Medidor de electricidad

Se desarrollaron muchos tipos experimentales de medidores. Thomas Edison trabajó inicialmente en un medidor electromecánico de corriente continua (CC) con un registro de lectura directa, pero finalmente desarrolló un sistema de medición electroquímico que utilizaba una celda electrolítica para totalizar el consumo de corriente. A intervalos periódicos, se retiraban y pesaban las placas, y se facturaba al cliente. El medidor electroquímico requería mucha mano de obra para su lectura y no tuvo buena acogida entre los clientes.

Los medidores de corriente continua solían medir la carga en amperios-hora. Dado que el voltaje de la fuente de alimentación debía permanecer prácticamente constante, la lectura del medidor era proporcional a la energía real consumida. Por ejemplo, si un medidor registraba un  consumo de 100 amperios-hora en una fuente de 200 voltios, entonces  se habían suministrado 20 kilovatios-hora de energía.

En 1885, Ferranti ofreció un medidor de motor de mercurio con un registro similar a los medidores de gas; esto tenía la ventaja de que el consumidor podía leer fácilmente el medidor y verificar el consumo. ^{[ 2 ]} Otro medidor electromagnético temprano con lecturas visibles fue un medidor de CC de Hermann Aron , quien lo patentó en 1884. ^{[ 3 ]} Hugo Hirst de la British General Electric Company lo introdujo comercialmente en Gran Bretaña a partir de 1888. ^{[ 4 ]} El medidor de potencia de Aron (posteriormente adaptado para potencia de CA) registraba la carga total utilizada a lo largo del tiempo y la mostraba en una serie de esferas de reloj.

Los medidores electroquímicos también se mejoraron para permitir la lectura directa, como el medidor electrolítico Bastian inventado en 1897, ^{[ 5 ] : 76} y el medidor electrolítico Wright o medidor 'Reason' , patentado en 1900. ^{[ 5 ]} El medidor Wright, utilizado principalmente en el Reino Unido, ^{[ 6 ]} consistía en una estructura de vidrio montada verticalmente con un depósito de mercurio en la parte superior. Al extraerse corriente de la fuente, la acción electroquímica transfería el mercurio a la parte inferior de la columna. La altura del mercurio indicaba la carga total. ^{[ 7 ] [ 8 ]} El medidor debía reiniciarse a cero antes de que se agotara la reserva de mercurio. El reinicio se realizaba invirtiendo el medidor y devolviendo el mercurio al depósito. ^{[ 8 ]}

El primer ejemplar del contador de kilovatios-hora de CA producido a partir de la patente del húngaro Ottó Bláthy y que recibió su nombre fue presentado por la fábrica Ganz en la Feria de Frankfurt en otoño de 1889, y el primer contador de kilovatios-hora de inducción ya estaba siendo comercializado por la fábrica a finales del mismo año. Estos fueron los primeros contadores de vatios-hora de corriente alterna, conocidos como contadores Bláthy. ^{[ 9 ]} Los contadores de kilovatios-hora de CA que se utilizan actualmente funcionan con el mismo principio que la invención original de Bláthy. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} También alrededor de 1889, Elihu Thomson de la empresa estadounidense General Electric desarrolló un contador de vatios registrador (contador de vatios-hora) basado en un motor de conmutador sin hierro. Este contador superó las desventajas del tipo electroquímico y podía funcionar con corriente alterna o continua. ^{[ 14 ]}

En 1894, Oliver Shallenberger de Westinghouse Electric Corporation aplicó el principio de inducción utilizado previamente ^{[ 15 ]} solo en medidores de amperios-hora de CA para producir un medidor de vatios-hora de la forma electromecánica moderna, utilizando un disco de inducción cuya velocidad de rotación era proporcional a la potencia en el circuito. ^{[ 16 ] [ 17 ]} El medidor Bláthy era similar al medidor de Shallenberger y Thomson en que ambos eran medidores de motor bifásicos. ^{[ 10 ]} Aunque el medidor de inducción solo funcionaba con corriente alterna, eliminaba el delicado y problemático conmutador del diseño de Thomson. Shallenberger enfermó y no pudo perfeccionar su diseño inicial, grande y pesado, aunque también desarrolló una versión polifásica.

