Como aferir o consumo total de uma casa que usa 127v e 220v

[etcho]

Boa tarde a todos.

Tenho uma instalação bifásica em casa e uso 220v para aparelhos de maior consumo como ar-condicionado e chuveiros e o restante da casa utiliza equipamentos 127v. Comprei um medidor de consumo smart com duas bobinas de medição (desculpem se estiver usando o nome errado das coisas) e me deparei com um problema, que é como medir o consumo total da casa já que as tomadas e lâmpadas 127v estão divididas nas duas fases em toda a casa. Posso estar errado, mas pelo o que pude testar, para aferir o consumo dos equipamentos 220v basta medir a corrente de uma das fases da casa (testei com o chuveiro e o valor condiz com o nominal dele). Porém, não consegui chegar a uma forma de medir também os aparelhos 127v.

Considerando que tenho fase, fase e neutro:
- Se medir a corrente das duas fases e somá-las, vou aferir corretamente o consumo dos aparelhos 127v, porém os 220v serão contabilizados em dobro.
- Se medir apenas o neutro, vou aferir corretamente o consumo 127v, mas não medirei nada 220v.
- Se medir apenas uma fase, os 220v serão medidos corretamente, porém serão medidos apenas os aparelhos 127v que utilizam aquela fase.

Resumindo, não cheguei a uma conclusão de como medir a energia real consumida pela casa abarcando todos os aparelhos. Alguém sabe como é possível realizar esse tipo de medição? Se houver algum dispositivo smart específico que permita fazer isso aceito indicações.

[mromeiro]

Boa tarde,

Se esse equipamento mede efetivamente a potência ativa tendo em conta o desfasamento entre a tensão e a corrente, terá de colocar um equipamento em cada fase, e no final somar a potência medida pelos 2.

Se apenas mede a corrente, então não vai conseguir medir a potência.

Se o equipamento que está usando é um Shelly EM, então deverá usar um para trifásico (Shelly 3EM) (e assim não necessita de colocar 2 como eu disse anteriormente).

Não tenho experiência na utilização desse tipo de equipamentos, por isso também não posso ajudar mais.

[etcho]

No fim das contas consegui resolver e achei que seria útil compartilhar.

O medidor de corrente que estava utilizando possui 2 medidores independentes. Adquiri mais um e agora meço as duas fases e o neutro separadamente. Com isso tenho a corrente em watts consumida por cada um dos 3 separadamente. O cálculo eu fiz via software (home assistant) e consiste em somar a corrente aferida em cada um dos 3 medidores e dividir esse valor por 2. Não era óbvio para mim, mas depois que fiz as contas fez todo sentido.

- Ao ligar um aparelho 220v que consome 2500w, cada fase irá medir 2500w e o neutro medirá 0. Somando os 3 e dividindo por 2 o resultado é 2500w.
- Ao ligar um aparelho 127v que consome 300w, uma das fases medirá 300w assim como o neutro, e a outra medirá 0. Somando os 3 e dividindo por 2 chego nos 300w.

Mesmo ligando aparelhos 220v e 127v em ambas as fases ao mesmo tempo, a conta sempre funciona. Meu propósito sempre foi usar no home assistant, que centraliza as automações da casa, então tenho a opção criar um sensor virtual que faz essa conta e me entrega em tempo real o valor que preciso. Infelizmente é uma solução bastante específica, mas ainda sim é válida.

[mromeiro]

Boa noite,

Para classificar conceitos e assim entendemos melhor a situação, genericamente a potência = tensao * corrente.
Em corrente alternada, ainda teremos de multiplicar por cos(φ), também conhecido de fator de potência.
Internamente no aparelho de medição, é esta multiplicação que é feita quando os valores são apresentados em potencia ( W ).

Vamos então à análise.
Se as fases fossem inversas (180º entre elas), como julgo existir em alguns zonas no Brasil, onde têm a tensão 110/220, bastaria medir independente cada uma das fases e somar depois, sem ser relevante a corrente do neutro.

