Resumo: Este artigo expõe as principais funções do medidor de energia pré-pago tradicional com cartão IC, analisa suas vantagens e desvantagens de aplicação; apresenta em detalhes a expansão das funções do medidor de energia pré-pago após a integração de tecnologias de comunicação e controle inteligente, promovendo seu valor prático, e descreve a possível tendência de desenvolvimento tecnológico do medidor de energia pré-pago.
Palavras-chave: Medidor de energia pré-pago, aplicação, análise
As tarifas de eletricidade são a principal fonte de recursos para as empresas fornecedoras de energia elétrica manterem a produção e o desenvolvimento, e a cobrança em dia desempenha um papel importante na circulação de capital dessas empresas. Devido ao modelo de consumo de energia "use primeiro, pague depois", vigente por muitos anos, à ampla base de usuários e aos meios técnicos de interrupção e racionamento de energia, bem como à incompatibilidade das regulamentações vigentes com a economia de mercado, as empresas fornecedoras de energia elétrica enfrentam grandes riscos na cobrança de suas tarifas, o que tem gerado pressão sobre seus recursos humanos, financeiros e operacionais ao longo dos anos. Nesse contexto, para melhor se adaptar à reforma do sistema elétrico, os medidores de energia pré-pagos têm sido amplamente utilizados.
Devido à aplicação imatura da tecnologia de comunicação inicial relacionada ao núcleo do sistema, a compatibilidade tornou-se um obstáculo importante que afetou a popularização e a aplicação do sistema de leitura remota automática de medidores para gerenciamento de medição de energia elétrica, especialmente a compatibilidade do protocolo de comunicação e a inconsistência do padrão de fabricação. No contexto da época, o medidor de energia pré-pago do tipo cartão IC não tinha outra opção senão contornar o gargalo de aplicação da tecnologia de comunicação.
1. Tipo de cartão: Medidor de energia pré-pago
1.1 Função principal
1.1.1 Função de medição: medição monofásica de energia ativa; armazena o histórico de energia e possui a função de congelamento de energia.
1.1.2 Função multitarifa: Período de tempo programável, múltiplas tarifas. O temporizador possui função de compensação de temperatura.
1.1.3 Função de comunicação: com interface RS485 e interface de comunicação infravermelha. A interface RS485 é geralmente isolada eletricamente do interior do medidor e possui um projeto de proteção contra acesso a 220 V CA.
1.1.4. Função de exibição: Visor LCD, o botão pode alternar automaticamente a exibição, a interface mostra informações como a quantidade restante, a energia total, o preço atual da eletricidade e assim por diante.
1.1.5. Função de cópia de informações para compra de energia: um medidor por cartão, ou seja, um medidor só pode corresponder a um cartão IC. Quando o cartão é inserido para transmissão de energia, as informações de consumo de eletricidade do medidor são copiadas automaticamente para o cartão IC; quando a energia é comprada novamente, as informações do cartão são gravadas automaticamente no computador para arquivamento e verificação de dados.
1.1.6. Função de lembrete de recarga do medidor: Geralmente, há alarme de exibição e alarme de falha de energia, além da função de corte de carga.
1.1.7. Função de controle de sobrecarga: Ao definir o limite de potência, é possível controlar o desligamento por sobrecarga no lado da carga. O tempo de desligamento pode ser configurado de duas maneiras: desligamento imediato e desligamento retardado. A energia pode ser restaurada pressionando o botão ou inserindo o cartão.
1.1.8. Função de controle pré-pago: o medidor implementa o método de gerenciamento de energia elétrica, priorizando a compra e o consumo. Quando não houver carga no medidor, o interruptor de carga interromperá automaticamente o fornecimento de energia à carga. Após o carregamento, o medidor religará para restabelecer o fornecimento de energia à carga. Com o aprimoramento contínuo, foi adicionada a função de sobregiro, que permite um sobregiro moderado de acordo com a situação. O sobregiro pode ser configurado. Após o consumo do sobregiro, o medidor será desligado e o valor utilizado será automaticamente cobrado e descontado na próxima recarga.
1.1.9. Função anti-acumulação de energia: Devido ao macrocontrole da política de preços da eletricidade, para evitar que uma quantidade excessiva de energia seja cobrada no medidor, o cliente é impedido de carregar muita energia de uma só vez, definindo o limite de acumulação de energia no medidor.
