Stadiul actual de dezvoltare al dispozitivelor de compensare a puterii reactive

Condensatorii de joasă tensiune utilizați în prezent în dispozitivele de compensare sunt toți condensatori metalizați. Condensatorii metalizați sunt compacți, eficienți din punct de vedere al costurilor și au proprietăți de autoregenerare; prin urmare, au fost larg adoptați.

Plăcile electrodurilor condensatorilor metalizați sunt compuse din filme de aluminiu evaporate în vid, având grosimi la scara nanometrică. Datorită extremei subțimi a filmului de aluminiu, atunci când filmul dielectric suferă o străpungere locală provocată de defecte, filmul de aluminiu din jurul defectului este evaporat, prevenind astfel defectele de scurtcircuit. Acest fenomen este denumit efectul de autoreparare.

Procesul de preluare a electrozilor la condensatorii metalizați implică pulverizarea unei straturi conductoare metalice pe ambele capete ale elementului central după bobinare, urmată de lipirea firelor de conexiune pe stratul conductor. Deoarece curentul de la placa electrozilor curge din centrul elementului către ambele capete, iar filmul de aluminiu al plăcii electrozilor este extrem de subțire, având pierderi rezistive relativ mari, este de dorit ca elementul central să fie bobinat sub formă scurtă și groasă pentru a minimiza pierderile rezistive. În mod contrar, din cauza faptului că placa electrozilor subțire film de aluminiu are o rezistență mecanică limitată, nu poate fi realizată o conexiune solidă între stratul conductor de capăt și placa electrozilor. Atunci când elementul central suferă o deformare neuniformă din cauza încălzirii, se poate produce cu ușurință o desprindere locală între stratul conductor de capăt și placa electrozilor, provocând defecțiuni. Din acest punct de vedere, este preferabil ca elementul central să fie bobinat sub o formă subțire și alungită.

Condensatorii de putere metalizați au două tipuri structurale: dreptunghiulari și cilindrici. Elementele de bază din interiorul condensatorilor dreptunghiulari sunt subțiri și aranjate în paralel, fiind potriviți pentru aplicații generale. Elementele de bază din interiorul condensatorilor cilindrici sunt scurte și groase, conectate în serie, fiind potrivite pentru medii cu armonici severe.

Problema principală întâmpinată în timpul funcționării condensatorilor metalizați este reducerea capacității. Toți condensatorii metalizați suferă o scădere a capacității în timp din cauza procesului de autoregenerare, deși gradul variază. Unele condensatoare de calitate inferioară pot prezenta și defecte prin care stratul conductor de la capete se desprinde de pe placa electrodului, determinând scăderi ale capacității până la jumătate, o treime sau chiar zero din valoarea nominală. La condensatoarele de același brand, cu cât capacitatea unui singur element este mai mare, cu atât elementul este mai lung și diametrul său este mai gros. Un element mai lung duce la creșterea pierderilor rezistive, iar un element mai gros determină o suprafață mai mare a stratului conductor pe fața frontală și o diferență de temperatură mai mare între interiorul și exteriorul elementului, ceea ce face ca stratul conductor să se desprindă mai ușor de pe placa electrodului. Prin urmare, utilizarea unui singur condensator cu capacitate mare este mai puțin fiabilă decât utilizarea mai multor condensatoare mici în paralel. Condensatorii metalizați prezintă mai puține defecte de scurtcircuit și explozie.

Primele controlere de compensare a puterii reactive s-au bazat pe controlul factorului de putere; aceste controlere rămân în uz și astăzi datorită costului lor redus. Cu toate acestea, controlul bazat pe factorul de putere duce la problema oscilației în sarcină ușoară. De exemplu: într-un dispozitiv de compensare, capacitatea minimă a condensatorului este de 10 Kvar, puterea reactivă inductivă a sarcinii este de 5 Kvar, iar factorul de putere este în întârziere cu 0,5. În acest moment, conectarea unui condensator face ca factorul de putere să devină în avans cu 0,5; deconectarea condensatorului face ca factorul de putere să devină în întârziere cu 0,5. Astfel, procesul de oscilație se va continua la nesfârșit.

Controlerele moderne de compensare a puterii reactive funcționează pe baza puterii reactive, necesitând o funcție de setare care permite configurarea capacității condensatorului din cadrul dispozitivului de compensare. Acest lucru permite comutarea condensatorului în funcție de puterea reactivă a sarcinii, eliminând astfel fenomenul de oscilație în sarcină ușoară.

Odată cu avansul continuu al tehnologiei, funcțiile suplimentare ale controlerelor de compensare a puterii reactive s-au extins din ce în ce mai mult, incluzând stocarea datelor, comunicația de date, detectarea armonicilor, măsurarea puterii și așa mai departe. Componentele de control au evoluat de la primele circuite integrate de dimensiuni mici la microcontrolere de 8 biți, apoi la microcontrolere de 16 biți, urmate de DSP-uri de 16 biți, iar în final la microcontrolere de 32 de biți. În prezent, prețul microcontrolerelor de 32 de biți a scăzut la doar peste 30 yuan pe unitate, având un impact minim asupra costului hardware al controlerelor. Performanța lor depășește de peste 100 de ori aceea a microcontrolerelor de 8 biți. Principalul obstacol în calea adoptării extensive este complexitatea ridicată a dezvoltării tehnice.

Cu proliferarea continuă a dispozitivelor de compensare a puterii reactive, integrarea dispozitivelor de compensare cu alte echipamente a devenit o tendință inevitabilă. De exemplu, integrarea dispozitivelor de compensare cu cutii de măsurare, cutii de comutare și echipamente similare. Dispozitivele integrate pot reduce costurile, economisi spațiu, minimiza cablajul și scădea eforturile de întreținere. Proiectarea și fabricarea dispozitivelor integrate nu ridică probleme tehnice; totuși, din lipsa unor standarde unificate, producătorii pot organiza producția doar pe baza comenzilor.