Die opwekking van elektrisiteit vir die nasie
In hierdie hoofstuk gaan jy meer leer van die praktiese maniere waarop elektrisiteit opgewek word in verskillende soorte kragstasies. Jy gaan die voordele en nadele van hierdie kragstasies met mekaar vergelyk.
Jy gaan ook meer leer van die verspreiding van elektrisiteit vanaf die kragstasies na al die verskillende dele van die land waar mense dit gebruik.
Hoe elektrisiteit opgewek word by steenkoolkragstasies
Wanneer jy ’n’n lig aanskakel, waar kom die energie in die gloeilamp vandaan? Jy kan die energie met die skakelaar beheer maar wat sit agter die skakelaar?
In hierdie hoofstuk gaan jy die antwoord op hierdie vrae kry en uitvind waar die krag opgewek word. Voordat jy die land se elektrisiteitstoevoer ondersoek, gaan jy eers meer leer van die verskillende maniere waarop elektrisiteit opgewek word en uitvind hoe dit jou daaglikse lewe beïnvloed.
Suid-Afrika het baie kragstasies nodig om genoeg elektrisiteit aan al sy verbruikers te voorsien. Daar is verskillende soorte kragstasies naamlik: termiese, kernkrag, hidro-elektriese, gas aangedrewe en windplase. Figuur 1 wys waar in Suid-Afrika al hierdie verskillende kragstasies voorkom.
Daar is nog nie enige kragstasies in Suid-Afrika wat sonkrag gebruik nie, maar planne is in die pyplyn om sulke kragstasies te bou.
Hierdie week sal jy van steenkool kragstasies leer, omdat:
- die grootste hoeveelheid van ons land se elektrisiteit (sowat 85%) word by kragstasies wat steenkool verbrand opgewek, en
- kragstasies wat steenkool verbrand gebruik kragopwekkers en turbines - twee soorte tegnologieë wat ook by die meeste ander kragstasies gebruik word.
Kragopwekkers
Daar is hoofsaaklik drie sisteme wat energie verskaf vir ligte, rekenaars, selfone en al die ander elektroniese toestelle wat jy daagliks gebruik. Jy kan energie vir hierdie toestelle verkry van batterye, fotovoltaïese panele en kragopwekkers.
Die hoof bron van elektrisiteit in Suid-Afrika is groot kragopwekkers. Hierdie stelsels werk op presies dieselfde manier as enige klein kragopwekker wat jy al gesien het. Dit is belangrik om te verstaan hoe ’n kragopwekker werk sodat jy die res van die hoofstuk kan volg.
Hoe ’n kragopwekker werk
Wanneer jy ’n magneet naby ’n koperdraadspoel beweeg, veroorsaak dit stroomspanning op die punt van die koperdraad, soos in figuur 2.
Wanneer jy ’n gloeilamp aan die punte van die rolle koperdraad kopel, sal die stroombaan voltooi wees en die lig skyn. Om die stroom groter te maak, kan jy meer rolle koperdraad of ’n sterker magneet gebruik, of jy kan die magneet vinniger draai.
Gestel jy los die magneet op die tafel, wat gebeur met die stroom? Jou antwoord kan wees “dit word sterker”, “daar is geen stroom nie” of “dit word stadiger”. Gee ’n rede vir jou antwoord.
Kyk nou na die meisie op die fiets. Sy trap vinnig en daar is ’n kragopwekker op haar fiets se agterwiel gekoppel. Hierdie soort kragopwekker word ’n “dinamo” genoem.
Die dinamo gee slegs energie aan die lamp wanneer die roller draai. Die meisie op die fiets moet vinniger trap as wat sy gewoonlik doen, omdat sy van haar energie vir die dinamo gee, wat die lamp laat skyn, en nie net vir die wiele om te draai nie.
Wanneer jy ’n dinamo oopmaak, sal jy sien dat dit rolle koperdraad in het wat soortgelyk is aan die in figuur 5. Soos wat die meisie trap, draai die rolle koperdraad die magnete wat dan veroorsaak dat elektrisiteit opgewek word.
Kragstasies het groot dinamo’s wat kragopwekkers genoem word. Hulle werk net soos die dinamo in die prente hierbo, maar is heelwat groter! Hulle het ook heelwat meer energie nodig om te werk as net een persoon wat pedale trap. In die volgende gedeelte gaan jy meer leer oor die verskillende maniere waarop energie aan hierdie groot dinamo’s voorsien word.
Termiese kragstasies
Termies beteken “veroorsaak deur hitte”. In termiese kragstasies word turbines deur hitte aangedryf. Stoom word gevorm deur water te laat kondenseer met behulp van hitte. Die water word verhit om stoom met ’n hoë druk te vorm wanneer ’n brandstof soos steenkool of natuurlike gas verbrand word, kernreaksies plaasvind, of sonlig gebruik word. Wanneer die water in stoom verander, dryf dit ’n turbine om ’n elektriese opwekker (ook bekend as ’n alternatormeter ) te draai. Nadat die stoom gebruik is, word dit verkoel om vloeistof te vorm wat later weer gebruik kan word.
Die meeste van die wêreld se energie kom van die verbranding van fossielbrandstowwe soos steenkool, olie en natuurlike gasse. Dit veroorsaak hoë vlakke van lugbesoedeling en stel kweekhuisgasse vry wat bydra tot klimaatverandering. Fossielbrandstowwe gaan ook in die toekoms opraak.
Fossielbrandstowwe is koolstof-gebaseerde stowwe wat uit die aarde gehaal word en bestaan uit die reste van organismes wat miljoene jare gelede gesterf het.
Steenkool aangedrewe kragstasies
Die proses waardeur energie oorgedra word, begin wanneer steenkool verbrand word vir hitte sodat water in stoom kan verander onder ’n hoë druk en temperatuur. Die hitte-energie in die stoom word gebruik om turbines aan te dryf. Hitte word omgeskakel in ’n rotasie (draai) beweging. Jy het gesien hoe dit gebeur met die fietsdinamo en dit is presies dieselfde proses. Daar word ’n kragopwekker aan die turbines geheg.