En 1902, William Morris Mordey y Guy Carey Fricker patentaron el contador de electricidad Mordey-Fricker , que funcionaba con un principio diferente al de los contadores de tipo motor, utilizando un mecanismo de reloj cuya rueda de equilibrio oscilaba a una velocidad directamente proporcional a la corriente. Era apto tanto para corriente continua como alterna sin error de frecuencia, y fue diseñado para pequeñas instalaciones domésticas de doce a treinta lámparas. ^{[ 18 ]}

El tipo más común de medidor de electricidad es el medidor electromecánico de vatios-hora. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

En una fuente de alimentación de CA monofásica , el medidor de inducción electromecánica funciona mediante inducción electromagnética , contando las revoluciones de un disco metálico no magnético, pero conductor de electricidad, que gira a una velocidad proporcional a la potencia que lo atraviesa. Por lo tanto, el número de revoluciones es proporcional al consumo de energía. La bobina de voltaje consume una cantidad de potencia pequeña y relativamente constante, generalmente alrededor de 2 vatios, que no se registra en el medidor. De manera similar, la bobina de corriente consume una pequeña cantidad de potencia proporcional al cuadrado de la corriente que la atraviesa, generalmente hasta un par de vatios a plena carga, que sí se registra en el medidor.

El disco es accionado por dos conjuntos de bobinas de inducción , que forman, en efecto, un motor de inducción lineal bifásico . Una bobina está conectada de tal manera que produce un flujo magnético proporcional a la tensión, y la otra produce un flujo magnético proporcional a la corriente . El campo de la bobina de tensión se retrasa 90 grados, debido a la naturaleza inductiva de la bobina, y se calibra mediante una bobina de retardo. ^{[ 22 ]} Esto produce corrientes parásitas en el disco, cuyo efecto es tal que se ejerce sobre él una fuerza proporcional al producto de la corriente instantánea y la tensión instantánea. Un imán permanente actúa como freno de corrientes parásitas , ejerciendo una fuerza opuesta proporcional a la velocidad de rotación del disco. El equilibrio entre estas dos fuerzas opuestas da como resultado que el disco gire a una velocidad proporcional a la potencia o tasa de consumo de energía. El disco acciona un mecanismo de registro que cuenta las revoluciones, de forma similar al odómetro de un automóvil, para medir la energía total utilizada.

Las diferentes configuraciones de fase utilizan bobinas adicionales de voltaje y corriente.

El disco está sostenido por un eje con un engranaje helicoidal que acciona el registrador. Este registrador consta de una serie de diales que registran la cantidad de energía utilizada. Los diales pueden ser de tipo ciclométrico , una pantalla similar a un odómetro de fácil lectura donde cada dígito se muestra a través de una ventana en la esfera del medidor, o de tipo aguja, donde una aguja indica cada dígito. En el caso de los diales con aguja, las agujas adyacentes generalmente giran en direcciones opuestas debido al mecanismo de engranajes.

La cantidad de energía que genera una revolución del disco se representa con el símbolo Kh, que se expresa en vatios-hora por revolución. El valor más común es 7,2. Utilizando el valor de Kh, se puede determinar el consumo de energía en cualquier momento cronometrando el disco.

${\displaystyle P={{3600\cdot Kh} \over t}}$.

Dónde:

t = tiempo en segundos que tarda el disco en completar una revolución,

P = potencia en vatios.

Por ejemplo, si Kh = 7,2 como se indicó anteriormente, y una revolución se produce en 14,4 segundos, la potencia es de 1800 vatios. Este método se puede utilizar para determinar el consumo de energía de los electrodomésticos encendiéndolos uno por uno.

La mayoría de los contadores de electricidad domésticos deben leerse manualmente, ya sea por un representante de la compañía eléctrica o por el propio cliente. Si el cliente realiza la lectura, puede enviarla a la compañía eléctrica por teléfono , correo postal o internet . La compañía eléctrica suele requerir la visita de un representante al menos una vez al año para verificar las lecturas proporcionadas por el cliente y realizar una revisión básica de seguridad del contador.

