Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.

TechEkspert 01 Paź 2017 00:05 2559 2
  • Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.
    Częstotliwość napięcia sieciowego w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym jest obecnie stabilna i odchyłki od 50Hz są zwykle dość małe na poziomie kilkunastu-kilkudziesięciu mHz. Nic dziwnego, że niektóre zegarki elektroniczne nadal wykorzystują sieciowe 50Hz do odmierzania czasu. W warunkach domowych można zbadać dobowe wahania częstotliwości sieci z wykorzystaniem stabilnego źródła częstotliwości wzorcowej. Odbiornik GPS z wyjściem 1PPS (jeden impuls na sekundę) może być stabilnym wzorcem częstotliwości. Przy czasie bramkowania 1000s zliczone impulsy z sieci 50Hz pozwolą uzyskać teoretyczną rozdzielczość pomiaru 0,001Hz. Pomiar i rejestrację częstotliwości sieci można zrealizować z wykorzystaniem Arduino. Został wykorzystany odbiornik GPS Waveshare NEO-7M z anteną zewnętrzną. W ciągu kilkudniowego pomiaru minimalna częstotliwość wynosiła 49,943Hz a maksymalna 50,062Hz co daje odchyłkę max o 0,062Hz i świadczy o dobrej stabilności częstotliwości napięcia w KSE. Po zestawieniu zarejestrowanych danych z danymi o zapotrzebowaniu mocy w KSE można zauważyć powtarzające się schematy zmian częstotliwości:
    Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.

    Widoczne są skoki częstotliwości codziennie w godzinach 21-22 gdy następuje szybka zmiana zapotrzebowania na moc w systemie. Jest też pewna anomalia, która wystąpiła w czwartek około godziny 13, częstotliwość osiągnęła maksymalną wartość w okresie pomiaru 50,062Hz (lub wystąpił jakiś problem z dokładnością sygnału 1PPS z odbiornika GPS). To ciekawe że badając częstotliwość napięcia w gnieździe sieciowym w naszym domu możemy otrzymać informację o globalnych zjawiskach w KSE.

    Zmiany częstotliwości w KSE mają zasięg krajowy, dostępne są strony gdzie można obserwować częstotliwość napięcia sieciowego online:
    http://www.mainsfrequency.com/
    https://www.swissgrid.ch/swissgrid/en/home/experts/topics/frequency.html




    Polskiego odpowiednika takich stron nie znam.

    Arduino mini pro dodatkowo rejestrowało napięcie sieciowe, którego zmiany mają charakter lokalny i zależą od mocy pobieranej z transformatora 15/0.4kV, oraz spadków napięć w instalacji budynku:
    Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.

    Widoczne są pewne powtarzające się zależności:
    -wzrost napięcia sieciowego pod koniec dnia w późnych godzinach nocnych (mniej włączonych odbiorników)
    -spadek napięcia w okresie weekendu (więcej ludzi w domach uruchamia odbiorniki?)

    Schemat układu wejściowego dla Arduino mini pro kształtującego impulsy 50Hz oraz badającego wartość napięcia sieciowego:
    Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.

    Dlaczego runda 2 ?
    Tutaj znajdziecie materiał opisujący pierwszy etap eksperymentu pomiaru częstotliwości napięcia sieci:
    Tygodniowy pomiar częstotliwości napięcia sieciowego - eksperyment.
    Przy pierwszej próbie udało się wychwycić pewne zależności jednak pojawiały się duże błędy pomiarowe.
    W poprzednim materiale znajdziecie więcej szczegółów i kod programu rejestrującego dane na karcie SD.
    W wersji drugiej został zastosowany kondensator C3 w układzie kształtowania impulsów 50Hz, oraz liniowy (zamiast impulsowy) stabilizator 3.3V do zasilania układu, to pozwoliło na znaczną redukcję błędów pomiarowych.

    Eksperyment pomiaru zmian częstotliwości napięcia sieci w KSE udało się dokończyć dzięki dyskusji w temacie dot. poprzedniej próby pomiarowej:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3378920.html urządzenie działało od 19.09.2017 do 29.09.2017r.

    Okazuje się że częstotliwość napięcia sieciowego jest zaskakująco stabilna w porównaniu z poprzednimi dekadami:
    http://wysokienapiecie.pl/rynek/1468-rynek-energii-w-polsce-w-2015
    natomiast odbiorniki GPS dostępne w przystępnej cenie mogą być stabilnym źródeł częstotliwości wzorcowej.

    Być może materiał będzie dla kogoś inspiracją do udziału we właśnie trwającym ciekawym konkursie:
    Konkurs z NDN: Zaprezentuj własne urządzenie pomiarowe.


    Fajne!
  • #2 03 Paź 2017 18:11
    LechU
    Poziom 12  

    Szybkie pytanie ws. dokładności zegarków synchronizowanych częstotliwością sieci. Dla "punktualnego" mierzenia czasu nie do końca istotne są "chwilowe" odchyłki częstotliwości sieci od 50 Hz.

    Bardziej istotne (jak mi się wydaje) jest długoterminowa stabilność. Być może dałoby się coś o tej dokładności dowiedzieć gdyby np. była dokładnie znana odchyłka w okresie np. 1 dnia.

    Teoretycznie w ciągu 1 dnia siec powinna dostarczyć: 24[h]*60[min/h]*60[s/min]*50[imp/s]=4 320 000 impulsów. Czy próbował Pan "policzyć" impulsy w tak długim czasie?

  • #3 03 Paź 2017 19:02
    TechEkspert
    Redaktor

    @LechU dla zegarków średnia częstotliwość będzie istotna i patrząc na te dane: http://wysokienapiecie.pl/rynek/1468-rynek-energii-w-polsce-w-2015 od 2008-2015 średnia częstotliwość wynosi 50,000Hz czyli nie jest źle.

    Sprawdziłem jak wyglądają dane zarejestrowane podczas eksperymentu,
    doba to 24*60*60=86400s,
    nieco dłuższy okres 87000s (doba i 10 min) to 87 cykli pomiarowych i 4350000 impulsów sieci 50Hz.

    Sprawdziłem kolejne grupy 87 cykli i odchyłki od 4350000 impulsów wynoszą:
    -224
    1069
    -304
    -522
    -237
    185
    324
    -466
    -640
    97

    Co dla 10 dni daje odchyłkę o:
    -718 impulsów

    Licząc w ten sposób podejrzewam że mogą kumulować się błędy pomiaru, także trudno określić jaka naprawdę była średnia odchyłka,
    aby to zrobić można wykorzystać wspomniany zegarek taktowany z sieci i drugi porównawczy np. synchronizowany DCF.

TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo