c) l’illuminazione e i servizi vari del capannone che assorbono una potenza di 15 kW.

Dal quadro generale della palazzina si diramano le linee che alimentano:
d) il sottoquadro della centrale di condizionamento che assorbe una potenza di 10 kW;
e) l’illuminazione e i servizi vari della palazzina che assorbono una potenza di 6 kW;
f) l’illuminazione e le utenze esterne che assorbono una potenza di 3 kW.

Sapendo che le potenze precedentemente indicate tengono già conto dei coefficienti di utilizzazione e di contemporaneità e che il fattore di potenza globale dell’impianto è pari a 0.75, il candidato, fatte le ipotesi aggiuntive relative alla fornitura di energia elettrica, stabilite le caratteristiche generali dell’impianto e disegnato lo schema unifilare a blocchi della distribuzione elettrica, determini:

1) la potenza da installare in cabina,
2) le caratteristiche e i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti delle condutture di collegamento tra il quadro elettrico BT della cabina e i quadri generali situati nel capannone e nella palazzina uffici;
3) le caratteristiche delle apparecchiature previste per il quadro elettrico BT di cabina e ne disegni lo schema elettrico unifilare;
4) le caratteristiche dei sistemi di protezione da adottare contro i contatti diretti e indiretti.

Introduzione e ipotesi aggiuntive:
• Cabina utente terminale con sistema di distribuzione sul lato BT di tipo TN - S.
•  Si  ipotizza  un  rifasamento  centralizzato  per  portare  il  fattore  di  potenza  dal  valore cos f1 = 0.75 iniziale al valore cos f2 = 0.9
•  Sul lato MT si ipotizza una potenza di corto circuito di A cc  = 500 MVA.

TEMA N.4 BIS ( Ristorante)

Un piccolo ristorante - bar è ubicato al piano terra di un edificio ed è composto da un locale cucina con relativa zona per il lavaggio stoviglie, un locale bar, una sala ristorante, un piccolo deposito e i servizi igienici.

Sapendo che l'impianto elettrico è alimentato dalla rete di distribuzione in BT, che la distanza tra il gruppo di misura e il quadro elettrico generale è di 12 metri e che nei singoli ambienti sono installate le seguenti apparecchiature con le relative potenze assorbite:

Locale cucina
Lavapiatti P = 5 kW
Cella Frigorifera P = 1,7 kW
Congelatore P = 0,3 kW
Affettatrice P = 2 kW
Pelapatate P = 0,6 kW
Cappa di aspirazione P = 0,4 kW
Apparecchi di illuminazione P = 1 kW

Locale bar
Macchina caffé P = 3 kW
Macina caffé P = 0,3 kW
Tostiera P = 1 kW
Lavabicchieri P = 2,5 kW
Forno a microonde P = 1 kW
Banco frigo P = 0,37 kW
Apparecchi di illuminazione P = 0,8 kW

Sala ristorante
Apparecchi di illuminazione P = 1,2 kW
Il candidato, fatte le ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie per meglio definire l'utenza e disegnato lo schema unifilare a blocchi della distribuzione, calcoli la potenza contrattuale impegnata e determini:
1. le caratteristiche dell'interruttore generale installato a valle del gruppo di misura;
2.  le  caratteristiche  del  montante  che  collega  l'interruttore  generale  al  quadro  elettrico generale;
3. le caratteristiche dei sistemi da adottare per la protezione contro i contatti diretti e indiretti. Inoltre disegni gli schemi elettrici dei quadri elettrici previsti, giustifichi le soluzioni proposte e indichi i criteri da seguire per la scelta delle caratteristiche delle apparecchiature installate.

TEMA N.5 ( falegnameria)

FALEGNAMERIA

Si deve realizzare l'impianto elettrico in una -falegnameria dove sono installate le seguenti macchine utensili azionate da motori trifasi: ( vedere caratteristiche in figura)

L'impianto luce è costituito da 20 lampade  fuoruscenti di potenza 40 W. Le piccole macchine utensili monofasi (trapani, lucidatori, ecc.) hanno ad una potenza complessiva di 3 kW.
Determinare:
1. la potenza impegnata dall'impianto e la potenza contrattuale;
2. la suddivisione razionale dell'impianto in linee dorsali;
3. le sezioni delle dorsali e delle derivazioni;
4. le correnti nominali degli interruttori magnetotermici per la protezione dai sovraccarichi e dai corto circuiti;
5. dimensionare l'impianto di messa a terra sapendo che il terreno presenta una resistenza specifica 300 [ohm. m]. 

