Η τάση σημείου γονάτου (KPV) ενός μετασχηματιστή ρεύματος είναι μια κρίσιμη παράμετρος που ορίζει το όριο μεταξύ των γραμμικών και κορεσμένων περιοχών του χαρακτηριστικού μαγνήτισης του CT. Αντιπροσωπεύει τη μέγιστη δευτερεύουσα τάση στην οποία μπορεί να λειτουργήσει ο CT διατηρώντας μια ουσιαστικά γραμμική σχέση μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης και του ρεύματος διέγερσης. Πέρα από το σημείο του γόνατος, μικρές αυξήσεις στην τάση προκαλούν μεγάλες αυξήσεις στο ρεύμα διέγερσης και η ικανότητα του CT να μετασχηματίζει με ακρίβεια το ρεύμα είναι σοβαρά σε κίνδυνο.
Η τάση σημείου γονάτου ορίζεται επίσημα ως η τάση στην οποία μια αύξηση 10% στην εφαρμοζόμενη τάση προκαλεί αύξηση 30% έως 50% στο δευτερεύον ρεύμα. Αυτός ο ορισμός προσδιορίζεται στα πρότυπα IEC και παρέχει μια τυποποιημένη μέθοδο για τον χαρακτηρισμό της έναρξης του κορεσμού. Σύμφωνα με το πρότυπο IEC, το σημείο γονάτου ορίζεται ως το σημείο στο οποίο μια αύξηση τάσης 10% προκαλεί αύξηση ρεύματος κατά 50%. Αυτός ο ορισμός επιτρέπει στους μηχανικούς να συγκρίνουν CT από διαφορετικούς κατασκευαστές σε σταθερή βάση.
Η τάση του σημείου γονάτου καθορίζεται από τις μαγνητικές ιδιότητες του πυρήνα CT και τον αριθμό των δευτερευουσών στροφών. Ένας μεγαλύτερος πυρήνας με υψηλότερη πυκνότητα ροής κορεσμού και περισσότερες δευτερεύουσες στροφές θα έχει υψηλότερη τάση στο σημείο του γόνατου. Η τάση του σημείου γονάτου μετριέται συνήθως εφαρμόζοντας μια μεταβλητή τάση AC στο δευτερεύον τύλιγμα με το πρωτεύον ανοιχτό-κυκλωμένο και καταγράφοντας το ρεύμα διέγερσης σε κάθε επίπεδο τάσης. Η καμπύλη διέγερσης που προκύπτει δείχνει μια γραμμική περιοχή σε χαμηλές τάσεις, μια περιοχή μετάβασης (το γόνατο) και μια κορεσμένη περιοχή σε υψηλές τάσεις.
Σε εφαρμογές προστασίας, η τάση του σημείου γονάτου είναι ιδιαίτερης σημασίας. Οι CT προστασίας πρέπει να διατηρούν την ακρίβειά τους σε συνθήκες σφάλματος, όταν τα πρωτεύοντα ρεύματα μπορούν να φτάσουν πολλές φορές την ονομαστική τιμή. Η δευτερεύουσα τάση κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος καθορίζεται από το γινόμενο του δευτερεύοντος ρεύματος και της συνολικής δευτερεύουσας επιβάρυνσης. Εάν αυτή η τάση υπερβεί την τάση του σημείου γονάτου, το CT θα κορεστεί και το δευτερεύον ρεύμα δεν θα αντιπροσωπεύει με ακρίβεια το πρωτεύον ρεύμα σφάλματος. Αυτό μπορεί να προκαλέσει τη μη λειτουργία των προστατευτικών ρελέ ή τη λειτουργία με υπερβολική καθυστέρηση.
Η απαιτούμενη τάση σημείου γονάτου για μια εφαρμογή προστασίας εξαρτάται από το συγκεκριμένο σχήμα προστασίας και τις παραμέτρους του συστήματος. Για διαφορική προστασία, η τάση του σημείου γονάτου πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να εξασφαλίζεται σταθερότητα κατά τη διάρκεια-συνθηκών σφάλματος. Η απαιτούμενη τάση σημείου γονάτου συνήθως υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο: VK Μεγαλύτερο ή ίσο με 2 × VS, όπου VS είναι η τάση σταθεροποίησης. Αυτό διασφαλίζει ότι ο CT μπορεί να διοχετεύει το απαραίτητο ρεύμα μέσω του κυκλώματος ρελέ κατά τη διάρκεια ενός εσωτερικού σφάλματος ενώ παραμένει σταθερός κατά τη διάρκεια εξωτερικών σφαλμάτων.
Η τάση του σημείου γονάτου μπορεί να υπολογιστεί από τα ονομαστικά δεδομένα του CT χρησιμοποιώντας εμπειρικούς τύπους. Ένας κοινός τύπος είναι: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated, όπου R1 είναι η δευτερεύουσα αντίσταση περιέλιξης, Prated είναι η ονομαστική επιβάρυνση, Irated είναι το ονομαστικό δευτερεύον ρεύμα και n είναι ο συντελεστής ορίου ακρίβειας. Αυτός ο τύπος παρέχει μια εκτίμηση της τάσης του σημείου γονάτου με βάση τα δεδομένα της πινακίδας του CT και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υπολογισμούς προκαταρκτικού σχεδιασμού.
Για έναν τυπικό CT προστασίας με ονομαστική τιμή 15 VA, 5P10, η εκτιμώμενη τάση σημείου γονάτου μπορεί να υπολογιστεί ως: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), όπου VA είναι η ονομαστική επιβάρυνση, ALF είναι ο οριακός παράγοντας ακρίβειας, In είναι η ονομαστική αντίσταση ανέμου το δευτερεύον ρεύμα, Rct είναι το δευτερεύον ρεύμα. Χρησιμοποιώντας τις τιμές από αυτό το παράδειγμα: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Για CT με αντίσταση δευτερεύουσας περιέλιξης 0,5 Ω, η εκτιμώμενη τάση σημείου γονάτου θα είναι 30 + 25=55 V.
Η τάση του σημείου γονάτου σχετίζεται στενά με τον οριακό συντελεστή ακρίβειας (ALF). Το ALF καθορίζει το πολλαπλάσιο του ονομαστικού πρωτεύοντος ρεύματος στο οποίο ο CT πρέπει να διατηρεί την καθορισμένη ακρίβειά του. Ένας CT με υψηλό ALF πρέπει να έχει υψηλή τάση σημείου γονάτου για να υποστηρίζει το υψηλό δευτερεύον ρεύμα που ρέει κατά τις συνθήκες σφάλματος. Η σχέση μεταξύ ALF και τάσης σημείου γονάτου είναι περίπου γραμμική, υποθέτοντας σταθερή επιβάρυνση και αντίσταση περιέλιξης.
Στην πράξη, η τάση του σημείου γόνατος επαληθεύεται κατά τη διάρκεια της δοκιμής αξονικής τομογραφίας για να διασφαλιστεί ότι η αξονική τομογραφία πληροί τις προδιαγραφές της. Η δοκιμή περιλαμβάνει την εφαρμογή μεταβλητής τάσης στο δευτερεύον τύλιγμα και τη μέτρηση του ρεύματος διέγερσης σε κάθε επίπεδο τάσης. Το σημείο γονάτου προσδιορίζεται από την καμπύλη διέγερσης ως το σημείο όπου η καμπύλη αρχίζει να αποκλίνει από τη γραμμικότητα. Μια αξονική τομογραφία με ασυνήθιστα χαμηλή τάση σημείου γονάτου μπορεί να υποδεικνύει βλάβη στον πυρήνα, εσφαλμένο υλικό πυρήνα ή προβλήματα περιέλιξης.
Η τάση στο σημείο του γόνατος έχει επίσης επιπτώσεις στην ασφάλεια CT. Εάν το δευτερεύον κύκλωμα ανοίξει ενώ ρέει το πρωτεύον ρεύμα, η τάση στο ανοικτό δευτερεύον μπορεί να ανέλθει σε επικίνδυνα επίπεδα, περιορισμένα μόνο από την τάση του σημείου γονάτου και τα χαρακτηριστικά κορεσμού του πυρήνα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το δευτερεύον κύκλωμα ενός CT δεν πρέπει ποτέ να ανοίγει ενώ ρέει πρωτεύον ρεύμα. Η υψηλή τάση που εμφανίζεται στους δευτερεύοντες ακροδέκτες μπορεί να θέσει σε κίνδυνο το προσωπικό και να καταστρέψει τον εξοπλισμό.
Συνοπτικά, η τάση του σημείου γονάτου είναι μια θεμελιώδης παράμετρος που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά κορεσμού ενός μετασχηματιστή ρεύματος. Καθορίζει το όριο μεταξύ γραμμικής και κορεσμένης λειτουργίας και είναι απαραίτητο για τη διασφάλιση της αξιόπιστης απόδοσης των CT προστασίας σε συνθήκες σφάλματος. Η σωστή επιλογή της τάσης σημείου γονάτου-με βάση τις απαιτήσεις εφαρμογής και τις παραμέτρους συστήματος-είναι απαραίτητη για την αξιόπιστη λειτουργία του συστήματος προστασίας.