En un medidor de inducción, la fluencia es un fenómeno que puede afectar negativamente la precisión y que ocurre cuando el disco del medidor gira continuamente con el potencial aplicado y los terminales de carga en circuito abierto. La prueba para detectar errores debidos a la fluencia se denomina prueba de fluencia.

La precisión de los medidores se rige por dos normas: ANSI C12.20 para Norteamérica e IEC  62053.

Los contadores electrónicos muestran el consumo de energía en una pantalla LCD o LED, y algunos también pueden transmitir las lecturas a ubicaciones remotas. Además de medir el consumo, algunos contadores electrónicos pueden registrar otros parámetros de la carga y el suministro, como la demanda instantánea y máxima, los voltajes, el factor de potencia y la potencia reactiva , entre otros. También permiten la facturación por franjas horarias, registrando, por ejemplo, el consumo de energía durante las horas punta y las horas valle.

El medidor cuenta con una fuente de alimentación, un motor de medición, un motor de procesamiento y comunicación (es decir, un microcontrolador ) y otros módulos adicionales, como un reloj en tiempo real (RTC), una pantalla de cristal líquido, puertos/módulos de comunicación por infrarrojos, etc.

El módulo de medición recibe las señales de voltaje y corriente, y cuenta con una referencia de voltaje, muestreadores y cuantificadores, seguidos de una sección de conversión analógica a digital para obtener los equivalentes digitalizados de todas las entradas. Estas entradas se procesan mediante un procesador de señales digitales para calcular los distintos parámetros de medición.

La principal fuente de errores a largo plazo en el medidor es la deriva del preamplificador, seguida de la precisión de la referencia de voltaje. Ambas varían con la temperatura y presentan grandes fluctuaciones cuando los medidores se encuentran al aire libre. Caracterizar y compensar estos errores es fundamental en el diseño del medidor.

La sección de procesamiento y comunicación se encarga de calcular las distintas magnitudes derivadas de los valores digitales generados por el sistema de medición. Asimismo, se encarga de la comunicación mediante diversos protocolos y de la interfaz con otros módulos adicionales conectados como esclavos.

El RTC y otros módulos adicionales se conectan como esclavos a la sección de procesamiento y comunicación para diversas funciones de entrada/salida. En un medidor moderno, la mayor parte, si no la totalidad, de estas funciones se implementan dentro del microprocesador, como el RTC, el controlador LCD, el sensor de temperatura, la memoria y los convertidores analógico-digitales.

La lectura remota de contadores es un ejemplo práctico de telemetría . Ahorra el coste de un lector de contadores humano y los errores que esto conlleva, además de permitir realizar más mediciones y el aprovisionamiento remoto. Muchos contadores inteligentes ahora incluyen un interruptor para interrumpir o restablecer el servicio.

Históricamente, los contadores rotativos podían comunicar la información de medición de forma remota, utilizando un par de contactos eléctricos conectados a una línea KYZ .

Una interfaz KYZ es un contacto de tipo C alimentado por el medidor. En una interfaz KYZ, los cables Y y Z son contactos de interruptor, conectados a K para una cantidad medida de energía. Cuando un contacto se cierra, el otro se abre para garantizar la precisión del conteo. ^{[ 23 ]} Cada cambio de estado de un contacto se considera un pulso. La frecuencia de los pulsos indica la demanda de potencia. El número de pulsos indica la energía medida. ^{[ 24 ]} Cuando se incorpora a un medidor electromecánico, el relé cambia de estado con cada rotación completa o media del disco del medidor. Cada cambio de estado se denomina "pulso".

Históricamente, las salidas KYZ estaban conectadas a "relés totalizadores" que alimentaban un "totalizador" para que se pudieran leer muchos contadores a la vez en un mismo lugar.

Las salidas KYZ son también la forma clásica de conectar los contadores de electricidad a controladores lógicos programables , sistemas de climatización u otros sistemas de control. Algunos contadores modernos también incorporan un contacto que avisa cuando el contador detecta una demanda cercana a una tarifa eléctrica más alta , para mejorar la gestión de la demanda .

La norma EN 62053-31 (anteriormente DIN 43864) define la interfaz S0 , que corresponde a una salida de colector abierto con aislamiento galvánico . La tensión y la corriente están limitadas a 27 V y 27 mA, respectivamente. Cada cantidad de energía eléctrica medida produce un impulso con una duración de 32 a 100 ms. La constante del medidor (pulsos por kWh) es programable en algunos medidores, pero suele estar fijada entre 1000 y 10000 pulsos por kWh . Otros medidores implementan una interfaz de pulsos similar, pero con un LED infrarrojo en lugar de una conexión eléctrica. Esta interfaz también se utiliza en otros tipos de medidores, como los de agua.

Muchos contadores diseñados para lectura semiautomática cuentan con un puerto serie que se comunica mediante un LED infrarrojo a través del panel frontal. En algunos edificios de varias unidades, se utiliza un protocolo similar, pero mediante un bus cableado que emplea un bucle de corriente serie para conectar todos los contadores a un único enchufe. Este enchufe suele estar ubicado en un punto de fácil acceso.

En la Unión Europea, el protocolo infrarrojo más común es "FLAG", un subconjunto simplificado del modo C de la norma IEC 61107. En Estados Unidos y Canadá, el protocolo infrarrojo preferido es ANSI C12.18 . Algunos medidores industriales utilizan protocolos para controladores lógicos programables , como Modbus o DNP3 .

Un protocolo propuesto para este fin es DLMS/COSEM , que puede operar sobre cualquier medio, incluidos los puertos serie. Los datos se pueden transmitir mediante Zigbee , Wi-Fi , líneas telefónicas o incluso a través de las propias líneas eléctricas . Algunos contadores se pueden leer a través de internet. Otros protocolos más modernos, como OSGP (Open Smart Grid Protocol), también se están popularizando.

Los contadores electrónicos ahora también utilizan radio de baja potencia , GSM , GPRS , Bluetooth , IrDA y conexión por cable RS-485 . Pueden almacenar perfiles de consumo completos con marcas de tiempo y transmitirlos con solo pulsar un botón. Las lecturas de demanda almacenadas en los perfiles indican con precisión los requisitos de carga del cliente. Estos datos de perfil de carga son procesados ​​por las compañías eléctricas para la facturación y la planificación.

AMR ( Lectura Automática de Medidores ) y RMR (Lectura Remota de Medidores) describen diversos sistemas que permiten revisar los medidores a distancia, sin necesidad de enviar a un lector. Un medidor electrónico puede transmitir sus lecturas por línea telefónica o radio a una central de facturación.

Los grandes locales comerciales e industriales pueden utilizar contadores electrónicos que registran el consumo eléctrico en bloques de media hora o menos. Esto se debe a que la mayoría de las redes eléctricas experimentan picos de demanda a lo largo del día, y la compañía eléctrica puede querer ofrecer incentivos de precios a los grandes consumidores para reducir la demanda en esos momentos. Estos picos de demanda suelen coincidir con las horas de las comidas o, como es bien sabido, con los anuncios que interrumpen programas de televisión populares , como los anuncios de televisión .

Una forma potencialmente eficaz de reducir el consumo energético doméstico consiste en proporcionar a los usuarios información en tiempo real para que puedan modificar sus hábitos de consumo. Recientemente, se han comercializado pantallas de información energética de bajo coste que pueden medir la energía (vatios-hora), la potencia instantánea (vatios) y, además, la tensión de la red eléctrica, la corriente, el tiempo de funcionamiento, la potencia aparente , la potencia máxima y la corriente máxima, e incluso contar con un reloj configurable manualmente. La pantalla puede mostrar gráficamente el consumo energético semanal. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Un estudio realizado por Hydro One en 500 hogares de Ontario, utilizando un medidor legible por el consumidor, mostró una disminución promedio del 6,5 % en el consumo total de electricidad en comparación con un grupo de control de tamaño similar. Posteriormente, Hydro One ofreció monitores de energía gratuitos a 30 000 clientes, basándose en el éxito del programa piloto. ^{[ 27 ]} Proyectos como Google PowerMeter toman información de un medidor inteligente y la ponen a disposición de los usuarios de forma más accesible para fomentar el ahorro energético. ^{[ 28 ]}