- Redes waarom steenkool as ’n energie hulpbron gebruik word
Steenkool was vir eeue die enigste brandstof wat beskikbaar was. Kragstasies is naby steenkoolmyne opgerig sodat die steenkool nie oor lang afstande vervoer moes word nie.
Die meeste steenkoolkragstasies in Suid-Afrika kom in Mpumalanga voor waar daar groot steenkoolreserwes ontdek is. Die verbranding van steenkool is die goedkoopste manier om elektrisiteit op te wek. Dit is selfs goedkoper in Suid- Afrika as elders, omdat die steenkool naby aan die opervlakte van die aarde is en dus maklik is om te myn.
- Die impak op die omgewing
Wanneer fossielbrandstowwe verbrand word, veroorsaak dit lugbesoedeling omdat koolstofdioksied vrygestel word tydens die proses. Net soos hout of steenkoolvure in ’n huishouding, stel die vure wat nodig is om water in stoom by kragstasies te verander baie koolstofdioksied vry.
Twee ander gasse wat vrygestel word by steenkool aangedrewe kragstasies en wat ook ’n negatiewe impak op die omgewing het, is swaeldioksied en stikstof-oksied. Nuwer kragstasies het spesifieke tegnologie aangeskaf om hierdie gasse vas te vang sodat hulle nie in die atmosfeer vrygestel word nie. In die verlede is hierdie gasse vrygestel en het hulle dan “suurreën” veroorsaak. Suurreën is reën wat hoë vlakke swaeldioksied en stikstof-oksied bevat.
Wetenskaplikes en ingeneurs werk aan planne om koolstofdioksied vas te vang en ondergronds te stoor, maar die praktyk is duur en is nog nie op groot skaal iewers in die wêreld onderneem nie. Steenkool word al vir eeue gebruik om hitte te genereer.
Vrae oor kragstasies wat steenkool verbrand
1. Vul die positiewe en negatiewe punte oor die gebruik van hierdie fossielbrandstof in die tabel hieronder in.
|
Positief |
Negatief |
2. Watter energie hulpbron word die meeste in Suid-Afrika gebruik om elektrisiteit op te wek?
3. Hoekom dink jy dat die energie hulpbron wat in vraag 2 genoem is, nie die ideale een is om te gebruik nie?
Ander soorte kragstasies
Jou onderwyser sal die klas in vier groepe van A tot E verdeel. Elke groep sal die leeswerk doen en vrae beantwoord vir ’n spesifieke soort kragstasie. Werk op jou eie.
Onderwerp A: Gasturbine kragstasies
Natuurlike gas kan in plaas van steenkool verbrand word wanneer water na hoë druk stoom verander moet word. Natuurlike gas is ook ’n fossielbrandstof en word gewoonlik diep onder die grond gevind in areas waar steenkool en olie is.
Gasturbines in Suid-Afrika kan ’n verskeidenheid stowwe verbrand wat wissel van olie tot gas. Die voordeel van gasturbines lê in hulle ontwerp: onderhoud kan baie vinnig gedoen word wat verseker dat krag konstant beskikbaar is. Gasturbines kan ook aan die gang gesit word sonder krag van buite en dit is baie belangrik.
Die nasionale kragnetwerk is die network van hoogspanningsdrade wat verbind is en wat deur al die kragstasies in die land van elektrisiteit besorg word.
Indien die nasionale kragnetwerk tot stilstand sou kom, kan gasturbines aan die gang gesit kon word om krag op te wek en sodoende die ander soorte kragstasies weer te laat werk.
Daar is vier kragstasies met gasturbines in Suid-Afrika.
Die toekoms van gasturbines
Suid-Afrika het eers onlangs begin om natuurlike gas te gebruik by kragstasies, wat beteken dat hierdie hulpbron nog nie uitgeput is nie. Twee van die gas-aangedrewe kragstasies wat in die lys by 10.3 voorkom, Ankerlig in Atlantis en Gourikwa in Mosselbaai in die Wes-Kaap, gaan binne die volgende paar jaar die kapasiteit van hul kragopwekkers verdubbel en dit sal baie krag toevoeg tot die nasionale kragnetwerk.
Redes om hierdie energie hulpbron te gebruik
Soos jy weet is dit baie belangrik om die nasionale kragnetwerk aan die gang te kan sit wanneer daar reeds geen krag in die netwerk is nie. Daar is baie natuurlike gas beskikbaar in die wêreld, maar daar kan slegs klein hoeveelhede in Suid-Afrika gemyn word. Nadat pype in ’n gasveld in geplaas word, kan dit gas aan die kragstasie verskaf sonder dat die gas fisies uitgehaal of vervoer moet word.
’n Gasveld is ’n area onder die grond waar organiese materiaal ontbind het om groot hoeveelhede gas te vorm wat deur kliplae vasgevang word.
Impak op die omgewing
In vergelyking met die verbranding van steenkool, veroorsaak die verbranding van natuurlike gas heelwat minder swaeldioksied, stikstof-oksied en as. Maar dit is steeds ’n fossielbrandstof en veroorsaak dit steeds koolstofdioksied-besoedeling.
Dink jy kragstasies wat natuurlike gas gebruik, sal ’n groot impak hê op kragopwekking in Suid-Afrika?
Vrae oor gasturbine kragstasies
1. Skryf die positiewe en negatiewe impakte neer wat jy dink die verbranding van gas sal hê.
|
Positief |
Negatief |
Onderwerp B: Kernkrag by kragstasies
Hierdie is ’n kernkragstasie met die naam Koeberg, naby Kaapstad.
Anders as met die verbranding van brandstowwe by steenkool- en gaskragstasies, gebruik ’n kernkragstasie drie verskillende waterstelsels om krag op te wek. Een van die grootste vrese wat mense het oor kernkragstasies is dat radioaktiewe stowwe in die atmosfeer of in naby-geleë areas kan beland.
