Scegliere un sistema di monitoraggio energetico

Nei progetti di monitoraggio energetico degli edifici esistenti si ripresentano tre problemi. Le letture sui circuiti poco caricati sono sbagliate di parecchie percentuali e nessuno si fida dei dati. La posa dei cavi e le interruzioni programmate costano più dei contatori. I dati non possono lasciare la piattaforma con cui sono stati acquistati. I dieci controlli seguenti espongono questi problemi prima della firma di un contratto. Sottoponi gli stessi controlli a ogni fornitore. Per ogni risposta, chiedi un dato nella scheda tecnica, un risultato di prova o un sito di riferimento.

Questa guida fa parte del percorso di apprendimento sulla pianificazione e messa in servizio. Registra le risposte nel foglio di lavoro del progetto.

Precisione dell'intera misurazione

La classe di precisione di un contatore non comprende i suoi trasformatori di corrente. IEC 62053-22 consente a un contatore di Classe 0.5S con fattore di potenza unitario di leggere entro ±1,0% tra l'1% e il 5% della corrente nominale e entro ±0,5% dal 5% fino alla corrente massima. Con un fattore di potenza ridotto, il limite è ±1,0% tra il 2% e il 10% della corrente nominale e ±0,6% al di sopra di tale valore. Il TA aggiunge il proprio errore. IEC 61869-2, Tabella 201, consente per un TA di Classe 1 un errore di rapporto di ±3,0% e 180 minuti di sfasamento al 5% della corrente nominale. Alla corrente nominale, i limiti sono ±1,0% e 60 minuti. La Tabella 202 riporta le classi S più severe: è consentito un TA di classe 0.5S ±0,75% e 45 minuti al 5% della corrente nominale.

Queste cifre rappresentano i limiti degli standard. Un TA reale è solitamente migliore, ma il suo errore a una data corrente e a un dato carico secondario è per lo più sistematico, quindi non si annulla facendo la media su un mese. Una calibrazione del TA insieme al suo misuratore può misurarlo e correggerlo. Quando il TA viene acquistato separatamente e accoppiato sul posto, nessuno lo corregge. La nota sull'ambito nell'edizione del 2003 della norma IEC 62053-22 afferma che solo i TA di classe 0,2S e 0,5S hanno la precisione necessaria a questi misuratori.

Richiedere la precisione combinata del misuratore e dei TA al carico normale più basso di ciascun circuito. Controlla come sono stati dimensionati i TA. Un guasto comune è un trasformatore di corrente dimensionato in base alla corrente nominale dell'interruttore su un circuito che normalmente ne assorbe una piccola frazione. Il calcolatore del rapporto e del carico dei TA e la guida alla selezione dei TA coprono il dimensionamento. La guida alla misurazione ad alta precisione spiega cosa fa e cosa non approva una classe. L’uso per la fatturazione richiede uno strumento legalmente approvato, qualunque sia la sua classe.

Rete

La rete segue i percorsi dei cavi e l'intervallo di reporting.

Modbus RTU su RS-485 è adatto ai contatori già presenti su un bus o ai contatori in una cabina di distribuzione. Un segmento trasporta 32 unità di carico senza ripetitore. Ogni contatore necessita di un indirizzo univoco, dello stesso baud rate e di una derivazione del cavo. Il bus richiede terminazione ad entrambe le estremità. La guida RS-485 e Modbus indica i limiti.

Una rete Zigbee (IEEE 802.15.4 a 2,4 GHz, 250 kbit/s) è adatta ai retrofit con contatori in più quadri e senza canalizzazioni libere. Una lettura a intervalli di 1 minuto equivale a poche dozzine di byte, il che rappresenta un piccolo carico per il collegamento. La sua portata dipende dalle pareti, dal metallo e dalla posizione dei router alimentati dalla rete. Esegui una verifica radio nel luogo più difficile, ad esempio un locale tecnico in un seminterrato o un quadro in un involucro d’acciaio.

LoRaWAN si adatta a un numero limitato di punti distanti tra loro, come un contatore dell'acqua in un edificio remoto o le temperature in un campus. Non è adatto ai dati elettrici di 1 minuto. Nella banda EU868, i tre canali uplink predefiniti hanno un ciclo di lavoro dell'1%. Con un fattore di diffusione pari a 12, un payload di 12 byte impiega circa 1,5 s in onda. Un dispositivo che utilizza solo questi canali può quindi inviare circa un uplink ogni 2,5 minuti.

La rete IP del sito è adatta ai contatori con una porta Ethernet, se l'IT fornirà porte, una VLAN e regole firewall. Ogni modifica successiva passa quindi attraverso il processo di modifica IT. La guida cablata e wireless confronta le opzioni in modo più dettagliato.

Installazione e messa in servizio

Per ogni punto conteggiare le interruzioni dei quadri, i metri di cavo e di canalizzazione, e le modifiche al quadro. Un arresto su una linea di produzione attiva 24 ore potrebbe dover attendere una finestra di manutenzione a settimane di distanza. Controllare se il misuratore entra nel quadro. In caso contrario, verificare il grado di protezione IP per il montaggio all’esterno del quadro. Verificare se un elettricista qualificato può installarlo senza un tecnico del fornitore sul posto.

La messa in servizio comprende il lavoro dall’installazione a una lettura verificata. Su un bus cablato, include l'indirizzo, la velocità di trasmissione, la parità, la terminazione, la mappa dei registri e il fattore di scala di ogni contatore, nonché il rapporto TA impostato in ciascun contatore. Chiedere al fornitore il tempo per punto e le registrazioni che consegna. Gli errori di messa in servizio più comuni sono un TA rivolto nella direzione sbagliata, un TA accoppiato con la tensione di un'altra fase e un rapporto TA errato nel contatore. La lista di controllo per la messa in servizio mostra come individuare ciascun guasto dalle letture.

Costo per punto

Confronta i fornitori sul costo per punto durante la vita del sistema. Non confrontare il solo prezzo dei contatori. Assegna a ciascun fornitore le stesse voci di costo: contatore, TA, cavo e canalizzazioni, ore di installazione, arresti, ore di messa in servizio, licenze software (per dispositivo, per punto dati o per sito), connettività, supporto e costo per aggiungere un punto in un secondo momento.

Il calcolatore del ritorno economico del monitoraggio energetico confronta il costo totale con il risparmio previsto.

Intervallo e ora

L'intervallo di reporting stabilisce per cosa possono essere utilizzati i dati. La liquidazione dell'elettricità in Gran Bretagna utilizza periodi di mezz'ora. Ai sensi del regolamento (UE) 2017/2195, i mercati di bilanciamento dell'UE utilizzano un periodo di regolamento dello squilibrio di 15 minuti, con possibili deroghe. I servizi di risposta alla domanda e di frequenza possono richiedere dati in pochi secondi o meno. Registra a 1 minuto o più veloce. È possibile sommare i dati di 1 minuto a qualsiasi periodo più lungo, ma non è possibile dividere i dati di 30 minuti in periodi più brevi.

Chiedi come viene marcato temporalmente ogni valore. La marcatura temporale deve provenire dal dispositivo o dal gateway al momento della misurazione, non dalla piattaforma al momento dell'arrivo. Chiedi come sono sincronizzati gli orologi. Chiedi se un intervallo è etichettato dal suo inizio o dalla sua fine. Uno spostamento di un intervallo è un motivo comune per cui i totali dei sottocontatori non si riconciliano con il contatore principale. La guida all'ora di origine e all'ora di arrivo spiega la differenza.

Accesso ai dati

Richiedi i dati grezzi degli intervalli, non solo report e grafici. Chiedi quali protocolli lo supportano (MQTT, HTTPS, esportazione file, Modbus o BACnet) e in quali formati. Controlla che ogni valore porti il suo timestamp, la sua unità e un flag di qualità. Leggi il contratto per tre punti: spese di esportazione per punto o per volume di dati, il diritto all'esportazione completa della cronologia alla scadenza del contratto e qualsiasi clausola che consenta al fornitore di limitare l'accesso ai dati.

Sicurezza

Chiedi una risposta specifica per ogni collegamento. Sul collegamento radio, Zigbee 3.0 crittografa il traffico di rete con AES-128. Chiedi in che modo i dispositivi si uniscono alla rete: un codice di installazione per dispositivo è più sicuro della chiave di collegamento predefinita pubblicamente nota. Sul gateway, le credenziali devono essere univoche per ciascuna unità, senza password predefinita condivisa. Chiedi come vengono ruotati. Ogni connessione che lascia il sito necessita di TLS 1.2 o versione successiva con convalida del certificato. Modbus TCP e BACnet/IP non hanno crittografia incorporata, quindi mantienili su un segmento di rete separato.

Chiedere se il sistema continua a funzionare e archiviare i dati quando il servizio cloud del fornitore non è disponibile.

Aggiornamenti del firmware

In base al Cyber Resilience Act, applicabile dall’11 dicembre 2027, il produttore deve dichiarare un periodo di supporto per gli aggiornamenti di sicurezza. Il periodo di supporto è di almeno cinque anni, a meno che il tempo di utilizzo previsto del prodotto non sia più breve. Un misuratore da pannello viene spesso lasciato in servizio per più di cinque anni. Richiedi il periodo di supporto per iscritto e chiedi cosa succede ai dispositivi ancora installati al termine.

