Un medidor de electricidad , medidor eléctrico , medidor eléctrico , medidor de energía o medidor de kilovatios-hora es un dispositivo que mide la cantidad de energía eléctrica consumida por una residencia , un negocio o un dispositivo alimentado eléctricamente.
El contador eléctrico o contador de energía mide la potencia total consumida durante un intervalo de tiempo.
Las empresas eléctricas utilizan medidores eléctricos instalados en las instalaciones de los clientes para fines de facturación y seguimiento. Por lo general, se calibran en unidades de facturación, siendo la más común el kilovatio hora ( kWh ). Por lo general, se leen una vez por cada período de facturación.
Cuando se desea ahorrar energía durante ciertos períodos, algunos medidores pueden medir la demanda, el uso máximo de energía en algún intervalo. La medición de la "hora del día" permite cambiar las tarifas eléctricas durante un día, para registrar el uso durante los períodos pico de alto costo y períodos fuera de pico, de menor costo. Además, en algunas áreas los medidores tienen relés para el deslastre de carga en respuesta a la demanda durante los períodos de carga máxima. [1]
A medida que el uso comercial de la energía eléctrica se extendió en la década de 1880, se volvió cada vez más importante que se requiriera un medidor de energía eléctrica, similar a los medidores de gas entonces existentes , para facturar adecuadamente a los clientes, en lugar de facturar por un número fijo de lámparas por mes.
Los medidores de CC miden la carga en amperios hora. Dado que el voltaje del suministro debía permanecer sustancialmente constante, la lectura del medidor era proporcional a la energía real consumida. Por ejemplo, si un medidor registraba que se habían consumido 100 amperios hora en un suministro de 200 voltios, entonces se habían suministrado 20 kilovatios-hora de energía.
Se desarrollaron muchos tipos experimentales de medidores. Al principio, Thomas Edison trabajó en un medidor electromecánico de corriente continua (CC) con un registro de lectura directa, pero en su lugar desarrolló un sistema de medición electroquímico , que utilizaba una celda electrolítica para totalizar el consumo de corriente. A intervalos periódicos se retiraban y pesaban las placas y se facturaba al cliente. La lectura del medidor electroquímico requería mucha mano de obra y no fue bien recibida por los clientes.
Uno de los primeros tipos de medidor electroquímico utilizado en el Reino Unido fue el medidor 'Reason'. Consistía en una estructura de vidrio montada verticalmente con un depósito de mercurio en la parte superior del medidor. A medida que se extraía corriente del suministro, la acción electroquímica transfirió el mercurio al fondo de la columna. Como todos los demás medidores de CC, registró amperios hora. Una vez que se agotó el depósito de mercurio, el medidor se convirtió en un circuito abierto. Por lo tanto, era necesario que el consumidor pagara por un suministro adicional de electricidad, tras lo cual el agente del proveedor desbloquearía el medidor de su soporte y lo invertiría restaurando el mercurio al depósito y al suministro. En la práctica, el consumidor llamaría al agente de la empresa proveedora antes de que se agotara el suministro y pagaría sólo la carga consumida tal como se lee en la báscula. Luego, el agente restablecería el medidor a cero invirtiéndolo.
En 1885 Ferranti ofreció un contador de motor de mercurio con un registro similar a los contadores de gas; esto tenía la ventaja de que el consumidor podía leer fácilmente el medidor y verificar el consumo. [2] El primer medidor de consumo de electricidad que registró con precisión fue un medidor de CC de Hermann Aron , quien lo patentó en 1883. Hugo Hirst de la British General Electric Company lo introdujo comercialmente en Gran Bretaña a partir de 1888. [3] El medidor de Aron registró el consumo total de electricidad. carga utilizada a lo largo del tiempo y la mostró en una serie de esferas de reloj.
El primer ejemplar del contador de kilovatios-hora de corriente alterna , fabricado según la patente del húngaro Ottó Bláthy y que lleva su nombre, fue presentado en la fábrica Ganz en la feria de Frankfurt en el otoño de 1889, y el primer contador de kilovatios-hora de inducción fue ya comercializado por la fábrica a finales del mismo año. Estos fueron los primeros contadores de vatios-hora de corriente alterna, conocidos con el nombre de Bláthy-meters. [4] Los contadores de kilovatios hora de corriente alterna que se utilizan actualmente funcionan según el mismo principio que el invento original de Bláthy. [5] [6] [7] [8] También alrededor de 1889, Elihu Thomson de la compañía estadounidense General Electric desarrolló un vatímetro registrador (medidor de vatios-hora) basado en un motor conmutador sin hierro. Este medidor superó las desventajas del tipo electroquímico y podía funcionar con corriente alterna o continua. [9]
En 1894, Oliver Shallenberger de Westinghouse Electric Corporation aplicó el principio de inducción previamente utilizado [10] sólo en amperímetros hora de CA para producir un medidor de vatios-hora de forma electromecánica moderna, utilizando un disco de inducción cuya velocidad de rotación se hacía proporcional a la potencia. en el circuito. [11] [12] El medidor Bláthy era similar al medidor Shallenberger y Thomson en que son medidores de motor bifásico. [5] Aunque el medidor de inducción solo funcionaría con corriente alterna, eliminó el delicado y problemático conmutador del diseño de Thomson. Shallenberger cayó enfermo y no pudo refinar su diseño inicial, grande y pesado, aunque también desarrolló una versión polifásica.
La unidad de medida más común en el medidor de electricidad es el kilovatio hora [ kWh ], que equivale a la cantidad de energía utilizada por una carga de un kilovatio durante un período de una hora , o 3.600.000 julios . Algunas compañías eléctricas utilizan en su lugar el megajulio SI .
