Napon točke koljena (KPV) strujnog transformatora kritični je parametar koji definira granicu između linearnih i zasićenih područja karakteristike magnetiziranja CT-a. Predstavlja maksimalni sekundarni napon na kojem CT može raditi uz održavanje suštinski linearnog odnosa između primijenjenog napona i pobudne struje. Izvan točke koljena, mala povećanja napona uzrokuju velika povećanja pobudne struje, a sposobnost CT-a da precizno transformira struju ozbiljno je ugrožena.
Napon točke koljena formalno je definiran kao napon pri kojem povećanje primijenjenog napona od 10% uzrokuje povećanje sekundarne struje od 30% do 50%. Ova je definicija navedena u IEC standardima i daje standardiziranu metodu za karakterizaciju početka zasićenja. Prema IEC standardu, točka koljena definirana je kao točka u kojoj povećanje napona od 10% uzrokuje povećanje struje od 50%. Ova definicija omogućuje inženjerima usporedbu CT-ova različitih proizvođača na dosljednoj osnovi.
Napon točke koljena određen je magnetskim svojstvima CT jezgre i brojem sekundarnih zavoja. Veća jezgra s većom gustoćom toka zasićenja i više sekundarnih zavoja imat će viši napon točke koljena. Napon točke koljena obično se mjeri primjenom varijabilnog izmjeničnog napona na sekundarni namot s otvorenim-primarnim krugom i bilježenjem pobudne struje na svakoj razini napona. Rezultirajuća krivulja pobude pokazuje linearno područje pri niskim naponima, prijelazno područje (koljeno) i zasićeno područje pri visokim naponima.
U zaštitnim aplikacijama, napon točke koljena je od posebne važnosti. Zaštitni CT-ovi moraju održavati svoju točnost tijekom stanja kvara kada primarne struje mogu dostići mnogo puta veću od nazivne vrijednosti. Sekundarni napon tijekom kvara određen je umnoškom sekundarne struje i ukupnog sekundarnog opterećenja. Ako ovaj napon premaši napon točke koljena, CT će doći do zasićenja i sekundarna struja neće točno predstavljati primarnu struju kvara. To može uzrokovati da zaštitni releji ne rade ili da rade s prekomjernim kašnjenjem.
Potreban napon točke koljena za primjenu zaštite ovisi o specifičnoj shemi zaštite i parametrima sustava. Za diferencijalnu zaštitu, napon točke koljena mora biti dovoljno visok da osigura stabilnost tijekom-stanja kvara. Potreban napon točke koljena obično se izračunava pomoću formule: VK Veći ili jednak 2 × VS, gdje je VS stabilizacijski napon. Ovo osigurava da CT može pokrenuti potrebnu struju kroz krug releja tijekom unutarnjeg kvara, dok ostaje stabilan tijekom vanjskih kvarova.
Napon točke koljena može se izračunati iz nazivnih podataka CT-a pomoću empirijskih formula. Jedna uobičajena formula je: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated, gdje je R1 otpor sekundarnog namota, Prated je nazivno opterećenje, Irated je nazivna sekundarna struja, a n je faktor ograničenja točnosti. Ova formula daje procjenu napona točke koljena na temelju podataka s natpisne pločice CT-a i može se koristiti za proračune preliminarnog dizajna.
Za tipični zaštitni CT s 15 VA, 5P10 oznakom, procijenjeni napon točke koljena može se izračunati kao: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), gdje je VA nazivno opterećenje, ALF granični faktor točnosti, In je nazivna struja sekundara, a Rct je otpor sekundarnog namota. Koristeći vrijednosti iz ovog primjera: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Za CT s otporom sekundarnog namota od 0,5 Ω, procijenjeni napon točke koljena bio bi 30 + 25=55 V.
Napon točke koljena usko je povezan s faktorom ograničenja točnosti (ALF). ALF određuje umnožak nazivne primarne struje pri kojoj CT i dalje mora održavati svoju specificiranu točnost. CT s visokim ALF-om mora imati visok napon točke koljena kako bi podržao visoku sekundarnu struju koja teče tijekom stanja kvara. Odnos između ALF i napona točke koljena je približno linearan, uz pretpostavku konstantnog opterećenja i otpora namota.
U praksi se napon točke koljena provjerava tijekom testiranja CT-a kako bi se osiguralo da CT zadovoljava svoje specifikacije. Ispitivanje uključuje primjenu promjenjivog napona na sekundarni namot i mjerenje pobudne struje na svakoj razini napona. Točka koljena identificira se iz krivulje pobude kao točka u kojoj krivulja počinje odstupati od linearnosti. CT s abnormalno niskim naponom točke koljena može ukazivati na oštećenje jezgre, neodgovarajući materijal jezgre ili probleme s namotom.
Napon točke koljena također ima implikacije na sigurnost CT-a. Ako se sekundarni krug otvori dok teče primarna struja, napon na otvorenom sekundaru može porasti do opasnih razina, ograničenih samo naponom točke koljena i karakteristikama zasićenja jezgre. Zbog toga se sekundarni krug CT-a nikada ne smije otvoriti dok teče primarna struja. Visoki napon koji se pojavljuje na sekundarnim stezaljkama može ugroziti osoblje i oštetiti opremu.
Ukratko, napon točke koljena temeljni je parametar koji karakterizira ponašanje zasićenja strujnog transformatora. Definira granicu između linearnog i zasićenog rada i ključan je za osiguravanje pouzdanog rada zaštitnih CT-ova tijekom stanja kvara. Pravilan odabir napona točke koljena-na temelju zahtjeva aplikacije i parametara sustava-ključan je za pouzdan rad zaštitnog sustava.