一、電容器及其用途

1、電容器的概念

導(dǎo)體上可以保留一定量的電荷，即導(dǎo)體具有儲(chǔ)存電荷的能力。但單獨(dú)的導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)較小，為了提高導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)，把導(dǎo)體做成一定的結(jié)構(gòu)。被絕緣物隔開的兩個(gè)導(dǎo)體的組合叫做電容器。組成電容器的兩個(gè)導(dǎo)體叫做極板，中間的絕緣物質(zhì)叫做電容器的介質(zhì)。

2、電容器的用途

電容器是電工和電子技術(shù)中常用的元件之一。在電力系統(tǒng)中，利用它可以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)；在電子技術(shù)中，利用它可以起到濾波、耦合、隔直、調(diào)諧、旁路、選頻等作用。在機(jī)械加工工藝中，利用電容器還可以進(jìn)行電火花加工。

二、電容器的分類

1、按結(jié)構(gòu)分類

1）固定電容

其容量固定不可調(diào)節(jié)。

2）可變電容

其容量可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。常用的空氣可變電容器由兩組鋁片組成，不動(dòng)的一組叫定片，可以轉(zhuǎn)動(dòng)的一組叫動(dòng)片。通過旋轉(zhuǎn)動(dòng)片，改變動(dòng)片與定片的相對面積，從而改變電容量大小。

3）微調(diào)電容

常見的陶瓷微調(diào)電容器是由兩片小型金屬彈片中間加有介質(zhì)構(gòu)成，其容量變化范圍不大，常用于調(diào)諧回路中微調(diào)頻率。

2、按介質(zhì)材料分類

1）云母電容器

云母電容器耐高壓、高溫，性能穩(wěn)定，體積小，漏電小，損耗小，但電容量小。

2）陶瓷電容器

陶瓷電容器耐高溫，體積小，性能穩(wěn)定，漏電小，電容量小。

3）金屬膜電容器

金屬膜電容器體積小，電容量較大，擊穿后有自愈能力。

4）鋁電解電容器

鋁電解電容器電容量大，有極性，漏電大，損耗大。

3、按有無極性分類

1）有極性電容

一般電解電容器有正負(fù)極之分，使用時(shí)正極接高電位，負(fù)極接低電位，不能接錯(cuò)。有極性電容不能用于交流電路，否則容易被擊穿損壞。

2）無極性電容

沒有極性之分，可以用于交流電路。

三、電容器的串聯(lián)與并聯(lián)

成品電容器都有一定的規(guī)格。在實(shí)際使用時(shí)，常常會(huì)遇到電容量或額定工作電壓不符合電路要求，這時(shí)可將若干只電容器作適當(dāng)聯(lián)接，以滿足電路的需要。

1、電容器的串聯(lián)

若干個(gè)電容器依次相連，中間無分支的聯(lián)接方式叫電容器的串聯(lián)。電容器串聯(lián)相當(dāng)于把它的兩個(gè)極板的距離加大，因而具有以下特點(diǎn)。

1）如下圖所示，電容器C1與C2串聯(lián)后接到電壓為U的直流電源上，使與電源直接相接的兩極板充有等量異性電荷，其余兩極板在靜電感應(yīng)下也同樣帶上異性等量電荷。

![圖片](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LLicxdjpl5HpYyib6S7INYEEHibCPnKbtdSEibXkE9sywnhYOv9AQYTNfOmQks0rNv8qlXicaAw1zsfQZibjGpCnRAQA/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

因此，各電容器所帶電量相等，并等于串聯(lián)后等效電容器上所帶的電量，即:

Q=Q1=Q2=……=Qn

2）由基爾霍夫第二定律可知，總電壓U等于每個(gè)電容器兩端電壓之和。即:

U=U1+U2+……+Un

3）因?yàn)閁=Q/C U1=Q1/C1=Q/C1 U2=Q2/C2=Q/C2

代入U(xiǎn)=U1+U2得:Q/C=Q/C1+Q/C2

消去Q得:1/C=1/C1+1/C2

若有n個(gè)電容器串聯(lián)

