Nel presente articolo parleremo degli strumenti per la misura dell’energia (Analizzatori di rete o Energy meter) evidenziando, in particolare, le caratteristiche costruttive, le esecuzioni e le macrocategorie a seconda del tipo di utilizzo previsto.
Dal punto di vista costruttivo, possiamo dividere i misuratori di energia in
- Monofase: ovvero strumenti con un singolo canale di misura tensione-corrente
- Trifase: strumenti con la misura delle tre fasi, tre correnti, tre tensioni e il neutro
Un’altra distinzione possibile riguarda la presenza o l’assenza di un display integrato. Il display integrato permette la visualizzazione locale delle informazioni mentre un trasmettitore completamente cieco trasmette le informazioni a un PLC o a un controllore remoto tramite un protocollo di comunicazione.
Anche il tipo di montaggio fa la differenza: si può optare per il montaggio su barra DIN, dove l’aggancio avviene sulla barra omega insieme agli altri elementi del quadro, con dimensioni che possono variare da 17,5 mm a 35 mm per le misure monofase e 70 o 105mm per quelle trifase, oppure per l’inserimento a pannello direttamente sulla struttura meccanica del quadro, nel caso sia importante mostrare le informazioni al cliente. Questo tipo di montaggio è tipicamente utilizzato dai costruttori di quadri.
Un’altra distinzione riguarda le connessioni per le misure di corrente, che possono avvenire:
- Tramite inserzione diretta, nel caso di correnti fino a 65-100 Ampere, sia monofase che trifase
- Tramite l’utilizzo di trasformatori amperometrici, che convertono il segnale di corrente in ingresso in un segnale leggibile e fruibile dallo strumento.
Considerando questi aspetti, possiamo distinguere le tipologie di strumenti:
- Contatori di energia, che sono strumenti di tipo elettronico o elettromeccanico molto semplici ed essenziali, utilizzati per la visualizzazione locale dell’energia consumata.
- Analizzatori di rete, che oltre alla misura dell’energia, raccolgono molte più informazioni riguardanti la rete elettrica, come tensioni, correnti, sfasamenti, power factor, potenze attive e reattive, e altre informazioni utili per avere una visione completa di ciò che sta accadendo sulla macchina o sull’impianto. Queste informazioni possono essere trasmesse tramite protocollo di comunicazione RS485 o tramite una porta Ethernet.
Andando oltre, entriamo nel mondo della Power Quality, che riguarda la qualità della rete elettrica. In questo caso, le informazioni raccolte dall’energy meter e dall’analizzatore di rete vengono arricchite con ulteriori informazioni dettagliate, in conformità con la normativa IEC 61000-4-30. Questa normativa definisce le regole per misurare la qualità dell’energia, definisce i metodi di misura per ciascun parametro di qualità dell’alimentazione allo scopo di ottenere risultati affidabili, riproducibili e confrontabili.
Prevede la misurazione delle singole armoniche fino all’ordine 51 per ogni canale di misura e ogni fase, viene monitorata la distorsione armonica totale dei canali di corrente e tensione, vengono individuati eventuali buchi di tensione o aumenti improvvisi di tensione durante il funzionamento, che possono essere problemi tipici della rete del fornitore.
È importante notare che questi strumenti sono molto sofisticati e richiedono opportune elaborazioni successive per analizzare i dati raccolti. È necessario utilizzare appositi software di raccolta e analisi dati che consentano di correlare le informazioni e fornire un profilo energetico dettagliato della macchina, dell’impianto o dell’edificio. L’efficienza energetica diventa così una parte fondamentale di queste attività, consentendo di identificare e attuare miglioramenti per ottimizzare i consumi energetici.
Energy Meter Certificati MID
La Direttiva MID è una Direttiva condivisa e recepita in Italia attraverso il Decreto Legislativo n. 22 del 2007, in cui vengono definiti degli standard comuni a livello progettuale e meccanico per garantire un modo di produzione riconosciuto tra i costruttori.
Tra i requisiti meccanici previsti dalla Direttiva ricordiamo:
- La protezione delle connessioni allo strumento delle tensioni e delle correnti
- Un display che mostri i dati di energia raccolta
- La presenza di un contatto digitale S0 con un LED lampeggiante che mostri gli impulsi dell’energia trasmessa
Dal punto di vista funzionale, il firmware, ossia il motore di misura dello strumento, deve essere realizzato in maniera protetta per evitare manipolazioni dei dati di energia misurati. Il circuito di misura deve essere isolato e separato dalla parte di comunicazione. Durante la realizzazione del dispositivo, è importante garantire la sicurezza affinché non sia possibile intervenire sulla configurazione o lettura dei dati raccolti.
Per standardizzare e permettere la verifica da parte dell’ente certificatore e garantire che il costruttore segua sempre questi standard lo strumento deve essere riconoscibile come MID. Secondo la Direttiva la marchiatura deve consistere in:
- Una M con l’anno di costruzione sul lato frontale
- Un numero seriale che indica il lotto di produzione e permetta il recupero del suo documento di collaudo.
Dal punto di vista funzionale, gli strumenti MID non differiscono significativamente dagli altri strumenti non certificati MID. Tuttavia, sono meno flessibili e tipicamente permettono solo misure con secondari in corrente da 1 o 5 Ampere, senza possibilità di utilizzare altre tipologie di TA tipo le bobine di Rogowski o quelle con secondario a 333 millivolt.
Per quanto riguarda la comunicazione, oltre al classico protocollo RS485 Modbus, è possibile avere versioni con comunicazione M-Bus o anche senza comunicazione, con sola visualizzazione locale.
È importante sottolineare che, dal punto di vista fiscale, in Italia gli strumenti certificati MID non sono riconosciuti per la fatturazione dei consumi energetici, a differenza degli altri paesi europei dove basta avere uno strumento certificato MID per procedere alla fatturazione. In Italia, è necessario che l’Ufficio Tecnico Finanza apponga il proprio sigillo per consentire la fatturazione.
Un’altra caratteristica interessante è che questi standard riguardano solo le misure in corrente alternata e non in corrente continua. Il mercato emergente delle colonnine di ricarica per veicoli elettrici richiede misure omologabili in Corrente Continua e certificabili MID, anche se al momento non esiste ancora una normativa specifica per questo tipo di applicazione, sono in fase studio e di prossimo rilascio da parte della Commissione Europea.
QEED-Energy Meter monofase AC/DC bidirezionale qi-power-485
QEED Power 485 è il primo Energy Meter monofase AC e DC toroidale ad effetto di Hall con comunicazione seriale RS485 integrata. Lo strumento è predisposto per il montaggio su barra DIN, sia in posizione verticale che orizzontale. È stato sviluppato nel 2015 e brevettato nell’anno successivo.
La caratteristica principale di QEED Power 485 è la capacità di misurare correnti AC/DC fino a 50 Ampere, o fino a 300 Ampere nel modello più grande, insieme alla misurazione della tensione AC fino a 800 volt e DC fino a 1000 volt. attraverso la porta seriale RS485 è possibile leggere i valori di potenza, fattore di potenza, energia attiva, reattiva e apparente, oltre al THD sul canale di tensione tramite i registri Modbus.
QI-POWER-485 è un misuratore bidirezionale, in grado di leggere la corrente DC in entrambe le direzioni. Sono disponibili versioni con range di tensione più basso, che consentono di misurare tensioni fino a 80 volt AC e 100 volt DC, rendendolo adatto per applicazioni nel settore delle telecomunicazioni a 48 volt DC e nel monitoraggio dei cicli di carica/scarica delle batterie.