La terza prova scritta ha come obiettivo specifico quello
di verificare la preparazione di ciascun candidato in relazione agli obiettivi
generali e specifici dei vari indirizzi di studio.
Deve avere carattere pluridisciplinare ma le materie coinvolte, tutte dell’ultimo
anno di corso, non devono essere tra loro strettamente collegate.
La prova deve essere predisposta dalla commissione con modalità predefinite
e in modo tale da poter fissare dei criteri di valutazione il più possibile
oggettivi.
La legge definisce anche delle modalità prescrittive per la formulazione
della prova; le tipologie possono essere le seguenti:
• trattazione sintetica di argomenti;
• quesiti a risposta singola;
• quesiti a risposta multipla;
• problemi a soluzione rapida;
• casi pratici e professionali;
• sviluppo di progetti.
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Esempi di terze prove
Trattazione sintetica
di argomenti
1. Qual è la differenza fra trasmissione e distribuzione
dell’energia elettrica?
2. Illustrare il concetto di baricentro elettrico.
3. Per quale motivo l’ENEL obbliga al rifasamento attraverso la penalizzazione
di un basso fattore di potenza?
4. Qual è la differenza tra rifasamento singolo o distribuito e rifasamento
per gruppi?
5. Indicare i principali elementi del linguaggio a contatti di un PLC specificandone
la relativa funzione.
6. Illustrare la funzione svolta dai chopper nell’ambito della conversione
statica dell’energia.
7. Qual è la differenza dal punto di vista funzionale tra SCR e TRIAC?
8. Indicare la funzione svolta da un convertitore dc/dc specificando in particolare
la funzione dei principali circuiti applicativi.
9. Spiegare la differenza tra logica cablata e logica programmata facendo specifico
riferimento ai vantaggi che derivano dall’uso del PLC.
10. Per quale motivo nella progettazione di un impianto elettrico vengono introdotti
i coefficienti di contemporaneità e di utilizzazione?
11. Quali differenze sussistono dal punto di vista costruttivo tra motori asincroni
con rotore a doppia gabbia e con rotore avvolto?
12. Discutere sulle modalità di protezione dei motori asincroni trifase
contro il sovraccarico e il cortocircuito.
13. Indicare le condizioni da rispettare per il collegamento in parallelo di
due trasformatori trifase.
14. Perché una lampada ad alogeni dura molto di più, a parità
di impiego, di una lampada a filamento?
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Quesiti
a risposta singola
1. Quale formula viene utilizzata per determinare il valore
della capacità di un condensatore di rifasamento nel caso di collegamento
trifase a stella?
2. Quale formula viene utilizzata per determinare il valore della capacità
di un condensatore di rifasamento nel caso di collegamento trifase a triangolo?
3. Quale formula viene utilizzata per calcolare la velocità di sincronismo
di un motore asincrono trifase?
4. Quale parametro viene utilizzato per valutare la differenza tra velocità
di sincronismo e velocità di lavoro di un motore asincrono trifase?
5. Rappresentare graficamente il circuito equivalente di una fase di un motore
asincrono trifase.
6. Quale formula viene utilizzata per calcolare la coppia di avviamento di un
motore asincrono trifase?
7. Dire se la regolazione di velocità di un motore asincrono trifase
tramite resistenze rotoriche è utilizzabile nel caso di rotore a doppia
gabbia.
8. Quale formula viene utilizzata per il calcolo del flusso luminoso totale
in un impianto di illuminazione per interni, se si suppone di utilizzare il
metodo del flusso totale?
