什麼是電容分壓器變壓器 (CVT)？

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在電氣工程中，CVT代表電容分壓器變壓器 (Capacitive Voltage Transformer)。它是一種特製的電氣變壓器，用於將輸入電源的高電壓降壓到低電壓，用於計量、保護和自動化。它是電力變電站的重要組成部分。有時，CVT 也被稱為CPT（電容式電位變壓器，Capacitive Potential Transformer）。

在本文中，我們將學習 CVT，它的功能、優點以及在電力系統中的應用。讓我們從 CVT 的基本定義開始。

什麼是電容分壓器變壓器 (CVT)？

CVT 或電容分壓器變壓器是一種儀表變壓器，主要用於變電站的電力系統中，將電壓降低到適合測量和保護的目的。

因此，CVT 是一種降壓變壓器，它將高電壓降壓到低電壓。CVT 本質上是一種高絕緣變壓器，主要用於測量高於 100 kV 的高電壓。

當我們將高絕緣變壓器與標準變壓器進行比較時，高絕緣變壓器非常昂貴。因此，為了降低這些高絕緣變壓器的成本，使用了電容分壓器變壓器技術。簡單來說，我們可以說 CVT 提供了與其他型別的高絕緣變壓器相同的絕緣水平，但價格更低。

CVT 變壓器的執行原理

現在讓我們瞭解一下電容分壓器變壓器的基本結構和工作原理。

典型的電容分壓器變壓器由以下三個主要部件組成：

• 電容分壓器
• 輔助變壓器
• 電感元件

CVT 的電路圖如下所示。（此處應插入電路圖）

電容分壓器和輔助變壓器的主要功能是將高電壓降低到低電壓。

電容分壓器連線到輸電線路，並與輔助變壓器的主繞組串聯。因此，輔助變壓器從電容分壓器的輸出端獲得輸入電源。

電容分壓器由兩個電容器組成，即 $\mathrm{C_1\:和\:C_2}$。在這兩個電容器中，靠近地端接的電容器 $\mathrm{C_2}$ 的電容值高於電容器 $\mathrm{C_1}$。由於 $\mathrm{C_2}$ 的高電容，分壓器電路這一部分的阻抗變低。因此，它在其輸出端產生降低的電壓。

然後，這個低電壓被傳輸到輔助變壓器的主繞組，變壓器進一步將其降壓，並提供給計量單元進行測量。需要注意的是，計量單元表現為一個阻性負載。

因此，我們可以觀察到，輸入側的分壓器是電容性的，而輸出側的計量單元是阻性的。這會在輸入電壓和輸出電壓之間產生相移，並影響測量結果。為了克服這個問題，在輔助變壓器的主繞組上串聯一個補償電感，如圖所示。（此處應插入電路圖）

該補償電感的電感值 L 由下式給出：

$$\mathrm{L\:=\:\frac{1}{\omega^2(C_1+C_2)}}$$

此電感值 L 包含輔助變壓器的漏磁通。因此，它還可以補償由於電容分壓器電流減小而在輔助變壓器中發生的電壓降。但在實踐中，由於電感損耗，這種補償是不可能的。

CVT 變壓器的電壓變換比

CVT 變壓器的電壓變換比由下式給出：

$$\mathrm{\frac{V_{\circ}}{V_1}\:=\:[\frac{C_1}{C_1+C_2}]\:\times \:\frac{N_2}{N_1}}$$

這裡：

• $\mathrm{V_1}$ 是輸入電壓
• $\mathrm{V_{\circ}}$ 是輸出電壓
• $\mathrm{N_2}$ 是輔助變壓器的次級繞組匝數
• $\mathrm{N_1}$ 是輔助變壓器的主繞組匝數

由於對於 CVT 變壓器，$\mathrm{C_2\:>\:C_1}$，則 $\mathrm{[C_1/(C_1+C_2)]}$ 的值將很低。因此，這降低了電壓值。

CVT 變壓器的銘牌細節

電容分壓器變壓器 (CVT) 的銘牌上標有以下引數：

• 製造商資訊
• 絕緣等級
• 標準
• 電容
• 主電容
• 次電容
• 最高系統電壓 (HSV)
• 電壓係數
• 頻率
• 同時負載
• 熱負載
• 總重量
• 油重
• 製造年份
• 一次和二次電壓
• 視在功率負載 (VA Burden)
• 精度等級
• 熔斷器額定值

讓我們詳細討論這些引數。

製造商資訊

CVT 的銘牌包含有關製造商的詳細資訊。這些資訊主要包括製造商的名稱、標誌和聯絡方式。

絕緣等級

此資訊有兩個值，一個是有功值 (RMS)，另一個是峰值。提到的 RMS 值稱為工頻耐受電壓，單位為 $\mathrm{kV_{rms}}$。

提到的峰值稱為雷電衝擊電壓，單位為 $\mathrm{kV_{peak}}$。這些電壓值用於確定 CVT 的絕緣特性，被稱為其絕緣等級。

標準

此引數提供有關 CVT 製造所依據的行業標準的資訊。

電容

CVT 具有兩個串聯連線的電容器 $\mathrm{C_1\:和\:C_2}$ 的組合。電容是這兩個電容器的等效電容，在銘牌上提供。

主電容

在 CVT 中，電容器 $\mathrm{C_1}$ 的電容稱為主電容。其值在 CVT 變壓器的銘牌上提供。

次電容

電容器 $\mathrm{C_2}$ 的電容稱為次電容。其值也在 CVT 變壓器的銘牌上提供。

最高系統電壓 (HSV)

最高系統電壓是 CVT 變壓器設計執行的電壓。該電壓也稱為 CVT 的額定電壓，其值始終在銘牌上提供。

電壓係數

電壓係數是指 CVT 在特定時間內所能承受的最高電壓值。它以標么值 (Per Unit System) 在 CVT 的銘牌上標明。

例如，如果銘牌上標明 1.15 連續和 1.3 持續 25 秒。然後，這表示 CVT 可以連續承受額定電壓的 115%，並且可以承受額定電壓的 130% 持續 25 秒。

頻率

它是電源電壓的額定頻率，在此頻率下發電、傳輸和分配電力。它可以是 50 Hz 或 60 Hz，具體取決於國家/地區使用的供電系統。

同時負載

CVT 銘牌的此引數提供有關可在同一時間從所有次級繞組獲取的視在功率 (VA)，而不會影響任何鐵心的精度。

這是一個重要的引數，因為連線到其中一個次級繞組上的負載會影響其他次級繞組的精度。這主要是由於 CVT 的次級繞組繞在同一鐵心上。

熱負載

這是在不使 CVT 變壓器的溫度超過行業標準定義的特定限制的情況下，可以一次從 CVT 變壓器獲取的視在功率 (VA) 的總量。

例如，如果 CVT 銘牌上標明的熱負載為 250 VA，則表示可以在不超過規定的溫度限制的情況下從 CVT 獲取 250 VA。

總重量

此引數提供 CVT 變壓器的總重量（以千克為單位）。

油重

此引數給出 CVT 變壓器中用於絕緣和冷卻的油的重量。

製造年份

此引數提供 CVT 變壓器製造年份的詳細資訊。

一次和二次電壓

此引數顯示 CVT 的一次和二次繞組的每相電壓。

視在功率負載 (VA Burden)

負載是連線到 CVT 變壓器次級繞組的總視在功率 (VA)。在銘牌上，給出了可以連線到 CVT 每個繞組的負載。

精度等級

CVT 變壓器用於電力系統中的測量和保護。並且，不同的繞組用於計量和保護。因此，為計量和保護目的指定了不同的精度等級。精度等級的主要目的是指定輸出中可容忍的誤差。

例如，如果 CVT 的計量等級的精度等級為 0.5，則表示電壓中的可容忍誤差可以等於 ±0.5%。

同樣，如果我們有一個 CVT 的保護等級，並且它的精度等級為 3P，並且施加的電壓是額定電壓的 2%。然後，這表明 CVT 電壓的誤差必須在 ±6% 以內。

熔斷器額定值

在 CVT 中，次級側設有熔斷器以用於保護。

這就是關於 CVT 變壓器銘牌詳細資訊的所有內容。現在讓我們討論 CVT 變壓器的主要優點和應用。

CVT 變壓器的功能

CVT 變壓器在電力系統中用於以下目的：

• 精確測量電力系統中的高電壓。
• 提供電壓訊號用於監控和控制應用。
• 檢測系統中的異常情況並啟動保護繼電器。
• 用於計量目的。
• 濾除諧波分量等。

電容式電壓互感器 (CVT) 的優點

電容式電壓互感器的主要優點如下：

• CVT具有高電壓測量精度。
• CVT可以在很寬的頻率範圍內工作，因此可用於交流和直流系統。
• CVT具有很高的絕緣等級，因此可以承受非常高的電壓。
• CVT維護量少，因此執行成本低。
• CVT可以與各種計量和保護裝置一起使用。
• CVT比其他高絕緣變壓器更經濟。
• 由於體積小巧，CVT安裝所需空間少。
• CVT設計和製造簡單。

CVT的應用

CVT主要用於電力系統的計量和保護。CVT變壓器的一些主要應用如下：

• CVT變壓器用於測量電力系統中的高電壓，以計算能耗。
• CVT還用於保護目的，以檢測電力系統中的異常情況並操作保護繼電器。
• 在儀表和控制中，CVT用於監控和控制系統電壓，以提高電力系統的穩定性。
• 在變電站自動化系統中，CVT用於提供電壓訊號，以監控和控制不同的自動化元件。
• CVT也用於高壓電氣系統的測試。

這就是關於CVT或電容式電壓互感器的一切。

結論

從以上討論可以得出結論，CVT是一種用於電力系統計量和保護的高絕緣儀表變壓器。由於其精度高，成本低，因此比其他高絕緣變壓器更具優勢。在本文中，我解釋了與CVT變壓器相關的 major 概念。

關於CVT變壓器的常見問題

本節解答了一些關於電容式電壓互感器 (CVT) 的最常見問題：

1. CVT的完整形式是什麼？

CVT的全稱是電容式電壓互感器 (Capacitive Voltage Transformer)。有時也擴充套件為電容電壓互感器 (Capacitor Voltage Transformer)。

2. CVT的用途是什麼？

CVT用於以下兩個目的：

• 測量高電壓
• 保護電力系統

3. VT和CVT的區別是什麼？

VT代表電壓互感器 (Voltage Transformer)。VT是一種普通的電磁裝置，可以升高或降低電壓。另一方面，CVT是一種降壓變壓器，它由一個電容分壓器和一個用於降壓的變壓器組成。

4. 為什麼CVT更好？

以下是一些使CVT更具優勢的關鍵因素：

• 多功能性，因為它可以執行測量、保護、監控、控制和許多其他重要功能。
• 與其他型別的絕緣變壓器相比，成本更低。
• 緊湊的設計等。

5. CVT的三個優點是什麼？

以下是CVT的三個主要優點：

• 體積小
• 成本低
• 精度高