Logga effektförbrukningen

 

Hur man läser av de nya elmätarna och får effektförbrukningen i kW på ett visarinstrument.

 

Det gamla klassiska sättet är att montera strömtransformatorer.. men det kräver elbehörighet och pengar. På våra nya elmätarna finns en LED, lysdiod som blinkar i takt med elförbrukningen. Det står hur många impulser det kommer per kWh. På min mätare kommer det 10.000 imp/kWh. Vi har 16A huvudsäkring och 400V nätspänning. Det ger att vi kan max ta ut ca 11kW innan säkringarna sticker. (16×400×1.732=11085) Vid 10kW uttag kommer mätaren att blinka 10 ×10.000 = 100.000 impulser/timma. Delar vi detta med en timma (3600sek) så får vi att pulsfrekvenser blir ca 28Hz vid 10kW effektuttag. Frekvensen blir direkt proportionell mot effektuttaget. Hmmm... om vi nu placerar en ljuskänslig komponent framför den blinkande lysdioden, så kan vi avläsa effektuttaget. Utan att göra ingrepp på mätaren eller elinstallationen.

Vi kan bygga ett litet instrument för att ha koll på effektförbrukningen. Nu blir inte detta ett precisionsinstrument. Men man får en ganska noggrann fingervisning om vilken effektförbrukning man för tillfället har. Genom att trycka på knappen under displayen på elmätaren, går det oftast att hitta menyn för direkt visning av kW, utmärkt för att kalibrera sitt hemmagjorda instrument med.

Detta är ingen ny idé. Och inte min. Den kom direkt efter man börjat montera de nya elektroniska mätarna. Efter en del googlande så fann jag att alla använder datorer för att visa mer eller bättre grafer med statistik på förbrukad energi under dygnets olika timmar. Statistiken kommer ändå på elräkningen! Men jag ville läsa direkt på ett visarinstrument vad som förbrukas NU! Och varför låsa en dator dygnet runt för detta... hur mycket ström behöver den? Och det går att köpa en sensor hos en känd hobbyfirma...men 800:- SEK låter lite som ocker... visserligen är datorprogrammet 'gratis'. Och jag är förtjust i gamla fina visarinstrument som jag köper på loppisar. Här är ett perfekt objekt att använda dessa till.

Det har uppkommit lite diskussioner..." får man göra så här?" Ja varför får man inte titta på sin elmätare? Är den så lättmanipulerad? Kan man psyka den? Frågade en elleverantör, och de menade att det är helt OK, så länge man inte rör mätaren.

 

 

Detta är vår elmätare på Ekedalsvägen 11 i Jämjö. Den gula lysdioden blinkar 10.000 gånger per förbrukad kilowatttimme kWh.

 

 

 

Ha koll på effektförbrukningen

 

Med hjälp av några få komponenter så är det enkelt att ha koll på hushållets aktuella effektförbrukning. Inga µ-processorer behövs, bara en enkel logikgrind 4093. Vi har en värmepump som tar ca 3kW. Och innan har man aldrig märkt att varmvattenberedaren "tar ström". Men det märks direkt efter man spolat i kranen! Energin rinner helt synbart ut i avloppet. Ca 4,5mA tar kortet. 100µA instrumentet har här graderats med ny skala utskrivet på papper och limmats ovanpå den gamla skalan.

 

Analog kretslösning

Det enkla schemat. Ursprunget är hämtat ur boken "501", projekt 279, varvräknare för dieselmotorer. Kretsen drar ca 4,5mA. Eftersom "fototransistorn" är väldigt högohmig så satte jag en OP för att driva signalen i den 25 meter långa kabeln. Vårt mätarskåp står vid tomtgränsen. Innekretsen placerades direkt vid instrumentet. Det kan bli lite labbande med komponentvärdena för att passa sin egen mätare.

Vi har 16A huvudsäkringar, och teoretiskt kan vi då ta ut 400V×16A×1.732=ca 11.000W=11kW. Då kan det vara lämpligt att gradera instrumentet till 0 - 10kW. Med vår mätare med 10.000 pulser/kWh × 10 = 100.000 pulser/timma vid 10kW. Dividerar vi 100.000 med en timma (3600sekunder) så får vi frekvensen ungefär 28Hz. Med den frekvensen blinkar lysdioden på elmätaren vid 10kW effektuttag. Med hjälp av en pulsgenerator inställd på 28Hz kan instrumentet kalibreras på bänken innan montage. P1 trimmas till max utslag på instrumentet vid 10kW/28Hz.

