In het kort:
Lichtnetvervuiling is een serieus probleem......voor het energie distributie netwerk en de elektriciteits centrales. NIET voor je (audio) apparatuur thuis.
De (soms dure) maatregelen als filters, speciale stroomkabels, aparte eindgroep, etc.dragen niet bij aan de geluidskwaliteit. Weggegooid geld en moeite.
Verwante onderwerpen:
Storing, EMC
Lichtnet vervuiling, wat is daarbij nou het echte probleem?
Metingen van lichtnet vervuiling in het frequentie gebied 10 Hz - 48 kHz.
Metingen van lichtnetvervuiling in het frequentie gebied 10 kHz - 3 MHz.
Lichtnet vervuiling, wat is het echte probleem?
Op
gezette tijden duiken er
in de pers berichten op over "lichtnetvervuiling". Er wordt
gerept over allerlei apparatuur die "stoorsignalen" het lichtnet
instuurt. Er is
ook sprake van (nieuwe) regelgeving op dit gebied, die als doel heeft
het beperken van
de hoeveelheid "vervuiling" die een apparaat in het lichtnet mag
veroorzaken.
De achtergrond hiervan is 2-ledig. Eerstens het handhaven van een goede
"cosinus-fi" en tweedens het bestrijden van hogere harmonischen in het
lichtnet.
Deze
aspecten vallen binnen het gebied van de EMC-regelgeving
omdat het lichtnet zelf ook als een apparaat of systeem beschouwd moet
worden
dat niet gestoord mag worden. Het gaat om de handhaving van een
betrouwbaar, stabiel en
efficiënt lichtnet.
Een verwant begrip dat regelmatig in de literatuur opduikt is "Power
Factor
Correction".
-
Cosinus-ø (spreek uit: Cosinus Fie) Dat is een al oud probleem bij de energievoorziening. De generatoren in de elekticiteits centrales werken minder efficient als de spanning en de stroom niet in fase zijn. Bovendien levert het transport van de stroom die niet in fase met de spanning is (de z.g. blindstroom of blind vermogen) wel verliezen op in de leidingen, maar die kunnen niet in rekening worden gebracht bij de eindverbruikers. Het begrip cosinus-ø geeft aan hoeveel de fase van de stroom verschoven is t.o.v. de spanning bij een gegeven apparaat. De waarde 1 betekent in fase, 0 betekent 90° uit fase, oftewel geen afname van vermogen -de kWh meter loopt niet- maar er loopt wel stroom.
Traditioneel zijn de meeste grootverbruikers enigzins inductief (elektromotoren), d.w.z. dat de stroom achter loopt bij de spanning. In het lichtnet (hoogspanningsnet) worden er dan condensatoren bijgeschakeld om de faseverschuiving te reduceren. En dan komt het volgende probleem in beeld:
-
Harmonischen. Dit is een wat nieuwer probleem. Allerlei elektronische apparatuur waarmee de wereld nu vergeven is trekt alleen stroom in de pieken van de spanning die het lichtnet aanbiedt. Dat leidt ertoe dat er in het lichtnet niet alleen mooie sinusvormige stromen van 50 Hz lopen, maar ook veel harmonischen, veelvouden van 50 of 100 Hz.
HET probleem hiermee wordt ervaren bij de energiebedrijven en in het hoogspanningsnet. Deze harmonischen leiden tot excessieve stromen in de condensatoren die bijgeschakeld moeten worden om de cosinus-ø naar 1 te dwingen. Bovendien leiden die piekstromen tot aanzienlijk grotere leiding verliezen. De leidingverliezen gaan n.l. met het kwadraat van de stroom. Voorbeeld: Als de dubbele stroom gedurende de helft van de tijd vloeit zijn de leidingverliezen (kwadraat, dus 4 x zoveel, maar gedurende de helft van de tijd) verdubbeld.
Hieronder
zie je een gebruikelijk schema van het voedingsdeel van een versterker. De
reservoir condensatoren worden alleen bijgevuld als de getransformeerde
netspanning groter is dan de gelijkspanning die sinds het vorige bijladen nog op
de condensator staat. Als een groot deel van de verbruikers van
deze aard is zal de ook de netspanning afgeplatte toppen vertonen. En dat is tegenwoordig vrijwel overal zo.
Over vervuiling met hoogfrequente signalen
Nogal
wat elektronische apparatuur gebruikt z.g. schakelende voedingen. (Audio
versterkers meestal niet, maar digitale audio apparatuur, TV's en PC's en
zo meestal wel) Dit soort voedings circuits kan in beginsel zeer veel
hoogfrequente storing veroorzaken, waardoor radio en TV ontvangst gehinderd zou
kunnen worden. Zulke apparatuur moet voorzien zijn van goede netfilters om te
voorkomen dat die storing via de lichtnet leidingen, die ook als zend antenne
werken, uitgestraald wordt.
Ook gebruiken alle digitale apparaten (CD / DVD speler, PC om er maar een paar te noemen) zeer hoogfrequente signalen voor de interne werking. Bij PC's al meerdere Giga Hz. Deze signalen kunnen zonder degelijke voorzieningen "de kast uitkomen" en zo het radio/TV verkeer storen.
Al geruime tijd klagen (korte golf) radio amateurs dat er vrijwel geen lange afstands ontvangst meer mogelijk is door de "elektro smog" vooral van computers. En dan gaan een aantal computer gebruikers uit pure gekkigheid nog eens flink aan "case modding" doen, waardoor de EMC afscherming van de PC-kast -bij de meeste PC's toch al zeer matig- volledig onderuit gehaald wordt.