Los contadores eléctricos enchufables (o medidores de carga enchufables) miden la energía consumida por cada aparato. Actualmente existen diversos modelos en el mercado, pero todos funcionan según el mismo principio básico: el contador se enchufa a una toma de corriente y el aparato que se desea medir se enchufa al contador. Estos contadores pueden contribuir al ahorro energético al identificar los principales consumidores de energía o los dispositivos que consumen un exceso de energía en modo de espera . También se pueden utilizar recursos web si una estimación del consumo energético es suficiente para fines de investigación. A menudo, se puede solicitar un contador eléctrico prestado a la compañía eléctrica local ^{[ 29 ]} o a una biblioteca pública local. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Es posible que las empresas comercializadoras de electricidad deseen cobrar a los clientes tarifas diferentes en distintos momentos del día para reflejar mejor los costes de generación y transmisión. Dado que normalmente no es rentable almacenar grandes cantidades de electricidad durante un período de baja demanda para utilizarlas durante un período de alta demanda, los costes variarán significativamente según la hora del día. La capacidad de generación de bajo coste (carga base), como la nuclear, puede tardar muchas horas en arrancar, lo que significa un excedente en momentos de baja demanda, mientras que la capacidad de generación de alto coste pero flexible (como las turbinas de gas) debe mantenerse disponible para responder de inmediato (reserva giratoria) a la demanda máxima, utilizándose quizás durante unos minutos al día, lo que resulta muy costoso.

Algunos contadores de tarifa múltiple utilizan tarifas diferentes para distintos niveles de demanda. Suelen ser contadores industriales.

Los contadores domésticos de tarifa variable suelen permitir dos o tres tarifas («hora punta», «hora valle» y «hora intermedia») y, en este tipo de instalaciones, se puede utilizar un sencillo interruptor horario electromecánico. Históricamente, se han utilizado con frecuencia junto con calentadores eléctricos de acumulación o sistemas de almacenamiento de agua caliente .

La gestión de múltiples tarifas se simplifica gracias a los contadores por franjas horarias (TOU, por sus siglas en inglés), que incorporan o están conectados a un interruptor horario y que disponen de múltiples registros.

El cambio entre tarifas puede realizarse mediante control por fluctuación o mediante un interruptor radioactivo. En principio, también se puede utilizar un interruptor horario sellado, pero se considera más vulnerable a la manipulación para obtener electricidad más barata.

La conmutación activada por radio es común en el Reino Unido, con una señal de datos nocturna enviada dentro de la portadora de onda larga de BBC Radio 4 , 198  kHz. El tiempo de carga fuera de las horas punta suele ser de siete horas entre la medianoche y las 7:00 a. m. GMT/BST, y está diseñado para alimentar calentadores de acumulación y calentadores de inmersión . En el Reino Unido, estas tarifas suelen denominarse Economy 7 , White Meter o Dual-Rate . La popularidad de estas tarifas ha disminuido en los últimos años, al menos en el mercado doméstico, debido a las deficiencias (percibidas o reales) de los calentadores de acumulación y al coste comparativamente mucho menor del gas natural por kWh (normalmente entre 3 y 5 veces menor). Sin embargo, un número considerable de viviendas no tiene la opción de gas, ya que muchas en zonas rurales están fuera de la red de suministro de gas, y otras tienen un coste inicial elevado para actualizar a un sistema de radiadores.

También está disponible un contador Economy 10 , que proporciona 10 horas de electricidad barata en horario de baja demanda, distribuidas en tres franjas horarias a lo largo de un período de 24 horas. Esto permite realizar múltiples recargas a calentadores de almacenamiento o disponer de un buen intervalo de tiempo para utilizar un sistema de calefacción eléctrica por agua con una tarifa eléctrica más económica. ^{[ 32 ]}

La mayoría de los contadores que utilizan la tarifa Economy 7 cambian todo el suministro eléctrico a la tarifa más barata durante el período nocturno de 7 horas, no solo el circuito del calentador de almacenamiento. La desventaja de esto es que la tarifa diurna por kWh es significativamente más alta, y que los cargos fijos a veces son más altos. Por ejemplo, a partir de julio de 2017, la electricidad normal ("tarifa única") cuesta 17,14 peniques por kWh en la región de Londres con la tarifa predeterminada estándar de EDF Energy (el proveedor de electricidad titular en Londres después de la privatización), con un cargo fijo de 18,90 peniques por día. ^{[ 33 ]} Los costos equivalentes de Economy 7 son 21,34 peniques por kWh durante el período de uso pico con 7,83 peniques por kWh durante el período de uso valle, y un cargo fijo de 18,90 peniques por día. ^{[ 34 ]} Los interruptores temporizadores instalados en lavadoras , secadoras , lavavajillas y calentadores de inmersión pueden configurarse para que solo se enciendan durante el período de uso valle.