Hur funkar det?? Pulserna från mätaren kommer in via C2, N1 snyggar till pulsen så att det blir skarpa flanker. N2 + N3 är en monostabil vippa som skapar en puls med bestämd längd, varje gång en puls kommer in på N1. Längden på den monostabila pulsen bestämmes av C5. Långsamma mätare(under 10Hz maxfrekvens) behöver ca 100nF, annars prova med 10nF. N4 driver instrumentet. och med P1 så bestämmes maxutslaget för en uträknad maxfrekvens från just den aktuella el-mätaren. C7 lugnar ner instrumentet. Utgången på N4 är en så kallad PWM signal. (Puls With Modulated). Det är avståndet mellan de monostabila pulserna som bestämmer utslaget på instrumentet. Medelvärdet blir lugnare med C7, men...det blir liksom "sirap" i instrumentet om C7 är för stor. När mätaren är nära "0" kommer pulserna mer sällan och då gungar mätarnålen lite i takt med inkommande pulser.

 

Avläsningen är helt beröringsfri. Fäste kortet på en Al-vinkel som sitter med kardborreband i skåpsidan. Det är ca 5mm luft mellan elmätaren och sensorkortet. Helt beröringsfri avläsning. Elbolaget skall inte kunna klandra mig för att manipulera med mätaren.

 

Under testningens gång så gick projektet igenom olika stadier...som jag samlat här...

 

 

Spika ihop din egen effektmeter

Med några enkla handverktyg går det att fixa sin egen effektmätare...vi spikar den på en brädstump! Får förfrågningar om kretskort...men jag har inte gjort något, spiktestade direkt, och har här justerat till den slutliga varianten. Ladda ner printprogrammet och ritningen längre ner, så kan ritningen skrivas ut i skala 1:1.

 

Börja med att fästa "hårdvaran!" Klistra byggmallen på en lättspikad brädbit. Slå i spikarna (nubben), skruva fast 'sockerbitarna' och dra de fasta trådarna. Skala av vanlig kopplingstråd, spara isoleringen till senare.

 

Förbind benen 6-10-12-13 på undersidan av IC-sockeln, böj dem inåt, det blir enklare. Använd en tunn tråd från kopplingstråden.. Böj de andra benen lite svagt uppåt, så blir det lättare att löda dem.

 

Sen "mjukvaran". Lite trångt, men det går. Två mässingsplåtar ska hålla instrumentet.

 

Placera lysdioden i "luften" Isolera vissa ben med den avskalade isoleringen från kopplingstråden.

 

Spänningsstabben 7805, 5V, ena benet direkt till kopplingsplinten.

 

Sensorn är samma, med BC550, som är beskriven längre upp. Testa kan du göra genom att använda din fjärkontroll till TV:n! Den avger infrarött ljus. Kolla på fjärrkontrollen genom din digitalkamera, då ser du att den blinkar. Här utrustad med ny skala, som är klistrad på baksidan av ordinarie skalplåten.

 

www.electrokit.se har en "påse" med komponenter för 199:-som passar hit.

Med hjälp av denna viewer (nedladdas från ABACOM) och denna ritning,(högerklicka och spara), så kan du skriva ut ritningen i exakt skala 1:1 på din egen skrivare

Ni som inte vill bygga själva kan titta på denna lösningen och slanta upp 2500:-

.

.

Testar med PIC-processor Digital/Analog lösning!

 

