O Que é um Medidor de Energia Elétrica Inteligente.
O
medidor de energia elétrica é um dispositivo que registra “unidades de energia”
ao longo do tempo. Esta é a definição básica de um medidor de energia elétrica
sendo que a única parte difícil de entender no conceito é o que chamamos de
“unidades de energia”.
O que são Unidades de
Energia?
Para
entender sobre as unidades de energia, devemos entender primeiramente o que é
energia.
A
definição mais simples para a energia é que a mesma pode ser definida como “o
produto da potência pelo tempo”. Em outras palavras, a energia elétrica é “a
potência consumida por alguma carga em um período de tempo específico”. Sendo
assim, o modo matemático de descrever Energia pode ser colocado conforme a
fórmula abaixo:
Energia
(E) = Potência (P) X Tempo (T)
Ou, E
= P x T
Agora,
se 1 KiloWatt de Potência foi consumido por alguma carga por 1 hora
continuamente, então podemos dizer que “1 Unidade de Energia” foi consumida
neste intervalo de tempo. Teremos então a seguir a explicação matemática para a
definição:
Se
Potência Consumida = 1 KiloWatt por 1 Hora, então a Energia Consumida = 1
Kilo-Watt-Hora (kWH)
Temos
então que 1 unidade = 1 KWH
A
medição precisa da quantidade de unidades que uma carga consume é o principal
objetivo do medidor de energia elétrica.
O que é Demanda Máxima
(DM) para o Medidor de Energia Elétrica?
Outro
recurso importante fornecido pelo medidor de energia elétrica é o Indicador de
Demanda Máxima (DM).
Como
o próprio nome sugere, a DM informa sobre a carga máxima ou demanda de um
consumidor específico. Ela é utilizada para cobrar multas aos consumidores pois
identifica se os consumidores estão usando mais carga do que a carga contratada
na concessionária.
Além
disso, a Demanda Máxima também ajuda na previsão de carga futura de longo do
tempo a medida em que houver expansão da infraestrutura elétrica.
Figura
– medidor de energia Elétrica – Demanda.
Para
entender como os medidores de energia calculam a Demanda Máxima, vamos dar um
exemplo de uma casa onde todos estão executando alguma atividade que consome
energia ao mesmo tempo.
Assim,
alguém está passando suas roupas com ferro de 1000 watts ao mesmo tempo em que
o aparelho de ar condicionado de 1000 watts está ligado.
Outras
pessoas presentes em outros cômodos estão usando 3 ventiladores de 100 watts
cada e com 3 luzes de 24 watts cada ligadas para iluminar o ambiente. Em suma,
todos os aparelhos elétricos dessa casa estão funcionando e neste momento temos
exatamente o pico de carga dessa casa.
Se
esse tempo de pico de carga permanecer com pouca variação por 15 a 30 minutos,
o medidor de energia elétrica registrará o valor de DM de 2.372 kWatts.
Matematicamente:
Ferro
de passar = 1000 Watts
Ar
Condicionado = 1000 Watts
3 ventiladores = 3 x 100 watts = 300 watts
3 luzes = 3 x 24 watts = 72 watts
Carga Total no momento = 1000 Watts + 1000
Watts + 300 Watts + 72 Watts = 2372 Watts
Ou
seja valor de DM = 2,372 kWatts
Importância do Medidor de
Energia Elétrica.
O
medidor de energia elétrica é o componente mais importante para as empresas
fornecedoras de eletricidade pois ele desempenha um papel fundamental na
geração de receita para essas corporações.
Os
medidores de energia antigos só eram capazes de calcular as unidades de
energia. No entanto, com o avanço da tecnologia, inúmeras funcionalidades foram
adicionadas aos medidores e no cenário atual de fornecimento de eletricidade
que demanda fornecimento e melhor aproveitamento energético, o objetivo de um
medidor de energia elétrica não é apenas capturar as unidades de energia e sim
registrar outras informações importantes para a análise da qualidade de
energia. As informações registradas podem ser utilizadas para:
Controle
de carga
Gerenciamento
de carga conforme períodos de demanda;
Distribuição
Tarifária;
Indicações
de perdas ou roubo de eletricidade;
Auditoria
Energética;
Medição
de outros componentes elétricos importantes como tensão, corrente, fator de
potência, demanda.
Princípio de Funcionamento
do Medidor de Energia Elétrica:
Existem
muitos tipos de medidores de energia com diferentes princípios de funcionamento.
