Electrical Technology Grade 12 Eastern Cape Mock 2023 QP

NASIONALE SENIORSERTIFIKAAT GRAAD 12 SEPTEMBER 2023 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS PUNTE: 200 TYD: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 18 bladsye, insluitend ʼn 2-bladsy formuleblad.

2 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Hierdie vraestel bestaan uit SEWE vrae. 2. Sketse en diagramme moet groot, netjies en volledig benoem wees. 3. Toon ALLE berekeninge en rond antwoorde korrek tot TWEE desimale plekke af. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 5. Jy mag ʼn nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. 6. Toon die eenhede vir ALLE antwoorde van berekeninge. 7. ʼn Formuleblad is aan die einde van hierdie vraestel aangeheg. 8. Skryf netjies en leesbaar. Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 3 VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Verskeie opsies word as moontlike antwoorde op die volgende vrae gegee. Kies die antwoord en skryf slegs die letter (A–D) langs die vraagnommers (1.1 tot 1.15) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 1.16 D. 1.1 ʼn Poging om numeries die moontlikhede van verskillende ongunstige gebeure vas te stel en die waarskynlike omvang van die verliese te bepaal indien so gebeurtenis plaasvind, staan dit as ... bekend. A risiko-analise B kwantitatiewe risiko-analise C kwalitatiewe risiko-analise D gevaarlike praktyke (1) 1.2 Tydens resonansie in ʼn reeks RLC-stroombaan is ... A Z = R. B Z < R. C Z > R. D Z maksimum. (1) 1.3 Wanneer die frekwensie van ʼn RLC-stroombaan verhoog word, sal die weerstand ... A ook toeneem. B verminder. C dieselfde bly. D dubbel die waarde daarvan wees. (1) 1.4 Die drywing wat in ʼn suiwer induktiewe of kapasitiewe stroombaan gebruik word, staan as die … drywing bekend. A ware B aktiewe C reaktiewe D skyn (1) 1.5 Die aktiewe stroom van ʼn driefase-stelsel is ... A IL cos θ. B IL sin θ. C IL tan θ. D IL . (1) 1.6 ʼn Voordeel van drywingsfaktorkorreksie vir die verbruiker is ... A meer stroom word gebruik. B verminderde maandelikse elektrisiteitsrekening. C meer instandhouding van toerusting. D verminderde lewensduur van toerusting. (1) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

4 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) 1.7 Die totale drywing wat met die twee-wattmeter-metode gemeet was, is 2,75 kW. As W1 2,2 kW gemeet het, sal die lesing van W2 ... wees. A 55 kW B 0,075 kW C 550 W D 750 W (1) 1.8 ʼn Faktor wat tot oormatige verhitting in transformators kan bydra, is ... A voldoende ventilasie. B korrekte las. C behoorlike verkoeling. D onvoldoende transformatorolie. (1) 1.9 Die funksie van transformators in verspreidingsnetwerke is om … A die spannings tot die vereiste waardes te verhoog. B die WS-spannings na die vereiste GS-spanningwaardes te verander. C die spannings tot die vereiste waardes te verminder. D die vereiste spannings te genereer. (1) 1.10 Sinchrone spoed is die ... A maksimum spoed wat die motor toegelaat word om behoorlik te werk. B spoed van rotasie van die magnetiese veld in die statorwikkeling. C spoed wanneer maksimum las aan die motor gekoppel is. D verskil tussen rotorspoed en glip. (1) 1.11 Die statorwikkelings van ʼn driefase-induksiemotor kan ... gekoppel word. A slegs in ster B in ster of delta C slegs in delta D Geeneen van bogenoemde (1) 1.12 Aansitters bly bekrag nadat die aansit knoppie vrygestel is omdat ʼn ... A N/O hoofkontak parallel met die aansitknoppie gekoppel is. B N/T hoofkontak parallel met die aansitknoppie gekoppel is. C N/O hoofkontak in serie verbind met die aansitknoppie is. D N/T hoofkontak in serie verbind met die aansitknoppie is. (1) 1.13 … -/sensors word gebruik om die teenwoordigheid van metaalvoorwerpe op te spoor en of dit ysterhoudend of nie-ysterhoudend is. A Kapasitiewe nabyheid B Ultrasoniese nabyheid C Vlak D Induktiewe nabyheid (1) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 5 1.14 … is stukkies in die stoorgeheue wat gebruik kan word om data te hou en as relês op te tree. A Grendel-kontakte B Merkers of vlae C Tydreëlaars D Vervormingsmeters (1) 1.15 ʼn Tydreëlaar waarvan die kontak nie sou werk totdat ʼn voorafbepaalde vertragingstyd verby is nie, nadat dit in die logiese volgorde aangeskakel is, staan as ʼn ... bekend. A af-vertraging tydreëlaar B digitale teller C aan-vertraging tydreëlaar D stophorlosie (1) [15] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