則:1/C=1/C1+1/C2+……+1/Cn

上式說明，串聯(lián)電容器的等效電容量的倒數(shù)等于各串聯(lián)電容的倒數(shù)之和。這個(gè)關(guān)系相似于電阻并聯(lián)時(shí)的情況，若串聯(lián)的n個(gè)電容器的容量相同，且都為C,則等效電容為：C串=C/n

為了計(jì)算方便，兩個(gè)電容器串聯(lián)時(shí)的等效電容常用下式計(jì)算:

C=C1C2/(C1+C2)

串聯(lián)電容器的等效電容量比其中電容量最小的還小。同時(shí)各個(gè)電容器上分配的電壓與其電容量成反比，因?yàn)閁1=Q/C1，且每個(gè)電容器上的電量相等。故電容量大的分配的電壓低，電容量小的電容器分配的電壓高。在具體使用中，必須慎重地考慮各個(gè)電容器的耐壓情況，否則會(huì)因?yàn)槭韬?，使電容器分配的電壓超過額定電壓而被擊穿。

當(dāng)只有兩只電容器串聯(lián)時(shí)，計(jì)算每只電容器上分配的電壓可用下面簡單公式:

U1=C2/(C1+C2) U2=C1/(C1+C2)

式中U為電源電壓，U1與U2分別為串聯(lián)電容器上分配的電壓。

2、電容器的并聯(lián)

若干個(gè)電容器接在相同的兩點(diǎn)之間的聯(lián)接方式叫電容器的并聯(lián)。下圖為兩只電容器的并聯(lián)。

當(dāng)單只電容器的耐壓能滿足，而電容量不能滿足時(shí)，可以把幾只電容器并聯(lián)起來使用。并聯(lián)時(shí)有如下特點(diǎn)：

1）由于兩個(gè)電容器所受電壓都等于電源電壓U，因此它們極板上充有電荷為：

Q1=C1U，Q2=C2U，從電源得到的總電荷量Q應(yīng)為:

Q=Q1+Q2

2）電容器并聯(lián)后等效電容量C等于各個(gè)電容器的容量之和，即:

C=Q/U=(Q1+Q2)/U

=(C1U+C2U)/U

=(C1+C2)U/U=C1+C2

這一關(guān)系與電阻串聯(lián)的情況相似，若并聯(lián)的n個(gè)電容器的容量相同，且都為C,則等效電容為：C并=nC。

3）每個(gè)電容器兩端的電壓相同，并等于外加電源電壓，即:

U=U1=U2=……=Un

從以上分析可知,電容器并聯(lián)時(shí)總電容量增大了,并聯(lián)電容器的數(shù)目越多，其等效電容越大。應(yīng)當(dāng)注意，并聯(lián)時(shí)各個(gè)電容器直接與外加電壓相接，因此每只電容器的耐壓都必須大于外加電壓值。

四、電容器的選用

在選用電容器時(shí)，不僅要滿足性能要求，還應(yīng)考慮其體積、重量及價(jià)格等因素，不僅要考慮電路的要求，還應(yīng)考慮電容器所處的工作環(huán)境。

1、首先應(yīng)滿足電性能要求，主要考慮電容量和耐壓值。

2、選用電容器時(shí)要考慮電路要求和工作環(huán)境，如用在諧振回路中，可選用云母、陶瓷電容等；用于濾波時(shí)，可選用電解電容器；用來改善功率因數(shù)時(shí)，可選用油質(zhì)電容器等?？傊?，要視不同使用場合，不同電路要求，選用不同種類的電容器。

