1. Определение фликера

Фликер или пульсация светового потока (от английского to flicker = сверкать, мерцать) определено как « субъективное восприятие флуктуаций (быстрых колебаний) яркости освещения » (см. CEI 555-1). Это феномен физиологической помехи, визуально воспринимаемый пользователями электрических источников освещения питаемых от общего источника освещения и электрической нагрузки, которая является источником возникновения помех. Помеха, соответствующая миганию, проявляется на лампах на низком напряжении. Тогда как электрические нагрузки могут быть подключены на любом уровне напряжения.

Внезапные колебания напряжения сети являются основой этого явления. В этом определении фликера не учитываются только колебания:

- величиной менее 10 %,

- и за период менее 1 часа.

Фликер образуется главным образом из быстрых колебаний питающего напряжения малой величины, вызванных:

1-либо от изменения мощности, вызванной различными приемниками: дуговыми электропечами, сварочными машинами, двигателями, и т.д.,

2-либо включением и отключением нагрузок: пуск двигателей, ступенчатая работа батарей конденсаторов и т.д.

Главным образом, фликер изучен для ламп накаливания и является более или менее значительным в зависимости от типа источника света. Он может быть вызван не только колебанием напряжения.

Уже более 50 лет фликер является предметом многочисленных публикаций. Это явление теперь хорошо определено (стандарт CEI 868), проанализировано, измерено, для которого существуют элементы прогноза и противодействия.

2. Колебания напряжения как источник возникновения фликера

Во всех индустриальных странах, распределители энергии, как и пользователи электрооборудования, должны соблюдать допускаемое отклонение изменений амплитуды колебаний и частоты в своих сетях, или правильная работа оборудования не гарантируется. Например, во Франции, стандарт EN 50160 фиксирует такое допускаемое отклонение:

- ± 10 % допускаемое отклонение для номинальных напряжений НН (Низкое Напряжение: Uн <1000 В),

- от + 6 % до - 10 % для напряжений НН 230/400 В, между 1996 и 2003, (международное согласование),

- ±1 % номинальной частоты (50 Гц).

Еще существуют такие виды колебаний напряжения, как циклические колебания, провал напряжения, отключения, перенапряжения (см. рис 1).

    Рисунок 1 - Колебания напряжения

1- колебание напряжения;
2- длительность колебания напряжения;
3- интервал между двумя колебаниями.

В следующих разделах представлены два главных типа колебания напряжения, вызывающие фликер, приводятся соотношения между колебанием напряжения и мощностью.

Описание колебаний напряжения, являющихся источником фликера

Периодические и быстрые колебания напряжения

Эти периодически изменяющиеся колебания имеют спектральное разложение в полосе частот от 0,5 Гц до 25 Гц.

Они вызваны нагрузками (или совокупностью нагрузок), которые характеризуются постоянным изменением мощности (например дуговые электропечи, сварочные машины, …)

Колебания напряжения с перебоями

Здесь идет речь о перебоях напряжения, происходящих систематически или случайным образом (интервалы между высшими перебоями в несколько секунд).

Эти колебания вызваны включением значительных нагрузок (например: пуск двигателя, работа батареи конденсаторов,..).

Математическое объяснение происхождения фликера

Источники этих колебаний - электрическое оборудование, функционирование которого требует циклических изменений тока, которые, проходя по полному сопротивлению сети (R, X), вызывают колебания напряжения ?U (см. рис 2).

    Рисунок 2 - Колебания напряжения вызывающие фликер, ток I проходит по полному сопротивлению сети(R,X)

Определяем: U = номинальное напряжение сети

E = напряжение холостого хода сети

= падение напряжения (= E - U)

P = активная мощность нагрузки под номинальным напряжением U

Q = реактивная мощность нагрузки под номинальным напряжением U

cos = коэффициент мощности нагрузки

I = номинальный ток нагрузки

Scc = мощность короткого замыкания

R = общее активное сопротивление

X = общее реактивное сопротивление

Если считаем, что угол между E и U мал:

= E - U R.I.cos + X.I.sin

Можем записать:

P = U.I.cos и Q = U.I.sin

что дает:

= (R.P + X.QU) / U

и в относительных единицах:

= (R.P + X.QU) /

Замечания:

1-при ВН сопротивление R незначительно против полного сопротивления X, уравнение примет вид: / U X.Q / = Q / Scc

именно изменение реактивной мощности Q преобладает и, следовательно, должно контролироваться;

2-при НН R не является незначительным: надо учитывать активную и реактивную мощности P и Q.

