Flicker kurz und bündig

Dieser Abschnitt führt kurz in die Flicker-Problematik ein und zeigt einige einfache Berechnungsmöglichkeiten auf.

Entstehung von Flicker

Die Betriebsspannung im öffentlichen Stromversorgungsnetz ändert sich über die Zeit. Diese Änderungen kommen vom Spannungsabfall, welcher der Laststrom eines Geräts oder einer Einrichtung an der Quellimpedanz des Netzes hervorruft.

Die zeitlichen Schwankungen dieser Last erzeugen Flicker, d.h. Lichtstromänderungen einer Lampe. Die Auswirkungen dieses "Flackerns" kann von Störung bis zur Auslösung von epileptischen Anfällen bei lichtsensitiven Personen führen.

Flicker Modell

Die Anforderungen an ein Flickermessgerät sind in der Norm [1] IEC 61000-4-15 spezifiziert. Das Flickermeter ist in mehrere Funktionsblöcke unterteilt, welche eine 230 V/60 W-Glühlampe (Referenzlampe) und das menschliche Wahrnehmungssystem (Auge-Gehirn-Modell) nachbilden.

Aus dem resultierenden Momentanwert des Flickers wird im letzten Block nach einem statistischen Verfahren über ein vorgegebenes Beobachtungsintervall der Kurzzeit Flicker Pst gebildet. Der Langzeit Flicker Plt berechnet sich als kubisches Mittel mehrerer Pst-Werte.

In der Norm [2] IEC 61000-3-3 sind die Beobachtungsintervalle und Grenzwerte für Pst und Plt spezifiziert:

Messwert Beobachtungsintervall Grenzwert
Pst10 min1.0
Plt2 h0.65

Betriebszustand des Prüflings

Die Flicker-Norm [2] schreibt vor, dass das Gerät während des Tests in der Weise betrieben wird, wie es bezüglich Flicker am ungünstigsten ist („worst case“).

Wird das Gerät während der gesamten Messdauer (relativ) gleich bleibend betrieben, so gilt Plt = Pst. Falls dieser Zustand für das Gerät zulässig und realistisch ist, ergibt sich als Konsequenz, dass zur Erfüllung der Norm Pst nicht über dem Plt-Grenzwert liegen darf (welcher tiefer ist!).

Abschätzung

Eine rein analytische Berechnung von Pst ist nahezu unmöglich. Im Standard [2] sind jedoch Formeln zur Abschätzung der zu erwartende Pst-Werte angegeben.

n = Anzahl Last-Änderungen im Beobachtungsintervall
Tp = Dauer des Beobachtungintervalls in Sekunden
F = shape factor (1 für rechteckige Spannungs-Änderungen)
d = relative Spannungs-Änderung dU / U

In [2] sind auch Shape Faktoren für verschiedene Kurvenformen angegeben.

Flicker Fakten

  • Flicker wird hervorgerufen durch Lastwechsel. Nur die Grösse der Laständerungen ist relevant, nicht die absoluten Werte.
  • Eine Reduktion von Pst kann nur erreicht werden durch:

    • weniger Lastwechsel n
    • kleinere Lastwechsel dP
    • sanfte (F < 1) statt harte (F = 1) Lastwechsel (z.B. mit Hilfe einer Phasenanschnitt-Steuerung)

  • Der Zusammenhang zwischen Grösse der Lastwechsel und Pst ist linear, d.h. eine Halbierung der geschalteten Leistung bedeutet eine Halbierung von Pst.
  • Der Zusammenhang zwischen Anzahl Lastwechsel pro Zeiteinheit (n/Tp) und Pst ist nicht linear. Eine Habierung des Lastwechsel reduziert Pst nur um 20%. Für eine Halbierung von Pst muss die Anzahl Lastwechsel um den Faktor 9 reduziert werden!

Referenzen

[1]IEC 61000-4-15, Testing and measurement techniques – Flickermeter – Functional and design specifications, Edition 1.1, 2003-03
[2]IEC 61000-3-3, Limits – Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage supply systems, for equipment with rated current &#8804;16 A per phase and not subject to conditional connection, Edition 2.0, 2008-06
[3]Wikipedia: Flicker
[4]Wilhelm Mombauer: "Messung von Spannungsschwankungen und Flickern mit dem IEC-Flickermeter", ISBN 3-8007-2525-8, VDE-Verlag