一、電容器及其用途

1、電容器的概念

導體上可以保留一定量的電荷，即導體具有儲存電荷的能力。但單獨的導體儲存電荷的本領較小，為了提高導體儲存電荷的本領，把導體做成一定的結構。被絕緣物隔開的兩個導體的組合叫做電容器。組成電容器的兩個導體叫做極板，中間的絕緣物質叫做電容器的介質。

2、電容器的用途

電容器是電工和電子技術中常用的元件之一。在電力系統中，利用它可以改善系統的功率因數；在電子技術中，利用它可以起到濾波、耦合、隔直、調諧、旁路、選頻等作用。在機械加工工藝中，利用電容器還可以進行電火花加工。

二、電容器的分類

1、按結構分類

1）固定電容

其容量固定不可調節。

2）可變電容

其容量可在一定范圍內調節。常用的空氣可變電容器由兩組鋁片組成，不動的一組叫定片，可以轉動的一組叫動片。通過旋轉動片，改變動片與定片的相對面積，從而改變電容量大小。

3）微調電容

常見的陶瓷微調電容器是由兩片小型金屬彈片中間加有介質構成，其容量變化范圍不大，常用于調諧回路中微調頻率。

2、按介質材料分類

1）云母電容器

云母電容器耐高壓、高溫，性能穩定，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極之分，使用時正極接高電位，負極接低電位，不能接錯。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、電容器的串聯與并聯

成品電容器都有一定的規格。在實際使用時，常常會遇到電容量或額定工作電壓不符合電路要求，這時可將若干只電容器作適當聯接，以滿足電路的需要。

1、電容器的串聯

若干個電容器依次相連，中間無分支的聯接方式叫電容器的串聯。電容器串聯相當于把它的兩個極板的距離加大，因而具有以下特點。

1）如下圖所示，電容器C1與C2串聯后接到電壓為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等于每個電容器兩端電壓之和。即:

U=U1+U2+……+Un

3）因為U=Q/C U1=Q1/C1=Q/C1 U2=Q2/C2=Q/C2

代入U=U1+U2得:Q/C=Q/C1+Q/C2

消去Q得:1/C=1/C1+1/C2

若有n個電容器串聯

則:1/C=1/C1+1/C2+……+1/Cn

上式說明，串聯電容器的等效電容量的倒數等于各串聯電容的倒數之和。這個關系相似于電阻并聯時的情況，若串聯的n個電容器的容量相同，且都為C,則等效電容為：C串=C/n

為了計算方便，兩個電容器串聯時的等效電容常用下式計算:

C=C1C2/(C1+C2)

串聯電容器的等效電容量比其中電容量最小的還小。同時各個電容器上分配的電壓與其電容量成反比，因為U1=Q/C1，且每個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電容器的耐壓情況，否則會因為疏忽，使電容器分配的電壓超過額定電壓而被擊穿。

當只有兩只電容器串聯時，計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分別為串聯電容器上分配的電壓。

2、電容器的并聯

若干個電容器接在相同的兩點之間的聯接方式叫電容器的并聯。下圖為兩只電容器的并聯。

當單只電容器的耐壓能滿足，而電容量不能滿足時，可以把幾只電容器并聯起來使用。并聯時有如下特點：

1）由于兩個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應為:

Q=Q1+Q2

2）電容器并聯后等效電容量C等于各個電容器的容量之和，即:

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

=(C1U+C2U)/U

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

這一關系與電阻串聯的情況相似，若并聯的n個電容器的容量相同，且都為C,則等效電容為：C并=nC。

3）每個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,電容器并聯時總電容量增大了,并聯電容器的數目越多，其等效電容越大。應當注意，并聯時各個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，不僅要滿足性能要求，還應考慮其體積、重量及價格等因素，不僅要考慮電路的要求，還應考慮電容器所處的工作環境。

1、首先應滿足電性能要求，主要考慮電容量和耐壓值。

2、選用電容器時要考慮電路要求和工作環境，如用在諧振回路中，可選用云母、陶瓷電容等；用于濾波時，可選用電解電容器；用來改善功率因數時，可選用油質電容器等。總之，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、選用電容器時還應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、電容器投入運行前的檢查

