Medidor de Flicker

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José E. Ferreira T.

Medidor de Flicker

Flicker ?

El “Flicker” o parpadeo es el fenómeno de variación de la intensidad luminosa que afecta la visión humana, principalmente en el rango de frecuencias de fracciones de Hz hasta 25 Hz.

Se produce por consumos de naturaleza esencialmente variable como hornos de arco, máquinas de soldadura, laminadores siderúrgicos, partidas y paradas de grandes motores, etc. Donde la interacción entre las cargas variables y la impedancia del sistema de distribución eléctrico contribuyen a las variaciones de tensión de línea que provocan las fluctuaciones.

Medidor de Flicker

El modo en el cual el flicker genera perturbaciones en la visión humana depende del nivel de percepción de los individuos.

Sin embargo, se ha determinado estadísticamente que ojo humano tiene una respuesta de frecuencia característica, es decir, si la variabilidad del voltaje corresponde a una cierta frecuencia será más fácilmente perceptible.

Se ha comprobado que una pequeña variación de voltaje superior al 0.25% produce un parpadeo visible en los sistemas de iluminación para una frecuencia de 8.8 Hz.

Flicker ?

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La “dosis del flicker”, primer parámetro de cuantificación utilizado, fue establecido a partir de observaciones experimentales. Según las cuales:1. La sensación de molestia es proporcional al cuadrado de la fluctuación de tensión que la produce y la duración de esta. 2. El máximo de la percepción ocurre para frecuencias cercanas a 8.8Hz.3. Una sensación de variación de tensión de Af produce una molestia similar a la producida por A8.8 = Gf*Af. El coeficiente Gf solo depende de la frecuencia, y es igual a uno para f= 8.8Hz, y menor que uno en otros casos.

Cuantificación del flicker

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4. Para una perturbación de frecuencias múltiples, la sensación de molestia ponderada responde a la ecuación:

5. Se ha determinado que se experimenta la misma sensación de molestia para de un valor de variación de voltaje y duración dado, si se aplica el doble de la variación pero un tiempo cuatro veces menor. Con lo cual:

Cuantificación del flicker

Medidor de Flicker

El parámetro de cuantificación del flicker puede variar considerablemente si se evalúa para tiempos mayores al de integración, por lo cual se requiere un análisis estadístico de la respuesta durante el tiempo de estudio.

Mediante una curva característica de función de probabilidades acumuladas, se determinan un conjunto de valores donde las variaciones del flicker superan por un tiempo determinado cierto nivel. A partir de estas mediciones parciales se calculan los valores Pst y Plt que cuantifican el flicker independientemente del tipo de variación de voltaje que lo produce.

Cuantificación del flicker

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Norma IEC 61000-4-15

La norma IEC 61000-4-15 establece un método de medición para los flicker originados a partir de fluctuaciones de voltaje. Este modelo intenta incluir en su representación la interacción lampara-ojo-cerebro que está involucrada en el fenómeno.

Esta norma describe la teoría y funcionamiento de un medidor de flicker para sistemas de 230V a 50Hz, pero se puede tomar como base para lamparas de 120V a 60Hz.

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Diagrama del medidor de Flicker

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Se deberá utilizar un transformador capaz de soportar un amplio rango tensiones para alimentar a las etapas siguientes del circuito. Los valores pueden variar de –30% a 20% de la tensión nominal.

Esta etapa del sistema de medición deberá ser capaz de mantener a una tensión eficaz constante Vr, las variaciones relativas de modulación de la señal de entrada originadora del flicker.

Bloque 1: Sensor de tensión

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En una lampara incandecente el flujo luminoso será proporcional a la potencia, y esta a su vez lo será al cuadrado de la tensión de entrada.

Por esta razón la señal proveniente del bloque 1 se pasa a través de un modulo que la eleva al cuadrado para representar el efecto de la lampara en el medidor.

Este demodulador cuadratico deberá ser capaz de soportar hasta 150% de la tensión Vr .

Bloque 2: Modelo de la lampara

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Un filtro pasa banda elimina la componente continua y las señales de frecuencia superior a 35 Hz. Esto separa las fluctuaciones de la portadora. Un filtro adicional pondera la señal en función a la tensión de la red, con un máximo en 8.8 Hz.Por ultimo se selecciona una ganancia para modificar la sensibilidad del instrumneto, los margenes de medida son expresados como variación de tensión relativa V/V.

Bloque 3: Modelo lampara-ojo

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Este bloque realiza dos funciones: 1.- Elevación al cuadrado de la señal ponderada del flicker para simular la percepción no lineal del sistema ojo-cerebro.

2.- Desplazamiento de la media de la señal para simular el efecto de almacenamiento en el cerebro.

Bloque 4: Modelo ojo-cerebro

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El objetivo es generar las estadísticas de nivel tiempo para determinar los parámetros de Pst y Plt, que son utilizados para evaluar la severidad del flicker.

Bloque 5: Análisis estadístico

El bloque 5 realiza un análisis que expresa la salida del bloque anterior en forma digital, utilizando al menos 50 muestras por segundo.

Se utiliza un clasificador de 64 posibles niveles, por lo que se requiere cómo mínimo 6 bits de resolución en el A/D.

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La medida de severidad del flicker basada en un periodo de observación de Tst= 10min se denomina Pst, y se calcula a partir de las estadísticas nivel tiempo obtenidas de las salidas del clasificador en la última etapa del dispositivo. Se utiliza la ecuación:

Donde, Pi son lo niveles de flicker excedido para i% del tiempo durante el periodo de observación.

PST- Fluctuación a corto plazo

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Para aparatos generadores de perturbaciones que poseen ciclos de trabajo superiores al período de observación de 10 minutos, por ejemplo hornos de arco, se debe establecer una metodología de cálculo apropiada. El término de Severidad a Largo Plazo , Plt, se calcula a partir de mediciones sucesivas de Pst, y responde a la forma:

PLT- Fluctuación a largo plazo