6 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) VRAAG 2: BEROEPSGESONDHEID EN VEILIGHEID 2.1 Noem TWEE faktore wat nodig is om ʼn sterk werksetiek in ʼn maatskappy te verseker. (2) 2.2 Definieer ʼn kritieke voorval in ʼn werkswinkel. (2) 2.3 Noem EEN veiligheidsmaatreël wat jy sal nakom wanneer gekonsentreerde chemikalieë in ʼn GS-bordwerkstasie (GSB) hanteer word. (1) 2.4 Onderskei tussen ʼn onveilige handeling en ʼn berekende risiko in ʼn werkswinkel. (2) 2.5 Verduidelik hoekom jy jouself moet beskerm wanneer jy iemand help wat deur elektrisiteit geskok word. (1) 2.6 Verduidelik waarom ʼn persoon nie moet inmeng met, of misbruik van toerusting in die werkswinkel wat vir gesondheid en veiligheid voorsien word. (2) [10] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 7 VRAAG 3: RLC-KRINGE 3.1 Definieer induktiewe reaktansie met verwysing na RLC-stroombane. (2) 3.2 Teken ʼn volledige, benoemde siklus van die golfvorms wat die fasordiagram in FIGUUR 3.2 verteenwoordig. VL X-Axis X-Axis I FIGUUR 3.2: SPANNING EN STROOMFASORDIAGRAM (3) 3.3 ʼn Serie RLC-kring het ʼn weerstand met onbekende waarde, ʼn kapasitor met ʼn kapasitansie van 200 ɥF en ʼn induktor met ʼn reaktansie van 31,55 Ω wat aan ʼn 110 V/60 HZ WS-toevoer gekoppel is. Die impedansie van die stroombaan is 101,65 Ω. Gegee: C = 200 ɥF XL = 31,55 Ω VS = 110 V f = 60 Hz Z = 101,65 Ω Bereken: 3.3.1 Die kapasitiewe reaktansie (3) 3.3.2 Die stroom wat deur die stroombaan vloei (3) 3.3.3 Die waarde van die weerstand in die stroombaan (3) 3.3.4 Die induktansie van die induktor (3) 3.4 ʼn Spoel met ʼn weglaatbare weerstand het ʼn induktansie van 50 mH en is in serie met ʼn 60 ɥF kapasitor en ʼn 100 Ω weerstand verbind. Die stroombaan is aan ʼn 220 V-toevoer met ʼn veranderlike frekwensie gekoppel. Bereken die resonansiefrekwensie van die stroombaan. Gegee: L = 50 mH C = 60 ɥF VS = 220 V (3) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

