Contadores de energía eléctrica

En esta entrada voy a hablar de los contadores eléctricos. Estos aparatos se instalan al inicio de cada instalación para contabilizar el consumo de energía eléctrica, sin embargo pueden tener muchas variantes, además de la evolución por la que han pasado estos aparatos.

Compañía de Contadores - BTR - años 1920-30

Los contadores eléctricos hasta hace poco se han construído de forma electromecánica, cuyo funcionamiento se basa en el electromagnetismo. Dentro del contador hay una bobina de hilo muy delgado y miles de vueltas encargada de medir la tensión y otra bobina que rara vez tiene mas de 10 vueltas y su grosor depende del amperaje máximo que soporte el contador. Ambas bobinas inducen un cámpo electromagnético sobre un disco de aluminio que gira con una velocidad proporcional al consumo. Un iman permanente hace de freno sobre el disco a fin de regular y estabilizar la velocidad. El disco en su eje tiene un tornillo sin fin que mueve el engranaje de un integrador numérico que registra en consumo en kWh. El concepto de energía activa viene de consumir (o generar) una potencia durante un tiempo, por eso la medida se expresa en kWh y su fórmula es energía = a potencia x tiempo.

AEG - J6 - Años 1960

El integrador de un contador suele tener como mínimo 5 cifras enteras, aunque lo mas habitual es 6 o 7 para los últimos modelos, sin embargo podemos encontrar modelos muy antiguos con sólo 3 y 4 cifras. Muchos contadores incluyen decimales en sus contadores, aunque no en los de potencias muy altas. En modelos muy antiguos pueden verse integradores de 2 decimales. Pueden encontrarse contadores muy antiguos (80 o 100 años) que miden en HwH, que corresponde a hectovátioshora, para convertir esta lectura a kWh debe dividirse entre 10.

Riesa - SM 14 - Años 1990

Esquema eléctrico y mecánico de un contador

Hoy en dia los contadores que se instalan son digitales multifunción y la energía se mide con circuitos electrónicos. El contador electrónico mide el voltaje de red con una derivación de línea hacia un circuito específico mientras que la corriente se hace pasar por un shunt o un pequeño transformador de corriente, para finalmente, ser medida por otro circuito. Existe otro circuito que recoje esos datos y los transforma en el dato final de energía consumida. Los contadores digitales tienen muchas mas posibilidades que los electromecánicos, pues se pueden programar para medir mas de una tarifa o período horario, y también pueden medir energía reactiva.

Enel - CERM1 - Siglo XXI

El orden de los conductores en los bornes de los contadores no siempre ha sido el mismo:

Bornes según normas IEC - Asimétrico

Bornes según normas BSS - Simétrico

Antiguamente se fabricaban tanto bajo las normas IEC como las BSS, pero a partir de finales de los años 1970 y principios de los 80 pasó a usarse en España y en Europa únicamente los bornes según normas IEC.

Contador monofásico

Interior de un contador (Landis & Gyr - CG1) en donde se observa el interior con la bobina de corriente, la de tensión y el imán de freno.

El contador monofásico está diseñado para medir energía eléctrica en derivaciones de 2 conductores activos, normalmente fase y neutro. Tiene una bobina que mide tensión y otra que mide la intensidad, lo que compone un sistema de medida. Suelen fabricarse para corrientes de hasta 60 A y tensiones de 110 a 240 V.

Esquemas de conexión

Una variante del contador monofásico es el contador de doble bobina amperimétrica, en el que la bobina de corriente se divide en dos mitades para que pueda ser atravesada por ambos conductores de línea. Esto está especialmente indicado para medir suministros de dos fases, en los que interesa medir la corriente que pasa por cada conductor de manera individual.

Esquemas de conexión del contador monofásico

En América se utiliza mucho este tipo de contador cuando la distribución de BT procede de un transformador monofásico con toma media (3 hilos).  Constructivamente, el neutro nunca para por el contador. Si se conecta una carga entre una fase y neutro por el contador sólo pasa corriente por una de las dos bobinas amperimétricas y el contador mide la carga sólo en esa fase.

Contador de doble bobina en distribución monofásica

Contadores americanos para 2 y 3 hilos. Monofásico, 2F+N red monofásica, 2F+N red trifásica.

Contador doble monofásico

AEG - B11

Este tipo de contador, también llamado bifásico, se había llegado a usar bastante en España, aunque hoy en dia no se usa, sin embargo en otras partes del mundo es muy utilizado por sus ventajas. Antiguamente cuando se contrataba electricidad, a partir de cierto límite en en suministro monofásico existía esta opción para poder utilizar conductores mas delgados, y a la vez disponer de mas potencia.

CdC - TB7

Consiste en dos sistemas de medida (equivalente a dos contadores monofásicos) que miden individualmente la corriente y la tensión, de cada fase. Su razón de ser es la de dividir la carga de un suministro monofásico entre dos fases, para utilizar 3 conductores de rección mas reducida que usando sólo fase y neutro, ya que la potencia del circuito queda repartida. Es un paso intermedio entre el suministro monofásico en donde una potencia mediana puede requerir conductores muy gruesos y el trifásico en donde una potencia mediana puede ser equivalente a un amperaje reducido, lo que haría saltar el limitador de potencia contratada al mínimo desequilibrio. La lectura total es la suma de lo que miden ambos sistemas de medida.

