Flicker Potencia Energa y Calidad Suministro Elctrico MEGCURCPE

Flicker Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 1

Definición de Flicker El ‘Flicker’ se define como el nivel de molestia que percibe un observador medio como consecuencia de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica. El ‘Flicker’ depende fundamentalmente de la profundidad y de la frecuencia de las fluctuaciones de tensión que lo causan. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 2

Definición de Flicker Según la norma UNE EN 50160: 1996, el ‘Flicker’ es la impresión de inestabilidad de la sensación visual debida a un estímulo luminoso en el cual la luminosidad o la distribución espectral fluctúan en el tiempo. Cargas Eléctricas Fluctuantes Red Suministro Eléctrico Impedancia Red Parpadeo Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 3

Medidores de Flicker Los medidores de ‘Flicker’ permiten conocer el nivel de molestia que percibiría un observador medio en el punto de la red en el que se conecte el medidor. Para ello, se emplea un algoritmo que traduce las fluctuaciones de tensión en ese punto de la red de alimentación eléctrica, en los niveles de molestia equivalentes que serían percibidos por el sistema ojo-cerebro del observador. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 4

Diseño de Medidores de Flicker El Subcomité 77 A (Fenómenos de baja frecuencia) del Comité técnico 77 de la CEI ha elaborado la Norma Internacional IEC 61000 -4 -15 (Febrero 2003): ‘Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 15: Medidor de Flicker. Especificaciones funcionales y de diseño. ’ Esta norma proporciona las especificaciones funcionales y de diseño para medidores de ‘Flicker’. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 5

Diseño de Medidores de Flicker Adaptador Tensión Entrada Filtro de respuesta ojo -cerebro Demodulador Filtro de respuesta lampara-ojo Pst: Severidad de Flicker a corto plazo Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 Análisis estadistico señal Flicker 6

Diseño de Medidores de Flicker La arquitectura del medidor de ‘Flicker’ se describe en el diagrama de bloques de la transparencia anterior, y se puede dividir en dos partes, cada una de las cuales realiza las siguientes tareas: - Bloques 2, 3 y 4: Simulación de la respuesta de la cadena lámpara-ojo-cerebro. - Bloque 5: Análisis estadístico de la señal de ‘Flicker’ y presentación de los resultados. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 7

Diseño de Medidores de Flicker Bloque 1. Circuito adaptador de la tensión de entrada. Este bloque contiene un circuito adaptador de tensión que escala el valor r. m. s. medio de la señal tensión de entrada de frecuencia fundamental a un nivel de referencia interno. La medida del ‘Flicker’ se puede realizar independientemente del nivel de la señal de tensión portadora de entrada y se puede expresar como una relación porcentual. Bloque 2. Demodulador de ley cuadrática. El propósito de este bloque es recuperar la forma de onda de fluctuación de tensión demodulando la señal de tensión de entrada escalada al nivel de referencia, y de esta forma simular el comportamiento de la lámpara. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 8

Diseño de Medidores de Flicker Bloque 3. Este bloque contiene una cascada de dos filtros y un selector de rango de medida. El primer filtro elimina, de la señal de salida del demodulador la componente continua y las componentes de rizado cuya frecuencia es al menos el doble de la frecuencia fundamental. El segundo filtro es un filtro pasa-banda de frecuencia de pico 8, 8 Hz, que simula la respuesta en frecuencia a fluctuaciones de tensión de una lámpara de filamento (60 W – 230 V) combinada con el ojo humano. La función de respuesta se basa en el nivel de perceptibilidad encontrado a cada frecuencia por el 50% de las personas muestreadas. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 9

Diseño de Medidores de Flicker Bloque 4. Este bloque, que está compuesto de un multiplicador cuadrático y un filtro paso bajo de primer orden, simula el proceso de promediado no lineal llevado a cabo por el ojo y el cerebro. El nivel de molestia que percibe el observador medio a través de la cadena lampara-ojo-cerebro se simula mediante la respuesta no lineal combinada de los bloques 2, 3 y 4. La salida del bloque 4 representa el flicker instantáneo. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 10