10. Função de proteção de segurança: Geralmente, a tecnologia de cartão CPU é usada para o projeto de segurança do sistema. A autenticação de segurança do medidor de energia elétrica com cartão CPU é realizada por meio do módulo ESAM no medidor de energia. O MCU do medidor de energia com cartão CPU desempenha apenas a função de transmissão de dados durante o processo de autenticação e não participa da criptografia e descriptografia de dados. Ao vender energia elétrica, por meio de uma série de testes de autenticação de chaves, operações como a confirmação do cartão de compra de energia, a permissão para gravar informações no cartão de compra de energia e a permissão para apagar o arquivo binário podem ser realizadas.
1.2 Principal vantagem
1.2.1 Melhorar a eficiência e a precisão da leitura de medidores. Através da interface RS485 e da interface de comunicação infravermelha, o dispositivo portátil de leitura de medidores correspondente pode ser usado para transcrição em lote no local. Isso tem um impacto muito importante no cenário atual, em que o número de medidores de energia gerenciados pelas empresas de fornecimento de energia aumentou drasticamente.
1.2.2 Resolver eficazmente o problema da inadimplência. Reduzir significativamente os custos operacionais de cobrança de contas de energia elétrica e aumentar a segurança na cobrança das tarifas de energia elétrica.
1.2.3 Aliviar a contradição das dificuldades de pagamento. Com o grande aumento no número de clientes e os horários de pagamento relativamente concentrados, o modelo de cobrança tradicional é muito suscetível a congestionamentos. A aplicação de medidores de energia pré-pagos reduziu significativamente a pressão sobre as cobranças nos caixas e os riscos de serviço.
1.3 Problemas na aplicação
1.3.1 Baixa capacidade anti-ataque. A perda e o dano do cartão IC, especialmente suas portas de leitura e gravação expostas, o tornam vulnerável a ataques externos. É difícil obter evidências após um ataque, o que pode causar falhas no sistema de controle interno e facilitar a ocorrência de conflitos de fornecimento de energia.
1.3.2 A gestão é complexa. Devido à natureza repentina e aleatória da compra de energia por meio de cartões IC, o departamento de fornecimento de energia tem enfrentado uma crescente pressão na venda de energia. Ao mesmo tempo, para garantir a segurança dos dados, cartões de CPU inteligentes são amplamente utilizados atualmente. Seu sistema COS e autenticação por chave dinâmica garantem a segurança dos dados, mas também aumentam a carga de trabalho do departamento de gerenciamento de energia. Além disso, a demonstração multi-link aumenta a ocorrência de falhas inesperadas.
1.3.3 A adaptabilidade da política de ajuste de preços da eletricidade não é robusta. O preço da eletricidade é determinado e registrado no medidor pré-pago no momento da compra. Como o preço da eletricidade armazenado no cartão IC do medidor pré-pago não pode ser ajustado em tempo real, cada ajuste de preço sobrecarrega a empresa fornecedora de energia, além de gerar questionamentos por parte dos clientes.
1.3.4 A coleta de dados não é oportuna. Ela não reflete o status do consumo de energia elétrica do cliente em tempo real, não permite o monitoramento eficaz de furtos de energia e não atende às necessidades de gerenciamento em tempo real da automação da gestão de energia elétrica.
1.3.5 A escalabilidade funcional do método de compra de energia não é alta. O sistema de pré-pagamento que utiliza cartões IC como meio de transmissão de dados não se integra facilmente a serviços bancários por telefone, internet banking e outros métodos de compra de energia elétrica. Os clientes frequentemente compram energia elétrica em pontos de venda com cartões, o que reduz a qualidade do serviço de comercialização de energia e aumenta a carga de trabalho das empresas fornecedoras. Portanto, para solucionar os problemas e as limitações na aplicação prática de medidores de energia pré-pagos com cartão IC, foi solucionado o problema de compatibilidade do sistema de comunicação. A superação desse gargalo tecnológico essencial abre um vasto campo, antes inimaginável, para a aplicação remota de medidores de energia pré-pagos.
2. Integração de medidores de energia pré-pagos e sistema de leitura remota de medidores
2.1Os principais métodos de comunicação em um sistema de leitura remota de medidores incluem comunicação por fibra óptica, linha telefônica, barramento RS485, cabo de TV, internet, comunicação por linha de energia (PLC), barramento de instrumentos, comunicação via satélite, GPRS e CDMA, entre outros. Cada método de comunicação possui suas vantagens e desvantagens, bem como suas aplicações específicas. Considerando as características do setor de fornecimento de energia e a aplicação prática de tecnologias como a PLC de baixa tensão com espectro espalhado, salto de frequência, encaminhamento e retransmissão (onde o medidor pode ser configurado dinamicamente como roteador ou transponder por um concentrador local através da linha de energia) e chips especiais, atualmente, os sistemas de leitura remota automática de medidores de baixa tensão adotam principalmente a combinação de leitura centralizada por PLC, transmissão remota por GPRS e medidores de energia pré-pagos.
2.2A estrutura do sistema de leitura centralizada de medidores por linha de energia (PLC) é composta por estações mestras de leitura centralizada, coletores, concentradores, medidores e outros equipamentos. De acordo com as condições do local, uma rede dedicada é estabelecida, e a leitura dos medidores, o controle e o gerenciamento do consumo de energia elétrica são realizados por meio de software. O sistema consiste em três camadas físicas e duas camadas de enlace. A coleta de dados da estação mestra adota uma estrutura em estrela, ou seja, um centro de gerenciamento de consumo de energia atua como camada de gerenciamento para múltiplos concentradores; a estação mestra se conecta ao concentrador de dados por meio da rede GPRS; os coletores são conectados por meio de linhas de energia de baixa tensão, instalados na caixa do medidor, e os coletores e os medidores de energia dos clientes são conectados em paralelo por meio da interface RS485 para formar a camada do cliente.
2.3 Recursos do sistema
2.3.1 Adotar o método de comunicação PLC (Power Line Carrier): uso eficaz da estrutura de topologia da rede elétrica, construção fácil.
2.3.2 Grupo de dados básicos: todos os clientes incluídos no sistema de cópia centralizado podem ser selecionados para cópia (cópia pontual, cópia completa), cópia multiponto para formar um grupo de dados básicos e várias análises (perda de linha, taxa múltipla, carga, etc.), para atender às necessidades de gerenciamento inteligente de diversos clientes.
2.3.3 Combinação de software e hardware: O projeto do sistema considera plenamente as necessidades e a conveniência dos usuários. Com base no hardware fixo, todas as compensações de funções do sistema, modificações de gerenciamento e adições de operação (alimentação por controle remoto) são realizadas pelo software de fundo.
2.3.4 Possui as vantagens de instalação conveniente, alta confiabilidade, boa segurança e facilidade de manutenção. Ao mesmo tempo, o custo do projeto é baixo, a manutenção do sistema é simples e o custo operacional é baixo.
2.4 Aplicação das funções principais
O medidor de energia pré-pago remoto interage com o sistema de gerenciamento de consumo de energia para realizar funções como leitura remota do medidor, pré-pagamento remoto, prevenção de furto de energia e gerenciamento de carga.
2.4.1 Leitura remota do medidor
A estação central pode realizar leituras aleatórias de medidores e determinar, com base nos dados lidos, se o medidor de energia no local está com defeito ou se o consumo de eletricidade do cliente é anormal. A estação central também pode ler o medidor de acordo com a rotina de leitura e transmitir os dados lidos para o sistema de informações de gerenciamento de comercialização de energia para o cálculo do custo da eletricidade. Ao mesmo tempo, a estação central também pode configurar o medidor de energia elétrica para reportar regularmente as informações de campo por meio de configuração remota.
2.4.2 pré-pago remoto
Os clientes podem adquirir eletricidade de diversas formas para evitar picos de consumo. Quando o saldo no medidor do cliente chega a zero, o medidor emite um sinal de desligamento que aciona o relé interno ou a chave de controle de carga externa para cortar a energia, evitando assim a inadimplência. O método de pré-pagamento remoto é seguro e confiável, evitando falhas como a não leitura do cartão e erros de informação devido à transmissão de dados pelo cartão IC. Ao mesmo tempo, quando o preço da eletricidade é ajustado, os parâmetros de preço no medidor de energia local podem ser modificados em lotes e em tempo real através da estação central, garantindo que os parâmetros de preço no medidor local estejam sincronizados com o ajuste de preço.