Radioaktiewe stowwe stel energie vry wat skadelik is vir lewende organismes. Hierdie stowwe kan kanker en ander gesondheidsrisiko’s veroorsaak, dus is dit baie belangrik dat mense teen radioaktiewe stowwe beskerm word.
Die feit dat die drie waterstelsels apart van mekaar funksioneer, is baie belangrik omdat dit waarborg dat die eerste sisteem, waar radioaktiewe water in die reaktor is, geslote bly.
Hierdie water kom nie in kontak met die water in die ander twee stelsels nie, en dit verseker dat die water in die ander stelsels nie besmet word nie. Die tweede waterstelsel koel die radioaktiewe stoom af wat deur die turbines aangedryf is. Dit vloei na die kondensators waar die derde stelsel dit weer heeltemal afkoel tot ’n vloeistof. Die eerste waterstelsel sirkuleer die water terug na die kragopwekker waar die water weer in stoom verander word.
Die derde waterstelsel vir die kondensators gebruik seewater teen ’n spoed van 80 ton per sekonde om die stoom af te koel. Nadat die stoom afgekoel het, word dit teruggevoer na die see.
- Redes om hierdie energiehulpbron te gebruik
Baie plekke het nie genoeg fossielbrandstowwe om kragopwekkers aan die gang te hou nie. Klein hoeveelhede kernkrag kan massiewe hoeveelhede elektrisiteit produseer.
Kernkragstasies is maklik om te onderhou. Omdat die water wat in die eerste stelsel gebruik word herwin word, word baie min water gemors. Die water wat gebruik word om te verkoel, word nie besmet nie en kan teruggevoer word na die see.
- Impak op die omgewing
Radioaktiewe stowwe veroorsaak radioaktiewe afval wat baie gevaarlik is. Al is die hoeveelheid afval baie klein, bly dit aktief en gevaarlik vir duisende jare! Daar is op die oomblik geen manier om radioaktiewe afval oor ’n lang tydperk veilig te stoor nie. Die oplossing wat tans gebruik word, is om radioaktiewe afval in dik lae beton en lood te stoor en diep onder die grond te begrawe waar niemand daarmee in aanraking sal kom nie. Baie lande het nog nie kernkrag gebruik nie omdat hulle bang is dat selfs die radioaktiewe afval wat begrawe word die omgewing kan beskadig. Sedert die 1950s al toets die wêreld kernkrag as ’n alternatiewe energie-hulpbron.
Vrae oor kernkrag by kragstasies
1. Skryf die positiewe en negatiewe impakte van kernkrag in die tabel hieronder neer.
|
Positief |
Negatief |
Onderwerp C: Sonkrag
Sonkrag verwys na wanneer hitte en lig vanaf die son as ’n bron van energie gebruik word. Sonkrag is ’n realistiese opsie in Suid-Afrika omdat dit ’n sonnige land is. Suid-Afrika kry meer son as die meeste plekke in die wêreld en daar is dus baie potensiaal om meer van sonkrag gebruik te maak.
Sonpanele, of fotovolaïese selle, verander sonlig na elektrisiteit.
Sonkrag sal baie goed werk in lae-koste behuisingskemas maar die aanvanklike koste van sonkrag kan baie hoog wees omdat groot areas nodig is vir sonpanele.
Sonkrag is ’n goeie alternatief vir plekke wat ver van die nasionale kragnetwerk soos plase, landelike klinieke en waterpompe geleë is. In sulke gevalle kan hitte geproduseer word om kragopwekkers aan te dryf. Fotovoltaïese selle kan ook gebruik word om elektrisiteit te op te wek deur sonlig direk om te skakel na elektriese energie. Suid-Afrika het nog nie ’n kragstasie wat met sonkrag werk nie, maar ESKOM is in die proses om een in die Noord-Kaap op te rig. Om ’n idee te kry van hoe die proses werk, kyk na die prent hieronder wat wys hoe spieëls gebruik kan word om water in ’n blikkie te verhit.
Hoe werk ’n sonkragstasie wat met stoom aangedryf word?
Die kragstasie in figuur 10 het duisende groot spieëls (ook bekend as “heliostate”) wat beweegbare spieëls is wat die son volg en so hitte reflekteer na die punt van die toring. Soutwater word in die sentrale toring ingepomp waar dit verhit word tot ongeveer 600°C . Hierdie water word dan gebruik om stoom te maak. Die stoom word dan op dieselfde manier gebruik as wat dit by steenkool kragstasies gebruik word om elektrisiteit op te wek.
- Redes vir die gebruik van hierdie soort energie hulpbron
Sonkrag is ’n realistiese opsie in ’n sonnige land. Sonkrag kan gebruik word in plekke wat ver weg is van die nasionale kragnetwerk, en sonkragstelsels kan opgestel word om krag op te wek vir kleiner gemeenskappe.
Die druk wat op Suid-Afrika se steenkool-gebaseerde energievoorraad geplaas word, kan verminder word deur sonkrag te gebruik. Die land sal dan ’n groter energiekapasiteit hê en dit sal help om die doel van 34% minder koolstofdioksied- besoedeling teen 2020 te bereik.
- Impak op die omgewing
Sonkrag veroorsaak nie besoedeling nie maar die kragstasies kan baie plek opneem as gevolg van die groot spieëls. Hierdie verskynsel kan as ’n soort visuele besoedeling beskou word.
Vrae oor sonkrag kragstasies
1. Skryf die positiewe en negatiewe punte van sonkrag as hulpmiddel om elektrisiteit op te wek in die tabel neer.
|
Positief |
Negatief |
Onderwerp D: Hidro-elektriese kragstasies
Die vloei van water kan in die plek van stoom gebruik word om turbines aan te dryf. In ’n hidro-elektriese kragstasie word potensiële energie in die vorm van water in groot damme opgegaar en daarna omgeskakel na elektriese energie. Daar is twee soorte hidro-elektriese kragstasies.