Bij frequenties boven ca. 80 MHz vindt vrijwel alle overdracht plaats door antenne werking. Bij (veel) lagere frequenties is er meestal sprake van geleiding, en er is een overgangs gebied waarin zowel geleiding als antenne werking een rol kunnen spelen. (Die grens van 80 MHz komt uit de medische EMC norm)
Ik heb eens wat metingen aan lichtnetvervuiling gedaan. Hieronder wat resultaten en hoe ik dat gedaan heb.
Voorzichtig! Gevaarlijke spanningen.
Let erop dat je met lichtnet spanning bezig bent. Aanraken kan ernstige gevolgen hebben. Een fout in de schakeling kan rook en vuur doen ontstaan. Als je over een scheidings / regeltransformator kunt beschikken gebruik die dan om voorzichtig en gescheiden van het lichtnet de spanning op te voeren en te zien dat alles volgens plan gaat.
Metingen in het gebied 10 Hz - 48 kHz
Voor
het meten
van de lichtnetvervuiling in het audiofrequente gebied heb ik een klein
transformatortje gebruikt van 230 Volt naar 12 Volt, en nog een paar
weerstandjes om het signaalnivo op ongeveer 0.6 Volt effectief te
brengen.
Verder gebruikte ik een Creative Labs USB audio apparaatje Audigy NX2
en de SpectrumLab analyser
software. Beide ondersteunen een sample frequentie van 96 kHz, zodat ik
tot 48
kHz kon meten.
Je kunt die software hier
downloaden, het is freeware. Gebruik wel het .INI bestand dat
meekomt met de
download. Zet dat bestand na het installeren in de programma map.
De
standaard instellingen van dit programma zijn voor een heel andere
tak van
sport bedoeld.
Fig. 1. De meetprobe voor audiofrequente signalen op het lichtnet.
Hier
voldoet een kleine
printtrafo. Kies de weerstanden zo dat de ingang van de geluidskaart
niet
overstuurd wordt. Met 0.5 tot 1 Volt gaat dat meestal wel goed. Beide
kanalen van de
geluidskaart krijgen hetzelfde signaal. Ik had een 12-volt trafo ter
beschikking.
Je kunt testen of de trafo het spectrum wel goed doorgeeft door een
blokgolf signaal aan te leggen. Dat moet er redelijk netjes doorheen
komen. SpectrumLab heeft zo'n generator aan boord.
Fig.
1. Het spectrum
van het lichtnet in mijn huis.
We zien de derde en de negende harmonische op -35 dB t.o.v. de 230 Volt. Dat is 4 Volt.
Voorbij 1 kHz hebben we nog -50 dB of 0.7 Volt en voorbij 2 kHz is het -70 dB of 70 mV of zwakker.
Fig. 2. Het spectrum van het lichtnet op mijn kantoor (ca. 2006). Dat was op de tweede verdieping in een gebouw waar pakweg 250 computers staan en er is uiteraard TL-verlichting. Het gebouw staat op een industrieterrein.
We zien de 3e en de 5e harmonische op -32 dB t.o.v. de 230 Volt. Dat is 5.7 Volt.
Voorbij 1 kHz is de storing afgenomen tot -45 dB of 1.3 V. Voorbij 2 kHz is het -80 dB of 23 mV
Metingen in het gebied 10 kHz tot 3 MHz.
Voor het frequentiegebied boven 20 kHz kun je meten met een oscilloscope en een eenvoudig filtertje / transformator.
Ik
heb differentieel
gemeten tussen fase en nul, en common mode tussen veiligheids aarde en
nul. Niet tussen fase en nul, want als je dit filter aansluit
tussen de veiligheidsaarde en de fase is
er goede kans dat de aardlekschakelaar aanspreekt; er gaat 20 mA
foutstroom
lopen.
Fig.3. Filter voor het meten in het frequentiegebied van 10 kHz tot 3 MHz.
C: 0.27 uF 1000 VAC/DC.
Trafo: Schaffner RN122-4 ontstoorspoeltje 2 x 3.3 mH.
Deze schakeling heeft een bandbreedte van 10 kHz tot 3 MHz.
Opm: De beperking van 3MHz komt door de spreidings zelfinductie van de trafo en wellicht de verliezen in het kernmateriaal.
Fig. 4. Differential mode. hor: 5 ms/div.
Bovenste spoor: 200 mV/div.
Onderste spoor: De lichtnet spanning, ca. 150 V/div.
Opvallend zijn de transiënten aan de rand van de afplattingen van de lichtnetsinus. Het feit ze daar zitten verbaast me niet, wel dat ze paarsgewijs positief en negatief zijn. Ik heb daar geen verklaring voor; ik zou ze om-en-om positief en negatief verwacht hebben. Mail me als je een idee hebt over hoe dit zou kunnen komen.
Fig. 5. Common mode. hor: 5 ms/div.
Bovenste spoor: 200 mV/div
Onderste spoor: De lichtnet spanning, ca. 150 V/div.
Fig. 6. Common mode. hor: 50 mV/div. vert: 1us/div.
Met enige moeite kon ik triggeren op een hoogfrequente component. Het bleek om Radio 747 AM te gaan.
Met een radio erbij was de correlatie met de spraak/muziek goed te zien / horen.
-
Wat opvalt in de spectra is dat het boven 8 à 10 kHz zo stil wordt. Thuis is het iets stiller dan op kantoor, en dat is niet verwonderlijk met zoveel computers. De meeste computers zijn goed voor 2 stoorbronnen, de PC zelf en de monitor.
-
Nee, die stilte komt niet omdat de meet-trafo de wat hogere frequenties tegen houdt. Dat is geverifieerd met een signaal generator.
-
De metingen in het frequentie gebied van 10 kHz tot 3 MHz geven aan dat de storing ver onder 1 Volt zit.
.