Schrikkelseconde

[Benm]

Dat gaat meestal samen

De reden ervoor is vrij simpel: de netfrequentie varieert met belasting, en men laat het gemiddelde een beetje 'drijven'. Als de afwijking groter wordt dan pakweg 20 of 30 seconden, verlaagt of verhoogt men de nominale netfrequentie voor een etmaal met 0.01 Hz. Dit levert een correctie van ca 17 seconde op. Zulke correcties vinden regelmatig plaats, gemiddeld ca 1 keer per maand.

Gevolg is dat een weergave afgerond op minuten nooit meer dan 1 minuut naast de werkelijk tijd zit (mits goed ingesteld), maar met een precisie van seconden zou het er fors naast kunnen zitten. Of men schrikkelsecondes meeneemt in de netfrequentie weet ik eigenlijk niet, maar gezien die maximaal 2 keer per jaar kunnen (en de laatste jaren eerder 1 keer per 4 jaar) voorkomen maakt dat ook niet zoveel uit.

[heerlen1987]

Ow? Dat wist ik dus echt niet.... Kun je die eerste allinea nog eens uitleggen? Met name wat je bedoelt met 'varieert met belasting' en het 'gemiddelde laten drijven'.

En wat is dan het verschil met een klok die via het stopcontact aangesloten is een een op batterijen?

[Benm]

Ik zal het simpel proberen te houden:

Stel je hebt een kolencentrale, met een oven, een turbine die een vliegwiel laat draaien, en een generator die verbonden is met dat vliegwiel waar uitendelijk electriciteit uit komt.

Naramate je meer kolen stookt gaat de turbine harder draaien, en daarmee ook het vliegwiel. Gevolg is dat de frequentie die uit de generator komt oploopt. Maar als iemand electriciteit verbruikt, gaat het vliegwiel langzamer draaien. Je wilt dit op 50 Hz houden omdat daar transformatoren en apparaten het beste werken. Dus zodra er veel electriciteit gevraagd wordt moet je extra kolen stoken om te voorkomen dat de frequentie te laag wordt.

Dit werkt op zich best okay, je frequentie blijft tussen zeg 49.9 en 50.1 Hz afhankelijk van hoe snel je bij kunt stoken etc.

Vervolgens ga je tellen hoe vaak dat vliegwiel rondjes maakt per dag. Dat zouden er, idealiter 50 hz x 60s x 60m x 24u = 4320000 moeten zijn. Maar dat is wellicht de ene dag een promille meer of minder, het regelsysteem is niet helemaal perfect.

Stel nu dat je 10 dagen lang een gemiddelde hebt gehaald van 50.001 Hz, waardoor de klokken allemaal een beetje voorlopen. Dan kun je de volgende dag kiezen om te mikken op 49.99 Hz ipv 50.000. Die correct maakt die voorgaande 10 dagen goed en het gemiddelde is weer 50.000.

[Michel Uphoff]

En wat is dan het verschil met een klok die via het stopcontact aangesloten is en een op batterijen?

 
Een eenvoudige klok op batterijen werkt met een kwartskristal dat behoorlijk stabiel trilt, vaak 32768 keer per seconde.
Die trillingen worden via elektronica 15 keer door twee gedeeld en zo omgezet naar hele seconden. 
De afwijking ligt meestal in de buurt van 20 ppm (0,002%), een paar seconden per dag.

[heerlen1987]

@Benm:

Dus ik kan het volgende concluderen: zodra meer elektriciteit verbruikt wordt gaat de frequentie van het net omlaag. Dit zorgt ervoor dat de klok langzamer gaat lopen en vandaar passen ze de frequentie gemiddeld eens in de maand aan?

@Michel:

Thanks, ik leer veel! Waarom 15x door 2 gedeeld? Is dit om een meetfout klein te houden?

[Benm]

Zo zit het inderdaad ongeveer in elkaar. Uiteraard kan de frequentie ook te hoog uitvallen als men bijvoorbeeld harder stookt dan werkelijk nodig is. Overigens zijn de variaties in europa heel klein omdat alle centrales aan elkaar gekoppeld zijn, en feitelijk allemaal synchroon lopen. De beslissing om een dag 49.99 of 50.01 Hz te draaien wordt in europees overleg verband gemaakt.

[heerlen1987]

En deze beslissing om de frequentie van het hele stroomnet aan te passen berust puur en alleen op het feit dat er klokken op aangesloten worden? Neem aan dat het voor mijn strijkijzer niet veel meerwaarde heeft

[Michel Uphoff]

De nauwkeurigheid zit hem in het kwartskristal (klik) zelf dat heel nauwkeurig trilt, als een stemvork, en er ook zo uit ziet:

Inside_QuartzCrystal-Tuningfork 670 keer bekeken

bron: Wikipedia.
 
32768 = 2¹⁵. Dus als je dat getal 15 keer door twee deelt houd je iedere seconde een puls over. De trillingen van zo'n kristal door twee delen is met heel eenvoudige en goedkope elektronica te bereiken. Die puls per seconde wordt dan naar een micro stappenmotortje gestuurd dat schoksgewijs per secondepulsje gaat draaien. Via tandwieltjes worden dan uiteindelijk de wijzers verplaatst.
 
Ook de eerder genoemde DCF77-klokjes werken het grootste deel van de tijd op een kwartskristal, maar worden regelmatig met het DCF77 signaal gesynchroniseerd. Bij goedkopere DCF klokjes, zeker die op batterijen, is die synchronisatie soms slechts een keer per dag. Dan kan de correctie voor de schrikkelseconde tot wel 24 uur op zich laten wachten.

[heerlen1987]

@michel

Link gelezen, en ik altijd maar denken dat quartz een merk was haha. Bedankt!

