Il monitoraggio dei consumi energetici… sempre più alla portata di tutti

Il monitoraggio dei consumi energetici, inteso come la misura ricorrente e teletrasmessa delle grandezze fisiche di riferimento, è ormai un elemento irrinunciabile per una virtuosa gestione degli impianti e per l’accesso a diverse forme di incentivi.

Chi si dedica all’attività di trasmissione del sapere in ambito scolastico, conferenziale o di formazione tecnico-professionale, sa bene che l’ascoltatore deve in qualche modo essere “acceso”: bisogna, cioè, innescare una reazione di combustione in cui il suo interesse – in presenza di curiosità – bruci l’argomento trattato dalla lezione/conferenza.

L’oggetto di questo scritto viene normalmente trattato dallo scrivente all’interno del più vasto ambito delle misure elettriche, erroneamente considerato come nozionistico e confinato all’interno delle pagine dei libri scolastici e dei manuali tecnici. Il primo scoglio è, quindi, quello di rimuovere da chi ascolta questa convinzione che, nonostante non corrisponda alla realtà, è saldamente radicata.

Dalle misure elettriche al monitoraggio

Per riuscire nell’intento, si cerca di coinvolgere gli ascoltatori con una domanda: Qual è il motivo per cui è importante misurare? 

Le risposte al quesito sono svariate, spesso anche pertinenti, ma tutte all’interno dei confini teorici che erroneamente connotano l’argomento. La risposta del relatore spiazza gli astanti: «Il motivo principale per cui si effettuano delle misure (elettriche, nel nostro caso) è di natura commerciale. Per poter commercializzare un prodotto – e l’elettricità è un prodotto in base all’articolo 2 della Direttiva Europea n. 375 che la equipara a un “bene mobile” – è fondamentale misurarlo».

Rimanendo ancorati all’aspetto gestionale degli impianti, piut­tosto che a quello scientifico, è importante osservare come, nel contesto attuale, sia fondamen­tale perseguire il contenimento dei costi e il miglioramento della qualità dell’energia: per raggiun­gere questo obiettivo è necessa­rio misurare i parametri di rete in modo tale da poterli analizzare e, se previsto dal sistema di gestio­ne aziendale, archiviare.

Infine, anche l’aspetto della con­tinuità di servizio prende le mos­se dalla misura delle grandezze elettriche: essa, infatti, consen­te la prevenzione dei guasti e la programmazione degli interventi di manutenzione.

L’attività di misura sull’impianto elettrico con il passare del tempo si è intensificata fino a raggiun­gere cadenze ricorrenti, tanto da essere fatta oggetto di un’or­ganizzazione sistematica che la ha trasformata in un monito­raggio vero e proprio. Grazie allo sviluppo tumultuoso dei sistemi telematici connessi all’automazione, si è anche svincolata que­sta pratica dall’azione dell’uomo.

Tale processo virtuoso di svilup­po ha portato il monitoraggio dei parametri di processo, tra cui i consumi – elettrici e non solo – a diventare il perno di diversi siste­mi incentivanti come, ad esem­pio, Transizione 4.0 (già Industria 4.0 e Impresa 4.0).

Il consumatore è più consapevole

Un altro importante aspetto che comprovi, ancora di più, il ruolo chiave della misura e del monito­raggio dei consumi è quello degli investimenti di E-Distribuzione nel piano di sostituzione del con­tatore elettronico con quello di ultima generazione. Denominato Open Meter, ha l’ambizioso fine di rendere i clien­ti più consapevoli delle proprie abitudini di consumo.

Ciò è reso possibile attraverso la messa a disposizione dei consu­matori di dati di misura con det­taglio quartorario, giornaliero o mensile dell’energia consuma­ta (utente passivo) e/o prodotta (utente attivo) tramite un innova­tivo canale di comunicazione de­dicato al cliente – “Chain2” – che implementa un protocollo di co­municazione standardizzato e a­perto sviluppato dal CEI.

Esso renderà disponibili diverse informazioni, da quelle sui con­sumi alle segnalazioni delle in­terruzioni del servizio elettrico, e consentirà anche una vera inte­grazione tra contatore e sistemi domotici. Ancora una volta lo sviluppo è af­fidato al binomio misura-comuni­cazioni.

Dal monitoraggio alle piattaforme di controllo e gestione

Il tutto, quindi, parte dalla misura in campo.

Quali sono le indicazioni pratiche per realizzare un buon sistema di misura?

In sintesi, è necessario porsi al­cune domande ed effettuare al­cuni accorgimenti.

• Individuare le esigenze di mi­sura. Singolo parametro elet­trico (strumento mono-funzio­ne) oppure tutti i parametri e­lettrici (strumento multifunzio­ne)?
• Scegliere il sistema di misura. Strumenti analogici (maggiore immediatezza nell’inquadrare il valore misurato nel campo ope­rativo dello strumento) o digita­li (maggiore leggibilità)?
• Dimensionare il sistema di misura. Scegliere opportuna­mente, nel caso di misure a in­serzione diretta, i trasformatori di corrente (TA).
• Cablare correttamente gli strumenti di misura. Collega­re i cavi di fase e neutro agli strumenti analogici e garantire anche un’alimentazione ausilia­ria a quelli digitali.
• Proteggere gli strumenti di misura. Inserire fusibili sui ca­vi di alimentazione degli stru­menti digitali e sugli ingressi di misura voltmetrici e collegare a terra i secondari dei TA.
• Impostare gli strumenti digi­tali. Inserire i parametri del si­stema di misura (rapporti di tra­sformazione dei TA e dei TV) e quelli di comunicazione.

Ma non basta. Il passo successivo è quello di creare una infrastruttura telema­tica per veicolare in modo auto­matico i dati generati dal sistema di misura – composto da elementi progettati per essere connessi in rete – verso l’utilizzatore (cliente finale, facility manager, repar­to di manutenzione, …) affinché siano utilizzabili sia in modalità real-time sia in differita.

Gli strumenti di misura e gli ana­lizzatori di rete diventano, quin­di, elementi attivi di un sistema di comunicazione su cui viaggiano le informazioni relative ai para­metri di rete e ai consumi ener­getici. Queste architetture di comuni­cazione, fino a qualche anno fa confinate al solo ambito indu­striale perché contraddistinte da rilevanti costi di impianto, sono diventate fruibili anche dagli im­pianti realizzati per il settore re­sidenziale, quello della grande di­stribuzione organizzata e quello ospedaliero.

Un esempio reale

A titolo di esempio si descrive, dal punto di vista di sistema, l’ar­chitettura di monitoraggio avan­zato riportata in figura 1.

Cuore del sistema è il dispositivo denominato EcoStruxure Panel Server, nella versione Advanced, che raccoglie e archivia i dati d consumo, i parametri elettrici e ambientali di un edificio prove­nienti dai dispositivi di misura di­slocati in campo, questi sia di ti­po wireless sia cablati.

Lo EcoStructure Panel Server svolge la funzione di energy server gestendo, per un periodo massimo di 3 anni, i dati prove­nienti da dispositivi di campo col­legati a:

• rete Ethernet TCP/IP locale;
• rete della linea seriale Modbus (fino a 32 dispositivi senza ripe­titore, 128 con ripetitore);
• 2 ingressi digitali di tipo cabla­to;
• ingressi da dispositivi wireless (fino a 100 dispositivi).

I dispositivi di campo sono costi­tuiti da:

• misuratori per il monitoraggio dei valori di alimentazione ed energia;
• interruttori scatolati per la pro­tezione e il monitoraggio;
• dispositivi di protezione modu­lari, misuratori, switch a con­trollo remoto…;
• misuratori del consumo di ac­qua, aria, gas, elettricità e va­pore (WAGES) di produttori specializzati, con emissione di impulsi;
• sensori ambientali che forni­scono informazioni analogiche.

L’energy server, non appena viene collegato alla Local Area Network (LAN), fornisce all’uten­te finale visibilità immediata sul consumo energetico in tutto il si­to tramite varie pagine web, ac­cessibili tramite qualsiasi brow­ser web standard. Le pagine web visualizzano i dati raccolti in tempo reale, in forma­ti tabulari o riepilogativi di facile comprensione.

Inoltre, gli utenti possono otte­nere una semplice analisi dei da­ti storici sotto forma di grafici a barre o andamenti. Esso supporta l’uso di software di monitoraggio avanzati forniti da Schneider Electric per opera­zioni di raccolta dati, generazio­ne andamenti, gestione eventi, analisi e ulteriore elaborazioni.

In conclusione

Le misure elettriche rappresen­tano un’attività tecnica che, co­me poche altre, è riuscita a evolversi e a ritagliarsi un ruolo fondamentale nel settore dell’u­tilizzo dell’energia elettrica: lo ha fatto coniugando le proprie pe­culiarità con le esigenze derivan­ti dal ruolo sempre più importan­te delle comunicazioni elettroni­che che, ormai, hanno raggiunto i singoli oggetti legati alla vita quotidiana.