Einfache Schaltung, die auch kurze Stromnetzausfälle registriert

Eigentlich eine Spielerei, hat jedoch einen ernsthaften Hintergrund.
Immer wieder sind bei uns in der Gegend Stromausfälle für Minuten bis teilweise Stunden.
Mein Verdacht, es handelt sich um Redispatch, also gezieltes Schalten im Stromnetz.
Unsere ländliche Gegend bietet sich dafür an, kaum Industrie, Krankenhäuser, etc.

Immer wieder ohne erkennbaren Grund stürzte mein PC ab.
Da es sich um ein unixoides Betriebssystem handelt, kein Win, ist ein Hardwarefehler naheliegend.
So gönnte ich dem Rechner eine kleine USV, Volltreffer!
Teilweise mehrmals am Tag haben wir sehr kurze Stromausfälle, es flackert das Licht.
Ist das Flackern deutlich wahrnehmbar, klackert auch manchmal das Relais in der USV.
So kam ich auf die Idee, folgende Schaltung zu bauen.



Es gibt natürlich einen kleinen Haken, bei Stromausfall liefert ein Steckernetzteil keinen Strom.
Bei mir kein Problem, da ich in der Funkbude zusätzlich Stromversorgung Akku 12 Volt habe.
Soll die Schaltung nur Stunden bis wenige Tage in Betrieb sein, geht natürlich Batteriebetrieb.
MOS-Logik wie 40er sind extrem genügsam beim Stromverbrauch, wenn man sie nicht schnell taktet.
Den meisten Strom, sofern keine LED leuchtet, dürfte der 78L05 ziehen.
Bei der Spannungsversorgung DC geht 7 bis 28 Volt, 9 oder 12 Volt bietet sich an.

Herzstück der Schaltung ist der 4040, ein zwölfstufiger Binärzähler.
Erhält er an CLK, Pin 10, ein LO, zählt er um 1 weiter, die erste LED geht an.
Beim nächsten Stromausfall, erneutes LO an CLK, wird wieder um 1 weitergezählt.
Bei 4 Bit binär kann man noch einfach im Kopf umrechnen, was das dezimal ist.
Anzeige 4 Bit mit 4 LEDs sollte locker reichen, kann nach Belieben bis 12 Bit erweitert werden.

Wie füttern wir artgerecht den Eingang CLK des Binärzählers?
Vom Prinzip her ganz einfach, bei Netzstromausfall haben wir LO.
Das LO für den 4040 muss vernünftig aufbereitet werden, auch will er eine steile Flanke sehen.
Der Trafo TR1 ist unsere Verbindung zur Außenwelt, dem Stromnetz, Steckdose.
Wer hat, nimmt ein älteres Steckernetzteil Wechselspannung mit Trafo.
Es geht auch ein Trafonetzteil Gleichspannung nur mit Gleichrichter ohne Siebelko, nahm ich.
Ob nun 50 Hz oder 100 Hz nach einfacher Gleichrichtung ankommen, ist relativ egal.

Unser Wechselspannungssignal wird über D1 gleichgerichtet und mit D2 auf ca. 5 V begrenzt.
Anfangs nahm ich bei der Zenerdiode D2 4,7 Volt, kann je nach Toleranz knapp werden.
Zenerdiode 5,1 Volt ist besser, auch hat sie gegenüber 4,7 Volt eine steilere Kennlinie.
Beim 40106 handelt es sich um einen Schmitt-Trigger, also mit Hysterese.
Sein Hysteresebereich ist bei 5 Volt Betriebsspannung etwa < 1,4 V für LO und > 3,6 V für HI.
Zu hoch darf die Zenerspannung nicht sein, darf maximal die Betriebsspannung des 40106 erreichen.

C2 zu C1 parallel ist optional, um die Zeit zu vergrößern, ab wann der Zähler anspricht.
Je nach Trafospannung geht mit 330 nF etwa eine maximal zulässige Ausfallzeit bis 0,5 Sekunden.
Mit dem Poti R4 kann man sie verkleinern, sogar nur eine fehlende Halbwelle detektieren.
Beim 40106 werden lediglich die Gatter A und B genutzt, um eine Hysterese zu realisieren.
Damit die anderen Gatter nicht in der Luft hängen, wurden sie zusammengeschaltet.
Ob man am Eingang HI oder LO nimmt, ist egal, Hauptsache, da schwingt nichts.
Im nächsten Teil Aufbau, Abgleich und Erläuterungen, sowie weitere Verwendungsmöglichkeiten.

Andreas

Christian, die Schaltung sollte möglichst einfach sein!

Man kann sie geringfügig erweitern, um auch Überspannungen zu erfassen.
Man nehme einen Komparator, der ab einer Überspannung, Spannungsspitze, anspricht.
Daraus macht man ein LO, was über ODER-Verknüpfung zum Zählereingang geht.

Seit einiger Zeit scheint System Average Interruption Duration Index (SAIDI) gängig zu sein.
Bei uns in der Gegend liegt der Wert in der Gegend 13 Minuten pro Jahr.
Der Wert erfasst allerdings erst Ausfälle ab drei Minuten.
Wenn Tante Trude 5 Minuten Unterbrechung beim Bügeln hat, stört das wenig.
Die wird erst sauer, wenn der Tiefkühlschrank mehrere Stunden stromlos ist.
Wie Du schildertest, stören in der Industrie selbst kurze Ausfälle erheblich.

Ich suchte etwas im www nach einer aussagekräftigen Tabelle Redispatch:
blackout-vorsorge-beratung.de/…men-steigen-exponentiell/
Interessant ist im Artikel die Tabelle, die Schaltmaßnahmen gehen steil nach oben.
Das dürften hauptsächlich die Verursacher von kurzen Unterbrechungen und Spannungsspitzen sein.

Andreas

Werner, da ist kein Oszillator!

Mit den Schmitt-Triggern kann man auch einfache Oszillatoren bauen.
Hier nutze ich lediglich die Hysterese aus.
Vereinfacht gesagt ist es ein AM-Demodulator rund um IC1.
Fehlen Halbwellen vom Trafo, sinkt die Spannung an C1 + C2.
Ist eine mit R4 einstellbare Schwelle unterschritten, geht ein LO an den Zähler.
Ansonsten wird da nichts getaktet.

Andreas

Aufbau des Stomausfallzählers

Das Layout wählte ich so, daß prima Aufbau Punktraster möglich ist, einfacher Nachbau.
Es kommt kein SMD vor, alles bedrahtete Bauelemente, die gut erhältlich sind.
Den ICs spendierte ich Fassungen, selbst Präzisionsfassungen sind heutzutage günstig.
Kleiner Tip, man nehme Buchsenleiste mit gedrehten Kontakten, schneidet die gewünschte Länge ab.
Damit beim Einlöten nichts schlockert, entweder IC einstecken oder im rechten Winkel Buchsenleiste.

Ganz ohne Brücke im Layout geht es nicht.
Eventuell nimmt man bei der Verbindung Pin1 40106 zu C1 isolierten Draht, wenn es eng wird.
Die zweite Brücke entfällt bei mir, ich setzte die Steckverbinder AC und DC etwas anders, Stifte.
Beim Poti R4 ließ ich etwas Platz, nahm ein sehr kleines Keramikpoti.
Man kann auch problemlos stehende Spindeltrimmer oder übliche stehende Trimmpotis nehmen.

Endkontrolle
Mich erwischte es beinahe, zum Glück waren die ICs nicht gesteckt, eine Masse falsch angelötet.
Lieber vorher die Massen mit einem Ohmmeter überprüfen, ob überall angeschlossen.
Dann ohne ICs mit angelegter Spannung prüfen, ob 5 Volt Betriebsspannung für die ICs vorhanden.

