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Multimetro ed energy meter

Un po’ di tempo fa sono riuscito a montare il mio energy meter. Progetto che si è trascinato sulla mia scrivania per quasi 5 anni e che è stato montato malgrado fosse ancora da terminare (mancano 10 saldature a dire tanto). Recentemente mi sono messo a giocare un po’ con Labview e, per fare pratica nella programmazione, sto usando un multimetro Agilent 34401A. Si tratta di un apparato davvero eccellente, che si può controllare con la GPIB e si interfaccia molto bene con Labview.

Per imparare a scrivere del codice decente mi è venuto in mente di realizzare un logger della tensione di rete e di confrontare la misura del multimetro con quella dell’energy meter. I due apparati sono connessi in punti diversi della rete domestica, con il multimetro che è posto lontano dall’energy meter. Pertanto la misura potrebbe essere affetta da errori dati dalla resistenza ohmica dei conduttori.

Ho eseguito due sessioni di misura. La prima il 27 maggio 2020 dalle ore 23.51 alle ore 11.58 del giorno successivo. I campioni sono acquisiti ogni 24 secondi, per un totale di 1804 campioni. Il valore di “24 secondi” è dato dall’intervallo di campionamento dell’energy meter che ha un “cuore” arduino e che temporizza le letture usando dei delay. Confrontando i grafici si ottiene un risultato interessante.

Misura del 26 maggio.

Analizzando con attenzione il grafico, si nota come i dati dei due sensori siano in generale “accordo”. Risultano solo “sfasati” nel tempo, con multimetro che sembra essere un po’ in ritardo rispetto al sensore di tensione.
La seconda sessione di misura è stata effettuata il 9 giugno 2020 dalle ore 6.33 alle ore 10.33, per un totale di 600 campioni. In questa sessione ho usato un nuovo software.

Sessione del 9 giugno,

I dati confermano quanto rilevato nella sessione di misura precedente, i dati sono in generale “accordo” ma il multimetro è un po’ in anticipo. La differenza temporale dipende dal modo in cui calcolati gli intervalli di campionamento. L’energy meter è basato sul timer di arduino, quando i dati sono inviati al server, questo provvede ad associare loro un timestamp. Il multimetro lavora invece con il timer di Labview che esegue un campionamento ogni 24 secondi. Pertanto è normale che i due orologi non siano sincroni.

Considerazioni:

  • Il multimetro rileva una tensione più bassa rispetto all’energy meter. Questo risultato è atteso e potrebbe derivare dal fatto che l’inserzione voltmetrica è effettuata in due punti molto diversi della linea. Pertanto il multimetro potrebbe risentire degli effetti di carico.
    In effetti confrontando i valori dei picchi notiamo che in corrispondenza dei valori bassi c’è una differenza di 2V o 3V tra i valori misurati. Se la linea è scarica, la differenza nella misura è pressochè trascurabile.
  • La linea di casa è un macello. La distanza tra il contatore di energia del fornitore e il quadro di casa è notevole e la sezione dei cavi non è sufficiente. Pertanto, in corrispondenza di picchi di assorbimento di corrente, la tensione di rete scende a livelli bassisimi: fino a 208V. Su questo c’è poco da fare, sfilare i conduttori per inserirne altri sarebbe un suicidio non conoscendo lo stato dei cavidotti.

Post Scriptum:
per pura curiosità ho misurato anche la frequenza di rete durante l’ultima sessione. I dati rilevati sono:
Fmin: 49.920
Fmax: 50.057

Andamento della frequenza nel tempo.

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Energy Meter

Finalmente, dopo solo 5 anni, sono riuscito a (quasi) finire il progetto dell’energy meter. Detta in poche parole, si tratta di un misuratore di energia Pzem-001 di provenienza Aliexpress (12 euro), collegato ad un ESP8266. Il microcontrollore, ogni 30 secondi circa, legge il valore di potenza, tenssione, corrente ed energia e li inserisce in un database.
Visto che c’era spazio, ho anche installato un sensore di tensione ed una sonda di umità e temperatura (DHT-22), in modo da rendere l’acquisizione dati il più completa possibile.Il sistema è alimentato con una batteria tampone, in modo da potere inviare allarmi in caso di mancanza dell’energia elettrica.

Allo stato attuale mancano una decina di saldature per finire tutto il lavoro, ma conto di finire quanto prima. I dati nel database sono poi processati da una serie di script PHP per generare grafici ed analizzare il consumo di energia elettrica nel tempo. Con questo “semplice” sistema mi sono reso conto che:
– l’investimento nei 5kW è stato necessario, spesso e volentieri “buchiamo” i 4kW di assorbimento, per periodi ben maggiori dei 3 minuti;
– la linea “contatore-quadro” è molto lunga e realizzata con cavi di sezione non adeguata. Questo comporta il fatto che quando l’assorbimento di corrente sale, la tensione scende (maledetto Ohm), fino a tensioni molto basse (sotto i 200V).
– l’andamento della tensione a parità di carico è interessante: il massimo di tensione è nelle ore diurne, quando la produzione dal solare è massima.

Progetti per il futuro:
– finire le 2o saldature che mi consentiranno di leggere la presenza di tensione in uscita dai sezionatori;
– implementare un po’ di “intelligenza” che invii allarmi in caso di mancanza di energia elettrica;
– implementare qualche algoritmo che sia in grado di capire se qualche cosa non va, ad esempio se abbiamo scordato il ferro da stiro o il forno acceso;
– implementare un allarme in caso di superamento di alcune soglie di assorbimento (sonoro, con un buzzer o su una APP).

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