Актуално развитие на устройствата за компенсиране на реактивната мощност

Ниското напрежение на електроенергийните кондензатори, използвани в момента в компенсационните устройства, са всички металозирани кондензатори. Металозираните кондензатори са компактни, икономични и притежават свойства на самовъзстановяване; поради което са широко използвани.

Електродните пластини на металозираните кондензатори се състоят от алуминиеви фолиа с нанометрова дебелина, които са нанесени чрез вакуумно изпаряване. Поради крайно малката дебелина на алуминиевия фолио, когато диелектричният филм претърпи локален пробив, причинен от дефекти, алуминиевото фолио около дефекта се изпарява, предотвратявайки възникването на късо съединение. Това явление се нарича самозалечващ ефект.

Процесът на извеждане на електродите при металозираните кондензатори включва напръскване на метален проводящ слой в двата края на основния елемент след навиването, последвано от запояване на изводните жици към проводящия слой. Тъй като токът на електродната пластина тече от центъра на елемента към двата края, а фолемът на електродната пластина е изключително тънък с относително високи резистивни загуби, затова е желателно основният елемент да се навива в къса и дебела форма, за да се минимизират резистивните загуби. Напротив, тъй като електродната пластина с изключително тънък алуминиев фолем притежава ограничена механична якост, не може да се осигури здраво съединение между краевия проводящ слой и електродната пластина. Когато основният елемент претърпи неравномерна деформация вследствие на нагряване, локално отделяне между краевия проводящ слой и електродната пластина лесно се случва, което предизвиква неизправности. От тази гледна точка, предпочитано е основният елемент да се навива в по-дълга и тънка форма.

Метализираните силови кондензатори имат два конструктивни типа: правоъгълни и цилиндрични. Вътрешните елементи на правоъгълните кондензатори са източени и подредени паралелно, което ги прави подходящи за общо приложение. Вътрешните елементи на цилиндричните кондензатори са къси и дебели, свързани последователно, което ги прави подходящи за среди с тежки хармоници.

Основният проблем, срещан при работата на металозираните кондензатори, е намаляването на капацитета. Всички металозирани кондензатори изпитват намаляване на капацитета с течение на времето поради процеса на самовъзстановяване, въпреки че степента на това намаляване варира. Някои кондензатори от по-ниско качество също могат да изпитат повреди, при които крайният проводящ слой се отделя от електродната пластина, което води до намаляване на капацитета до половината, една трета или дори до нулата от номиналната стойност. При кондензатори от един и същ производител, колкото по-голям е капацитетът на единичния елемент, толкова по-дълъг е основният елемент и по-голям е неговият диаметър. По-дългият елемент води до увеличени резистивни загуби, докато по-дебелият елемент предизвиква по-голяма площ на проводящия слой върху торцовата повърхност и по-голяма температурна разлика между вътрешността и външната страна на елемента, което прави проводящия слой още по-склонен към отделяне от електродната пластина. Следователно използването на един отделен голям кондензатор е по-малко надеждно в сравнение с използването на няколко по-малки кондензатора, свързани в паралел. Металозираните кондензатори изпитват по-малко чести повреди от тип късо съединение и експлозия.

Първите регулатори за компенсиране на реактивната мощност се основаваха на управление по косинус фи; тези регулатори остават в употреба и днес поради ниската си цена. Въпреки това, управлението по косинус фи води до проблема с осцилация при леки натоварвания. Например: при устройство за компенсиране най-малкият капацитет на кондензатора е 10 Kvar, индуктивната реактивна мощност на товара е 5 Kvar и косинус фи е отклонен с 0.5. В този момент, включването на кондензатора кара косинус фи да се промени на 0.5 в обратна посока; изключването на кондензатора кара косинус фи отново да се отклони с 0.5. Следователно процесът на осцилация ще продължи неопределено.

Съвременните регулатори за компенсиране на реактивната мощност работят въз основа на реактивната мощност и изискват функция за настройка, която позволява задаване на капацитета на кондензаторите в устройството за компенсиране. Това позволява включване/изключване на кондензатори според реактивната мощност на товара, което елиминира явлението на осцилация при леки натоварвания.

С непрекъснатото технологично развитие, допълнителните функции на контролерите за компенсиране на реактивната мощност все повече се разширяват, включително съхранение на данни, комуникация на данни, детекция на хармоници, измерване на мощност и други. Контролните компоненти са еволюирали от първоначални малки интегрални схеми до 8-битови микроконтролери, след това до 16-битови микроконтролери, после до 16-битови DSP, и накрая до 32-битови микроконтролери. В момента цената на 32-битовите микроконтролери е паднала до около 30 юаня за единица, което оказва минимално влияние върху хардуерната цена на контролерите. Производителността им надхвърля тази на 8-битовите микроконтролери повече от 100 пъти. Основното препятствие за широко разпространение е високата техническа сложност на разработката.

С непрекъснатото разпространение на устройства за компенсиране на реактивната мощност, интегрирането на компенсационни устройства с друго оборудване се превръща в неизбежна тенденция. Например, интегрирането на компенсационни устройства с кутии за измерване, кутии за превключване и подобно оборудване. Интегрираните устройства могат да намалят разходите, да спестят място, да минимизират електрическите връзки и да намалят поддръжните работи. Проектирането и производството на интегрирани устройства не създава технически предизвикателства; обаче, поради липсата на обединени стандарти, производителите могат да организират производството само въз основа на поръчки.