3、選用電容器時(shí)還應(yīng)考慮電容器的裝配形式、體積及成本等。

五、電容器的巡視檢查

1、電容器投入運(yùn)行前的檢查

1）上下端引線應(yīng)緊固無斷線。

2）瓷瓶應(yīng)清潔無損，無裂紋、無放電痕跡。

3）雷電動(dòng)作記錄器應(yīng)完好，并指示零位。

4）接地應(yīng)完好。

5）繼電保護(hù)應(yīng)完好。

2、電容器正常運(yùn)行中的檢查

1）有人值班的每班檢查一次，無人值班的每周檢查一次。

2）夏季在溫度最高時(shí)進(jìn)行檢查，其他季節(jié)在系統(tǒng)電壓最高時(shí)進(jìn)行檢查。

3）瓷套管應(yīng)清潔無損，無裂紋、無放電痕跡。

4）外殼無膨脹和滲漏油現(xiàn)象。

5）無異常聲響和火花放電。

6）接地裝置應(yīng)良好。

7）記錄有關(guān)電壓表、電流表、溫度表的讀數(shù)，對檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行記錄。

3、電容器停電檢查

1）定期停電檢查應(yīng)每季度進(jìn)行一次。

2）檢查各接點(diǎn)螺絲應(yīng)無松動(dòng)。

3）放電回路應(yīng)完好。

4）外殼的保護(hù)接地線應(yīng)完好。

5）繼電保護(hù)及熔斷器等保護(hù)裝置應(yīng)完整可靠。

6）檢查并清掃外殼、絕緣子和支架等處的灰塵。

4、電容器的特殊巡視檢查

在出現(xiàn)斷路器跳閘、熔體熔斷等情況后，應(yīng)立即進(jìn)行特殊巡視檢查，要有針對性地查找原因，必要時(shí)對電容器進(jìn)行試驗(yàn)，在查出原因之前，不得再次合閘運(yùn)行。注意檢查前除自動(dòng)放電外，還應(yīng)進(jìn)行人工充分放電，否則不得觸及電容器。

六、補(bǔ)償電容器的運(yùn)行維護(hù)

1、補(bǔ)償電容器的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

1）電壓

補(bǔ)償電容器在正常電壓下運(yùn)行是發(fā)揮其無功補(bǔ)償作用的重要條件。電容器組允許在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行。運(yùn)行中，由于倒閘操作、電壓調(diào)整、負(fù)荷變化等因素可能會(huì)引起過電壓。根據(jù)過電壓的數(shù)值，電容器組允許相對較短時(shí)間的過電壓。

2）電流

電容器運(yùn)行中過電流的原因：

（1) 電容值有正偏差；

（2）母線電壓高于電容器額定電壓；

（3）電網(wǎng)有諧波電壓；

（4）電網(wǎng)輕負(fù)荷運(yùn)行引起高電壓；

（5）電網(wǎng)頻率高于額定頻率；

（6）發(fā)生故障或操作引起暫態(tài)過電壓。

電容器組允許在1.3倍額定電流下長期運(yùn)行，在允許超過額定電流的30%中，10%是由允許的工頻過電壓所引起，20%是由高次諧波電壓所引起。

3）溫度

電容器沒有銅損，也沒有鐵損，僅有介質(zhì)損耗，因此電容器的發(fā)熱量由介質(zhì)損耗決定，即由電容量、頻率和電壓決定，更與其絕緣介質(zhì)的絕緣性能有直接關(guān)系。

補(bǔ)償電容器溫度過高時(shí)，會(huì)影響它的使用壽命，甚至引起介質(zhì)擊穿，造成電容器損壞。對環(huán)境溫度的要求，一般電容器-40℃～40℃，自愈式電容器為-45℃～50℃。

2、電容器的操作過電壓和諧波影響

1）防止切斷電容器組時(shí)引起操作過電壓

切斷電容器組時(shí)會(huì)出現(xiàn)電感、電容回路的振蕩，從而產(chǎn)生操作過電壓。如果此時(shí)斷路器發(fā)生電弧重燃，將會(huì)引起強(qiáng)烈的電磁振蕩，出現(xiàn)更高的過電壓。此過電壓的幅值，與被切電容器和母線側(cè)電容的大小及電弧重燃時(shí)觸頭間的電位差有關(guān)。

