Que máquina lhe custa — e quão perto a oficina está do seu limite

Uma pequena oficina numa alimentação trifásica: um conjunto de máquinas-ferramenta, um compressor de ar, um escritório, a iluminação e a ventilação. O trabalho decorre de segunda a sexta, das oito às dezoito. As perguntas aqui têm menos a ver com o preço por kWh e mais com a alimentação: a que distância a oficina chega do que a ligação permite, que circuito trabalha mais, e o que continua a consumir energia depois de todos terem saído?

Este guia monta essa oficina num hub RBgrid real. Um rbAmp STD-U3I3, um medidor de energia de precisão, mede a entrada trifásica, fase a fase. Três módulos Basic, um por fase, medem cinco circuitos. A aplicação mostra tudo na vista Business: a entrada face ao seu limite, as fases, cada linha face à sua potência nominal e um diagrama de linha única. É a mesma oficina do site Workshop na demonstração em direto, por isso pode ver o resultado final antes de montar seja o que for. As capturas de ecrã deste guia são da demo e mostram dados de demonstração.

O que terá no final

• A potência da entrada face ao seu limite de entrada, com a margem que resta.
• Cada fase da entrada, medida: potência, corrente, tensão e a carga face ao disjuntor.
• Cada circuito face à sua própria potência nominal, com as linhas que a ultrapassam assinaladas.
• Um diagrama de linha única da instalação, com os seus grupos como quadros.
• Histórico de cada circuito, guardado no hub, em energia, potência ou dinheiro: por hora durante 60 dias, por dia durante cerca de 13 meses, por mês durante 3 anos. Pode descarregar qualquer um deles em CSV.
• Notas da aplicação, entre elas a carga de base durante a noite.

Já monitoriza no Home Assistant? O hub também pode enviar a potência e a energia de cada ponto para o Home Assistant através de MQTT; a sua configuração existente pode manter-se como está. As leituras por fase da entrada trifásica, os grupos e o dinheiro ficam na aplicação RBgrid, com a entrada face ao seu limite, as potências nominais das linhas, as vistas de histórico e as notas. → Um medidor de energia para o Home Assistant

O que precisa

O STD-U3I3 é um medidor de energia de precisão: na entrada dá uma medição exata de toda a oficina, fase a fase. Vem em kit de 60 A ou de 100 A; para um disjuntor geral de 63 A, o kit de 60 A lê corretamente até cerca de 75 A (medido pela rbAmp); para mais margem, escolha o kit de 100 A. Os seus sensores são emparelhados com o módulo e não são substituíveis, por isso não há pinça a comprar para a entrada nem sensor de corrente a escolher na aplicação.

Um módulo Basic por fase. Um módulo Basic calcula a potência de cada canal a partir da sua única entrada de tensão. Uma pinça num circuito de outra fase mediria mal. Por isso a entrada de tensão de cada módulo Basic fica numa fase, e as suas pinças só vão em circuitos dessa fase:

Na L1 um Basic UI3 também funciona, e deixa espaço para mais circuitos em L1.

As máquinas-ferramenta e os compressores são muitas vezes trifásicos. Meça uma máquina destas como a bomba de calor em a casa trifásica: uma pinça por condutor, um ponto por fase, agrupados.

Escolha cada pinça de circuito como o menor calibre igual ou superior ao disjuntor do circuito (ver Escolher o calibre das pinças).

A demo da oficina tem a mesma disposição: o STD-U3I3 na entrada, o Basic UI1 em L1 e um Basic UI3 em cada um de L2 e L3, com os mesmos circuitos nos mesmos canais. Tem uma SCT-013-050 nas máquinas-ferramenta e uma SCT-013-030 em todos os outros canais Basic; escolha as suas pelo disjuntor, como acima. Não sabe qual é a sua pinça? Veja Qual SCT-013 tem?

O desenho mostra onde ficam as peças RBgrid no quadro: os sensores próprios do medidor nos três condutores de entrada, uma pinça em cada circuito, os quatro módulos e o hub na calha. As cores das fases mostram a que módulo Basic pertence cada pinça. Os dispositivos de proteção de que o seu quadro precisa, e a forma como são dispostos, são da responsabilidade do seu eletricista.

Segurança. Para qualquer trabalho dentro de um quadro elétrico, chame um eletricista qualificado.

Prenda apenas um condutor (L) por circuito, nunca o cabo inteiro: as correntes em L e N anulam-se.

Uma carga trifásica tem uma pinça em cada um dos seus condutores L1, L2 e L3, cada uma no módulo Basic dessa fase; nenhuma em N.

1. Cablagem, gravação e ligação

1. Ligue os módulos: o STD-U3I3, o Basic UI1 e os dois Basic UI3, as suas entradas de tensão e sensores.
   • O STD-U3I3: as suas entradas de tensão são ligadas como as de um módulo Basic: fio AWG26–22, um fusível de até 0.1 A em cada linha L, e precisa do neutro (terminais N, L1, L2, L3). Os seus três sensores vão nos três condutores de entrada, cada um com a seta no sentido de importação, da rede para a oficina.
   • Cada módulo Basic: a sua entrada de tensão na sua própria fase e N através do seu fusível; as suas pinças nos circuitos dessa fase (a tabela acima), cada uma com a seta apontada para a carga. Um módulo Basic conta só num sentido, por isso uma pinça ao contrário não lê nada.

O condutor a que chama L1 tem de ser o mesmo em todo o lado: o sensor L1 e o terminal de tensão L1 do STD-U3I3, a entrada de tensão do módulo Basic da L1, e as pinças desse módulo. O mesmo para L2 e L3. A verificação do passo 5 confirma-o.

Coloque cada módulo a menos de 15 cm do hub. Para trajetos mais longos, veja a secção sobre o comprimento do barramento no rbAmp wiring guide. Os cabos I²C dos módulos são ligados ao hub um de cada vez mais tarde, durante Add a module, com o hub desligado.

2. Ligue só o STD-U3I3 ao hub por agora (alimentação, GND, SDA, SCL), no seu endereço I²C de fábrica 0x50. → Quick start, passo 1
3. Grave o firmware do hub, ligue-o ao seu Wi-Fi e abra a aplicação, em webapp.rbgrid.io ou instalada no hub: siga os passos 2–4 do Quick start, depois volte aqui.

Um hub novo transforma sozinho o módulo em 0x50 na sua entrada da rede, mais um ponto de tensão. Não há nada a associar. No passo 3 transforma-a numa entrada trifásica.

2. Executar o assistente de configuração

A aplicação abre com um aviso, The hub still has its factory settings. Escolha Set up →. → The setup wizard

• Security: defina um token de API e anote-o.
• Site & time: um nome de site (a demo usa "Workshop (demo)"), o seu fuso horário; confirme que o relógio mostra synchronized. O cenário é definido no passo 6.
• Sensors: a entrada da rede já lá está. Deixe o resto para o passo 5.
• Tariff: o formulário rápido serve o plano da demo. Introduza o preço diurno, ative There is a night rate (23:00–07:00) e introduza o preço noturno. Mantenha Price as on the bill — incl. VAT ativo se os preços da sua fatura incluírem IVA, e verifique o VAT, %: um hub novo começa com 21 %. Deixe The grid pays per exported kWh vazio: a oficina não tem solar.

A demo usa Day 07:00–23:00 a 0.36 e Night 23:00–07:00 a 0.18 por kWh com IVA de 20 % incluído (o plano guarda-os sem IVA, como 0.30 e 0.15, que é o que mostra a captura do ecrã Tariffs). Use os preços da sua própria fatura. Os custos no RBgrid são baseados na energia: o "Standing charge" mensal da demo não está incluído, por isso não o copie. Deixe Net metering desativado na página Tariffs: a oficina não exporta nada.

3. Tornar a entrada trifásica

Uma entrada trifásica é suportada num único STD-U3I3. Abra Points: o cartão do STD-U3I3 mostra a entrada da rede.

1. No cartão do módulo, carregue em Use as the three-phase input.
2. Confirme Use as the input. A entrada mantém o seu histórico.
3. Carregue em Restart now.

Depois do reinício, a entrada passa a ser um ponto, L1–L3, com uma leitura para cada fase. → Use as the three-phase input

Depois abra Settings → Mains e escolha Three phase. Mains system aplica-se de imediato, e a lista Phase em cada ponto passa a oferecer L1, L2 e L3. A tensão e a frequência nominais, se as alterar, aplicam-se após um reinício do hub (Save and restart). As predefinições servem para uma alimentação de 230/400 V. → Settings

Na entrada da rede, abra Point setup e defina:

• Input limit, kW: o que o seu contrato de fornecimento permite; sem um valor contratado, use o disjuntor geral (A × 230 V × 3). 43 kW na demo. É o valor face ao qual a vista Business mede a entrada;
• Input breaker, A: 63 A na demo.

Os sensores do STD-U3I3 são calibrados com o módulo na fábrica, por isso não há sensor de corrente a escolher.

A vista Business usa o menor valor entre o limite de entrada e o que o disjuntor deixa passar (63 A × 230 V × 3 = 43.47 kW). Aqui isso dá 43 kW. → Grid input vs limit

4. Adicionar os três módulos Basic

Ligue os módulos Basic um de cada vez, com Points → Add a module. Todos os módulos da caixa respondem no mesmo endereço, 0x50. Por isso, de cada vez, o módulo que responde em 0x50 é primeiro movido para um endereço livre, e o novo módulo é depois ligado em 0x50. Na primeira ronda é o STD-U3I3: é movido e mantém os seus pontos, histórico e definições. → Adding modules

Para cada módulo Basic (o UI1 para L1, depois o UI3 para L2, depois o UI3 para L3):

1. A aplicação oferece um endereço livre, por exemplo 0x51, e move para lá o módulo que está agora em 0x50.
2. Desligue o hub e ligue o cabo I²C do novo módulo ao hub. Ele responde em 0x50.
3. Ligue o hub, abra Add a module outra vez e carregue em Scan e depois em Add.

Os canais de cada módulo aparecem agora em Free sensors. Os endereços finais dependem da ordem em que adiciona os módulos, e não importam: os pontos são conhecidos pelos seus nomes. A página Points da demo mostra um conjunto diferente de endereços.

5. Associar os cinco circuitos

Crie primeiro dois grupos: Settings → Consumer groups → Add group, "Production" e "Building", e depois Save. No diagrama de linha única tornam-se os quadros. → Consumer groups

Depois Bind cada sensor livre com o seu nome, função, fase e potência nominal da linha. Abra o Point setup de cada novo ponto para o disjuntor, o sensor de corrente e o grupo.

• A potência nominal da linha é o que o disjuntor do circuito permite: disjuntor × 230 V (por exemplo 10 A → 2.3 kW, 16 A → 3.68 kW, 25 A → 5.75 kW). A vista Business compara cada linha com ela. A demo usa os seus próprios valores: 9, 3, 3, 2 e 6 kW, pela ordem da tabela.
• A função Heating/cooling mantém a ventilação fora da estimativa de carga de base da aplicação, porque funciona no seu próprio horário.
• Fase: a fase da entrada de tensão do módulo; todos os canais de um módulo estão nessa fase.
• O sensor de corrente tem de corresponder à pinça realmente instalada. → Points

Os nomes curtos da captura, "Machines" e "HVAC", são o Short name de cada ponto, definido em Point setup.

Reinicie o hub (Settings → Administration). Um ponto recém-associado mostra valores em direto de imediato e começa a guardar histórico depois do reinício; nada medido antes se perde. O hub guarda histórico de até 12 pontos; a oficina tem seis. Um circuito trifásico medido por condutor usa três dos 12 espaços de histórico, por isso planeie o crescimento.

Verifique: ligue uma carga que conheça, como uma chaleira no circuito do escritório. O seu ponto deve mostrar cerca da potência nominal da chaleira, e o L2 da entrada deve subir cerca do mesmo valor.

