Status Perkembangan Saat Ini dari Perangkat Kompensasi Daya Reaktif

Kapasitor daya tegangan rendah yang saat ini digunakan dalam perangkat kompensasi semuanya merupakan kapasitor metalisasi. Kapasitor metalisasi memiliki ukuran kecil, biaya yang ekonomis, dan menunjukkan sifat penyembuhan diri; oleh karena itu, kapasitor ini telah banyak diadopsi.

Pelat elektroda kapasitor berlapis logam terdiri dari lapisan tipis aluminium yang diuapkan dalam kondisi vakum, dengan ketebalan pada skala nanometer. Karena lapisan aluminium sangat tipis, ketika terjadi kegagalan lokal pada lapisan dielektrik akibat cacat, lapisan aluminium di sekitar cacat tersebut akan menguap, sehingga mencegah terjadinya hubungan pendek. Fenomena ini dikenal sebagai efek penyembuhan diri.

Proses pelepasan elektroda pada kapasitor yang dilapisi logam melibatkan penyemprotan lapisan konduktif logam pada kedua ujung elemen inti setelah proses penggulungan, diikuti dengan penyolderan kabel pelepas pada lapisan konduktif tersebut. Karena arus pelat elektroda mengalir dari tengah elemen menuju kedua ujungnya, dan lapisan film aluminium pada pelat elektroda sangat tipis dengan kehilangan resistif yang relatif tinggi, maka sebaiknya elemen inti digulung dalam bentuk pendek dan tebal untuk meminimalkan kehilangan resistif. Sebaliknya, karena pelat elektroda berlapis film aluminium yang sangat tipis memiliki kekuatan mekanis yang terbatas, hubungan yang kuat tidak dapat terbentuk antara lapisan konduktif ujung dan pelat elektroda. Ketika elemen inti mengalami deformasi tidak merata akibat pemanasan, lepasnya secara lokal antara lapisan konduktif ujung dan pelat elektroda mudah terjadi, menyebabkan gangguan. Dari sudut pandang ini, lebih baik menggulung elemen inti dalam bentuk ramping.

Kapasitor daya metallized memiliki dua tipe struktural: persegi panjang dan silindris. Elemen inti di dalam kapasitor persegi panjang berbentuk ramping dan disusun secara paralel, sehingga cocok untuk aplikasi umum. Elemen inti di dalam kapasitor silindris berbentuk pendek dan tebal, terhubung secara seri, sehingga cocok untuk lingkungan dengan harmonik yang parah.

Masalah utama yang ditemui selama operasi kapasitor metalisasi adalah penurunan kapasitas. Semua kapasitor metalisasi mengalami penurunan kapasitas seiring waktu akibat proses self-healing, meskipun tingkat penurunannya bervariasi. Beberapa kapasitor berkualitas rendah juga dapat menunjukkan kegagalan di mana lapisan konduktif pada ujungnya terlepas dari pelat elektroda, menyebabkan kapasitas berkurang menjadi setengah, sepertiga, atau bahkan nol dari nilai terukur. Untuk kapasitor merek yang sama, semakin besar kapasitas per unitnya, semakin panjang elemen inti dan semakin besar diameter elemen tersebut. Elemen yang lebih panjang menyebabkan peningkatan rugi resistif, sedangkan elemen yang lebih tebal menghasilkan area lapisan konduktif pada permukaan ujung yang lebih luas serta perbedaan suhu yang lebih besar antara bagian dalam dan luar elemen, sehingga lapisan konduktif lebih rentan terlepas dari pelat elektroda. Oleh karena itu, penggunaan satu kapasitor berkapasitas besar kurang andal dibandingkan penggunaan beberapa kapasitor lebih kecil yang dipasang paralel. Kapasitor metalisasi menunjukkan sedikit kegagalan hubung singkat dan ledakan.

Kontroler kompensasi daya reaktif pertama berbasis pada kontrol faktor daya; kontroler ini tetap digunakan hingga saat ini karena biayanya yang rendah. Namun, pengendalian berdasarkan faktor daya menimbulkan masalah osilasi beban ringan. Contohnya: pada suatu perangkat kompensasi, rating kapasitor terkecil adalah 10 Kvar, daya reaktif induktif beban adalah 5 Kvar, dan faktor daya tertinggal (lagging) sebesar 0,5. Pada titik ini, menghubungkan kapasitor menyebabkan faktor daya menjadi mendahului (leading) sebesar 0,5; melepaskan kapasitor menyebabkan faktor daya kembali menjadi tertinggal sebesar 0,5. Dengan demikian, proses osilasi ini akan terus berlangsung tanpa akhir.

Kontroler kompensasi daya reaktif modern bekerja berdasarkan daya reaktif, sehingga membutuhkan fungsi pengaturan yang memungkinkan konfigurasi rating kapasitor di dalam perangkat kompensasi. Ini memungkinkan pensaklaran kapasitor sesuai dengan daya reaktif beban, sehingga menghilangkan fenomena osilasi beban ringan.

Dengan kemajuan teknologi yang terus-menerus, fungsi tambahan dari kontroler kompensasi daya reaktif semakin berkembang, mencakup penyimpanan data, komunikasi data, deteksi harmonik, pengukuran daya, dan sebagainya. Komponen kontrolnya telah berevolusi dari awalnya sirkuit terintegrasi skala kecil menjadi mikrokontroler 8-bit, kemudian mikrokontroler 16-bit, diikuti oleh DSP 16-bit, dan akhirnya ke mikrokontroler 32-bit. Saat ini, harga mikrokontroler 32-bit telah turun hingga hanya sedikit di atas 30 yuan per unit, sehingga dampaknya terhadap biaya perangkat keras kontroler menjadi sangat kecil. Kinerjanya lebih dari 100 kali lipat dibandingkan mikrokontroler 8-bit. Hambatan utama untuk adopsi secara luas adalah tingginya kompleksitas pengembangan teknis yang diperlukan.

Dengan terus berkembangnya perangkat kompensasi daya reaktif, integrasi perangkat kompensasi dengan peralatan lain telah menjadi tren yang tak terelakkan. Contohnya, integrasi perangkat kompensasi dengan kotak meter, kotak saklar, dan peralatan sejenisnya. Perangkat terintegrasi dapat mengurangi biaya, menghemat ruang, meminimalkan kabel, serta mengurangi beban pemeliharaan. Desain dan produksi perangkat terintegrasi tidak menimbulkan tantangan teknis; namun, karena belum adanya standar yang seragam, produsen hanya dapat mengatur produksi berdasarkan pesanan.