Knepunktspenningen (KPV) til en strømtransformator er en kritisk parameter som definerer grensen mellom de lineære og mettede områdene av CTs magnetiseringskarakteristikk. Den representerer den maksimale sekundære spenningen som CT-en kan operere ved samtidig som den opprettholder et hovedsakelig lineært forhold mellom den påtrykte spenningen og eksitasjonsstrømmen. Utenfor knepunktet forårsaker små økninger i spenning store økninger i eksitasjonsstrømmen, og CT-enhetens evne til nøyaktig å transformere strøm er alvorlig kompromittert.
Knepunktspenningen er formelt definert som spenningen der en 10 % økning i den påførte spenningen forårsaker en 30 % til 50 % økning i sekundærstrøm. Denne definisjonen er spesifisert i IEC-standarder og gir en standardisert metode for å karakterisere begynnelsen av metning. I henhold til IEC-standarden er knepunktet definert som punktet der en spenningsøkning på 10 % forårsaker en strømøkning på 50 %. Denne definisjonen lar ingeniører sammenligne CT-er fra forskjellige produsenter på en konsistent basis.
Knepunktspenningen bestemmes av de magnetiske egenskapene til CT-kjernen og antall sekundære svinger. En større kjerne med høyere metningsflukstetthet og flere sekundære svinger vil ha høyere knepunktspenning. Knepunktspenningen måles vanligvis ved å påføre en variabel AC-spenning på sekundærviklingen med den primære åpen-krets og registrere eksitasjonsstrømmen på hvert spenningsnivå. Den resulterende eksitasjonskurven viser et lineært område ved lave spenninger, et overgangsområde (kneet) og et mettet område ved høye spenninger.
I beskyttelsesapplikasjoner er knepunktspenningen av spesiell betydning. Beskyttelses-CT-er må opprettholde nøyaktigheten under feiltilstander når primærstrømmene kan nå mange ganger den nominelle verdien. Sekundærspenningen under en feil bestemmes av produktet av sekundærstrømmen og den totale sekundære belastningen. Hvis denne spenningen overstiger knepunktspenningen, vil CT-en mettes og sekundærstrømmen vil ikke representere den primære feilstrømmen nøyaktig. Dette kan føre til at beskyttelsesreléer ikke fungerer eller fungerer med for lang forsinkelse.
Den nødvendige knepunktspenningen for en beskyttelsesapplikasjon avhenger av det spesifikke beskyttelsesskjemaet og systemparametrene. For differensiell beskyttelse må knepunktspenningen være høy nok til å sikre stabilitet under gjennomgående-feiltilstander. Den nødvendige knepunktspenningen beregnes typisk ved å bruke formelen: VK Større enn eller lik 2 × VS, der VS er stabiliserende spenning. Dette sikrer at CT-en kan drive den nødvendige strømmen gjennom relékretsen under en intern feil mens den forblir stabil under eksterne feil.
Knepunktspenningen kan beregnes fra CTs karakterdata ved å bruke empiriske formler. En vanlig formel er: VKP=(R1 + Pratet/Irated) × n × Irated, der R1 er sekundærviklingsmotstanden, Prated er nominell belastning, Irated er nominell sekundærstrøm, og n er nøyaktighetsgrensefaktoren. Denne formelen gir et estimat av knepunktspenningen basert på CTs navneskiltdata og kan brukes til foreløpige designberegninger.
For en typisk beskyttelses-CT med en rating på 15 VA, 5P10, kan den estimerte knepunktspenningen beregnes som: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), hvor VA er den nominelle belastningen, ALF er nøyaktighetsgrensefaktoren, In er den nominelle sekundære strømmen, og Rct er sekundærvindingsmotstanden. Ved å bruke verdiene fra dette eksemplet: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. For en CT med en sekundær viklingsmotstand på 0,5 Ω, vil den estimerte knepunktspenningen være 30 + 25=55 V.
Knepunktspenningen er nært knyttet til nøyaktighetsgrensefaktoren (ALF). ALF spesifiserer multiplum av nominell primærstrøm som CT-en fortsatt må opprettholde sin spesifiserte nøyaktighet. En CT med høy ALF må ha høy knepunktspenning for å støtte den høye sekundærstrømmen som flyter under feiltilstander. Forholdet mellom ALF og knepunktspenning er tilnærmet lineært, forutsatt konstant belastning og viklingsmotstand.
I praksis verifiseres knepunktspenningen under CT-testing for å sikre at CT-en oppfyller spesifikasjonene. Testen innebærer å påføre en variabel spenning på sekundærviklingen og måle eksitasjonsstrømmen på hvert spenningsnivå. Knepunktet identifiseres fra eksitasjonskurven som punktet hvor kurven begynner å avvike fra linearitet. En CT med unormalt lav knepunktspenning kan indikere kjerneskade, feil kjernemateriale eller viklingsproblemer.
Knepunktspenningen har også implikasjoner for CT-sikkerhet. Hvis sekundærkretsen åpnes mens primærstrømmen flyter, kan spenningen over den åpne sekundæren stige til farlige nivåer, begrenset kun av knepunktspenningen og kjernemetningskarakteristikkene. Dette er grunnen til at sekundærkretsen til en CT aldri må åpnes mens primærstrømmen flyter. Høyspenningen som oppstår ved sekundærterminalene kan sette personell i fare og skade utstyr.
Oppsummert er knepunktspenningen en grunnleggende parameter som karakteriserer metningsoppførselen til en strømtransformator. Den definerer grensen mellom lineær og mettet drift og er avgjørende for å sikre at beskyttelses-CT-er fungerer pålitelig under feiltilstander. Riktig valg av knepunktspenning-basert på applikasjonskravene og systemparametere-er avgjørende for pålitelig beskyttelsessystemdrift.