- ’n Eenvoudige hidro-elektriese kragstasie wat die vloei van water van ’n hoë na ’n lae vlak gebruik om elektrisiteit op te wek.
- ’n Hidro-elektriesepomp waterstoringskema kan water terugpomp na die hoë dam wanneer die elektrisiteit van ander kragstasies nie gebruik word nie. Hierdie soort stelsel werk op dieselfde manier as ’n herlaaibare battery omdat dit elektrisiteit stoor wanneer dit nie gebruik word nie. Die stelsel kan ook op dieselfde manier as ’n eenvoudige hidroelektriese kragstasie gebruik word om elektrisiteit op te wek deur water weer van hoog na laag te laat vloei.
Hidro-elektrisiteit is volhoubaar en besoedel nie die omgewing nie. Groot hidro- elektriese skemas is egter duur en vereis dat groot damme gebou moet word wat ook ’n impak op die omgewing en gemeenskap het. Veronderstel jy bly langs ’n rivier en word verplig om te trek omdat ’n hidro-elektriese dam daar gebou moet word. Hoe sal jy oor die saak voel?
Hidro-elektriese kragstasies kan binne drie minute in werking tree. Dit beteken dat dit baie gerieflik is wanneer daar ’n groot aanvraag na elektrisiteit is; meer as wat die ander kragstasies in die land kan voorsien.
As gevolg van Suid-Afrika se beperkte water hulpbronne en onvoorspelbare reënval, kan slegs ’n klein hoeveelheid hidro-elektrisiteit opgewek word.
- Redes vir die gebruik van hierdie soort energiehulpbron
Dit is ’n volhoubare energie hulpbron wat gebruik kan word om seker te maak dat die land genoeg elektrisiteit het tydens spitstye. Hidro-elektriese kragstasies is baie goedkoop om aan die gang te hou, selfs goedkoper as steenkool kragstasies.
- Impak op die omgewing
Damme en waterweë moet gebou word vir hidro-elektriese kragstasies. Dit mag dalk goedkoop wees om elektrisiteit op te wek wanneer die dam klaar gebou is, maar die koste daarvan om ’n dam te bou is baie hoog en daar kan ’n erge impak op die omgewing wees.
’n Omgewingsimpakstudie moet gedoen word en die gemeenskappe wat geraak gaan word, moet in ag geneem word. Sommige mense sal dalk selfs moet verhuis omdat hulle huise en plase op die gebied is waar ’n dam gebou moet word.
Vrae oor hidro-elektriese kragstasies
1. Skryf die positiewe en negatiewe punte van hidro-elektrisiteit as ’n hulpbron vir kragopwekking in die tabel neer.
|
Positief |
Negatief |
Onderwerp E: Windturbines
Mense gebruik al vir duisende jare windpompe en windenergie om water te pomp en mielies fyn te maal. Nadat ’n wetenskaplike deurbraak gemaak is, kan windkrag nou gebruik word om elektrisiteit op te wek. Nes die sonstrale en die water wat in riviere vloei, is windkrag ’n volhoubare vorm van energie wat nie ’n negatiewe impak op die omgewing het, of die grond en lug besoedel nie. Regoor die wêreld word windplase gebou: hierdie plase is plekke waar die wind gebruik word om groot windturbines te draai wat elektrisiteit opwek.
Die wind se rigting en spoed verander elke dag afhangende van die seisoen en weer. Wanneer iets op ’n onvoorspelbare wyse verander, word dit “wisselvallig” genoem. Die patrone van windrigting en -spoed word bestudeer en dan gebruik vir die opwekking van elektrisiteit in plekke waar daar konstante wind is.
Dit beteken egter nie dat daar sterk of stormsterk wind nodig is vir die stelsel om te werk nie! Al wat nodig is, is aanhoudende wind wat nie die toerusting beskadig nie.
In Suid-Afrika word navorsing oor die potensiaal van windkrag vir die opwekking van elektrisiteit op verskeie plekke gedoen en die verskilende maniere om elektrisiteit met wind op te wek, is reeds ondersoek. ’n Belangrike faktor om te oorweeg, is die koste; dit maak nie sin om stelsels op te rig wat elektrisiteit onbekostigbaar maak nie.
Nadat al die opsies ondersoek is, het ESKOM in 2002 die Klipheuwel Windplaas Navorsings Fasiliteit aan die weskus naby Kaapstad gestig.
Die kragopwekkers by hierdie kragstasie het wind met ’n spoed van tussen 48 en 57 km per uur nodig om ten volle te funksioneer, maar kan reeds elektrisiteit opwek met ’n wind wat teen ’n spoed van 11km per uur waai. As ’n stormsterk wind waai, sal die turbines outomaties afskakel vir wind met ’n spoed hoër as 90 km per uur om skade aan die kragopwekkers te beperk.
Wind is nie ’n betroubare hulpbron nie en is ook nie altyd beskikbaar wanneer dit benodig word nie.
- Redes om hierdie soort energiehulpbron te gebruik
Windkrag is ’n volhoubare energiehulpbron en veral sterk in kusgebiede. Windkrag kan gebruik word wanneer fossielbrandstowwe nie beskikbaar is nie. Kusgebiede is die beste plek om hierdie hulpbron te gebruik.
- Impak op die omgewing
Alhoewel windkrag ’n skoon hulpbron is wat kweekhuisgasse betref, kan dit ’n impak op die omgewing hê in terme van geraas, besoedeling en voëllewe. Die windplase het ook groot stukke land nodig wat in sommige areas duur kan wees om aan te koop.
Vrae oor windturbines
1. Dink jy Suid-Afrika en ESKOM moet meer windturbines bou? 2. Skryf die positiewe en negatiewe impakte wat hierdie soort kragopwe
2. Skryf die positiewe en negatiewe impakte wat hierdie soort kragopwekking kan hê neer in die tabel.
|
Positief |
Negatief |
Die versending van elektrisiteit oor die land
Die elektrisiteit wat deur kragstasies opgewek word, word deur die hele land versprei.