1）上下端引線應緊固無斷線。

2）瓷瓶應清潔無損，無裂紋、無放電痕跡。

3）雷電動作記錄器應完好，并指示零位。

4）接地應完好。

5）繼電保護應完好。

2、電容器正常運行中的檢查

1）有人值班的每班檢查一次，無人值班的每周檢查一次。

2）夏季在溫度最高時進行檢查，其他季節在系統電壓最高時進行檢查。

3）瓷套管應清潔無損，無裂紋、無放電痕跡。

4）外殼無膨脹和滲漏油現象。

5）無異常聲響和火花放電。

6）接地裝置應良好。

7）記錄有關電壓表、電流表、溫度表的讀數，對檢查發現的缺陷進行記錄。

3、電容器停電檢查

1）定期停電檢查應每季度進行一次。

2）檢查各接點螺絲應無松動。

3）放電回路應完好。

4）外殼的保護接地線應完好。

5）繼電保護及熔斷器等保護裝置應完整可靠。

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

在出現斷路器跳閘、熔體熔斷等情況后，應立即進行特殊巡視檢查，要有針對性地查找原因，必要時對電容器進行試驗，在查出原因之前，不得再次合閘運行。注意檢查前除自動放電外，還應進行人工充分放電，否則不得觸及電容器。

六、補償電容器的運行維護

1、補償電容器的運行標準

1）電壓

補償電容器在正常電壓下運行是發揮其無功補償作用的重要條件。電容器組允許在1.1倍額定電壓下長期運行。運行中，由于倒閘操作、電壓調整、負荷變化等因素可能會引起過電壓。根據過電壓的數值，電容器組允許相對較短時間的過電壓。

2）電流

電容器運行中過電流的原因：

（1) 電容值有正偏差；

（2）母線電壓高于電容器額定電壓；

（3）電網有諧波電壓；

（4）電網輕負荷運行引起高電壓；

（5）電網頻率高于額定頻率；

（6）發生故障或操作引起暫態過電壓。

電容器組允許在1.3倍額定電流下長期運行，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，僅有介質損耗，因此電容器的發熱量由介質損耗決定，即由電容量、頻率和電壓決定，更與其絕緣介質的絕緣性能有直接關系。

補償電容器溫度過高時，會影響它的使用壽命，甚至引起介質擊穿，造成電容器損壞。對環境溫度的要求，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引起操作過電壓

切斷電容器組時會出現電感、電容回路的振蕩，從而產生操作過電壓。如果此時斷路器發生電弧重燃，將會引起強烈的電磁振蕩，出現更高的過電壓。此過電壓的幅值，與被切電容器和母線側電容的大小及電弧重燃時觸頭間的電位差有關。

2）重視電容器組投入時浪涌電流的危害

電容器組與電源接通的瞬間，會出現電容器組的過電壓和過電流現象。若電容器組接入電網的合閘瞬間，電壓正巧為最大值時，便可產生浪涌電流（高頻、高幅值過渡電流），它會對開關滅弧室產生很大的機械應力，危害電氣設備。

3）電網諧波對電容器運行的影響

運行中的電容器與電網中高次諧波發生諧振時，會產生很大的諧振電流。諧振電流會使電容器過負荷、過熱、振動，并發出異常聲音。

3、電容器組開關操作應注意事項

1）變電所全所停電后，必須將電容器組的開關斷開；恢復送電時，應將出線開關合上，帶一定的負荷后，再合電容器組的開關。

2）電容器的開關跳閘后，不允許強行試送，應根據具體情況進行判斷，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，放電3min后才能進行。

4、電容器組運行中的注意事項

1）環境溫度不得超過40℃，24小時內的平均溫度不得超過30℃，超過時應人工冷卻或退出運行。

2）避免電容器在最高電壓和最高溫度同時出現的情況下運行，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，但應設法消除線路中長期出現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）工頻過電壓發生的次數不能太多，在電容器整個使用壽命中，高于1.15倍額定電壓的次數，通常不應超過200次。

