ولتاژ نقطه زانو ترانسفورماتور جریان چیست؟

ولتاژ نقطه زانو (KPV) یک ترانسفورماتور جریان یک پارامتر حیاتی است که مرز بین مناطق خطی و اشباع مشخصه مغناطیسی CT را تعیین می کند. این نشان دهنده حداکثر ولتاژ ثانویه است که CT می تواند در آن کار کند در حالی که یک رابطه خطی اساسی بین ولتاژ اعمال شده و جریان تحریک حفظ می کند. فراتر از نقطه زانو، افزایش های کوچک در ولتاژ باعث افزایش زیادی در جریان تحریک می شود و توانایی CT برای تبدیل دقیق جریان به شدت به خطر می افتد.

ولتاژ نقطه زانو به طور رسمی به عنوان ولتاژی تعریف می شود که در آن افزایش 10٪ در ولتاژ اعمال شده باعث افزایش 30٪ تا 50٪ در جریان ثانویه می شود. این تعریف در استانداردهای IEC مشخص شده است و یک روش استاندارد برای توصیف شروع اشباع ارائه می دهد. طبق استاندارد IEC، نقطه زانو به عنوان نقطه ای تعریف می شود که در آن افزایش ولتاژ 10 درصد باعث افزایش جریان 50 درصدی می شود. این تعریف به مهندسان این امکان را می‌دهد که CT‌های تولیدکنندگان مختلف را به طور ثابت مقایسه کنند.

ولتاژ نقطه زانو توسط خواص مغناطیسی هسته CT و تعداد چرخش های ثانویه تعیین می شود. یک هسته بزرگتر با چگالی شار اشباع بالاتر و چرخش های ثانویه بیشتر، ولتاژ نقطه زانو بالاتری خواهد داشت. ولتاژ نقطه زانو معمولاً با اعمال یک ولتاژ متناوب متغیر به سیم پیچ ثانویه با مدار باز{2}} و ثبت جریان تحریک در هر سطح ولتاژ اندازه گیری می شود. منحنی تحریک حاصل، یک ناحیه خطی در ولتاژهای پایین، یک ناحیه گذار (زانو) و یک ناحیه اشباع شده در ولتاژهای بالا را نشان می دهد.

در کاربردهای حفاظتی، ولتاژ نقطه زانو از اهمیت خاصی برخوردار است. CTهای حفاظتی باید دقت خود را در شرایط خطا حفظ کنند، زمانی که جریان اولیه می تواند چندین برابر مقدار نامی برسد. ولتاژ ثانویه در هنگام خطا با حاصل ضرب جریان ثانویه و بار ثانویه کل تعیین می شود. اگر این ولتاژ از ولتاژ نقطه زانو بیشتر شود، CT اشباع می شود و جریان ثانویه به طور دقیق جریان خطای اولیه را نشان نمی دهد. این می تواند باعث شود که رله های محافظ کار نکنند یا با تاخیر بیش از حد کار کنند.

ولتاژ مورد نیاز نقطه زانو برای برنامه حفاظتی به طرح حفاظتی خاص و پارامترهای سیستم بستگی دارد. برای حفاظت دیفرانسیل، ولتاژ نقطه زانو باید به اندازه کافی بالا باشد تا از پایداری در هنگام{1} شرایط خطا اطمینان حاصل شود. ولتاژ مورد نیاز نقطه زانو معمولاً با استفاده از فرمول محاسبه می شود: VK بزرگتر یا مساوی 2 × VS، که در آن VS ولتاژ تثبیت کننده است. این تضمین می‌کند که CT می‌تواند جریان لازم را در طول یک خطای داخلی از مدار رله عبور دهد در حالی که در هنگام خطاهای خارجی پایدار می‌ماند.

ولتاژ نقطه زانو را می توان از داده های امتیازی CT با استفاده از فرمول های تجربی محاسبه کرد. یک فرمول رایج این است: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated، که در آن R1 مقاومت سیم پیچ ثانویه است، Prated بار نامی، Irated جریان ثانویه نامی، و n ضریب حد دقت است. این فرمول تخمینی از ولتاژ نقطه زانو را بر اساس داده های پلاک CT ارائه می دهد و می تواند برای محاسبات طراحی اولیه استفاده شود.

برای یک CT محافظ معمولی با درجه بندی 15 VA، 5P10، ولتاژ تخمینی نقطه زانو را می توان به صورت زیر محاسبه کرد: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × در × Rct)، که در آن VA بار نامی، ALF ضریب حد دقت، In مقاومت نامی باد، جریان ثانویه است. با استفاده از مقادیر این مثال: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. برای CT با مقاومت سیم پیچ ثانویه 0.5 Ω، ولتاژ تخمینی نقطه زانو 30 + 25=55 V خواهد بود.

ولتاژ نقطه زانو ارتباط نزدیکی با ضریب حد دقت (ALF) دارد. ALF مضربی از جریان اولیه نامی را مشخص می کند که CT همچنان باید دقت مشخص شده خود را حفظ کند. CT با ALF بالا باید دارای ولتاژ بالای زانو باشد تا جریان ثانویه بالایی را که در شرایط خطا جریان می‌یابد پشتیبانی کند. رابطه بین ALF و ولتاژ نقطه زانو تقریباً خطی است، با فرض بار ثابت و مقاومت سیم پیچ.

در عمل، ولتاژ نقطه زانو در طول آزمایش CT تأیید می شود تا اطمینان حاصل شود که CT با مشخصات خود مطابقت دارد. این آزمایش شامل اعمال یک ولتاژ متغیر به سیم پیچ ثانویه و اندازه گیری جریان تحریک در هر سطح ولتاژ است. نقطه زانو از روی منحنی تحریک به عنوان نقطه ای که منحنی شروع به انحراف از خطی بودن می کند، مشخص می شود. CT با ولتاژ غیرطبیعی نقطه زانو ممکن است آسیب به هسته، مواد هسته نادرست یا مشکلات سیم پیچی را نشان دهد.

ولتاژ نقطه زانو نیز پیامدهایی برای ایمنی CT دارد. اگر مدار ثانویه در حالی که جریان اولیه جریان دارد باز شود، ولتاژ در سرتاسر ثانویه باز می تواند به سطوح خطرناکی افزایش یابد که فقط با ولتاژ نقطه زانو و ویژگی های اشباع هسته محدود می شود. به همین دلیل است که مدار ثانویه یک CT هرگز نباید در زمانی که جریان اولیه جریان دارد باز شود. ولتاژ بالایی که در پایانه های ثانویه ظاهر می شود می تواند پرسنل را به خطر بیندازد و به تجهیزات آسیب برساند.

به طور خلاصه، ولتاژ نقطه زانو یک پارامتر اساسی است که رفتار اشباع ترانسفورماتور جریان را مشخص می کند. این مرز بین عملیات خطی و اشباع را مشخص می کند و برای اطمینان از اینکه CT های حفاظتی در شرایط خطا به طور قابل اعتماد عمل می کنند ضروری است. انتخاب صحیح ولتاژ نقطه زانو-بر اساس الزامات برنامه و پارامترهای سیستم-برای عملکرد مطمئن سیستم حفاظت ضروری است.