電容器及電抗器

電容器單元（Capacitor Unit）是在同一容器內組裝一個或多個電容器元件並引出端子的組合體。它是電容器組的基本積木，多個單元串並聯組合成電容器組以滿足系統電壓與容量需求。

電容器組（Capacitor Bank）是多個電容器單元連接在一起共同作用的組合。並聯安裝於電力系統匯流排，用於補償無功功率、改善功率因數、提升系統電壓。通常配備串聯電抗器以限制投入湧流。

額定無功功率（Rated Reactive Power, Q_N）是電容器所設計的無功功率值，單位為 kvar 或 Mvar。實際輸出與電壓平方成正比，電壓上升 10%，無功輸出增加約 21%。

額定電容值（Rated Capacitance, C_N）是由電容器的額定輸出、電壓及頻率推導而得的電容量。製造容差為 -5% 至 +10%。是計算無功輸出、諧振頻率與投入湧流的關鍵參數。

串聯電容器組（series capacitor bank）為三相電容器組合配合保護裝置與絕緣平台，串聯接入輸電線路以補償電感性電抗（IEC 60143-1:2023 §3.31）。與並聯電容器組之根本差異：(1) 串聯接線經受全線路電流、(2) 補償 X_L 而非功率因數、(3) 需絕緣平台支撐。結構階層：bank → module → segment → sub-segment → unit → element。典型用於 EHV/UHV 長距離輸電（220 kV+）、再生能源 weak grid 接入、HVDC/FACTS 輔助補償。

串聯電容器裝置（installation）= 串聯電容器組（CP-005 bank）+ 附屬設備（隔離開關、旁路隔離開關、接地開關）（IEC 60143-1:2023 §3.32）。與 bank 的區別：bank 是核心電氣設備、installation 是完整工程範圍。採購分拆：bank 由電容器廠商、installation 其他部分由本地 EPC 整合。規模比並聯電容器大 5~10 倍（20×30 m 以上占地）。工期 6~12 個月含土建。

分段（segment）為串聯電容器之單相電容器群組，配有本身之電壓限制裝置與保護電驛（IEC 60143-1:2023 §3.30）。結構階層：bank（三相整體）→ module（三相可切換步階）→ segment（單相組合）→ sub-segment（冗餘子單元）→ group → unit → element。每 segment 獨立保護（MOV + 51 + 59 + 不平衡 + 87 differential）。同一絕緣平台可容多個 segments（典型 3 個對應三相）。

模組（module）為串聯電容器之可切換步階，由三個相同 segments（三相各一）配合共同 bypass switch 構成（IEC 60143-1:2023 §3.18）。多數 bank = 單模組（單一補償度），多模組配置可提供階梯式補償調節（如 0%/50%/100%）或 TCSC 連續可變補償。Bypass switch 通常三相同時動作；保護緊急時可暫時單相動作。每模組可獨立 bypass switch 或多模組共用（依電抗/電流需求設計）。

補償度 k = 100 × (X_C / X_L) %，表示串聯電容器補償線路電感性電抗之百分比（IEC 60143-1:2023 §3.8）。典型範圍：一般應用 25~40%、主流 40~60%、需詳細 SSR 研究 60~70%、實務極限 70%。k 越高功率傳輸能力越大但次同步振盪（SSR）風險增加。串聯諧振頻率 f_er = f₀×√(k/100)。實務 k ≤ 70%（單模組）或 90%（多模組分段），極少 > 100%（過補償）。TCSC 提供連續可變 k。

旁路開關（bypass switch）為與串聯電容器並聯之快速動作裝置（典型 40~60 ms），用以旁路線路電流——故障時保護、維修時隔離、控制時投切（IEC 60143-1:2023 §3.2）。需具「雙向能力」：bypass（旁路）+ insertion（重新插入）。額定電流 3~5 kA、切斷容量 40~63 kA、機械壽命 10,000+ 次。與 MOV 協同：MOV 吸能達限後 bypass switch 快速動作。安裝位置選平台上或地面鄰近（需絕緣支撐）。比 bypass disconnector 快，為主要動作元件。

