Reaktif Güç Kompanzasyon Cihazlarının Mevcut Gelişim Durumu

Kompanzasyon cihazlarında şu anda kullanılan alçak gerilim güç kondansatörlerinin tamamı metalize kondansatörlerdir. Metalize kondansatörler kompakt yapıda, maliyet açısından uygun ve kendini iyileştirme özelliğine sahiptir; bu nedenle yaygın olarak benimsenmiştir.

Metalize edilmiş kapasitörlerin elektrot plakaları, nanometre ölçeğinde kalınlıklara sahip vakum buharlaştırılmış alüminyum filmlerden oluşur. Alüminyum filmin aşırı derecede ince olması nedeniyle, dielektrik filmin kusurlar nedeniyle yerel olarak delinmesi durumunda kusurun çevresindeki alüminyum film buharlaşır ve böylece kısa devre arızaları önlenir. Bu olaya kendi kendini onarma etkisi adı verilir.

Metalize kondansatörlerin elektrot çıkış süreci, sargı sonrasında çekirdek elemanın her iki ucuna metalik iletken bir tabaka püskürtülmesi ve ardından iletken tabakaya bağlantı kablolarının lehimlenmesi aşamalarını içerir. Elektrot plakasındaki akımın yönü, elemanın merkezinden her iki uca doğru olduğundan ve elektrot plakasının alüminyum filmi oldukça ince olup direnç kayıpları göreceli olarak yüksek olduğundan, direnç kayıplarını en aza indirgemek için çekirdek elemanın kısa ve kalın bir şekilde sarılması istenir. Buna karşın, son derece ince alüminyum film elektrot plakasının mekanik dayanımı sınırlı olduğundan, uçtaki iletken tabaka ile elektrot plakası arasında sağlam bir bağlantı kurulamaz. Çekirdek eleman ısınma nedeniyle düzensiz deformasyona uğradığında, uçtaki iletken tabaka ile elektrot plakası arasında yerel soyulmalar kolayca meydana gelir ve arızalara neden olur. Bu bakımdan, çekirdek elemanın uzun ve ince bir şekilde sarılması daha uygundur.

Metalize güç kondansatörlerinin iki yapısal türü vardır: dikdörtgen ve silindirik. Dikdörtgen kondansatörlerin içindeki ana elemanlar ince ve paralel olarak düzenlenmiştir; bu nedenle genel uygulamalara uygundur. Silindirik kondansatörlerin içindeki ana elemanlar kısa ve kalındır, seri bağlıdır ve aşırı harmoniklerin bulunduğu ortamlara uygundur.

Metalize kondansatörlerin çalışması sırasında karşılaşılan temel sorun, kapasitenin azalmasıdır. Tüm metalize kondansatörler, kendi kendine iyileşme süreci nedeniyle zamanla kapasitelerinde azalma gösterir; ancak bu azalma derecesi değişiklik gösterebilir. Daha düşük kaliteli bazı kondansatörlerde ise uç iletken tabakanın elektrot plakasından ayrılması sonucu, kapasite nominal değerin yarısına, üçte birine hatta sıfıra kadar düşebilir. Aynı markaya ait kondansatörler için, tek bir ünitenin kapasitesi ne kadar büyükse, çekirdek elemanın uzunluğu o kadar fazla ve çapı o kadar kalın olur. Daha uzun bir eleman, artan dirençsel kayıplara neden olurken, daha kalın bir eleman ise uç yüzeyde daha büyük bir iletken tabaka alanı ve elemanın iç kısmı ile dışı arasında daha büyük bir sıcaklık farkı meydana getirir. Bu durum, iletken tabakanın elektrot plakasından ayrılması eğilimini artırır. Bu nedenle, tek bir büyük kapasiteli kondansatör kullanmak yerine, paralel olarak birkaç küçük kondansatör kullanmak daha güvenilirdir. Metalize kondansatörler, kısa devre ve patlama arızalarını daha az gösterir.

En erken reaktif güç kompanzasyon kontrol cihazları, güç faktörü kontrolüne dayanıyordu; bu kontrol cihazları düşük maliyetleri nedeniyle günümüzde de kullanılmaya devam etmektedir. Ancak, güç faktörüne dayalı kontrol, hafif yük osilasyonu sorusuna yol açmaktadır. Örneğin: bir kompanzasyon cihazında en küçük kondansatör gücü 10 Kvar'dır, yükün endüktif reaktif gücü 5 Kvar'dır ve güç faktörü 0.5 geridedir. Bu noktada, kondansatörü devreye almak, güç faktörünü 0.5 ileriye getirir; kondansatörü devre dışı bırakmak, güç faktörünü 0.5 geriye çeker. Sonuç olarak, osilasyon süreci süresiz devam edecektir.

Modern reaktif güç kompanzasyon kontrol cihazları, reaktif güce dayalı olarak çalışır ve kompanzasyon cihazı içerisindeki kondansatör gücünün ayarlanmasına imkan tanıyan bir ayar fonksiyonu gerektirir. Bu, yükün reaktif gücüne göre kondansatör devreye alma imkanı sunar ve böylece hafif yük osilasyonu fenomenini ortadan kaldırır.

Sürekli teknolojik gelişmelerle birlikte, reaktif güç kompanzasyon kontrol cihazlarının ek işlevleri giderek genişlemiştir; veri depolama, veri iletişim, harmonik tespit, güç ölçümü ve bunlar gibi işlevler buna dahildir. Kontrol komponentleri başlangıçta küçük ölçekli entegre devrelerden 8 bitlik mikrodenetleyicilere, ardından 16 bitlik mikrodenetleyicilere, daha sonra 16 bitlik DSP'lere ve nihayetinde 32 bitlik mikrodenetleyicilere kadar evrilmiştir. Şu anda 32 bitlik mikrodenetleyicilerin fiyatı birimi başına sadece 30 yuanın biraz üzerine düşmüştür ve kontrol cihazlarının donanım maliyeti üzerindeki etkisi en aza inmiştir. Performansları 8 bitlik mikrodenetleyicilerin performansından 100 katın üzerinde olup yaygın olarak uygulanmasının önünde engel teşkil eden temel faktör ise yüksek teknik geliştirme karmaşıklığıdır.

Reaktif güç kompanzasyon cihazlarının sürekli yayılmasıyla birlikte, kompanzasyon cihazlarının diğer ekipmanlarla entegrasyonu kaçınılmaz bir eğilim haline gelmiştir. Örneğin, kompanzasyon cihazlarının sayaç kutuları, anahtar kutuları ve benzeri ekipmanlarla entegrasyonu. Entegre cihazlar maliyeti düşürebilir, alan tasarrufu sağlayabilir, kablo kullanımını azaltabilir ve bakım iş yükünü azaltabilir. Entegre cihazların tasarımı ve üretimi teknik zorluklar çıkarmamaktadır; ancak birleşik standartların olmaması nedeniyle üreticiler sadece siparişlere göre üretim organize edebilmektedir.