Sottocontatori elettrici negli edifici commerciali

I sottocontatori di un sito commerciale (detti anche contatori a defalco o di sottolettura) raramente danno una somma pari esattamente alla lettura del contatore principale. Le perdite dei cavi e dei trasformatori, i circuiti senza contatore e l'errore consentito di ciascun contatore e trasformatore creano un divario tra loro. Gli errori di installazione creano un’ulteriore differenza, ed è questa a essere un difetto. Uno schema di sottocontatori funziona quando si conosce la dimensione dei primi tre abbastanza bene da poter vedere il quarto.

Contatori principali, sottocontatori e dati delle apparecchiature

Un sito commerciale solitamente dispone di tre fonti di dati elettrici.

Le tre fonti possono non coincidere per buone ragioni. Un inverter segnala la potenza ai propri terminali e alcuni modelli segnalano la potenza in corrente continua. Il contatore principale misura in corrispondenza della connessione alla rete, quindi la sua lettura include le perdite del cavo e del trasformatore del sito e vede solo il flusso netto quando il sito genera. Disegna i circuiti prima di considerare una differenza come un errore.

Come funziona un sottocontatore

Un sottocontatore misura la corrente e la tensione di un circuito a valle del contatore principale e conta l'energia in kWh su un totalizzatore cumulativo. La lettura lascia il contatore tramite il display, un'uscita a impulsi, un bus cablato come Modbus o M-Bus, oppure un collegamento radio. Un gateway o un collettore dati legge ogni contatore secondo una pianificazione e memorizza ogni lettura con il suo timestamp. Il software sottrae le letture consecutive per ottenere l'energia di ogni intervallo e somma i contatori lungo l'albero di misurazione descritto più avanti.

Tipi di sottocontatore elettrico

Scegli il tipo in base alla corrente che il contatore deve misurare e al modo in cui puoi raggiungere il conduttore:

Ogni tipo esiste in versione monofase e trifase. Un contatore trifase su un'alimentazione a quattro fili ha bisogno di un sensore di corrente e di un collegamento di tensione su ogni fase. La guida trifase spiega perché e la guida ai contatori Modbus trifase tratta le impostazioni del contatore da verificare prima dell'ordine.

Perché installare sottocontatori

Un contatore principale può mostrare che il carico notturno è aumentato. I sottocontatori mostrano se la causa è stata la refrigerazione, la ventilazione o l'illuminazione. Al momento del picco mensile, mostrano quali sistemi erano in funzione e il calcolatore del fattore di carico confronta quel picco con la media.

In Inghilterra, l'Approved Document L Volume 2, paragrafo 5.17, si applica ai nuovi edifici e agli edifici esistenti quando vengono forniti o estesi impianti fissi dell’edificio. Gli usi finali come il riscaldamento, l’illuminazione e il raffreddamento dovrebbero essere misurati in modo che almeno il 90% del consumo annuo di ciascun combustibile possa essere assegnato a un uso finale. La misurazione dovrebbe inoltre consentire al proprietario di confrontare l'energia in uso con le previsioni in fase di progettazione, monitorare ciascun inquilino separatamente e monitorare separatamente i sistemi rinnovabili. Gli edifici con una superficie utile totale superiore a 1.000 m² dovrebbero essere dotati di lettura automatica dei contatori e raccolta dati. Per il metodo il paragrafo rimanda a CIBSE TM39. L'Approved Document L cita l'edizione del 2009. CIBSE lo ha sostituito nel 2026 con TM39 Building metering and Monitoring, che aggiunge indicazioni sulle classi di precisione dei contatori, sui contatori approvati dal MID e sulla riconciliazione dei sottocontatori con il contatore principale.

Scegli i punti

Annotare le domande a cui i dati devono rispondere e chi agirà in base a ciascuna risposta. Quindi scegli l'insieme di punti più piccolo che risponde.

Classifica i carichi in base all'energia annuale stimata: kW di targa × frazione di carico tipica × ore di funzionamento all'anno. Un impianto di refrigerazione da 90 kW che funziona al 50% del carico per 3.000 ore utilizza circa 135.000 kWh all'anno. Il motore di un ascensore da 5 kW che funziona al 20% per 2.000 ore utilizza circa 2.000 kWh. Scorri l'elenco classificato finché i carichi misurati non coprono la quota necessaria. Per l'Approved Document L, tale quota è pari al 90% di ciascun combustibile.

Alcuni punti richiedono un contatore qualunque sia la loro dimensione. Misura ogni sistema con un programma orario, un set point o un ingresso di controllo, perché è lì che si può realizzare e poi dimostrare il risparmio. Misura ogni inquilino o centro di costo a cui devi riaddebitare l’energia. Misura impianti fotovoltaici, batterie e generatori, perché modificano il flusso attraverso il contatore principale e i totali del sito non possono essere spiegati senza di essi.