8 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) 3.5 Verwys na FIGUUR 3.5 hieronder en beantwoord die vrae wat volg. IL = 4,54 A Xc Xc==11,83 Vs = 100 V/25 Hz IR = 9,09 A FIGUUR 3.5: PARALLELLE RLC STROOMBAAN Gegee: IR = 9,09 A IL = 4,54 A XC = 11,83 Ω VS = 100 V f = 25 Hz Bereken: 3.5.1 Die stroom wat deur die kapasitor vloei (3) 3.5.2 Die totale stroom wat deur die stroombaan vloei (3) 3.5.3 Die kragfaktor (3) 3.5.4 Noem, met ʼn rede, of die stroom die spanning voorloop of naloop (2) 3.6 Definieer selektiwiteit van ʼn resonante stroombaan. (2) 3.7 Noem TWEE faktore wat die kwaliteitsfaktor(Q) van ʼn resonante stroombaan bepaal. (2) [35] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 9 VRAAG 4: DRIEFASE-WS-OPWEKKING 4.1 Pas die term in KOLOM A by die verduideliking in KOLOM B. Skryf slegs die letter (A–C) langs die vraagnommers (4.1.1 tot 4.1.3) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 4.1.4 D. KOLOM A KOLOM B TERM VERDUIDELIKING 4.1.1 Transmissie A Netwerk van meer as 25 000 km hoogspanningkraglyne aan verskeie grootmaat verbruikers 4.1.2 Substasie toerusting B Die opgewekte elektrisiteit word langs oorhoofse hoogspanningskraglyne vervoer 4.1.3 Nasionale netwerk C Selfstandige eenhede wat vanaf die hoofbeheersentrums beheer word (3 x 1) (3) 4.2 Noem TWEE nadele van ʼn driefasestelsel in vergelyking met ʼn enkel- fasestelsel. (2) 4.3 Teken ʼn netjies benoemde fasordiagram van ʼn gebalanseerde, driefase, 3-draadstelsel. (4) 4.4 Noem DRIE metodes wat gebruik word om die drywingsfaktor van ʼn induktiewe las in ʼn WS-stelsel te verbeter. (3) 4.5 Verwys na FIGUUR 4.5 hieronder en beantwoord die vrae wat volg. FIGUUR 4.5 GEBALANSEERDE DRIEFASE DELTA-GEKOPPELDE LAS Gegee: VL = 415 V R1 = R2 = R3 = 45 Ω cos θ = 0,86 Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

10 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) Bereken: 4.5.1 Die fasespanning van die las (2) 4.5.2 Die lynstroom (6) 4.5.3 Die drywing wat deur die las verbruik word (3) 4.5.4 Die rendement as die insetdrywing 12 kW was (3) 4.5.5 Die fasehoek (3) 4.6 Die drie-wattmeter metode is gebruik om die drywing van ʼn drie-fase- stelsel te bepaal. Die meterlesings was onderskeidelik, W1 = 2 kW, W2= 1 780 W en W3 = 3,5 kW. Bereken die totale drywing van die las. (3) 4.7 Beskryf hoe jy twee wattmeters aan ʼn driefaselas sal koppel, om die arbeidsfaktor te bepaal. (3) [35] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 11 VRAAG 5: DRIEFASETRANSFORMATORS 5.1 Noem TWEE tipes verliese wat in die gelamineerde kern van ʼn driefase- transformator voorkom. (2) 5.2 Noem wat sou gebeur as die hitte wat in ʼn transformator gegenereer word nie behoorlik beperk word nie. (2) 5.3 Skryf neer of die volgende stellings ‘waar’ of ‘onwaar’ is. Skryf slegs die woord WAAR of ONWAAR langs die vraagnommers (5.3.1 tot 5.3.3) in die ANTWOORDEBOEK neer. 5.3.1 Die kern van ʼn doptipe transformator is omhul. (1) 5.3.2 Die gebalanseerde aardfout relê werk wanneer ʼn aardfout ʼn verskil in spanning tussen die drie fases veroorsaak. (1) 5.3.3 Die Bucholtz-relê monitor die vloei van die gegenereerde gas wanneer ʼn fout voorkom. (1) 5.4 Noem EEN funksie van die olie wat in oliegedompelde transformators gebruik word. (1) 5.5 FIGUUR 5.5 toon ʼn driefase-transformator met ʼn primêre spanning van 11 kV en ʼn sekondêre spanning van 380 V. Dit het ʼn las van 20 kW teen ʼn arbeidsfaktor van 0,88. Die rendement van die transformator is 89,9%. FIGUUR 5.5: DRIE-FASE TRANSFORMATOR Gegee: Vlp = 11 kV Vls = 380 V cosθ = 0,88 PL = 20 Kw ƞ = 89,9% 5.5.1 Noem EEN toepassing van hierdie transformator. (1) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