La demanda normalmente se mide en vatios, pero se promedia durante un período, normalmente un cuarto o media hora.
La potencia reactiva se mide en "miles de voltios-amperios -hora reactiva", (kvarh). Por convención, una carga "retrasada" o inductiva , como un motor, tendrá potencia reactiva positiva. Una carga "principal" o capacitiva tendrá potencia reactiva negativa. [13]
Los voltios amperios miden toda la potencia que pasa a través de una red de distribución, incluida la reactiva y la real. Esto es igual al producto de la media cuadrática de voltios y amperios.
La distorsión de la corriente eléctrica por cargas se mide de varias formas. El factor de potencia es la relación entre la potencia resistiva (o real) y los voltamperios. Una carga capacitiva tiene un factor de potencia adelantado y una carga inductiva tiene un factor de potencia retrasado. Una carga puramente resistiva (como una lámpara de incandescencia, un calentador o una tetera) presenta un factor de potencia de 1. Los armónicos de corriente son una medida de la distorsión de la forma de onda. Por ejemplo, las cargas electrónicas, como las fuentes de alimentación de las computadoras, extraen su corriente en el pico de voltaje para llenar sus elementos de almacenamiento internos. Esto puede provocar una caída de voltaje significativa cerca del pico de voltaje de suministro, lo que se muestra como un aplanamiento de la forma de onda del voltaje. Este aplanamiento provoca armónicos extraños que no son permisibles si exceden límites específicos, ya que no sólo son un desperdicio, sino que también pueden interferir con el funcionamiento de otros equipos. Las emisiones armónicas están obligadas por ley en la UE y otros países a estar dentro de límites específicos.
Además de la medición basada en la cantidad de energía utilizada, hay otros tipos de medición disponibles. En los primeros días de la electrificación se utilizaron medidores que medían la cantidad de carga ( culombios ) utilizada, conocidos como amperímetros hora . Estos dependían de que el voltaje de suministro permaneciera constante para una medición precisa del uso de energía, lo cual no era una circunstancia probable en la mayoría de los suministros. La aplicación más común fue en relación con medidores especiales para monitorear el estado de carga/descarga de baterías grandes. Algunos medidores medían sólo el tiempo durante el cual fluía la carga, sin medir la magnitud del voltaje o la corriente. Estos sólo son adecuados para aplicaciones de carga constante y rara vez se utilizan en la actualidad.
Los medidores de electricidad funcionan midiendo continuamente el voltaje instantáneo ( voltios ) y la corriente ( amperios ) para dar la energía utilizada (en julios , kilovatios-hora, etc.). Los medidores para servicios más pequeños (como pequeños clientes residenciales) se pueden conectar directamente en línea entre la fuente y el cliente. Para cargas mayores, de más de 200 amperios de carga, se utilizan transformadores de corriente , de modo que el medidor pueda ubicarse en algún lugar que no sea en línea con los conductores de servicio. Los medidores se dividen en dos categorías básicas, electromecánicos y electrónicos.
El tipo más común de medidor de electricidad es el medidor de vatios-hora electromecánico . [14] [15]
En un suministro de CA monofásico , el medidor de inducción electromecánico funciona mediante inducción electromagnética contando las revoluciones de un disco metálico no magnético, pero conductor de electricidad, que gira a una velocidad proporcional a la potencia que pasa a través del medidor. Por tanto, el número de revoluciones es proporcional al consumo de energía. La bobina de voltaje consume una cantidad pequeña y relativamente constante de energía, normalmente alrededor de 2 vatios, que no está registrada en el medidor. De manera similar, la bobina de corriente consume una pequeña cantidad de energía en proporción al cuadrado de la corriente que fluye a través de ella, generalmente hasta un par de vatios a plena carga, que se registra en el medidor.
El disco es accionado por dos juegos de bobinas de inducción , que forman, en efecto, un motor de inducción lineal de dos fases . Una bobina está conectada de tal manera que produce un flujo magnético en proporción al voltaje y la otra produce un flujo magnético en proporción a la corriente . El campo de la bobina de voltaje se retrasa 90 grados, debido a la naturaleza inductiva de la bobina, y se calibra utilizando una bobina de retraso. [16] Esto produce corrientes parásitas en el disco y el efecto es tal que se ejerce una fuerza sobre el disco en proporción al producto de la corriente instantánea y el voltaje instantáneo. Un imán permanente actúa como un freno de corrientes parásitas , ejerciendo una fuerza opuesta proporcional a la velocidad de rotación del disco. El equilibrio entre estas dos fuerzas opuestas da como resultado que el disco gire a una velocidad proporcional a la potencia o tasa de uso de energía. El disco acciona un mecanismo de registro que cuenta las revoluciones, muy parecido al odómetro de un automóvil, para medir la energía total utilizada.
Las diferentes configuraciones de fase utilizan bobinas de voltaje y corriente adicionales.
El disco está sostenido por un husillo que tiene un engranaje helicoidal que acciona el registro. El registro es una serie de diales que registran la cantidad de energía utilizada. Los diales pueden ser del tipo ciclómetro , una pantalla similar a un odómetro que es fácil de leer donde para cada dial se muestra un solo dígito a través de una ventana en la parte frontal del medidor, o del tipo puntero donde un puntero indica cada dígito. Con el tipo de puntero de cuadrante, los punteros adyacentes generalmente giran en direcciones opuestas debido al mecanismo de engranaje.
La cantidad de energía representada por una revolución del disco se indica con el símbolo Kh, que se expresa en unidades de vatios-hora por revolución. El valor 7,2 se ve comúnmente. Utilizando el valor de Kh se puede determinar su consumo de energía en un momento dado cronometrando el disco con un cronómetro.
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Por ejemplo, si Kh = 7,2 como arriba y se realizó una revolución en 14,4 segundos, la potencia es 1800 vatios. Este método se puede utilizar para determinar el consumo de energía de los dispositivos domésticos encendiéndolos uno por uno.
La mayoría de los contadores de electricidad domésticos deben ser leídos manualmente, ya sea por un representante de la compañía eléctrica o por el cliente. Cuando el cliente lee el medidor, la lectura puede ser proporcionada a la compañía eléctrica por teléfono , correo postal o Internet . La compañía eléctrica normalmente requerirá la visita de un representante de la compañía al menos una vez al año para verificar las lecturas proporcionadas por el cliente y realizar una verificación básica de seguridad del medidor.
En un medidor de tipo inducción, la fluencia es un fenómeno que puede afectar negativamente la precisión y ocurre cuando el disco del medidor gira continuamente con potencial aplicado y los terminales de carga en circuito abierto. Una prueba de error debido a la fluencia se llama prueba de fluencia.
Dos estándares rigen la precisión del medidor, ANSI C12.20 para Norteamérica e IEC 62053.
Los medidores electrónicos muestran la energía utilizada en una pantalla LCD o LED y algunos también pueden transmitir lecturas a lugares remotos. Además de medir la energía utilizada, los medidores electrónicos también pueden registrar otros parámetros de la carga y el suministro, como la tasa de demanda de uso instantánea y máxima, voltajes, factor de potencia y potencia reactiva utilizada, etc. También pueden admitir facturación por hora del día. por ejemplo, registrar la cantidad de energía utilizada durante las horas pico y valle.
El medidor tiene una fuente de alimentación, un motor de medición, un motor de procesamiento y comunicación (es decir, un microcontrolador ) y otros módulos adicionales como un reloj de tiempo real (RTC), una pantalla de cristal líquido, puertos/módulos de comunicación por infrarrojos y pronto.
El motor de medición recibe las entradas de voltaje y corriente y tiene una referencia de voltaje, muestreadores y cuantificadores seguidos de una sección de conversión de analógico a digital para producir los equivalentes digitalizados de todas las entradas. Luego, estas entradas se procesan utilizando un procesador de señal digital para calcular los distintos parámetros de medición.
La mayor fuente de errores a largo plazo en el medidor es la deriva en el preamplificador, seguida de la precisión de la referencia de voltaje. Ambos también varían con la temperatura y varían enormemente cuando los medidores están al aire libre. Caracterizarlos y compensarlos es una parte importante del diseño del medidor.
La sección de procesamiento y comunicación tiene la responsabilidad de calcular las distintas cantidades derivadas de los valores digitales generados por el motor de medición. Este también tiene la responsabilidad de comunicarse utilizando varios protocolos e interactuar con otros módulos adicionales conectados como esclavos.
RTC y otros módulos complementarios están conectados como esclavos a la sección de procesamiento y comunicación para diversas funciones de entrada/salida. En un medidor moderno, la mayor parte, si no todo, de esto se implementará dentro del microprocesador, como el RTC, el controlador LCD, el sensor de temperatura, la memoria y los convertidores analógicos a digitales.
La lectura remota de contadores es un ejemplo práctico de telemetría . Ahorra el costo de un lector de medidores humano y los errores resultantes, pero también permite más mediciones y aprovisionamiento remoto. Muchos medidores inteligentes ahora incluyen un interruptor para interrumpir o restaurar el servicio.
Históricamente, los medidores rotativos podían reportar su información medida de forma remota, usando un par de contactos eléctricos conectados a una línea KYZ .
Una interfaz KYZ es un contacto de forma C suministrado desde el medidor. En una interfaz KYZ, los cables Y y Z son contactos de interruptor, en cortocircuito a K para una cantidad medida de energía. Cuando un contacto se cierra, el otro se abre para brindar seguridad en la precisión del conteo. [17] Cada cambio de estado de contacto se considera un pulso. La frecuencia de los pulsos indica la demanda de energía. El número de pulsos indica la energía medida. [18] Cuando se incorpora a un medidor electromecánico, el relé cambia de estado con cada rotación completa o media del disco del medidor. Cada cambio de estado se llama "pulso".
Históricamente, las salidas KYZ estaban conectadas a "relés totalizadores" que alimentaban un "totalizador" para que se pudieran leer muchos medidores a la vez en un solo lugar.
Las salidas KYZ también son la forma clásica de conectar medidores de electricidad a controladores lógicos programables , HVAC u otros sistemas de control. Algunos medidores modernos también proporcionan un cierre de contacto que advierte cuando el medidor detecta una demanda cercana a una tarifa eléctrica más alta , para mejorar la gestión del lado de la demanda .
EN 62053-31 (anteriormente DIN 43864) define la interfaz S0 , que es una salida de colector abierto aislada galvánicamente . El voltaje y la corriente están limitados a 27 V y 27 mA, respectivamente. Cada cantidad medida de energía eléctrica produce un impulso con una duración de 32 a 100 ms. La constante del medidor (pulsos por kWh) es programable en algunos medidores, pero a menudo se fija en 1000-10000 pulsos por kWh . Otros medidores implementan una interfaz de pulso similar, pero con un LED infrarrojo en lugar de una conexión eléctrica. La interfaz también se utiliza en otros tipos de medidores, como medidores de agua.