Inbetriebnahme, Abgleich
Man drehe das Poti auf Mittelstellung.
Vermutlich wird beim Einschalten mindestens eine LED leuchten.
Eine Wechselspannung an D1 liegt an.
Wir drücken Reset, den Taster, alle LEDs müssen dann aus sein.
Dann drehen wir am Poti im Uhrzeigersinn, kurz vor Ende wird eine LED leuchten.
Die Stellung sich merken, eventuell markieren.
Ab da liegt beim Zählereingang dauerhaft LO an, der Schmitt-Trigger kommt nicht mehr auf HI.
Wir drehen etwas zurück, empfindlichste Einstellung, selbst eine fehlende Halbwelle wird erkannt.
Soll die Schaltung deutlich träger sein, erst ab etwa 0,2 Sekunden ansprechen, wird C2 bestückt.
Bei C2 kann man statt 330 nF je nach Wunsch auch deutlich größere Werte nehmen.
Ich orientierte mich bei der Einstellung an der USV, ab wann die etwa aktiv wird.
Will man nicht herumexperimentieren, lässt man das Poti in Mittelstellung und bestückt nicht C2.

Wozu taugt die Schaltung noch?
Manchmal hat man Reparaturgeräte, die sporadisch einen Ausfall zeigen.
Ich denke da an einen HIFI-Verstärker, bei dem z.B. manchmal die Schutzschaltung anspricht.
Den mit NF speisen und den Ausgang mit der Zählerschaltung verbinden.
Der Eingang der Zählerplatine kann natürlich auch mit einer Gleichspannung verbunden werden.
So kann man Betriebs- oder Schaltspannungen auf Ausfälle überprüfen.

Andreas

Erweiterung Spannungsversorgung

Kleine Panne, ich vergaß das Platinenlayout, jetzt hier zu sehen.
Ich schrieb zuvor, bei mir versorge ich die Schaltung mit 12 Volt über Bleiakku.
Die Möglichkeit werden nur sehr wenige Leute haben.
Man kann die Schaltung auch über ein übliches Steckernetzteil 12 Volt versorgen.
Kommt es zu einem Stromausfall, überbrückt den eine Batterie.

Anbei eine einfache Zusatzschaltung.
Christian hatte unabhängig von mir die gleiche Idee, altbekannt, nicht nur bei SABA.
Früher war beim TV meist der Senderspeicher flüchtig, man nahm eher einen Akku statt Batterie.
Normalerweise wird die Schaltung über die Spannung 12 Volt versorgt, Steckernetzteil.
Fehlt die, springt die Spannung 9 Volt ein, gebräuchliche Blockbatterie 9 Volt.
Die Dioden sind nötig, damit kein Strom rückwärts fließt.
Liegen 12 Volt an, kann kein Strom über den Zweig 9 Volt Batterie fließen.
Ohne 12 Volt Netzteil sollte eine übliche Blockbatterie 9 V mehrere Tage halten.
Man kann natürlich auch andere Spannungen nehmen, 9 V und 12 V als Beispiel.
Die Batteriespannung muss natürlich etwas niedriger sein als die Netzteilspannung.

Es geht auch eine Variante mit nur Batteriespannungsversorgung.
Der 78L05 taugt dann nicht, er zieht etwa 5 mA Ruhestrom.
Es gibt ein paar Regler für Batteriebetrieb, die einen sehr niedrigen Ruhestrom aufweisen.
Als Beispiel von TI die Familie TPS770, hat maximal 17 µA Ruhestrom.
Auch handelt es sich um einen Regler Lo Drop, da passen 6 Volt mit viermal Mignon.
Besser erhältlich ist die Familie LP2950, gibt es auch im Gehäuse TO92, ebenfalls Lo Drop.
Deren Ruhestrom, Bias, liegt in der Gegend 100 µA, reicht hier locker.
Die Logik-ICs ziehen in Ruhe fast keinen Strom, auch was in der Gegend µA.
Der Strom geht natürlich hoch, wenn mindestens eine LED leuchtet, etwa 1 mA pro LED.

Andreas

Heute bei mir Stromausfall!