2）重視電容器組投入時(shí)浪涌電流的危害

電容器組與電源接通的瞬間，會(huì)出現(xiàn)電容器組的過電壓和過電流現(xiàn)象。若電容器組接入電網(wǎng)的合閘瞬間，電壓正巧為最大值時(shí)，便可產(chǎn)生浪涌電流（高頻、高幅值過渡電流），它會(huì)對開關(guān)滅弧室產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，危害電氣設(shè)備。

3）電網(wǎng)諧波對電容器運(yùn)行的影響

運(yùn)行中的電容器與電網(wǎng)中高次諧波發(fā)生諧振時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的諧振電流。諧振電流會(huì)使電容器過負(fù)荷、過熱、振動(dòng)，并發(fā)出異常聲音。

3、電容器組開關(guān)操作應(yīng)注意事項(xiàng)

1）變電所全所停電后，必須將電容器組的開關(guān)斷開；恢復(fù)送電時(shí)，應(yīng)將出線開關(guān)合上，帶一定的負(fù)荷后，再合電容器組的開關(guān)。

2）電容器的開關(guān)跳閘后，不允許強(qiáng)行試送，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行判斷，證明電容器確無故障后方可送電。

3）電容器組每次停電后重新合閘，必須斷開電容器開關(guān)，放電3min后才能進(jìn)行。

4、電容器組運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

1）環(huán)境溫度不得超過40℃，24小時(shí)內(nèi)的平均溫度不得超過30℃，超過時(shí)應(yīng)人工冷卻或退出運(yùn)行。

2）避免電容器在最高電壓和最高溫度同時(shí)出現(xiàn)的情況下運(yùn)行，以保障電容器使用壽命。

3）允許在不超過1.3倍的額定電流下工作，但應(yīng)設(shè)法消除線路中長期出現(xiàn)的過電壓和高次諧波。

4）注意清掃套管表面、電容器外殼、相關(guān)電器及鐵架上的積灰或其他臟污。一般每季度必須清掃一次。

5）工頻過電壓發(fā)生的次數(shù)不能太多，在電容器整個(gè)使用壽命中，高于1.15倍額定電壓的次數(shù)，通常不應(yīng)超過200次。

6）在輕負(fù)荷下投入空載變壓器或并聯(lián)電抗器時(shí)，容易發(fā)生鐵磁諧振而產(chǎn)生過電流，為消除這種現(xiàn)象，在投入變壓器或并聯(lián)電抗器前，應(yīng)先切除電容器。

7）電容器線路上的所有接觸點(diǎn)，必須定期仔細(xì)檢查有無松動(dòng)，以免造成電容器損壞，甚至整個(gè)補(bǔ)償設(shè)備發(fā)生故障。

8）至少每月應(yīng)對保護(hù)電容器的熔絲進(jìn)行一次檢查，目的是檢查電容器的使用情況，確保電容器的正常運(yùn)行。

9）發(fā)現(xiàn)電容器外殼漏油時(shí)，應(yīng)采用錫鉛焊料補(bǔ)焊，對嚴(yán)重漏油的要進(jìn)行調(diào)換。

10）電容器室應(yīng)經(jīng)常巡視檢查，并及時(shí)做好運(yùn)行記錄。

5、電容器運(yùn)行故障的類型與規(guī)律

1）故障類型

（1）初期性故障

剛送電或送電不久便發(fā)生損壞，多數(shù)是電容器制造工藝不良或存在嚴(yán)重缺陷。

（2）偶發(fā)性故障

指電容器運(yùn)行中，因通風(fēng)不良、外力破壞、操作過電壓或雷擊等原因造成的損壞。

（3）磨耗性故障

因絕緣老化、內(nèi)部游離等原因，造成電容器絕緣降低而引起損壞。

2）故障規(guī)律

（1）高壓電容器多于低壓電容器；

（2）炎熱的夏季多于其它季節(jié)；

（3）安裝在戶外的多于安裝在室內(nèi)的；

（4）過負(fù)荷、過電壓運(yùn)行多于正常運(yùn)行或輕負(fù)荷、低電壓運(yùn)行；

（5）頻繁操作多于偶爾操作。

6、電容器必須退出運(yùn)行的情況

1）電容器組母線電壓超過電容器額定電壓1.1倍，或通過電容器組的電流超過額定電流1.3倍；

2）電容器周圍環(huán)境溫度超出允許范圍（一般為40～50℃）或電容器外殼最熱點(diǎn)溫度超出允許范圍（一般多60～80℃）；

3）電容器外殼有明顯的異形膨脹或爆裂；

4）電容器噴油、起火或爆炸；

5）電容器接點(diǎn)嚴(yán)重過熱或熔化；

6）電容器瓷套管發(fā)生嚴(yán)重放電或閃絡(luò)；

7）電容器內(nèi)部或放電裝置有嚴(yán)重的異常聲響。

7、電容器的異常運(yùn)行與處理

1）外殼鼓肚

原因一般是電容器制造過程中，未除盡內(nèi)部氣體，以至運(yùn)行中當(dāng)電壓升高時(shí)發(fā)生內(nèi)部放電，同時(shí)引起絕緣材料分解并產(chǎn)生氣體，使密封的電容器油箱內(nèi)部壓力增大而造成鼓肚。

電容器鼓肚說明內(nèi)部已有元件被擊穿。出現(xiàn)鼓肚的電容器，應(yīng)立即停止使用，否則可能引起電容器爆炸，若采用降低電壓的方法繼續(xù)使用，則內(nèi)部擊穿處仍然會(huì)不斷產(chǎn)生電弧，從而使體積更加膨脹而導(dǎo)致電容器爆炸。

2）內(nèi)部出現(xiàn)咕咕聲

原因是內(nèi)部絕緣介質(zhì)由于電離而產(chǎn)生間隙，局部發(fā)生放電，是絕緣崩潰的先兆，應(yīng)立即停止運(yùn)行，并進(jìn)行檢查修理。

3）溫升過高

原因是環(huán)境溫度高、通風(fēng)不良或電源電壓超過額定值，而引起過載發(fā)熱。

8、處理電容器故障前必須放電

電容器組停電后，雖然已經(jīng)經(jīng)過放電電阻自行放電，但兩極間仍會(huì)有部分殘余電荷，故處理前必須首先設(shè)法將電荷放盡，否則容易引發(fā)觸電事故。

1）首先拉開電容器組的斷路器及其上、下隔離開關(guān)，采用熔斷器保護(hù)的，先取下熔絲管。

2）人工放電時(shí)，將接地線的接地端與接地網(wǎng)固定好，用接地棒多次對電容器進(jìn)行放電，直至無火花和無放電聲為止，之后要將接地線固定好。

3）電容器有內(nèi)部斷線、熔絲熔斷或引線接觸不良時(shí)，其兩極間還可能會(huì)存有殘余電荷。應(yīng)帶好絕緣手套，用短接線短接故障電容器兩極，把電放盡。

4）采用串聯(lián)接線的電容器，還應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)放電。

七、電容器與電容量

1、電容

我們常說的“電容”有兩個(gè)含義：一個(gè)是指某類電子元器件“電容器”，一個(gè)是指電學(xué)物理量之一“電容量”。

值得注意的是雖然電容器和電容量都可以簡稱電容，也都可以用C表示，但電容器是儲(chǔ)存電荷的容器，而電容量則是衡量電容器在一定電壓作用下，儲(chǔ)存電荷能力大小的物理量，二者不可混淆。同時(shí)還應(yīng)認(rèn)識(shí)到不只是電容器才具有電容，電力輸電線之間、輸電線與大地之間、晶體管各引腳之間以及元件與元件之間都存在著一定的電容，通常我們把這些電容稱為分布電容。盡管分布電容的容量較小，一般情況下可以忽略不計(jì)，但在某些要求比較嚴(yán)格的場合，就要考慮分布電容對電路及設(shè)備的影響。

