Điện áp điểm đầu gối (KPV) của máy biến dòng là thông số quan trọng xác định ranh giới giữa vùng tuyến tính và vùng bão hòa của đặc tính từ hóa của CT. Nó biểu thị điện áp thứ cấp tối đa mà CT có thể hoạt động trong khi duy trì mối quan hệ tuyến tính cơ bản giữa điện áp đặt vào và dòng điện kích thích. Ngoài điểm đầu gối, sự gia tăng điện áp nhỏ sẽ gây ra sự gia tăng lớn về dòng điện kích thích và khả năng biến đổi dòng điện chính xác của CT bị tổn hại nghiêm trọng.
Điện áp điểm đầu gối được định nghĩa chính thức là điện áp tại đó điện áp đặt vào tăng 10% sẽ làm dòng điện thứ cấp tăng 30% đến 50%. Định nghĩa này được quy định trong các tiêu chuẩn IEC và cung cấp một phương pháp tiêu chuẩn hóa để mô tả đặc điểm bắt đầu bão hòa. Theo tiêu chuẩn IEC, điểm đầu gối được định nghĩa là điểm mà tại đó điện áp tăng 10% sẽ làm dòng điện tăng 50%. Định nghĩa này cho phép các kỹ sư so sánh CT từ các nhà sản xuất khác nhau một cách nhất quán.
Điện áp điểm đầu gối được xác định bởi đặc tính từ của lõi CT và số vòng dây thứ cấp. Lõi lớn hơn với mật độ từ thông bão hòa cao hơn và nhiều vòng thứ cấp hơn sẽ có điện áp điểm đầu gối cao hơn. Điện áp điểm đầu gối thường được đo bằng cách đặt một điện áp xoay chiều thay đổi vào cuộn dây thứ cấp có mạch sơ cấp- hở và ghi lại dòng điện kích thích ở mỗi mức điện áp. Đường cong kích thích thu được cho thấy vùng tuyến tính ở điện áp thấp, vùng chuyển tiếp (đầu gối) và vùng bão hòa ở điện áp cao.
Trong các ứng dụng bảo vệ, điện áp điểm đầu gối có tầm quan trọng đặc biệt. CT bảo vệ phải duy trì độ chính xác của chúng trong điều kiện sự cố khi dòng điện sơ cấp có thể đạt tới nhiều lần giá trị định mức. Điện áp thứ cấp khi có sự cố được xác định bằng tích của dòng điện thứ cấp và tổng tải thứ cấp. Nếu điện áp này vượt quá điện áp điểm đầu gối, CT sẽ bão hòa và dòng điện thứ cấp sẽ không thể hiện chính xác dòng điện sự cố sơ cấp. Điều này có thể khiến rơle bảo vệ không hoạt động hoặc hoạt động với độ trễ quá mức.
Điện áp điểm đầu gối cần thiết cho ứng dụng bảo vệ phụ thuộc vào sơ đồ bảo vệ cụ thể và các thông số hệ thống. Để bảo vệ vi sai, điện áp điểm đầu gối phải đủ cao để đảm bảo sự ổn định trong các điều kiện-lỗi. Điện áp điểm đầu gối yêu cầu thường được tính theo công thức: VK Lớn hơn hoặc bằng 2 × VS, trong đó VS là điện áp ổn định. Điều này đảm bảo rằng CT có thể truyền dòng điện cần thiết qua mạch rơle khi xảy ra sự cố bên trong trong khi vẫn ổn định khi xảy ra sự cố bên ngoài.
Điện áp điểm đầu gối có thể được tính từ dữ liệu định mức của CT bằng công thức thực nghiệm. Một công thức phổ biến là: VKP=(R1 + Định mức/Irated) × n × Irated, trong đó R1 là điện trở cuộn dây thứ cấp, Prated là tải định mức, Irated là dòng điện thứ cấp định mức và n là hệ số giới hạn độ chính xác. Công thức này cung cấp ước tính điện áp điểm đầu gối dựa trên dữ liệu trên bảng tên của CT và có thể được sử dụng để tính toán thiết kế sơ bộ.
Đối với CT bảo vệ điển hình có định mức 15 VA, 5P10, điện áp điểm đầu gối ước tính có thể được tính như sau: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), trong đó VA là tải định mức, ALF là hệ số giới hạn độ chính xác, In là dòng điện thứ cấp định mức và Rct là điện trở cuộn dây thứ cấp. Sử dụng các giá trị từ ví dụ này: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Đối với CT có điện trở cuộn dây thứ cấp là 0,5 Ω, điện áp điểm đầu gối ước tính sẽ là 30 + 25=55 V.
Điện áp điểm đầu gối có liên quan chặt chẽ với hệ số giới hạn độ chính xác (ALF). ALF chỉ định bội số của dòng sơ cấp định mức mà tại đó CT vẫn phải duy trì độ chính xác đã chỉ định. CT có ALF cao phải có điện áp điểm uốn cao để hỗ trợ dòng điện thứ cấp cao chạy trong điều kiện sự cố. Mối quan hệ giữa ALF và điện áp điểm đầu gối là gần như tuyến tính, giả sử gánh nặng và điện trở cuộn dây không đổi.
Trong thực tế, điện áp điểm đầu gối được xác minh trong quá trình kiểm tra CT để đảm bảo rằng CT đáp ứng các thông số kỹ thuật của nó. Thử nghiệm bao gồm việc đặt một điện áp thay đổi vào cuộn dây thứ cấp và đo dòng điện kích thích ở mỗi mức điện áp. Điểm uốn được xác định từ đường cong kích thích là điểm mà tại đó đường cong bắt đầu lệch khỏi đường tuyến tính. CT có điện áp điểm đầu gối thấp bất thường có thể cho thấy lõi bị hỏng, vật liệu lõi không đúng hoặc có vấn đề về cuộn dây.
Điện áp điểm đầu gối cũng có ý nghĩa đối với sự an toàn của CT. Nếu mạch thứ cấp bị hở trong khi dòng điện sơ cấp chạy qua, điện áp trên mạch thứ cấp hở có thể tăng đến mức nguy hiểm, chỉ bị giới hạn bởi điện áp điểm uốn và đặc tính bão hòa lõi. Đây là lý do tại sao mạch thứ cấp của CT không bao giờ được mở khi dòng điện sơ cấp đang chạy. Điện áp cao xuất hiện ở các cực thứ cấp có thể gây nguy hiểm cho con người và làm hỏng thiết bị.
Tóm lại, điện áp điểm đầu gối là một tham số cơ bản đặc trưng cho trạng thái bão hòa của máy biến dòng. Nó xác định ranh giới giữa hoạt động tuyến tính và bão hòa và rất cần thiết để đảm bảo rằng các CT bảo vệ hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện lỗi. Việc lựa chọn đúng điện áp điểm đầu gối-dựa trên yêu cầu ứng dụng và thông số hệ thống-là điều cần thiết để hệ thống bảo vệ hoạt động đáng tin cậy.