Disegna l'albero di misurazione

Disegna il contatore principale in alto, ogni quadro di distribuzione sotto di esso e ogni sottocontatore al suo posto. Segna i circuiti senza sottocontatore e qualsiasi contatore sull'altro lato di un trasformatore. L'albero mostra cosa comprende ciascun contatore e consente di riconciliare i numeri:

contatore principale = somma dei sottocontatori direttamente sottostanti + carichi non misurati + perdite

La maggior parte delle perdite si trovano nei cavi tra il contatore principale e ciascun quadro e in qualsiasi trasformatore tra di loro. La perdita resistiva aumenta con il quadrato della corrente, quindi come frazione della potenza trasportata aumenta in proporzione alla corrente. Al fattore di potenza unitario, una linea secondaria progettata per una caduta di tensione del 2% a pieno carico perde circa il 2% della sua potenza sotto forma di calore a pieno carico e circa l'1% a metà carico costante. Stimare la perdita dai dati a intervalli. La media mensile la sottostima: un quadro che trascorre metà del mese al 20% di carico e metà all'80% ha la stessa media, ma perde circa l'1,4% della sua energia.

Laddove il sito dispone di impianto fotovoltaico o batteria, il contatore principale vede solo il flusso netto. Misurare l'uscita dell'inverter FV e della batteria sul lato AC, con registri di importazione ed esportazione separati, e scrivere la convenzione dei segni sull'albero. Poi:

consumo del sito = importazione dalla rete − esportazione dalla rete + produzione fotovoltaica + scarica della batteria − carica della batteria

La guida alla riconciliazione di potenza negativa e contatore spiega come controllare il segno di ciascun contatore e confrontare i contatori nello stesso periodo.

Imposta una tolleranza di riconciliazione

Imposta la tolleranza per ciascun contatore principale prima di guardare il risultato. Basala sulla classe di precisione di ciascun contatore e ciascun TA alla corrente effettivamente trasportata, sulle perdite del cavo e del trasformatore e sull'incertezza di ciascuna stima per un circuito non misurato.

L'errore di rapporto consentito di un TA aumenta quando la corrente scende al di sotto del suo valore nominale. La norma IEC 61869-2 consente a un TA di Classe 1 un errore di ±1% al 100% e al 120% della corrente nominale, ±1,5% al 20% e ±3% al 5%. Un TA di classe 0.5S mantiene ±0,5% fino al 20%, quindi ±0,75% al 5% e ±1,5% all'1%. Un TA di Classe 1 da 400 A su un quadro che normalmente assorbe 40 A funziona al 10% del suo valore nominale, tra i limiti di ±1,5% e ±3%. Dimensionare il TA in base al carico reale o specificare una classe S in cui il carico rimane basso per lunghi periodi. Il calcolatore del rapporto TA e del carico controlla il punto operativo.

Ad esempio, un contatore a monte registra 42.000 kWh in un mese. I suoi quattro sottocontatori registrano complessivamente 38.900 kWh, circa 9.700 kWh ciascuno. Tutti e cinque i contatori sono di Classe 1 secondo IEC 62053-21, che consente ±1% sopra l'intervallo di corrente normale, su TA di Classe 1 che funzionano tra il 20% e il 100% della loro corrente nominale. Un quadro luci senza contatore è stimato in 1.800 kWh, mentre i quadri antincendio e di sicurezza in 300 kWh. La linea secondaria funziona a metà carico costante ed è stata progettata per una caduta di tensione del 2%, quindi le perdite sono circa l'1%, ovvero 420 kWh. Il resto che nulla spiega è:

42.000 − 38.900 − 1.800 − 300 − 420 = 580 kWh, ovvero 1,4% del contatore a monte

Ora costruisci il budget degli errori. Ogni contatore con i suoi TA può essere sbagliato fino a √(1² + 1,5²) ≈ 1,8%. Ciò significa circa 760 kWh sul contatore a monte e circa 175 kWh su ciascun sottocontatore. Assegnare a ciascuna stima la propria incertezza: ±20% sull'illuminazione (360 kWh) e sui quadri (60 kWh), perché derivano dalla potenza installata e dalle ore di funzionamento, e ±50% sulle perdite (210 kWh). Gli errori sono indipendenti, quindi combinali come una radice della somma dei quadrati:

√(760² + 4 × 175² + 360² + 60² + 210²) ≈ 940 kWh, ovvero il 2,2% del contatore a monte

I 580 kWh rimanenti rientrano in tale fascia, quindi non è indice di guasto. Il caso peggiore, con ogni errore nella stessa direzione, è di circa 2.090 kWh. Un resto di 4.000 kWh supera entrambi i limiti. Indica un circuito mancante o un errore di installazione della sezione successiva. Confronta i contatori cumulativi sugli stessi orari di inizio e fine e monitora il resto ogni mese. Un resto che cresce significa solitamente che è stato collegato un nuovo carico senza contatore.

