Hat das mit der Netzfrequenz zu tun?
Einer unserer Praktikanten hat aus einem Stück Alu-Folie, das er seitlich auf eine Aufputz-Steckdose im Keller geklebt hat, und einem sogenannten „Darlington-Pair“ ein Netzfrequenz-Messgerät gebastelt. Also bei Stromausfall zeigt es Null an und sonst iwas um die 50Hz. Aber iwi scheint es nicht mit der tatsächlichen Netzfrequenz in Dland zusammenzupassen. Er hat mir zwei Bilder von gestern um 08:00 und von 15:00 geschickt. In der jeweils oberen Hälfte sieht man seine Messwerte, die die Abweichung von 50Hz angeben... Und in der jeweils unteren Hälfte sieht man ein Bild von gridradar...
Kann es sein, dass die Netzfrequenz in Schwerin anders als an der Messstelle von gridradar ist?
Oder liegt es an unserem BHKW?
3 Antworten
Nettes Projekt, aber hier prallen zu viele Einflüsse zusammen.
Selbst präzise Messgeräte haben Toleranzen an ihren Eingangskreisen sowie Geräteeigenzeiten. Abweichungen gibt es selbst bei Produkten des gleichen Typs vom gleichen Hersteller, bewegen sich aber innerhalb der vom Hersteller angegebenen Toleranzen. Dennoch werden die Kurven von solch zwei Geräten gar bei haargenau der selben Messstelle nicht deckungsgleich sein.
Nun kommt dieses DIY-Projekt mit äußerst großem Fehlerpotential daher. Wie gut geht es mit Oberschwingungen um? Wie gut ist der Algorithmus zur Berechnung der Frequenz? Wie viele Additionen von Fehlerquellen und Toleranzen bringt es sonst mit sich?
Dann wird dieses Ergebnis mit den 15min Durchschnittswerten von Gridradar, die über mehrere Messestationen gebildet werden, verglichen.
Hier sollte man keine großen Ansprüche auf die Präzision der eigenen Messungen haben :)
Ich denke man muss erstmal einordnen, welche Genauigkeitsanforderungen man auf dieses Projekt selbst hat. Es wird wohl kaum möglich sein, mit Alufolie und etwas DIY eine Genauigkeit wie ein 2000€ Messgerät, denen die Primärgrößen über präzise Spannungswandler zugeführt werden, zu erreichen.
Wenn es aber darum geht, das Ding zu optimieren, fallen mir als Tipps ein:
- Tiefpassfilter einbauen um Oberschwingungen zu blocken.
- wie genau ist die Referenzfrequenz des verwendeten Microcontrollers?
- Abtastrate des ADC ist das eine, die Verarbeitungszeit des Codes das andere
Wenn bspw. der errechnete Abstand zwischen zwei Wellenbergen/-tälern sich bezogen auf 20 ms nur um 4 us unterscheidet, landet man schon bei 50,01 Hz.
dass er die Ausschläge auf Plausibilität prüfen soll?
Das ist mMn schon ein sehr guter Ansatz. Wie verlässlich sind meine Min-Max-Werte? (Oder Nulldurchgänge, je nach Algorithmus).
Eingänge können wie Antennen sein, da mogelt sich alles mögliche rein. Geschirmte Leitungen mit ein- oder beidseitiger Erdung verwenden (bei einseitiger Erdung die Erdung quellseitig). Adernpaare verdrillen. Sich in Elektronikfachkundebüchern Anregungen holen.
- als Referenzfrequenz nutzt er NTP Server und glaubt, dass er damit nur einen Fehler von unter 10msec (die halbe Ping-Zeit) pro Viertel-Stunde hat... also 10ppm... diese 10msec verteilen sich dann auf 50·15·60 Wellen... oder? also:222nsec pro Welle... also 49,999'444Hz... oder?
- er bentzt keinen ADC sondern den sogenannten Schmitt-Triigger...
- so ein Elektronik-Buch wär gut... aber eigentlich studiert er Informatik... und dieses Klebe-Dings ist nur eine seiner Ideen für ein IoT Praktikum, das er bei uns macht... ich wollte jetzt nur wissen, ob es was mit der Realität zu tun hat oder nur Strom frisst und gut in seinem Praktikums-Bericht aussieht... grins
- kann es also sein, dass an verschiedenen Orten die Frequenz unterschiedlich ist? Also dass es etwas dauert, bis sich eine Belastung in ganz Europa zeigt? oder geht das quasi mit Lichtgeschwindigkeit durch das ganze Netz in ganz Europa?
Die Frequenz im Verbundnetz ist überall gleich, deshalb ist es auch egal, wo sie gemessen wird. Das System ist synchron. Lokale Abweichungen durch Phasenverschiebungen treten vor, sind aber nur kurzzeitig bzw. schnell abgeklungen und verfälschen daher das gemittelte Ergebnis nicht.
Die Signalgeschwindigkeit von Strom ist nah an der Lichtgeschwindigkeit (nicht zu verwechseln mit der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit von Elektronen).
Wenn der Kern des Vorhabens IoT ist, würde ich dann auch nicht zu viel Energie in die präzise Erfassung reinstecken :)
- aber die Laufzeit für Licht von Spanien nach Flensburg wäre wohl über 10msec.... oder? 2500km/(3·10^8 m/s)... oder verrechne ich mich? ich hab bei Physik beim Abi augehört...
- ja ok... dann hör ich auf, ihn mit der fehlenden Korrelation zu nerven... er war schon leicht „getriggert“ von meinem Fragen... das mit dem Filter für Störungen werde ich ihm aber noch empfehlen... wenn also nach 10msec der nächste Impuls aus dem Schmitt-Trigger kommt, dann soll er den vergessen... und wenn nach 30msec keiner da ist, dann zählt er ihn trotzdem mit... mal sehn, wie es dann aussieht...