Lo mas habitual al pensar en este contador es ubicarlo en instalaciones de 127/220 V, sin embargo también era utilizado en redes de 220/380 V.

Como ejemplo práctico, tenemos 11,5 kW que corresponden a 50 A con monofásica a 230 V. Con la opción de usar dos fases y neutro para repartir carga, tan sólo necesitaríamos 25 A por fase para lograr esos 11,5 kW.

Esquemas de conexión del contador doble monofásico

Contador trifásico

AEG - C111 (4 hilos)

Este tipo de contador tiene dos variantes, el de 3 hilos y el de 4 hilos.

El contador trifásico a 3 hilos es constructivamente igual que el doble monofásico, ya que tiene dos sistemas de medida, con las bobinas de tensión conectadas entre fases. La lectura total es la suma de ambas. Este contador se solía utilizar para suministros únicamente de fuerza cuando antiguamente se separaban los consumos de alumbrado y fuerza, ya que normalmente en los de alumbrado se utilizaba la tensión de fase y neutro, mientras que en los de fuerza se usaba la tensión entre fases, por lo que el neutro era prescindible. Este tipo de contador puede medir cargas monofásicas y cargas desequilibradas.

Las compañías eléctricas pronto se dieron cuenta de que con la fase directa (sin medir) de estos contadores los abonados podían obtener energía de manera ilícita, por lo que pronto cayeron en desuso para usarse únicamente contadores trifásicos de 4 hilos, aunque no se usara el neutro. Sin embargo, para medida en abonados de MT y AT, se siguió utilizando hasta hace relativamente poco.

AEG - C11 (4 hilos)

El contador trifásico a 4 hilos dispone de 3 elementos de medida que miden individualmente cada fase, por lo tanto, puede medir fases con cargas desequilibradas. Estos tres elementos de medida tienen sus bobinas de tensión conectadas entre una fase y el neutro, en estrella. Normalmente los contadores electromecánicos disponían de dos discos unidos por un eje, sobre los cuales actúan dos elementos de medida en un disco y el tercer elemento de medida y el imán de freno. La lectura total es la suma de cada elemento de medida.

En baja tensión, estos contadores permiten la utilización simultánea de receptores trifásicos y monofásicos, tanto entre fase y neutro como entre fases. Se fabrican tanto para medida directa, con un límite de 80 o 100 A, como para medida indirecta.

Esquemas de conexión del contador trifásico de 4 hilos

Medida de la energía reactiva

Hasta ahora todos los contadores que hemos mencionando sólo miden energía activa, que es la que produce trabajo útil. Sin embargo existen muchas instalaciones con cargas inductivas (bobinas, motores, etc) que producen el efecto de consumir mas corriente de lo que correspondería, debido a que las cargas inductivas adelantan la onda de corriente con respecto a la de tensión. Esto supone un perjuício para las líneas eléctricas debido a que queda muy limitada la energía activa disponible, por eso las compañías eléctricas miden reactiva penalizando a los usuarios con medidas de reactiva muy alta (bajo factor de potencia) e incluso premian con descuentos a aquellos abonados con medidas de reactiva nulas o muy reducidas (alto factor de potencia). La energía reactiva se mide en KVARh.

Equipo de medida con contadores de activa y reactiva (AEG)

El contador de reactiva electromecánico antiguamente era un contador específico que se instalaba al lado y aguas abajo del de activa. Este contador se fabricaba trifásico para 3 y 4 hilos y monofásico, aunque este último era bastante poco común, también se fabricaba para medida tanto directa como indirecta, y se instalaban de las mismas tensiones y corriente que el activa. Para la medida de la reactiva se desfasa la tensión y la corriente 90º, este desfase se consigue con dos métodos. El primero consiste en una bobina instalada en serie con la bobina de tensión para los de 2, 3 y 4 hilos (una bobina por sistema de medida), esta bobina es ajustable y adelanta la tensión 90º. El segundo método consiste en conectar las 3 bobinas de tensión de un contador de 4 hilos en triangulo, de manera que las bobinas se alimentan de las dos fases que no mide la bobina de corriente del mismo elemento de medida, y así se consigue el desfase necesario. También existía un método parecido para el trifásico de 3 hilos.

Hoy en día para este tipo de medidas se instala un único contador multifunción que mide energías activa y reactiva. Además de dar la lectura de reactiva, indican la potencia reactiva instantánea en kVAR y el ángulo de Cos de phi, entre otras cosas.

Contador multifunción Ziv

Medida indirecta

Existen instalaciones que debido a su elevada potencia, se realiza la medida de la energía de manera indirecta con transformadores de intensidad en BT y transformadores de intensidad y de tensión en MT y AT. El contador normalmente viene calibrado o programado para mostrar la lectura real según la relación de los transformadores de medida. Cuando se instalaban contadores electromecánicos, muchas veces también se utilizaban contadores directos de 5 A en los que se indicaba con una etiqueta al lado del integrador la relación por la que tenía que multiplicarse la lectura de este.

Medida con transformadores de intensidad en BT (indirecta o semi indirecta)

Medida con transformadores de tensión e intensidad en MT y AT (indirecta)