ES. N.6

Una linea dorsale alimenta 6 macchine utensili che presentano le seguenti correnti nominali      (Vn = 380 V):
IN1 = 6 A;  IN2 = 8 A;  IN3 = 11 A;  IN4 = 5 A;  IN5 = 7 A;  IN6 = 10 A.
Determinare la corrente d'impiego IB della dorsale nei seguenti casi:
a) tutte le macchine possono funzionare contemporaneamente;
b) al massimo possono funzionare contemporaneamente 4 macchine;
c) nel caso più sfavorevole sono in funzione le macchine 1, 2, 6.
(si suppone che tutte le macchine abbiano lo stesso fdp)

ES.7

Determinare la corrente d'impiego I8 di una linea dorsale di un ufficio per 6 prese da 10 A. 

ES.N.8

Determinare la portata di un cavo unipolare senza guaina isolato in PVC, posato entro tubo protettivo assieme ad altri 3 cavi, sezione nominale 6 mmq. 

ES.9

Determinare la portata di un cavo tripolare, posa sotto modanatura, isolamento PVC, sezione nominale 16 mmq

Es.10

In un negozio, una linea dorsale monofase deve alimentare 6 prese di corrente da 16 A. Determinare:
- la corrente d'impiego I8 della dorsale;
- la sezione dei cavi (cavi uni polari isolati In PVC);
- la portata Iz dei cavi scelti;
Prevedere:
- un margine di errore del 20% nel calcolo della corrente d'impiego;
- una temperatura ambiente di 40°C;
- i cavi della dorsale devono essere posti entro un tubo protettivo assieme ad altri 4 conduttori. 

Es.11

Una linea dorsale di un ufficio deve alimentare 5 prese da 10 A. 

Determinare IB , Iz e la corrente nominale IN  dell'interruttore magnetotermico. 

Es.12

Una linea dorsale trifase  alimenta 4 utilizzatori ( Vn = 380 V):
 P1= 2,2 kW - cos fi= 0,8
P2= 4 kW - cos fi= 0,75
P3= 2,2 kW - cos fi= 0,8
P4 = 3 kW - cos fi= 0,9
Gli utilizzatori non sono protetti singolarmente dai sovraccarichi. Si dimensioni l'impianto assumendo, come caso più sfavorevole, il funzionamento contemporaneo di tutti gli utilizzatori

Es.13

Si dimensioni l'impianto dell'esercizio precedente supponendo che gli utilizzatori siano protetti singolarmente dai sovraccarichi. 

Es.14

In una cabina elettrica è installato un trasformatore di potenza nominale Sn = 250 kVA.

Determinare il potere di rottura che devono avere gli interruttori magnetotermici del quadro di distribuzione BT 

Es.15

In una cabina elettrica è installato un trasformatore di potenza Sn = 400 kVA
Il trasformatore è collegato al quadro mediante 5 metri di linea realizzata con barre 50 x 6 mmq.
Determinare il potere di rottura degli interruttori del quadro 

Es.16

In una cabina è installato un trasformatore di potenza 400 kV A. Si trascura l'impedenza del tratto di linea trasformatore-quadro generale. Una delle linee in partenza del quadro generale ha sezione 25 mmq e alimenta un quadro di zona distante 15 metri. Determinare il potere di rottura degli interruttori del quadro generale e del quadro di zona

Es.17

TEMA D'ESAME: AZIENDA FLORICOLTURA

In una piccola industria di  floricoltura, l’impianto elettrico per l’alimentazione degli uffici e della serra prevede le seguenti linee:
1. per gli uffici:    A. illuminazione  1,5 kW
                            B. reparto informatico 2  kW    cos f = 0,9
                            C. servizi vari monofase   2,5 kW    cos f = 0,8
2. per la serra:
                            A. illuminazione 2,5 kW
                            B. servizi vari monofase           1,5 kW      cos f =0,8
                           C. un motore a corrente continua ad eccitazione indipendente per l’irrigazione:      