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Quesiti
a risposta multipla
1. Che cosa si intende con il termine attuatore?
Un amplificatore di piccoli segnali di corrente
Un amplificatore di piccoli segnali di tensione
Un amplificatore di potenza
Un dispositivo che permette la trasformazione del segnale di potenza nella
grandezza da controllare
2. Individuare quale dei seguenti dispositivi è un attuatore:
Una dinamo tachimetrica
Un motore in corrente continua
Un amplificatore operazionale
Un amplificatore di potenza
3. Che cosa si intende per funzionamento a vuoto di un motore in corrente continua?
Un motore idoneo a funzionare in ambiente con pericolo di esplosione
Un motore sul cui asse di rotazione la coppia resistente è nulla
Un motore in cui il circuito magnetico è stato realizzato sotto vuoto
4. Che cos’è il motore brushless?
Un motore di corrente continua a controllo d’armatura
Un motore a corrente continua a eccitazione separata
Un motore in corrente continua costituito da un rotore a magneti permanenti
e uno statore su cui viene realizzato un avvolgimento polifase aperto
5. Che cos’è un motore passo-passo?
Un motore in corrente continua adatto alla trazione ferroviaria
Un motore in corrente continua a eccitazione separata
Un motore in corrente continua costituito da un rotore a magneti permanenti
Un attuatore in grado di trasformare una tensione a impulsi in energia meccanica
6. Dato un motore passo-passo in cui il numero di passi per giro è Np,
dire quanto vale il passo angolare:
360/Np
360 · Np
Np/360
7. Che cosa si intende per controllo in anello aperto?
Un controllo con assenza della retroazione
Un controllo in cui la grandezza di uscita viene mantenuta costante anche
se varia la grandezza di ingresso
Un sistema in cui la grandezza di uscita è costante anche in presenza
di disturbi all’interno del sistema
8. Che cosa si intende per controllo in anello chiuso?
Controllo che dà in uscita una grandezza anche se in ingresso non è
presente un segnale
Controllo in cui è presente una linea di andata ed una linea di reazione
che porta in ingresso l’informazione dello stato dell’uscita
Controllo in cui la grandezza da controllare può essere fatta mediante
la variazione della resistenza di un potenziometro
9. Nel sistema di regolazione della velocità di un motore in C.C. in
anello chiuso quale funzione assume la dinamo tachimetrica?
Contribuisce a fornire potenza al motore
Fornisce il segnale di reazione
Fornisce l’alimentazione dei poli magnetici
10. Nel circuito di controllo reazionato di un motore in C.C. che utilizza come
segnale di reazione la tensione di uscita della dinamo tachimetrica, il nodo
di confronto mette in relazione:
La tensione di armatura con la tensione generata dalla dinamo tachimetrica
La corrente assorbita dal motore con la tensione di alimentazione dell’armatura
La tensione generata dalla dinamo tachimetrica con una tensione di riferimento
11. Indicare quali delle seguenti grandezze caratteristiche vengono coinvolte
nel progetto di un impianto di illuminazione:
Il livello di illuminamento del locale
Il livello di scorrimento del locale
L’indice del locale
Il fattore di potenza
12. Quale valore tipico di illuminamento viene consigliato per le aule di uso
normale in un edificio scolastico?
250 ÷ 500 lx
2500 ÷ 5000 lx
25 ÷ 50 lx
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Problemi a soluzione
rapida
1. Calcolare la potenza reattiva capacitiva necessaria
per rifasare a 0,9 un impianto che assorbe una potenza attiva pari a 40 kW con
fattore di potenza 0,75.
2. Determinare lo scorrimento nominale di un motore a 4 poli alimentato da tensioni
trifasi con frequenza 50 Hz e velocità di targa 1440 giri/min.
3. Un locale con illuminazione diffusa presenta le seguenti dimensioni: misure
in pianta 10×10 m, altezza 5 m; calcolare l’indice del locale.
4. Un motore in corrente continua a eccitazione indipendente presenta i seguenti
dati di targa:
V = 150 V
Ri = 0,5 ohm
Ii = 12 A; calcolare la forza elettromotrice E.
5. Una cabina di trasformazione alimenta cinque utenze; tenendo conto che la
potenza assorbita da ciascuna utenza è di 50 kW e di un cosfi medio pari
a 0,92, determinare il valore della potenza da installare.
6. Calcolare la corrente di cortocircuito a valle di un trasformatore sapendo
che la tensione secondaria a vuoto V20 vale 400 V e che
l’impedenza complessiva Zt del circuito equivalente
è di 400 mW.
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Casi
pratici e professionali
1. Per la realizzazione dell’impianto di terra comune
di uno stabile si ha a disposizione una striscia di terreno attorno al fabbricato
larga 5 m; le dimensioni in pianta dello stabile sono di 20×20 m. Sapendo
che il terreno è costituito da rocce calcaree secche, individuare il
tipo e il numero di dispersori necessari per ottenere una resistenza di terra
di valore inferiore a 20 ohm indicandone anche la disposizione.
2. Si consideri una linea trifase a 380 V che alimenta un carico puramente resistivo
di potenza pari a 100 kW. Dopo aver scelto la portata del cavo idonea per questa
applicazione (si supponga trascurabile la caduta di tensione lungo la linea),
si individuino le caratteristiche dell’interruttore magnetotermico necessario
per la protezione contro il sovraccarico e il cortocircuito tenendo conto della
normativa vigente. Si consideri inoltre pari a 50 mohm il valore della reattanza
equivalente della rete a monte del punto di partenza della linea.
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Sviluppo
di progetti
1. Si consideri
un comando per gru a tre movimenti:
• avanti e indietro della gru;
• trasversale a destra o a sinistra della gru;
• in salita o in discesa del paranco.
Il comando dei movimenti della gru deve essere effettuato da terra mediante
una pulsantiera sospesa comandata dall’operatore; si ipotizza l’utilizzo
di motori asincroni trifase a gabbia o con rotore avvolto ad anelli; il motore
del paranco deve essere inoltre dotato di freno elettromagnetico.
Tenendo sempre in considerazione la normativa vigente relativa a questi tipi
d’impianto, si realizzino:
• il circuito di comando;
• il circuito di potenza.
Sviluppare di seguito il progetto facendo uso di un controllore a logica programmabile.
2. Sviluppare il progetto per il comando automatico di una
confezionatrice.
L’impianto è costituito da:
• un nastro trasportatore (A) azionato da un motore asincrono trifase
(M1) sul quale un operatore provvede a posizionare le scatole vuote;
• un nastro trasportatore (B) azionato da un motore asincrono trifase
(M2) con avviamento stella-triangolo, che provvede all’immagazzinamento
delle scatole piene;
• un nastro trasportatore (C) azionato da un motore asincrono trifase
(M3) che provvede a trasportare i pezzi da confezionare;
• un finecorsa che, azionato dalla scatola vuota, ferma il motore M1 e
fa avviare il motore M3 che porta i pezzi da confezionare;
• un contaimpulsi che, contati i pezzi, ferma il motore M3 e attiva un
temporizzatore il quale, dopo 5 secondi, aziona un pistone elettropneumatico
che spinge la scatola piena sul nastro trasportatore (B).
Lo sviluppo del progetto deve prevedere almeno:
• lo schema del circuito di potenza;
• lo schema funzionale del circuito di comando.
Sviluppare di seguito il progetto facendo uso di un controllore a logica programmabile.
Quesiti di IMPIANTI
ELETTRICI – TDP
proposti dall'ing. OPERTI GIUSEPPE
3. Capannone industriale 50x50x12 m
situato in zona pianeggiante (4 fulmini/anno km2) isolato da altre costruzioni
(coefficiente ambientale 1).Struttura di tipo B con rischio di incendio ordinario
a cui corrisponde una frequenza di fulminazione tollerabile 5x10-2 fulmini/anno.
Servizi entranti : cavo interrato (3F+N) senza schermo proveniente da cabina
utente MT/BT; tubazione metallica interrata di gas metano. Corrente max di fulmine
ipotizzabile 200 kA, induttanza dei collegamenti tra SPD e nodo di terra 1microH/m,
tenuta ad impulso delle apparecchiature situate nel quadro generale dove sono
installati gli SPD 4kV.
Si chiede di valutare la necessità o meno di LPS esterno utilizzando
la procedura semplificata CEI 81-1 appendice G (indicare le condizioni di applicabilità)
e di valutare le caratteristiche degli SPD in termini di corrente di scarica,
classe di impiego e tensione di protezione.
4. Cabina MT / BT d’utente alimenta
un capannone industriale 50x50x12 mm distante 80m e contiene un trasformatore
da 1000kVA 20kV / 400V Dy11 Po= 1.3kW Pcc= 9KW Vcc%= 6%
Io = 0.7 % . Tempi di intervento delle protezioni di MT imposti dal Distributore
0.6s ritardato, 100ms istantaneo.
Disegnare e commentare lo schema elettrico unificare della cabina (in entra-esci)
fino al quadro generale posto in ingresso dell’edificio, indicare altresì
il criterio con cui vengono individuati i valori Imin e Imax di taratura del
relè di sovracorrente sul lato Mt stimandone i valori.
