Tegangan titik lutut (KPV) transformator arus merupakan parameter penting yang menentukan batas antara daerah linier dan daerah jenuh dari karakteristik magnetisasi CT. Ini mewakili tegangan sekunder maksimum di mana CT dapat beroperasi sambil mempertahankan hubungan linier antara tegangan yang diberikan dan arus eksitasi. Di luar titik lutut, peningkatan kecil dalam tegangan menyebabkan peningkatan besar dalam arus eksitasi, dan kemampuan CT untuk mengubah arus secara akurat sangat terganggu.
Tegangan titik lutut secara formal didefinisikan sebagai tegangan di mana peningkatan 10% pada tegangan yang diterapkan menyebabkan peningkatan arus sekunder sebesar 30% hingga 50%. Definisi ini ditentukan dalam standar IEC dan memberikan metode standar untuk mengkarakterisasi permulaan saturasi. Menurut standar IEC, titik lutut didefinisikan sebagai titik di mana kenaikan tegangan sebesar 10% menyebabkan peningkatan arus sebesar 50%. Definisi ini memungkinkan para insinyur untuk membandingkan CT dari pabrikan yang berbeda secara konsisten.
Tegangan titik lutut ditentukan oleh sifat magnetik inti CT dan jumlah lilitan sekunder. Inti yang lebih besar dengan kerapatan fluks saturasi yang lebih tinggi dan lilitan sekunder yang lebih banyak akan memiliki tegangan titik lutut yang lebih tinggi. Tegangan titik lutut biasanya diukur dengan menerapkan tegangan AC variabel ke belitan sekunder dengan rangkaian terbuka primer dan mencatat arus eksitasi pada setiap level tegangan. Kurva eksitasi yang dihasilkan menunjukkan daerah linier pada tegangan rendah, daerah transisi (lutut), dan daerah jenuh pada tegangan tinggi.
Dalam aplikasi proteksi, tegangan titik lutut sangat penting. CT proteksi harus menjaga akurasinya selama kondisi gangguan ketika arus primer dapat mencapai berkali-kali lipat dari nilai pengenalnya. Tegangan sekunder selama gangguan ditentukan oleh produk arus sekunder dan total beban sekunder. Jika tegangan ini melebihi tegangan titik lutut, CT akan jenuh dan arus sekunder tidak akan secara akurat mewakili arus gangguan primer. Hal ini dapat menyebabkan relai proteksi gagal beroperasi atau beroperasi dengan penundaan yang berlebihan.
Tegangan titik lutut yang diperlukan untuk aplikasi proteksi bergantung pada skema proteksi spesifik dan parameter sistem. Untuk perlindungan diferensial, tegangan titik lutut harus cukup tinggi untuk memastikan stabilitas selama-kondisi gangguan. Tegangan titik lutut yang diperlukan biasanya dihitung menggunakan rumus: VK Lebih besar dari atau sama dengan 2 × VS, dimana VS adalah tegangan penstabil. Hal ini memastikan bahwa CT dapat menggerakkan arus yang diperlukan melalui rangkaian relai selama gangguan internal namun tetap stabil selama gangguan eksternal.
Tegangan titik lutut dapat dihitung dari data pengenal CT menggunakan rumus empiris. Salah satu rumus umum adalah: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated, dengan R1 adalah resistansi belitan sekunder, Prated adalah beban terukur, Irated adalah arus sekunder terukur, dan n adalah faktor batas akurasi. Rumus ini memberikan perkiraan tegangan titik lutut berdasarkan data pelat nama CT dan dapat digunakan untuk perhitungan desain awal.
Untuk CT proteksi tipikal dengan rating 15 VA, 5P10, perkiraan tegangan titik lutut dapat dihitung sebagai: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), dengan VA adalah beban terukur, ALF adalah faktor batas akurasi, In adalah arus sekunder terukur, dan Rct adalah resistansi belitan sekunder. Menggunakan nilai dari contoh ini: VK=(15 × 10/5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Untuk CT dengan resistansi belitan sekunder 0,5 Ω, perkiraan tegangan titik lututnya adalah 30 + 25=55 V.
Tegangan titik lutut berkaitan erat dengan faktor batas akurasi (ALF). ALF menentukan kelipatan arus primer pengenal dimana CT harus tetap mempertahankan keakuratan yang ditentukan. CT dengan ALF tinggi harus memiliki tegangan titik lutut yang tinggi untuk mendukung arus sekunder tinggi yang mengalir selama kondisi gangguan. Hubungan antara ALF dan tegangan titik lutut kira-kira linier, dengan asumsi beban dan hambatan belitan konstan.
Dalam praktiknya, tegangan titik lutut diverifikasi selama pengujian CT untuk memastikan bahwa CT memenuhi spesifikasinya. Pengujian ini melibatkan penerapan tegangan variabel ke belitan sekunder dan mengukur arus eksitasi pada setiap level tegangan. Titik lutut diidentifikasi dari kurva eksitasi sebagai titik dimana kurva mulai menyimpang dari linearitas. CT dengan tegangan titik lutut rendah yang tidak normal dapat mengindikasikan kerusakan inti, material inti yang salah, atau masalah belitan.
Tegangan titik lutut juga mempunyai implikasi terhadap keselamatan CT. Jika rangkaian sekunder dibuka saat arus primer mengalir, tegangan pada rangkaian sekunder terbuka dapat naik ke tingkat yang berbahaya, hanya dibatasi oleh tegangan titik lutut dan karakteristik saturasi inti. Inilah sebabnya mengapa rangkaian sekunder CT tidak boleh dibuka saat arus primer mengalir. Tegangan tinggi yang muncul pada terminal sekunder dapat membahayakan personel dan merusak peralatan.
Singkatnya, tegangan titik lutut merupakan parameter mendasar yang mencirikan perilaku saturasi transformator arus. Ini mendefinisikan batas antara operasi linier dan jenuh dan penting untuk memastikan bahwa CT proteksi bekerja dengan andal selama kondisi gangguan. Pemilihan tegangan titik lutut yang tepat-berdasarkan persyaratan aplikasi dan parameter sistem-sangat penting untuk pengoperasian sistem proteksi yang andal.