Dao động điện áp là sự suy giảm điện áp dọc theo đường dây do tổn thất điện áp xuất hiện trên tổng trở của hệ thống điện, hiện tượng này xuất hiện do phụ tải hệ thống thường xuyên dao động. Thông thường, dao động điện áp thường có biên độ không thay đổi nhanh. Kết quả khảo sát, đo đạc thực tế tại một số địa điểm tập trung nhiều phụ tải có tính phi tuyến cho thấy mức sóng hài, nhấp nháy ngắn hạn và dài hạn đều vượt quá vài chục lần so với mức cho phép. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, nhấp nháy ánh sáng dường như vẫn còn là vấn đề khá mới mẻ và chưa có những nghiên cứu đầy đủ nào liên về vấn đề dao động điện áp hay nhấp nháy ánh sáng nhằm đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả.

Việc sử dụng các thiết bị này sẽ gây ra những hiện tượng méo dạng sóng của nguồn phát hay còn gọi là sóng hài trong các hệ thống điện, hệ thống điều khiển tự động và bảo vệ... Những sóng hài này thường gây ra những tác động tiêu cực như: gây thêm tổn thất phụ trên các thiết bị, gây ra các hiện tượng cộng hưởng, quá tải của các thiết bị điện công nghiệp, gây ra nhiễu trong thiết bị điều khiển, làm cho hệ thống bảo vệ tác động sai... Do đó, việc hạn chế các tác động tiêu cực của sóng hài trở nên ngày càng trở nên cấp thiết và các thiết bị lọc sóng hài đang được nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới.

Nguyên nhân chính sinh ra nhấp nháy ánh sáng là do các thiết bị đấu nối vào hệ thống điện có dòng điện thay đổi theo chu kỳ hoặc đột ngột làm xuất hiện dao động điện áp. Dao động điện áp xuất hiện khi công suất tiêu thụ lớn của phụ tải thay đổi thường xuyên, đặc biệt là sự thay đổi công suất phản kháng do quá trình đóng, cắt phụ tải hoặc do các đặc tính công nghệ bên trong của các thiết bị điện.

Con người nhận được khoảng 85% thông tin qua thị giác. Vì vậy, nếu nguồn sáng ổn định, không xuất hiện hiện tượng ánh sáng chói, bóng hoặc nhấp nháy, sẽ không gây ra căng thẳng cho thị giác hoặc đau đầu.

Kích thước chi tiết vật cũng có ảnh hưởng, chi tiết càng nhỏ càng khó quan sát. Sự tương phản giữa chi tiết và nền, nếu sự tương phản quá ít sẽ khó phân biệt chi tiết thao tác với nền làm việc… Bởi vậy, thiết kế chiếu sáng và đặc điểm kỹ thuật không hợp lý không những gây cẳng thẳng thị giác mà còn có nguy cơ gây chấn thương hay tai nạn lao động, làm giảm năng suất lao động.

Trong các cơ sở văn phòng, hành chính, dao động điện áp khoảng 10%, với tần số thay đổi khoảng 5Hz - 15Hz cũng đủ gây ra sự nhấp nháy ánh sáng, gây khó chịu cho nhân viên. Theo một số tài liệu nghiên cứu và hướng dẫn áp dụng các chỉ tiêu về chất lượng điện năng, mắt người có đặc điểm giống như bộ lọc dải thông có tần số trong khoảng từ 0,5Hz tới 35Hz và mức độ cảm nhận thông lượng ánh sáng lớn nhất khi tần số dao động từ 8Hz tới 9Hz. Đối với các nguồn sáng cung cấp từ đèn sợi đốt, trong dải tần số trên, mắt người có thể phát hiện được nhấp nháy ánh sáng khi điện áp dao động khoảng 0,3% giá trị điện áp trung bình.

Ảnh hưởng của nhấp nháy ánh sáng đều liên quan tới các vấn đề sức khỏe và khả năng mất an toàn lao động. Các nghiên cứu chỉ ra rằng ánh sáng nhấp nháy có thể gây ra các triệu chứng như đau đầu, đau nửa đầu, mỏi mắt, suy giảm thị lực, xao lãng công việc… Theo phân tích của đơn vị cung cấp điện về những than phiền của khách hàng tiêu thụ điện thì nhấp nháy ánh sáng là nguyên nhân chính trong số các than phiền, chiếm khoảng 44% trong khu vực nông thôn tại Phần Lan.

Nhấp nháy ánh sáng còn sinh ra hiệu ứng hoạt nghiệm xảy ra trên các máy móc chuyển động quay và các vật chuyển động khác và có thể tạo cảm giác vận tốc quay bị chậm lại, dừng hoặc đảo chiều quay, gây mất an toàn và dễ bị tai nạn lao động.

Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS. Hoàng Đăng Khoa thực hiện nghiên cứu. Đề tài đã ứng dụng lý thuyết đường cong Q-V thành công để xây dựng thuật toán điều khiển hạn chế hiện tượng nhấp nháy điện áp và nhấp nháy ánh sáng.

Lý thuyết đường cong Q-V không phải là lý thuyết mới, tuy nhiên, lý thuyết này mới chỉ áp dụng trong việc nghiên cứu, đánh giá và hạn chế hiện tượng ổn định hệ thống điện. Từ mối quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp tại bất kỳ điểm nào trong hệ thống, ta có thể xây dựng được 1 đường cong Q-V từ mối quan hệ đó. Do các thông số hệ thống điện thay đổi liên tục nên đường cong Q-V biến đổi khá phức tạp theo thời gian. Xác định được đường cong Q-V này ta có thể dễ dàng tính toán được chính xác lượng công suất cần thiết của những thiết bị điều chỉnh như SVC hoặc STATCOM để giữ cho điện áp ổn định, giảm tác động của hiện tượng nhấp nháy điện áp.

Nhóm thực hiện đề tài đã chế tạo thành công thiết bị hạn chế hiện tượng nhấp nháy điện áp với thời gian phản ứng rất nhanh (dưới 3 chu kỳ điện) và được lắp đặt thử nghiệm tại nhà máy gang thép Thái Nguyên. Kết quả đo đạc tại nhà máy này cho thấy thiết bị đã hạn chế rất tốt hiện tượng nhấp nháy điện áp, đảm bảo theo đúng quy định tại Thông tư 39 của Bộ Công Thương. Ngoài cơ sở nêu trên, nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện lắp đặt bổ sung tại cơ sở khác và cũng thu được kết quả rất tốt. Đây là tiền đề rất tốt nhóm đề tài tiếp tục hoàn thiện sản phẩm và có thể xem xét tới vấn đề thương mại hóa sản phẩm ra thị trường.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15814/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)