电容器使用及电压选择

容器在使用及选型中的相关问题：
电容器介绍：
电容器和其他电器不一样，有它好多特殊性。在工作中经常碰到好多用户不了解它而发生各种误解、发生使用不当、经常来电咨询等。为应这样的需要特撰写此文。 j}$Q`7-wB1
同时本文也是针对好多电容器制造厂，他们对电容器本体制造由于长期接触还是有一定的经验和熟悉，但对电容器应用问题却知之不多或根本一无所知，大有人在。行家们也普遍认为电容器制造技术还是不算太难的，最难的还是电容器应用问题尤其是电路中的过渡过程所发生的问题。如果对自己的产品在应用中问题知之不多，或不知道，这样的产品能做好做精吗？为应普遍性，所以本文以通俗易懂及结论性方式表达，尽量不列公式及推导。
电容器及其装置使用中的有关问题
1、电容器额定电压的正确选择
电力电容器对电压是敏感的产品。电压选低了电容器的使用寿命下降，电压选高了而实际使用电压又不高时，电容器输出容量将大大降低。经常碰到一些用户因电压选择不当而带来麻烦。电容器电压应如何选定呢？
电容器的额定电压至少等于所接入电网的运行电压，并且还应考虑电容器本身的影响。注意：电网的运行电压有时与电网的标称电压相差较大。另外当电容器接入将造成电源到电容器安装处的电压升高，谐波存在电压又有所升高。考虑以上因素为此电容器电压等级的确定至少比网路标称电压高5%。例如380V网路至少用400V的电容器。其次用户应根据实际使用场合的较长时间最高持续电压来选择。尤其当电容器回路串有电抗器时会由于串接电抗器使电容器端子上的电压升高超过电网的运行电压。Un(串电抗器后的电容器电压)=U(系统电压)/1-K（电抗率）。例：串12%电抗率的电容器，电容器本来选400V的电容器，现在就要选
400V/1-0.12=455V电容器。
对于380V网路已习惯选用400V的电容器，同理对于660V，1.14kv网路也应该选用690V及1200V电容器。根据网路标称电压选用电容器的最低电压列于下表：
根据网路标称电压电容器最低选用电压：
使用场合网路标称电压（kV）
0.22
0.38
0.66 )
1（1.14限于井下使用）
电容器至少选用电压（kV）
0.23
0.4
0.69
1.05（1.2限于井下使用）
相反，有的用户以为电容器电压选的越高这样保险，不切合实际的选用较高电压等级的电容器，而使用时实际运行电压并不太高，因此造成电容器输出容量的减少，不够补偿。例如0.45kV，30kvar电容器用在0.4kV电压下，此时电容器实际输出只有23.7kvar，补偿效果少了6.3kvar。这样电容器的绝缘是可靠了，而容量损失太大了。一般的讲

，适当提高选用电容器的电压是可取的，但要切合实际，不能盲目地选得很高。
2、不能以实测电流，或用电压、电流值去判断电容器是否有问题
常发生以电容器实测电流比铭牌标称电流小了或大了，误认为电容器质量有问题。一台400V，15kvar三相电容器，标定额定电流为21.7A，而实际实测电流达到36A，是不是电容器有问题呢？
电容器电流跟电容器实际电容、所施加的电压、频率和所接网路的谐波状况有关。接于电网根据电压、电流值进行测试时将会发生以下问题：网路电压不可能跟电容器标称电压相一致，而且网路电压一直在波动，使你难以读出实时电压及其所对应的实时电流值；网路的频率变化也造成电流值的变化；电压表、电流表的精度误差的叠加，加大了测试误差；尤其网路谐波较大时，电容器对谐波电流是一个低阻抗通道，谐波电流大量注入，所以电容器实测电流比额定电流大许多。上例中电容器是完好的，实际上是网路谐波电流叠加到基波电流的结果，使实测电流大了许多。
另有这样的情况，电容器是0.45kV的，接入网路电压都是0.4kV，结果实际运行电流小了（前面已叙述过输出容量的减少），也怀疑电容器有问题。
判断电容器应该用电容表实测电容来鉴别就不存在诸多因素造成判断的失误。三相电容器，任意两端子间测得的电容应该是铭牌上所标出的额定电容的一半，允许偏差在-5~+10%的范围内电容器电容是合格的，只要接到电网上未见击穿，电容器就不会有问题。电流过大过小都是上述所述问题造成的。
3、分相补偿用三相共体电容器型号中电压代号的标注及识别：
分相补偿用的电容器为使用方便起见，有一种采用三相共体的相电压为0.23kV的电容器，这种电容器内部为三个单相独立单元，接成星接，中性点引出，这样各相可以独立使用，俗称四个头电容器。随着电容器分相补偿的需要和技术的普及，这种电容器这几年已在市场上大量使用。但是这种电容器型号中的电压代号标注绝大多数生产厂都没有按规定以线电压标注，造成沟通中的混乱，误解而出错。甚至制造厂自己在参数计算时忘记线电压，相电压的变换，而出现参数计算的错误，翻阅有关厂样本中对这种电容器的额定电容及额定电流标注错误就是例证。使用单位更不是专业理手，更不知道怎样才是正确的标注去提供采购。

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低压电容器IEC国际标准、GB国家标准、电力电容器型号编制办法JB专标，为防止理解上的误解，都统一明确为：对于内部多相连接的电容器额定电压是指线电压。为此，

对于三相共体的相电压为0.23kV的电容器在型号标注时作者认为这样来标注最理想不过的。以自愈式低压并联电容器为例：BCBKMJ0.23
√3 (电压)–15（容量）-3（相数），这样0.23√3为线电压符合规定，0.23为相电压。在这里0.23√3见到带√3就可以马上理解到这是星接中性点引出的特殊表达方式，这样标注方式又有别于角接线电压0.4kV的电容器。这样标注就不会出现其他任何的误会。与此相反有好多单位至今还一直用BCBKMJ0.23 –容量-3（相数）的标注方法。在这里0.23kV是线电压？还是相电压？不清楚？造成沟通混乱。虽然我国低压电网不存在线电压0.23kV，而进口的国外设备存在线电压0.23kV，这样不是乱了吗？
4、电容器剩余电压降至10%额定电压以下才允许再投入：
电容器跟其他电器不一样，它从所接电源断开，这时 电容器端子上还残存电压，称为剩余电压。为安全起见，在电容器内部一般都装有放电电阻，并在铭牌上标注有内置放电电阻的标识。自愈式低压并联电容器国家标准对放电快慢规定为：电容器脱开电源后在3分钟内从√2Un(Un额定电压)的初始峰值电压放电到75V或更低。
了解以上情况不仅为了人生安全去注意，同时在进行电容器手动切合操作，对电容器进行自动投切延时设定必须考虑这种情况。如果电容器剩余电压还很高的情况下电容器再投入，这就造成网路电压和电容器剩余电压的叠加，将对电容器绝缘构成危害。这一点有好多同志没有这样的意识。翻看国内绝大多数电容器补偿柜、无功补偿控制器的使用指导说明书中，在调试、设定、指导时都很少涉及电容器剩余电压这样重要问题的叙述，足见这知识的严重不足。正因为如此，在新的自愈式并联电容器国家标准（2004年版），使用条件第一条就特别强调电容器剩余电压降至10%额定电压下才能再投入，而在老标准就没有提到。可见其用心。
5、熔断器不能有效保护自愈式金属化电容器电极间的击穿：
金属化电容器具有击穿时绝缘自恢复特性，故称自愈式电容器。所以它的绝缘设计场强取得较高，从而可以获得体积小，重量轻的效果。但是自愈性是有限度的，当网路短路容量较大，或者并联使用的电容器容量较大时，又电容器极间介质已老化的情况下，一旦绝缘击穿，由于自愈能量超出其本身可能承受的能力，击穿点严重伤及周围介质造成击穿点及周围介质反复自愈击穿的扩大，烧灼点可以殃及十几层几十层薄膜，造成自愈失败。严重时炽热使薄膜和金属化层溶化，其热溶的混合体从元件一端喷出，有黑灰色结瘤残留在元件端部。
金属化电容器自愈失败电极间

不能形成完全短路，呈现高阻特性，不同于一般电器绝缘击穿呈现低阻抗引发大的短路电流而使熔丝快速熔断，因此常规的熔断器对保护金属化电容器极间短路是靠不住的，不能指望的。
为此金属化电容器常设置过压力保护装置（有各种形式），温度保护装置，来弥补不能用熔丝保护的不足（也有个别专利，当电容器自愈失败通过特殊结构产生电极完全短路的设置，这种电容器应该不属于以上叙述之列）。
6、谐波产生源及其对电容器的危害：
谐波已构成电力系统严重的污染。谐波的存在由来已久，不过以前谐波较小，随着现代电子技术在用电设备上的应用，谐波对电网，对电气设备，已构成严重威胁。
产生谐波的装置大致有这一些：
1、磁性铁芯设备（变压器、电动机、电抗器、电焊机、感应加热设备）；
2、电子控制传动设备（变频调速、可控硅调压及控制设备、电梯-提升机）；
3、整流设备、逆变装置；
4、电弧炉及轧钢机；
5、电气化铁路；
6、开关电源、不停电电源系统；
7、电子办公设备（计算机、复印机、打印机、传真机）；
8、医院电子设备（电子医疗及诊断仪、X光机）；
9、家用电器（电视机、相位角控制调光设备、变频空调、微波炉、电子式和铁磁式荧光灯镇流器）；
10、设置不当的并联电容器无功补偿设备则可能放大电网中的某次谐波；
11、超高压输电线的电晕放电。
可见几乎绝大部分电器设备都产生谐波，谐波随处可见。当谐波较小时，电容器还有吸收少量谐波的功能对净化电网有功。可是越来越大的谐波：大型电弧炉、电解铝的大型整流装置、大功率的电力牵引机车；虽然单个小容量设备容量小，谐波量也小，但是大数量的聚合，其谐波总量也是不可低估的，居民住宅区所有彩电谐波的聚合，贸易、百货商场数不清荧光灯、节能灯的镇流器产生谐波的聚合就是这种情况。
电容器对谐波呈现低阻抗的通道，谐波较大时电容器过载，基波电流加谐波电流的叠加，其综合电流将大大超过电容器额定电流，这时候切换电容器的接触器、熔断器、热继电器等接在电容器回路的所有电器都严重过载，熔断器爆裂、开关跳闸，这种情况下电容器当然无法使用。
即使电容器在谐波造成的过载情况下勉强使用，但又会发生当电容器的容抗和网路的感抗在某一数值组合时发生对某一次谐波放大，甚至出现谐振，这种情况的发生对电网系统，对所连接的各种设备都是危害严重的。还会有这样的情况发生，当投某几路电容器时还好，再投电容器就发生谐波放大，再投时甚至出现谐振，超出某