Inzwischen ist wieder Strom da, Ausfall von 21:24 bis 21:48 Uhr.
Die Dame des Hauses war verdattert und hilflos, suchte nichtmals eine Taschenlampe.
Recht bald sorgte ich für Notbeleuchtung, sorgte schon vor Jahren vor.
Direkt einschaltbar ist bei uns LED-Licht in der Küche und im Badezimmer, hält mehrere Tage.
Dann haben wir eine kleinere portable Leuchte, hauptsächlich für den Flur gedacht.

Bei mir war natürlich durchgehend Beleuchtung vorhanden, fuhr jedoch bald den PC (USV) herunter.
Aktuell habe ich bei mir in der Funkbude zwei Autobatterien, USV und Wechselrichter.
Mit der kleinen Batterie hält die Beleuchtung etwa vier Wochen durchgehend bei unterer Helligkeitsstufe.
Schalte ich um auf volle Helligkeit, ist genug Licht zum Lesen und Arbeiten, ist auch meine Arbeitsplatzbeleuchtung.
An der Batterie hängt auch der vorgestellte Ausfallzähler, zeigte natürlich korrekt an.
Er zählte exakt um 1 weiter, Ansprechschwelle knapp eingestellt.
Hätte er mehrfach gezählt, wäre es ein Indiz für Britzeln, Wackelkontakt, dann ganz unterbrochen.

Spaßeshalber schaute ich aus dem Fenster, bei wem in der Nachbarschaft noch Licht ist.
Ganz vereinzelt sah ich was, fast überall dunkel.
Teilweise funzelten Leute in der Nachbarschaft aufgeregt mit Taschenlampen herum.
Kerzenlicht oder Petroleumlampe sah ich nicht, obwohl eigentlich naheliegend.
Vermutlich sind morgen bei unseren Supermärkten Kerzen, etc. recht bald ausverkauft...

Andreas

Ja, richtiger Stromausfall!

Angeblich sollen bei uns Stromausfälle insgesamt im Mittel etwa 13 Minuten pro Jahr sein.
Wäre dem so, müsste ich jetzt statistisch die nächsten zwei Jahre Ruhe haben.
Der hier ist mal wieder repräsentativ, meist sind die Ausfälle um die 30 min am Stück.
Der längste war bis jetzt 15 Stunden, betraf aber nur unsere Straße, nicht den ganzen Ort.

Ich habe immer mehr den Verdacht, daß es sich bei uns um Redispatch handelt.
Muss zur Netzstabilisierung abgeschaltet werden, bietet sich unsere Gegend an, Dörfer.
Wichtige Infrastruktur wie Krankenhäuser gibt es hier nicht, auch keine nennenswerte Industrie.
Man kann im Internet eine interessante Karte abrufen und dort auch Stromausfall melden:
störungsauskunft.de/stromausfall
Es trugen sich etwa 80 Haushalte ein, die noch irgendwie Mobilfunknetz kriegten.
Es ist bei uns immer wieder dieselbe Gegend, wie ich schon häufiger beobachtete.
Meine Vermutung, eine ganze Verteilung ab Mittelspannungsleitung wird dann abgeschaltet.
Unser Nachbardorf, etwa 1 km Luftlinie entfernt, andere Verteilung, hat dann noch Strom.

Andreas

Christian, soweit richtig!

Der lange Stromausfall über 15 Stunden war ein Lastabwurf, lediglich unsere Straße.
Da war es ein Erdkabel, Muffe defekt, hat gekokelt, wurde aufgebuddelt.
Direkt in der Straße haben wir Drehstrom 400 Volt, Trafohäuschen keine 100 m entfernt.
Ans Trafohäuschen geht ein Erdkabel 10 kV, das war nicht betroffen.