Los contadores inteligentes van un paso más allá de la simple lectura automática de contadores (AMR ). Ofrecen funcionalidades adicionales, como lecturas en tiempo real o casi en tiempo real, notificación de cortes de luz y monitorización de la calidad del suministro eléctrico. Permiten a las agencias de tarificación introducir precios diferenciados para el consumo en función de la hora del día y la estación del año.

Otro tipo de contador inteligente utiliza la monitorización no intrusiva de la carga para determinar automáticamente la cantidad y el tipo de electrodomésticos en una vivienda, cuánta energía consume cada uno y cuándo. Este contador lo utilizan las compañías eléctricas para realizar estudios sobre el consumo energético. Elimina la necesidad de programar temporizadores en todos los electrodomésticos de una casa para determinar el consumo de cada uno.

El modelo de negocio estándar de la venta minorista de electricidad implica que la compañía eléctrica facture al cliente la cantidad de energía consumida durante el mes o trimestre anterior. En algunos países, si la compañía cree que el cliente podría no pagar la factura, puede instalar un contador de prepago. Esto requiere que el cliente realice un pago por adelantado antes de poder usar la electricidad. Si se agota el crédito disponible, el suministro eléctrico se interrumpe mediante un relé .

En el Reino Unido, los contadores mecánicos de prepago solían ser comunes, tanto en viviendas de alquiler privadas como entre los clientes residenciales de las compañías eléctricas, el sector eléctrico nacionalizado. Entre sus desventajas se incluían la necesidad de visitas periódicas para retirar el efectivo y el riesgo de robo del dinero depositado en los contadores, tanto por parte de los clientes como de ladrones.

Los primeros contadores automáticos de prepago fueron introducidos por London Electricity, en colaboración con Schlumberger Metering, con sede en Felixstowe, Reino Unido. Inicialmente se denominaron Key Meters y posteriormente se rebautizaron como Budget Meters. Evitaban los 60.000 cortes de suministro por impago anuales y las numerosas desventajas del prepago en efectivo. También gozaron de gran popularidad entre los clientes que buscaban un método de pago cómodo, especialmente en alquileres a corto plazo. En los primeros años tras su introducción, se instalaron más de un millón de estos contadores en todo el Reino Unido. Los modernos contadores de electricidad de estado sólido, junto con las tarjetas inteligentes , han eliminado estas desventajas, y estos contadores se utilizan habitualmente para clientes considerados de alto riesgo crediticio . En el Reino Unido, los clientes pueden utilizar organizaciones como Post Office Limited o la red PayPoint , donde pueden cargar fichas recargables (tarjetas Quantum para gas natural o "llaves" de plástico para electricidad) con el dinero que el cliente tenga disponible.

En Indonesia , Irlanda del Norte , Sudáfrica y Sudán , los contadores prepago se recargan introduciendo un número único codificado de veinte dígitos mediante un teclado. Esto hace que la producción de los tokens, que pueden entregarse electrónicamente o imprimirse en un recibo en el punto de venta, sea muy económica.

En todo el mundo, se están realizando experimentos, especialmente en países en desarrollo, para probar sistemas de prepago. En algunos casos, los contadores de prepago no han sido aceptados por los clientes. Existen diversos grupos, como la asociación Standard Transfer Specification ( STS ), que promueven estándares comunes para los sistemas de medición de prepago entre los fabricantes. Los contadores de prepago que utilizan el estándar STS se utilizan en muchos países. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

La medición por franjas horarias (TOD, por sus siglas en inglés), también conocida como medición por franjas horarias (TOU o SToD), divide el día, el mes y el año en franjas tarifarias, con tarifas más altas en los periodos de máxima demanda y tarifas más bajas en los periodos de baja demanda. Si bien esto puede utilizarse para controlar automáticamente el consumo del cliente (lo que resulta en un control automático de la carga), a menudo es responsabilidad del cliente controlar su propio consumo o pagar en consecuencia (control voluntario de la carga). Esto también permite a las empresas de servicios públicos planificar adecuadamente su infraestructura de transmisión. Véase también Gestión de la Demanda (DSM, por sus siglas en inglés).