Trova errori di installazione

Ciascuno di questi errori lascia una firma nei dati. Verificarli alla messa in servizio, prima della prima riconciliazione:

Quando si sostituisce un contatore, registrare l'ora, l'ultima lettura del contatore vecchio e la prima lettura del nuovo contatore. L'energia per un periodo che comprende la sostituzione è pari all'avanzamento del vecchio contatore fino alla sostituzione più l'avanzamento del nuovo contatore dopo di esso. Quando un TA viene sostituito con uno con un rapporto diverso, memorizzare il nuovo rapporto con la data in cui è entrato in vigore, in modo che i dati prima di tale data mantengano la vecchia scala.

Riutilizza i contatori che hai

I quadri elettrici principali, i refrigeratori e i gruppi elettrogeni spesso dispongono di contatori multifunzione con una porta RS-485 che non è mai stata cablata. Elenca ogni contatore con il suo modello, la sua interfaccia, il suo rapporto TA e se un altro sistema lo legge già:

Modbus RTU consente un master su ciascun bus RS-485. Se un BMS interroga già il contatore, concorda chi lo legge e come prima di connetterti.

Fatturazione agli inquilini dai sottocontatori

In Gran Bretagna, un contatore del gas o dell'elettricità utilizzato per la fatturazione, da un fornitore o da un locatore, deve essere di un modello approvato. Per l'elettricità, l'approvazione è ai sensi dei Measuring Instruments Regulations 2016 o dei Meters Regulations 1998 (Ufficio per la sicurezza e gli standard dei prodotti). Nell'UE, la Direttiva sugli strumenti di misura copre i contatori di energia attiva nell'allegato V (MI-003). Definisce le classi A, B e C. Laddove uno Stato membro richieda la misurazione per uso commerciale o industriale leggero, deve consentire qualsiasi contatore di Classe B e può richiedere la Classe C per scopi specifici. L'allegato riguarda solo il contatore. I TA esterni sono al di fuori di esso.

Una classe di precisione 0.5S secondo IEC 62053-22 è una classe di prestazioni, non un'approvazione. Richiedi il certificato di approvazione del modello esatto del contatore prima di usarlo per la fatturazione. La guida alla misurazione ad alta precisione spiega la differenza.

Il provvedimento sul prezzo massimo di rivendita di Ofgem si applica quando l'elettricità viene rivenduta per uso domestico o per l'uso in qualsiasi forma di alloggio, comprese le case vacanza. Il rivenditore non potrà quindi addebitare per unità un importo superiore a quello pagato. La tariffa fissa viene ripartita proporzionalmente alle unità acquistate da ciascun utente e il rivenditore che occupa parte dei locali o vi gestisce servizi comuni prende la propria quota.

Il provvedimento non copre la rivendita a inquilini commerciali, quindi è il contratto di locazione a fissare il prezzo. Scrivi la modalità nel contratto di locazione: la tariffa per unità, come vengono ripartiti le quote fisse e gli oneri di capacità e come viene recuperata l'energia delle aree comuni. Dove possibile, assegna alle aree comuni un proprio contatore. Una cifra relativa all'area comune calcolata come resto comporta anche ogni errore del contatore e ogni carico dell'inquilino non misurato.

Cablato o wireless

La maggior parte del costo di un sottocontatore cablato risiede nel cavo dati: il percorso, la canalizzazione, la sigillatura antincendio su ogni parete di compartimentazione e il tempo per installarlo in un edificio occupato. Il contatore è una piccola parte. La guida cablata e wireless mette a confronto i due, inclusi i limiti del bus RS-485 e la capacità radio.

Un contatore wireless elimina il cavo dati. Il lavoro elettrico rimane. Per misurare i kW, il contatore necessita di un collegamento di tensione con fusibile su ciascuna fase e deve essere installato da un elettricista qualificato.

Verifica la copertura radio prima di ordinare. I dispositivi Zigbee di EpiSensor funzionano a 2,4 GHz su una distanza massima di 50 m in interni tra i dispositivi e ogni dispositivo alimentato dalla rete inoltra i messaggi dei vicini, quindi ogni contatore installato estende la rete. Un quadro d’acciaio chiuso o un locale tecnico dietro una porta d'acciaio possono interrompere completamente il collegamento. Testare nella posizione di montaggio reale, con le porte del quadro e della sala impianti chiuse. Se la prova fallisce in un locale tecnico, posiziona un dispositivo alimentato dalla rete elettrica in un punto in cui sia collegato sia al locale tecnico che al dispositivo funzionante più vicino, quindi esegui nuovamente il test.