In der Gegend haben wir viel 10 kV, geht nicht selten oberirdisch in die kleinsten Dörfer.
Diese Leitungen waren es nicht, z.B. Baum draufgekracht.
Das Muster ist immer wieder identisch, etwa ein Gebiet von 3 x 4 km stromlos.
Anders gesagt, alle Leitungen 10 kV in dem Gebiet sind dann stromlos, alle Dörfer betroffen.
Somit ist es naheliegend, daß die zeitweise Abschaltung eine Stufe höher erfolgt, Mittelspannung.
Windkraft haben wir hier nicht, kann ich ausschließen.
Photovoltaik sieht man immer wieder auf Hausdächern, dürfte aber eher Eigenverbrauch sein.
Größere Photovoltaikanlagen, z.B. Agrarfläche, sind mir hier noch nicht begegnet.
Manchmal sehe ich mir bei uns an der Dose die Netzspannung an, keine Auffälligkeiten.
Messung gerade 234 Volt, typischer Wert, Abweichung größer 5 % kommt selten vor.
Deswegen schon meine Vermutung, daß es um die Mittelspannungsebene geht, kein lokaler Defekt.
Da ist es naheliegend, eine ganze Gegend abzuklemmen, wenn es auf der Mittelspannungsebene eng wird.
Ankündigungen sah ich bis jetzt noch nie, auch keine Meldungen in irgendwelchen Lokalnachrichten.
Anders sah es letztens bei einem Sturm aus, mehrere fast gleichzeitige Lokalausfälle etwa 15 km weiter.
Darüber wurde ausführlich mit Bildern berichtet, waren meist umgefallene Bäume.

Andreas

Christian, frommer Wunsch!

Bei unserem Betreiber Westnetz habe ich gesucht, sogar was gefunden.
Der letzte Eintrag ist von 2022, Hinweis auf irgendwelche Bauarbeiten.
Wirklich aktuelle Warnungen oder kurzfristige Meldungen scheint es bei denen nicht zu geben.

Michael, Deine Frage ist berechtigt!
Beim Aufladen wird teilweise richtig Strom gezogen, auch bei einfachem Hausanschluss.
Nehmen wir an, so ein Ladeanschluss hat 11 kW, entspricht CEE-Dose 16 A.
Grob kalkuliert man wohl 1 kW pro Haushalt bei der Leitungsverlegung, nicht mögliche Spitzenleistung.
Würden bei mir in der Straße drei Elektroautos laden, könnte es mittags schon eng werden.
Hier auf dem Land sieht man Elektroautos eher selten, es gibt sie aber.
Um die Ecke ist ein Supermarkt mit Ladestation, die wird recht selten benutzt.
Einer in der weiteren Nachbarschaft hat ein Elektroauto und Photovoltaik auf dem Dach.
Das dürfte sich rechnen, wenn der in der Mittagszeit laden kann.
Nur ist der normale Arbeitnehmer dann unterwegs, wenn gerade die Sonne sinnvoll scheint...

Gerade habe ich wieder bei uns die Netzspannung gemessen, um die 234 Volt, kaum Schwankungen über den Tag.
Eventuell baue ich mal einen Datenlogger mit z.B. ATmega8, bietet sich an mit seinem AD-Wandler.
Damit mal eine Woche im Minutenabstand aufzeichnen könnte ganz interessant sein.

Andreas

Gestern 5 Stromunterbrechungen!

Man sieht im Bild die drei leuchtenden LEDs, binär 7.
Zwei zeigte der Zähler schon vorher an, also tatsächlich 5.
Bei Bedarf kann man die Anzeige auf mehr Stellen erweitern.
Man sieht es im Schaltbild, noch einige Qs am 4040 frei.

Bemerkt habe ich von den kurzen Ausfällen nichts, war vermutlich am Tag.
Auch lief der PC weiter, der ist allerdings an einer USV.
Meine Vermutung Redispatch, Herumschalten im Netz, wird hiermit gestützt.

Letztens war ich bei einer Autowerkstatt in einem kleinen Dorf.
Da flackerte manchmal das Licht, wenn die Hebebühne eingeschaltet wurde.
Solche Einbrüche haben wir hier nicht, weder im Haus noch in der Nachbarschaft.
Zudem ist unser Hausanschluss für mindestens 50 kW ausgelegt.

Andreas