Muchos medidores diseñados para lectura semiautomática tienen un puerto serie que se comunica mediante un LED infrarrojo a través de la placa frontal del medidor. En algunos edificios de unidades múltiples se utiliza un protocolo similar, pero en un bus cableado que utiliza un bucle de corriente en serie para conectar todos los medidores a un solo enchufe. El enchufe suele estar cerca de un punto de más fácil acceso.
En la Unión Europea, el protocolo infrarrojo más común es "FLAG", un subconjunto simplificado del modo C de IEC 61107 . En Estados Unidos y Canadá, el protocolo de infrarrojos preferido es ANSI C12.18 . Algunos medidores industriales utilizan protocolos para controladores lógicos programables , como Modbus o DNP3 .
Un protocolo propuesto para este propósito es DLMS/COSEM , que puede operar en cualquier medio, incluidos los puertos serie. Los datos pueden transmitirse por Zigbee , Wi-Fi , líneas telefónicas o por las propias líneas eléctricas . Algunos medidores se pueden leer a través de Internet. También se están utilizando ampliamente otros protocolos más modernos, como OSGP (Open Smart Grid Protocol).
Los medidores electrónicos ahora también utilizan radio de baja potencia , GSM , GPRS , Bluetooth , IrDA , así como enlace por cable RS-485 . Los medidores pueden almacenar todos los perfiles de uso con marcas de tiempo y transmitirlos con solo hacer clic en un botón. Las lecturas de demanda almacenadas con los perfiles indican con precisión los requisitos de carga del cliente. Estos datos del perfil de carga se procesan en las empresas de servicios públicos con fines de facturación y planificación.
AMR ( Lectura Automática de Medidores ) y RMR (Lectura Remota de Medidores) describen varios sistemas que permiten verificar los medidores de forma remota, sin necesidad de enviar un lector de medidores. Un medidor electrónico puede transmitir sus lecturas por línea telefónica o radio a una oficina central de facturación.
Los grandes locales comerciales e industriales pueden utilizar contadores electrónicos que registran el consumo de energía en bloques de media hora o menos. Esto se debe a que la mayoría de las redes eléctricas tienen aumentos repentinos de demanda durante el día y es posible que la compañía eléctrica desee ofrecer incentivos de precios a los grandes clientes para reducir la demanda en esos momentos. Estos aumentos repentinos de la demanda a menudo corresponden a las horas de las comidas o, como es sabido, a los anuncios que interrumpen programas de televisión populares .
Un medio potencialmente poderoso para reducir el consumo de energía en el hogar es proporcionar información conveniente en tiempo real a los usuarios para que puedan cambiar su comportamiento de uso de energía. Recientemente, se encuentran disponibles pantallas de retroalimentación de energía de bajo costo, que pueden medir la energía (vatios-hora), la potencia momentánea (vataje) y, además, pueden medir el voltaje de la RED, la corriente, el tiempo de actividad, la potencia aparente y capturar potencia máxima y corriente máxima, y tiene un reloj configurado manualmente. La pantalla puede indicar gráficamente el consumo de energía durante la semana. [19] [20]
Un estudio realizado por Hydro One utilizando un medidor legible por el consumidor en 500 hogares de Ontario mostró una caída promedio del 6,5% en el uso total de electricidad en comparación con un grupo de control de tamaño similar. Posteriormente , Hydro One ofreció monitores de energía gratuitos a 30.000 clientes basándose en el éxito del piloto. [21] Proyectos como Google PowerMeter toman información de un medidor inteligente y la ponen a disposición de los usuarios para ayudar a fomentar la conservación. [22]
Los medidores de electricidad enchufables (o medidores de carga enchufables) miden la energía utilizada por los electrodomésticos individuales. Hay una variedad de modelos disponibles en el mercado hoy en día, pero todos funcionan según el mismo principio básico. El medidor está enchufado a una toma de corriente y el aparato a medir está enchufado al medidor. Estos medidores pueden ayudar a conservar energía al identificar a los principales usuarios de energía o dispositivos que consumen energía de reserva excesiva . También se pueden utilizar recursos web si una estimación del consumo de energía es suficiente para los fines de la investigación. A menudo se puede pedir prestado un medidor de energía a las autoridades eléctricas locales [23] o a una biblioteca pública local. [24] [25]
Es posible que los minoristas de electricidad deseen cobrar a los clientes tarifas diferentes en diferentes momentos del día para reflejar mejor los costos de generación y transmisión. Dado que normalmente no es rentable almacenar cantidades significativas de electricidad durante un período de baja demanda para usarla durante un período de alta demanda, los costos variarán significativamente según la hora del día. La capacidad de generación de bajo costo (carga base), como la nuclear, puede tardar muchas horas en iniciarse, lo que significa un excedente en tiempos de baja demanda, mientras que la capacidad de generación de alto costo pero flexible (como las turbinas de gas) debe mantenerse disponible para responder en cualquier momento ( reserva giratoria) hasta el pico de demanda, quizás usándose unos minutos al día, lo cual es muy costoso.
Algunos medidores de tarifas múltiples utilizan tarifas diferentes para diferentes cantidades de demanda. Suelen ser contadores industriales.
Los contadores domésticos de tarifa variable generalmente permiten dos o tres tarifas ("hora punta", "fuera de horas pico" y "hombro") y en tales instalaciones se puede utilizar un interruptor horario electromecánico simple. Históricamente, estos se han utilizado a menudo junto con calentadores de almacenamiento eléctricos o sistemas de almacenamiento de agua caliente .
Las tarifas múltiples se facilitan mediante medidores de tiempo de uso (TOU) que incorporan o están conectados a un interruptor horario y que tienen múltiples registros.