6. Mudar para a vista Business

Abra Settings → Site scenario, escolha Business e confirme Change. Precisa do token de API, se o tiver definido. Aplica-se de imediato, para todos os que abrirem este hub. Just preview mostra-a apenas neste navegador. → Site scenario

7. O que a aplicação mostra

A Overview no cenário Business abre em potência. → The Overview

• Grid input vs limit: a potência da entrada face ao limite de 43 kW, com uma barra e a margem que resta.
• Phases, measured at the input, com "breaker 3 × 63 A (per phase)": a potência, a corrente e a tensão de cada fase, uma barra face ao disjuntor, e o desequilíbrio de corrente. Num hub real, o cartão indica também a rotação de fases.
• Load lines: cada circuito com a sua potência, o seu custo por hora, corrente, energia de hoje e a sua Load face à potência nominal.
• Needs attention: as linhas que precisam de atenção, cada uma ligada ao seu ponto.
• Diagrama de linha única: a entrada, o barramento principal, depois os quadros "Production" e "Building" com as suas linhas.

Em dinheiro, o custo de cada circuito é a sua energia ao preço de compra da zona: uma hora na zona Day ao preço Day, uma hora na zona Night ao preço Night.

History de 7 dias, em dinheiro, mostra os dias úteis, um fim de semana calmo e hoje até agora. Na captura (de terça a segunda) são quatro dias úteis completos, duas barras baixas de fim de semana e a manhã de segunda, ainda incompleta. Hoje em potência, só para o compressor, mostra o seu padrão de horas de trabalho. → History

O History avança à hora no seu nível mais fino; os valores em direto atualizam a cada 3 segundos na Overview (e por MQTT). A energia de módulos que contam a bordo avança em passos de 15 minutos.

Details acrescenta o gráfico horário, a tabela de pontos e Insights. O cenário Business redige-os para uma empresa. Na demo, numa segunda-feira ao fim da tarde (19:30), leem-se:

• Expensive now: Day — 2.0× the "Night" rate, com a nota da aplicação de que flexible loads (heating, charging, batches without a fixed schedule) are cheaper to run in the "Night" zone;
• Where the energy goes today e Month consumption forecast;
• Today uses ≈ 503% more than yesterday by this hour: uma segunda-feira comparada com um domingo. É um artefacto dia útil/fim de semana da demo;
• Base load outside working hours ≈ 1060 W, com a linha da aplicação Check what can be switched off on a schedule. É o piso noturno da aplicação, a partir das horas calmas 01:00–05:00: a mesma estimativa que Standby use na vista Home, aqui mostrada sob o nome Business. Não há definição de horário de trabalho. A ventilação não entra nessa conta, porque funciona no seu próprio horário.

Estas são as estimativas da aplicação às suas tarifas atuais, assinaladas com ≈. O RBgrid não desliga nada: o que desliga, e quando, fica a seu cargo. → Insights

O compressor acima da sua potência nominal

A linha do compressor na demo tem potência nominal de 3 kW. Em horas de trabalho o compressor alterna: cerca de 3.8 kW nas horas pares (08, 10, 12, 14, 16) e cerca de 1.5 kW nas ímpares. 3.8 kW numa linha de 3 kW são cerca de 127 % da potência nominal da linha; a captura das 10:00 apanhou 3.75 kW, 125 %.

A demo exagera isto para mostrar o sinal. 3.8 kW numa linha de 16 A é mais do que um disjuntor real de 16 A aguentaria durante muito tempo.

A aplicação assinala-o em três sítios enquanto durar:

• Load lines: o estado do compressor indica above limit;
• Needs attention: "3.8 kW — 127 % of the line's rating", marcado above rating;
• a tabela Points em Details: above rating.

Numa hora ímpar o sinal desaparece, e depois das 18:00 o compressor para. No History, hoje por hora em potência, o compressor desenha um dente de serra ao longo do dia de trabalho.

Num local real, o mesmo sinal significa que a potência nominal da linha, tal como foi introduzida, é inferior ao que a máquina consome. O RBgrid apenas mostra o valor; a potência nominal que introduz determina quando o sinal aparece. Este é um sinal de potência nominal da linha, não um sinal da pinça: 3.8 kW são cerca de 16.5 A, dentro da gama de uma pinça de 20 A, por isso a pinça não gera sensor limit nem clipping.

Escolher o calibre das pinças

Uma pinça tem uma gama, e os dois extremos importam. Se for pequena demais, as suas leituras são cortadas acima da sua potência nominal; se for grande demais, correntes pequenas leem como zero num módulo Basic. Uma pinça com a potência nominal igual ao disjuntor do circuito fica dentro dessa gama, e é por isso que a tabela associa cada pinça ao seu disjuntor. → Escolher o calibre das pinças

Se um ponto avisar que a sua pinça é pequena demais: a aplicação compara o disjuntor com a corrente a partir da qual a pinça começa a cortar, valor que o hub reporta — para um SCT-013 são cerca de 16 % acima da sua potência nominal, portanto cerca de 11.6 A para uma pinça de 10 A. Assim, a pinça de 10 A da iluminação no seu disjuntor de 10 A lê bem. Uma pinça com a potência nominal igual ao disjuntor está bem e já não avisa. Na aplicação v1.1.4 e anteriores a verificação usava um limite 10 % abaixo da potência nominal, por isso avisava exatamente nesse par — "The line breaker 10 A is above the sensor's limit (9 A)…" — mesmo que a pinça lesse corretamente na sua potência nominal.

Dados da demo vs a sua oficina

• Na demo cada dia útil é igual, e o padrão do compressor segue o relógio (horas pares e ímpares), não a pressão do ar.
• As fases da demo são uma divisão fixa da potência da entrada, não medidas por fase. Num hub real o STD-U3I3 mede cada fase na entrada, e os restos por fase seguem a sua cablagem real.
• As potências nominais de linha da demo (9, 3, 3, 2 e 6 kW) são valores próprios, e o seu compressor está configurado para ultrapassar a sua linha para mostrar o sinal.
• A demo usa uma SCT-013-030 em todos os canais Basic exceto nas máquinas-ferramenta; escolha as suas pinças pelos seus próprios disjuntores.
• O histórico de dinheiro da demo deixa de fora o IVA. A atualização do firmware do módulo é simulada.
• O histórico começa quando configura o hub; dados de outros sistemas não são importados.
• Os seus números dependem dos seus circuitos e do seu padrão de trabalho; nada neste guia garante um valor.

Se algo estiver errado

• Use as the three-phase input não é oferecido: o STD-U3I3 tem de estar presente e a entrada não pode já ser trifásica. → Sensors and modules
• Add a module não encontra nada novo: verifique se só um módulo novo está ligado, e se o hub esteve desligado enquanto o ligava. → Adding modules
• "Input limit is not set" na Overview: defina o Input limit, kW no Point setup da entrada.
• Um circuito lê 0 enquanto a carga funciona: a pinça pode estar virada ao contrário (o ponto diz sensor reversed — not metered).
• Um circuito lê uma potência inverosímil: verifique se a sua pinça está no módulo cuja entrada de tensão está na mesma fase.
• Sensor limit ou clipping num ponto: o circuito consome mais do que a potência nominal da sua pinça; veja Escolher o calibre das pinças.
• Vista Business não guardada ("Admin token required."): introduza o token de API em Settings → Security.

Seguinte

• Adicione mais circuitos: os módulos L2 e L3 têm cada um um canal livre para um circuito da sua fase; um hub aceita até oito módulos e guarda histórico de até 12 pontos. → Sensors and modules
• Leia os dados nas suas próprias ferramentas (para utilizadores experientes). Além dos downloads CSV no History, as suas ferramentas podem ler o histórico de qualquer ponto que guarde histórico (até 12 pontos) através da API REST do hub: GET /api/v1/history?unit=…&period=hour|day|week|month|year&type=energy|electrical|economics, com um token de leitura se tiver definido um. Ou por MQTT: o cmd history, com a resposta em cmd/resp. Os comandos MQTT ainda não verificam um token de leitura, por isso use um broker com os seus próprios utilizadores. → MQTT
• Verifique quanto da entrada os seus circuitos cobrem: Balance: input and lines. → Economics
• Refine a tarifa: mais zonas, taxas por kWh. → Tariffs
• Envie os dados para o Home Assistant. → Um medidor de energia para o Home Assistant
• Veja a oficina terminada: demo.rbgrid.io, Workshop
• A entrada trifásica por si só — as verificações de fase, os dois modos de medição, o histórico: A sua alimentação trifásica está a ser medida numa só fase