Whitepaper zum Thema Flicker

Was genau sind eigentlich Flicker?

Unter dem Begriff „Flicker“ (engl. Flackern) versteht man die subjektive Wahrnehmung einer Veränderung der Lichtintensität, oder zu Deutsch, dem Flackern z.B. von Leuchtmitteln. Hervorgerufen wird dieses durch meist periodisch schwankende Spannungsänderungen, also häufig auftretende, kleine Spannungseinbrüche, im Gegensatz zum eigentlichen, meist einmaligen, Spannungseinbruch (siehe hierzu auch „Whitepaper Spannungseinbrüche der Firma Janitza electronics GmbH“). Die Flicker bewirkenden Spannungseinbrüche können über einen Algorithmus, der nach DIN EN 61000-4-15 beschrieben ist, messtechnisch erfasst werden. Bewirkt werden Flicker durch schnellveränderliche hohe Laständerungen (Überlastungen von Transformatoren), bei Schweißmaschinen, Lichtbogenöfen, Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Kernspintomographen etc.

Schwierigkeiten bereitet hierbei die Tatsache, dass das persönliche Empfinden des Flickers von vielen subjektiven Bedingungen abhängt, wie Sehkraft, Reizbarkeit der Retina im menschlichen Auge, den vorhandenen Lichtverhältnissen im Allgemeinen und vielem mehr. Die Bemerkbarkeitsschwelle ist bei jedem Menschen sehr unterschiedlich und kann daher nur statistisch ermittelt werden. So ist als Flickerpegel von 1 jener bestimmt worden, bei dem die Bemerkbarkeitsschwelle auf 50 % der getesteten Personen zutrifft. Hierbei ändert sich die Bemerkbarkeitsschwelle mit der Frequenz der zu betrachtenden Spannungsänderung. Am niedrigsten ist sie bei 8,8Hz. Hieraus wird auch ersichtlich, dass es sich beim Flicker um einen Messwert handelt, der über ein gewisses Frequenzspektrum gemessen werden muss.

Bild 1: Zeitlicher Verlauf des Kurzzeitflickers (PST)
Bild 1: Zeitlicher Verlauf des Kurzzeitflickers (PST)
Bild 2: Praxisbeispiel für Flicker: Kieswerk
Bild 2: Praxisbeispiel für Flicker: Kieswerk

Warum aber Flicker messen?

Sehr hohe Flickerpegel führen zu erhöhtem Wartungsaufwand und Störungen bei elektronischen Betriebsmitteln bis hin zu deren Zerstörung (Netzteile).

Überdies bewirkt der Flicker bei Mitarbeitern, insbesondere an Bildschirmarbeitsplätzen in Bürogebäuden, eine schnellere Ermüdung, Reizbarkeit und Unkonzentriertheit. Die ständige Anpassung des Sehnervs auf die sich ändernden Lichtverhältnisse wirkt schnell ermüdend und überträgt sich letztendlich auf das Gesamtempfinden des Menschen. Daher sind in der Spannungsqualitätsnorm EN 50160 Grenzwerte gesetzt worden, deren Einhaltung die negativen Auswirkungen des Flickers vermeiden helfen sollen.

Flickermessung

Da der Flicker sich in sehr schnellen und kleinen Spannungsschwankungen äußert, kann er nur mittels recht hochwertiger Messtechnik erfasst werden. Diese wird in der DIN EN 61000-4-15 beschrieben. Hierbei ist der Augenblickswert des Flickers meist weniger von Interesse, da längerfristige Auswirkungen betrachtet werden sollen. Daher sind die Werte Kurzzeitflicker PST (engl. short term) und Langzeitflicker PLT (engl. long term) definiert worden. Hierbei handelt es sich um Mittelwerte über 10 bzw. 120 Minuten.

Die Messgeräte UMG 511 und UMG 605 aus dem Produktportfolio der Firma Janitza electronics GmbH messen dennoch alle drei Werte und erfüllen dabei die Norm DIN EN 61000-2-4.

Aufgrund der empirischen Natur des Flickers (s. oben) ist dieser allerdings kein einfacher, linearer Messwert wie z.B. die Spannung. Ein Flickermeter muss daher die empirisch gewonnenen Prüfpegel von Rechteckspannungen und sinusförmigen Spannungsschwankungen für bestimmte Frequenzen richtig erfassen nach vorgegebener Genauigkeit, um in die jeweiligen Flickermeterklassen eingeteilt werden zu können. Das UMG 511 entspricht hierbei der Klasse F1 und das UMG 605 der Klasse F3 für Flickermeter.

Um aber aussagekräftige Werte zu erhalten, müssen die in PST und PLT gewonnenen Werte „klassiert“ werden. Da es sich um Mittelwerte handelt, die bei verschiedenen Frequenzen gewonnen werden, würde ein hoher Pegel einer einzelnen Frequenz ansonsten kaum ins Gewicht fallen, d.h. die Werte müssen gewichtet werden. Hierbei gehen dann höhere Werte stärker in den Endwert ein, als ein sehr kleiner Pegel.

Die Spannungsqualitätsnorm EN 50160 normiert einen zulässigen Flickerpegel von 1 im Versorgungsnetz und bietet damit einen Richtwert für dessen Bewertung. Wird die Norm dauerhaft verletzt, sollten Maßnahmen zur Spannungshaltung erfolgen (größere Trafoleistungen, dynamische Kompensationsanlagen, USV etc.). Für die Hersteller nichtlinearer Verbraucher ist die Flickeraussendung auf PST=1 und PLT=0,65 normiert (EN 61000-3-2). Die einfachste Methode zur Bewertung des Wertes ist der Gebrauch der = 1 p.u.-Kurve. P.u. steht dabei für „unit of perception“ und ist der maximale Verträglichkeitslevel für die Störempfindlichkeit des menschlichen Auges betreffend die Wahrnehmung von Lichtschwankungen. Der Wert = 1 p.u. darf auch unter Zusammenwirkung aller Störer nicht überschritten werden.

Bild 3: Flickerverlauf
Bild 3: Flickerverlauf
Bild 4: Wirkleistungsverlauf abhängig von der Menge und Konsistenz des Materials
Bild 4: Wirkleistungsverlauf abhängig von der Menge und Konsistenz des Materials

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