Tänkte kolla om det går att använda en PIC-processor tillsammans med ett vridspoleinstrument. PIC-processorn 12F683 har inbyggd PWM-funktion. Då behövs inte många komponenter, och det skulle gå att avläsa även de långsamma 1000-pulsers elmätarna. Problemet är att skapa sig en linjär funktion som kan läggas ut på processorns PWM-utgång. PWM, Puls Width Modulation, är en funktion där processorn varierar PWM-pulsens längd, då får vi en 'analog' utgång som kan kopplas till ett vridspolenstrument. Om vi börjar att räkna på en 10.000 pulsers el-mätare så får vi vid 10kW en pulsfrekvens av lysdioden från el-mätaren på ca 27,77Hz alltså.. under en sekund ca 28 pulser. Med formeln T=1/f... T=1/27,77 får vi fram att det är 0,036 Sekunder (36mS) mellan pulserna vid max effekt, 10kW. Sen blir det längre mellan pulserna vid lägre effektuttag. Formeln T=1/f är ingen linjär funktion! Får försöka kom runt den problematiken. PWM- funktionen i PIC-processorn jobbar med 10 bitar, mellan 0...1023, 1024steg. Men det går oxo bra med 8 bitar, 0...255, 256 steg...vilket ger en upplösning på 10000W/256=39 watt/steg. För att få en linjär funktion till PWM-styrningen så bearbetar processorn hur många gånger den hinner med att räkna en intern 1mS puls mellan inkommande pulser från el-mätaren. Därefter divideras talet 9216/med det räknade mS-pulstalet för att få PWM-värdet. ??? 36mS×256=9216. Vid max effektuttag, 10kW, hinnes det att räknas till 36 mS-pulser. 9216/36=256 = max PWM-värde. Och om effektuttaget är under 39W så blir det över 9216 räknade pulser. T.ex. 9216/9500= 0.96 och avrundas till 0 till PWM-värdet. För 1000 pulsers el-mätare blir det 92160/mS-pulstalet=PWM-värdet. Det är 360mS stegtid där. På labbänken funkar detta nu.

Nu har jag testat programmet några dagar och det ser ut att funka, både för 1000-pulsers mätare och 10.000-pulsers. Fick låna en fototransistor för test, och den funkar med 25 meter kabel till elskåpet med enbart processorns interna pullup-motstånd. Undrar hur det ser ut efter ett åskväder??? Borde kanske vara lite skydd där. Den som är intresserad kan tanka ner PIC-programmet, finns här. Kom gärna med förbättringar!

Det är inte många komponenter. De flesta är runt strömförsörjningen. Lysdioden blinkar i samma takt som inkommande pulser från mätaren. Den kan uteslutas. Jag hade den vid utveckling av programmet för att mäta tider och pulser med oscilloskopet. Om bygeln "test max freq" sättes så ges max ut på pwm-utgången som hjälp att justera in instrumentet till max med P1. Det är all justering som behövs. Testprogrammet visar även 100%, 75%, 50%, 25% , 10% och 0% utstyrning i en cykel så man kan verifiera sitt intstrument om det visar sanningen. Med den andra bygeln väljes 1000/10000 pulsers mätare.

 

Fältprov i köket

Här har jag kopplat upp PIC-processorn parallellt med den analoga och kontrollmäter med oscilloskopet bland julpyntet.. Pulsfrekvensen × 0.36 ger effekten direkt. 2,87Hz × 0,36 ger 1,03kW.. Det ser ut att stämma.

 

Provkopplingen

Provkopplingen med 12F683. Den processorn har en PWM-utgång som kan driva t.ex ett vridspoleinstrument.

 

Nytt kretskort

Efter lite grundtestning så togs ett nytt kretskort fram, som direkt kan skruvas fast på ett visarinstrument.

 

Sensorkortet

¨

Det nya sensorkortet med en fototransistor WP7113P3C (Electrokit). Hos mej är det 25 meter kabel mellan elskåpet och mätaren. Strömmen till fototransistorn kommer från det inbyggda "pullup" motståndet i PIC-kretsen. Jag fyllde upp med häftmassa runt fototransistorn för att spärra för ströljus.

 

Digitaliserad med analogt instrument

Då har effektmätaren hos Apell's blivit digitaliserad med analogt instrument! Står i köksfönstret, och frun har järnkoll på visaren! Det är -2,3C utanför och värmepumpen ser inte ut att vara fullt utnyttjad. Är det inte vackert med ett visarinstrument... mot fladdrande siffror i en display? Men visst, digitala siffror är noggrannare. Ett vridspoleinstrument är en mekanisk konstruktion som har några % felvisning. Och gamla surplusinstrument som har skramlat runt i lådor kan ha tvivekaktig noggrannhet. Electrokit kommer att ta fram ett "kit" till den här konstruktionen.

 

Här har jag modifierat ett stort 100µA instrument med inbyggd belysning. Lamporna byttes mot 6 st varmvita lysdioder. Vid testning av olika instrument så kunde det konstateras att flera var olinjära. De hade nog fått stryk i mekaniken. Upp till 5mA instrument fungerar klockrent. Med ett 10mA instrument så orkade inte PIC:en styra ut linjärt.

