การทดลองที่ชาญฉลาดในการตรวจสอบระบบไฟฟ้าได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์เสียงธรรมดาสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงความถี่ของเครือข่ายไฟฟ้าได้ โดยสามารถจับภาพช่วงเวลาที่ระบบไฟฟ้าซิงโครไนซ์กันระหว่างการทดสอบเครือข่าย European ในเดือนกุมภาพันธ์ 2023 ได้สำเร็จ
โครงการนี้เกิดขึ้นจากการทดลอง radiosonde ของกลุ่มหอดูดาวประชาชนชาวอิตาลี ซึ่งนักวิจัยคนหนึ่งตัดสินใจตรวจสอบความถี่ระบบไฟฟ้าของแผ่นดินใหญ่ European โดยใช้วิธีการที่แปลกใหม่ แทนที่จะใช้อุปกรณ์เฉพาะทางที่มีราคาแพงหรือการเชื่อมต่อโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าหลักที่อันตราย การติดตั้งนี้อาศัยอุปกรณ์บันทึกเสียงในการตรวจจับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่ละเอียดอ่อนซึ่งสายไฟฟ้าปล่อยออกมา
แนวทางความปลอดภัยเป็นอันดับแรกขับเคลื่อนนวัตกรรม
การติดตั้งเพื่อการทดลองหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรงทั้งหมด เพื่อแก้ไขข้อกังวลด้านความปลอดภัยที่ครอบงำการอภิปรายในชุมชน การตรวจสอบระบบไฟฟ้าโดยทั่วไปต้องลดแรงดันไฟฟ้าสายหลักที่อันตรายลง แต่แนวทางนี้ขจัดความเสี่ยงนั้นโดยใช้การเชื่อมต่อแม่เหล็กไฟฟ้าแทน วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการวางสายบันทึกเสียงใกล้กับสายไฟฟ้าเพื่อรับสัญญาณกระแสสลับ จากนั้นประมวลผลการบันทึกเหล่านี้ผ่านการวิเคราะห์ซอฟต์แวร์
สมาชิกชุมชนเน้นย้ำถึงความชาญฉลาดของแนวทางที่ระมัดระวังนี้ โดยสังเกตว่าไฟฟ้าหลักสามารถส่งพลังงานหลายกิโลวัตต์ และเบรกเกอร์ป้องกันอาจไม่ตอบสนองเร็วพอที่จะป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ แม้แต่การสัมผัสแรงดันในบ้านเพียงช่วงสั้นๆ ก็สามารถส่งพลังงานหลายร้อยวัตต์เข้าสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน ซึ่งเกินขีดจำกัดการออกแบบไปมาก
ประมาณการค่าใช้จ่ายระบบติดตาม DIY:
- เวอร์ชันเฟสเดียวแบบพื้นฐาน: ประมาณ $40 USD
- แบบสามเฟสเต็มรูปแบบพร้อมแบตเตอรี่สำรอง: ประมาณ $100 USD
- ส่วนประกอบ: หม้อแปลงลดแรงดัน, โมดูล GPS , ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 , ADC , การจัดเก็บข้อมูล SD card
ความแม่นยำของความถี่เผยให้เห็นพฤติกรรมของระบบไฟฟ้า
ระบบตรวจสอบบรรลุความแม่นยำที่น่าทึ่ง โดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความถี่เล็กน้อยเพียง 0.05 Hz ในระบบไฟฟ้า European 50 Hz ระดับความแม่นยำนี้เพียงพอที่จะสังเกตว่าเครือข่ายไฟฟ้าต่างๆ ซิงโครไนซ์กันอย่างไรก่อนเชื่อมต่อใหม่ โดยแสดงให้เห็นว่าความถี่ค่อยๆ เคลื่อนไปหากันในลักษณะที่ควบคุมได้ก่อนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์จะปิด
ระบบไฟฟ้า European รักษาการควบคุมความถี่ที่เข้มงวด โดยทั่วไปจะทำงานระหว่าง 49.8 Hz และ 50.2 Hz ในสภาวะปกติ การเบี่ยงเบนระยะสั้นสูงสุด 0.8 Hz ได้รับอนุญาต แต่การเปลี่ยนแปลงที่มากกว่านั้นสามารถกระตุ้นระบบป้องกันที่ตัดการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อป้องกันความเสียหาย การติดตั้งตรวจสอบแบบ DIY ติดตามการเปลี่ยนแปลงที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้ได้สำเร็จโดยใช้เพียงซอฟต์แวร์ประมวลผลเสียงและการวิเคราะห์สัญญาณพื้นฐาน
หมายเหตุ: Radiosonde หมายถึงเครื่องมือที่ใช้แบตเตอรี่ซึ่งบอลลูนสภาพอากาศพาไปเพื่อวัดสภาวะบรรยากาศ
ข้อกำหนดความถี่ของระบบไฟฟ้า European :
- ช่วงการทำงานปกติ: 49.8 Hz ถึง 50.2 Hz
- ขีดจำกัดการเบี่ยงเบนระยะสั้น: 49.2 Hz ถึง 50.8 Hz (การเบี่ยงเบน 800 mHz)
- ความแม่นยำในการตรวจจับที่บรรลุได้: การเปลี่ยนแปลง 0.05 Hz
ความสนใจของชุมชนในการตรวจสอบแบบกระจาย
การทดลองนี้จุดประกายการอภิปรายเกี่ยวกับการสร้างเครือข่ายตรวจสอบไฟฟ้าแบบกระจายโดยใช้ส่วนประกอบราคาไม่แพง สมาชิกชุมชนหลายคนได้ร่างแบบระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งมีค่าใช้จ่ายระหว่าง 40-100 ดอลลาร์สหรัฐ โดยรวมการซิงโครไนซ์เวลา GPS การตรวจสอบสามเฟส และความสามารถในการบันทึกข้อมูล
โซลูชันเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่เช่น Ting โดย Whisker Labs ใน United States และ GridRadar ใน Europe ให้การตรวจสอบแบบกระจายที่คล้ายกันอยู่แล้ว แต่แนวทาง DIY เสนอศักยภาพสำหรับการมีส่วนร่วมของชุมชนในวงกว้างมากขึ้น ความท้าทายหลักที่ระบุได้แก่ ข้อกังวลด้านความรับผิดชอบ การตรวจสอบข้อมูล และการหาเวลาสำหรับการพัฒนาควบคู่ไปกับภาระผูกพันอื่นๆ
ความสำเร็จของการติดตั้งตรวจสอบง่ายๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการแก้ปัญหาอย่างสร้างสรรค์สามารถบรรลุผลลัพธ์ระดับมืออาชีพโดยใช้อุปกรณ์ในชีวิตประจำวัน โดยให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่หาได้ง่าย โครงการนี้เปิดความเป็นไปได้สำหรับการมีส่วนร่วมของวิทยาศาสตร์ประชาชนในการตรวจสอบระบบไฟฟ้าและการวิจัย
อ้างอิง: Measuring power network frequency using junk you have in your closet