Estado Actual del Desarrollo de Dispositivos de Compensación de Potencia Reactiva

Los capacitores de baja tensión actualmente utilizados en dispositivos de compensación son todos capacitores metalizados. Los capacitores metalizados son compactos, rentables y poseen propiedades autorreparadoras; por lo tanto, han sido ampliamente adoptados.

Las placas de electrodos de los condensadores metalizados consisten en películas de aluminio evaporadas al vacío con espesores a escala nanométrica. Debido a la extrema delgadez de la película de aluminio, cuando la película dieléctrica sufre una ruptura local causada por defectos, la película de aluminio que rodea el defecto se evapora, evitando así fallos de cortocircuito. Este fenómeno se denomina efecto de autoreparación.

El proceso de salida del electrodo en los condensadores metalizados consiste en rociar una capa conductora metálica en ambos extremos del elemento central después del bobinado, seguido de la soldadura de los cables de conexión en la capa conductora. Dado que la corriente del electrodo fluye desde el centro del elemento hacia ambos extremos, y la película de aluminio del electrodo es extremadamente delgada con pérdidas resistivas relativamente altas, es conveniente bobinar el elemento central en forma de corta y gruesa para minimizar las pérdidas resistivas. Por otro lado, debido a que la película de aluminio extremadamente delgada del electrodo tiene una resistencia mecánica limitada, no se puede establecer una conexión firme entre la capa conductora del extremo y el electrodo. Cuando el elemento central sufre deformaciones desiguales debido al calor, fácilmente ocurre una desconexión local entre la capa conductora del extremo y el electrodo, causando fallos. Desde este punto de vista, es preferible bobinar el elemento central en forma alargada.

Los condensadores de potencia metalizados tienen dos tipos estructurales: rectangular y cilíndrico. Los elementos internos de los condensadores rectangulares son delgados y están dispuestos en paralelo, lo que los hace adecuados para aplicaciones generales. Los elementos internos de los condensadores cilíndricos son cortos y gruesos, conectados en serie, lo que los hace adecuados para entornos con armónicos severos.

El principal problema que se presenta durante el funcionamiento de los condensadores metalizados es la reducción de la capacitancia. Todos los condensadores metalizados experimentan una disminución de la capacitancia con el tiempo debido al proceso de autoreparación, aunque el grado varía. Algunos condensadores de menor calidad también pueden presentar fallos en los que la capa conductora final se desprende de la placa del electrodo, provocando reducciones de la capacitancia hasta la mitad, un tercio o incluso cero del valor nominal. En condensadores de la misma marca, cuanto mayor sea la capacidad individual, más largo será el elemento central y mayor su diámetro. Un elemento más largo provoca mayores pérdidas resistivas, mientras que un elemento más grueso genera un área mayor de la capa conductora en la cara final y una mayor diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del elemento, lo que hace que la capa conductora sea más propensa a desprenderse de la placa del electrodo. Por lo tanto, utilizar un único condensador de gran capacidad es menos confiable que emplear varios condensadores más pequeños en paralelo. Los condensadores metalizados presentan menos fallos de cortocircuito y explosiones.

Los primeros controladores de compensación de potencia reactiva se basaban en el control del factor de potencia; estos controladores siguen en uso hoy en día debido a su bajo costo. Sin embargo, el control basado en el factor de potencia conduce al problema de la oscilación en cargas ligeras. Por ejemplo: en un dispositivo de compensación, la capacidad mínima del condensador es de 10 kvar, la potencia reactiva inductiva de la carga es de 5 kvar y el factor de potencia está en retardo 0,5. En este momento, al conectar un condensador, el factor de potencia pasa a estar en adelanto 0,5; al desconectar el condensador, el factor de potencia vuelve a estar en retardo 0,5. Como resultado, el proceso de oscilación continuará indefinidamente.

Los controladores modernos de compensación de potencia reactiva funcionan basándose en la potencia reactiva, lo que requiere una función de ajuste que permita configurar la capacidad del condensador dentro del dispositivo de compensación. Esto posibilita el conmutado de condensadores según la potencia reactiva de la carga, eliminando así el fenómeno de oscilación en cargas ligeras.

Con el continuo avance tecnológico, las funciones adicionales de los controladores de compensación de potencia reactiva han expandido cada vez más, incluyendo almacenamiento de datos, comunicación de datos, detección de armónicos, medición de potencia, entre otras. Los componentes de control han evolucionado desde los primeros circuitos integrados de pequeña escala hasta microcontroladores de 8 bits, luego microcontroladores de 16 bits, seguidos por DSP de 16 bits y finalmente microcontroladores de 32 bits. Actualmente, el precio de los microcontroladores de 32 bits ha caído a poco más de 30 yuanes por unidad, teniendo un impacto mínimo en el costo del hardware de los controladores. Su rendimiento supera al de los microcontroladores de 8 bits en más de 100 veces. La principal barrera para su adopción generalizada es la alta complejidad técnica de desarrollo.

Con la continua proliferación de dispositivos de compensación de potencia reactiva, la integración de los dispositivos de compensación con otros equipos se ha convertido en una tendencia inevitable. Por ejemplo, la integración de dispositivos de compensación con cajas de medición, cajas de interruptores y equipos similares. Los dispositivos integrados pueden reducir costos, ahorrar espacio, minimizar el cableado y disminuir la carga de mantenimiento. El diseño y fabricación de dispositivos integrados no presenta desafíos técnicos; sin embargo, debido a la ausencia de normas unificadas, los fabricantes solo pueden organizar la producción basándose en pedidos.