Scegli l'intervallo dati

Abbina l'intervallo all'utilizzo dei dati:

Memorizzare il totalizzatore cumulativo in kWh e i valori degli intervalli. Il totalizzatore ti consente di ricalcolare qualsiasi intervallo in un secondo momento e sopravvive a una lacuna nella comunicazione. Registrare una lettura mancante come mancante. Non registrarla mai come zero.

Marca temporalmente ogni valore in UTC da un orologio sincronizzato e indica se ogni intervallo è etichettato dal suo inizio o dalla sua fine. Allinea gli intervalli con i periodi di liquidazione del fornitore, che in Gran Bretagna sono di 30 minuti. Un intervallo sfalsato di pochi minuti non si allineerà con il picco in bolletta. La guida all'orario di telemetria spiega la sincronizzazione dell'ora di origine e dell'orologio.

Esempio svolto: un carico notturno

Un edificio consuma durante la notte 18 kW. Con l'edificio vuoto l'operatore aspetta 10 kW. La differenza è di 8 kW per 10 ore, ovvero 80 kWh a notte. A £ 0,25/kWh, pari a £20 a notte:

I sottocontatori sui quadri principali attribuiscono la maggior parte della differenza al quadro di ventilazione. Le unità di trattamento dell'aria funzionano tutta la notte perché il programma orario è stato forzato e mai ripristinato.

Dopo la correzione, misurare il risparmio sul contatore del quadro di ventilazione. Il contatore principale mescolerebbe questo risparmio con ogni altra variazione nell'edificio. Prendi l'energia mediana notturna su due settimane comparabili prima e dopo la correzione, con gli stessi tipi di giorni e temperature esterne simili. Se la mediana scende da 95 kWh a 23 kWh, il risparmio è di 72 kWh a notte, ovvero circa 26.300 kWh e £ 6.570 all’anno. Riporta quella cifra. La prima notte dopo la correzione, moltiplicata per 365, non è una misurazione. La guida al carico di base notturno tratta il carico di base in modo più dettagliato.

Inizia con un pilota

Scegliere un'area pilota che contenga i casi difficili: un TA dimensionato ben al di sopra del suo carico, un quadro alimentato tramite una lunga linea secondaria o un trasformatore, un TA apribile montato su un cavo esistente e la peggiore posizione radio del sito, che spesso è un locale tecnico seminterrato. Metti in servizio ogni punto, dal conduttore al report. Scollegare la comunicazione di un contatore per un'ora, poi ripristinarla. Lo storico deve mostrare una lacuna e il totalizzatore deve riprendere senza salti. La lista di controllo per la messa in servizio elenca i record da conservare.

Estendi il progetto quando i quadri pilota si riconciliano con il rispettivo contatore a monte entro la tolleranza impostata, per almeno quattro settimane, con ogni lacuna contrassegnata. La guida alla scelta di un sistema di monitoraggio energetico elenca le domande da porre a ciascun fornitore prima del progetto pilota.

Submetering con EpiSensor

Un monitor elettrico ZEM viene fornito con i sensori di corrente collegati e calibrati. EpiSensor dichiara la Classe 0.5S per il contatore e i suoi sensori insieme secondo IEC 62053-22, quindi il contributo del TA al budget di errore riportato sopra è già compreso nella classe del contatore e non c'è alcun rapporto TA da impostare in loco. Ogni sensore deve comunque andare sul conduttore della propria fase. Lo ZEM invia le sue letture sulla mesh Zigbee. La sua classe di precisione non equivale a un’approvazione per la fatturazione, quindi applica le regole di fatturazione dell'inquilino sopra prima di riaddebitare l’energia.

Un'interfaccia ZMB Modbus, un'interfaccia ZHM M-Bus o un contatore di impulsi ZPC legge un contatore già installato. Tutti fanno capo a un gateway che esegue Edge, che mantiene la cronologia sul sito.

In Edge, un dispositivo calcolato può contenere la riconciliazione. Con il contatore a monte come primo input, l’espressione $1-($2+$3+$4) pubblica il resto sotto quel contatore come proprio sensore, che puoi tracciare ed esportare. Imposta la gestione degli ingressi obsoleti prima di fare affidamento su di essa. Con l'impostazione predefinita Use the last value, un sottocontatore senza nuovi dati continua a essere rappresentato dall’ultima lettura, quindi il resto sembra normale. Con Treat as zero, il resto aumenta di colpo del carico di quel contatore e appare come un nuovo carico non misurato. Imposta When an input is stale su Emit null instead of computing. Il resto quindi non pubblica nulla finché tutti gli ingressi non tornano a trasmettere e la cronologia mostra una lacuna. Per impostazione predefinita, la soglia di input obsoleto è di cinque minuti. L’applicazione per i sottocontatori dei locatari mostra un sistema completo, mentre la serie di misurazione e TA tratta la selezione del TA e la precisione del contatore in modo più approfondito.