Більшість показників якості електроенергії відносяться до напруги мережі. Таким чином передбачається, що за показниками якості електроенергії можна оцінити негативні наслідки перекручень ЕМС на ЕП. Такий підхід є можливим, якщо зміни процесу напруги відбуваються повільно. У цьому випадку допустимо використовувати статичні характеристики ЕП: залежності показників функціонального стану ЕП (нагрів, продуктивність і т.н.) від показників ЕМС. У загальному випадку необхідно враховувати перехідні процеси, які виникають при порівняно швидких змінах параметрів напруги (відхили, коливання, несиметрія, несинусоідальність).
На кафедрі ЕПМ в [1] було запропоновано оцінювати ЕМС з використанням динамічної моделі ЕП. Під динамічною моделлю чи просто моделлю розуміють математичне описання об'єкту. Для врахування перехідних процесів модель приймається у вигляді диференціального рівняння (ДУ) . У загальному випадку ДУ є нелінійним.
Якщо параметри режиму змінюються у невеликих межах, то можлива лінеарізація моделей. Лінійні моделі описуються лінійними ДУ з постійними коефіцієнтами. Таким чином, принцип динамічного моделювання поринає у тому, що ЕМС електроприймача оцінюється за характеристиками процесу у(t) на виході моделі електроприймача
Використання дінамічних моделей дозволяє об'єктивно оцінювати ЕМС. Наприклад, інерційність ЕП зглажує реакцію об'єкту у(t) на перешкоду. Тому діапазон зміни реакції у відносних одиницях менший за діапазон зміни перешкоди. У зв'зку з цим, якщо оцінювати ЕМС за показниками перешкоди, а не реакції, то вимоги до ЕМС будуть перевищеними. Це призведе до перевищення капітальних витрат на забезпечення ЕМС. Але, якщо ЕП має резонансні частоти, то діапазон зміни перешкоди може бути меншим за діапазон зміни реакції. У цьому випадку вимоги до ЕМС по характеристикам перешкоди занижуються і ЕП не зможе нормально функціонувати у мережі електропостачання (буде перегріватися і т.д.)
Коливання напруги визивають швидкі зміни світлового потоку ламп. Це, в свою чергу, впливає на людину. Проблема, яка вже давно відома, полягає у тому, щоб кількісно виміряти цей вплив.
Спочатку допустимість коливань оцінювалась за залежностями допустимих розмахів коливань від частоти. Далі ці залежності називаються кривими коливань.
Для нормування коливань напруги у різних країнах було проведено експеріменти по впливу періодичних змін напруги на зажимах ламп на зор людини. У результаті цих експеріментів було встановлено, що рідкі зміни напруги у меньшому ступіні впливають на зор, високочастотні коливання не сприймаються людиною, максимум чутливості наблюдається при частотах 8…10 Гц. Цю закономірність було ілюстровано кривими залежності допустимих розмахів dU від їх частоти появи
Обгрунтування допустимих розмахів періодичних коливань проводилось двома шляхами. Перший, який є характерним для закордонних і ранніх вітчизняних дослідів засновано на суб'єктивних критеріях впливу флікера: поріг помітності або поріг роздратування. Інший, що використовується в останніх вітчизняних дослідженнях , засновано на об'єктивних критеріях: продуктивність праці, швидкість сприйняття і т. ін.
Використання об'єктивних показників втоми, не дивлячись на очевидні переваги, було обмеженим. Це можна пояснити відносною складністю таких експериментів і необхідністю використання спеціальної апаратури. У цьому відношенні використання суб'єктивних оцінок є простішим і дозволяє охопити великі групи населення. Проте при обгрунтуванні допустимих розмахів за цими даними, які не відрізняються однозначністю (особливо у низькочастотному діапазоні коливань , навіть при великій їх кількісті не вдається уникнути методів апроксимації, екстраполяції і експертних оцінок. Так, наприклад у СРСР перші нормативні вказівки по нормуванню коливань напруги, які війшли в ПУЕ у 1950 році, були засновані на суб'єктивних реакціях 11 спостерігачів. За результатами цього опитування було запропоновано: " частоту різких змін напруги на зажимах ламп робочого освітлення меньшу, ніж 1,5 відсотки, не обмежувати, при змінах 1,5…4 % вона має бути не більше, ніж 10 разів на годину і при змінах більших за 4 % - 1 раз на годину ". Це формулювання ілюструється залежністю , вид якої свідчить про прагнення до спрощення при апроксимації експериментальних даних.
З введенням у 1967 році першої редакції ДЕСТ 13109-67 криву з ПУЕ було замінено на плавну залежність допустимих розмахів dU від кількості коливань за годину m. Недостовірність цієї залежності, особливо в межах високих частот, не викликає зараз сумнівів.
Подальший розвиток норм у СРСР відбувався під впливом опублікованих зо кордоном результатів досліджень, які також засновано на суб'єктивних реакціях, але тільки великих груп досліджуємих. Сопоставлення ціх даних із кривою ДЕСТ 13109-67 стало причиною проведення ряду нових вітчизняних досліджень у цієї галузі. До найбільш відомих слід віднести результати, отримані у МЕІ Яговкіним Г. Н. У 1971-72 роках. У цих дослідженнях моделювались періодичні коливання напруги прямокутної форми з коефіцієнтом включення 0,5 на зажимах ламп розжарювання потужністю 40 Вт і напругою 36 В . Обгрунтування допустимих значень розмахів коливань напруги відбувалось за продуктивністю праці, швидкістю зорового сприйняття і т. ін. У результаті було запропоновано дві криві, обмежені частотою 0,3 Гц, через те, що дослідження у МЕІ не розповсюджувались на зону низькочастотних коливань. Окрім того, не дивлячись на очевидну цінність отриманих результатів, недостатньо обгрунтоване використання у дослідженнях таких ламп розжарювання, які широко не використовуються у практиці електропостачання. Разом з цим ці дані стали основою для коректування кривої ДЕСТ 13109-67 у 1979 році.
У вигляді доброго співпадання даних МЕІ з кривою AIEE в області високих частот (l > 0,5 Гц) і відсутності аналогічних даних у низькочастотній області коливань, за основу прийнято криву AIEE , засновану лише на суб'єктивних реакціях. Широке використання люмінесцентних ламп стало причиною нових досліджень. При обгрунтуванні допустимих розмахів прямокутних періодичних коливань у цих експериментах використовувались лише об'єктивні критеріії втоми. За результатами цього дослідження було запропоновано криву для люмінесцентних ламп, ординати якої лежать вище кривої ДЕСТ.
Слід підкреслити, що в більшості вітчизняних досліджень використовувались періодичні коливання з прямокутною формою зміни і коефіцієнтом включення 0,5. Однак у нормативних документах цій важливий факт упущено, що призводить до будь-якого трактування кривих допустимих коливань і використанню нормованих значень розмахів прямокутних змін напруги для оцінювання допустимості перешкод з іншими формами імпульсів. Це призводить до суттєвого перевищення вимог. Так, наприклад, гармонічна і прямокутна перешкоди з розмахом 1,2 % при частоті коливань 4 с-1 відповідно з кривою ДЕСТ вважаються недопустимими (розмах перевищує 1%, який є допустимим при частоті 4 с-1, швидкість зміни напруги в обох випадках вище 1% за с). Також, відповідно дослідженням , при одній і тієї ж частоті для гармонічних коливань допускається розмах приблизно у 1,5…2,6 рази більше ніж для прямокутних. Іншими словами, для прикладу, який було приведено, гармонічна перешкода буде допустимою, так як її розмах не перевищує 1,5…2%.
Прийняте у ДЕСТ розподілення коливань і відхилень напруги за швидкістю зміни, яке має за мету урахування форми зміни напруги, у прийнятому формулюванні призводить лише до неоднозначності оцінок .
Формальне виконання вимог ДЕСТ розподіляє початковий графік на два переривчатих : відхилиння і коливання. Отриманий графік коливань не має фізичного змісту, так як зміна напруги впливає безперервно. За цих причин оцінка ЕМС тільки за розмахом і частотою коливань дуже обмежена: навіть при періодичних процесах ці показники, строго кажучи, можуть використовуватися тільки для умов, у яких було обгрунтоване їх допустиме значення.
У діючих мережах коливання напруги мають випадковий характер. За цих умов таке просте поняття, як частота появи розмаху, втрачає зміст. Дійсно, з математичної точки зору для безперервного випадкового процесу поняття імовірності (відповідно, частоти) появи окремого розмаху дорівнює нулю. Тому для таких процесів неможливо безпосередньо використовувати залежність розмахів від частоти, яка нормується. Спроби формального використання розмахів і частоти їх появи для розрахунків у проектній практиці призводять до неоднозначних оцінок. Так, якщо замість частоти появи використовувати частоту попадання у визначений інтервал , то при різних кроках квантування рівней маємо взаємновиключні оцінки . Використання частоти перевищення коливань також не вирішує проблему, так як в обох випадках розмахи враховуються незалежно від їх форми і порядку слідування, що із заміною поняття частот робить некоректним сопоставление отриманих результатів з кривою коливань.
Виходячи тільки із розмахів і частот коливань, неможливо встановити технічні вимоги до приладів через незрозумілості вимірюваної величини. Ці протиріччя при використовуванні кривих коливань для оцінювання ЕМС зумовлені не стільки складністю, скільки прагненням спростити задачу на початковому етапі - нормуванні. Слід відмітити, що криві коливань зберігаються у ДЕСТ-13109-97 поряд з дозою флікерa
Cтосовно рис 1.1, криві коливань слід віднести до "статичних " показників. Вони можуть розглядатись як динамічні показники тільки для тих окремих випадків, для яких були проведені експерименти.
Лампа моделюється аперіодичним (інерційним) кільцем 1-го порядку з
постійною часу, що дорівнює постійній інерції лампи. В [1] у якості стандартного
джерела світла прийнято лампу розжарювання потужністю 60 Вт з номінальною
напругою 230 В, яку заповнено інертним газом.
1.4 Моделювання реакції зору
Зміни освітлення призводять до втоми людини. Ці зміни умовно поділяють на коливання й
пульсації. Коливання суб'єктивно відчуваються людиною і являють собою зміни
діючих значень освітлення в частотному діапазоні до 35 Гц (частота зливання).
Пульсації суб'єктивно не сприймаються людиною, але також визивають її втому. Під
пульсаціями розуміють зміни миттєвих значень освітлення при частотах 100 Гц і
вище. Далі пульсації не розглядаються.
Коливання освітлення сприймаються зоровою системою з деякою інерцією (порядку 0,02 с). Основним механізмом, що призводить до втоми людини, є механізм адаптації. Під реакцією зору Y(t) розуміють процес на виході моделі "лампа-око-мозок", на вхід якої надходить процес U(t). У і ця модель іменується зважуючим фільтром. Він складається з трьох лінійних фільтрів (рис 1.4)
Рисунок 1.3- Структурна схема флікерметра
Фільтр 1
являє собою високочастотний фільтр 1-го порядку з частотою зрізу fc1= 0,05 Гц.
Це означає, що він не пропускає частоти, нижчі за частоти зрізу. Його передатна
функція визначається за формулою: 
З урахуванням того, що коливання,
вищі за 35 Гц не сприймаються, фільтр 2 являє собою фільтр Баттерворда 6-го
порядку з трьох послідовно з'єднаних коливальних кілець. Цей фільтр не пропускає
частоти, вищі за 35 Гц. Його передатна функція має вигляд :
Експеріментальні дослідження показали
,що вплив реакції зору на мозок залежить від потужності реакції.