@Benm ik ben nog benieuwd naar je reactie op mijn conclusie

[Benm]

En deze beslissing om de frequentie van het hele stroomnet aan te passen berust puur en alleen op het feit dat er klokken op aangesloten worden? Neem aan dat het voor mijn strijkijzer niet veel meerwaarde heeft

Jazeker, het exact op 50 Hz houden van de gemiddelde netfrequentie op langere termijn is specifiek bedoeld voor toepassing als tijdsbasis. Deze toepassing bestaat al heel lang: analoge klokken op netstroom gebruiken een motortje dat precies op de netfrequentie draait en met een aantal tandwieltjes komt naar een signaal uit dat de wijzers (of die omklappende getalletjes!) laat bewegen.

Je moet ook niet alleen aan je eigen wekker oid denken, ook klokken in de openbare ruimte maken er gebruik van, en die zijn niet ff snel iedere week/maand gelijk te zetten. Uitzondering zijn dan weer stationsklokken, die hebben hun eigen systeem gebaseerd op DCF77 en handelen zomer/wintertijd op hun eigen(wijze) manier af.

[heerlen1987]

Haha leuke stof...

Theoretisch gezien zou ik dus (als de klok een sec wijzer had) naar de klok kunnen blijven staren en deze eens in de zoveel tijd sneller of langzamer zien tikken?

[Benm]

Mwoah, ik denk niet dat je het verschil in draaisnelheid zult zien, maar als je bijvoorbeeld 3 klokken had:

1 - een atoomklok, of NTP gesynchroniseerde klok (computer/smartphone)
2 - een netfrequentie gestuurde klok/wekker
3 - een kwartsgestuurde klok/horloge

dan zou je wel iets interessants zien als ze allemaal secondenaanduiding hadden:

Even aangenomen dat klok 1 altijd correct is (binnen 10 ms oid), zie je dat klok 2 binnen 1 dag al 10 seconden voor of achter kan lopen, terwijl klok 3 een seconde per dag oid mis loopt. Na een dag lijkt klok 3 waarschijnlijk beter dan klok 2.

Maar als je na een half jaar nog eens gaat kijken zit klok 3 er een paar minuten naast, terwijl klok 2 nooit verder afwijkt dan ca 20-30 seconden. Wacht je het 10 jaar af dan zit klok 3 er wellicht wel een uur naast, terwijl klok 2 nog steeds binnen die 20-30 seconden blijft.

De kwartskristallen zoals uit het plaatje van Michel zijn best nauwkeurig op korte termijn, maar op lange termijn duidelijk niet. Voor een belangrijk deel ligt dat aan temperatuurgevoeligheid, als je ze in een oventje plaatst met een constante temperatuur scheelt dat al zo een factor 10 tot 100 vergeleken met op wisselende omgevingstemperatuur laten draaien.

[heerlen1987]

Kijk, die had ik nog even nodig. Helder en duidelijk, bedankt!

[jkien]

Bij goedkopere DCF klokjes, zeker die op batterijen, is die synchronisatie soms slechts een keer per dag. Dan kan de correctie voor de schrikkelseconde tot wel 24 uur op zich laten wachten.

 

Lidl heeft een goedkoop DCF77-wekkertje op batterijen in de aanbieding voor 6 euro. Hij blijkt ongeveer eens per uur te synchroniseren. Als je hem aanschakelt door de batterijen erin te doen synchroniseert hij binnen 10 minuten, tenzij hij middels een metalen blik wordt afgeschermd van het radiosignaal. Als je de wekker na die 10 minuten uit het blik haalt blijkt hij pas een uur later een volgende synchronisatiepoging te doen.

 

Het stroomgebruik tijdens de synchronisatiepoging blijkt 50x groter te zijn dan vrijlopend (0.5 mA : 0.01 mA), dus met het oog op het batterijgebruik zou het mooi zijn als de synchronisatiepoging niet langer duurt dan een minuut per uur. 

 

Het is afwachten of de secondeteller tijdens de schrikkelseconde voorbij de 59 doortelt tot 60, of dat de secondeteller ontworpen is met 59 als maximum. Het DCF77 tijdcodesignaal bestaat uit een boodschap die een minuut duurt en die uit 60 bits (pulsjes) bestaat, met precies 1 bit per seconde. De tijdcodeboodschap bevat de hh:mm-waarde van de volgende minuut. Het startbit markeert het begin van de minuut. De ontvanger berekent de secondes door de pulsen te tellen vanaf het startbit.   1

Wonderlijk is dat het Lidl-wekkertje hardnekkig circa 1/4 sec voorloopt op een vergelijkbaar DCF77-wekkertje van de Hema, ook na herhaaldelijk uitgeschakeld te zijn door de batterijen te verwijderen. Als hij synchroniseert na een dag zonder batterijen vertoont hij weer die 1/4 seconde voorsprong. Er zit in de elektronica lijkt me niet zoveel wat 1/4 seconde vertraging oplevert. Misschien is de ontvanger van het Hema wekkertje opzettelijk extreem smalbandig om minder last te hebben van ruis en stoorsignalen. Hoe smalbandiger des te meer vertraging.

[klazon]

Stel je hebt een kolencentrale, met een oven, een turbine die een vliegwiel laat draaien, en een generator die verbonden is met dat vliegwiel waar uitendelijk electriciteit uit komt.

Goede uitleg, behalve dat vliegwiel. Er zit geen opzettelijk vliegwiel in een elektriciteitscentrale. De turbine en de generator bezitten van zichzelf al genoeg vliegwieleffect.
Verder dienen alle draaiende synchrone en asynchrone motoren in het net ook als energiebuffer. Als door een toename van de belasting de frequentie daalt, dan nemen die motoren even minder vermogen af en geven zo de centrale tijd om bij te regelen.