12 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) Bereken: 5.5.2 Die primêre en sekondêre fase spannings (4) 5.5.3 Die sekondêre lynstroom (3) 5.5.4 Die sekondêre fasestroom (3) 5.5.5 Die skyndrywing (3) 5.5.6 Die transformatorverhouding (3) 5.5.7 Die verliese in die transformator (3) 5.6 Verduidelik watter effek ʼn afname in die las op die primêre stroom van ʼn transformator sal hê. (2) [30] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 13 VRAAG 6: DRIEFASEMOTORS EN -AANSITTERS 6.1 Bespreek kortliks die konstruksie van ʼn kourotor-motor. (3) 6.2 Noem die verwantskap tussen die helling van die wringkrag en die glip oor die normale lasreeks van ʼn motor. (1) 6.3 Die rotorspoed van ʼn induksiemotor is 3 400 opm. Die sinchrone spoed is 3 600 opm en die motor het 4 poolpare. Gegee: Ns = 3 600 opm Nr = 3 400 opm p =2 Bereken: 6.3.1 Die frekwensie van die motor (3) 6.3.2 Die persentasie glip van die motor (3) 6.4 ʼn Delta-gekoppelde driefasemotor met ʼn insetdrywing van 10 kW trek 18,99 A wanneer dit aan die toevoer gekoppel is. Die motor het ʼn drywingsfaktor van 0,8 en ʼn rendement van 90%. Gegee: Pinset = 10 kW IL = 18,99 A cos θ = 0,8 ƞ = 90% Bereken: 6.4.1 Die lynspanning van die motor (3) 6.4.2 Bereken die uitsetdrywing van die motor (3) 6.4.3 Die reaktiewe drywing by die fasehoek van 36,87° (3) 6.5 Noem TWEE inspeksies en toetse wat jy op ʼn WS-motor sou uitvoer voordat jy dit installeer. (2) 6.6 Beskryf hoe elektriese vergrendeling in ʼn driefase vorentoe en agtertoe aansitter verkry word. (2) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

14 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) 6.7 Verwys na FIGUUR 6.7 van die beheerkring van ʼn driefase-motoraansitter en beantwoord die vrae wat volg. FIGUUR 6.7: DRIEFASE AANSITTER BEHEERKRING 6.7.1 Identifiseer die aansitter wat in FIGUUR 6.7 getoon word. (1) 6.7.2 Benoem die simbole gemerk A tot C. (3) 6.7.3 Noem die doel van die tydreëlaarkontakte in die stroombaan. (2) 6.7.4 Bepaal die instelling van die oorlading in die stroombaan as die motornaamplaat ʼn nominale stroom van 8 A het. (3) 6.7.5 Verduidelik wat met die werking van die stroombaan sou gebeur as die spoel van die deltakontaktor oopkring sou word. (3) [35] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 15 VRAAG 7: PROGRAMMEERBARE LOGIKABEHEERDERS 7.1 Beskryf kortliks wat ʼn programmeerbare logiese beheerder (PLB) is. (3) 7.2 Verduidelik die term modems met verwysing na PLB’s. (2) 7.3 Verwys na die logiese hek in FIGUUR 7.3 hieronder en beantwoord die vrae wat volg. A A >=1 UITSET OUTPUT UITSET OUTPUT B B FIGUUR 7.3: LOGIESE HEK-SIMBOOL 7.3.1 Identifiseer die logiese hek wat in FIGUUR 7.3 getoon word. (1) 7.3.2 Teken die leerlogikadiagram wat die hek in FIGUUR 7.3 voorstel. (3) 7.3.3 Voltooi die waarheidstabel deur die uitset langs die letter neer te skryf. A B UITSET 0 0 a 0 1 b 1 0 c 1 1 d (4) 7.4 Noem TWEE toepassings van vlaksensors in industriële en chemiese vervaardigingsaanlegte. (2) 7.5 Beskryf die basiese werksbeginsel van ʼn veranderlike spoedaandrywing wanneer dit die spoed van ʼn WS-induksiemotor beheer. (3) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