Другие источники фликера

Нарушение работы системы освещения

Колебание потока света может также привести к неправильной работе системы освещения.

Это первая гипотеза, которую необходимо проверять в случае проблемы!

Например: Лампы дневного света содержат балласт.

- лампы с традиционным ферромагнитным балластом, помимо мигания, наблюдаемого в конце срока эксплуатации, могут генерировать фликер, когда они связаны с плавным регулятором. Действительно, ионизация газа становится неопределенной, когда включение фазы урезает часть синусоиды.

- лампы с электронным балластом обычно нечувствительны к колебаниям своего напряжения питания. Существует балласт, который может использовать плавные регуляторы при включении фазы, в этом случае мелькание можно наблюдать в присутствии гармонических или несущих токов (неопределенное обнаружение перехода к нулю напряжения).

Фликер, вызванный инфрагармониками и интергармониками

Было доказано и констатировано, что в некоторых условиях, присутствие интергармоник в напряжении питания является также источником фликера . В особенности, лампы накаливания чувствительны в диапазоне частот между 20 Гц и 80 Гц, в то время как люминесцентные для частот выше 100 Гц. Лампы с индуктивным балластом более чувствительны к этому явлению, чем с емкостным балластом.

Источники помех

Дуговая электропечь

Дуговая электропечь - главный генератор фликера. Колебания напряжения, которые возникают при нормальной работе, тем больше чувствительны, чем мощность печей выше, в особенности по отношению к мощности короткого замыкания сети: она обычно исчисляется в десятках МВА

Машины с переменными нагрузками

Мощные двигатели, или группы двигателей, при пусках и частых остановках, или на переменных нагрузках (таких как прокатный стан), а также машины с переменным моментом сопротивления (компрессоры) могут порождать фликер.

Регуляторы мощности на тиристорах

Чтобы избежать неудобств « фазного управления » (гармонических и паразитных высоких частот), регуляторы на тиристорах (иногда называют плавными регуляторами) работают в "импульсном управлении ", каждый раз, когда их нагрузка это позволяет.

Тиристоры с импульсным управлением включены в течение целого периода (регулирование рядом целых волн), но время проводимости очень короткое, повторяется при частотах нескольких Гц. Следовательно, они порождают фликер. Например, чтобы избежать этого явления при электрическом нагревании, нормы обязывают конструкторов таких систем регулирования, чтобы мощность не коммутировалась более одного раза каждые двадцать секунд.

Сварочные машины

Дуговая сварка относительно слабой мощности вызывает мало помех (за исключением интенсивного использования у абонента НН). Напротив, повторные циклы сварки сопротивлением при частотах между 0,1 и 1 Гц, являются источником помех в виде перебоев напряжения.

3. Отрицательное влияние фликера, чувствительность источников света

Колебания напряжения обычно не влияют на правильную работу присоединенных устройств, колебание, являющееся ниже установленных пределов колебания напряжения питания. Напротив, эти колебания могут, для различных типов освещения, влиять на поток света.

Все источники света чувствительны к колебаниям напряжения, представим их в убывающем порядке чувствительности:

- лампы дневного света ртутные или натриевые, они освещают места, где мелькание мало мешает (внешние пространства, памятники, дороги, и т.д.);

- лампы накаливания;

- лампы дневного света.

Телевизоры так же, как экраны компьютеров, имеют некоторую чувствительность к фликеру, она очень изменчивая в зависимости от устройства, никакого точного изучения не было проведено по этому поводу.