過電壓保護器為串聯電容器快速動作之限壓裝置——通常為 MOV（金屬氧化物變阻器，ZnO）或 self-triggered spark gap（自觸發火花間隙）（IEC 60143-1:2023 §3.19）。MOV 響應 ns、無維護、現代 95% 採用；spark gap 響應 μs、電極磨損需維護、傳統設計。動作序列：故障 → MOV 導通限壓至 U_pl（CP-012）→ bypass switch 快速動作接手。能量容量 3~10 kJ/kV，典型 500 kV 串補配 MOV 10~20 支並聯共 50 MJ。

保護位準 U_pl 為電力系統故障期間過電壓保護器兩端出現之工頻電壓最大峰值——MOV 導通期間或 spark gap 觸發前之電容器兩端電壓（IEC 60143-1:2023 §3.21）。可用絕對值（kV peak）或 per unit（典型 2.0~2.5 pu）表示。選型取捨：U_pl 低 → MOV 大、電容器應力低；U_pl 高 → 反之。與 U_lim（CP-013）關係：U_lim = U_pl / √2。電容器絕緣必須能承受 U_pl 峰值（短時）。影響距離保護（21）之保護範圍。

限制電壓 U_lim 為過電壓保護器動作前/期間電容器兩端工頻電壓最大峰值除以 √2（IEC 60143-1:2023 §3.16）。與保護位準 U_pl（CP-012）之關係：U_lim = U_pl / √2——同一物理量之不同表示。U_pl 用絕對峰值（kV peak），U_lim 用 rms-equivalent。Per unit 表示則兩者相同（u_pl = u_lim）。採購規格：歐洲偏 U_lim、北美偏 U_pl，一致性最重要。典型值 2.0~2.5 pu。

無熔絲電容器組（fuseless bank）完全無熔絲，由並聯 strings 構成，每 string 為串聯之電容器單元（IEC 60143-1:2023 §3.11）。三種設計比較：外熔絲（每單元外接熔絲）、內熔絲（單元內部元件配熔絲）、無熔絲（靠系統級保護）。Fuseless 優點：結構簡單、可靠性高、佔地小——現代 EHV/UHV 串補近 100% 採用。單元故障靠不平衡保護（電流/電壓差）偵測，不被自動隔離需停機更換。

電容器放電裝置（Discharge Device）是內建於電容器中的裝置，在電容器斷開電網後能將端子電壓迅速降至接近零值。IEC 60871-1 要求每個電容器單元須在 10 分鐘內將電壓從峰值降至 75 V 以下。

電容器內部熔絲（Internal Fuse）是連接於電容器單元內部、與個別元件串聯的熔絲。當某個元件故障時，內部熔絲僅隔離該故障元件，其餘元件繼續運轉，提高了電容器組的可用率。

電容器額定電壓（Rated Voltage, U_N）是電容器設計所依據的交流電壓均方根值。對於多相電容器組，U_N 指相間電壓。IEC 60871-1 規定電容器應能在 1.10 × U_N 下連續運轉。

3-phase 接地式 Y 接並聯電容器組之單線圖（含上游斷路器、限流電抗器、中性點 CT、放電電阻）+ 單元內部 3P×5S 元件矩陣與內部熔絲放大。SVG 內各元件、銘牌參數（Q_N / U_N / C_N）、熔絲 / 元件 callout、單元內部參數說明框直接 `<a href>` 連結至對應名詞，點擊開啟側邊滑出說明。

串聯電容器組（series capacitor bank）單相詳細結構圖。左側主圖含絕緣平台上之電容器組（4 strings × 3 units 無熔絲設計）+ MOV 過電壓保護器 + bypass switch，平台由雙絕緣支柱支撐；地面配置 [9] 隔離開關 / [10] bypass disconnector / [11] earth switch；兩端連接 System A / B 輸電線路。右側面板含結構階層（Installation → Bank → Module → Segment → String → Unit → Element）、元件對照、保護動作序列、三種設計（外熔絲/內熔絲/無熔絲）比較。底部補償度公式 k = 100 × (X_C/X_L)。SVG 內絕緣平台、絕緣支柱、電容器 bank、MOV、bypass switch、補償度框、右側階層 4 行（Installation/Bank/Module/Segment）+ 元件對照 4 行 + 保護動作序列 + 三種設計列直接 `<a href>` 連結對應名詞，點擊開啟側邊滑出說明。CP-005~CP-014 大部分多實例 anchor。