No seu caso, tem as fases com 120º entre elas, e por isso a tensão_entre_fases = tensao_fase_neutro * √3, ou seja, tem 127 entre fase e neutro e 220 entre fases.
Assim nem da forma eu que disse no parágrafo anterior, nem a sua solução funcionam.

Vamos então às contas.
Imaginando que para o cálculo de potência, usa a tensão 127V.

Para um aparelho que consuma 10A a 127V, terá a potência de 127 * 10 = 1270W.
Neste caso, as suas contas irão dar certo pois terá 127 * (10 + 0 + 10)/ 2 que também dá 1270.

Agora para outro aparelho que consuma 10A entre fases, tem a potência 220 * 10 = 2200 W.

Se fizermos as contas com a soma das correntes, temos
127 * (10 + 10 + 0)/ 2 = 1270W, o que está errado.

Se não incluirmos o neutro, nem dividirmos por 2, até dá aproximado 127 * ( 10 + 10) = 2540W, mas continua a não ser certo.

Nestas contas todas, ainda há outro erro que se está a cometer.
Eu não conheço o medidor que tem e que diz que tem 2 medidores independentes.
Se esses medidores independentes forem 2 anéis para colocar à volta do fio, e o aparelho for alimentado para funcionando por uma das fases, então nessa fase lê os valores corretos de potência, mas para aparelhos ligados na outra fase irá mostrar apenas potência * 0,577 ( ou seja 1 / √3).

Parece-me que sem um aparelho preparado para trifásico, não vai conseguir medir com precisão.

NOTA: no meu comentário anterior indiquei que até poderia haver uma possibilidade de usar esse aparelho a medir as 2 fases, desde que tivesse em conta o desfasamento das fases, mas pensando melhor, nem isso é uma possibilidade, pela analise quer indico 2 parágrafos acima, onde uma das fases só vai medir parte da potência!
Agora que tem 2 medidores, talvez se colocar um em cada fase e depois somar as potências, até dê.
Experimente mantendo ligado apenas 1 ou 2 aparelhos que saiba a potência.

[etcho]

Obrigado pela resposta muito bem explicada.

Apesar de ainda não ter chegado a uma conclusão com esse pequeno projeto, estou revendo muitos conceitos que julgava já compreender. Sua explicação sobre o porquê da tensão das fases serem 127v e não 110v foi muito boa. Nunca soube porque sempre ouvi "110v" mas na verdade é 127v.

Depois que escrevi a mensagem anterior, analisei com mais calma e realmente encontrei algumas divergências, apesar de estar bem próximo da realidade. Os medidores que estou usando são 2 desse (desculpe pela imagem grande, pois não consegui colocá-la menor):


A alimentação de ambos está sendo feita pelas 2 fases, em 220v. Um dos aparelhos mede uma fase e o neutro, enquanto o segundo mede a outra fase da rede e uma fase que vem das placas solares. A única medição que tenho certeza estar correta é a das placas solares, já que elas possuem um medidor próprio que bate com a minha medida. Depois de testar algumas configurações, percebi que as fases estão sendo medidas bem próximas da realidade (talvez apenas com a diferença da √3 como no seu exemplo), porém o neutro está bem fora, talvez porque ele não está sendo usado para alimentar nenhum dos medidores como vc também citou.

Meu maior problema é que estou fazendo tudo isso na casa dos meus pais e eu estou em outra cidade com acesso apenas às medidas remotamente, então qualquer teste físico como mudar os anéis de medição de lugar, a forma de alimentação dos medidores ou até mesmo aferir a corrente correta com o alicate amperímetro fica difícil. Então vou aguardar até minha próxima visita para fazer mais testes e entender melhor tudo que está acontecendo.