6）在輕負荷下投入空載變壓器或并聯電抗器時，容易發生鐵磁諧振而產生過電流，為消除這種現象，在投入變壓器或并聯電抗器前，應先切除電容器。

7）電容器線路上的所有接觸點，必須定期仔細檢查有無松動，以免造成電容器損壞，甚至整個補償設備發生故障。

8）至少每月應對保護電容器的熔絲進行一次檢查，目的是檢查電容器的使用情況，確保電容器的正常運行。

9）發現電容器外殼漏油時，應采用錫鉛焊料補焊，對嚴重漏油的要進行調換。

10）電容器室應經常巡視檢查，并及時做好運行記錄。

5、電容器運行故障的類型與規律

1）故障類型

（1）初期性故障

剛送電或送電不久便發生損壞，多數是電容器制造工藝不良或存在嚴重缺陷。

（2）偶發性故障

指電容器運行中，因通風不良、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、內部游離等原因，造成電容器絕緣降低而引起損壞。

2）故障規律

（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；

（3）安裝在戶外的多于安裝在室內的；

（4）過負荷、過電壓運行多于正常運行或輕負荷、低電壓運行；

（5）頻繁操作多于偶爾操作。

6、電容器必須退出運行的情況

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）電容器周圍環境溫度超出允許范圍（一般為40～50℃）或電容器外殼最熱點溫度超出允許范圍（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）電容器接點嚴重過熱或熔化；

6）電容器瓷套管發生嚴重放電或閃絡；

7）電容器內部或放電裝置有嚴重的異常聲響。

7、電容器的異常運行與處理

1）外殼鼓肚

原因一般是電容器制造過程中，未除盡內部氣體，以至運行中當電壓升高時發生內部放電，同時引起絕緣材料分解并產生氣體，使密封的電容器油箱內部壓力增大而造成鼓肚。

電容器鼓肚說明內部已有元件被擊穿。出現鼓肚的電容器，應立即停止使用，否則可能引起電容器爆炸，若采用降低電壓的方法繼續使用，則內部擊穿處仍然會不斷產生電弧，從而使體積更加膨脹而導致電容器爆炸。

2）內部出現咕咕聲

原因是內部絕緣介質由于電離而產生間隙，局部發生放電，是絕緣崩潰的先兆，應立即停止運行，并進行檢查修理。

3）溫升過高

原因是環境溫度高、通風不良或電源電壓超過額定值，而引起過載發熱。

8、處理電容器故障前必須放電

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

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

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

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

4）采用串聯接線的電容器，還應進行單獨放電。

七、電容器與電容量

1、電容

我們常說的“電容”有兩個含義：一個是指某類電子元器件“電容器”，一個是指電學物理量之一“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，儲存電荷能力大小的物理量，二者不可混淆。同時還應認識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，但在某些要求比較嚴格的場合，就要考慮分布電容對電路及設備的影響。

2、電容量

1）如果把電容器的兩個極板分別接到直流電源兩端，這時兩極板間便有電壓U，同時在電場力的作用下驅使自由電子運動，使兩個極板分別帶上數量相等、性質相反的電荷。與電源正極相連的極板帶正電荷，與電源負極相連的極板帶負電荷。

2）對某一電容器來說，其中任一極板所儲存的電量與兩極板間電壓的比值是一個常數，因此，采用這一比值來表示電容器儲存電荷的本領。電容器任一極板上所儲存的電量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，電容器每極板所儲存的電量。如果兩極板間電壓為1V，每極板所儲存電量為1C，則其電容量為1F。要注意的是C=Q/U，C是導體自身的固有性質，C只與導體的幾何性質（形狀、大小）和周圍電介質有關，而與導體上是否帶電及所處的電勢無關。

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的性質有關，與外加電壓和電量無關，并且當介電系數不變時，平行板電容器的電容是一個常數。

C=εs/d，s為極板有效面積㎡；d為兩極板間距m；ε為電介質介電系數。

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

因為電抗包括感抗和容抗，所以比較科學的歸類應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。不管準確與否，已經成為一種習慣，有點先入為主的意思。

2、電容器與電抗器的區別

1）構造不同

電抗器即電感器，電感器的結構與變壓器的結構相似，但只有一個激磁線圈；

電容器是兩個相互靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣介質。

2）作用不同

串聯電抗器主要用來限制短路電流，維持母線電壓；

并聯電抗器用于超高壓遠距離輸電補償線路的電容電流，防止輕負荷線路端電壓升高，維持輸電系統電壓穩定；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，提高線路自動重合閘的成功率；

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

電容器是容性負載，主要用于補償無功和儲能。

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”。