بررسی فلیکر های ولتاژ در شبکه های توزیع

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی فلیکر های ولتاژ در شبکه های توزیع

مقدمه

هدف اصلی

اغتشاشات

فرورفتگی ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )

قطعی های کوتاه مدت

برامدگی ولتاژ ، افزایش ولتاژ کوتاه مدت

گذراها

شکاف ولتاژ

اعوجاج

۱ـ منابع کوچک و قابل پیش بینی

۲ : منابع بزرگ و تصادفی

۳-مبدل های استاتیک ( منابع بزرگ و قابل پیش بینی )

نوسانات ولتاژ

فیلکر

علل فلیکر

اثرات فلیکر

ارزیابی کیفیت

تخمین حالت کیفیت توان

نامتعادلی ولتاژ

نوسان ولتاژ و فلیکر

ثبت وقایع

فلیکرمتر I E C

فلیکر متر دیجیتال در حوزه زمان

طراحی فیلتر وزنی دیجیتال

۵ ـ ۷ ـ ۳ : فلیکر متر دیجیتال در حوزه فرکانس

۵ ـ ۷ ـ ۵ : بر اورد فلیکر حالت مانا

ارزیابی فیلکر ناشی از کارخانه فولاد الیاژی ایران واقع در استان یزد

قسمت اول: مفاهیم اولیه و استانداردها

مقدمه

شکل (۲) شکل موج سینوسی فیلکر

شکل (۳) شکل موج غیرسینوسی فیلکر (پوش منحنی)

شکل (۴) شکل موج نامتناوب فیلکر (پوش منحنی)

ارزیابی فیلکر

بررسی اثر جمعی بارهای اغتشاشی

شکل (۷) منحنی‌های مشخص‌کننده حدود رؤیت‌پذیری و ازار فیلکر به همراه منحنی ضریب تصحیح g(f)

روش‌های جدید ارزیابی فیلکر

شکل (۸) منحنی قابلیت احساس فیلکر مطابق با استاندارد ۸۶۸ IEC

شکل (۹) طرحی از فیلکرمتر UIE/IEC

شکل (۱۰) سطح لحظه‌ای فلیکر (IFL) به صورت یک تابع متغیر با زمان

شکل (۱۱) تابع توزیع تجمعی پایداری سیگنال IFL در کلاس‌های ۱ تا

نتیجه

قسمت دوم: روش‌های تخمین

مقدمه

تخمین فلیکر ناشی از کوره‌های قوس الکتریکی

محاسبه درصد نوسان ولتاژ میانگین

محاسبه «تنزل ولتاژ اتصال کوتاه»

شکل (۱۴) SCVD برحسب ظرفیت نامی کوره یا مجموعه کوره‌ها

محاسبه شاخص‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت شدت فلیکر

سطح احتمالاتی نمونه‌های Pst

ضریب مشخصه انتشار (Kst)

جدول (۳) نمونه‌هایی از نتایج اندازه‌گیری فلیکر به وسیله فلیکرمتر UIE/IEC

ظرفیت اتصال کوتاه کوره معادل

ضریب انتقال فلیکر (CHV/LV)

ضریب جبران‌سازی (Rcomp.)

قسمت سوم: تجزیه و تحلیل داده‌ها و نتیجه‌گیری

مقدمه

تشریح شبکه داخلی و تغذیه کارخانه فولاد الیاژی ایران

بخش کوره

بخش نورد

بارهای موجود در سایر بخش‌ها

تجهیزات جبران‌ساز کارخانه فولاد الیاژی ایران

مقادیر تضمین شده شدت فلیکر توسط پیمانکار و مفروضات در نظر گرفته شده

ظرفیت اتصال کوتاه شینه تغذیه

پیمانکار

انتخاب ظرفیت جبران‌ساز

بررسی اثر اغتشاشی بخش نورد

انتخاب استاندارد

۲نتیجه

مراجع

ارزیابی کیفیت توان

۲-ارزیابی فلیکر ناشی از کارخانه فولاد الیاژی ایران واقع در استان یزد

 اغتشاشات
در مبحث کیفیت توان ، اغتشاش همان انحراف موقتی از حالت دائمی شکل موج است که به علت خطاهای کوتاه مدت و یا تغییرات ناگهانی در سیستمهای قدرت ایجاد می شود . اغتشاشات براساس نظریه   I E C  شامل فرورفتگی و لتاژ ، قطعی های کوتاه مدت ، افزایش ولتاژ و گذرا های ضربه ای و نوسانی است .
فرورفتگی ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )
فرورفتگی ولتاژ ، به کاهش ناگهانی (بین ۱۰% تا ۹۰% ) ولتاژ در یک نقطه از سیستم الکتریکی گفته میشود که از نیم سیکل تا چند ثانیه طول می کشد ( شکل ۱ ـ ۱ ) . فرورفتگی هایی که دوام انها کمتر از نیم سیکل است به صورت گذرا در نظر گرفته می شوند .
فرورفتگی ولتاژ ممکن است به علت عملیات کلید زنی ناشی از قطع شدن منبع تغذیه ، عبور جریان های بالا ناشی از راه اندازی بارهای موتوری بزرگ یا عبور جریان های خطا بوجود اید . این وقایع ممکن است ناشی از مشترکین یا خطا در شبکه برق باشد . دلیل اصلی فرورفتگی های لحظه ای ولتاژ ، احتمالا بر خورد صاعقه می باشد …

مقدمه

هدف اصلی
عبارت کیفیت گاهی اوقات به عنوان مترادف کلمه قابلیت اطمینان برای نشان دادن وجود منبع قدرت مناسب و مطمئن بکار می رود . تعریف جامع تر به صورت « کیفیت سرویس » مطرح شده است که شامل سه نقطه نظر قابلیت اطمینان منابع تغذیه ، کیفیت توان تحویل داده شده و نیز تهیه و دسترسی به اطلاعات شبکه است . با استفاده از عناوین مقالات و پروژه های مختلف در سالهای اخیر می توان کیفیت توان را کیفیت ولتاژ نیز تعریف کرد . با افزایش اعمال کنترل با استفاده از سیستمهای الکترونیک قدرت در شبکه های انتقال و شرکنهای توزیع ، تعریف دوم کیفیت توان مقبولیت بیشتری پیدا نموده است .
اکثر کارهای پیشین در زمینه کیفیت توان با مسئله هارمونیکها مرتبط بوده است در حالیکه اعوجاج هارمونیکها یکی از مشکلات فزاینده کیفیت است ، مفهوم وسیع تر کیفیت توان شامل تغییرات گذرا و غیر پریودیک شکل موج ایده آل نیز میگردد. چنین انحرافاتی برای ارزیابی سازکاری الکترو مغناطیسی( E M C )  به کار می رود، موضوعی که شامل عملکرد مناست تجهیزات و سیستم ها بدون تداخل با یکدیگر و یا تداخل ناشی از دیگر تجهیزات سیستم بر روی خود تجهیز است . چون سیستم قدرت وسیله ای برای انتقال تداخلات بین مصرف کنندگان مختلف است لذا مشخصه مهم کیفیت سیستم قدرت شامل قابلیت سیستم قدرت در انتقال و تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در محدوده های مشخص شده توسط استانداردهای E  M C  میباشد .
در این قسمت هدف اصلی یعنی کیفیت توان سیستم های قدرت ، همراه با تشریح اجمالی انحرافات ایجاد شده در شکل موج ها و اثر این انحرافات بر روی عملکرد سیستم قدرت مورد بحث و بررسی قرار میگیرد . این موارد سپس با مقدمه ای اجمالی به مبحث مونیتورینگ و روشهای تخمین حالت که در بررسی و ارزیابی کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرند ، دنبال می شود .
اغتشاشات
در مبحث کیفیت توان ، اغتشاش همان انحراف موقتی از حالت دائمی شکل موج است که به علت خطاهای کوتاه مدت و یا تغییرات ناگهانی در سیستمهای قدرت ایجاد می شود . اغتشاشات براساس نظریه   I E C  شامل فرورفتگی و لتاژ ، قطعی های کوتاه مدت ، افزایش ولتاژ و گذرا های ضربه ای و نوسانی است .
فرورفتگی ولتاژ ( کاهش کوتاه مدت ولتاژ )
فرورفتگی ولتاژ ، به کاهش ناگهانی (بین ۱۰% تا ۹۰% ) ولتاژ در یک نقطه از سیستم الکتریکی گفته میشود که از نیم سیکل تا چند ثانیه طول می کشد ( شکل ۱ ـ ۱ ) . فرورفتگی هایی که دوام آنها کمتر از نیم سیکل است به صورت گذرا در نظر گرفته می شوند .
فرورفتگی ولتاژ ممکن است به علت عملیات کلید زنی ناشی از قطع شدن منبع تغذیه ، عبور جریان های بالا ناشی از راه اندازی بارهای موتوری بزرگ یا عبور جریان های خطا بوجود آید . این وقایع ممکن است ناشی از مشترکین یا خطا در شبکه برق باشد . دلیل اصلی فرورفتگی های لحظه ای ولتاژ ، احتمالاً بر خورد صاعقه می باشد .
فرورفتگیها بر حسب زمان در سه گروه دسته بندی می شوند : ۴ سیکلی ( زمان تقریبی بر طرف شدن خطا ) ، ۳۰ سیکلی ( زمان باز بست لحظه ای کلیدهای قدرت ) و ۱۲۰ سیکلی ( زمان بازبست تأخیری کلید های قدرت ) . در اکثر مواردی که امروزه مشاهده می شوند اثر فرورفتگی ولتاژ بر تجهیزات بستگی به مقدار فرورفتگی ولتاژ و مدت زمان تداوم فرورفتگی دارد . مطالعات نشان میدهد که حدود %۴۰ مواقع این کاهش ، به اندازه ای است که از میزان تحمل قابل قبول داده شده در استاندارد تجهیزات کامپیوتری بیشتر است . از دیگر تأثیرات ممکن میتوان به : خاموشی لامپ های تخلیه ، عملکرد نادرست ادوات کنترلی ، نوسان سرعت یا توقف موتورها ، فرمان قطع کنتاکتورها ، عدم کارکرد مناسب سیستم کامپیوتری یا خطا در کموتاسیون اینورتورها اشاره نمود . راه حل ممکن برای رفع فرورفتگی های ولتاژ استفاده از منابع قدر ت غیر قابل قطع یا بهبود دهنده توان می باشد .

قطعی های کوتاه مدت
قطعی کوتاه مدت را می‌توان به عنوان کمبود ولتاژی با دامنه ۱۰۰% در نظر گرفت ( شکل ۱ ـ ۲ ) . دلایل وقوع این پدیده سوختن فیوز یا باز شدن کلیدهای قدرت و یا تأثیر یک قطعی در بخش بزرگی از سیستم است . به عنوان مثال : قطعی های منابع تغذیه به مدت چند سیکل ( در یک کارخانه شیشه سازی ) یا چند ثانیه ( در یک مرکز کامپیوتر ) ممکن است موجب صدها هزار دلار خسارت شود  حفاظت اصلی مصرف کننده در مقابل چنین اتفاقی نصب منابع قدرت غیر قابل قطع است .
برآمدگی ولتاژ ، افزایش ولتاژ کوتاه مدت
بر آمدگی ولتاژ که در شکل ۱ ـ ۳ نشان داده شده است یک افزایش در مقدار موثر است که گاهی اوقات با فرورفتگی ولتاژ همراه است . برآمدگی ولتاژ معمولاً روی فازهای بدون خطای یک سیستم سه فاز ظاهر می شود و ناشی از خطای تک فاز در همان سیستم است . علت دیگر آن حذف بار می باشد که پس از آن ولتاژ بالا میرود . برآمدگی های ولتاژ می توانند کنترلرهای الکتریکی و راه اندازهای موتورهای الکتریکی را از کار بیندازد . به ویژه راه اندازها با قابلیت تنظیم سرعت که به دلیل سیستم حفاظت داخلی شان از کار می افتند . برآمدگی ولتاژ هم چنین بر قطعات ظریف کامپیوتر تاثیر نامناسب گذاشته و باعث کوتاه کردن طول عمر آنها میگردد راه حلهای ممکن برای محدود کردن این مشکل همانند آنچه که در مورد کمبودها عنوان شد استفاده از منابع قدر ت غیر قابل قطع و بهبود دهنده ها است .

گذراها
اختلالات با دوره زمانی کوتاه تر از بر آمدگیها و فرورفتگی ها در گروه گذراها د سته بندی می شوند این اختلالات به علت تغییرات ناگهانی در سیستم قدرت بوجود می آیند .
بر اساس مدت تداوم آنهاا، اضافه ولتاژهای گذرا را می توان به دو گروه موج کلیدزنی (بادوامی در رنج میلی ثانیه) و ضربه ( بادوامی در رنج میکرو ثانیه ) تقسیم نمود .
موجها ، پالسهای پرانرژی هستند که از اغتشاشات ناشی از کلیدزنی در سیستم قدرت بوجود میآیند و یا در نتیجه تشدید در مدارهایی که با عناصر کلیدزنی در ارتباط هستند بوجود می آیند . این موج‌های پالسی شکل به علت تغییر پله‌ای و ناگهانی بار نیز بوجود می‌آیند به ویژه ، کلیدزنی خازنی می تواند سبب تشدید شده و به اضافه ولتاژی که گاهی سه یا چهار برابر مقدار ولتاژ نامی است منجر گردد . چنین حالتی می تواند به آسیب ( خرابی ) ادوات و تجهیزات حفاظتی منجر شود . به طور خاص ،کنترلرهای الکترونیکی موتورهای صنعتی در برابر این گذراها حساس هستند .
شکل ۱ ـ ۴ ایجاد کلیدزی نوسانی ناشی از بازشدن اولیه و همراه با باقی ماندن شارژ بر روی خازن تا جرقه بعدی را نشان می دهد . موج ضربه که در شکل ۱ ـ ۵ نشان داده شده است نتیجه بر خورد مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه، قوس زدن ، شکست عایقی و غیره است .
حفاظت در مقابل موجهای گذرا و ضربه ها از طریق منحرف کننده های موج ضربه ، فاصله های هوایی در ولتاژهای بالا و دیود با رفتار شکست بهمنی در ولتاژهای پایین انجام می شود .

گذراهالی سریعتر با تداوم نانو ثانیه ناشی از دشارژهای الکترواستاتیکی ، دسته مهمی در استانداردهای E  M C هستند که بطود نرمال تحت عنوان کیفیت توان بررسی نمی شوند .
شکاف ولتاژ
شکاف یک گذرای دوره ای است که در هر سیکل بعلت اتصال کوتاه فاز به فاز و به سبب کموتاسیون در کانورترهای ac به dc  رخ می دهد . به علت پریودیک بودن، این اغتشاشات با طیف هارمونیکی شکل موج ولتاژ مشخص می شوند . لبه های تیز موجود در این اغتشاش ناشی از کلیدزنی است و شامل نوسانهای فرکانس بالایی  می شود که بر هماهنگی علیقی تاثیر می گذارد و می تواند . منجر به تداخلات تشعشعی شود . این اثر را می توان با اضافه کردن مدارات میراکننده ( اسنابر ) دردو سر ادوات کلیدزنی کاهش داد .
یک مثال از شکل موج ولتاژ خط ( با میرا سازی کامل ) در طرف ثانویه یک مبدل کانورتر شش پالسه در شکل ۱ـ۶ نشان داده شده که در آن u  پهنای شکاف و مطابق با هم پوشانی در شرایط کموتاسیون است .  شکاف در ولتاژ می تواند تجهیزات الکترونیکی را از کار انداخته و قطعات اندکتیودر مدارها را با توجه به نرخ بالای افزایش ولتاژ و نیزعبور از صفر اضافی ولتاژ اصلی از بین ببرد . بهر حال بیشتر فرکانس های بالا، شامل شکاف‌های ایجاد شده توسط تجهیزاتی که در محدوده کنترل شرکت‌های برق نیستند توسط ترانسفورماتورهای سرویس فیلتر می شوند ، و در نتیجه در خطوط M  V  پراکنده نمی‌شوند . در نتیجه اکثر مسائلی که با شکاف ها بوجود می آیند به تجهیزات مصرف کنندگان منحصر می شوند .

نا متعادلی
نامتعادلی مانند آنچه در شکل ۱ ـ ۷ نشان داده شده حالتی را بیان می کند که در آن دامنه و لتاژهای سه فاز منبع یکسان نبوده یا اختلاف فاز بین آنها ۱۲۰ درجه الکتریکی نیست و یا هر دو این حالات بطور همزمان بوجود آیند .
درجه نامتعادلی ، معمولا بوسیله نسبت مقدار مولفه های توالی منفی و صفر به مولفه های توالی مثبت تعریف می شود . دلایل اصلی نامتعادلی ، بارهای تک فاز ( مانند راه آهن الکتریکی ) و خطوط انتقال هوایی غیر ترانسپوزه می باشد.
ماشینی که منبع ولتاژ تغذیه آن نامتعادل است ، جریان نامتعادلی چندین برابر نامتعادلی ولتاژ منبع خواهد کشید . در نتیجه ممکن است جریان های سه فاز بطور قابل ملاحظه ای فرق کرده و در نتیجه درجه حرارت ماشین بالا رود . موتورها و ژنراتورها به خصوص انواع بزرگ و گران قیمت آنها ، در برابر نا متعارلی زیاد محافظت میگردند . اگر نامتعادلی منبع زیاد باشد ، ممکن است حفاظت تک فاز به جریان های نامتعادل پاسخ داده و باعث قطع موتور از شبکه گردد .
کانورترهای چند فاز که در آنها ولتاژهای فاز ورودی در ایجاد شکل موج خروجی  d  c  به ترتیب مشارکت می کنند از منبع ولتاژ نامتعادل تأثیر می پذیرد و باعث ایجاد مولفه های ریپل نامطلوبی در طرف   c d  و هارمونیک های غیر مشخصه ای در طرف ac میشوند .

اعوجاج
معمولاً اعوجاج شکل موج با استفاده از مبحث هارمونیک مورد برررسی قرار میگیرد . هارمونیک ها ، ولتاژها و جریانهای سینوسی هستند که فرکانس های آنها مضارب صحیحی از فرکانس کار سیستم ( ۵۰ تا ۶۰ هرتز ) می باشند نمایش هارمونیک پنجم اعوجاج در شکل ۱ ـ ۸ نشان داده شده است . زمانی که فرکانس های این ولتاژها یا جریانها مضارب صحیحی از فرکانس اصلی نباشند به این شکل موجها هارمونیک های میانی گفته می شود . هر دو اعوجاج هارمونیکی و میان هارمونیکی معمولاً به علت وجود تجهیزاتی پدید می آیند که مشخصه ولتاژ یا جریان آنها غیر خطی می باشند .

بطور کلی تحهیزات اعوجاج ساز ، جریان های هارمونیکی تولید می کنند و موجب ایجاد ولتاژ هارمونیکی بر روی امپدانس شبکه می شوند . جریان های هارمونیکی با فرکانس مشابه ناشی از منابع مختلف به صورت برداری به یکدیگر اضافه می شوند .
در انگلستان ، هارمونیک پنجم در سیستمهای ولتاژ بالا دارای پیک بالاتری نسبت به بقیه مرتبه ها می باشد و در بعضی مناطق اندازه آن بین ۵ .۲% تا ۳% می باشد .
همچنین هارمونیک پنجم بیشترین سطح متوسط هارمونیکی را نیز دارا است .
این مشخصه بر روی سطوح انتشار قابل قبول تجهیزات انتقال که در شبکه ولتاژ پایین بوجود میآیند تأثیر می‌گذارد . در حالیکه تغییرات فصلی موجب تغییر اندازه های هارمونیک در محلهای مختلف می شود ولی این تغییر ثابت نیست .
هیچ مدرکی دال بر اینکه مناطق جغرافیایی ویژه ای تمایل به ولتاژهای هارمونیک بالا دارند ، وجود ندارد . عموماً این اعتقاد وجود دارد که سطوح هارمونیک ابتدا به شرایط محلی محیطی و سپس به شرایط مجاور بستگی دارد .
تأثیرات اصلی و مشخص هارمونیکها عبارتند از .
۱ـ عملکرد نادرست ادوات کنترلی ، سیستم های سیگنالینگ اصلی و رله های حفاظتی
۲ـ تلفات زیاد در خازنها ، ترانسفور ماتورها و ماشین های دوار
۳ـ افزایش نویز موتورها و دستگاههای دیگر
۴ـ تداخلات تلفنی
۵ـ وجود خازنهای اصلاح ضریب قدرت و ظرفیت خازنی کابلها موجب ایجاد تشدید سری و موازی در شبکه شده و باعث افزایش ولتاژ حتی در نقاطی دور از بارهای اغتشاشی می گردد.
مانند آنچه در بالا گفته شد ، هارمونیکهای میانی هم می توانند سیگنالهای کنترل ریپل را بی نظم کنند و در سطوح زیر هارمونیکی موجب فلیکر شوند .
برای نگهداشتن ولتاژ هارمونیکی در سطوح پیشنهادی راه حلهای اصلی و کاربردی عبارتند از :
۱ـ استفاده از رکتیفایرهای پالس بالا ( در ذوب کننده ها یا کنور تورهای ولتاژ بالا  (H Vd .c . )
۲- فیلترهای پسیو ، که برای فرکانس خاصی تنظیم شده است و یا فیلترهایی که از نوع پهنای باند زیاد هستند .
۳ـ فیلترهای اکتیو و بهبود دهنده گان توان
منابع هارمونیکی بر حسب منشاء تولید ، اندازه و قابل تشخیص بودنشان به سه دسته .
 1ـ کوچک و قابل پیش بینی ( خانگی و مسکونی ) ،
 2ـ بزرگ و تصادفی ( کوره قوس الکتریکی )
۳ـ بزرگ و قابل پیش بینی ( کانورترهای استاتیک ) تقیسم می شوند .

۱ـ منابع کوچک و قابل پیش بینی
مصارف تجاری و مسکونی شامل تعداد زیادی مبدل تغذیه قدر ت تک فاز است که در خروجی آنها خازن کوچکی به کار می رود ، مانند تلویزیون ها و کامپیوترهای شخصی . شکل موج جریان آنها در ( شکل ۱ ـ ۹ ) کشیده شده است. گرچه قدرت نامی هریک از آنها زیاد نیست ، ولی اختلاف کمی در عملکرد آنها در وجود دارد به نحویکه ترکیب آنها مقدار قابل ملاحظه ای هارمونیک فرد تولید می کنند . لامپ های تخلیه گازی نیز به علت اینکه هارمونیک های مشابهی تولید می کنند به هارمونیکهای دیگر تجهیزات اضافه می شوند .