Apesar disso, entendi o que vc disse sobre não ser possível medir corretamente a potência (W) de cada fase havendo aparelhos 127v e 220v ligados ao mesmo tempo. Se eu medir os 127v corretamente, os 220v ficarão errados, e vice-versa. Se entendi certo, hipoteticamente se fosse 110v no lugar de 127v funcionaria. Mas me surgiu uma dúvida: ao menos a corrente (A) é possível medir dessa forma? Entendi que a potência vai variar de acordo com a tensão, porém a corrente é uma medida independente, certo? O medidor me fornece todas as medidas separadamente, então se eu conseguir aferir pelo menos a corrente corretamente já seria interessante.

Novamente, obrigado pela paciência. Está sendo muito esclarecedor.

[mromeiro]

Para que entenda melhor o funcionamento, vou anexar uns gráficos:

Fig 1 - gráfico fase_1, fase_2 e a diferenca_entre_fases.
(no gráfico eu coloquei o valor 127, para assim bastar olhar para o ponto mais elevado das sinusoides para confirmar-mos o valor correspondente.
Se fosse medir com um osciloscópio, o valor seria 127 * √ 2).

Assim poderemos ver que esta diferença entre fases, faz aparecer uma onda sinusoidal em que a fase se situa entre as duas, e que a amplitude é a que já tinha sido dita anteriormente (aqui no gráfico aparece 219.97, que é aproximadamente 220V).

Com isto, dá para entender, que se colocar o medidor a ter como referência esta diferença entre fases, ele não vai conseguir medir direito os consumos nem de uma fase, nem da outra.
Só mede bem, se apenas tiver consumos entre as fases (220 V).

Seguem mais 2 gráficos em que a terceira sinusoide é a da potência.

potencia_com_tensao_corrente_em fases.jpg (46.74 KiB) Visto 181 vezes

Fig 2 - Tensão e currente em fase

potencia_com_tensao_corrente_desfasados_90_graus.jpg (52.4 KiB) Visto 179 vezes

Fig 3 - Tensão e corrente desfasados de 90º

Para a tensão, multipliquei por 3, e para a corrente por 2.
Estes valores são apenas para que as sinusoides fiquem de tamanhos próximos e não coincidentes, para que possamos ver as 3 no mesmo gráfico e com a mesma escala.

No gráfico da fig 2, podemos ver que quando a tensão e a corrente estão em fase, a potência (linha a cheio de cor verde) é sempre positiva, o que significa, que estamos sempre a consumir.

No gráfico da fig 3, temos a tensão e e corrente desfasados de 90º (π/2), o que resulta, em metade do tempo positivo, e a outra metade negativo.
Isto significa, que em metade do tempo estamos a consumir, e na outra metade, estamos a devolver, o que no final dá a média de 0.

Com isto quero demonstrar que só poderemos ter as medias corretas, se a tensão estiver em fase com o que queremos medir, pois caso contrário, poderá só medir uma parte do consumo, sendo que no limite até pode chegar a medir 0.
Sendo assim, deverá colocar um medidor entre a fase1 e o neutro e o anel nessa mesma fase.
O outro medidor, da mesma forma na fase 2.
Isto vai implicar ir ao local, e alterar as ligações atuais.

Assim, se ligar um aparelho a 127 V na fase 1, essa potência irá ser medida pelo medidor 1.
O mesmo para um aparelho ligado na fase 2, que irá ser medido pelo medidor 2.
Um aparelho que ligue entre as fases, irá ter uma parte da medida no medidor 1 e a outra no medidor 2, bastando somar as 2.

A outra pergunta que faz relativamente à corrente, os medidores medem corretamente a corrente, independentemente da referência de tensão onde estiverem ligados, mas não irá conseguir converter esses valores em potência, uma vez que não sabe qual o desfasamento entre a tensão de referência e a corrente.

Espero ter ajudado.

Estes gráficos foram gerados online no site https://www.desmos.com/calculator, ao qual agradeço a funcionalidade