El cambio entre tarifas puede realizarse mediante control remoto o mediante un interruptor activado por radio. En principio, también se puede utilizar un interruptor horario sellado, pero se considera más vulnerable a la manipulación para obtener electricidad más barata. [ cita necesaria ]
La conmutación activada por radio es común en el Reino Unido, con una señal de datos nocturna enviada dentro de la portadora de onda larga de BBC Radio 4 , 198 kHz. El tiempo de carga fuera de las horas pico suele ser de siete horas entre la medianoche y las 7:00 a. m. GMT/BST, y está diseñado para alimentar calentadores de almacenamiento y calentadores de inmersión . En el Reino Unido, estas tarifas suelen denominarse Economy 7 , White Meter o Dual-Rate . La popularidad de dichas tarifas ha disminuido en los últimos años, al menos en el mercado interno, debido a las deficiencias (percibidas o reales) de los calentadores de almacenamiento y al costo comparativamente mucho más bajo del gas natural por kWh (generalmente un factor de 3 a 5 veces más bajo). Sin embargo, un número considerable de propiedades no tienen la opción del gas, muchas de ellas en zonas rurales están fuera de la red de suministro de gas y otras resultan costosas desde el principio para actualizar a un sistema de radiadores.
También está disponible un medidor Economy 10 , que brinda 10 horas de electricidad económica fuera de las horas pico, distribuidas en tres franjas horarias durante un período de 24 horas. Esto permite múltiples recargas de calentadores de almacenamiento, o una buena variedad de tiempos para hacer funcionar un sistema de calefacción eléctrica húmeda con una tarifa eléctrica más barata. [26]
La mayoría de los medidores que utilizan Economy 7 cambian todo el suministro eléctrico a la tarifa más barata durante el período nocturno de 7 horas, no solo el circuito del calentador de almacenamiento. La desventaja de esto es que la tarifa diurna por kWh es significativamente más alta y que las tarifas fijas a veces son más altas. Por ejemplo, en julio de 2017, la electricidad normal ("tarifa única") cuesta 17,14 peniques por kWh en la región de Londres según la tarifa predeterminada estándar de EDF Energy (el proveedor de electricidad actual posterior a la privatización en Londres), con un cargo permanente de 18,90p por día. [27] Los costos equivalentes de Economy 7 son 21,34 peniques por kWh durante el período de uso pico con 7,83 peniques por kWh durante el período de uso valle y un cargo permanente de 18,90 peniques por día. [28] Los interruptores temporizadores instalados en lavadoras , secadoras , lavavajillas y calentadores de inmersión podrán configurarse para que solo se enciendan durante el período de menor uso.
Los contadores inteligentes van un paso más allá que la simple AMR ( lectura automática de contadores ). Ofrecen funciones adicionales que incluyen lecturas en tiempo real o casi en tiempo real, notificación de cortes de energía y monitoreo de la calidad de la energía. Permiten a las agencias de fijación de precios introducir diferentes precios de consumo en función de la hora del día y la temporada.
Otro tipo de medidor inteligente utiliza monitoreo de carga no intrusivo para determinar automáticamente la cantidad y el tipo de electrodomésticos en una residencia, cuánta energía usa cada uno y cuándo. Este medidor es utilizado por las empresas eléctricas para realizar estudios de uso de energía. Elimina la necesidad de poner temporizadores en todos los electrodomésticos de una casa para determinar cuánta energía utiliza cada uno.
El modelo de negocio estándar de venta minorista de electricidad implica que la compañía eléctrica facture al cliente la cantidad de energía utilizada en el mes o trimestre anterior. En algunos países, si el minorista cree que es posible que el cliente no pague la factura, se puede instalar un medidor de prepago. Esto requiere que el cliente realice un pago por adelantado antes de poder utilizar la electricidad. [ cita requerida ] Si el crédito disponible se agota, un relé corta el suministro de electricidad .
En el Reino Unido, los contadores mecánicos de monedas de prepago solían ser comunes, tanto en alojamientos privados de alquiler como en clientes residenciales de las juntas eléctricas, el sector eléctrico nacionalizado. Las desventajas de estos incluían la necesidad de visitas periódicas para retirar el efectivo y el riesgo de robo del efectivo en los medidores tanto por parte de los clientes como por los ladrones. [ cita necesaria ]
Los primeros medidores automatizados de prepago fueron introducidos por London Electricity, en conjunto con Schlumberger Metering con sede en Felixstowe, Reino Unido. Inicialmente se llamaron Key Meters y luego se les cambió el nombre a Budget Meters. Evitaron las 60.000 desconexiones por falta de pago al año y las numerosas desventajas del prepago en efectivo. También eran populares entre los clientes que querían un método de pago conveniente, especialmente en alquileres a corto plazo. Se instalaron más de 1 millón de medidores de este tipo en todo el Reino Unido en los primeros años posteriores a su introducción. Los medidores de electricidad de estado sólido modernos, junto con las tarjetas inteligentes , han eliminado estas desventajas y dichos medidores se utilizan comúnmente para clientes que se consideran de bajo riesgo crediticio . En el Reino Unido, los clientes pueden utilizar organizaciones como Post Office Ltd o la red PayPoint , donde se pueden cargar tokens recargables (tarjetas Quantum para gas natural o "llaves" de plástico para electricidad) con el dinero que el cliente tenga disponible.
En Sudáfrica , Sudán e Irlanda del Norte, los contadores prepagos se recargan introduciendo un número único codificado de veinte dígitos mediante un teclado. Esto hace que los tokens, que pueden entregarse electrónicamente o imprimirse en una hoja de papel en el punto de compra, sean muy baratos de producir.
