图1
综合评价：
优点：导通好，无漏电流，初期投入成本少。
　　缺点：有涌流，影响电容器和接触器的使用寿命，耗能（20-50W），不适合动态补偿和分相补偿。
2、可控硅投切电容器装置
可控硅装置投切电容器（见图2），是利用了电子开关反应速度快的特点。采用过零触发电路，检测当施加到可控硅两端电压为零时，发出触发信号，可控硅导通。此时电容器的电压与电网电压相等，因此不会产生合闸涌流，解决了接触器合闸涌流的问题，同样能在电流过零点切除电容，不产生操作过电压，因此大幅度延长投切装置的使用寿命，但是可控硅投切装置存在的缺点也很突出。
 

图2
2.1、可控硅在导通运行时，结间会产生一伏左右的压降，通常20Kvar角形接法的电容器，额定电流为27A，则一个可控硅所消耗功率约为27W。如以一个200Kvar电容柜来算，运行时其可控硅投切装置消耗功率可达800W，而且都变成热量，为限制温度升高，还要求采用强制风冷。
2.2、可控硅有漏电流存在，当未接电容时，即使可控硅未导通，其输出端也是高电压，在调试维修时存在不安全隐患。
2.3、过载能力差，短时间的过流、过压及电流上升率过快均易造成元件损坏，并且不可修复。
2.4、抗干扰、抗谐波能力差，在瞬息万变的电网条件中显得娇气，容易损坏.
2.5、可控硅元件本身属于非线性，工作时产生谐波，这些谐波将对电网产生不良影响。
2.6、为了使可控硅能够可靠地长期运行，一方面充分留有余地选择可控硅元件，同时还得针对过电压、过电流发生的原因采取有效齐全的保护措施. 使可控硅投切装置的价格还比较高。
综合评价：
　　优点：无涌流，无触点，使用寿命长，维修少，投切速度快。
　　缺点：价格高，发热严重，耗能，有漏电流，工作时产生谐波。
3、复合开关投切电容装置
复合开关投切电容（见图3），是普通机械开关与可控硅的组合，其通断过程由可控硅完成，导通时由机械触点完成，通过互相取长补短，克服了机械开关产生电弧、可控硅导通发热的缺点，同样达到无涌流无电弧的效果，由于可控硅不是连续工作，应用时可降低可控硅的电流容量，相对也降低了产品成本，因此近几年类似产品的研发和应用形成了热点。但是“复合开关投切装置”存在的缺点也限制了应用推广；
 

图3
3.1、过载能力差，短时间的过流、过压及电流上升率过快均易造成元件损坏，并且不可修复。
3.2、可控硅有漏电流存在，当未接电容时，即使可控硅未导通，其输出端也是高电压，在调试维修时存在不安全隐患。
3.3、抗干扰、抗谐波能力差，在有谐波场合使用时，要求安装电抗器，同时要求电容器的耐压等级也相应提高，这将造成补偿装置的成本大幅度提高。
3.4、产品性能与产品价格存在予盾，要提高产品可靠性，需要耐压大于2000V以上的可控硅，同时需要配置良好的保护电路，这将导至成本上升，产品价格显得昂贵。要使产品价格被市场接受，只有降低可控硅元件成本，从目前投入市场使用情况看，多数选用达不到耐压指标的可控硅元件（600V-1000V），因此在瞬息万变的电网条件中运行，显得很娇气，可控硅时有击穿损坏，甚至造成产品爆炸，直接影响补偿装置的可靠运行。
综合评价：
优点：无涌流，不发热，节能。
缺点：耐压很难达标，可靠性差，故障率高，有漏电流。
三、同步补偿电容投切装置的研发目标
根据对巳有几种类型的电容投切装置分折，可控硅使电容投切装置克服了涌流和电弧，同时也因可控硅的先天不足，造成利用可控硅消除涌流的电容投切装置分别存在价高，发热，耗能，漏电，耐压不达标，可靠性差等问题。为此我们设想不采用可控硅，而通过微控技术对机械触点进行时序控制，实现基于机械触点在电压过零点接通，电流过零点分断的投切功能，同样达到无涌流、无电弧的效果，从而确定同步补偿电容投切装置的技术指标。
1、无涌流
2、无电弧
3、电寿命≥120万次
4、切换速度快，能适应动态补偿
5、抗谐波、抗干扰能力强
6、完善的保护机制
7、节能环保
四、同步补偿电容投切装置的设计方案
根据同步补偿电容投切装置的技术指标，以及基于机械触点在过零点通断的设想，我们从2005年开始研制不用可控硅又能实现无涌流、无电弧的投切装置即“同步补偿电容投切装置”，其同步电容投切装置的基本原理是，众所周知，50Hz的交流电每秒要通过零点100次，如果我们能使开关的触头在电流刚过零时分开，并以极高的速度拉开足以承受恢复电压而不发生间隙击穿的绝缘距离，则此时开关将不会产生电弧也不存在热击穿现象，同时由于弧隙是未游离的，只需较小的极间距离就可承受较高的恢复电压，同理在电压过零点时触头开始闭合，回路也不会产生涌流，这种通断电路的方法叫做同步通断 ，而相应的开关电器叫同步开关。
为实现精确的同步过程，我们采用三路快速开关“大电流磁保持继电器”，对A、B、C三相主回路分别进行控制，并通过微控制器的程控功能，第一步分别检测各相相位的过零点，第二步自动跟综运算、自动修正偏差和自动补偿，第三步驱动各相开关使其触点在各自相位的零点闭合和零点分断，确保各相的开关在通断过程中不产生电弧，接通电容时不产生涌流。
图4为同步投切的原理框图。图中AT为电流传感器，VT为电压传感器，k为执行元件，kq为执行元件的操作线圈，MCU为微处理器，Cx为被控电容器。
 

图4  同步投切原理框图

图5为电容投入时的波形时序u为K两端电压的波形，i为回路电流的波形。当MCU接到投入指令时，由MCU根据VT提供的交流相位信号，从某个电压过零点开始，经t1预延时后，对执行元件发出闭合指令，再经t2延时后，也就是电压过零点，将电容投入系统。
 

图5  电容器投入时的波形时序图
   其中t1、t2满足下式：
 Ti+t2=Nt
 式中n=1，2，3，... ；
 T1—闭合操作预延时时间；
 T2—执行元件固有闭合时间；
 T—正弦交流电的周期。
图6为电容器被切除时的波形时序。当MCU接到切除指令时，由MCU根据AT提供的交流相位信号，从回路某个电流过零点开始，经t3预延时后，对执行元件发出断开指令，再经t4延时后（也就是回路电流过零点）将电容从系统中切除。从图6中可以看出，切除点以后，u逐渐衰减为正弦交流。
 图6电容器被切除时的波形时序
其中t3、t4满足正式：
T3+t4=Nt
       式中n=1，2，3，...；
       T3—切除操作预延时时间；
       T4—执行元件固有开断时间；
       T—正弦交流电的周期。
     对于一般永磁式继电器，其固有动作和返回时间大约5～15ns，相对n值可取1。对于较大的永磁式断路器，其固有分合闸时间约为20～50ms，其n值可取3或4。
五、 同步补偿电容投切装置的工作过程
对于三相四线星型接线的电力电容器，各相可根据投切指令任意进行同步投切操作，情形如同单相时的一样，各相之间互不影响。对于三相三线的角形接线的电力电容器，操作程序如下：投入时，按A、B、C相电压零点顺序接通Ka、Kb、Kc ，分断时按A、B、C相电流零点顺序断开Ka、Kb、Kc 。         
 

表1