Diseño de Medidores de Flicker Bloque 5. Análisis estadístico de la señal de flicker y presentación de los resultados. Este bloque incorpora un microprocesador que realiza un análisis estadístico del nivel de ‘Flicker’, permitiendo de esta manera el cálculo directo de parámetros significativos. Una interfase apropiada permite la presentación de los datos. Hay dos índices básicos que se emplean para evaluar la severidad del ‘Flicker’. Pst. Evalúa la severidad del ‘Flicker’ a corto plazo, con intervalos de observación de 10 minutos. El valor del Pst se expresa en unidades de perceptibilidad (p. u. ), de modo que, para valores de Pst superiores a 1, se considera que el ‘Flicker es perceptible y afecta por lo tanto a la visión. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 11

Diseño de Medidores de Flicker El periodo de 10 minutos en el cual se basa la evaluación de severidad del ‘Flicker’ a corto plazo es aceptable para valorar el nivel de molestia causado por fuentes de ‘Flicker’ individuales con un ciclo de trabajo corto. Cuando debemos tener en cuenta el efecto combinado de varias cargas perturbadoras operando aleatoriamente (motores, etc) o cuando debemos considerar fuentes de ‘Flicker’ con ciclos de trabajo variables y largos (hornos de arco) es necesario proporcionar otro criterio para evaluar la severidad del ‘Flicker’. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 12

Diseño de Medidores de Flicker Plt. Evalúa la severidad del ‘Flicker’ a largo plazo, con intervalos de observación de dos horas. Se calcula a partir de doce valores consecutivos de Pst de acuerdo con esta fórmula: Para valores de Plt superiores a 0, 8 se considera que el ‘Flicker es perceptible y afecta por lo tanto a la visión. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 13

Calibración de Medidores de Flicker La medida de la severidad del ‘Flicker’ depende de la profundidad y de la frecuencia de las fluctuaciones de la señal de tensión aplicada a la entrada del medidor de ‘Flicker’. Para calibrar los medidores de ‘Flicker’ es necesario caracterizar dicha señal y comparar la respuesta teórica de un medidor de ‘Flicker’ ideal con la respuesta del calibrando. En la calibración de medidores de ‘Flicker’ se utilizará una señal de tensión cuyo valor RMS fluctúe, siguiendo una forma de onda rectangular ó sinusoidal. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 14

Calibración de Medidores de Flicker Amplitud (V) DV Tiempo Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE T=1/f Rev. 0 15

Calibración de Medidores de Flicker Utilización de una Señal de Tensión Modulada en Amplitud según una forma de onda cuadrada para calibrar medidores de ‘Flicker’. En el caso particular de modulación cuadrada la norma IEC 61000 -4 -15 contiene una tabla que relaciona profundidad y la frecuencia de las fluctuaciones de la señal de tensión, en sistemas de 50 Hz, para un valor de severidad del ‘Flicker’ a corto plazo Pst=1. Se elegirán puntos de esta tabla, para calibrar los medidores de ‘Flicker’. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 16

Calibración de Medidores de Flicker Cambios por minuto DV/V (%) 1 2, 72 2 2, 21 7 1, 46 39 0, 905 110 0, 725 1620 0, 402 Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 17

Calibración de Medidores de Flicker Una vez que se ha determinado la frecuencia y la profundidad de modulación de la señal de calibración, a partir de un punto de la tabla, se aplica al medidor de Flicker. Este debe dar un valor de Pst=1 al cabo de 10 minutos. La tolerancia permitida es de ± 5% de la lectura según la norma IEC 61000 -4 -15. Para una frecuencia de modulación dada, el medidor de ‘Flicker’ debería tener una respuesta lineal en amplitud, de tal forma que si la profundidad de modulación se incrementa, el valor Pst leído debería incrementarse proporcionalmente. Por lo tanto, para calibrar el medidor de ‘Flicker’ con valores de Pst mayores o menores que 1, para una frecuencia de modulación dada, obtenida de la tabla, aumentamos o disminuimos la profundidad de modulación k veces para obtener un valor Pst=k. La tolerancia permitida es de ± 5%. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 18

Calibración de Medidores de Flicker Generación y Análisis de la Señal de Tensión empleada en la Calibración. Calibrador 6100 A de Fluke. Tabla A Forma Onda A*B ADC Tabla B Modulación Forma Onda Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico Amplificador Señal Demandada Medidor de Flicker MEG-CUR-CPE Rev. 0 19

Calibración de Medidores de Flicker Generación y Análisis de la Señal de Tensión empleada en la Calibración. Sistema del NPL. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 20