En todo el mundo se están llevando a cabo experimentos, especialmente en los países en desarrollo, para probar sistemas de prepago. En algunos casos, los clientes no han aceptado los contadores de prepago. Hay varios grupos, como la asociación Standard TransferSpecification (STS), que promueven estándares comunes para los sistemas de medición de prepago entre los fabricantes. En muchos países se utilizan contadores prepagos que utilizan el estándar STS. [29] [30] [31]
La medición de la hora del día (TOD), también conocida como hora de uso (TOU) o hora del día estacional (SToD), implica dividir el día, el mes y el año en franjas tarifarias y con tarifas más altas en los períodos de carga máxima y tarifas bajas. en periodos de carga valle. Si bien esto se puede utilizar para controlar automáticamente el uso por parte del cliente (lo que da como resultado un control automático de la carga), a menudo es simplemente responsabilidad del cliente controlar su propio uso o pagar en consecuencia (control de carga voluntario). Esto también permite a las empresas de servicios públicos planificar adecuadamente su infraestructura de transmisión. Véase también Gestión del lado de la demanda (DSM).
La medición TOD normalmente divide las tarifas en una disposición de múltiples segmentos que incluyen horas pico, horas valle, horas pico medias o de hombro y horas pico críticas. Un arreglo típico es un pico que ocurre durante el día (solo días no festivos), como de 13:00 a 21:00 horas de lunes a viernes durante el verano y de 6:30 a.m. a 12:00 horas y de 5:00 p.m. a 9:00 p.m. durante el invierno. . Disposiciones más complejas incluyen el uso de picos críticos que ocurren durante períodos de alta demanda. Los momentos de máxima demanda/costo variarán en los diferentes mercados del mundo.
Los grandes usuarios comerciales pueden comprar energía por horas utilizando precios previstos o precios en tiempo real. Algunas empresas de servicios públicos permiten a los clientes residenciales pagar tarifas por hora, como en Illinois, que utiliza precios diarios. [32] [33]
Muchos clientes de electricidad están instalando sus propios equipos de generación de electricidad, ya sea por motivos de economía, redundancia o medioambientales . Cuando un cliente genera más electricidad de la necesaria para su propio uso, el excedente puede exportarse de nuevo a la red eléctrica . Los clientes que generan nuevamente en la "red" generalmente deben tener equipos especiales y dispositivos de seguridad para proteger los componentes de la red (así como los del cliente) en caso de fallas (cortocircuitos eléctricos) o mantenimiento de la red (por ejemplo, voltaje en una red caída). línea procedente de una instalación de un cliente exportador).
Esta energía exportada puede ser contabilizada en el caso más simple por el contador que corre hacia atrás durante los períodos de exportación neta , reduciendo así el uso de energía registrado del cliente por la cantidad exportada. En la práctica, esto da como resultado que al cliente se le pague por sus exportaciones el precio total de venta al por menor de la electricidad. A menos que esté equipado con un trinquete o equivalente, un medidor estándar registrará con precisión el flujo de energía en cada dirección simplemente corriendo hacia atrás cuando se exporta energía. Cuando lo permite la ley, las empresas de servicios públicos mantienen un margen rentable entre el precio de la energía entregada al consumidor y la tarifa acreditada por la energía generada por el consumidor que regresa a la red.
Últimamente, las fuentes de carga suelen proceder de fuentes renovables (por ejemplo, turbinas eólicas , células fotovoltaicas ), o turbinas de gas o de vapor , que suelen encontrarse en los sistemas de cogeneración . Otra posible fuente de carga que se ha propuesto son las baterías de automóviles híbridos enchufables ( sistemas de energía de vehículo a red ). Esto requiere una " red inteligente ", que incluye medidores que miden la electricidad a través de redes de comunicación que requieren control remoto y brindan a los clientes opciones de sincronización y precios. Los sistemas de conexión de vehículos a la red podrían instalarse en los estacionamientos y garajes de los lugares de trabajo y en los parques y atracciones y podrían ayudar a los conductores a cargar sus baterías en casa por la noche, cuando los precios de la energía fuera de las horas pico son más baratos, y recibir créditos en la factura por vender el exceso de electricidad a la red durante las horas de alta demanda.
La ubicación de un contador de electricidad varía con cada instalación. Las posibles ubicaciones incluyen un poste de servicios públicos que da servicio a la propiedad, en un gabinete del lado de la calle (caja de medidor) o dentro de las instalaciones adyacentes a la unidad de consumo / tablero de distribución . Las compañías de electricidad pueden preferir ubicaciones externas ya que el medidor se puede leer sin tener acceso a las instalaciones, pero los medidores externos pueden ser más propensos al vandalismo .
Los transformadores de corriente permiten ubicar el medidor lejos de los conductores que transportan corriente. Esto es común en grandes instalaciones. Por ejemplo, una subestación que atiende a un único cliente grande puede tener equipos de medición instalados en un gabinete, sin necesidad de introducir cables pesados en el gabinete.
Dado que los estándares eléctricos varían en diferentes regiones, las "caídas del cliente" de la red al cliente también varían según los estándares y el tipo de instalación. Existen varios tipos comunes de conexiones entre una red y un cliente. Cada tipo tiene una ecuación de medición diferente. El teorema de Blondel establece que para cualquier sistema con N conductores portadores de corriente, N-1 elementos de medición son suficientes para medir la energía eléctrica. Esto indica que se necesita una medición diferente, por ejemplo, para un sistema trifásico de tres hilos que para un sistema trifásico de cuatro hilos (con neutro).
En Europa, Asia, África y la mayoría de los demás lugares, la monofásica es común para clientes residenciales y pequeños comerciales. La distribución monofásica es menos costosa porque un conjunto de transformadores en una subestación normalmente sirve a un área grande con voltajes relativamente altos (generalmente 230 V) y sin transformadores locales. Estos tienen una ecuación de medición simple: Watts = voltios x amperios , con voltios medidos desde el cable neutro al de fase. En los Estados Unidos, Canadá y partes de América Central y del Sur, clientes similares normalmente reciben servicio mediante monofásicos de tres cables . Monofásico de tres cables requiere transformadores locales, tan solo uno por cada diez residencias, pero proporciona voltajes más bajos y más seguros en el enchufe (generalmente 120 V) y proporciona dos voltajes a los clientes: neutro a fase (generalmente 120 V) y fase a fase (normalmente 240 V). Además, los clientes de tres cables normalmente tienen un neutro conectado al lado cero de los devanados del generador, lo que proporciona una conexión a tierra que se puede medir fácilmente para que sea segura. Estos medidores tienen una ecuación de medición de Watts = 0,5 x voltios x (amperios de la fase A - amperios de la fase B), con voltios medidos entre los cables de fase.
La energía industrial normalmente se suministra como energía trifásica. Hay dos formas: tres hilos o cuatro hilos con neutro del sistema. En "tres cables" o "triángulo de tres cables", no hay neutro, pero una conexión a tierra es la conexión a tierra de seguridad. Las tres fases tienen tensión sólo entre sí. Este método de distribución tiene un cable menos, es menos costoso y es común en Asia, África y muchas partes de Europa. En regiones que mezclan residencias e industria ligera, es común que este sea el único método de distribución. Un medidor de este tipo normalmente mide dos de los devanados en relación con el tercer devanado y suma los vatios. Una desventaja de este sistema es que si falla la tierra de seguridad, es difícil descubrirlo mediante medición directa, porque ninguna fase tiene tensión con respecto a tierra.
En el sistema trifásico de cuatro hilos, a veces llamado "estrella de cuatro hilos", la tierra de seguridad está conectada a un cable neutro que está físicamente conectado al lado de voltaje cero de los tres devanados del generador o transformador. Dado que en este sistema todas las fases de alimentación son relativas al neutro, si el neutro está desconectado, se puede medir directamente. En Estados Unidos, el Código Eléctrico Nacional exige que los neutros sean de este tipo. [34] En este sistema, los medidores de potencia miden y suman las tres fases en relación con el neutro.
En América del Norte, es común que los medidores de electricidad se conecten a un enchufe estandarizado al aire libre, en el costado de un edificio. Esto permite reemplazar el medidor sin alterar los cables del enchufe ni al ocupante del edificio. Algunos enchufes pueden tener una derivación mientras se retira el medidor para realizar el mantenimiento. La cantidad de electricidad consumida sin registrarse durante este corto tiempo se considera insignificante si se compara con las molestias que podría causar al cliente el corte del suministro eléctrico. La mayoría de los medidores electrónicos en Norteamérica utilizan un protocolo serial, ANSI C12.18 .
En muchos otros países, los terminales de suministro y carga se encuentran en la propia carcasa del medidor. Los cables están conectados directamente al medidor. En algunas áreas el medidor está afuera, a menudo en un poste de servicios públicos. En otros, está en el interior del edificio en una hornacina. Si está dentro, puede compartir una conexión de datos con otros medidores. Si existe, la conexión compartida suele ser un pequeño enchufe cerca del buzón. La conexión suele ser EIA-485 o infrarroja con un protocolo serie como IEC 62056 .
En 2014, la conexión en red de medidores está cambiando rápidamente. Los esquemas más comunes parecen combinar un estándar nacional existente para datos (por ejemplo, ANSI C12.19 o IEC 62056 ) que opera a través del Protocolo de Internet con una pequeña placa de circuito para comunicación por línea eléctrica , o una radio digital para una red de telefonía móvil , o un ISM. banda .
Los contadores de electricidad deben registrar la energía consumida con un grado de precisión aceptable. Cualquier error significativo en la energía registrada puede representar una pérdida para el proveedor de electricidad o una sobrefacturación para el consumidor. La precisión generalmente viene establecida por ley para el lugar en el que está instalado el medidor. Las disposiciones legales también pueden especificar un procedimiento a seguir en caso de duda sobre la exactitud.
En el Reino Unido, cualquier medidor de electricidad instalado debe registrar con precisión la energía consumida, pero se permite una lectura inferior al 3,5% o una lectura excesiva del 2,5%. [35] Los medidores en disputa se verifican inicialmente con un medidor de verificación que funciona junto al medidor en disputa. El último recurso es que el medidor en disputa sea probado completamente tanto en el lugar de instalación como en un laboratorio de calibración especializado. [36] Aproximadamente el 93% de los medidores en disputa funcionan satisfactoriamente. Sólo se realizará un reembolso de la electricidad pagada pero no consumida (pero no al revés) si el laboratorio es capaz de estimar cuánto tiempo lleva el contador mal registrado. Esto contrasta con los medidores de gas donde, si se descubre que un medidor está bajo lectura, se supone que ha estado bajo lectura mientras el consumidor haya tenido suministro de gas a través de él. [37] Cualquier reembolso adeudado se limita a los seis años anteriores. [38]
Los medidores se pueden manipular para que no se registren, lo que permite efectivamente el uso de energía sin pagar por ella. Este robo o fraude puede ser peligroso además de deshonesto.
