Iskalec omrežnih žic

Matjaž Vidmar, S53MV

Pri nameščanju novih, učinkovitejših LED svetilk v domači hiši sem naletel na težavo. Nova svetilka ima pritrdilne vijake na drugačnih mestih, torej zahteva novo vrtanje lukenj za vložke vijakov v zidu. Vrtanje ne gre brez tveganja! Pod novo svetilko z vrtalnikom zlahka zadenemo omrežne žice do stare svetilke in tudi do drugih električnih porabnikov omrežja. Vrtanje skozi obstoječe žice je nevarno in zelo drago, še posebno če nameščanje nadomestnih žic zahteva zidarskega mojstra.

Na tržišču danes sicer dobimo številne detektorje žic in drugih predmetov, skritih pod ometom. Primer takšnega detektorja proizvajalca Ferrex je prikazan na spodnji sliki. Detektor je opremljen z baterijami za lastno delovanje. Pride skupaj z obsežno knjižico navodil, napisanih v vseh možnih jezikih tega sveta.

Žal v pripadajoči knjižici prav nič ne piše o osnovah delovanja detektorja. Nekaj skromnega piše samo o njegovem umerjanju. Iz navodil sklepam, da detektor meri kapacitivnost predmetov v bližini (METAL) oziroma nizkofrekvenčno električno polje vodnikov (AC) v bližini:

Praktični poskusi so pokazali, da detektor verjetno zaznava nizkofrekvenčno električno polje vodnikov. Detektor zazna priključen vodnik na omrežje tudi brez bremena na drugem koncu. Detektor je sicer sposoben zaznati vodnik v neposredni bližini. Pod ometom gre dosti težje in silno nezanesljivo. Vodnikov pod ometom opisani detektor pogosto ne zazna. Hkrati isti detektor kaže na prisotnost vodnikov tam, kjer jih zagotovo ni:

Meritev nizkofrekvenčnega električnega polja ni najbolj posrečena. Nizkofrekvenčno električno polje učinkovito ustavi že vlažen omet ali druga podobna ovira. Pri frekvenci samo 50Hz lahko računamo na sevanje elektromagnetnega polja šele na razdaljah, večjih od 1000km. Tržni detektor žic se je torej izkazal neuporaben za odkrivanje žic pod ometom pri meni doma.

Bolj zanesljiva je meritev nizkofrekvenčnega magnetnega polja. Povsem jasno pri samo 50Hz ne gre za sevanje elektromagnetnih valov, pač pa za bližnje magnetno polje. Naravno enosmerno magnetno polje prodre brez slabljenja skozi večino ovir. Magnetni kompas zato deluje brez težav v osrčju Postojnske jame kot tudi v morskih globinah. Izjema so edino velika nahajališča železove rude, kot je Magnitogorsk v Uralu.

Prvi detektor omrežnih žic z meritvijo nizkofrekvenčnega magnetnega polja sem izdelal že pred mnogimi leti. V tistih časih so bili za samograditelje pomemben izvor mehanskih in električnih gradnikov odpisani elektroenergetski števci. Napetostni tuljavi števca sem pogosto dodal sekundar, da sem pridobil omrežni transformator za napajanje domačih poskusov. Napetostna tuljava števca brez jedra se je obnesla tudi kot občutljiv detektor nizkofrekvenčnega magnetnega polja, povezana na primeren nizkofrekvenčni ojačevalnik in zvočnik.

Napetostna tuljava števca je nerodno velika. Pri višjem ojačanju si lahko privoščimo manjšo tuljavo, kar omogoča natančnejše odkrivanje položaja omrežnih vodnikov. Sam sem uspešno preizkusil tuljavo samo 33mH na feritnem tulcu. Takšna tuljavica ima ferit samo v jedru. Zunanje magnetno polje se nadaljuje v zraku, kar omogoča dobro občutljivost detektorja.

Za krmiljenje slušalk zadošča dvostopenjski tranzistorski ojačevalnik z BC547B in BC337-25. Vsaka stopnja je v vezavi s skupnim emitorjem in dela v razredu A, kar daje najvišje možno ojačanje. Napajanje ojačevalnika je nazivno 12V. Z baterijo 9V bi dosegli le malenkost nižjo občutljivost. Pasovno širino ojačevalnika je smotrno omejiti z dvema kondenzatorjema 150nF pod približno 1kHz za boljše razmerje signal/šum. Izhodni signal še najbolje prepoznamo v slušalkah, saj je človeško uho odličen nizkofrekvenčni spektralni analizator:

Učinkovit iskalec omrežnih žic nam lahko prihrani kar nekaj stroškov, kljub temo pa njegova pogosta uporaba doma verjetno ne bo prav pogosta. Iskalec zato nima namenskega tiskanega vezja, pač pa je izdelan na koščku vitroplasta z manjšim številom med sabo izoliranih otokov za spajkanje. Kot slušalke so se najbolje obnesle 300-ohmske, ki jih razdelijo med potnike na prekooceanskih letih. Izhod ojačevalnika je sicer zaščiten z zaporednim uporom 56ohm v primeru uporabe nizkoohmskih slušalk:

Iskalna tuljava 33mH je prispajkana kar na konec tiskanega vezja z oporišči. Ojačevalnik sicer ima dva priključka za napajanje in za slušalke:

Omrežno napeljavo sestavlja najmanj par vodnikov. Tok porabnika napreduje po enem vodniku in se vrača po drugem vodniku. Pripadajoče magnetno polje je dipolske oblike in je sorazmerno razdalji med vodnikoma. Pri premikanju iskalne tuljave pogosto zaznamo minimum točno na sredini med vodnikoma.

