امروزه خازن ها نقش ویژه ای در صنعت برق به ویژه در کارخانجات ایفا می کنند که مهمترین آن اصلاح ضریب قدرت می باشد. در یک خط تولید کارخانه تعداد زیادی موتور القایی وجود دارد که با توجه به ویژگی های موتور القایی سبب افزایش توان راکتیو مصرفی کارخانه می شوند. توان راکتیو در واقع توانی است که مصرف می شود اما کار مفیدی را انجام نمی دهد و با توجه به اینکه امروزه از کنتورهای هوشمند که توانایی اندازه گیری هر دو توان راکتیو و اکتیو را دارد، برای مصارف صنعتی و حتی خانگی استفاده می شود، مصرف کننده ملزم به پرداخت بهای مصرفی هر دو توان اکتیو و راکتیو می باشد. اصلی ترین راه در کاهش توان راکتیو کارخانه ها و در بعضی از مواقع مصارف خانگی، استفاده از خازن به عنوان اصلاح کننده ضریب قدرت می باشد. با توجه به ویژگی های خازن، بکار بردن آن در مدارات به مقدار خیلی زیادی باعث اصلاح ضریب توان و در نتیجه کاهش توان راکتیو مصرفی می شود. محاسبه مقدار خازن نیازمند محاسبات فنی و دقیق دارد که توسط فرد متخصص صورت می گیرد. در ادامه ابتدا به صورت کلی به ساختار خازن و ویژگی های آن اشاره شده و سپس دسته بندی مربوط به آن براساس سطح ولتاژ و توان خروجی ارائه شده است.
ساختار کلی خازن اصلاح ضریب قدرت
خازن های اولیه دارای دی الکتریکی از جنس کاغذ کرافت و مایع نفوذی آسکارل بودند و تا ظرفیت حدود ۱۰۰ KVAR تولید می شدند که به خازن های کاغذی معروف بودند. با پیشرفت تکنولوژی و تولید فیلم‌های پلاستیکی عایق از جنس پلی‌پروپیلن، امکان تولید خازن با ظرفیت های بزرگتر از طریق ترکیب کاغذ کرافت و پلاستیک فوق میسر گردید. لازم به ذکر است که خازنهای تمام فیلم، اتلاف کمتری دارند و به ندرت شاهد ترکیدگی این نوع از خازن ها هستیم و همچنین دارای دمای کارکرد پایینی می باشند.
خازنهای فشار ضعیف
خازن های فشار ضعیف دارای ولتاژ زیر ۱۰۰۰ ولت می باشند و امروزه بصورت سیلندری تولید می شوند. به این خازن ها معمولاً خازن خشک هم گفته میشود که به دو صورت تکفاز و سه فاز در بازار موجود می باشد. ساختار داخلی آنها به صورت کویل های آلومینیومی باشد که در نوع سه فاز آن از تصال مثلث استفاده می شود.
خازنهای فشار متوسط ( سطح ولتاژ بالای ۱۰۰۰ ولت )
در این سطح ولتاژ، اصولا خازنها به صورت روغنی و در طراحی تکفاز و سه فاز میباشند که از موازی و سری شدن المانهای ریز تر خازن، ظرفیت نهایی با توانایی تحمل ولتاژ مورد نظر به دست خواهد آمد. المانهای خازنها درون یک بدنه واحد قرار می‌گیرند و اغلب نیازی به نگهداری ندارند. المانهای خازنی مطابق با استانداردهای صنعتی طراحی و آزمایش می‌شوند. مشخصه خازنها شامل کیلووار، ولتاژ و فرکانس نامی، دمای محیط از ۴۰- تا ۵۵+ درجه سانتیگراد است. خازنهای تکفاز در سایزهایی با کیلوارهای مختلف موجود هستند. در ادامه اجزاء مختلف خازن را بررسی می‌کنیم:
ساختار خازن فشار متوسط
الکترودها اغلب صفحات نازکی به ضخامت ۶ میلیمتر و از جنس آلومینیوم کشیده شده هستند. الکترودها با صفحات دی‌الکتریک از هم جدا شده‌اند و به دور یک محور پیچیده شده‌اند. ترمینال‌ها با لحیم یا جوش به الکترود متصل می‌شوند. در خازنهای تکفاز معمولاً دو الکترود به کار می‌روند.
دی‌الکتریک یا ماده عایق در خازن اصلاح ضریب قدرت برای جدا کردن الکترودها به کار می‌رود. این مواد استقامت دی‌الکتریکی بالا، ثابت دی‌الکتریک بزرگ، و تلفات اندکی دارند. در ابتدا در تولید خازن از کاغذ کرافت استفاده می‌شد، ولی امروزه از فیلم‌های پلی‌پروپیلن استفاده میشود. کاغذ مورد استفاده چگالی کم (حدود ۰٫۸گرم بر سانتیمتر مکعب) دارد. ثابت دی‌الکتریکی وابسته به نوع روغن مورد استفاده در کاغذ دارد. فیلم‌های پلی‌پروپیلن در دهه ۳۰ اختراع شدند و در دهه ۶۰ در صنعت خازن به کار گرفته شدند. این ماده تلفات بسیار کم و ثابت دی‌الکتریک بزرگی دارد که در فرکانس ۵۰ هرتز تا ۱ مگاهرتز حدود ۲/۲۵ است. ضخامت فیلم بسیار اندک (در حدود ۱۰ میکرون)، و در نتیجه خازن تولیدی بسیار کم‌حجم خواهد بود.
بدنه: مجموعه الکترودهای آلومینیومی و دی‌الکتریک در یک محفظه فلزی قرار داده میشود و بین این دو با عایق پر می‌گردد. از ماده‌ای دی‌الکتریک برای پر کردن محفظه استفاده میشود. سپس بدنه آب‌بندی شده و الکترودها به بوشینگ‌ها متصل می‌شوند. در خازنهای فشار قوی، بدنه را می‌توان از جنس فولاد ضد زنگ ساخت
بوشینگ خازن: در خازنهای فشار ضعیف، ترمینال‌های عادی استفاده میشود. در ولتاژهای بالاتر، ترمینال در درون بوشینگ‌های پرسلینporcelain قرار داده میشود. بوشینگ‌ها زبانه‌های فلزی دارند. برای پر کردن منافذ موجود در کویل از مایع عایقی استفاده میشود که اهمیت بسزایی دارد، زیرا هر منفذی می‌تواند باعث تخلیه الکتریکی بین الکترودها و درون دی‌الکتریک گردد و خازن را خراب کند. در طراحی‌های قبل از ۱۹۷۵، از PCB به عنوان نافذ اصلی استفاده می‌شد. بعدها ثابت شد که این ماده تجزیه پذیر نیست و هم برای محیط زیست و هم سلامت افراد خطرناک است. سپس سازندگان خازن مجبور شدند برای این ماده جایگزینی پیدا کنند. خازن‌هایی با تکنولوژی فیلم و بخار فلز با سیال عایق و بدون PCB تولید شدند. سپس فیلم‌های فلزی و کاملاً خشک در اواخر دهه ۷۰ ظاهر شدند. ولی PCB ماده‌ای ضد آتش با خصوصیات برتری است که هیچ یک از مواد جایگزین آن خصوصیات را یکجا ندارند
مقاومت تخلیه‌ای خازن اصلاح ضریب قدرت : که بین الکترودها قرار می‌گیرد تا خازن را در هنگام قطع شدن از منبع، دشارژ کند و مقدار آن بسته به مدت زمان و ولتاژ پسماند نهایی مد نظر تعیین میشود.