Die kaart op die vorige bladsy wys hoe die versending lyne krag oordra vanaf die kragstasies na verskillende dele van die land.
Versending verwys na wanneer ’n stroom met ’n hoë spanning gestuur word.
Verspreiding verwys na die elektriese stroom met ’n laer spanning wat aan verbruikers voorsien word.
Die kombinasie van versending-en verspreidingskabels vorm ’n netwerk wat ons die nasionale kragnetwerk noem. Elektrisiteit word na die nasionale kragnetwerk ingevoer om dan regoor die land versprei te word tot in stede, dorpe en landelike gebiede.
In 2000 het die Suid-Afrikaanse regering aangekondig dat dit hulle beleid is om gratis basiese dienste aan die armes te verskaf. Die regering het hoofsaaklik op elektrisiteitsverskaffing gefokus, en dit het ’n hoë druk op die nasionale kragnetwerk geplaas.
Elektrisiteitstoevoer moet konstant en betroubaar wees omdat elektriese toestelle beskadig kan word wanneer daar veranderings in die stroomspanning en stroombaan plaasvind.
Dit is baie moeilik om groot hoeveelhede elektriese energie te stoor. Die verskaffer van energie moet altyd aan die aanvraag van die verbruiker kan voldoen. Hierdie verbruikers kan huishoudings of groot fabrieke wees of selfs vervoerstelsels met groot masjiene.
Spesifieke toerusting moet geïnstalleer word om seker te maak dat die regte stroomspanning by die verbruikers uitkom. In hierdie gedeelte gaan jy meer leer van hierdie toerusting.
Soos die aanvraag toeneem, moet meer kragstasies by die netwerk gevoeg word. Dit beteken dat die krag wat gegenereer word, by die nasionale kragnetwerk gevoeg moet word.
Dit is interessant om daarop te let dat die elektrisiteitsaanvraag nie alleenlik van dag-tot-dag verander nie, maar ook van minuut-tot-minuut. Die spitstye is normaalweg in die oggend en in die aand.
Spitstye verwys na tye wanneer die aanvraag na elektrisiteit op sy hoogste is.
Hierdie maste (kragdraadtorings) dra hoë spanningstrome oor tussen kragstasies en substasies.
Verhogings-en verlagingstransformators
Elektrisiteit word oor lang afstande aan verbruikers oorgedra deur middel van die drade en kabels van die nasionale kragnetwerk. Wanneer ’n stroom deur ’n draad vloei, verloor dit energie in die vorm van hitte. Hoe sterker die stroom hoe meer hitte word verloor. Om hierdie verlies te keer, dra die nasionale kragnetwerk elektrisiteit teen ’n laer stroomsterkte oor, maar dit vereis ’n hoë stroomspanning. (Onthou Ohm se wet!)
Verhogingstransformators word by kragstasies gebruik om die baie hoë stroomspanning te produseer wat nodig is om elektrisiteit deur die nasionale kragnetwerk oor te dra. Wanneer die elektriese energie by die verbruiker kom, word dit omgesit (verander) na ’n laer en veiliger spanning. Verlagingstransformators word plaaslik in substasies gebruik om spanning na ’n laer, veiliger vlak om te sit.
Indien jy sukkel om die proses te verstaan, dink aan water wat deur ’n pyp vloei: hoe breër die pyp is, hoe meer water kan daardeur gestoot word . Wanneer dit aan die einde van die pyp kom, word dit in kleiner pype ingelei om by huise en fabri
- ’n Transformator wat die stroomspanning verhoog word ’n “verhogingstransformator” genoem.
- ’n Transformator wat die strromspanning verlaag word ’n “verlagingstransformator” genoem.
Figuur 14 wys hoe elektrisiteit jou huis bereik sodat jy die ligte kan aansit en opvoedkundige programme op die televisie kan kyk.
Wat het jy geleer?
1. Noem volhoubare maniere waarop elektrisiteit opgewek kan word.
2. Wat is die nasionale kragnetwerk?
Die nasionale elektrisiteit energie netwerk word gewoonlik die nasionale kragnetwerk genoem.
3. Wat is die funksie van ’n transformator?
4. Wat dink jy sal die beste energie hulpbron wees om elektrisiteit mee op te wek vir jou gemeenskap? Waarom sê jy so?
Volgende week
Gedurende die volgende drie weke gaan jy ’n Mini-PAT opdrag voltooi. Jy gaan ’n alarmstelsel ontwerp en bou.
Mini pat stroombane met beheerlogika
Hierdie hoofstuk is die laaste hoofstuk vir die kwartaal. Jy gaan eers die stroombane wat jy in hoofstuk 7, aan die begin van hierdie kwartaal gemaak het, hersien. Jy gaan dan dit wat jy geleer het gebruik om ’n alarmstelsel vir ’n winkelier te maak.
Jy sal slegs individuele werk in hierdie Mini-PAT doen.
Week 1
Stroombaandiagramme en ohm se wet
Hierdie afdeling hersien die stroombane waaroor jy in hoofstuk 7, aan die begin van hierdie kwartaal, geleer het. Jy het toe geleer dat hoe meer selle jy in serie koppel, hoe helderder sal die gloeilamp skyn.
Hersien die effek van meer selle in serie gekoppel (45 minute)
Jy gaan die volgende benodig:
- ’n sel houer wat groot genoeg is vir drie selle,
- twee of drie kaaimansklem-geleierdrade, en
- ’n gloeilamp wat vir 3,8 V of bietjie meer gegradeer is.
Kyk na die drie stroombane hieronder::
1. Watter stroomspanning sal die battery in stroombaan 3 gee?
2. Voorspel hoe helder die gloeilampe sal skyn in stroombaan 1 en 3. Teken hakkies om die gloeilampe in die diagram om jou voorspelling aan te dui. (⊗) beteken flou, ((⊗)) beteken medium skerp en (((⊗))) beteken baie skerp.
3. Bou nou elkeen van hierdie stroombane en toets jou voorspellings. Skyn die gloeilamp in elke stroombaan so sterk as wat jy voorspel het dit sou skyn?
Die verhouding tussen stroomspanning en stroom
Indien die stroom deur die gloeilamp swak is, skyn die gloeilamp flou. Wanneer die stroom sterk is, skyn die gloeilamp helder.
4. Skryf ’n sin wat handel oor die verhouding tussen stroomspanning en die stroom. Jy kan jou sin saamstel deur gebruik te maak van die volgende frases:
- “oor die gloeilamp”,
- “deur die gloeilamp”,
- “die stroomspanning is”,
- “hoe sterker is die stroom”, en
- “hoe groter”.
5. Jy kan die verhouding tussen die stroomspanning en stroom op ’n ander manier ook beskryf. Voltooi die volgende sin:
Indien jy die ............ oor die gloeilamp verhoog, verhoog jy ook die ............ die gloeilamp.
Die sin hierbo is ’n opsomming van Ohm se Wet.
Hersien stroombane met resistors in serie en in parallel (45 minute)
Jy benodig die volgende vir hierdie aktiwiteit:
- ’n battery van drie selle,
- drie gloeilampe wat teen 3,8 volt gegradeer is, en
- ses kaaimansklem-geleierdrade.
1. Die diagramme in figuur 3 wys die stroombane wat jy gaan bou. Voordat jy hulle bou, moet jy eers jou voorspellings van hoe helder die gloeilampe sal skyn op die diagram invul deur van hakkies, soos vroeër, gebruik te maak. Koppel dan die komponente en toets jou voorspellings.
2. Kyk na figuur 4 en teken jou voorspelling van hoe helder die gloeilampe in parallel gaan skyn op die diagram. Koppel die komponente en toets jou voorspellings.
Hoe ’n deur-beheerde drukskakelaar werk (30 minute)
’n Yskas het ’n gloeilamp aan die binnekant wat aanskakel wanneer jy die deur oopmaak.
1. Sal die lig afskakel wanneer jy die yskas deur toemaak? Waarom?
2. Figuur 5 wys ’n foto van ’n yskas met sy deur oop. Vind die skakelaar wat die lig beheer in hierdie foto en trek dan ’n kring daarom.
3. Huiswerk: Wanneer jy ’n yskas by die huis oopmaak, druk hierdie knoppie en kyk of die lig afskakel.
- Baie drukskakelaars skakel ’n stroombaan aan wanneer dit ingedruk word, en skakel dan weer die stroombaan af wanneer dit nie gedruk word nie.
- Die skakelaar van ’n yskas lig werk andersom om: Dit skakel die stroombaan af wanneer dit ingedruk word, en skakel die stroombaan aan wanneer dit nie gedruk word nie
Figuur 6 wys hoe hierdie tipe skakelaar werk. Die skakelaar breek die stroombaan vir solank as wat die deur toe is.
4. Wat gebeur wanneer die deur weg van die plastiekknoppie beweeg? Hoe voltooi die skakelaar die stroombaan?
Week 2
Logika hekke en waarheidstabelle
Ontwerpopdrag en spesifikasies
Skakelaars met en- tipe beheer (15 minute)
Die stroombaan in figuur 7 het EN-tipe beheer. Kom ons kyk nou waar so ’n tipe stroombaan gebruik sal word. Figuur 8 wys ’n elektriese papier-snymasjien wat gebruik word om baie bladsye tegelykertyd tyd te sny. ’n Elektriese motor draai die ratte wat die lem van die masjien afdruk om die papier te sny.
n Werker wat met hierdie masjien werk, kan baie maklik sy of haar vingers raaksny, daarom het die masjien ’n veiligheidsstelsel.
Die werker moet albei hande gebruik om twee skakelaars op dieselfde tyd te druk sodat die lem kan afbeweeg. Indien net een skakelaar gedruk word, sal die lem nie beweeg nie. Die masjien sal dus nie werk tensy die werker albei hande gebruik om die skakelaars te druk nie.
Hierdie masjien se stroombaan het ’n EN-tipe beheer. Skakelaar 1 EN skakelaar 2 moet geslote wees (deur hulle in te druk) voordat die motor sal werk.
Skakelaars met of-tipe beheer (15 minute)
Die stroombaan in figuur 9 het OF-tipe beheer. Hierdie tipe beheer word gebruik om die lig aan die binnekant van ’n motor aan te skakel wanneer jy een van die voordeure oopmaak. Dit is baie nuttig wanneer jy in die aand in jou motor wil klim.
Die lig skakel aan wanneer die bestuurder die deur oopmaak, en skakel af wanneer die deur toegemaak word. Maar wanneer ’n passasier by die ander voordeur inklim, gaan die lig weer aan, selfs al is die bestuurder se deur toe.
Die motor het dus ’n stroombaan wat die lig aanskakel wanneer óf die bestuurder se deur oop is óf die passasier se deur oop is. Hierdie stroombaan het ’n OF-tipe beheer.
’n Motor se kajuitligte gebruik OF-tipe beheer omdat die gloeilamp aanskakel wanneer die skakelaar van óf die bestuurder se deur óf die skakelaar van die passasier se deur geslote (aan) is. Die gloeilamp skakel ook aan wanneer albei skakelaars geslote (aan) is.
1. Kyk na die stroombaan in figuur 9. Albei skakelaars is oop (af). Hoe kan jy die gloeilamp aanskakel? Dink aan drie dinge wat jy met die skakelaars kan doen.
Die deur-beheerde skakelaar vir die lig binne die motor is dieselfde tipe skakelaar as wat gebruik word vir ’n yskas lig (sien figuur 5 en 6).
Waarheidstabelle (30 minute)
’n Rekenaar gee verskillende uitsette afhangende van die verskillende insette. Om dit te kan doen, maak dit gebruik van verskeie EN-tipe en OF-tipe stroombane wat binne ’n baie gekompliseerde stroombaan gevind kan word. Die EN- en OF-dele van die gekompliseerde stroombane word “logika hekke” genoem.
Rekenaarontwerpers en –programmeerders het metodes nodig wat hulle kan gebruik om al die verskillende “toestande” waarin die stelsel kan wees, neer te skryf. ’n Toestand is een moontlike kombinasie van waardes vir al die insette. “Waarheidstabelle” help hulle om al die moontlike toestande neer te skryf. Rekenaars het miljoene moontlike toestande. Maar om die metode van waarheidstabelle te kan verstaan, hoef jy slegs die waarheidstabelle van stelsels met minder toestande te verstaan.
Kyk weer na figuur 6 wat die elektriese papier-snymasjien illustreer. Die operateur moet albei skakelaars druk om die snylem te laat beweeg. Die stroombaan wat die motor beheer, gebruik EN-tipe beheer.
Hieronder is ’n waarheidstabel vir hierdie stroombaan. Die insette is die twee skakelaars. Elke ry van die tabel wys een moontlike kombinasie van die insette en ooreenstemmende uitsette. Elke ry wys dus een moontlike toestand.
|
skakelaar 1 |
skakelaar 2 |
Beweeg die lem? |
|
af |
af |
nee |
|
af |
aan |
nee |
|
aan |
af |
nee |
|
aan |
aan |
ja |
’n Waarheidstabel word soms geskryf deur van nommers in plaas van “aan” en “af”, gebruik te maak:
- Vir die insette (skakelaars), beteken ’n “1” “aan” en ’n “0” beteken “af”.
- Vir die uitsette, beteken ’n “1” “ja, dit gee ’n uitset”, en ’n “0” beteken “geen uitset”.
1. Voltooi die waarheidstabel vir die papier-snymasjien se stroombaan.
|
skakelaar 1 |
skakelaar 2 |
uitset (Beweeg die lem?) |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
|
1 |
||
|
1 |
2. Maak nou ’n waarheidstabel vir die lig binne die motor. Wanneer enige een van die voordeure oop is, is die lig aan. Hierdie waarheidstabel is vir OF-beheer.
|
toestand |
bestuurder deur skakelaar |
passasier deur skakelaar |
uitset Skakel die lig aan? |
|
slegs bestuurder deur oop |
1 |
0 |
|
|
slegs passasier deur oop |
|||
|
beide bestuurder en passasier deur oop |
|||
|
geen deur oop |
’n Waarheidstabel wys al die moontlike toestande waarin ’n stroom kan wees, afhangende van die verskillende kombinasies van die insette.
Dit is ’n lys van die insette en die uitset of uitsette vir elke moontlike toestand.
Kombineer en-beheer en of-beheer (15 minute)
Baie busse het drukskakelaars wat mense druk om die bestuurder te laat weet dat hulle by die volgende bushalte wil afklim. Die stroombaandiagram kan dalk lyk soos in figuur 11. In hierdie stroombaandiagram is daar twee skakelaars vir die passasiers. Enige een van hierdie skakelaars kan die klokkie langs die bestuurder lui.
1. Skryf SW1 en SW2 langs die twee skakelaars vir die passasiers.
Wanneer skoolkinders egter op uitstappies gaan, druk hulle soms die klokkie vir die pret. Dit irriteer die bestuurder en hy het dus ’n “meesterskakelaar” om die klokkie af te skakel.
2. Watter skakelaar gee aan die busbestuurder beheer oor die hele stroombaan? Skryf SWmeester langs daardie skakelaar neer.
Die passasiers het OF-beheer omdat skakelaar SW1 of skakelaar SW2 die klokkie kan laat lui. Die bestuurder het egter ’n EN-beheer.
Die klokkie kan alleenlik lui wanneer die SW meesteren een van die SW1 of SW2 skakelaars aan is.
3. Voltooi die waarheidstabel hieronder vir die bus se klokkie stroombaan.
|
SWmeester |
SW1 |
SW2 |
Uitset van die klokkie |
|
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
Skryf ’n ontwerpopdrag en spesifikasies (15 minute)
Die scenario:
Mnr Abdullahi het ’n winkel oopgemaak. Die klante is gelukkig met sy lae pryse. Hy verkoop voedsel en klere teen ’n goedkoop prys omdat hy saam met die ander winkeliers in die area werk. Hulle staan saam wanneer hulle met die groot verskaffers van klere en voedsel onderhandel vir laer pryse.
Partymaal is Mnr Abdullahi alleen in die winkel. Wanneer hy werk moet doen in die kantoor wat aan die agterkant van die winkel is, maak hy die twee winkeldeure toe, maar sluit hulle nie. Al manier hoe hy dan sal weet of iemand in die winkel is, is wanneer hy hulle sien of wanneer hulle na hom roep.
Kan jy ’n alarmstelsel ontwerp wat hom sal laat weet wanneer ’n deur oopmaak? Mnr Abdullahi het soms ’n assistent in die winkel en het dan nie nodig om ’n alarm op die deur te hê nie. Hy benodig dus ’n skakelaar om die alarmstelsel aan- en af te skakel.
1. Skryf jou ontwerpopdrag hier neer. Die ontwerpopdrag is ’n kort stelling wat die behoefte en die tipe oplossing wat die behoefte sal vervul, beskryf.
Ontwerpopdrag:
Ek gaan die volgende ontwerp en maak:
2. Skryf nou die spesifikasies vir die oplossing. Spesifikasies bevat inligting omtrent die stelsel wat jy gaan maak. Onthou dat die stelsel:
- ’n geluid moet maak wanneer enige een van die deure oopgemaak word, en
- moet ’n skakelaar hê wat die hele stelsel kan afskakel.