شکل ۱۰-۱ طیف جریان هارمونیکی لامپ با بازده بالا را نشان می دهد . اغتشاش هارمونیکی کل چنین لامپ هایی بین ۵۰% تا ۱۵۰% جریان اصلی است . جابجایی فاز جریان های هارمونیک سوم نسبت به شکل موج ولتاژ اصلی شبیه به توالی صفر در ترانسفورماتورهای سه فاز هستند . این حقیقت باید در محاسبه مقدار نامی نوترال ترانسفورماتور و محاسبه تداخلات تلفنی به حساب آیند.
۲ : منابع بزرگ و تصادفی
متداول ترین و آسیب رسان ترین بار بزرگ و تصادفی ، کوره قوس الکتریک می باشد. کوره ـ قوس الکتریک هارمونیک و هارمونیک میانی با تغییرات تصادفی تولید می کند که حذف آنها توسط فیلترهای معمولی مقرون به صرفه نیست. شکل ۱۱-۱ به ترتیب طیف فرکانسی ناشی از کوره قوس الکتریک در مدت زمان مراحل ذوب و تصفیه را نشان می دهد . مقادیر بسیار بیشتر از مقادیر پیشنهادی می باشند . این بارها همچنین باعث تولید نوسان ولتاژ و فلیکر می‌شوند. اتصال به بالاترین سطح ولتاژ و استفاده از راکتانس های سری از جمله راهکارهایی هستند که اکنون برای کاهش اثر این کوره ها بر روی کیفیت توان استفاده میشوند .

۳-مبدل های استاتیک ( منابع بزرگ و قابل پیش بینی )
مبدلهای قدرت بزرگ ، مانند آنهایی که در کوره های ذوب و سیستم های          HVdc  استفاده میشوند تولید کننده اصلی جریان هارمونیکی هستند . در طراحی آنها تلاش فراوانی جهت حذف این جریان ها در محل تولید صورت می گیرد . پیکربندی استاندارد مورد استفاده در سیستم HVDC و صنعتی ، مبدل ۱۲ پالس است که در شکل ۱۲-۱ نشان داده شده است . جریان های هارمونیک مشخصه برای این نوع مبدل از مرتبه ۱+  K 12 ( از نوع توالی مثبت ) و k-1 12 (از نوع توالی منفی) هستند و دامنه آنها با مرتبه هارمونیک نسبت به عکس دارد، شکل ( b)13-1 طیف فرکانسی و شکل ( a )13-1 موج زمانی آن می باشد البته این حالت بیشترین سطح برای حالت یک سیستم ایده آل را نشان میدهد . این سیستم ایده آل مانند یک سیستم a . c  بی نهایت ( مقاومت صفر ) و جریان مستقیم کاملاً مسطح ( برای مثال راکتانس مسطح کننده بینهایت ) است .
هنگامیکه سیستم a . c  ضعیف باشد و ولتاژ ها کاملاَ متعادل نباشند هارمونیک های غیر مشخصه ظاهر می شوند . در حالیکه مقدار هارمونیک های مشخصه مبدلهای قدرت بزرگ را میتوان بوسیله فیلترها تقلیل داد لیکن کاهش هارمونیک های غیر مشخصه با این روش غیر اقتصادی می باشد . بنابر این حتی تزریق مقدار کوچکی از این نوع جریان هارمونیکی میتواند. باعث تولید سطوح اعوجاج ولتاژ خیلی بزرگی از طریق رزونانس موازی شود .

یک مثال از وجود هارمونیکهای غیر مشخصه در اثر کارکرد مبدلها وجود فرکانس اصلی در طرف  d c مبدل می باشد که اغلب ناشی از القای خطوط انتقال a.c به خطوط d c نزدیک می باشد ، در چنین حالتی هارمونیک دوم و جریان مستقیم در طرف a c تولید میشود . هارمونیک های زوج بخصوص هارمونیک دوم به لوازم الکترونیکی آسیب رسانده و طبق مقررات شامل جریمه سنگین می شوند . وجود جریان d c در سیستم a c  ایجاد اعوجاج بیشتری می‌کند، سریعترین تأثیر آن اشباع غیر متقارن مبدلها، یا ترانسفورماتورها است که منجر به افزایش قابل ملاحظه هارمونیک های زوج میشود . بنابر این تحت شرایط خاص ، این حالت میتواند منجر به ناپایداری هارمونیکی گردد .
مثال دیگر ، هارمونیک های مضرب سه میباشند . وقتی که برای کلیه تریستورها از یک کنترل زاویه آتش مشترک استفاده شود، ولتاژهای غیر متقارن منجر به جریان پالس با عرض متفاوتی بین سه فاز می‌شود که منجر به تولید هارمونیک های مرتبه سوم می‌شوند . برای جلوگیری از این اثر ، مبدلهای قدرت بزرگ مدرن از سیستم آتش با فاصله یکسان استفاده می کنند . البته ، این کنترل کننده ها نمی توانند مدولاسیون دامنه هارمونیک دوم جریان  d c را که از طریق روند مدولاسیون مبدل ، هارمونیک سوم جریان توالی مثبت را بر می گرداند، حذف نمایند. این جریان میتواند از طریق ترانسفورماتور مبدل ، صرف نظر از نوع اتصالش عبور کرده و به نقاط دیگر در شبکه نفوذ نماید . روش تبدیل فرکانس بکار گرفته شده در سیستم های راه آهن قدیمی یک منبع مهم دیگر تولید هارمونیکهای میانی شبه ثابت میباشد . اغلب این سیستم ها، در فرکانس H  Z   162/3 کار میکنند و این فرکانس میانی بعلاوه مولفه های هارمونیکی آن ۱۱۶۲/۳و۸۳۱/۳ در داخل سیستم قدر ت ۵۰ تا ۶۰ هرتز منتشر می شود .