O princípio básico de funcionamento de todos os medidores de energia é o mesmo,
exceto para o medidor de energia elétrica tipo disco (antigos) e como estes tipos de medidores são obsoletos,
não há necessidade de discuti-los aqui. Para entendermos o básico, vamos pegar
o exemplo mais simples pois todos os outros medidores são meramente uma forma
atualizada deste.
Abaixo temos um diagrama
de blocos básico de um medidor de energia elétrica digital com visor LCD:
Figura
– Diagrama de Blocos de um medidor de energia Elétrica.
Circuito de Alimentação do
Medidor de Energia Elétrica:
O
objetivo deste circuito é alimentar todo o sistema. A fonte de alimentação pode
ser fornecida ao sistema tanto por uma fonte independente quanto pela própria
fase da carga medida desde que a tensão seja compatível.
Para
energizar os componentes do medidor de energia tais como o microcontrolador, o
visor de LCD e a EEPROM, mesmo que seja adquirida diretamente da carga, a
energia precisa ser retificada e atingir níveis de tensão de 5V a 24V em
corrente contínua visto que os circuitos internos funcionam com esta tensão.
Circuito de Medição de
Corrente do Medidor de Energia Elétrica:
Há
muitas maneiras de medir a corrente e para isso, vários tipos de sensores estão
disponíveis no mercado (Veja no artigo de transformador de corrente). Para
medir a corrente, o sensor deve ser aplicado em série ao condutor da carga para
que toda a corrente possa passar pelo sensor.
O
transformador de corrente é a melhor opção neste caso devido ao seu preço e
eficiência. Assim, temos hoje no mercado alguns tipos de transformador de
corrente onde os mais usuais funcionam por efeito Hall.
Neste
caso, o condutor da carga medida passa por um orifício isolado no transformador
de corrente que pelo efeito Hall converte a corrente para um valor menor antes
de enviar a mesma para o medidor de energia.
Circuito De Medição De Tensão
do Medidor de Energia Elétrica:
Existem
dois métodos principais para medir a tensão. Um é através do divisor de tensão
e o outro é através do transformador de potencial. Quando a tensão é muito alta
(maior do que 500 volts), um transformador de potencial deve ser usado para
isolar o circuito sensível a alta tensão.
No
entanto, no caso de 220 volts, um circuito divisor de tensão é a melhor opção.
Muitos fabricantes de medidores de energia usam este método divisor de tensão
para fazer o circuito de medição de tensão.
Visor de Cristal Líquido
do Medidor de Energia Elétrica:
Um
visor de LCD é o “rosto” do medidor de energia elétrica pois ele permite a
visualização da leitura dos parâmetros medidos. Normalmente, tem-se a
necessidade de exibição das seguintes variáveis no visor de LCD de um medidor
de energia elétrica:
Consumo
de Potência Ativa em KWh;
Consumo
de Potência Aparente em KVAr;
Tempo
total de consumo de kWh;
fator
de potência;
Tensão
de Pico;
Corrente
de Pico;
Potência
Total e Demanda Máxima.
EEPROM (memória de leitura
programável apagável eletricamente):
A
EEPROM é outra parte importante do medidor de energia elétrica pois ela
armazena as variáveis medidas (exemplificadas anteriormente) a cada intervalo
de tempo (geralmente a cada 15 minutos). Assim, a análise dos valores medidos
podem ser analisados futuramente em caso de qualquer discrepância.
Microcontrolador:
Você
pode chamar o micro-controlador como o cérebro do medidor de energia Elétrica.
Neste caso um fabricante de medidores pode usar qualquer microcontrolador de
mercado como PIC, Atmel, AVR ou ARM dependendo apenas de suas restrições.
Além
disso, existem os microcontroladores concebidos “especificamente para medições
de energia” que também podem ser encontrados no mercado. A finalidade do
microcontrolador aqui é coletar valores analógicos do circuito de corrente e
tensão e depois convertê-los em valores digitais através de um conversor AD.
Após
a conversão, uma multiplicação dos valores digitais de corrente e tensão é
feita pelo microcontrolador para obter os valores do consumo de energia. Podem
ser feitos vários cálculos também a fim de obter o fator de potência e outros
parâmetros.
Estes
valores então são adicionados ao registro de memória do medidor. No final,
todos os valores podem ser exibidos no visor de LCD e/ou armazenados na memória
EEPROM.
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