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”.

1 – 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.

2 – 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.

medidor de energia elétrica demanda medidor de energia el  trica demanda

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

3 – 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

4 – 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:

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Figura – Diagrama de Blocos de um medidor de energia Elétrica

4.1 – 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.

4.2 – 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.

4.3 – 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.

4.4 – 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

4.5 – 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.

4.6 – 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.

Referências para Medidor de Energia Elétrica: