Como corregir las perturbaciones en las instalaciones de Baja Tensión


A quién no le ha pasado que llegamos a casa un día y está disparado el diferencial y se ha quedado con la nevera apagada al fin de semana? o ¿Llega a la oficina el lunes por la mañana y el servidor está apagado y nadie sabe porque ha saltado diferenciales?

Las corrientes armónicas son las corrientes que distorsionan la forma de onda sinusoidal característica, y son generadas por fuentes provenientes de equipos electrónicos en su mayoría. Es el punto donde se disocian la eléctrica de la electrónica, en el sentido que crean corrientes parasitas que son dañinas dentro del sistema eléctrico.

Los transitorios son corrientes también distorsionadas que provienen generalmente en respuesta del uso de los interruptores, sistemas de protecciones, etc.

Ahora bien, si los dos son distorsiones en el sistema eléctrico, cual tiene un efecto dañino superior, pues, las corrientes armónicas especialmente en algunos grados, ya que los transitorios duran poco tiempo y luego se extinguen. Por tal motivo las corrientes armónicas presentan mayor atención desde varios puntos de vistas ya sea en la elaboración de componentes electrónicos, diseño de circuitos electrónicos, instalaciones domiciliarias, de oficina e industriales, equipos dentro del sistema eléctrico, etc.

Las principales diferencias por tanto entre interferencias y transitorios son:

  1. Origen: Las interferencias son distorsiones o perturbaciones en una señal eléctrica causadas por factores externos al circuito, como campos electromagnéticos, reflexión de la señal o ruido electromagnético ambiental. Los transitorios son cambios rápidos o fluctuaciones transitorias en una señal eléctrica causadas por eventos internos al circuito, como la conexión o desconexión de componentes, el encendido o apagado de dispositivos eléctricos o cambios bruscos en la carga en el circuito.
  2. Duración: Las interferencias pueden tener una duración variable, dependiendo del origen y la intensidad de las perturbaciones. Los transitorios, por otro lado, tienen una duración corta, desde algunos nanosegundos hasta algunos milisegundos.
  3. Impacto en la señal: Las interferencias pueden tener un impacto negativo en la calidad de la señal y pueden afectar la precisión de los dispositivos que la utilizan. Los transitorios, por otro lado, pueden ser difíciles de medir o predecir debido a su naturaleza rápida y cambiante, pero no necesariamente tienen un impacto negativo en la calidad de la señal.
  4. Consideraciones en el diseño del circuito: Es importante minimizar las interferencias para garantizar un buen rendimiento del sistema. Los transitorios, por otro lado, deben tenerse en cuenta en el diseño del circuito para asegurarse de que los componentes del circuito puedan soportar las fluctuaciones.

Las corrientes armónicas y los transitorios son dos conceptos relacionados con el comportamiento de la corriente eléctrica en los circuitos. Aunque ambos términos pueden utilizarse de manera intercambiable en algunos contextos, hay algunas diferencias importantes entre ellos.

Corrientes armónicas:

  • Las corrientes armónicas son corrientes que tienen una forma de onda no sinusoidal. Esto quiere decir que no tienen una forma de onda regular como la que tienen las corrientes alternas (AC) sinusoidales.
  • Las corrientes armónicas se producen cuando una carga no lineal, como un motor de corriente alterna o un rectificador, consume corriente alterna. Estos dispositivos no consumen corriente de manera uniforme a lo largo del ciclo de corriente alterna, lo que resulta en una forma de onda no sinusoidal.
  • Las corrientes armónicas pueden tener un impacto negativo en el rendimiento del sistema eléctrico y en la duración de los componentes del circuito debido a su forma de onda no sinusoidal.

Transitorios:

  • Los transitorios son cambios rápidos o fluctuaciones transitorias en una señal eléctrica. Estos cambios pueden ser causados por la conexión o desconexión de componentes en el circuito, por el encendido o apagado de dispositivos eléctricos o por cambios bruscos en la carga en el circuito.
  • Los transitorios pueden tener una duración corta, desde algunos nanosegundos hasta algunos milisegundos, dependiendo del contexto.
  • Los transitorios pueden ser difíciles de medir o predecir debido a su naturaleza rápida y cambiante. Por lo tanto, es importante tener en cuenta su presencia en el diseño de los sistemas eléctricos y asegurarse de que los componentes del circuito puedan soportar estas fluctuaciones.

En resumen, las corrientes armónicas son corrientes que tienen una forma de onda no sinusoidal y pueden tener un impacto negativo en el rendimiento del sistema eléctrico y en la duración de los componentes del circuito. Los transitorios son cambios rápidos o fluctuaciones transitorias en una señal eléctrica y deben tenerse en cuenta en el diseño del circuito para asegurarse de que los componentes del circuito puedan soportar las fluctuaciones.

liena-alta-tension
Photo by Benjamin Farren on Pexels.com

¿Cómo saber si hay que instalar filtros armónicos eléctricos?

Realmente los problemas producidos por los armónicos que puedan existir en la red dentro de los edificios no tiene síntomas muy definidos excepto que salten los sistemas de protección o que incluso algún cable pueda calentarse en exceso ( esto obviamente es algo difícil de saber ya que nadie toca los cables en ningún sitio).

Si su sistema eléctrico presenta síntomas como:

  • Sobrecarga en los conductores y los equipos eléctricos.
  • Calentamiento excesivo de los conductores y los equipos eléctricos.
  • Fallos frecuentes de los equipos eléctricos.
  • Problemas de rendimiento de los motores eléctricos.
  • Interferencias electromagnéticas en sistemas de comunicación.

Entonces es posible que necesite instalar filtros armónicos en su sistema eléctrico. Para determinar si es necesario instalar filtros armónicos, es recomendable realizar un análisis de distorsión armónica en el sistema eléctrico. Esto implicará medir la distorsión armónica en la corriente y el voltaje y comparar los resultados con los límites aceptables establecidos por normativas y estándares aplicables. Si los resultados muestran niveles de distorsión armónica por encima de los límites aceptables, entonces es probable que sea necesario instalar filtros armónicos para reducir la distorsión a niveles aceptables.

Los filtros armónicos son un tipo de dispositivo que se utiliza en sistemas eléctricos para reducir la distorsión armónica en la corriente y el voltaje. Estos dispositivos son útiles en sistemas que utilizan cargas no lineales, como motores eléctricos, variadores de frecuencia y equipos electrónicos de potencia, ya que estos equipos pueden causar distorsión armónica en la corriente y el voltaje

Es importante tener en cuenta que la instalación de filtros armónicos no es adecuada en todos los casos y puede no ser la solución más adecuada para todos los problemas relacionados con la distorsión armónica. Por lo tanto, es importante realizar un análisis completo del sistema eléctrico y considerar todas las opciones disponibles antes de tomar una decisión sobre si instalar filtros armónicos.

¿Que es un filtro de armónicos?

Un filtro armónico es un dispositivo que se utiliza en sistemas eléctricos para reducir la distorsión armónica en la corriente y el voltaje. La distorsión armónica se refiere a la presencia de componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje, como ondas cuadradas, triangulares o cualquier otra forma de onda. Estos componentes no sinusoidales pueden ser generados por cargas no lineales, como motores eléctricos, variadores de frecuencia y equipos electrónicos de potencia, y pueden causar problemas como sobrecalentamiento de los conductores y los equipos eléctricos, fallos frecuentes de los equipos eléctricos y problemas de rendimiento de los motores eléctricos.

Los filtros armónicos se conectan en paralelo con la carga que está causando la distorsión armónica y utilizan componentes como inductancias y condensadores para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje.

Hay varios tipos de filtros armónicos disponibles, como filtros pasivos, filtros activos y filtros híbridos, y cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de costo, eficiencia y complejidad de instalación.

Para averiguarlo en profundidad se usan analizadores de redes puestos en la instalación para poder determinar qué tipo de armónico está perturbando, qué aparatos lo producen, y qué filtro se necesita para definir de qué cantidad de distorsión armónica se está hablando y determinar qué ponemos.

Cálculo de un filtro armónico

El cálculo de un filtro armónico implica determinar las características del filtro necesarias para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje a un nivel aceptable. Hay varios factores a tener en cuenta al calcular un filtro armónico, como la magnitud y la frecuencia de los componentes no sinusoidales a atenuar, la impedancia del circuito y la carga, y las normativas y estándares aplicables.

A continuación se presentan algunos pasos básicos para calcular un filtro armónico:

  1. Identificar la carga que está causando la distorsión armónica y determinar su tipo y su magnitud.
  2. Realizar un análisis de distorsión armónica para medir la distorsión armónica en la corriente y el voltaje y determinar qué componentes no sinusoidales deben atenuarse.
  3. Seleccionar el tipo de filtro armónico adecuado para la aplicación, teniendo en cuenta factores como el costo, la eficiencia y la complejidad de instalación.
  4. Calcular la impedancia del circuito y la carga para determinar la impedancia del filtro necesaria para atenuar los componentes no sinusoidales a un nivel aceptable.
  5. Determinar las dimensiones y los valores de los componentes del filtro, como inductores y capacitores, utilizando fórmulas y herramientas de diseño disponibles.
  6. Verificar el diseño del filtro mediante simulaciones o pruebas de laboratorio para asegurar que cumplirá con los requisitos de atenuación de distorsión armónica.

Es importante tener en cuenta que el cálculo de un filtro armónico puede ser un proceso complejo y requerir conocimientos técnicos especializados. Por lo tanto, es recomendable contar con asesoramiento de expertos o utilizar software de diseño especializado para ayudar en el proceso de cálculo

Los filtros pasivos se usan de forma generalizada para resolver problemas armónicos. Los filtros sintonizados son la solución más común, pero hay otras topologías posibles, como los filtros de paso alto y los filtros tipo C.

Un filtro armónico se conecta en paralelo con la carga que está causando la distorsión armónica y utiliza componentes como inductancias y condensadores para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje . Estos se disponen en una configuración específica para crear un circuito de filtro que tiene una impedancia distintiva en diferentes frecuencias. Cuando se conecta a la carga, el filtro armónico presenta una impedancia más alta a las frecuencias de los componentes no sinusoidales, lo que hace que estos componentes sean atenuados en la corriente y el voltaje.

Hay varios tipos de filtros armónicos disponibles, como filtros pasivos, filtros activos y filtros híbridos. Los filtros pasivos utilizan componentes pasivos, como inductores y capacitores, para atenuar los componentes no sinusoidales. Los filtros activos utilizan dispositivos activos, como amplificadores operacionales, para atenuar los componentes no sinusoidales. Los filtros híbridos combinan componentes pasivos y activos para atenuar los componentes no sinusoidales.

Los filtros armónicos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como:

  • Sistemas eléctricos industriales y comerciales para reducir la distorsión armónica causada por cargas no lineales.
  • Sistemas de generación de energía eléctrica para reducir la distorsión armónica en la corriente de alimentación.
  • Sistemas de distribución de energía eléctrica para reducir la distorsión armónica en la red y mejorar la calidad de la energía suministrada a los usuarios finales.
  • Sistemas de comunicación para reducir las interferencias electromagnéticas.

Filtros armónicos activos

Los filtros armónicos activos son un tipo de filtro armónico que utiliza dispositivos activos, como amplificadores operacionales, para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje. Los filtros armónicos activos son capaces de atenuar una amplia gama de componentes no sinusoidales y pueden adaptarse a diferentes cargas y condiciones de trabajo.

Una de las principales ventajas de los filtros armónicos activos es que pueden proporcionar una mayor atenuación de los componentes no sinusoidales que los filtros armónicos pasivos. También son más flexibles y pueden adaptarse a diferentes cargas y condiciones de trabajo mediante el ajuste de los parámetros de los amplificadores operacionales.

Sin embargo, los filtros armónicos activos también tienen algunas desventajas. Por un lado, son más complejos y requieren más componentes que los filtros armónicos pasivos, lo que puede aumentar el costo y la complejidad de la instalación. Además, dependen de la energía de alimentación para su funcionamiento, por lo que pueden ser menos confiables que los filtros armónicos pasivos en caso de fallo de la alimentación.

Los filtros armónicos activos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como sistemas eléctricos industriales y comerciales, sistemas de generación de energía eléctrica y sistemas de distribución de energía eléctrica. También se utilizan en sistemas de comunicación para reducir las interferencias electromagnéticas causadas por la distorsión armónica.

Filtro armónico activo

Filtros armónicos pasivos

Los filtros armónicos pasivos son un tipo de filtro armónico que utiliza componentes pasivos, como inductancias y condensadores, para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje. Los filtros armónicos pasivos son fáciles de instalar y tienen un costo relativamente bajo, pero suelen proporcionar una atenuación menor de los componentes no sinusoidales que los filtros armónicos activos.

Los filtros armónicos pasivos se conectan en paralelo con la carga que está causando la distorsión armónica y utilizan una configuración de inductores y capacitores para crear un circuito de filtro que tiene una impedancia distintiva en diferentes frecuencias. Cuando se conecta a la carga, el filtro armónico presenta una impedancia más alta a las frecuencias de los componentes no sinusoidales, lo que hace que estos componentes sean atenuados en la corriente y el voltaje.

Una de las principales ventajas de los filtros armónicos pasivos es que son simples y tienen un costo relativamente bajo. También son confiables y no dependen de la energía de alimentación para su funcionamiento ( por lo tanto no consumen energia) . Sin embargo, tienen algunas desventajas, como una atenuación menor de los componentes no sinusoidales que los filtros armónicos activos y una mayor restricción en la carga que pueden soportar.

Los filtros armónicos pasivos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como sistemas eléctricos industriales y comerciales, sistemas de generación de energía eléctrica y sistemas de distribución de energía eléctrica. También se utilizan en sistemas de comunicación para reducir las interferencias electromagnéticas causadas por la distorsión armónica.

El método de filtrado se utiliza para atenuar los armónicos en las industrias una vez que la distorsión armónica se ha incrementado gradualmente. Los armónicos de alto orden se pueden reducir con filtros pasivos de armónicos de paso alto para un control flexible en el amplio rango de frecuencia.

Uso de transformadores

Conectar un transformador en una conexión en serie reducirá significativamente los armónicos y proporcionará beneficios de seguridad transitoria. Por lo tanto, las conexiones del transformador se pueden utilizar para reducir las corrientes armónicas en un sistema trifásico.

Ahora bien, los transformadores por sí mismos no pueden limitar la distorsión armónica en la corriente y el voltaje. Sin embargo, pueden utilizarse en conjunción con otros dispositivos, como filtros armónicos, para limitar la distorsión armónica en un sistema eléctrico.

Un transformador puede ser utilizado como parte de un filtro armónico pasivo, en el que se colocan inductores y capacitores en paralelo con el transformador para atenuar los componentes no sinusoidales en la corriente y el voltaje. Los inductores y los capacitores se disponen en una configuración específica para crear un circuito de filtro que tiene una impedancia distintiva en diferentes frecuencias. Cuando se conecta a la carga, el filtro armónico presenta una impedancia más alta a las frecuencias de los componentes no sinusoidales, lo que hace que estos componentes sean atenuados en la corriente y el voltaje.

Es importante tener en cuenta que el uso de un transformador como parte de un filtro armónico pasivo puede tener algunas desventajas, como una atenuación menor de los componentes no sinusoidales que los filtros armónicos activos y una mayor restricción en la carga que pueden soportar. Por lo tanto, es importante realizar un análisis completo del sistema eléctrico y considerar todas las opciones disponibles antes de tomar una decisión sobre si instalar un filtro armónico pasivo con un transformador.

Filtros antiparasitarios

Son muchas las interferencias que se pueden presentar en las líneas de corriente cuando se encuentran conectados electrodomésticos, varias de ellas se conocen como señales parásitas y pueden ocasionar daños a los equipos

Los filtros antiparasitarios son dispositivos que se utilizan para reducir o eliminar la interferencia electromagnética en sistemas de comunicación y equipos electrónicos. La interferencia electromagnética se refiere a las señales no deseadas que pueden interferir con el funcionamiento normal de los sistemas de comunicación y los equipos electrónicos. Estas señales pueden ser generadas por fuentes externas, como sistemas eléctricos cercanos, motores eléctricos y dispositivos electrónicos de alta potencia, o por fuentes internas, como componentes electrónicos de baja calidad o conectores mal aislados.

Los filtros antiparasitarios se utilizan para atenuar o eliminar la interferencia electromagnética fundamentalmente mediante el uso de componentes como inductancias y condensadores, que tienen una impedancia distintiva en diferentes frecuencias. Los filtros antiparasitarios se conectan en paralelo con la fuente de interferencia y presentan una mayor impedancia a las frecuencias de la interferencia electromagnética, lo que hace que esta interferencia sea atenuada o eliminada.

Los filtros antiparasitarios se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como sistemas de comunicación, equipos electrónicos de consumo, sistemas de control y monitoreo y sistemas de seguridad. También se utilizan en sistemas eléctricos industriales y comerciales para reducir la interferencia electromagnética que puede afectar a otros equipos eléctricos cercanos.

Son muchas las interferencias que se pueden presentar en las líneas de corriente cuando se encuentran conectados electrodomésticos, varias de ellas se conocen como señales parásitas y pueden ocasionar daño a los equipos.

Filtros específicos para maquinas serie blanca

ejemplo-filtro-antiparasitos-lavadora

Lo primero que debemos saber sobre estos filtros es su función principal, la cual es evitar que entren interferencias a los aparatos que se encuentran en funcionamiento en el hogar u oficina. Se pueden usar para proteger a los electrodomésticos especialmente de serie blanca como lavadoras , lavavajillas o secadoras y por supuesto para demás dispositivos.

También son recomendados para proteger los dispositivos de procesamiento de datos y automatización, que normalmente requieren una fuente de alimentación limpia para garantizar resultados y mediciones fiables.

Entre los beneficios que aporta el uso de este tipo de filtros destaca la protección contra tensiones de alta frecuencia o los impulsos de tensión, se pueden aplicar en muchos sistemas. Los de protección contra sobretensiones se encargan de absorber las sobretensiones transitorias y limitar las tensiones parásitas de alta frecuencia.

Este tipo de filtros se diseña específicamente normalmente para cada dispositivo en particular como por ejemplo lavadoras, lavavajillas, secadoras, ect.

Filtros antiparasitario para pequeños electrodomesticos

 Este tipo de productos consisten en un condensador antiparasitario para dispositivos pequeños como batidoras, ventiladores, taladros, etc. Suelen ser de gran calidad y por eso tienen gran vida útil, además guardan una excelente relación calidad/precio.

filtro-antiparasitario-simple

Filtros antiparásito para coche

Si esta buscando un filtro antiparásito de 12 V no dude en probar estos modelos ya que se pueden emplear para cualquiera equipo que funcione con 12 V y 10A, puede usarlo en los radios para coche, entre otros equipos.

filtro antiparasitario lavavajillas balay

Filtros antiparásitos de núcleo de ferrita Goldyqin

Un filtro antiparásitos de núcleo de ferrita es un dispositivo electrónico que se utiliza para reducir o eliminar las interferencia electromagnética (EMI) en una señal de audio o de datos. Se llama «antiparásitos» porque está diseñado para atenuar o eliminar las señales no deseadas que pueden «parasitar» la señal principal. Los filtros antiparásitos de núcleo de ferrita son comunes en aplicaciones de audio y de datos, como la eliminación de ruido en cables de audio o la mejora de la calidad de transmisión de datos en redes de computadoras.

El núcleo de ferrita es un material magnético que se utiliza en el filtro antiparásitos para atenuar las señales electromagnéticas no deseadas. El núcleo de ferrita tiene la propiedad de ser altamente permeable al magnetismo, lo que significa que puede atraer y retener una gran cantidad de campo magnético. Al colocar el núcleo de ferrita en la línea de transmisión de una señal electromagnética, se puede reducir la intensidad de la señal, lo que ayuda a reducir la interferencia electromagnética.

Los filtros antiparásitos de núcleo de ferrita son muy efectivos en la reducción de la interferencia electromagnética, pero también pueden tener un impacto en la calidad de la señal principal. Por lo tanto, es importante seleccionar el filtro adecuado y utilizarlo de manera apropiada para minimizar cualquier impacto negativo en la señal principal.

toroide-antiparisatarios

Filtros complejos

Actualmente, los equipos electrónicos suelen usar una fuente de alimentación conmutada y circuitos digitales rápidos. Este tipo de equipos genera corrientes y tensiones de alta frecuencia durante el funcionamiento normal. Sin dichos filtros, resultaría casi imposible cumplir con los requisitos que establecen las normas sobre CEM.

Este tipo de filtro de la línea de alimentación tienen dos funciones principales:
● Evitar que las señales de alta frecuencia que se generan dentro del equipo alcancen la línea de entrada de corriente.
● Evitar que las señales de alta frecuencia del sistema de distribución C.A. (emisión perturbadora) entren en el equipamiento.

filtro-complejo

Un filtro de línea de alimentación de Schurter es un dispositivo que se utiliza para reducir la interferencia electromagnética (EMI) en una señal de corriente eléctrica. Los filtros de línea de alimentación se utilizan a menudo en sistemas electrónicos sensibles para mejorar la calidad de la energía eléctrica y reducir el ruido electromagnético que puede interferir con el funcionamiento de los dispositivos electrónicos.

Los filtros de línea de alimentación de Schurter son productos de alta calidad fabricados por la empresa suiza Schurter AG, especializada en la producción de componentes electrónicos y soluciones de alimentación eléctrica. Estos filtros están diseñados para ofrecer una protección eficiente contra la interferencia electromagnética y una alta calidad de energía eléctrica en aplicaciones industriales, de consumo y médicas.

Los filtros de línea de alimentación de Schurter pueden ser de diferentes tipos, como por ejemplo:

  • Filtros pasivos: utilizan componentes como inductores y capacitores para atenuar las señales electromagnéticas no deseadas.
  • Filtros activos: utilizan dispositivos electrónicos como diodos y transistores para cancelar la interferencia electromagnética.
  • Filtros de línea de alimentación de doble nivel: ofrecen una mayor protección contra la interferencia electromagnética y una mayor calidad de energía eléctrica.

Los filtros de línea de alimentación de Schurter se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como la industria electrónica, la automatización industrial, la informática y la telecomunicación.

filtro-pc-antiparasitario

Actualmente, los equipos usados en tecnología de la información deben cumplir los requisitos establecidos en las normas EN 55032 (emisiones) y EN 55035 (inmunidad). La norma EN 55032 establece los límites para la emisión perturbadora conducida en terminales de red dentro de un rango de frecuencia de 150 kHz a 30 MHz y emisión perturbadora radiada de entre 30 MHz y 1 GHz.

Medidas eléctricas de +6canales ( software)


Ya se trató en este blog el hardware de EmonESP/EmonCMS ,una placa medidora de energía que usa tambien un ESP32 proporcionado 6 canales expandibles pudiendo leer 6 canales de corriente y 2 canales de voltaje a la vez. Para ello utiliza transformadores de corriente y un transformador de CA para medir el voltaje y alimentar la(s) placa(s)/ESP32. 

Estas son algunas de sus carastericticas

  • Muestras de 6 canales de corriente y 1 canal de voltaje (ampliable a 2 voltajes)
  • Las placas complementarias (hasta 6) pueden expandir el medidor hasta 42 canales de corriente y 8 canales de voltaje
  • Utiliza 2  Microchip ATM90E32AS – 3 canales de corriente y 1 voltaje por IC
  • Para cada canal, el medidor también puede calcular lo siguiente:
    • Poder activo
    • Poder reactivo
    • Poder aparente
    • Factor de potencia
    • Frecuencia
    • La temperatura
  • Utiliza abrazaderas de transformador de corriente estándar para probar la corriente
  • Resistencias de carga de 22 ohmios por canal de corriente
  • Incluye convertidor reductor incorporado para alimentar ESP32 y electrónica
  • 2 interrupciones IRQ y 1 salida de advertencia conectada a ESP32
  • Salidas de cruce por cero
  • Salidas de pulso de energía por IC (4 por IC x2)
  • Interfaz SPI
  • Error de medición IC: 0,1%
  • Rango dinámico IC: 6000:1
  • Selección de ganancia actual: hasta 4x
  • Deriva de referencia de voltaje típica (ppm/°C): 6
  • Resolución ADC (bits): 16

La placa principal cuyas medidas pueden ser bien MonofásicaTrifásicas incluye un convertidor reductor para alimentar la electrónica y la placa de desarrollo ESP32, que se conecta directamente a la placa. Se pueden apilar hasta 6 placas adicionales encima de la placa principal para permitirle monitorear hasta 42 canales actuales en resolución de 16 bits, en tiempo real, ¡todo a la vez!

La potencia se puede calcular en el software, pero el factor de potencia deberá estimarse ((voltaje*corriente)*power_factor)).

A continuación destacamos los elementos hardware necesarios para completar la instalación:

  • Transformadores de corriente (cualquier combinación de los siguientes, o cualquier transformador de corriente que no supere los 720 mV RMS o la salida de 33 mA)
    • SCT-006 20A/25mA Micro (apertura de 6 mm – conectores de 3,5 mm)
    • SCT-010 80A/26.6mA Mini (apertura 10mm – conectores 3.5mm)
    • SCT-013-000 100A/50mA (apertura 13mm – conectores 3.5mm)
    • SCT-016 120A/40mA (apertura 16mm – conectores 3.5mm)
    • Magnelab SCT-0750-100 (conectores de tornillo: debe cortar la conexión de la resistencia de carga en la parte posterior de la placa, ya que tienen una resistencia de carga incorporada).
    • SCT-024 200A/100mA (apertura 24mm – salida terminal)
    • También se pueden usar otros, siempre que estén clasificados para la cantidad de energía que desea medir y tengan una salida de corriente de no más de 720 mV RMS, o 33 mA en la salida máxima.
  • Transformador de CA (NO CC):
    • América del Norte: Jameco Reliapro 120V a 9V AC-AC o 12v. El pin positivo debe ser de 2,5 mm (algunos son de 2,1)
    • Europa: 240 V a 9 V o 12 V CA-CA al menos 500 mA
  • ESP32 (elija uno):
    • NodoMCU 32s
    • Espressif DevKitC
    • DevKitC-32U si necesita una mejor recepción wifi (no olvide la antena )
    • Cualquier otra cosa con los mismos pines que el anterior, que generalmente son 19 pines por lado con 3v3 en la parte superior izquierda y CLK en la parte inferior derecha
  • Software (elija uno):
    • La versión personalizada de EmonESP y la biblioteca Arduino ATM90E32
    • La versión actual de ESPHome. Los detalles sobre la integración con Home Assistant se encuentran aquí. 
    • Bibliotecas para CircuitPython y MicroPython
Diagrama posterior del medidor de energía ESP32 de 6 canales expandible

Conectando el ESP32

El medidor de energía ESP32 de 6 canales expandible está hecho para que una placa de desarrollo ESP32 se pueda conectar directamente al medidor. Consulte la lista anterior para conocer las placas de desarrollo ESP32 compatibles. Siempre inserte el ESP32 con el pin 3V3 en la parte superior izquierda del medidor . Los pines inferiores se utilizan para conectar la señal de voltaje (del enchufe de alimentación) a las placas adicionales. Si el ESP32 se inserta en los pines inferiores, lo más probable es que haga un cortocircuito en el ESP32.

El medidor de energía ESP32 de 6 canales expandible utiliza SPI para comunicarse con el ESP32. Cada placa utiliza 2 pines CS.

La placa principal utiliza los siguientes pines SPI:

  • CLK – 18
  • miso – 19
  • MOSI – 23
  • CS1 – 5 (CT1-CT3 y voltaje 1)
  • CS2 – 4 (CT4-CT6 y voltaje 2)

El software EmonESP/EmonCMS

EmonESP se usa para enviar datos de medidores de energía a una instalación local de EmonCMS o emoncms.org . Los datos también se pueden enviar a un corredor MQTT a través de esto. EmonCMS tiene aplicaciones para Android e IOS. El software ESP32 para EmonESP se encuentra aquí , y se puede flashear a un ESP32 usando Arduino IDE o PlatformIO 

ESPHome/Asistente de hogar

ESPHome se puede cargar en un ESP32 para integrar sin problemas los datos de energía en Home Assistant . Los datos de energía se pueden guardar en InfluxDB y mostrar con Grafana. Al mismo tiempo, los datos de energía también se pueden usar para automatizaciones en Home Assistant.

Una nueva característica en Home Assistant le permite monitorear el uso de electricidad directamente en Home Assistant . ¡También puede rastrear el uso de dispositivos individuales y/o energía solar usando el medidor de 6 canales!

Intermitente ESPHome
  • Si tiene Home Assistant instalado, vaya a Supervisor en el menú de la izquierda, haga clic en Tienda de complementos en la parte superior, busque ESPHome – Haga clic en Instalar
  • Haga clic en Abrir interfaz de usuario web
Complemento ESPHome
  • Haga clic en el círculo verde + en la parte inferior derecha para agregar un nuevo nodo
  • Complete el nombre (por ejemplo, ‘energy_meter’ y el tipo de dispositivo como NodeMCU-32S o Generic ESP32
  • Agregue los detalles de su wifi y haga clic en Enviar para crear el nodo
  • ESPHome se compilará; cuando esté completo, haga clic en Descargar binario
ESPHome Descargar Binario
  • Descargue la herramienta intermitente ESPHome para su sistema operativo aquí
  • Conecte el ESP32 que pretende usar con su medidor a su computadora a través de USB (no es necesario que esté conectado al medidor en este punto, pero si lo está, no conecte el transformador de CA todavía para el medidor al mismo tiempo). vez que el ESP32 está conectado al USB)
  • En la luz intermitente de ESPHome, seleccione el puerto COM al que está conectado el ESP32
  • Seleccione el archivo .bin que acaba de descargar y haga clic en Flash ESP (si no se conecta, haga clic en ver registros para ver qué está pasando; probablemente tendrá que mantener presionado el botón de arranque derecho en el ESP32 después de hacer clic en Flash ESP)
  • ESPHome se cargará en el ESP32 con una configuración básica
ESPInicio Flasher
  • Suponiendo que el ESP32 esté lo suficientemente cerca del AP al que desea conectarse para WiFi, ahora debería estar disponible en ESPHome dentro de Home Assistant
  • En Home Assistant, vaya a Configuración > Integraciones y Configure para ESPHome. Debe estar resaltado como Descubierto
Cargando la configuración del medidor de energía
  • Elija una configuración de ejemplo que mejor se adapte a la configuración de su medidor de energía aquí en el sitio de ESPHome , y aquí para algunas configuraciones más avanzadas
  • En la interfaz de usuario web de Home Assistant/ESPHome, haga clic en Editar para el nodo Medidor de energía
  • Copie/pegue la configuración de ejemplo, cambie cualquier configuración aplicable, como las calibraciones actuales a los transformadores de corriente que utiliza, y haga clic en Guardar
edición de configuración de yaml
  • En este punto, es una buena idea cerrar el cuadro de diálogo de edición y hacer clic en Validar en la pantalla principal para asegurarse de que su archivo .yaml sea válido. Corrige los errores que puedan surgir.
  • Haga clic en Cargar para guardar su configuración en el ESP32. Tenga en cuenta que si tiene 4 o más placas adicionales, puede recibir un error y quedarse sin memoria en su ESP32 si tiene muchos sensores. 
nodo ESPHome
  • Para una mayor precisión, puede calibrar los sensores de corriente. 
  • Al actualizar los valores de los transformadores de corriente en la configuración de ESPHome, haga clic en Editar y luego en Cargar

Obtener datos en InfluxDB

  • Si aún no lo ha hecho, instale el complemento InfluxDB en Home Assistant a través de Supervisor > Tienda de complementos
  • Abra la interfaz de usuario web y haga clic en la pestaña Administrador de InfluxDB , agregue un asistente de base de datos
  • Haga clic en la pestaña Usuarios (en Bases de datos en la misma pantalla) y cree un nuevo usuario homeassistant con Todos los permisos
  • Edite su configuración .yaml y agregue los parámetros de InfluxDB enumerados en Supervisor > InfluxDB > Documentación (menú superior) > Integración en Home Assistant
  • Reiniciar Asistente de inicio
  • Los datos ahora deberían estar disponibles en Home Assistant y disponibles en http://homeassistant.local:8086 o la IP de Home Assistant

Obtener datos en el panel de energía de Home Assistant

Configuración de energía de Home Assistant

Para mostrar datos en el panel de energía de Home Assistant, debe usar ESPHome v1.20.4 o superior, y tener al menos una total_daily_energyplataforma configurada en su configuración de ESPHome. timetambién se necesita.

Para consumo total de energía
#Total kWh
  - platform: total_daily_energy
    name: ${disp_name} Total kWh
    power_id: totalWatts
    filters:
      - multiply: 0.001
    unit_of_measurement: kWh
time:
  - platform: sntp
    id: sntp_time 

¿Dónde totalWattsestá la suma de todos los cálculos de vatios en el medidor? Vea un ejemplo de esto aquí. En el ejemplo, esto se hizo con una plantilla lambda .

para paneles solares

Se puede hacer lo mismo que arriba para rastrear el uso y la exportación de paneles solares. Los canales actuales en el medidor que rastrean el uso solar deben tener su propio cálculo de plantilla lambda.

Vea este ejemplo para saber cómo puede configurar esto con el medidor de 6 canales.

Para dispositivo individual/seguimiento de circuito

Para hacer esto, debe tener la potencia calculada por el medidor, o una plantilla lambda que calcula los vatios por circuito. Luego puede usar una plataforma de kWh para cada uno de los canales actuales en el medidor de energía de 6 canales. Por ejemplo:

#CT1 kWh
  - platform: total_daily_energy
    name: ${disp_name} CT1 Watts Daily
    power_id: ct1Watts
    filters:
      - multiply: 0.001
    unit_of_measurement: kWh

ct1Wattshace referencia a la identificación del cálculo de vatios. En la configuración de ejemplo , esto es:

      power:
        name: ${disp_name} CT1 Watts
        id: ct1Watts
Configuración en Home Assistant
  • Vaya a Configuración > Energía
  • Para la energía total, haga clic en Agregar consumo en Red eléctrica
  • El nombre de la plataforma total_daily_energy, como 6C Total kWh, debería estar disponible para elegir
  • También puede establecer un costo estático por kWh o elegir una entidad que rastree el costo de su electricidad
  • Para Dispositivos individuales, elija el nombre de los circuitos individuales, como 6C CT1 Watts Daily
  • Si monitorea sus paneles solares con un medidor de 6 canales, también puede configurar esto aquí, pero no se registrará a menos que su casa consuma energía o fluya hacia la red.

Preguntas más frecuentes

 Obtengo una lectura baja o nada en absoluto para un CT. ¿Qué sucede? : A veces, el conector para el CT es un poco rígido y es posible que deba empujar el conector del CT en el conector de la placa hasta que haga clic. Si definitivamente está completamente adentro, es posible que el conector o algún otro lugar tenga una conexión suelta, y reemplazaremos el medidor de forma gratuita.

¿Funciona el medidor de energía de 6 canales en mi país?: ¡Sí! Hay una configuración para configurar el medidor a 50 Hz o 60 Hz de potencia. Deberá comprar un transformador de CA que reduzca el voltaje a entre 9 y 12 V CA. Los transformadores para EE. UU. están a la venta en la tienda circuitsetup.us.

 Obtengo un valor negativo en un canal actual. ¿Qué está pasando? Esto generalmente significa que el CT está en la parte posterior del cable, ¡simplemente gírelo!

 Obtengo un pequeño valor negativo cuando no hay ninguna carga, pero de lo contrario obtengo un valor positivo. ¿Qué está pasando?: Esto se debe a variaciones en las resistencias y los transformadores de corriente. Puede calibrar los transformadores de corriente al medidor o agregar esta sección lambda para permitir solo valores positivos para un canal de corriente:

  - platform: template
    name: ${disp_name} CT1 Watts Positive
    id: ct1WattsPositive
    lambda: |-
      if (id(ct1Watts).state < 0) {
        return 0;
      } else {
        return id(ct1Watts).state ;
      }
    accuracy_decimals: 2
    unit_of_measurement: W
    icon: "mdi:flash-circle"
    update_interval: ${update_time}

Luego, para su cálculo de vatios totales, use ct1WattsPositive

 Los cables del CT no son lo suficientemente largos. ¿Puedo extenderlos? ¡Sí, absolutamente puedes! Se puede usar algo como una extensión de auriculares o incluso un cable de ethernet (si no le importa hacer algo de cableado). Se recomienda calibrar los TC después de añadir cualquier extensión particularmente larga.

 ¿Puedo usar este CT con el medidor de 6 canales?: ¡Lo más probable es que sí! Siempre que la salida tenga una potencia nominal inferior a 720 mV RMS o 33 mA.

 ¿Puedo usar CT SCT-024 200A con el medidor de 6 canales?: Si necesita medir hasta 200 A, no se recomienda. A 200A, el SCT-024 emitirá 100mA. Eso significa que el máximo que debe medir con el SCT-024 conectado al medidor de 6 canales es 66A . En un entorno residencial con un servicio de 200 A, es muy poco probable que utilice más de 66 A por fase sostenida. De hecho, a menos que tenga su propio transformador dedicado y una casa muy grande, es imposible.

 ¿Cómo sé si mi CT tiene una resistencia de carga?: Hay una resistencia de carga incorporada si la salida está clasificada en voltios. En este caso, se debe cortar el puente correspondiente en la parte posterior del medidor.

Cuando se usan más de 3 tableros complementarios, ESPHome no funciona. ESPHome se quedará sin memoria de pila después de usar más de 15 sensores, más o menos. Deberá aumentar el tamaño de la memoria de pila antes de compilar. Ver detalles aquí.

ACTUALIZACIÓN: Puede reemplazar la definición esphome: en su configuración de ESPHome para resolver este problema con lo siguiente:

esphome:
  name: 6chan_energy_meter
  platformio_options:
    build_flags: 
      - -DCONFIG_ARDUINO_LOOP_STACK_SIZE=32768

esp32:
  board: nodemcu-32s
  variant: esp32
  framework:
    type: arduino
    version: 2.0.2
    source: https://github.com/espressif/arduino-esp32.git#2.0.2
    platform_version: https://github.com/platformio/platform-espressif32.git#feature/arduino-upstream

Fuente: https://github.com/CircuitSetup/Expandable-6-Channel-ESP32-Energy-Meter