Napětí kolenního bodu (KPV) proudového transformátoru je kritickým parametrem, který definuje hranici mezi lineárními a nasycenými oblastmi magnetizační charakteristiky CT. Představuje maximální sekundární napětí, při kterém může CT pracovat při zachování v podstatě lineárního vztahu mezi přiloženým napětím a budícím proudem. Za bodem kolena malá zvýšení napětí způsobují velké zvýšení budícího proudu a schopnost CT přesně transformovat proud je vážně ohrožena.
Napětí v kolenním bodě je formálně definováno jako napětí, při kterém 10% zvýšení použitého napětí způsobí 30% až 50% zvýšení sekundárního proudu. Tato definice je specifikována v normách IEC a poskytuje standardizovanou metodu pro charakterizaci počátku saturace. Podle normy IEC je kolenní bod definován jako bod, ve kterém zvýšení napětí o 10 % způsobí zvýšení proudu o 50 %. Tato definice umožňuje inženýrům konzistentně porovnávat CT od různých výrobců.
Napětí kolenního bodu je určeno magnetickými vlastnostmi jádra CT a počtem sekundárních závitů. Větší jádro s vyšší hustotou saturačního toku a větším počtem sekundárních závitů bude mít vyšší napětí v kolenním bodě. Napětí v kolenním bodě se obvykle měří přivedením proměnného střídavého napětí na sekundární vinutí s primárním otevřeným-obvodem a zaznamenáváním budícího proudu na každé úrovni napětí. Výsledná excitační křivka ukazuje lineární oblast při nízkých napětích, přechodovou oblast (koleno) a nasycenou oblast při vysokých napětích.
V ochranných aplikacích je napětí kolenního bodu obzvláště důležité. Ochranné transformátory proudu si musí zachovat svou přesnost během poruchových stavů, kdy primární proudy mohou dosáhnout mnohonásobku jmenovité hodnoty. Sekundární napětí při poruše je určeno součinem sekundárního proudu a celkové sekundární zátěže. Pokud toto napětí překročí napětí kolenního bodu, CT se nasytí a sekundární proud nebude přesně reprezentovat primární poruchový proud. To může způsobit, že ochranná relé nebudou fungovat nebo budou fungovat s nadměrným zpožděním.
Požadované napětí kolenního bodu pro aplikaci ochrany závisí na konkrétním schématu ochrany a parametrech systému. Pro diferenciální ochranu musí být napětí v kolenním bodě dostatečně vysoké, aby byla zajištěna stabilita během-poruchových podmínek. Požadované napětí v kolenním bodě se obvykle vypočítá pomocí vzorce: VK Větší nebo rovno 2 × VS, kde VS je stabilizační napětí. Tím je zajištěno, že CT může pohánět potřebný proud přes obvod relé během interní poruchy, zatímco zůstane stabilní během externích poruch.
Napětí kolenního bodu lze vypočítat z jmenovitých dat CT pomocí empirických vzorců. Jeden běžný vzorec je: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated, kde R1 je odpor sekundárního vinutí, Prated je jmenovitá zátěž, Irated je jmenovitý sekundární proud a n je limitní faktor přesnosti. Tento vzorec poskytuje odhad napětí v kolenním bodě na základě údajů na typovém štítku CT a lze jej použít pro předběžné konstrukční výpočty.
Pro typickou ochranu CT s jmenovitým výkonem 15 VA, 5P10 lze odhadované napětí v kolenním bodu vypočítat jako: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), kde VA je jmenovitá zátěž, ALF je limit přesnosti, In je jmenovitý sekundární proud a Rct je odpor sekundárního vinutí. Pomocí hodnot z tohoto příkladu: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Pro CT s odporem sekundárního vinutí 0,5 Ω by odhadované napětí kolenního bodu bylo 30 + 25=55 V.
Napětí kolenního bodu úzce souvisí s limitním faktorem přesnosti (ALF). ALF specifikuje násobek jmenovitého primárního proudu, při kterém si musí CT stále zachovat svou specifikovanou přesnost. CT s vysokým ALF musí mít vysoké napětí v kolenním bodě, aby podporovalo vysoký sekundární proud, který protéká během poruchových stavů. Vztah mezi ALF a napětím v kolenním bodě je přibližně lineární, za předpokladu konstantní zátěže a odporu vinutí.
V praxi se napětí kolenního bodu ověřuje během testování CT, aby se zajistilo, že CT splňuje své specifikace. Test zahrnuje aplikaci proměnného napětí na sekundární vinutí a měření budícího proudu na každé napěťové úrovni. Bod kolena je identifikován z excitační křivky jako bod, kde se křivka začíná odchylovat od linearity. CT s abnormálně nízkým napětím v kolenním bodě může indikovat poškození jádra, nesprávný materiál jádra nebo problémy s vinutím.
Napětí v kolenním bodě má také důsledky pro bezpečnost CT. Pokud je sekundární okruh otevřen, zatímco primární proud teče, napětí na otevřeném sekundárním okruhu může vzrůst na nebezpečnou úroveň, omezenou pouze napětím v kolenním bodě a charakteristikou saturace jádra. To je důvod, proč sekundární obvod CT nesmí být nikdy otevřen, když teče primární proud. Vysoké napětí, které se objeví na sekundárních svorkách, může ohrozit personál a poškodit zařízení.
Stručně řečeno, napětí kolenního bodu je základním parametrem, který charakterizuje saturační chování proudového transformátoru. Definuje hranici mezi lineárním a saturovaným provozem a je zásadní pro zajištění spolehlivé funkce ochranných transformátorů proudu během poruchových stavů. Správný výběr napětí v kolenním bodě-na základě požadavků aplikace a systémových parametrů-je nezbytný pro spolehlivý provoz ochranného systému.