容量或低于某容量情况就好转了。电容器容量的改变改变了谐波放大和谐振条件，情况就好转了。例广东某厂装置20千乏电容器共4组不带负荷情况下投入第一组电流为29安（20千乏电容器额定电流为28.9A），再投一组电流为58安，再投第三组98A，四组都投时为138A。可见投三、四组已超过计算值87A和115A，明显地产生了谐波放大，但负荷投入后电流恢复了正常。电容器投多投少，负荷的大小，也即容抗和感抗在发生变化，谐振条件起了变化。
7、电容器无功补偿控制器设置欠流闭锁起何作用：
常有这样的用户：调试新购置的电容器补偿柜，以为负荷空载或轻载下调试较安全。在用自动操作时控制器欠流闭锁拒绝投切电容器，改用手动操作时投切电容器正常。弄不明白，认为控制器自动挡失灵。
控制器为什么要设置欠流闭锁功能呢？
1、电力变压器由于铁芯的磁滞特性及磁饱和等因素的影响，所以它的激磁电流与外加电压的关系是非线性的，激磁电流中含有3、5次谐波为主的谐波成份。如果电压升高，超过铁芯的磁饱和点，激磁电流急剧增大，其波形将严重畸变产生很大的谐波，特别是3次谐波。
为此变压器也是谐波源之一，如果在变压器轻载或空载时投入电容器将发生两种情况：电容器投入的涌流激发变压器的谐波增大；轻载或空载时电容器投入抬高电压，变压器谐波急剧增大。谐波中的某一次谐波可能被电容器的投入而放大。所以变压器在轻载或空载时严禁投入电容器或一起使用。为防止这种严重情况的发生，控制器欠流闭锁起到了至关重要的保护作用。
2、对于以功率因数作为控制物理量的控制器，欠流闭锁也可以使轻负荷时只在有限范围内防止发生投切振荡。（当然此类型控制器在一相当范围内还不能全部做到不发生投切振荡）。
3、无论何种类型控制器，当采样电流小于某一程度时（一般100mA以下）该控制器的灵敏度已不足，无法正确工作，故欠流闭锁也是控制器本身正确可靠工作所必须的电流下限值，有的制造厂称它为控制器的灵敏度由此而来。
8、电容器补偿控制器功率因数投入门限和切除门限的设定
为方便不同用户的使用要求，电容器补偿控制器制造时功率因数投入门限设置可调，切除门限有做成可调的也有做成不可调的。不可调的已固定在0.99或1.0切除。功率因数投入门限，尤其是切除门限应如何投定呢？
《电力系统电压和无功电力管理条例》规定了不同用电性质的用户要求达到的基本功率因数0.8~0.9不等。用户应根据基本功率因数要求值并留有适当裕度来设置功率因数投入值。例如基本功率因数规定为0

.85，则投入门限应设置在0.87或再高一点就足以满足要求了。投入门限的设定一般用户不会有多大问题。但对于切除门限设定就有一些认识上的差距。有好多用户设置的过低，例0.95或0.96。功率因数切除门限一般取高一点，0.98~0.99为好。这是为了让补偿装置尽量发挥它的补偿效能，同时也是为了在采用高压计量低压补偿时，以为功率因数已补偿到位了，但电源变压器的无功功率还未得到有效补偿，在高压侧计量时功率因数还不能达标。再则把投入门限和切除门限区间拉宽，这样可以减少电容器投切次数，避免频繁投切，这对提高电容器和接触器的使用寿命有利。电容器投入时受涌流冲击，切断时又产生过电压，金属化电容器由于其结构特点最怕涌流的冲击。所以每投切一次电容器受危害一次。宁可少投切，多使用一段时间对电容器寿命降低不会有多大影响。有这样的例子：某补偿装置设置有固定电容器组经常不投切，而有几路电容器作调节用，投切频繁，结果作调节用的电容器容易损坏，就是一个例证。