2.4.3 Antifurto
Quando os parâmetros do medidor de energia elétrica no local se alteram ou ocorrem falhas como perda de tensão, perda de corrente e fiação incorreta, o medidor pode ser automaticamente acionado para a central de monitoramento. Uma equipe se desloca até o local para realizar uma inspeção. Essa função permite evitar o furto de energia e prevenir problemas antes que eles aconteçam.
2.4.4 gerenciamento de carga
A estação central pode coletar dados de tensão, corrente, potência, consumo de energia e outros do medidor de energia local para análise e gerenciamento de carga. Com base nos dados de corrente, é possível traçar a curva de carga para monitorar a variação do consumo de energia. Com base nos dados de tensão, é possível calcular o nível de tensão adequado. Ao definir o limite de potência ativa no medidor de energia, é possível controlar o consumo excessivo de energia do cliente.
2.5 Análise de ganho
2.5.1 Graças à utilização da leitura remota de medidores, é possível economizar significativamente em custos com mão de obra para leitores de medidores. Ao mesmo tempo, erros na leitura manual de medidores podem ser evitados, e falhas nos medidores podem ser detectadas em tempo hábil, melhorando assim os níveis de serviço.
2.5.2 Devido à implementação do pré-pagamento, os atrasos foram bastante reduzidos, a taxa de recuperação das tarifas de eletricidade foi melhorada e os custos operacionais de restabelecimento de eletricidade no local, na gestão da recuperação das tarifas de eletricidade, foram reduzidos.
2.5.3 Uma vez que o monitoramento online do status de operação do medidor de energia elétrica no local pode ser realizado, é possível prevenir eficazmente o furto de energia elétrica e reduzir as perdas desconhecidas de eletricidade.
2.5.4 Graças ao controle automático de carga, elimina-se a ocorrência de sobrecarga e queima do medidor, evitando-se, ao mesmo tempo, o problema de clientes que não realizam a avaliação do preço da eletricidade e da tarifa de energia de acordo com o horário de consumo devido à subnotificação da capacidade de consumo de energia.
3. Cenário de aplicação dos produtos pré-pagos da Acrel
3.1 Função
Cobrança, controle e desligamento de débitos de energia elétrica em medidores pré-pagos; módulo de gerenciamento pós-pagamento; módulo de análise de consumo de energia;
Cobrança de aluguéis, taxas prediais e débitos;
Tarifas de eletricidade compartilhadas em áreas públicas;
Acesso à leitura e medição de contadores em áreas públicas e subestações;
Sistema integrado de pré-pagamento + consumo de energia do edifício, com medição de energia classificada e por subitem;
Gestão financeira centralizada e controle de grupos de propriedades/imóveis, com autoridade separada para subpropriedades;
A solução sem fio é fácil de modificar e depurar.
4. Seleção rápida de produtos:
5. Conclusão
Embora as desvantagens dos medidores de energia pré-pagos tradicionais estejam se tornando cada vez mais evidentes, a ponto de não atenderem às necessidades da gestão moderna de eletricidade, a curto prazo, especialmente em regiões com base de clientes relativamente dispersa, ainda existe um certo grau de aplicação. Por outro lado, com o desenvolvimento contínuo da sociedade, os medidores de energia pré-pagos se integrarão cada vez mais às tecnologias de comunicação e controle inteligente (por exemplo, medidores de energia pré-pagos remotos baseados em tecnologia de comunicação móvel poderão substituir completamente os medidores de energia pré-pagos tradicionais com cartão IC). Para os medidores de energia pré-pagos, a incorporação da função de "controle inteligente remoto em tempo real" é uma tendência inevitável no desenvolvimento tecnológico, visando sua expansão global. Para as empresas de fornecimento de energia, a popularização e a aplicação da função de "controle inteligente remoto em tempo real" também permitirão aprimorar continuamente o nível de gestão e a qualidade do serviço no consumo diário de eletricidade.
Referências:
[1] Manual de Projeto e Aplicação de Microrredes da Acrel Enterprise. Versão 2022.05
Data da publicação: 29/04/2025