Brez bremena ne dobimo zaznavnega magnetnega polja. Postopek iskanja magnetnega polja žic nujno potrebuje primerno breme. Starodavna žarnica z nitko se obnaša kot linearen upor pri 50Hz, kar daje zaznavno ampak blago brnenje v slušalkah. Osciloskop je vezan vzporedno slušalkam na izhodu sprejemnika:

Za iskanje žic pogosto prav pride breme, opremljeno s kabelčkom in vtikačem:

Močnejše in ostrejše brnenje daje fluorescentna cev moči 40W zaradi večje vsebnosti harmonikov 50Hz, saj se fluorescentna cev v vsaki periodi dvakrat prižge:

Še močnejši in ostrejši zvok daje svetilka s tremi fluorescentni cevmi 3X 40W. Pri fluorescentnih ceveh ne smemo zanemariti magnetnega polja dušilk. Magnetno polje lahko zanesljivo ugotavljamo šele na razdalji 30cm, boljše še dlje od vsake uporabljene dušilke. Kljub močnemu in dobro slišnemu signalu rezultat mogoče ni uporaben zaradi magnetnega polja vgrajenih dušilk:

LED svetilke za napajanje 230V/50Hz so največkrat opremljene z usmerniškim mostičkom in gladilnim kondenzatorjem. Zaradi gladilnega kondenzatorja vsebuje tok napajanja takšne svetilke zelo ostre konice v obe smeri. Ostre konice vsebujejo obilico harmonikov 50Hz in so zelo dobro slišne v slušalkah, dosti bolje od sinusnega toka linearnega upora:

LED žarnica moči samo 7W je zato učinkovit oddajnik za iskanje žic pod ometom:

Za iskanje žic pod ometom je smiselno opremiti LED žarnico s kabelčkom in vtikačem:

Zelo podobno se obnaša stropna LED svetilka z več svetlečimi diodami skupne moči 24W, kar daje še močnejši signal v slušalkah. Niti stropna LED svetilka ne vsebuje dušilk, ki bi lahko nagajale merjenju magnetnega polja priključnih žic:

Danes imamo doma številne naprave, ki se ne obnašajo več kot ohmsko breme, pač pa imajo na vhodu usmerniški mostič in gladilni kondenzator, ki napajajo stikalni napajalnik. Pri meni doma se je izkazal najglasnejši kitajski polnilec za litijeve baterije vrtne kosilnice.

V takšnem okolju sodobnih nelinearnih bremen je težko sploh zaznati linearno breme kot je žarnica na nitko. Magnetno polje motenj lahko dodatno poveča zanka vodnikov, kjer gre tok proti porabniku po drugačni fizični poti od poti, po kateri se isti tok vrača.

V takšnih težavnih primerih je smiselno zgraditi namenski oddajnik za iskanje omrežnih žic. Oddajnik vsebuje sinusni RC oscilator za 1.5kHz z enim samim bipolarnim tranzistorjem BC238B. Oscilator modulira visokonapetostni MOSFET 2SK1413 (1500V in 2A). Zaradi 30-krat višje modulacijske frekvence je žvrgolenje 1500Hz dosti bolje slišati od brnenja 50Hz:

Namenski oddajnik bi se sicer tudi dalo izdelati brez visokonapetostnega 2SK1413, ampak magnetno polje kakršnegakoli transformatorja bi proizvajalo podobne motnje meritvi kot dušilke fluorescentnih žarnic.

Podobno kot sprejemnik niti oddajnik nima namenskega tiskanega vezja, pač pa so gradniki prispajkani na med sabo izolirane otoke na koščku vitroplasta. Na uporih 2.2kohm/5W in 10kohm/2W se med delovanjem oddajnika razvija znatna moč:

Oddajnik je opremljen z dvopolnim vtikačem za 230V, preko katerega dobi napajanje in hkrati modulira tok napajanja z žvrgolenjem 1500Hz:

Modulator deluje samo v pozitivni polperiodi napetosti napajanja. V negativni polperiodi je MOSFET premoščen z vgrajeno diodo ponor-podlaga. Padec napetosti na zener diodi ZMY12 takrat polni kondenzator 470uF za napajanje oscilatorja 1.5kHz z BC238B. Tok polnjenja kondenzatorja je dodatno omejen z uporom 10kohm/2W. Žvrgolenje sestavljata pisk v pozitivni polperiodi omrežja, ki mu sledi tišina v negativni polperiodi omrežja:

Žvrgolenje namenskega oddajnika je zelo glasno in predvsem drugačno od ropotanja drugih naprav vključno s polnilci baterij kosilnice. Namenski oddajnik torej uporabimo takrat, ko so iskane omrežne žice pregloboko v ometu oziroma istočasno ostalih motilcev ne moremo izključiti.