Đo Nhấp Nháy (Flicker) Do Dao Động Điện Áp

GIỚI THIỆU VỀ ĐO FLICKER

Tại HIOKI Việt Nam – hiokijp.vn, chúng tôi nhận thấy rằng việc phân tích dao động điện áp là một phần quan trọng trong việc đánh giá và cải thiện chất lượng điện năng. Điện áp trong mạng điện thay đổi theo thời gian do những nhiễu loạn phát sinh trong các quá trình phát điện, truyền tải và phân phối. Sự tương tác giữa các tải điện với mạng lưới gây ra suy giảm thêm về chất lượng điện.

Các tải điện lớn tiêu thụ dòng điện dao động, như các bộ truyền động động cơ công suất lớn và lò hồ quang, gây ra các biến đổi điện áp tuần hoàn tần số thấp, dẫn đến:

• Hiện tượng nhấp nháy ánh sáng có thể gây khó chịu sinh lý, mệt mỏi thể chất và tâm lý, thậm chí ảnh hưởng bệnh lý đối với con người.
• Ảnh hưởng đến sự ổn định của thiết bị điện và các mạch điện tử.

Hình 1 – Thay đổi thông lượng ánh sáng do biến thiên điện áp tạm thời [1]

Những thay đổi nhỏ nhưng liên tục của biên độ điện áp trong mạng lưới sẽ làm các nguồn sáng nhấp nháy. Hiện tượng này được gọi là flicker, và nó là một trong những chỉ số quan trọng về chất lượng điện. Ví dụ về phổ điện áp mạng có flicker được thể hiện trong hình sau, đặc trưng cho một nguồn cấp cho động cơ điện lớn không ổn định. Một bóng đèn tại cùng nút cấp sẽ nhấp nháy với tần số khoảng 1 Hz.

Hình 2 – Phổ điện áp mạng điện; sơ đồ bên phải bỏ thành phần 50 Hz

Flicker Được Biểu Thị Qua Hai Thông Số:

• PST (Short Term Flicker Severity) – Mức độ nhấp nháy ngắn hạn
• PLT (Long Term Flicker Severity) – Mức độ nhấp nháy dài hạn

ƯỚC LƯỢNG DAO ĐỘNG ĐIỆN ÁP

Hiện tượng nhấp nháy ánh sáng đã được ghi nhận từ khi có mạng điện. Khi số lượng tải và công suất tiêu thụ tăng, ảnh hưởng này càng trở nên nghiêm trọng hơn. Đã có nhiều nghiên cứu về đo lường và kỹ thuật giảm thiểu flicker.

Ban đầu, các thiết bị đo đơn giản chỉ quan sát thông lượng ánh sáng. Giai đoạn tiếp theo là phát triển mô hình phản ứng của con người – dưới dạng cảm giác khó chịu – đối với sự dao động của ánh sáng. Mô hình này dựa trên bóng đèn sợi đốt 60 W, 230 V – phổ biến nhất tại châu Âu vào thời điểm đó.

Hình 3 – Ngưỡng cảm nhận flicker theo phần trăm biến đổi điện áp và tần số thay đổi

Các thiết bị đo ban đầu bao gồm một bóng đèn thật, cảm biến ánh sáng và mô hình tương tự mô phỏng phản ứng của con người. Sau thập niên 1980, các nghiên cứu hội tụ và hiện nay việc đánh giá flicker được chuẩn hóa bởi UIE (Union Internationale d’Électrothermie), với thiết bị đo mô phỏng điện tử hoàn toàn, có thể đánh giá biến động điện áp và phản ứng sinh lý của con người. Hai kết quả đo là PST (trong 10 phút) và PLT (trung bình cuộn của 12 PST trong 2 giờ).

ĐO PST – MỨC ĐỘ NHẤP NHÁY NGẮN HẠN

Sơ đồ khối thiết bị đo theo UIE được trình bày như sau:

Hình 4 – Quy trình xác định chỉ số PST

Hình 5 – Cấu trúc thiết bị đo flicker theo tiêu chuẩn UIE

Thiết bị số sử dụng bộ chuyển đổi tương tự – số (ADC). Bộ chuyển đổi bậc hai và các bộ lọc tạo nên mô hình bóng đèn 60 W, 230 V. Bộ lọc thông cao 0.05 Hz loại bỏ thành phần không đổi, còn bộ lọc thông thấp 35 Hz thể hiện đặc tính động của bóng đèn.

Hình 6 – Đáp tuyến biên độ của các bộ lọc trong thiết bị flickermeter

Hàng thứ hai trong sơ đồ mô hình hóa phản ứng thị giác và thần kinh con người, sử dụng bộ lọc thông dải có công thức được xác lập từ nghiên cứu sinh lý học. Bộ chuyển đổi bậc hai và bộ lọc thông thấp 0.53 Hz mô phỏng hiện tượng mỏi mắt do ánh sáng dao động.

Hàng thứ ba thể hiện khối xử lý thống kê số. PST được tính toán dựa trên hàm xác suất tích lũy (CPF) trong thời gian 10 phút, như minh họa trong:

Hình 7 – Quy trình tính CPF

Các ngưỡng phần trăm tương ứng được sử dụng là: P0.1, P1, P3, P10, P50. Công thức tính PST như sau:

PLT Được Tính Từ Trung Bình 12 Giá Trị PST (2 Giờ):

Hình 8 – Ghi nhận giá trị PST tại node có lò hồ quang hoạt động; dao động tỷ lệ 15:1

HIỆU CHUẨN VÀ KIỂM ĐỊNH THIẾT BỊ ĐO FLICKER

Để đảm bảo các thiết bị khác nhau cho kết quả nhất quán, cần quy trình thử nghiệm và hiệu chuẩn rõ ràng. Tín hiệu kiểm tra nên có dạng hình sin hoặc hình vuông với biên độ, tần số xác định. Các nhà sản xuất phải chỉ rõ chu kỳ hiệu chuẩn và cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn định kỳ.