16 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) 7.6 Verwys na FIGUUR 7.6. FIGUUR 7.6: VERANDERLIKE SPOED BEHEER Beskryf die funksie van elk van die volgende: 7.6.1 Diode-brug-gelykrigter (2) 7.6.2 Filter (2) 7.6.3 Omkeerder (3) 7.7 Verwys na FIGUUR 7.7 en beantwoord die vrae wat volg. L1 Stop N/O1 Aansit M N/O2 N/T O/L M M M Lamp 1 Lamp 2 N FIGUUR 7.7: MOTOR-AANSITTER MET AANWYSINGSLAMPE 7.7.1 Beskryf die funksie van Lamp 1 in die stroombaan. (2) 7.7.2 Verduidelik die funksie van die oorbelasting wat in serie met die motor gekoppel is. (2) 7.7.3 Bespreek wat sou gebeur as Lamp 2 aaneengesmelt is. (2) 7.7.4 Teken ʼn benoemde diagram van die leerlogika vir FIGUUR 7.7. (9) [40] TOTAAL: 200 Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2023) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS 17 FORMULEBLAD RLC-KRINGE DRIE-FASE WS OPWEKKING 1 X L = 2πfL en XC = 2πfC STER 1 V fr = 2π√LC en I = R VL = √3 × VPH en VPH = IPH × ZPH 𝑃 = 𝑉𝐼 cos 𝜃 IL = IPH SERIE DELTA IT = IR = IL = IC VL = VPH en VPH = IPH × ZPH Z = √R2 + (XL − XC )2 IL = √3 × IPH VL = I × XL en VC = I × XC DRYWING S = √3VL IL VT = IZ en 𝑉𝑇 = √𝑉𝑅 2 + (𝑉𝐿 − 𝑉𝐶 )2 Q = √3VL IL sin θ R V cos θ = Z en cos θ = VR T P = √3VL IL cos θ X X V V 1 L Q = ZL = ZC = VL = VC = R √C P = S cos θ S S P PARALLEL cos θ = S VS = VR = VL = VC 𝑢𝑖𝑡𝑠𝑒𝑡 ƞ = 𝑖𝑛𝑠𝑒𝑡 × 100% V IR = RR TWEEWATTMETERMETODE V V IL = XL en IC = XC PT = W1 + W2 L C W −W tanθ = √3 (W1+W2) IT = √IR 2 + (IL − IC )2 1 2 DRIEWATTMETERMETODE V Z=I T PT = W1 + W2 + W3 I cos θ = IR T X X V V 1 L Q = ZL = ZC = VL = VC = R √C S S Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

18 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE: KRAGSTELSELS (EC/SEPTEMBER 2023) FORMULEBLAD DRIEFASETRANSFORMATORS DRIEFASEMOTORS EN -AANSITTERS STER STER VL = √3 × VPH en IL = IPH VL = √3 × VPH en IL = IPH DELTA DELTA VL = VPH en IL = √3 × IPH VL = VPH en IL = √3 × IPH DRYWING DRYWING 𝑆 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑆 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑄 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑄 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝑃 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑃 = √3𝑉𝐿 𝐼𝐿 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑃 = 𝑆 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑃 = 𝑆 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑃 𝑃 𝑐𝑜𝑠 𝜃 = 𝑆 𝑐𝑜𝑠 𝜃 = 𝑆 𝑃 ƞ = 𝑃𝑢𝑖𝑡𝑠𝑒𝑡 × 100% 𝑃𝑢𝑖𝑡𝑠𝑒𝑡 𝑖𝑛𝑠𝑒𝑡 ŋ=𝑃 × 100% 𝑢𝑖𝑡𝑠𝑒𝑡 +𝑣𝑒𝑟𝑙𝑖𝑒𝑠𝑒 MOTOR SPOED VPHP NP IPHS T. Verhouding = V =N =I PHS S PHP 60×f ns = p ns −nr %Glip = × 100% ns 𝑆 = N S − NR Oorbelastingstelling = 125 % x vollas stroom Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief