一、斷路器

    現(xiàn)在投切電容使用的斷路器大多數(shù)是真空開關(guān)。真空斷路器具有分合閘速度快的特點(diǎn)。隨著滅弧性能及過電壓耐受能力的不斷提高，真空斷路器開斷電容時已能很好地防止重燃。

    但由于真空斷路器的造價(jià)高，電容器分組不可能做得很細(xì)。因此，采用真空斷路器作為投切元件不能根據(jù)無功缺額投入適量的補(bǔ)償。同時由于普通的真空斷路器三相開關(guān)不能分別進(jìn)行控制，要接通則一起接通，要分?jǐn)鄤t一起斷開，無法選擇最合適相位角投入和切除電容，即最少會有兩電容不能在電壓過零時投入，或在電流過零時切除。電容器的電流與電容電壓對時間的微分成正比,當(dāng)斷路器投入時,電容器上的初始電壓與電網(wǎng)電壓不相等時,最大壓差可達(dá)2.8倍的額定電壓。當(dāng)巨大的壓差突然加到電容器兩端——使電容器的電壓發(fā)生突變時,則通過斷路器和電容器的電流將是額定電流的幾十倍——沖擊電流。這種情況在背靠背的電容器組的投切中尤為嚴(yán)重。沖擊電流對電容器及斷路器都是一個極大的危害，而且沖擊電流中含有的諧波分量會經(jīng)電容器放大。另一方面，諧波電流疊加在電容的基波電流上，使電容電流的有效值增大，造成溫升增高，甚至過熱，影響電容器的壽命。加上真空斷路器的檢修比較復(fù)雜，不宜作頻繁投切。

    因而，以真空斷路器作為投切元件只適用于無功負(fù)荷變化不大的情況，在大中型變電站低壓母線作集中補(bǔ)償時使用。此時無功補(bǔ)償基本上是作為主變壓器所消耗無功的補(bǔ)償。

    二、交流接觸器

    交流接觸器作為補(bǔ)償電容裝置的投切元件已有三十多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在造價(jià)上，交流接觸器比真空斷路器有明顯的優(yōu)勢，但和真空開關(guān)一樣，交流接觸器三相觸頭必須同時分合，在投切電容時會產(chǎn)生較大的沖擊電流。一方面由于主流接觸器的造價(jià)相對較低，以其為投切元件，電容器的分組可以做得較多、較細(xì)，可以較為準(zhǔn)確地對系統(tǒng)無功缺額進(jìn)行補(bǔ)償，這解決了以真空斷路器作為投切元件分組不夠細(xì)致的問題。另一方面，由于沖擊電流大，限制了一次投入的電容值，也不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入。計(jì)及接觸器的動作時間以及投入時沖擊電流的衰減速度，將大大降低裝置的響應(yīng)速度。由于響應(yīng)速度不足，補(bǔ)償電容的投入不能與無功負(fù)荷的變化同步，因而影響補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

    由于交流接觸器觸頭的過流能力有限，沖擊電流的存在常會引起接觸器觸頭燒焊現(xiàn)象，使接觸器不能分?jǐn)啵档土苏麄€裝置的可靠性和使用壽命。因此,在運(yùn)行中必須對觸頭進(jìn)行經(jīng)常的維護(hù)和更換，增加運(yùn)行成本。為降低沖擊電流，現(xiàn)主要采用一種帶預(yù)投電阻的專用接觸器，它是由一組輔助觸頭先將接觸器上配備的限流電阻串入電路中，以抑制涌流，然后主觸頭瞬時閉合將電阻短接來實(shí)現(xiàn)投入電容器的。但由于接觸器各組件的加工精度限制，以及裝配時存在不可避免的偏差，開關(guān)的時間差在長期工作中必然會有變化，造成電阻的投入與主觸頭配合不當(dāng)。因而經(jīng)常出現(xiàn)接觸器的電阻燒毀和主觸頭熔焊的現(xiàn)象。另一方法是在普通接觸器的基礎(chǔ)上增加限流線圈的方案來限制沖擊電流。雖然這種方法在限制沖擊電流方面有一定的效果，但它也存在一些缺點(diǎn)，如增加功率損耗，容易引起諧振，增加了制造成本、復(fù)雜程度及故障率等，此類產(chǎn)品仍然會產(chǎn)生合閘涌流和關(guān)斷時的過電壓。也有在觸頭材料上做文章的，采用一種具有非線性電阻特征的合金為主觸頭的材料，種料溫升大時電阻上升的很快，而在常態(tài)時電阻卻很小。這樣的觸頭在沖擊電流流過觸頭產(chǎn)生高溫升時能有效地限制電流，而在正常工作時又可滿足通流的要求。但這只是部分地解決了接觸器對涌流的耐受能力問題。

    從根本上說，以交流接觸器作為投切元件沒有解決沖擊電流和諧波的問題。

    三、大功率晶閘管

    目前普遍采用的晶閘管投切方式（TSC）均由工控機(jī)控制。因電容電壓不能突變，要使電容投切過程不產(chǎn)生沖擊電流就必須在電壓為零時將電容投入，電容電流零時將電容切除，而大功率晶閘管正好能滿足上述要求。當(dāng)工控機(jī)檢測到電容器兩端電壓與電網(wǎng)電壓大小相等、極性一致時，利用微機(jī)同步相位控制技術(shù)瞬時投入電容器，電流過零時，晶閘管會自然關(guān)斷，不需要專門的放電電阻或?qū)﹄娙蓊A(yù)充電，即可隨時再投入電容器，大大提高了電容的投切速度，能很好地適應(yīng)電容器的頻繁投切。因?yàn)榫чl管在電流過零時自動關(guān)斷，電容電流只是在零電流和正弦電流投之間切換。也就是說不會產(chǎn)生諧波。這樣，以晶閘管為投切元件從原理上解決了合閘涌流及諧波問題，是一種較為理想的選擇。

    但是在實(shí)際應(yīng)用中，晶閘管投切元件也遇到一些問題。首先是晶閘管在導(dǎo)通時有結(jié)壓降，工作時的功耗很大，由此而引起的發(fā)熱現(xiàn)象不容忽視。晶閘管閥體的冷卻方式有風(fēng)冷、油冷、水冷及沸騰冷卻等。對于大容量晶閘管水冷方式是最理想的。無論采用何種冷卻方式，整個補(bǔ)償裝的投資和復(fù)雜程度將會更高。另外，由于結(jié)壓降的存在，會導(dǎo)致電流畸變；投切無功補(bǔ)償電容器組時，會因?yàn)榫чl管誤觸發(fā)引起沖擊電流。一般情況下，沖擊電流為其額定電流的7倍，此時的電壓為額定電壓的2倍以上。在沖擊電流的作用下，閥體的發(fā)熱更為嚴(yán)重。

    由于晶閘管的耐壓一般在幾個千伏，要在10kV電壓等級上進(jìn)行電容投切，需要將多只晶閘管串聯(lián)。這就產(chǎn)生了多只晶閘管同步觸發(fā)串聯(lián)均壓和串聯(lián)保護(hù)的問題，這也是高電壓等級晶閘管投切電容的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)時采用的觸發(fā)方式有電磁觸發(fā)、光電觸發(fā)等。電磁觸發(fā)易受電磁干擾，而光電觸發(fā)則可避免電磁干擾。運(yùn)行中的晶閘管投切元件一般采取晶閘管與二極管反并聯(lián)方式或兩個晶閘管反并聯(lián)方式，在第一種接線方式中,在晶閘管關(guān)斷時，晶閘管可能承受的反向電壓為約為電源電壓最大值的兩倍；在第二種接線方式,如果電容器放電的時間常數(shù)足夠小,那么,晶閘管所承受的最大反向電壓僅為電源電壓的峰值。很明顯,第二種方式具有更高的可靠性，即使損壞一個晶閘管，也不會導(dǎo)致電容器誤投入，且響應(yīng)速度更快，但同步觸發(fā)的問題更突出，增加了投資。

    四、復(fù)合開關(guān)

    由上述的分析可知，交流接觸器在電容器的投切過程中會產(chǎn)生沖擊電流及諧波，但在正常正作狀態(tài)下功耗少；而晶閘管能夠?qū)崿F(xiàn)過零投切，卻在正常正作狀態(tài)下產(chǎn)生很大的功耗。為了結(jié)合兩種元件的優(yōu)點(diǎn)，人們制造了復(fù)合開關(guān)，一種新形的電容器投切元件。復(fù)合開關(guān)是由晶管與接觸器并聯(lián)構(gòu)成。在電容無功補(bǔ)償?shù)耐度牒颓袛嗨查g利用晶閘管實(shí)現(xiàn)過流投切；在電容器投入后正常工作時利用機(jī)械觸點(diǎn)接觸電阻極小的特性，大大降低功耗。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，復(fù)合開關(guān)中晶閘管與接觸器的開斷必須有嚴(yán)格的時序控制。當(dāng)復(fù)合開關(guān)控制器收到合閘脈沖時，控制器檢測電容與電網(wǎng)之間的電壓，在電壓過零前一定的角度，向晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，使晶閘管在電壓過零時導(dǎo)通。投入電容器，同時起動接觸器的延時回路，此延時必須保證只有當(dāng)晶閘管導(dǎo)通后，接觸器的觸頭才能閉合。在接觸器投入后，形成晶閘管與接觸器的并聯(lián)回路，此時，由于接觸器的接觸電阻很少，晶閘管的結(jié)壓降被限制得很低，所以其功耗很小。而在控制器接收到切斷脈沖后，舜時斷開接觸器，并延時停止晶閘管的觸發(fā)脈沖。此時晶閘管在陽極電流過零時自然關(guān)斷。

    由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，近年來復(fù)合開關(guān)的應(yīng)用有了很大的發(fā)展，在很多領(lǐng)域代替了接觸器和晶閘管。但由于工作原理對時序的要求十分嚴(yán)格，因此，復(fù)合開關(guān)也存在一些問題。如復(fù)合開關(guān)響時間較慢，完成整個投入或切除過程一般需要60~160ms。同時，由于接觸器與晶閘管的配合受至加工精度及裝配技術(shù)的影響，兩種元件的動作時序在運(yùn)行中會發(fā)生變化，通常會通過加大延時來解決這個問題，這就進(jìn)一步降低了裝置的分合閘速度。因?yàn)椴捎昧藘煞N元件并聯(lián)的方式，使裝置的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。現(xiàn)階段復(fù)合開關(guān)通常應(yīng)用于低壓無功補(bǔ)償，如果要在高壓領(lǐng)域應(yīng)用，則必須采用多組元件串聯(lián)方式，裝置的結(jié)構(gòu)將變得異常復(fù)雜，而各組元件的同步性也很難保證，其保護(hù)也將是一個難以解決的問題。因此，復(fù)合開關(guān)的發(fā)展也受到了一定的局限。