Spesifikasies:
Ondersoek: komponente wat jy kan gebruik (15 minute)
1. Watter tipe toestelle kan jy gebruik sodat die alarm ’n harde geluid maak?
2. Watter tipe battery kan jy gebruik? Onthou dat ’n 9 V battery motors sal uitbrand wat gegradeer is vir 1,5 V. Biepers en gonsers het ook hulle eie stroomspanning-graderings en jy moet uitvind wat dit is
3. Hoe kan jy ’n skakelaar maak wat die stroombaan sal sluit wanneer die deur oopgemaak word? Vind ’n skakelaar in hierdie of ’n ander hoofstuk wat die werk sal kan doen.
Ontwerp: teken ’n stroombaandiagram (15 minute)
1. Moet die alarm EN-beheer of OF-beheer gebruik? Verduidelik.
2. Ontwerpers kyk gereeld na stroombane wat reeds ontwerp is, sodat hulle kan sien of enige van daardie stroombane die werk sal kan doen. Kyk weer na figure 7, 9 en 11. Watter een van hierdie stroombane sal werk?
3. Teken weer daardie stroombaan in die spasie wat hieronder gegee word. Gee name aan die verskillende skakelaars en dui hulle met byskrifte op jou stroombaandiagram aan.
4. Wys meer inligting op jou stroombaandiagram in figuur 12: Teken strepieslyne rondom die dele van die stroombaan wat aan die voorkant van die winkel is, en ander strepieslyne rondom die dele wat in die kantoor is.
Wenk: Kyk weer na figuur 11 om te sien hoe strepieslyne gebruik is om die dele van die stroombaan in die busbestuurder se kompartement aan te dui.
Week 3
Ontwerp, maak en kommunikeer
Teken die uitleg van jou alarmstelsel in die winkel (15 minute)
Figuur 13 wys ’n eenvoudige skets van die winkel.
Teken bo-oor figuur 13 om te wys waar jy al die skakelaars en ander stroombaankomponente sal plaas. Wys ook die verbindingsdrade vir die stroombaan. Skryf byskrifte by vir die stroombaankomponente. Die stroombaankomponente moet gekoppel wees soos wat dit gewys word in die stroombaandiagram wat jy as figuur 12 geteken het.
Maak ’n karton model van die winkel (15 minute)
Maak ’n karton model van die winkel. Sny twee deure in die kartonboks. Die model moet nie ’n dak hê nie sodat jy die binnekant van die winkel kan sien. Maak die model so eenvoudig as moontlik; jy gaan andersins nie genoeg tyd oorhê om die alarmstelsel klaar te bou nie.
Ontwerp ’n deur-beheerde drukskakelaar (15 minute)
Figure 14 tot 16 wys voorbeelde van hoe drukskakelaars wat af is wanneer hulle gedruk word, gemaak kan word.
Gebruik ’n idee of idees van hierdie voorbeelde om jou eie deur-beheerde drukskakelaar, wat aan is wanneer die deur oop is en af is wanneer die deur toe is, te ontwerp. Maak ’n skets van jou ontwerp op die volgende bladsy. Voeg byskrifte by om die verskillende dele van jou skakelaarontwerp te verduidelik.
Maak die skakelaars vir jou alarmstelsel (30 minute)
Maak twee van die deur-beheerde drukskakelaars wat jy ontwerp het. Onthou dat hulle op die deure van jou karton model van die winkel moet pas.
Moet nie ’n meesterskakelaar maak nie aangesien jy nie genoeg tyd daarvoor gaan hê nie. Jy kan twee kaaimansklem-geleierdrade gebruik om die meesterskakelaar “aan te skakel”, en hulle dan weer ontkoppel om die stroombaan te breek en die meesterskakelaar “af te skakel”.
Koppel jou stroombaan aan die model van die winkel (30 minute)
Koppel nou al die stroombaankomponente en die geleidingsdrade aan die modelwinkel. Jou ontwerp van die plasing en bedrading van die alarmstelsel in figuur 13 sal jou help om die stroombaankomponente korrek te koppel.
Plak die drade teen die mure van die kartonboks met kleefband sodat jou model netjies is.
Koppel al die stroombaankomponente.
In ’n regte gebou is die alarmdrade teen die muur geplak of in die dak geplaas. Die deurskakelaars is aan die binnekante van die deur. Indien hulle aan die buitekant geplaas sou word, kan ’n inbreker die alarm ontkoppel.
Evalueer: toets jou alarmstelsel (15 minute)
Wanneer jy jou projek evalueer, moet jy jouself die volgende afvra: “Het ek Mnr Abdullahi se probleem opgelos?” Die volgende vrae sal jou help om te toets of die alarm aan al die spesifikasies voldoen. Doen die volgende toetse:
1. Maak die alarm ’n geluid wanneer jy net deur 1 oopmaak?
2. Maak die alarm ’n geluid wanneer jy net deur 2 oopmaak?
3. Maak die alarm ’n geluid wanneer jy albei deure oopmaak?
4. Kan Mnr Abdullahi die stelsel afskakel en albei deure oop los?
5. Voltooi die waarheidstabel vir die stelsel.
|
meesterskakelaar |
skakelaar 1 |
skakelaar 2 |
uitset |
|
1 |
|||
|
1 |
|||
|
1 |
|||
|
1 |
|||
|
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
Huiswerk: maak ’n advertensie vir jou alarmstelsel
Mnr Abdullahi hou so baie van jou stelsel dat hy aanbied om dit aan die ander winkeliers te adverteer. Hy dink dat iemand jou sal betaal om ’n soortgelyke alarmstelsel vir hulle te bou en te installeer.
Hy vra jou om ’n plakkaat te maak wat die winkel, deure, en sommige dele van die alarmstelsel wys. Hy vra ook dat jy ’n paar sinne skryf om aan mense te vertel wat die stelsel doen.
Maak ’n plakkaat op die volgende bladsy om jou alarmstelsel te adverteer. Maar maak eers rofwerk-sketse van jou idees op hierdie bladsy.