                            potenza 4 kW;    tensione 110 V;    rendimento 0,89;    coppia 15 Nm
                           D. tre motori asincroni trifase per la movimentazione dei nastri trasportatori
                N              Potenza Nominale            cos f                 rendimento
                1               5,5 kW                               0.85                0.88
                2               7,5 kW                               0.87                0.86

 

Inoltre, l’impianto prevede un gruppo di continuità per l’alimentazione del reparto informatico, dei servizi vari della serra  e dell’illuminazione di sicurezza (P = 800 W) in caso di interruzione dell’erogazione dell’energia  dalla rete da 230/400 V.
Il candidato, fatte le eventuali ipotesi aggiuntive:
1. rappresenti l’impianto mediante uno schema semplificato specificando la funzione e le principali caratteristiche di ogni componente e in particolare la struttura del gruppo di continuità;
2. scelga tra i seguenti (S1 = 4,3 KVA; S2 = 6 KVA; S3 = 8 KVA) il gruppo di continuità più idoneo ad assicurare l’alimentazione e determini la carica elettrica della batteria di accumulatori con tensione pari a 50 V  necessaria per assicurare un’autonomia di 12 minuti.
3. calcoli la corrente per dimensionare la linea che alimenta i tre motori asincroni trifase.
4. determini la corrente assorbita, la velocità di rotazione  del motore in corrente continua nelle condizioni nominali e illustri le conseguenze di una diminuzione del 15% della coppia applicata.

Il sistema automatico per l’irrigazione prevede una pompa che preleva l’acqua da un bacino per riversarla a pioggia sulle piante e un ciclo comprendente una prima fase di irrigazione di durata T1, una pausa di durata T2 e una seconda fase di irrigazione T1.
Il candidato, nell’ipotesi che l’avvio del ciclo è manuale o automatico, se l’umidità va oltre il valore previsto, e formulate  altre eventuali ipotesi che ritiene opportune, illustri una soluzione per il sistema automatico del prelievo dell’acqua usando un linguaggio di sua scelta.

2° scritto SIMULATA ESAME DI STATO

ESAME DI STATO DI ISTITUO PROFESSIONALE
Indirizzo : TECNICO DELLE INDUSTRIE ELETTRICHE

Tema di : ELETTROTECNICA ELETTRONICA ED APPLICAZIONI

Da un quadro elettrico di distribuzione BT, ubicato in un capannone industriale, partono 3 linee di alimentazione: due trifasi ed una monofase.
La prima linea trifase è lunga 50 metri ed alimenta a 380 V  due trapani mossi da motori asincroni che assorbono una potenza di 2,2 kW ciascuno, con cosfi = 0,8 e fattore di contemporaneità pari a 0,6.
La seconda  linea trifase è lunga 100 metri ed alimenta a 380 V  una macchina utensile mossa da un motore asincrono da 4 kW, con cosfi  = 0,75 e fattore di contemporaneità pari a 0,7.
La terza linea è lunga 115 metri ed alimenta un carico – luce che assorbe una potenza di  5 kW ciascuno, con cosfi  = 1 e fattore di contemporaneità pari a 0,8.
Il candidato, giustificando le proprie valutazioni e formulando, se necessario, le opportune ipotesi aggiuntive:
1. tracci lo schema del quadro di distribuzione generale , completo di protezioni, illustrando i criteri  seguiti nella scelta delle apparecchiature
2. calcoli la sezione delle linee in modo che l’eventuale caduta di tensione  sia nei limiti stabiliti dalle Norme
3. determini le caratteristiche della batteria ( o le batterie) di condensatori per rifasare a cosfi =0,9
4. determini le caratteristiche dell’impianto di terra.

 

( Valori di In per automatici  commerciali : 5-10-16-20-25-32-40-50-63-80-100)

 

Durata massima della prova: 6 ore
E’ consentito solo l’uso di manuali tecnici e calcolatrici
Non è consentito lasciare l’Istituto prima che siano trascirse 3 ore dalla dettatura del tema