Napięcie punktu kolanowego (KPV) przekładnika prądowego jest parametrem krytycznym, który określa granicę pomiędzy obszarami liniowymi i nasyconymi charakterystyki magnesującej przekładnika prądowego. Reprezentuje maksymalne napięcie wtórne, przy którym przekładnik prądowy może pracować, zachowując zasadniczo liniową zależność między przyłożonym napięciem a prądem wzbudzenia. Poza punktem kolanowym niewielki wzrost napięcia powoduje duży wzrost prądu wzbudzenia, a zdolność przekładnika prądowego do dokładnego przekształcania prądu jest poważnie zagrożona.
Napięcie punktu kolanowego jest formalnie zdefiniowane jako napięcie, przy którym wzrost przyłożonego napięcia o 10% powoduje wzrost prądu wtórnego o 30% do 50%. Definicja ta jest określona w normach IEC i zapewnia znormalizowaną metodę charakteryzowania początku nasycenia. Zgodnie z normą IEC punkt przegięcia definiuje się jako punkt, w którym wzrost napięcia o 10% powoduje wzrost prądu o 50%. Definicja ta pozwala inżynierom na spójne porównywanie przekładników prądowych różnych producentów.
Napięcie punktu kolanowego zależy od właściwości magnetycznych rdzenia przekładnika prądowego i liczby zwojów wtórnych. Większy rdzeń z wyższą gęstością strumienia nasycenia i większą liczbą zwojów wtórnych będzie miał wyższe napięcie punktu przegięcia. Napięcie punktu kolanowego mierzy się zazwyczaj poprzez przyłożenie zmiennego napięcia prądu przemiennego do uzwojenia wtórnego z otwartym-obwodem pierwotnym i zarejestrowanie prądu wzbudzenia na każdym poziomie napięcia. Powstała krzywa wzbudzenia przedstawia obszar liniowy przy niskich napięciach, obszar przejściowy (kolano) i obszar nasycony przy wysokich napięciach.
W zastosowaniach ochronnych napięcie punktu kolanowego ma szczególne znaczenie. Zabezpieczające przekładniki prądowe muszą zachować swoją dokładność w warunkach zwarcia, gdy prądy pierwotne mogą osiągnąć wielokrotnie wartość znamionową. Napięcie wtórne podczas zwarcia jest określane jako iloczyn prądu wtórnego i całkowitego obciążenia wtórnego. Jeśli napięcie to przekroczy napięcie punktu przegięcia, przekładnik prądowy ulegnie nasyceniu, a prąd wtórny nie będzie dokładnie odzwierciedlał pierwotnego prądu zwarciowego. Może to spowodować awarię przekaźników ochronnych lub działanie z nadmiernym opóźnieniem.
Wymagane napięcie punktu kolanowego dla aplikacji zabezpieczającej zależy od konkretnego schematu ochrony i parametrów systemu. W przypadku zabezpieczenia różnicowego napięcie w punkcie przegięcia musi być wystarczająco wysokie, aby zapewnić stabilność w warunkach-zwarcia przelotowego. Wymagane napięcie punktu kolanowego oblicza się zwykle ze wzoru: VK Większe lub równe 2 × VS, gdzie VS to napięcie stabilizujące. Zapewnia to, że przekładnik prądowy może przepuścić niezbędny prąd przez obwód przekaźnika podczas zwarcia wewnętrznego, zachowując jednocześnie stabilność podczas zwarć zewnętrznych.
Napięcie punktu kolanowego można obliczyć na podstawie danych znamionowych przekładnika prądowego za pomocą wzorów empirycznych. Jednym z powszechnych wzorów jest: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated, gdzie R1 to rezystancja uzwojenia wtórnego, Prated to obciążenie znamionowe, Irated to znamionowy prąd wtórny, a n to współczynnik graniczny dokładności. Wzór ten umożliwia oszacowanie napięcia punktu kolanowego na podstawie danych z tabliczki znamionowej przekładnika prądowego i może być wykorzystany do wstępnych obliczeń projektowych.
Dla typowego przekładnika prądowego zabezpieczającego o mocy 15 VA, 5P10, szacowane napięcie punktu przegięcia można obliczyć jako: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), gdzie VA to obciążenie znamionowe, ALF to współczynnik graniczny dokładności, In to znamionowy prąd wtórny, a Rct to rezystancja uzwojenia wtórnego. Używając wartości z tego przykładu: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. W przypadku przekładnika prądowego o rezystancji uzwojenia wtórnego wynoszącej 0,5 Ω szacowane napięcie punktu przegięcia będzie wynosić 30 + 25=55 V.
Napięcie punktu kolanowego jest ściśle powiązane ze współczynnikiem limitu dokładności (ALF). ALF określa wielokrotność znamionowego prądu pierwotnego, przy którym przekładnik prądowy musi nadal utrzymywać określoną dokładność. Przekładnik prądowy o wysokim ALF musi mieć wysokie napięcie punktowe, aby utrzymać wysoki prąd wtórny przepływający w warunkach zwarcia. Zależność między ALF i napięciem punktu kolanowego jest w przybliżeniu liniowa, przy założeniu stałego obciążenia i rezystancji uzwojenia.
W praktyce napięcie punktu kolanowego jest weryfikowane podczas testowania przekładnika prądowego, aby upewnić się, że przekładnik prądowy spełnia swoje specyfikacje. Badanie polega na przyłożeniu do uzwojenia wtórnego napięcia zmiennego i pomiarze prądu wzbudzenia na każdym poziomie napięcia. Punkt przegięcia jest identyfikowany na krzywej wzbudzenia jako punkt, w którym krzywa zaczyna odbiegać od liniowości. CT z nienormalnie niskim napięciem punktu kolanowego może wskazywać uszkodzenie rdzenia, nieprawidłowy materiał rdzenia lub problemy z uzwojeniem.
Napięcie punktu kolanowego ma również wpływ na bezpieczeństwo przekładników prądowych. Jeśli obwód wtórny zostanie otwarty podczas przepływu prądu pierwotnego, napięcie na otwartym obwodzie wtórnym może wzrosnąć do niebezpiecznego poziomu, ograniczonego jedynie napięciem w punkcie przegięcia i charakterystyką nasycenia rdzenia. Z tego powodu obwód wtórny przekładnika prądowego nie może być nigdy otwierany podczas przepływu prądu pierwotnego. Wysokie napięcie pojawiające się na zaciskach wtórnych może stanowić zagrożenie dla personelu i uszkodzić sprzęt.
Podsumowując, napięcie punktu przegięcia jest podstawowym parametrem charakteryzującym zachowanie przekładnika prądowego w stanie nasycenia. Definiuje granicę pomiędzy działaniem liniowym i nasyconym i jest niezbędny do zapewnienia niezawodnego działania przekładników prądowych w warunkach zwarciowych. Właściwy dobór napięcia punktu kolanowego-w oparciu o wymagania aplikacji i parametry systemu-jest niezbędny do niezawodnego działania systemu zabezpieczającego.