第1章 电容器的结构及分类

1.1 电容与电容器

1.1.1 电容和电容器的结构

1. 电容

电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上加上一定的电压，就会储存一定的电量。其中一个导体储存正电荷，另一个导体储存着与正电荷容量相等的负电荷。两个导体上的电压越大，储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的，其比值叫做电容。如果电压用U表示，电量用Q表示，电容用C表示，则

电容的基本单位是法（F），也常用微法（μF）或者皮法（pF）做单位。其之间关系是：

1F=106 μF，1F=109 nF，1F=1012 pF

电容可以用电容测试仪测量，也可以用万用表欧姆挡粗略估测。欧姆表红、黑两表笔分别碰接电容的两脚，欧姆表内的电池就会给电容充电，指针偏转，充电完毕，指针回零。调换红、黑两表笔，电容放电后又会反向充电。电容越大，指针偏转也越大。对比被测电容和已知电容的偏转情况，就可以粗略估计被测电容的量值。因此，用欧姆挡粗略估测电容容量值是有实际意义的。但是，普通万用表欧姆挡只能估测容量值较大的电容，小于几十个皮法的电容就只能用电容测试仪测量了。

2. 电容器结构

（1）电容器

电容器是一种能储存电荷的容器。它是由两片靠得较近的金属片，中间隔以绝缘物质组成的。电容器是依靠它的充放电功能来工作的，电源开关未合上时，电容器的两片金属板和其他普通金属板一样，是不带电的。当开关合上时，电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引，并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料，所以从正极板移动来的自由电子便在负极板上面堆积起来。正极板便因电子减少而带上正电，负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电容器两个极板之间便有了电位差，当这个电位差与电源电压相等时，电容器的充电就停止了。此时若将电源切断，电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器，如果用导线将两个极板连接起来，由于两极板间存在的电位差，电子便会通过导线回到正极板上，直至两极板间的电位差为零，电容器又恢复到不带电状态，导线中也就没电流了。在电容器的充放电过程中，加在电容器两个极板上的交流电频率高，电容器的充放电次数增多，充放电电流也就增强。也就是说，电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小，即容抗小，反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大，对直流电阻力无穷大（理想状态），即电容器具有隔直流作用。对于同一频率的交流电，电容器的容量越大，容抗就越小；容量越小，容抗就越大。

实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用XC 表示，电容用C表示，频率用f表示，容抗为

容抗的单位是Ω。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。

（2）结构

电容器由箱壳和芯子组成，箱壳用薄钢板密封焊接制成，箱壳盖上装有出线瓷套，箱壁两侧焊有供安装用的吊环，一侧装有接地螺栓。电容器芯子由若干元件和绝缘件组合而成。元件由作为极板的铝箔中间夹膜纸复合介质或全膜介质经卷绕而成。芯子中的元件按一定的串并联方式连接，以满足不同电压和容量的要求。内熔丝电容器内部每个元件均串有一根熔丝，当某个元件击穿时，与其并联的完好元件即对其放电，使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断，将故障元件切除，从而使电容器能继续运行。电容器内部设有放电电阻，电容器从电网断开后能自行放电，一般情况，10min后即可降至75V以下。

1.1.2 电力电容器

1. 电力电容器结构和分类

（1）电力电容器结构

用于电力系统和电工设备的电容器称为电力电容器，电力电容器在交流电压下使用时，通常以其无功功率来表示电容器的容量，单位V·A或kV·A。1926年电力电容器开始工厂化生产，并正式在电力系统中应用。随着大电厂和远距离输电系统的建立、新兴科学技术领域的发展，电力电容器的品种和容量得到了迅速的发展。20世纪50年代初，并联电容器的最大单台容量为25～50kV·A，到1978年生产出的最大单台容量已达6667kV·A，80年代已达到单台容量1×104kV·A。

电力电容器的结构如图1-1所示，电力电容器芯子中的元件全部并联，每个元件都接有熔丝。单台三相电力电容器在芯子内部接成三角形，出线采用瓷套管绝缘结构。电力电容器内部充以矿物油、烷基苯、苯甲基硅油等作为浸渍剂。

（2）电力电容器分类

电力电容器的制造技术经历了几个发展阶段，从电容器构成材料和封装形式上看，分别有以下3种主要形式：

①20世纪五六十年代出现的油浸式电容器。

② 七八十年代的金属化聚丙烯膜干组件式电容器。

③90年代出现的一体化高能量密度MKK、MKP电容器。

目前油浸式电容器基本已淘汰，低压电力系统广泛使用的有金属化聚丙烯膜干式组件式电容器和MKK、MKP电容器。从电介质材料上看，干式组件式电容器与MKK、MKP都采用金属化聚丙烯膜。不同之处在于，构成干式组件式电容器由于采用当时技术条件下的金属化聚丙烯膜以及制造工艺的限制，其单元组件的耐压等级小、容量有限，一只电容器是由若干个小容量、低耐压等级的电容器组件，通过串、并联构成的。为了减少这种串、并联结构在安全上的危害，电容器组件采用了内附熔丝或外附熔丝技术。而MKK、MKP电容器采用的现代工艺和技术，其单层电介质厚度可满足800V以下不同的电压等级，并可构成2.5～50kV·A容量的电容器，其内部没有结构复杂且安全性能差的多层串、并联结构；MKK、MKP电容器特有的加强厚边和波纹切割技术、真空灌注技术、过压分离技术，使得该电容器具有以下其他形式的电容器不具有的突出特性。