Calibración de Medidores de Flicker La señal de tensión modulada se puede producir por un sintetizador de forma de onda con una entrada de modulación en amplitud (AM). El sintetizador debe ser de la calidad suficiente para generar una señal sinusoidal (portadora) de baja distorsión y de amplitud estable. Un segundo generador de forma de onda se utiliza para generar una onda cuadrada, la cual se aplicada a la entrada de modulación en amplitud (AM) del sintetizador. Es deseable que las bases de tiempo de los dos generadores de forma de onda estén sincronizadas en fase para asegurar que la frecuencia de modulación tiene una relación fijada con la frecuencia de la portadora. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 21

Calibración de Medidores de Flicker La señal modulada se amplifica utilizando un amplificador de potencia de alta calidad para proporcionar el nivel de tensión requerido en la calibración del medidor de ‘Flicker’. Para medir la señal de tensión empleada en la calibración, dicha señal se atenúa a 1 Vrms utilizando un divisor de tensión inductivo. Esta señal se aplica a la entrada de un convertidor analógico digital calibrado. El método de análisis de los datos empleado depende de la frecuencia de modulación. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 22

Calibración de Medidores de Flicker Análisis en el Dominio del Tiempo de la Señal de Calibración de Flicker. En el caso de modulaciones de baja frecuencia se realizan medidas en el dominio del tiempo. A partir de las muestras obtenidas de un convertidor analógico digital se calcula un valor rms por cada ciclo de la señal de tensión modulada empleada en la calibración del ‘Flicker’, determinando un conjunto de medidas por cada uno de los dos niveles de modulación. Se lleva a cabo un procesamiento de estas medidas para calcular la profundidad de modulación (DV/V). Valor rms por cada ciclo Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 23

Calibración de Medidores de Flicker Análisis en el Dominio de la Frecuencia de la Señal de Calibración de Flicker. Para frecuencias de modulación mas altas, el análisis en el dominio del tiempo no es practico, puesto que hay pocos ciclos completos disponibles para el análisis en cada nivel de modulación. En este caso se utiliza el análisis en el dominio de la frecuencia, el cual hace uso de la teoría de la Modulación en Amplitud para calcular la profundidad de modulación (DV/V). Sea uc la señal portadora sinusoidal y supongamos que la señal moduladora en amplitud um es también sinusoidal. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 24

Calibración de Medidores de Flicker La señal modulada en amplitud uam se expresará como: Utilizando la función trigonométrica del producto de dos funciones sinusoidales tenemos: Esta ecuación muestra que el espectro de frecuencia de la señal modulada en amplitud consta de una componente a la frecuencia de la portadora wc, y de dos componentes llamadas de banda-lateral cuyas frecuencias son la suma y la diferencia de las frecuencias de la portadora y de la moduladora. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 25

Calibración de Medidores de Flicker A partir de las muestras obtenidas en el convertidor analógico digital se utiliza la Transformada de Fourier para calcular las amplitudes de la componente a la frecuencia wc, y de las componentes a las frecuencias wc – wm y wc + wm. Esto proporciona suficiente información para calcular Uc y Um, y a partir de ahí poder calcular la profundidad de modulación (DV/V). Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 26

Calibración de Medidores de Flicker El análisis anterior es válido solamente para una señal moduladora sinusoidal, pero puede ser rápidamente adaptado para una señal moduladora cuadrada. Una señal cuadrada se puede descomponer en suma de infinitas señales sinusoidales, de todas las frecuencias armónicas impares, cuyas amplitudes van decreciendo progresivamente a medida que aumenta el orden de la componente armónica. Por lo tanto, el espectro de frecuencia de una señal modulada en amplitud mediante una forma de onda cuadrada consta de una componente a la frecuencia de la portadora wc, y de múltiples componentes de banda-lateral. Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 27

Calibración de Medidores de Flicker A partir de las muestras obtenidas en el convertidor analógico digital se utiliza la Transformada de Fourier para calcular las amplitudes de la componente a la frecuencia de la portadora y de una de las componentes de banda-lateral. A partir de las amplitudes de estas dos componentes se determina la profundidad de modulación (DV/V). Potencia, Energía y Calidad Suministro Eléctrico MEG-CUR-CPE Rev. 0 28

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