نوسانات ولتاژ
نوسانات ولتاژ به دوگروه عمده تقسم می شوند .
۱ـ تغییرات ولتاژ پله ای ، بصورت با قاعده یا بی‌قاعده در زمان ، مانند آنچه توسط ماشین های جوشکاری ، کارخانه های نورد و وسایل مورد استفاده در معدن تولید می شوند . (شکل ۱۴-۱ (  a ) و ( d )  ).

۲ـ تغییرات ولتاژ تصادفی یا متناوب ( دارای سیکل ) ، ناشی از تغییرات متناظر امپدانس بار که نمونه آن بار کوره های القایی می باشد ( شکل ۱۴-۱ ( c ) )
سایر تأثیرات نوسانات ولتاژ شامل ، تنزل کارایی دستگاه هایی که دارای خازن هستند ، اختلال در سیستم های کنترل ، و ناپایداری ولتاژ و جریان های داخلی دستگاههای الکترونیکی می باشد .
عموماً ، از آنجائیکه نوسانات ولتاژ دامنه ای بیش از   ندارند اکثر تجهیزات تحت تأثیر این اختلال قرار نمی گیرند . مشکل اصلی تأثیر آنها برروی فلیکر بوده که در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرد .
فیلکر
فیلکر به صورت : اثر نوسان روشنایی یا رنگ ، وقتی که فرکانس تغییرات نور بین چند هرتز تا هر ترکیبی از فرکانسها که دید میشود تعریف شده است . این یک تعریف بی قاعده بوده زیرا جمله « هر ترکیبی از فرکانسها که دیده شود » از شخصی به شخص دیگر تغییر کرده و به عوامل زیادی بستگی دارد . نوسان در سیستم ولتاژ بویژه در مقادیر موثر (r . m . s )  میتواند سبب فلیکر نور ( فرکانس پایین ) شده که به شدت و فرکانس تغییرات وابسته است.
مهندسین قدرت این نوع اختلال را فلیکر ولتاژ مینامند اما اغلب فقط بصورت اختصار فلیکر نامیده می شود . شکل ۱ ـ ۱۵ یک نمونه ساده فلیکر ولتاژ را نشان می دهد ، در این شکل ولتاژ a c  بوسیله یک موج سینوسی که روی شکل موج ولتاژ قرار گرفته مدولاسیون دامنه شده است . ولتاژ میتوند بوسیله رابطه زیر بیان گردد.
( ۱ ـ ۱ )                   
که   فرکانس اصلی سیستم a c ،  فرکانس موج سینوسی مدوله شده، V دامنه ولتاژ نامی  a c  و   ضریب مدولاسیون می باشد .
معادله بالا را می‌توان به صورت زیر بسط داد.
( ۱ ـ ۲ )       

معادله ۱ ـ ۲ نشان می دهد که سینگنال A M شامل سه مؤلفه طیفی است که با توجه به شباهت با تئوری مخابرات، 
        فرکانس کاریر و (   ) دوباند کناری هستند .
فهم اصطلاحات علمی بکار رفته شده مهم است . فرکانس فلیکر ولتاژ در شکل ۱ ـ ۱۵ ، ۷ هرتز است که خودش را در مؤلفه های ۵۷ هرتز و ۴۳ هرتز در طیف ولتاژ آشکار می کند ، فرکانس فلیکر به مؤلفه های طیفی شکل موج بر می گردد و نه به مؤلفه های فرکانسی ولتاژ .
محدوده فرکانسی مدولاسیون که موجب فلیکر قابل ملاحظه می شود بین ۳۰ ـ ۰ هرتز است .

همچنین ، اتفاقات غیر پریودیکی هم می تواند موجب مشاهده فلیکر روشنایی گردد. بنابراین هر تغییر قابل درکی در روشنایی ( نور ) فلیکر نامیده میشود.
در نتیجه ، معنی فلیکر ولتاژ نباند به اختلالاتی شبیه آنچه در مدولاسیون دامنه توصیف شده ، محدود گردد. وقایع کلیدزنی ، هارمونیکهای میانی و هارمونیکهای مدوله شده هم منجر به فلیکر روشنایی می گردد . هم چنین عبارت فلیکر ولتاژ زمانی که بر روی سایر تجهیزات تأثیر می گذارد نیز اطلاق میشود و ربطی به فلیکر روشنایی ندارد .
علل فلیکر
دلایل اصلی فلیکر بارهایی هستند که جریان های متغیر بزرگی را از شبکه میکشند . با توجه به امپدانس سیستم قدرت ( ژنراتورها ، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال ) این تغییرات موجب مدولاسیون دامنه ولتاژ در شینه بار و حتی در شینه های دور میشود . به عنوان مثال شکل ۱ ـ ۱۶ ولتاژ ثبت شده در طرف ثانویه ترانسفورماتوری ناشی از جریان کوره قوس الکتریک و همچنین طیف مطابق با آن را نشان می دهد . از دیگر عوامل تولید فلیکر میتوان به راه اندازی موتورهای الکتریکی اشاره نمود .
موتورها معمولا برای تولید گشتاور راه اندازی مناسب چندین برابر جریان بار کاملشان را از شبکه میکشند بنابر این ، کارکرد موتورها در کاربردهایی که نیاز به گشتاور نامنظم دارد. مشکل ساز است . کاربرد موتورها در محدوده لوازم خانگی ( مانند ماشین لباسشویی ، خشک کن ها و مخلوط کن ها ) تا تجهیزات پر قدرت مانند پمپ های گرمایی یا موتورهای مورد استفاده در کارخانه نورد فولاد میباشند در این حالت شکل موجهای فلیکر اساساً مثلثی هستند و ممکن است مانند کمپرسورها با حرکات تناوبی ( مثل یخچالها ) پریودیک باشند . یا در صورت راه اندازی غیر پشت سرهم موتورهای بزرگ ، غیر پریودیک باشند .
این منابع فلیکر ، باعث نوسان روشنایی لامپ الکتریکی با توجه به مدولاسیون دامنه ولتاژ منبع می گردند . هارمونیک های میانی در طیف ولتاژ هم فلیکر روشنایی ولی با تکرار کم را تولید می کند. این حالت با ایجاد ضربان با فرکانس اصلی a c  ، سایر هارموینکها یا هارمونیک های میانی که ممکن است وجود داشته باشند صورت می گیرد . به عنوان مثال یک هارمونیک ۱۰۰ هرتزی با یک هارمونیک میانی ۹۰ هرتزی منجربه فلیکر روشنایی ۱۰ هرتزی می شوند .