ĐO LƯỜNG VÀ ĐÁNH GIÁ FLICKER TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN

Nguồn gốc chính của dao động điện áp là các tải điện lớn. Nguyên lý thể hiện trong các biểu thức sau:

Thay đổi trong dòng tải – đặc biệt là thành phần phản kháng – sẽ ảnh hưởng đến điện áp tại điểm đấu nối Uab.

Việc đánh giá ảnh hưởng flicker trước khi đấu nối tải được chuẩn hóa trong tiêu chuẩn IEC 61000-3-3, giả định tổng trở nguồn tham chiếu ZZn = 0.4Ω + j0.25Ω tại 50 Hz. Tiêu chuẩn này cũng cung cấp phương pháp tính toán trường hợp xấu nhất khi điện áp dao động dạng hình vuông:

Hình 10 – Hồ sơ tải ví dụ theo [5]; phương pháp tính d = ΔU/Uab

Tiêu Chuẩn [5] Quy Định:

• Chỉ số nhấp nháy ngắn hạn: PST ≤ 1.0
• Chỉ số nhấp nháy dài hạn: PLT ≤ 0.65
• Biến đổi điện áp tương đối ổn định: d ≤ 3%
• Biến đổi điện áp tương đối tối đa: dmax ≤ 4%
• d > 3% không kéo dài quá 200ms

Nếu flicker do thao tác bằng tay, giới hạn tăng thêm 33%. Lưu ý rằng flicker không cộng được toán học.

GIẢI PHÁP THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG ĐIỆN ÁP VÀ FLICKER TỪ HIOKI

Để đánh giá chính xác hiện tượng dao động điện áp, nhấp nháy ánh sáng (flicker) và các thông số chất lượng điện năng khác trong hệ thống điện công nghiệp, HIOKI cung cấp một loạt thiết bị hiện đại phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61000-4-15 và IEC 61000-3-3. Dưới đây là một số thiết bị tiêu biểu:

Hioki PQ3100 – Power Quality Analyzer

Chức năng chính:

• Đo PST, PLT và các hiện tượng như sụt áp, tăng áp, gián đoạn điện áp, dao động điện áp.
• Ghi dữ liệu theo thời gian thực với hiển thị trực quan trên màn hình màu.
• Hỗ trợ cài đặt cảnh báo và xuất dữ liệu về PC để phân tích chi tiết.

Thông số nổi bật:

• Dải đo điện áp: 600 V RMS (CAT III) / 1000 V RMS (CAT II)
• Tần số đo: 40 Hz – 70 Hz
• Bộ nhớ tích hợp hỗ trợ ghi lên đến 2 tuần liên tục
• Tương thích phần mềm PQ ONE của HIOKI

Hioki PQ3198 – Advanced Power Quality Analyzer

Chức năng chính:

• Đáp ứng tiêu chuẩn Class A – IEC 61000-4-30
• Phân tích nâng cao chất lượng điện năng: harmonics (lên đến bậc 50), flicker, transient, mất cân bằng pha…
• Đo sự kiện theo trigger có điều kiện (ví dụ: khi điện áp vượt ngưỡng).

Thông số nổi bật:

• Màn hình cảm ứng 7 inch, thao tác thân thiện.
• Đo điện áp tối đa: 1000 V RMS / 2000 V peak
• Đo dòng với sensor CT hoặc flexible clamp lên đến 5000 A
• Hỗ trợ GPS đồng bộ thời gian để so sánh dữ liệu nhiều điểm đo

HIOKI MR6000 – Memory Hicorder

Chức năng chính:

• Ghi dữ liệu tốc độ cao với khả năng bắt các xung nhấp nháy, chuyển mạch và dao động điện áp tức thời.
• Phân tích chính xác các dạng sóng phi tuyến, transient hoặc hiện tượng lặp lại khó lường.

Thông số nổi bật:

• Tốc độ lấy mẫu: lên đến 200 MS/s
• Số kênh: hỗ trợ tối đa 16 kênh với mô-đun mở rộng
• Lưu trữ trên ổ SSD và hỗ trợ xuất dữ liệu nhanh qua USB
• Phù hợp cả cho đo tín hiệu điện và tín hiệu vật lý khác (rung, âm thanh, nhiệt độ…)

Lợi Ích Khi Sử Dụng Thiết Bị HIOKI Cho Đo Flicker Và Dao Động Điện Áp

• Đáp ứng tiêu chuẩn IEC 61000-4-15 (flicker meter)
• Giao diện thân thiện, dễ vận hành
• Khả năng ghi dữ liệu liên tục không gián đoạn
• Kết hợp cùng phần mềm phân tích mạnh mẽ như PQ ONE, WaveProcessor
• Được tin dùng tại hàng ngàn nhà máy, trạm điện và hệ thống năng lượng tái tạo tại Việt Nam

KẾT LUẬN

Flicker là hiện tượng phổ biến nhưng phức tạp trong hệ thống điện. Từ những năm 1980, quá trình nghiên cứu và chuẩn hóa đã giúp các kỹ sư có thể đo lường và đánh giá chính xác hiện tượng này. Với các thiết bị như PQ3100, PQ3198 và MR6000 của HIOKI, việc phân tích dao động điện áp đã trở nên dễ dàng và tin cậy hơn.