La tarificación por horas punta (TOD) normalmente divide las tarifas en varios segmentos, incluyendo horas punta, horas valle, horas intermedias o medias horas y horas pico críticas. Un ejemplo típico es una hora punta que se produce durante el día (solo en días no festivos), como de 13:00 a 21:00 de lunes a viernes en verano y de 6:30 a 12:00 y de 17:00 a 21:00 en invierno. Las tarificaciones más complejas incluyen el uso de horas pico críticas que se producen durante los periodos de mayor demanda. Los momentos de máxima demanda/coste varían en los diferentes mercados del mundo.

Los grandes usuarios comerciales pueden comprar energía por hora utilizando precios pronosticados o precios en tiempo real. Algunas compañías eléctricas permiten a los clientes residenciales pagar tarifas por hora, como en Illinois, que utiliza precios con un día de anticipación. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Muchos consumidores de electricidad están instalando sus propios equipos de generación eléctrica, ya sea por motivos económicos, de redundancia o medioambientales . Cuando un consumidor genera más electricidad de la que necesita para su propio consumo, el excedente puede exportarse de vuelta a la red eléctrica . Los consumidores que inyectan electricidad a la red suelen necesitar equipos especiales y dispositivos de seguridad para proteger los componentes de la red (así como los suyos propios) en caso de fallos (cortocircuitos eléctricos) o mantenimiento de la red (por ejemplo, una caída de tensión en una línea procedente de las instalaciones de un consumidor que exporta electricidad).

Esta energía exportada puede contabilizarse, en el caso más sencillo, mediante el contador que gira en sentido inverso durante los periodos de exportación neta , reduciendo así el consumo energético registrado por el cliente en la cantidad exportada. En la práctica, esto implica que el cliente reciba el pago por sus exportaciones al precio minorista completo de la electricidad. A menos que esté equipado con un trinquete o equivalente, un contador estándar registrará con precisión el flujo de energía en ambas direcciones simplemente girando en sentido inverso cuando se exporta energía. Cuando la ley lo permite, las compañías eléctricas mantienen un margen de beneficio entre el precio de la energía suministrada al consumidor y la tarifa acreditada por la energía generada por el consumidor que regresa a la red.

Últimamente, las fuentes de carga suelen provenir de fuentes renovables (por ejemplo, turbinas eólicas , células fotovoltaicas ) o de turbinas de gas o vapor , que se encuentran a menudo en sistemas de cogeneración . Otra posible fuente de carga que se ha propuesto son las baterías de los coches híbridos enchufables ( sistemas de alimentación de vehículos a la red ). Esto requiere una " red inteligente ", que incluye contadores que miden la electricidad a través de redes de comunicación que requieren control remoto y ofrecen a los clientes opciones de horarios y precios. Los sistemas de alimentación de vehículos a la red podrían instalarse en aparcamientos y garajes de empresas y en aparcamientos disuasorios , y podrían ayudar a los conductores a cargar sus baterías en casa por la noche, cuando los precios de la electricidad son más bajos, y a recibir un crédito en la factura por vender el excedente de electricidad a la red durante las horas de mayor demanda.

Dado que las normas eléctricas varían en las distintas regiones, las conexiones entre la red eléctrica y el cliente también varían según dichas normas y el tipo de instalación. Existen varios tipos comunes de conexiones entre la red eléctrica y el cliente. Cada tipo requiere una ecuación de medición diferente. El teorema de Blondel establece que, para cualquier sistema con N conductores por los que circula corriente, N-1 elementos de medición son suficientes para medir la energía eléctrica. Esto indica que se necesita una medición diferente, por ejemplo, para un sistema trifásico de tres hilos que para un sistema trifásico de cuatro hilos (con neutro).

