Comptadors d'energia

En aquest post parlaré del funcionament d'un instrument de mesura molt comú a les instal·lacions elèctriques tant domèstiques com industrials: el comptador d'energia. Caldrà primerament definir la potència i l'energia per vore quina part d'aquesta es medix realment i per tant es factura.

La potència es pot representar en forma de triangle de la següent manera:En aquest triangle, la hipotenusa representa el producte del potencial per la intensitat, i s'anomena potència aparent (S), i es medix en Volt-Ampers (VA). Pel que fa als altres costats del triangle, el vertical representa la potència reactiva (Q), cuantificada en Volt-Ampers reactius (VAr), i l'horitzontal la potència activa (P), que es medix en Vats (W). Per a simplificar cal dir que la potència reactiva no produeix cap treball útil, i és l'activa qui produeix tot el treball útil. La part de potència reactiva s'introdueix quan hi ha elements que no es comporten com a resistències (motors, condensadors...). Si fem el producte d'aquestes magnituds pel temps per tal d'obtenir l'energia, el resultat serà un triangle equivalent, on estaran representades l'energia aparent, la reactiva i l'activa:El comptador d'energia que usualment tenim a l'entrada de l'electricitat a les nostres cases enregistra els intercanvis d'energia activa entre les estacions de producció i els consums (els aparells elèctrics que hi ha a casa) per tal de conéixer la quantitat d'energia a facturar, per tant en la factura s'assumeixen consums purament resistius, sense cap contribució de motors ni condensadors que puguem tindre connectats a la xàrcia, i s'establix un preu per kWh consumit.

Els comptadors usats tradicionalment consistixen en un disc que gira amb una velocitat proporcional a la potència que s'està consumint de la xàrcia en cada moment. Per a aconseguir fer girar el disc s'utilitzen dos bobines, una per al potencial i l'altra per a la corrent, i aquesta darrera es dividix en dues, de manera que s'induïx en el disc una corrent que fa que gire dins d'un camp magnètic:El disc gira sobre el seu eix, i aquest eix està connectat al sistema d'indicació mitjançant engranatges reductors. L'eix del disc descansa sobre dos rodaments per a minimitzar el fregament. Aquest fregament fa que el disc disminuisca la seua velocitat, però el seu efecte no és suficient, i per això s'implementa un sistema de frenatge magnètic del disc, de tal manera que quan la potència (activa) es reduïsca el disc frene ràpidament, impedint una lectura excessiva.

El comportament del comptador és el següent quan considerem una càrrega resistiva:

En la gràfica podem apreciar que la velocitat angular del disc no és constant, sinó que té petites oscilacions entorn de la velocitat angular d'equilibri a causa de les corrents paràsites que són la base del seu funcionament. Depenent dels factors constructius el temps que tarda en assolir-se la velocitat angular d'equilibri pot variar, i aquesta representa una fracció de l'error que comet l'aparell. Altres factors d'error poden ser la variació del fregament amb el temps, les variacions de temperatura i els canvis de la forma d'ona, ja que si aquesta no és perfectament sinusoïdal o té una freqüència diferent a la de disseny la lectura del comptador pot patir variacions significatives.

A l'indústria s'utilitzen altres comptadors d'energia per tal de contabilitzar tant l'energia activa com la reactiva, ja que aquesta darrera introdueix caigudes de potencial que afecten a l'estabilitat en el suministre de tota la xàrcia, i es penalitzen grans consums d'energia reactiva, raó per la qual les fàbriques instal·len bancs de condensadors per a que la càrrega global tinga un caràcter més resistiu, i evitar possibles sancions per part de les empreses elèctriques.

En els darrers anys s'han començat a introduir els comptadors d'energia digitals, i aquest canvi ha permès augmentar la precisió en la lectura del consum, afavorint als consumidors, encara que el cost del comptador és major que en el cas d'un comptador de disc. Per a compensar aquest fet, i sabent que la majoria dels comptadors actualment instalats són molt antics, les empreses elèctriques van decidir impulsar un pla de renovació de comptadors, que es va començar a dur a terme a partir del 2007.