Chiedi come il firmware raggiunge un dispositivo installato. Un aggiornamento che richiede una visita in loco a ciascun pannello solitamente non verrà installato. Chiedi se le immagini sono firmate, se un dispositivo ritorna al firmware precedente se un aggiornamento viene interrotto e se un aggiornamento può essere inviato a un dispositivo prima del resto della flotta. La guida agli aggiornamenti via etere spiega i metodi.

Comportamento durante i guasti

Su ogni sito si verificheranno tre eventi: un dispositivo va offline, il gateway si riavvia e il collegamento Internet non riesce. In ogni caso, il risultato corretto è una lacuna contrassegnata come dato mancante. Uno zero è errato, perché indica al lettore che il carico si è fermato. Anche un ultimo valore ripetuto è sbagliato, perché dice al lettore che non è cambiato nulla.

Quando il collegamento torna, i dati memorizzati devono essere inviati con i timestamp originali e devono colmare il vuoto. Chiedi per quanto tempo il dispositivo e il gateway possono archiviare i dati. Chiedere se i dati contenuti in memoria possono andare persi in caso di interruzione di corrente. La ritrasmissione può consegnare due volte un valore, quindi il sistema ricevente deve accettare una seconda copia dello stesso punto e timestamp senza contarlo due volte. La guida ai dati obsoleti, mancanti e non validi e la guida al dimensionamento store-and-forward coprono entrambi i punti.

Scalabilità su molti siti

Un programma multisito solitamente inizia con un progetto pilota. I regolamenti, come la Direttiva UE sull’efficienza energetica o ESOS, spesso stabiliscono il proprio calendario. In venti siti, la questione più importante su larga scala è se la configurazione può essere copiata. Le definizioni dei dispositivi, i nomi dei punti, le unità, le soglie di allarme e le impostazioni di esportazione devono passare da un sito all'altro come modello. Se ciascun sito viene configurato manualmente, i nomi dei punti divergono e i report del portafoglio non corrispondono più tra i siti. Chiedi anche come i gateway vengono monitorati e aggiornati da remoto. Chiedi cos'altro può misurare lo stesso sistema: contatori di gas e acqua con uscite a impulsi, contatori di calore, temperatura e contatori Modbus esistenti.

Accettazione pilota

Esegui il progetto pilota nel sito rappresentativo più difficile e scrivi i criteri di superamento prima che inizi. Ecco un esempio:

1. L'energia dell'intervallo concorda con un contatore di riferimento indipendente all'interno del budget di errore combinato delle due catene. Calcola il budget come nell'esempio di precisione. Non utilizzare un numero tondo. Esegui il confronto per almeno 14 giorni, incluso un fine settimana e il carico normale più basso.
2. Dopo la ritrasmissione, ciascun dispositivo fornisce una quota concordata degli intervalli previsti, ad esempio il 99,5%.
3. Un'interruzione di Internet di 4 ore, un riavvio dell’alimentazione del gateway e un dispositivo spento rappresentano ciascuno una lacuna contrassegnata. Le prime due lacune dovranno poi essere colmate con i timestamp originali.
4. Ogni punto supera i controlli di identità, segno e fase nella checklist di messa in servizio.

Distribuisci il sistema che supera questi test.

Dove si adatta EpiSensor

Un monitor elettrico ZEM viene fornito con i sensori di corrente collegati. EpiSensor calibra ogni ZEM con i sensori con cui viene fornito e dichiara la Classe 0.5S secondo IEC 62053-22 per il misuratore e i sensori insieme. Ciò rimuove l'accoppiamento CT, l'impostazione del rapporto e i controlli del carico secondario dall’installazione sul sito. Lo ZEM è IP67 e ha doppio isolamento e funziona da −30 °C a 60 °C, quindi può essere montato all’esterno di un quadro. Trasmette sulla rete Zigbee con crittografia AES-128 e memorizza fino a 70.000 letture in flash.

Il gateway ZGW-20 esegue Edge, che conserva la cronologia locale e non richiede il servizio cloud EpiSensor. Quando una destinazione supportata fallisce, Edge accoda i dati sul disco e li ritrasmette con i timestamp originali. Edge invia i dati tramite MQTTS o HTTPS o come esportazione di file pianificata su FTPS o SFTP, in JSON o CSV. Edge fornisce anche i dati a un BMS come server Modbus TCP e quel collegamento appartiene alla rete BMS. Edge aggiorna il firmware del dispositivo Zigbee via etere. Edge stesso si aggiorna tramite il suo canale snap o l'app desktop. Lo stesso Gateway legge anche contatori di impulsi, sensori di temperatura, ingressi da 4 a 20 mA, contatori Modbus esistenti e dispositivi LoRaWAN.