Současný vývojový stav zařízení pro kompenzaci jalového výkonu

Nízkonapěťové výkonové kondenzátory aktuálně používané ve kompenzačních zařízeních jsou všechno metalizované kondenzátory. Metalizované kondenzátory jsou kompaktní, cenově výhodné a mají samoobnovující se vlastnosti; proto jsou široce využívány.

Elektrodové desky metalizovaných kondenzátorů se skládají z vakuově vypařených hliníkových fólií s tloušťkami v nanometrové škále. Díky extrémní tenkosti hliníkového fólia, když dielektrické fólio zažije lokální průraz způsobený vadami, hliníkové fólio okolo vady se vypaří, čímž se zabrání zkratovým poruchám. Tento jev se označuje jako samoopravný efekt.

Proces vývodu elektrody u metalizovaných kondenzátorů zahrnuje nanesení kovové vodivé vrstvy na oba konce jádrového elementu po jeho navinutí, následované pájením vývodů na vodivou vrstvu. Protože proud na elektrodové fólii teče ze středu elementu směrem k oběma koncům a hliníková fólie elektrody je extrémně tenká s poměrně vysokými ohmickými ztrátami, je proto vhodné navinout jádrový element do krátkého a tlustého tvaru, aby se minimalizovaly ohmické ztráty. Naopak, protože extrémně tenká hliníková fólie elektrody má omezenou mechanickou pevnost, nemůže být mezi koncovou vodivou vrstvou a elektrodou vytvořeno pevné spojení. Když jádrový element podléhá nepravidelné deformaci v důsledku zahřátí, může dojít místně k oddělení koncové vodivé vrstvy od elektrody, což způsobuje poruchy. Z tohoto hlediska je vhodné jádrový element vinout do štíhlého tvaru.

Metalizované výkonové kondenzátory mají dva konstrukční typy: obdélníkové a válcové. Jádrové prvky uvnitř obdélníkových kondenzátorů jsou štíhlé a uspořádané paralelně, což je vhodné pro obecné použití. Jádrové prvky uvnitř válcových kondenzátorů jsou krátké a tlusté, zapojené sériově, což je vhodné pro prostředí s výraznými harmonickými složkami.

Hlavní problém, který se během provozu metalizovaných kondenzátorů vyskytuje, je pokles kapacity. Všechny metalizované kondenzátory s časem trpí poklesem kapacity kvůli samovolnému opravnému procesu, i když stupeň poklesu se liší. Některé kondenzátory nižší kvality mohou také vykazovat poruchy, při kterých se koncová vodivá vrstva odděluje od elektrodové desky, což má za následek pokles kapacity na polovinu, třetinu nebo dokonce na nulu z nominální hodnoty. U kondenzátorů téhož značky platí, že čím větší je kapacita jednotlivého kondenzátoru, tím delší je jádrový prvek a tím větší je jeho průměr. Delší prvek způsobuje zvýšené odporové ztráty, zatímco tlustší prvek vede k větší ploše vodivé vrstvy na čelní ploše a většímu teplotnímu rozdílu mezi vnitřkem a vnějškem prvku, čímž je vodivá vrstva náchylnější k oddělení od elektrodové desky. Proto je použití jediného kondenzátoru s velkou kapacitou méně spolehlivé než použití více menších kondenzátorů zapojených paralelně. Metalizované kondenzátory vykazují méně zkratových a výbuchových poruch.

Nejstarší regulátory jalového výkonu byly založeny na řízení účiníku; tyto regulátory se stále používají díky své nízké ceně. Řízení na základě účiníku však způsobuje problém kmitání při nízkém zatížení. Například: v kompenzačním zařízení je nejmenší výkon kondenzátoru 10 kvar, induktivní jalový výkon zátěže je 5 kvar a účiník je opožděný 0,5. V tomto okamžiku zapnutí kondenzátoru způsobí, že účiník bude předbíhající 0,5; vypnutí kondenzátoru způsobí, že účiník bude opožděný 0,5. Tím se bude proces kmitání neustále opakovat.

Moderní regulátory jalového výkonu pracují na základě jalového výkonu, což vyžaduje nastavovací funkci umožňující konfiguraci výkonu kondenzátoru v kompenzačním zařízení. To umožňuje spínání kondenzátorů podle jalového výkonu zátěže a tím se eliminuje jev kmitání při nízkém zatížení.

S neustálým technologickým pokrokem se funkce řídicích systémů pro kompenzaci jalového výkonu stále rozšiřují, například o ukládání dat, komunikaci dat, detekci harmonických kmitočtů, měření výkonu a podobně. Řídicí komponenty se postupně vyvíjely od původních malých integrovaných obvodů po 8bitové mikrokontroléry, poté 16bitové mikrokontroléry, dále 16bitové DSP a nakonec 32bitové mikrokontroléry. V současnosti klesla cena 32bitových mikrokontrolérů na pouhých přibližně 30 jüanů za kus, což má minimální dopad na náklady na hardware řídicích systémů. Jejich výkon je více než 100krát vyšší než výkon 8bitových mikrokontrolérů. Hlavní překážkou pro jejich široké uplatnění je vysoká technická složitost vývoje.

S kontinuálním rozšiřováním výkonových kompenzačních zařízení se integrace těchto zařízení s jiným vybavením stává nevyhnutelným trendem. Například integrace kompenzačních zařízení s měřicími skříněmi, spínačovými skříněmi a podobným vybavením. Integrovaná zařízení mohou snížit náklady, ušetřit prostor, minimalizovat zapojení a snížit údržbovou práci. Návrh a výroba integrovaných zařízení nepředstavuje technické výzvy; avšak kvůli absenci sjednocených norem mohou výrobci organizovat výrobu pouze na základě objednávek.