① 耐浪涌电流：200×IR。

② 连续过电流：≥1.8IR。

③ 使用寿命：≥115000h。

④ 安全性高：不燃、不爆，不需充填蛭石等防火材料。

电力电容器的种类很多，按其工作条件来分，可分为以下几种。

① 移相电容器：型号有YY、YL两个系列。

② 串联电容器：型号有CY、CL两种。

③ 耦合电容器：型号为OY。

④ 电热电容器：型号有RYS、RYSY两种。

⑤ 脉冲电容器：型号有MY、ML两种。

⑥ 均匀电容器：型号为JY。

⑦ 滤波电容器：主要有LY、LB两种。

⑧ 标准电容器：型号有BF、BD两种。

2. 电力电容器的作用

电力电容器分为串联电容器和并联电容器，都具有改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。电力电容器种类很多，按其安装方式可分为户内式和户外式两种；按其运行的额定电压可分为低压和高压两类；按其相数可分为单相和三相两种；按其外壳材料可分为金属外壳、瓷绝缘外壳、胶木筒外壳等。电力电容器的作用有：

① 在输电线路中，利用电力电容器可以组成串补站，提高输电线路的输送能力。

② 在大型变电站中，利用电力电容器可以组成SVC，提高电能质量。

③ 在配电线路末端，利用电力电容器可以提高线路末端的功率因数，保障线路末端的电压质量。

④ 在变电站的中、低压各段母线装设的电力电容器，可补偿负荷消耗的无功功率，提高母线侧的功率因数。

在有非线性负荷的负荷终端站，也会装设电力电容器，用于滤波。

（1）串联电容器

串联电容器串接在线路中，其作用如下：

①提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗XC补偿线路的感抗XL，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压提高10%～20%。

② 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷变化的瞬时调节性能，能自动维持负荷端（受电端）的电压值。

③ 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器，补偿了线路的感电抗XL，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。

④ 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。

⑤ 提高系统的稳定性。线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时（如双回路被切除一回路、单回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，此时，串联电容器将进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗XC，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。

（2）并联电容器

并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，可提高系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平；同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。

并联电容器也称为移相电容器，主要用来补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。单相并联电容器主要由芯子、外壳和出线套管等几部分组成。用金属箔（作为极板）与绝缘纸或塑料薄膜叠起来一起卷绕，由若干元件、绝缘件和紧固件经过压装而构成电容芯子，并浸渍绝缘油。电容器极板的引线经串、并联后引至出线瓷套管下端的出线连接片。电容器的金属外壳内充以绝缘介质油。

1.1.3 电容器的型号

1. 国产电容器的型号含义

国产电容器的型号含义如下：

① 系列代号：用于表示电容器所属的系列，用一个大写汉语拼音字母表示，字母含义如表1-1所示。

②浸渍介质代号：用于表示电容器中浸渍介质的种类，由一个大写汉语拼音字母表示，字母含义如表1-2所示。

③固体介质代号：用于表示电容器中固体介质的形式，用一个大写汉语拼音字母表示，字母含义如表1-3所示。

④ 设计序号：用于区别某一系列产品的不同尺寸（如安装尺寸等），按申请型号的顺序由型号管理单位编制和发布，设计序号为1时，在型号中略去。

⑤第一特征号：用于表示电容器的额定电压，单位kV（E系列的单位用V）。三相电容器内部Y形连接，其额定电压为线电压，内部为M形连接（即分为三个独立部分），其额定电压为每一独立部分的电压。

⑥ 第二特征号：用于表示电容器的额定容量或额定电容，额定容量的单位为kV·A，额定电容的单位为μF（Y系列的用pF）。

⑦ 第三特征号：用于表示并联、串联、滤波电容器的相数或电热电容器的额定频率，单相用“1”表示，三相用“3”表示，额定频率的单位为kHz。对于内部为M形连接的三相电容器，相数以“1×3”表示。

⑧ 尾注号：用于表示电容器的主要特征，“尾注号”字母的含义在产品的样本、使用说明书等有关文件中说明。当不出现“第三特征号”时，尾注号应在第二特征号的后面。

2. 国外电容器的型号命名方法

国外电容器的型号含义如下：

① 第一部分用字母表示电容器的类型，其含义如表1-4所示。

② 第二部分用数字表示外形结构。

③ 第三部分用字母表示温度特性，其含义如表1-5所示。

④ 第四部分用字母或数字表示耐压值，其含义如表1-6所示。

⑤ 第五部分用数字表示标称容量，其含义如表1-7所示。

⑥ 第六部分用字母表示允许偏差，其含义如表1-8所示。