اثرات فلیکر
فلیکر زدن لامپهای روشنایی الکتریکی موجب ناراحتی فرد بیننده می شود . تأثیر زیان آور آن بر سلامتی انسان معمولاً بسیار وخیم تر از اثرات ممکن آن بر تجهیزات است . این تأثیرات به حساسیت زیاد چشم انسان در مقابل تغییر روشنایی بستگی دارد . فلیکر روشنایی برای ضریب مدولاسیون کمتر از ۱۵/۰ % قابل توجه است .
 معمولا لامپ های گازی تخلیه ای ( UV )  به نوسان ولتاژ عکس العمل نشان می دهند ، لیکن لامپهای فلورسنت به علت اثر لایه فسفر و عملکرد مدار بالاست آن حساسیت کمتری به فلیکر ولتاژ دارد .
لامپ های فلورسنت فشرده مدرن( C F L ) ها در فرکانس های بالا با استفاده از عناصر نیمه هادی عمل می کنند . در نتیجه فلیکر ولتاژ a c  توسط سیستم مغز و چشم انسان قابل مشاهده نیست و شکایت در این زمینه کمتر است. البته فلیکر روشنایی با فرکانس بالا در لامپ های فلورسنت با سردرد و خستگی چشم همراه است .
سایر اثرات گزارش شده ناشی از فلیکر ولتاژ شامل: کاهش عمر وسایل الکترونیکی ، لامپهای فلورسنت ، لامپهای رشته ای و تیوب اشعه کاتدی ( C R T ) عملکرد نادرست (PLL) ها از دست دادن سنکرونیسم در منابع قدرت بدون وقفه (UPS)ها و عملکرد نادرست کنترل کننده های الکترونیکی و ادوات حفاظتی است .
ادوات حساس الکترونیکی می توانند با هزینه کمی از تأثیرات منفی فلیکر ولتاژ حفاظت شوند . لیکن این روش برای روشنایی الکتریکی مقرون به صرفه نیست . زیرا تعداد آنها زیاد و قیمت هر لامپ کم می باشد .
ارزیابی کیفیت
 در یک سیستم قدر ت ، شکل موجها را می توان از اندازه گیری در نقاط اتصال به مشترک  ( P C C )  بدست آورد . سپس میتوان با استفاده از پردازش سیگنال ، مؤلفه های فرکانسی این شکل موجها را تعیین نمود . این روند کار هسته اصلی ارزیابی کیفیت توان می باشد بهرحال ، پیشرفت در ارزیابی کیفیت توان بدلیل هزینه بالا و محدودیت در ترانسدیوسرهای موجود و نیز دستگاههای مونیتورینگ کم می باشد .
 سیگنالهای آنالوگ ترانسدیوسرها ،  به شکل دیجیتال تبدیل می شوند و با استفاده از پردازش در حوزه فرکاس یا زمان مورد بررسی قرار می گیرند . نوع پردازش به نوع اطلاعات مورد نیاز و نتیجه استفاده از آن بستگی دارد . برای بهبود کنننده های توان راکتیو که در بعضی از پروسه های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند اطلاعات به طور مستقیم از شکل موجها و بصورت زمان واقعی ، گرفته می شوند .
از طرف دیگر پردازش اعوجاج شکل موج مانا یا شبیه مانا نیاز به تحلیل سیگنال در حوزه فرکانس دارد. سرعت پردازش در این حالت مهم نیست زیرا از نتایج برای فراهم کردن اطلاعات آماری استفاده میشود . در حال حاضر ، پردازش پیوسته زمان واقعی بیش از توانایی تجهیزات تجاری است و اطلاعات گسسته حوزه زمان برای پردازش های لازم بعدی باید روی نوار ذخیره شود در ضمن با استفاده از پردازشگرهای سیگنال دیجیتالی   ( D S P )  ها و پردازش های موازی می توان سرعت کافی برای پردازش سیگنال پیوسته در زمان واقعی فراهم نمود . اضافه شدن بارهای غیر خطی در سیستمهای قدرت ، نیاز به شبیه سازی کامپیوتری شبکه را برای نشان دادن اثر آنها بر کیفیت توان بیشتر کرده است . در این خصوص بررسیهای زیادی صورت گرفته است و نقش مهم آنها در طراحی سیستمهای قدرت مدرن اثبات شده است .
بطور کلی تأثیر فوری بارهای غیر خطی اعواج در شکل موج جریان می باشد . در بخش طراحی و طرح ریزی سیستم ، شکل موج جریان بارهای اغتشاش را باتوجه به شناخت مشخصه عنصر غیر خطی آنها و نیز مولفه های فرکانسی ایجاد شده توسط این عنصر غیر خطی بدست می آید . در بخش مدلسازی سیستم قدرت با در نظرگیری عناصر غیر خطی ها بصورت منابع جریان ، از مدلهای عناصر شبکه در حوزه فرکانس برای بدست آوردن اطلاعات اعوجاج ولتاژ و جریان می توان استفاده نمود .
تخمین حالت کیفیت توان