.

Dyr ström

Farbror Joakim hatar utgifter... han har koll på strömmen...

 

Hur många av oss heter inte "FRIEDLAND"? Det står så iallafall på tryckknappen utanför dörren. Oftast belyst med en liten lampa.

.

.

10 kronor/watt/år

Så mycket kostar det att kontinuerligt att ha grejer inkopplat... en väckarklocka kanske??

Tryckknappen är kopplad till en transformator och en "Ding-Dong" eller en ringklocka av något slag.

Jag får många mail angående effektmätaren. Anders, SM6WLH, som sände mig bilderna, berättade att när han var ung och sålde tidningar, så fungerade inte dörrklockan i ett av husen. Han fick banka på dörren eftersom farbrorn hade stängt av ringledningen! Varför? Jo, transformatorn tog 5 W i tomgångsström från elnätet. Och? Om vi nu räknar lite på detta. Strömmen kostar idag ca 1.50 kr/kWh med alla avgifter och abonnemang. Om 5 W är inkopplat kontinuerligt så har vi 365 dagar × 24 timmar = 8760 timmar/år och detta gånger 5 W = 43800 Wh… 43,8 kWh × 1,50 kr = 66:- kr/år!! Detta har ni nog aldrig tänkt på?  Anders gick till verket och kontrollmätte sin transformator. Den tog 2,34 W inklusive den lilla lampan i tryckknappen, vilket ger ca 31:- kr/år. Det kanske blir billigare med batterier? (Utan belyst tryckknapp). Batterier håller i många år om inte alltför många försäljare springer på dörren. En ringklocka kanske?

Hur många klockradio, TV, telefonladdare, ADSL-modem, routrar, rörelsedetektorer i lampor osv. är det inte som är inkopplade kontinuerligt? Ta en titt runt i hushållet! Det sitter en sladd i de flesta vägguttagen.

Överslagsmässigt så kostar varje kontinuerligt inkopplad watt c:a 10:- kr/år. Lägg handen på apparaterna. Är de ljumma så drar de "mycket" ström!

Transformatorer skall vara beräknade med tillräcklig järnkärna och rätt antalet varv med koppartråd för att hålla nere tomgångsströmmen. Men tomgångsströmmen belastar ju inte tillverkaren utan den får vi betala. Så för att tjäna (mycket) pengar så tummar tillverkarna lite på beräkningen. Med lite mindre kärna och färre antal varv med koppartråd så blir produkten både lättare och "billigare". Dessutom - gamla transformatorer är beräknade med 220 V. Numera är spänningen uppåt 240 V i väggarna.

 

Larm för överström

Steget är inte långt att lägga in övervakning för överström. Här sitter en summer och utgång för 12V relä. Summern störde systemet så jag har bytt den till ett relä.

 

Larmnivån justeras med trimpotentiometern. Lite hysteres har lagts in för att få ett distinkt omslag.

 

I verkligheten

 

En bekant har en firma som förbrukar massor med ström. Och emellanåt förbrukas det mer än vad abbonemanget har tecknats för..380kW. Och det kostar en bättre begagnad bil varje gång tariffen överskrides!

 

De fick nys om mitt projekt, så jag snabbfixade några kort. Problemet här var att maxfrekvensen på den blinkande lysdioden är 7.22Hz. Som Karlskronabo sa jag att det gaur inte. Historien är den att i västra blekinge så säger man till, så blir arbetet utfört...därför att det är 'tesagt'. Men i östra Blekinge så gnälls det och man svarar att det gaur inte...fast det är 'tesagt'.

Jag började att labba lite med komponenterna för denna låga frekvens, och det blev bättre och stabilare än jag trodde..

Nu var det läge att prova larmkretsen för överström. Med hystereskoppling så klarades även den låga gungande frekvensen. Ett bilrelä skruvades fast. Ringklockan under arbetar med 24V=, 200mA.

 

Oljud

En ringklocka av den tyngre (10kg) modellen installerades. Den låter som inkallning till gudstjänst! Och har redan gjort tjänst ett flertal gånger, så denna utrustning betalar sig snabbt. Nu får installationen göras om till ett mer proffsigt utförande.

return