מתח נקודת הברך (KPV) של שנאי זרם הוא פרמטר קריטי המגדיר את הגבול בין האזור הליניארי והרווי של מאפיין המגנט של ה-CT. הוא מייצג את המתח המשני המרבי שבו ה-CT יכול לפעול תוך שמירה על קשר ליניארי מהותי בין המתח המופעל לזרם העירור. מעבר לנקודת הברך, עליות קטנות במתח גורמות לעליות גדולות בזרם העירור, ויכולת ה-CT להמיר זרם במדויק נפגעת קשות.
מתח נקודת הברך מוגדר רשמית כמתח שבו עלייה של 10% במתח המופעל גורמת לעלייה של 30% עד 50% בזרם המשני. הגדרה זו מצוינת בתקני חברת החשמל ומספקת שיטה סטנדרטית לאפיון תחילת הרוויה. לפי תקן חברת החשמל, נקודת הברך מוגדרת כנקודה בה עליית מתח של 10% גורמת לעליית זרם של 50%. הגדרה זו מאפשרת למהנדסים להשוות CT מיצרנים שונים על בסיס עקבי.
מתח נקודת הברך נקבע על פי התכונות המגנטיות של ליבת ה-CT ומספר הסיבובים המשניים. ליבה גדולה יותר עם צפיפות שטף רוויה גבוהה יותר וסיבובים משניים יותר תהיה בעלת מתח נקודת ברך גבוה יותר. מתח נקודת הברך נמדד בדרך כלל על ידי הפעלת מתח AC משתנה על הפיתול המשנית כשהראשי פתוח- במעגל ורישום זרם העירור בכל רמת מתח. עקומת העירור המתקבלת מציגה אזור ליניארי במתחים נמוכים, אזור מעבר (הברך) ואזור רווי במתחים גבוהים.
ביישומי הגנה, יש חשיבות מיוחדת למתח נקודת הברך. CTs הגנה חייבים לשמור על דיוקם במהלך מצבי תקלה כאשר זרמים ראשוניים יכולים להגיע פי כמה מהערך הנקוב. המתח המשני במהלך תקלה נקבע על ידי מכפלת הזרם המשני והנטל המשני הכולל. אם מתח זה חורג ממתח נקודת הברך, ה-CT ירווה והזרם המשני לא ייצג במדויק את זרם התקלה הראשוני. הדבר עלול לגרום לממסרי ההגנה להיכשל לפעול או לפעול באיחור מופרז.
מתח נקודת הברך הנדרש עבור יישום הגנה תלוי בתכנית ההגנה הספציפית ובפרמטרי המערכת. להגנה דיפרנציאלית, מתח נקודת הברך חייב להיות גבוה מספיק כדי להבטיח יציבות במהלך-תנאי תקלה. מתח נקודת הברך הנדרש מחושב בדרך כלל באמצעות הנוסחה: VK גדול או שווה ל-2 × VS, כאשר VS הוא המתח המייצב. זה מבטיח שה-CT יכול להניע את הזרם הדרוש דרך מעגל הממסר במהלך תקלה פנימית תוך שהוא נשאר יציב במהלך תקלות חיצוניות.
ניתן לחשב את מתח נקודת הברך מהנתונים המדורגים של ה-CT באמצעות נוסחאות אמפיריות. אחת הנוסחה הנפוצה היא: VKP=(R1 + פרוט/מוקרנת) × n × מטורף, כאשר R1 הוא התנגדות הפיתול המשנית, פראד הוא הנטל המדורג, Irated הוא הזרם המשני המדורג, ו-n הוא גורם מגבלת הדיוק. נוסחה זו מספקת אומדן של מתח נקודת הברך בהתבסס על נתוני לוחית השם של ה-CT וניתן להשתמש בה לחישובי תכנון ראשוניים.
עבור CT הגנה טיפוסי עם דירוג 15 VA, 5P10, ניתן לחשב את המתח המשוער של נקודת הברך כך: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), כאשר VA הוא הנטל המדורג, ALF הוא גורם מגבלת הדיוק, In הוא הזרם המשני המדורג והתנגדות הרוח המשנית. שימוש בערכים מדוגמה זו: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. עבור CT עם התנגדות סלילה משנית של 0.5 Ω, המתח המשוער של נקודת הברך יהיה 30 + 25=55 V.
מתח נקודת הברך קשור קשר הדוק לגורם מגבלת הדיוק (ALF). ה-ALF מציין את הכפולה של זרם ראשוני מדורג שבו ה-CT עדיין חייב לשמור על הדיוק שצוין. CT עם ALF גבוה חייב להיות בעל מתח נקודת ברך גבוה כדי לתמוך בזרם המשני הגבוה שזורם בתנאי תקלה. הקשר בין ה-ALF למתח נקודת הברך הוא ליניארי בקירוב, בהנחה של עומס קבוע והתנגדות מתפתלת.
בפועל, מתח נקודת הברך מאומת במהלך בדיקת CT כדי לוודא שה-CT עומד במפרטיו. הבדיקה כוללת הפעלת מתח משתנה על הפיתול המשני ומדידת זרם העירור בכל רמת מתח. נקודת הברך מזוהה מעקומת העירור כנקודה שבה העקומה מתחילה לסטות מליניאריות. CT עם מתח נקודת ברך נמוך באופן חריג עלול להצביע על נזק לליבה, חומר הליבה שגוי או בעיות בפיתול.
למתח נקודת הברך יש גם השלכות על בטיחות ה-CT. אם המעגל המשני נפתח בזמן שזרם ראשוני זורם, המתח על פני המשני הפתוח יכול לעלות לרמות מסוכנות, המוגבלות רק על ידי מתח נקודת הברך ומאפייני רווית הליבה. זו הסיבה שאסור לפתוח את המעגל המשני של CT בזמן שזרם ראשוני זורם. המתח הגבוה המופיע במסופים המשניים עלול לסכן אנשים ולפגוע בציוד.
לסיכום, מתח נקודת הברך הוא פרמטר בסיסי המאפיין את התנהגות הרוויה של שנאי זרם. הוא מגדיר את הגבול בין פעולה ליניארית לרוויה וחיוני להבטחת ש-CTs הגנה פועלים בצורה מהימנה במהלך תנאי תקלה. בחירה נכונה של מתח נקודת הברך-בהתבסס על דרישות היישום ופרמטרי המערכת- חיונית לפעולת מערכת הגנה אמינה.