معمولاً ، ارزیابی کیفیت توان بصورت پیوسته و سیستماتیک انجام نمیگیرد ؛ بجای آن از روشهای انداره گیری فاقد عمومیت برای بررسی سطح اغتشاشات ولتاژ در شینه ها استفاده میشود . راه حلهای محلی بر بقیه سیستم قدرت چه بطور منفی و چه بطور مثبت تأثیر میگذارد . بنابر این برحسب میزان هزینه کلی و نیز عملکرد ، این راه حلها بسیار دور از حالت ایده آل میباشند  . بهرحال مونیتورینگ محلی و ارزیابی کامل شبکه راه حل فنی و اقتصادی تری را ارایه میدهد. ارزیابی کامل شبکه دارای محدودیت های عملی است زیرا نقاطی که مونیتورینگ میگردند محدود بوده و اطلاعات کاملی از مشخصه و نیز شکل سیستم و شبکه الکتریکی وجود ندارد . بکمک تعداد بهینه‌ای دستگاه اندازه گیری و البته در محلهای مناسب ، همراه با شبیه سازی سیستم الکتریکی ، میتوان اطلاعات قابل قبول از سیستم را بدست آورد و سپس به تخمین محل ایجاد مشکلات پرداخت . این نوع بررسی همراه با تخمین حالت سیستم قدرت به تخمین حالت کیفیت توان مشهور است .
البته ، ارزیابی کامل سیستم نیاز به سنکرون کردن اطلاعات بدست آمده از محلهای مختلف دارد : نیاز به سنکرون سازی را میتوان با استفاده از سیستم  G P S بدست آورد . در مفاهیم کیفیت توان ، بحث تخمین حالت فقط در موضوع هارمونیکها بحث شده است و بهمین دلیل از طرف صنایع مقبولیت نیافته است .
نامتعادلی ولتاژ
ساده ترین روش بیان نامتعادلی ولتاژ اندازه گیری انحراف ولتاژ در هر کدام از سه فاز و مقایسه آن با متوسط ولتاژ فازی می باشد .
                    =   نامتعادلی ولتاژ فاز
البته درجه نامتعادلی ولتاژ شبکه سه فاز بصورت بهتری توسط مؤلفه های متقارن بعنوان نسبت مؤلفه های ولتاژ توالی منفی یا توالی صفر به مؤلفه های توالی مثبت بیان میشود .
                     =                                   =  فاکتور نامتعادلی ولتاژ
در رابطه با حدود نامتعادلی ولتاژ که در آن موتور و ژنراتور بتوانند با اطمینان کارکنند ، توافق عامی وجود ندارد . از آنجائیکه تأثیر اصلی نامتعارلی ولتاژ گرم شدن سیم پیچی ماشین ها است لذا سطوح بالاتر ولی کوتاه مدت نامتعادلی ممکن است برای چند ثانیه یا حتی دقیقه مورد قبول باشد .
نوسان ولتاژ و فلیکر
نوسان ولتاژ به تغییر دوره ای ولتاژ یا یک سری تغییرات تصادفی ولتاژ گفته میشود بنحویکه دامنه اش از محدوده تغییرات ولتاژ مجاز اشاره شده در I E C 38  ( یعنی تا %  ) است تجاوز نکند و فرکانس وقوع آن از ۲۵ در ثانیه تا یک بار در دقیقه متغیر بوده و باید از تغییرات آرام و نرمال در همان محدوده که ناشی از تغییرات تدریجی بار در شبکه است تمایز داده شود ، عموماً چنین پدیده ای توسط دامنه تغییرات ولتاژ و میزان تکرار مشخص می شود .
 بسیاری از استانداردها و راهنمائیهای قبلی در خصوص فلیکر ، محدودیتهایی را در نوسان ولتاژ به خاطر محدود کردن فلیکر مزاحم نور لامپ اعمال نموده اند . بسیاری از منحنی های فلیکر ولتاژ درصد دامنه ضربان ولتاژ و فرکانس ضربانی که منجر به فلیکر قابل درک شود را ارائه می نمایند . این منحنی‌های از طریق آزمایشات بسیار زیاد و تجربیات عملی واقعی بدست آمده اند . منحنی ها متفاوت ممکن است دامنه یا فرکانسهای ضربانی قابل قبول یا قابل تحمل را مشخص سازند . اما همه آنها یک گرایش مشابه را چنانکه در شکل ۲ ـ ۶ نشان داده شده است دنبال می کنند . با استفاده از این منحنی ها دیده می شود که حساسترین فرکانس در حدود ۸ هرتز می باشد …

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی فلیکر های ولتاژ در شبکه های توزیع

۱-    ارزیابی کیفیت توان
مولفین: جی آریلاگا – ان.آر.واتسون – اس.چن
مترجمین : دکتر سید حسین حسینیان- عضو هییت علمی دانشگاه صنعتی امیر کبیر
مهندس حسین کیانی و مهندس فرح امیری – کارشناسان ارشد برق منطقه ای غرب
ناشر : مرکز نشر دانشگاه صنعتی امیر کبیر
۲-ارزیابی فلیکر ناشی از کارخانه فولاد آلیاژی ایران واقع در استان یزد
مولفین:مهندس امیر حسین حاجی میر آقا  –  مهندس داود جلالی
پژوهشگاه نیرو-  پژوهشکده برق

۳-Distribution  planners  Manual, Section  10: Flicker Control in Distribution  Sistems,  Canadian  Electrical  Association ( CEA ) ,1981.
۴- IEC  868 ,Flickermeter , Functional  and  Design Specifications , 1986.
۵- A.  Robert , M.  Couvreur ,  Arc Furnace  Flicker Assessment  and  prediction ,  CIRED  1989 ,  pp. 97-101.