En Europa, Asia, África y la mayoría de las demás regiones, la alimentación monofásica es común para clientes residenciales y pequeños comercios. La distribución monofásica es menos costosa, ya que un conjunto de transformadores en una subestación normalmente abastece una amplia zona con voltajes relativamente altos (generalmente 230 V) y sin transformadores locales. Estos tienen una ecuación de medición simple: vatios = voltios x amperios , donde los voltios se miden desde el neutro hasta el cable de fase. En Estados Unidos, Canadá y partes de Centroamérica y Sudamérica, clientes similares suelen ser atendidos por alimentación monofásica trifásica . La alimentación monofásica trifásica requiere transformadores locales, tan solo uno por cada diez viviendas, pero proporciona voltajes más bajos y seguros en el enchufe (generalmente 120 V) y ofrece dos voltajes a los clientes: neutro a fase (generalmente 120 V) y fase a fase (generalmente 240 V). Además, los clientes con alimentación trifásica normalmente tienen el neutro conectado al lado cero de los devanados del generador, lo que proporciona una conexión a tierra que se puede medir fácilmente para garantizar la seguridad. Estos medidores tienen una ecuación de medición de vatios = 0,5 x voltios x (amperios de la fase A − amperios de la fase B), con los voltios medidos entre los cables de fase.

La energía industrial se suministra normalmente en tres fases. Existen dos formas: trifásica o tetrafásica con neutro. En la configuración trifásica (o delta), no hay neutro, sino una toma de tierra que actúa como toma de seguridad. Las tres fases tienen tensión solo entre sí. Este método de distribución tiene un conductor menos, es menos costoso y es común en Asia, África y gran parte de Europa. En regiones donde coexisten viviendas e industria ligera, suele ser el único método de distribución. Un medidor para este tipo de sistema normalmente mide la potencia de dos de los devanados con respecto al tercero y suma los vatios. Una desventaja de este sistema es que, si falla la toma de tierra de seguridad, resulta difícil detectarlo mediante una medición directa, ya que ninguna fase tiene tensión con respecto a tierra.

En el sistema trifásico de cuatro hilos, a veces llamado "estrella de cuatro hilos", la toma de tierra de seguridad está conectada a un conductor neutro que, a su vez, está conectado físicamente al lado de tensión cero de los tres devanados del generador o transformador. Dado que todas las fases de potencia son relativas al neutro en este sistema, si el neutro se desconecta, se puede medir directamente. En Estados Unidos, el Código Eléctrico Nacional exige que los neutros sean de este tipo. ^{[ 40 ]} En este sistema, los medidores de potencia miden y suman las tres fases relativas al neutro.

En Norteamérica, es común que los contadores de electricidad se conecten a una toma estándar en el exterior, en la fachada del edificio. Esto permite reemplazar el contador sin alterar el cableado ni molestar a los ocupantes del edificio. Algunas tomas pueden tener un sistema de derivación mientras se retira el contador para su mantenimiento. La cantidad de electricidad consumida sin ser registrada durante este breve período se considera insignificante en comparación con las molestias que podría ocasionar al cliente el corte del suministro eléctrico. La mayoría de los contadores electrónicos en Norteamérica utilizan el protocolo serie ANSI C12.18 .

En muchos otros países, los terminales de suministro y carga se encuentran en la propia carcasa del contador. Los cables se conectan directamente al contador. En algunas zonas, el contador está en el exterior, a menudo en un poste de servicios públicos. En otras, está dentro del edificio, en un nicho. Si está dentro, puede compartir una conexión de datos con otros contadores. Si existe, la conexión compartida suele ser un pequeño conector cerca del buzón. La conexión suele ser EIA-485 o infrarroja con un protocolo serie como IEC 62056 .

En 2014, la interconexión de contadores está cambiando rápidamente. Los esquemas más comunes parecen combinar un estándar nacional existente para datos (por ejemplo, ANSI C12.19 o IEC 62056 ) que opera a través del Protocolo de Internet con una pequeña placa de circuito para comunicación por línea eléctrica , o una radio digital para una red de telefonía móvil , o una banda ISM .