2、電容量

1）如果把電容器的兩個(gè)極板分別接到直流電源兩端，這時(shí)兩極板間便有電壓U，同時(shí)在電場力的作用下驅(qū)使自由電子運(yùn)動(dòng)，使兩個(gè)極板分別帶上數(shù)量相等、性質(zhì)相反的電荷。與電源正極相連的極板帶正電荷，與電源負(fù)極相連的極板帶負(fù)電荷。

2）對某一電容器來說，其中任一極板所儲(chǔ)存的電量與兩極板間電壓的比值是一個(gè)常數(shù)，因此，采用這一比值來表示電容器儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)。電容器任一極板上所儲(chǔ)存的電量Q與兩極板間的電壓U的比值叫做電容器的電容量。用字母C表示，C=Q/U。電容量表示在單位電壓作用下，電容器每極板所儲(chǔ)存的電量。如果兩極板間電壓為1V，每極板所儲(chǔ)存電量為1C，則其電容量為1F。要注意的是C=Q/U，C是導(dǎo)體自身的固有性質(zhì)，C只與導(dǎo)體的幾何性質(zhì)（形狀、大?。┖椭車娊橘|(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體上是否帶電及所處的電勢無關(guān)。

3）平行板電容器的電容量與極板的面積成正比，與極板間的距離成反比，并與填充在極板間的電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與外加電壓和電量無關(guān)，并且當(dāng)介電系數(shù)不變時(shí)，平行板電容器的電容是一個(gè)常數(shù)。

C=εs/d，s為極板有效面積㎡；d為兩極板間距m；ε為電介質(zhì)介電系數(shù)。

常見電容器一般在幾十pF到幾千μF之間。

八、電容器與電抗器

1、電容器與電抗器的由來

因?yàn)殡娍拱ǜ锌购腿菘?，所以比較科學(xué)的歸類應(yīng)該是電抗器包括感抗器（電感器）和容抗器（電容器）。但由于過去先有了電感器，并且被稱為電抗器，所以現(xiàn)在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。不管準(zhǔn)確與否，已經(jīng)成為一種習(xí)慣，有點(diǎn)先入為主的意思。

2、電容器與電抗器的區(qū)別

1）構(gòu)造不同

電抗器即電感器，電感器的結(jié)構(gòu)與變壓器的結(jié)構(gòu)相似，但只有一個(gè)激磁線圈；

電容器是兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)。

2）作用不同

串聯(lián)電抗器主要用來限制短路電流，維持母線電壓；

并聯(lián)電抗器用于超高壓遠(yuǎn)距離輸電補(bǔ)償線路的電容電流，防止輕負(fù)荷線路端電壓升高，維持輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定；改善沿線電壓分布和輕載線路中的無功分布并降低線損，減少潛供電流，加速潛供電弧的熄滅，提高線路自動(dòng)重合閘的成功率；

適當(dāng)選配電抗器與變頻器配套使用，可以有效地防止因操作進(jìn)線開關(guān)而產(chǎn)生的過電壓和浪涌電流對它的沖擊，同時(shí)也可以減少變頻器產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的污染，并可提高變頻器的功率因數(shù)。

電容器是容性負(fù)載，主要用于補(bǔ)償無功和儲(chǔ)能。

3）特性不同

電感有“阻交、通直”的作用，即在交流電路中用感抗的特性來“通低頻直流、阻高頻交流”。電容有“通交、隔直”的作用，即在交流電路中用容抗的頻率特性來“通高頻交流、阻低頻直流”。