- oder kann es vorkommen, dass mal eine Welle fehlt? nee oder? dann müssten ja die Generatoren eine Umdrehung überspringen.... das meiste ist ja noch aus solchen Generatoren....
Du verwechselst hier Amplituden oder Beträge mit der Periodendauer bzw. Frequenz :)
Die Spannungen haben alleine durch die ganzen Transformatoren im Netz nicht alle zum gleichen Zeitpunkt ihre Höhen und Tiefen. Ein klassischer Dyn5-Netztransformator hat bspw. auf der 400V-Seite eine 5*30° Phasenverschiebung ggü. der 10kV-Seite. Das ändert aber nichts an den zeitlichen Abständen der Wellenberge oder -täler oder Nulldurchgänge. Daraus ergibt sich dann die Frequenz :)
Zur Laufzeit:
Angenommen wir haben eine Stichleitung von Flensburg nach Madrid (2400 km). Die Leitung sei zunächst spannungslos. Wenn wir in Flensburg nun einen Generator anschmeißen, kommt das elektrische Signal, genauer die Störung im elektromagnetischen Feld - in
t = 2400 km / 300.000 km/s = 0,008 s = 8 ms
in Madrid an.
Wie bereits gesagt, ist die Signallaufzeit aber nicht die Periodendauer des Signals.
Zur fehlenden Welle:
Nein, das kann es im gesunden Netz nicht geben.
So ist es. aber beim Verbundnetz reden wir nicht davon, dass in Flensburg der einzige Sychrongenerator steht und alles versorgt. Es gibt hunderte Generatoren, die in das aktive Verbundnetz speisen.
Damit ein Generator eine Wechselspannung mit 50 Hz generiert, braucht es dafür abhängig von seiner Konstruktion (magnetische Polpaare usw.) eine bestimmte Umdrehungszahl pro Sekunde. Wenn das Netz belastet wird, muss der Generator jetzt nicht schneller drehen (was bei Laien oftmals der erste Gedanke ist), sondern die Kraft, die den Generator antreibt, muss jetzt erhöht werden. Wir nennen das Regelenergie bzw. Primärregelenergie, wenn es sich dabei um Öl, Gas, Kohle usw. handelt.
Da das Stromnetz nicht durchgehend mit einer konstanten, sondern durchgehend mit einer schwankenden Last belastet wird, muss diese Regelung in Abhängigkeit von der Belastung ausgelegt werden.
Steigt die Last ohne dass der Generator gleichzeitig mehr Power bekommt, dreht er langsamer und die Frequenz sinkt.
Sinkt die Last, ohne dass dem Generator gleichzeitig weniger Power zugeführt wird, dreht er schneller und die Frequenz steigt.
Wenn wir uns ein Netz vorstellen, dass nur aus einem Generator in Flensburg besteht und in Madrid just eine hohe Last zugeschaltet wird, kommt diese Information bzw. die Auswirkung erst nach 8ms beim Generator an. Anschließend reagiert die Regelung und die Anpassung wiederum braucht 8ms, bis es in Madrid angekommen ist.
Ein Messgerät, dass in Madrid sitzt, wird bei der Aufzeichnung in diesem Zeitfenster eine abweichende Frequenz ermitteln. Ein Messgerät in Flensburg wird das aber auch tun, nur dass die Zeitpunkte ihrer jeweiligen Zeitfenster um 8ms versetzt sind.
Nun ist es aber so, dass nicht nur in Flensburg, sondern auch an ganz vielen anderen Orten Generatoren arbeiten und die Lastschwankung dann auch lokal kompensiert wird. D.h. vom Eintritt der Schwankung bis zur Kompensation vergeht eine viel, viel kürzere Zeit als die 8ms.
Stellen wir uns dabei ein 2400-km-langes Fahrrad vor. Vom Anfang bis zum Ende seien alle 2 m Pedale und ein Sattel, wo ein Fahrer drauf sitzen kann. D.h. Alle Pedale seien miteinander verbunden, sodass die hunderten an Fahrer gewzungen sind mit der gleichen Geschwindigkeit auf die Pedale zu treten.
ok... ja... das leuchtet mir jetzt ein... wenn es an einem Ort über Minuten hinweg eine andere Frequenz gäbe, dann würden dort wohl komische Ströme auftreten... bis hin zum Kurzschluss... je nach Phasenverschiebung...
also müsste das IoT Spielzeug eigentlich das Gleiche sagen wie gridradar....
Das stabilste was es im Stromnetz gibt, ist die Frequenz. Jeder andere Wert kann sich, abhängig von der Belastung, ändern Das Stromnetze wird in der Regel im Verbund mit allen Kraftwerken betrieben, und dadurch ergeben sich keine Unterschiede in der Frequenz.
Ich spreche hier nur von Deutschland.
Die Schwankungen bewegen sich im Bereich vpn plus minus 0,04 Hz. Das ist gegenüber 50 Hz eine Abweichung von 0,08 %. Das ist völlig normal und spielt praktisch absolut überhaupt gar keine Rolle.
Würde man die Frequenz in einem Koordinatensystem aufzeichnen, das von 0 bis 50 Hz geht, hätte man einen geraden Strich bei 50 Hz.
also könnte es sein, dass er Wellenberge/-täler „übersieht“ oder auch welche „sieht“, die gar nicht da sind?
soll ich ihm sagen, dass er die Ausschläge auf Plausibilität prüfen soll? also wenn ein Signal zu lange fehlt oder zu schnell kommt, dann wird es hinzugedichtet oder ignoriert?