Las compañías eléctricas suelen instalar medidores de informes remotos específicamente para permitir la detección remota de manipulaciones y, específicamente, para descubrir el robo de energía. El cambio a contadores de energía inteligentes es útil para frenar el robo de energía.
Cuando se detecta manipulación, la táctica normal, legal en la mayoría de las áreas de los Estados Unidos, es cambiar al suscriptor a una tarifa de " manipulación " cargada a la corriente máxima diseñada para el medidor [ cita requerida ] . A US $ 0,095/kWh, un medidor residencial estándar de 50 A genera un cargo legalmente cobrable de aproximadamente US$ 5.000,00 al mes. Los lectores de medidores están capacitados para detectar signos de manipulación, y con medidores mecánicos toscos, se puede cobrar la tarifa máxima en cada período de facturación hasta que se elimine la manipulación o se desconecte el servicio.
Un método común de manipulación de medidores de disco mecánico es colocar imanes en el exterior del medidor. Los imanes fuertes saturan los campos magnéticos del medidor de modo que la parte del motor de un medidor mecánico no funciona. Los imanes de menor potencia pueden aumentar la resistencia de arrastre de los imanes de resistencia del disco interno. Los imanes también pueden saturar los transformadores de corriente o los transformadores de suministro de energía en los medidores electrónicos, aunque las contramedidas son comunes.
Algunas combinaciones de carga capacitiva e inductiva pueden interactuar con las bobinas y la masa de un rotor y provocar un movimiento reducido o inverso.
Todos estos efectos pueden ser detectados por la compañía eléctrica y muchos medidores modernos pueden detectarlos o compensarlos.
El propietario del contador normalmente lo protege contra manipulaciones. Los mecanismos y conexiones de los contadores de ingresos están sellados. Los medidores también pueden medir VAR-horas (la carga reflejada), corrientes neutras y CC (elevadas por la mayoría de las manipulaciones eléctricas), campos magnéticos ambientales, etc. Incluso los medidores mecánicos simples pueden tener banderas mecánicas que se caen debido a manipulaciones magnéticas o grandes corrientes CC.
Los medidores computarizados más nuevos suelen tener contramedidas contra la manipulación. Los medidores AMR (lectura automática de medidores) a menudo tienen sensores que pueden informar la apertura de la cubierta del medidor, anomalías magnéticas, ajustes adicionales del reloj, botones pegados, instalación invertida, fases invertidas o conmutadas, etc.
Algunos manipuladores evitan el medidor, total o parcialmente. Las manipulaciones seguras de este tipo normalmente aumentan la corriente neutra en el medidor. La mayoría de los medidores residenciales de fase dividida en los Estados Unidos no pueden detectar corrientes neutras. Sin embargo, los medidores modernos a prueba de manipulaciones pueden detectarlo y facturarlo a tarifas estándar. [39]
Desconectar el conector neutro de un medidor no es seguro porque los cortocircuitos pueden pasar a través de personas o equipos en lugar de una conexión a tierra metálica hacia el generador o la tierra.
Una conexión de bucle fantasma a través de una conexión a tierra suele tener una resistencia mucho mayor que el conector neutro metálico. Incluso si una conexión a tierra es segura, la medición en la subestación puede alertar al operador sobre una manipulación. Las subestaciones, interconexión y transformadores normalmente tienen un medidor de alta precisión para el área atendida. Las compañías eléctricas normalmente investigan las discrepancias entre el total facturado y el total generado, con el fin de encontrar y solucionar problemas de distribución de energía. Estas investigaciones son un método eficaz para descubrir la manipulación.
Los robos de energía en los Estados Unidos a menudo están relacionados con operaciones de cultivo de marihuana en interiores . Los detectives de narcóticos asocian el uso anormalmente alto de energía con la iluminación que requieren tales operaciones. [40] Los cultivadores de marihuana de interior conscientes de esto están particularmente motivados a robar electricidad simplemente para ocultar su uso.
Tras la desregulación de los mercados de suministro de electricidad en muchos países, la empresa responsable de un contador de electricidad puede no ser obvia. Dependiendo de las disposiciones vigentes, el medidor puede ser propiedad del operador del medidor , del distribuidor de electricidad , del minorista o, para algunos grandes usuarios de electricidad, el medidor puede pertenecer al cliente.
La empresa responsable de leer el contador puede no ser siempre la empresa propietaria del mismo. Actualmente, la lectura de contadores a veces se subcontrata y en algunas zonas la misma persona puede leer los contadores de gas , agua y electricidad al mismo tiempo.
La introducción de medidores avanzados en áreas residenciales ha generado problemas de privacidad adicionales que pueden afectar a los clientes comunes. Estos medidores suelen ser capaces de registrar el consumo de energía cada 15, 30 o 60 minutos. Algunos medidores tienen uno o dos LED IR en el frente: uno que se usa para pruebas y que actúa como el equivalente de la marca de sincronización en los medidores mecánicos más antiguos y el otro como parte de un puerto de comunicaciones IR bidireccional para leer/programar el medidor. . Estos LED IR son visibles con algunos visores de visión nocturna y ciertas cámaras de video que son capaces de detectar transmisiones IR. Estos pueden usarse para vigilancia, revelando información sobre las posesiones y el comportamiento de las personas. [41] Por ejemplo, puede mostrar cuando el cliente está ausente por períodos prolongados. El monitoreo de carga no intrusivo brinda aún más detalles sobre los electrodomésticos que tienen las personas y sus patrones de vida y uso.
El Laboratorio de Seguridad de Illinois realizó un análisis más detallado y reciente de este problema . [42] [ se necesita más explicación ]
Medios relacionados con medidores de electricidad (kWh) en Wikimedia Commons