5. Valutare quale dei due trasformatori
(T1 T2) è da ritenersi più conveniente dal punto di vista economico:
630kVA 20kV / 400V sempre inseriti tutto l’anno, raffreddamento ONAN.
T1) Po = 1.3kW Pcc = 6.5kW C1 = costo di acquisto 7k euro.
T2) Po = 1.04kW Pcc = 5.2 kW C2 = costo di acquisto 9k euro.
Tempo equivalente di funzionamento a carico nominale 2500 h / anno.
Costo del kWh 0,13euro / kWh costo del kW 35euro / kW anno
Durata 25 anni costo del denaro i = 4% all’anno.
6. Valutazione economica di provvedimenti
contro le sovratensioni.
Valore annuo dell’attività dell’edificio e dei suoi impianti
950k euro.
Valore dell’edificio e dei suoi impianti (durata prevista 20anni ) 1550k
euro.
Costo delle misure di protezione (SPD) 5k euro.
R1 rischio valutato senza far uso di SPD 10-2 .
R2 rischio residuo valutato dopo l’installazione di SPD 10-4.
Si richiede di determinare la convenienza economica della soluzione che prevede
l’uso di SPD (durata prevista 15 anni) ipotizzando un costo del denaro
del 4% annuo,
7. Carro ponte da 15 tonnellate, numero
di tiri 4, velocità di sollevamento del carico 10m/min rendimento del
riduttore 0.93 rendimento della trasmissione a fune 0.91, diametro del tamburo
0.3m.
Calcolare: la potenza del motore, la coppia richiesta sul secondario del riduttore,
il rapporto di riduzione nell’ipotesi di utilizzare motore sincrono trifase
a 4 poli, il tempo di avviamento a carico nominale, la coppia frenante sviluppata
dal motore autofrenante per impedire la caduta del carico in caso di mancanza
di tensione.
8. Trasformatore MT/BT da 1000kVA ,
20kV/ 400V, Dy11, Po = 1.3kW, Pcc = 9kW , Io = 0.7% ,Vcc = 6% carico alimentato
700kW a cosfì 0.8 per 2000 h/anno, penale per cosfì da 0.8 a 0.9
0.0153euro / kVAh, costo del rifasamento 13 euro/ kVAR.
Calcolare la potenza reattiva per rifasare il trasformatore sul lato BT e il
carico assegnato.
Valutare inoltre la convenienza economica del rifasamento, fissando opportuno
costo del denaro .
9. Impianto
fotovoltaico da 3kWdi picco, costo 20k euro , con esso si producono circa 3400
kWh di energia all’anno ceduta al distributore elettrico al prezzo di
0,445 euro/kWh per la durata di 20 anni. Inoltre l’autoproduttore non
paga i propri consumi di energia fino al valore di autoproduzione annua che
altrimenti sono valutati in circa 0,17 euro / kWh.
Fissando un opportuno tasso di interesse annuo costante, considerando che i
consumi di energia dell’autoproduttore siano 3600 kWh/anno, ipotizzando
i prezzi su dichiarati costanti per la durata di 20anni, si chiede di stabilire
dopo quanti anni si ha il ritorno del capitale investito
10. Indicare la sezione più conveniente
dal punto di vista economico tra quelle sottoindicate per una linea BT (trifase
con neutro ) che deve trasmettere 80 A alla distanza di 100 metri, utilizzando
cavi unipolari H07V-K in tubo isolante (posa 31 in condizioni standard CEI-UNEL
35024 /1) ipotizzando un funzionamento di 1500 ore/anno alla corrente costante
di 80 A. Durata prevista dell’impianto 25 anni, tasso di interesse annuo
4%, costo dell’energia 0,13 euro/kWh, costodella potenza 35 euro/ kWh
anno.
S = 25 mm2 costo install. 1,44 euro/metro Iz = 89 A resistenza 0,756 milliohm/metro
S = 35 mm2 2,025 110 0,545
S = 50mm2 2,758 134 0,4
S = 70mm2 3,831 171 0,2787
S = 95mm2 4,974 207 0,202
S = 120mm2 6,769 239 0,160
S = 150mm2 8,314 275 0,13