En este capítulo del medidor de consumo eléctrico vamos a ver primero los principios físicos que van a hacer posible medir la intensidad que esta pasando por un cable de forma no intrusiva, y después, que sensor utilizar y como conectarlo a nuestra placa Arduino.

Básicamente utilizaremos un transformador eléctrico, inventado por 3 ingenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri en 1885, para poder obtener la lectura, pero en nuestro caso utilizaremos lo que normalmente se denomina «pinza amperímetra» para evitar tener que cortar la linea eléctrica de nuestra casa, o intercalar algún dispositivo en la acometida.

Hay que tener especial precaución a la hora de trabajar en este punto de la instalación eléctrica al tener una elevada intensidad y no estar protegidos por el cuadro eléctrico de la casa.

¿Cómo funciona un transformador?

Un transformador esta formado por dos devanados (primario y secundario) y un núcleo ferromagnético. Por efecto de la inducción electromagnética, conseguiremos una intensidad de corriente en el devanado secundario proporcional a la corriente que pasa por el primario.

Esta relación proporcional va a depender del número de espiras de cada devanado. Tenéis más información sobre como calcular la relación de transformación en el siguiente enlace: https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

¿Que es una pinza amperímetra?

La pinza amperímetra sigue el mismo principio que el transformador pero solo esta formado por un núcleo ferromagnético y un devanado secundario.El devanado primario será el cable sobre el que queremos medir la intensidad.

Por otro lado, la pinza se encuentra diseñada para poder hacer pasar el cable del devanado primario por el núcleo ferromágnético sin necesidad de cortarlo o interrumpirlo. En este caso, tendremos un primario con una espira única.

Los económicos SCT-013-0xx

En el mercado nos encontramos una familia de pinzas amperímetras muy económicas y fáciles de utilizar con nuestro Arduino.

En la imagen de la derecha vemos un SCT-013-000 con capacidad de 100A y marcado con dos pequeñas flechas rojas el núcleo y el bobinado secundario. Como veis, el núcleo se puede abrir y permite fácilmente introducir el cable sobre el que queremos realizar la medición.

Para nuestro medidor emplearemos tanto el SCT-013-000 como el SCT-013-030. A parte de la diferencia de la corriente que pueden medir, el 000 llega a 100A y el 030 a 30A, tendremos que tener en cuenta que el primero nos va a medir corriente y el segundo voltaje, con lo que a la hora de construir la interfaz con Arduino tendremos que tenerlo en cuenta.

Cuanto menor intensidad tenga la pinza, mayor precisión en las medidas tendremos, así que nos fijaremos en la potencia que tenemos contratada en nuestro domicilio. Por ejemplo, si tenemos un contrato de 3300W, con una piza de 15A (3300W / 220V = 15A) podríamos medir bastante bien el consumo.

Aquí tenéis una tabla con las características de la familia completa:

Conectar el SCT al Arduino

Ya sabemos como medir la corriente que llega a nuestra casa y que dispositivo nos va a ayudar a hacerlo. Ahora tenemos que conectar dicha pinza amperímetra a una de las entradas analógicas del Arduino.

La entrada analógicas del Arduino solo pueden medir voltajes entre 0V y 5V, así que tendremos  que hacer que el voltaje, que irá variando de -2.5V a 2.5V (no olvidemos que estamos midiendo corriente alterna), elevarlo 2.5V para que varíe de 0V a 5V. Si empleamos un SCT-013-000 deberemos antes convertir la intensidad a voltaje.

La placa Arduino nos va a proporcionar 5V y demos introducir a la pinza amperímetra 2.5V para conseguir la variación entre 0v y 5v:

Utilizaremos un divisor de voltaje con 2 resistencias para obtener esos 2.5V. En el siguiente diagrama vemos como será la configuración del divisor.

• Resistencias: R1 = R2 = 10KΩ
• Vin: 5V del Arduino
• Gnd: Tierra del Arduino
• Vout: 2.5V que será la entrada del sensor SCT.

Como ya hemos comentando antes, si tenemos un sensor SCT-013-000 tenemos que añadir una resistencia entre la entrada y salida del sensor para convertir la intensidad a voltaje y poderlo medir con la entrada analógica del Arduino. Esta resistencia, que se suele denominar «burden», deberá tener un valor de 33Ω. También vamos a necesitar un condensador de 10uF para filtrar el posible ruido y conseguir que la medida obtenida sea «suave».

Diagrama final de nuestra interfaz con Arduino:

Resultado final

Si disponéis de herramientas como soldador y dremel, y de un poquito de estaño y una placa de soldadura, podéis montar este circuito en un tamaño muy reducido, perfecto para conseguir que todo el medidor no ocupe mucho dentro de nuestro cuadro eléctrico. Siempre es recomendable montar todo el circuito en una breadboard para probarlo antes, y así evitar tener que andar desoldando y volviendo a soldar en un espacio reducido.

Esta sería mi pequeña interfaz para un SCT-030-000, con las 3 resistencias, el condensador, un conector hembra Jack 3.5mm para que sea más sencilla su conexión, y tres conectores para corriente y entrada analógica que irán conectados al Arduino.

Recordad marcar bien la entrada de 5V y la tierra ya que si equivocamos la polaridad necesitaremos un nuevo condensador electrolítico.

El siguiente paso será conectar este sensor al Arduino y programarlo para empezar a realizar lecturas. Esto lo veremos en la siguiente entrada del blog.