Lichtnet vervuiling, wat is daar 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.
Andere hoofdstukken in het EMC deel:
Lichtnet vervuiling, wat is daar nou het echte probleem?
Op gezette tijden duiken er
in de pers berichten op over "lichtnetvervuiling". Er wordt
gerept over allerlei apparatuur die "stoorsignalen" in het lichtnet stuurt. 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 energie voorziening. De generatoren in de
elekticiteits centrales werken minder efficient als de spaning 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) 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. Zie hoofdstuk
5
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-fi 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.
Metingen in het gebied 10 Hz - 48 kHz
Met vrij eenvoudige
middelen kun je zelf metingen doen aan de lichtnet vervuiling in je huis of op
je kantoor/werk.
Het hoofdstuk Meetgereedschap beschrijft de
meetmiddelen en methodes die ik daarvoor gebruikt heb.
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. Dat is 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 zit.
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.