يعد جهد نقطة الركبة (KPV) لمحول التيار معلمة مهمة تحدد الحدود بين المناطق الخطية والمشبعة لخاصية التمغنط الخاصة بالتصوير المقطعي. إنه يمثل الحد الأقصى للجهد الثانوي الذي يمكن أن يعمل به CT مع الحفاظ على علاقة خطية إلى حد كبير بين الجهد المطبق وتيار الإثارة. خارج نقطة الركبة، تؤدي الزيادات الصغيرة في الجهد إلى زيادات كبيرة في تيار الإثارة، وتتعرض قدرة التصوير المقطعي المحوسب على تحويل التيار بدقة للخطر الشديد.
يتم تعريف جهد نقطة الركبة رسميًا على أنه الجهد الذي تؤدي عنده زيادة بنسبة 10٪ في الجهد المطبق إلى زيادة بنسبة 30٪ إلى 50٪ في التيار الثانوي. تم تحديد هذا التعريف في معايير IEC ويوفر طريقة موحدة لوصف بداية التشبع. وفقًا لمعيار IEC، يتم تعريف نقطة الركبة على أنها النقطة التي تؤدي عندها زيادة الجهد بنسبة 10% إلى زيادة التيار بنسبة 50%. يسمح هذا التعريف للمهندسين بمقارنة أجهزة CT من مختلف الشركات المصنعة على أساس ثابت.
يتم تحديد جهد نقطة الركبة بواسطة الخواص المغناطيسية للنواة المقطعية وعدد اللفات الثانوية. النواة الأكبر ذات كثافة تدفق التشبع الأعلى والمزيد من المنعطفات الثانوية سيكون لها جهد أعلى عند نقطة الركبة. عادةً ما يتم قياس جهد نقطة الركبة من خلال تطبيق جهد تيار متردد متغير على الملف الثانوي مع دائرة مفتوحة أولية - وتسجيل تيار الإثارة عند كل مستوى جهد. يظهر منحنى الإثارة الناتج منطقة خطية عند الفولتية المنخفضة، ومنطقة انتقالية (الركبة)، ومنطقة مشبعة عند الفولتية العالية.
في تطبيقات الحماية، يكون لجهد نقطة الركبة أهمية خاصة. يجب أن تحافظ أجهزة الحماية المقطعية على دقتها أثناء ظروف الخطأ عندما تصل التيارات الأولية إلى عدة أضعاف القيمة المقدرة. يتم تحديد الجهد الثانوي أثناء حدوث خطأ بواسطة ناتج التيار الثانوي وإجمالي العبء الثانوي. إذا تجاوز هذا الجهد جهد نقطة الركبة، فسوف يتشبع الأشعة المقطعية ولن يمثل التيار الثانوي تيار الخلل الأساسي بدقة. يمكن أن يتسبب هذا في فشل تشغيل المرحلات الوقائية أو العمل مع تأخير مفرط.
يعتمد جهد نقطة الركبة المطلوبة لتطبيق الحماية على نظام الحماية المحدد ومعلمات النظام. للحصول على الحماية التفاضلية، يجب أن يكون جهد نقطة الركبة مرتفعًا بدرجة كافية لضمان الاستقرار أثناء -ظروف العطل. عادةً ما يتم حساب جهد نقطة الركبة المطلوبة باستخدام الصيغة: VK أكبر من أو يساوي 2 × VS، حيث VS هو جهد التثبيت. وهذا يضمن أن CT يمكنه دفع التيار اللازم عبر دائرة الترحيل أثناء حدوث خطأ داخلي مع الحفاظ على ثباته أثناء حدوث أخطاء خارجية.
يمكن حساب جهد نقطة الركبة من البيانات المقدرة للأشعة المقطعية باستخدام الصيغ التجريبية. إحدى الصيغ الشائعة هي: VKP=(R1 + Prated/Irated) × n × Irated، حيث R1 هي مقاومة الملف الثانوية، Prated هو العبء المقدر، Irated هو التيار الثانوي المقنن، و n هو عامل حد الدقة. توفر هذه الصيغة تقديرًا لجهد نقطة الركبة استنادًا إلى بيانات لوحة الأشعة المقطعية ويمكن استخدامها لحسابات التصميم الأولية.
للحصول على حماية نموذجية CT بتصنيف 15 VA و5P10، يمكن حساب جهد نقطة الركبة المقدر على النحو التالي: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct)، حيث VA هو العبء المقدر، ALF هو عامل حد الدقة، In هو التيار الثانوي المقدر، وRct هي مقاومة الملف الثانوية. باستخدام القيم من هذا المثال: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. بالنسبة لـ CT بمقاومة ملف ثانوية تبلغ 0.5 Ω، فإن الجهد الكهربي المقدر لنقطة الركبة سيكون 30 + 25=55 V.
يرتبط جهد نقطة الركبة ارتباطًا وثيقًا بعامل حد الدقة (ALF). يحدد ALF مضاعف التيار الأساسي المقدر الذي يجب أن يحافظ فيه CT على دقته المحددة. يجب أن يكون لدى التصوير المقطعي ذو الجهد العالي ALF جهدًا عاليًا عند نقطة الركبة لدعم التيار الثانوي العالي الذي يتدفق أثناء ظروف الخلل. العلاقة بين ALF وجهد نقطة الركبة خطية تقريبًا، مع افتراض وجود حمل ثابت ومقاومة للملف.
من الناحية العملية، يتم التحقق من جهد نقطة الركبة أثناء اختبار الأشعة المقطعية للتأكد من أن الأشعة المقطعية تلبي مواصفاتها. يتضمن الاختبار تطبيق جهد متغير على الملف الثانوي وقياس تيار الإثارة عند كل مستوى جهد. يتم تحديد نقطة الركبة من منحنى الإثارة باعتبارها النقطة التي يبدأ فيها المنحنى بالانحراف عن الخطي. قد يشير التصوير المقطعي المحوسب ذو الجهد الكهربائي المنخفض بشكل غير طبيعي إلى تلف القلب أو وجود مادة أساسية غير صحيحة أو مشاكل في اللف.
الجهد الكهربي لنقطة الركبة له أيضًا آثار على سلامة التصوير المقطعي. إذا تم فتح الدائرة الثانوية أثناء تدفق التيار الأولي، فإن الجهد عبر الثانوية المفتوحة يمكن أن يرتفع إلى مستويات خطيرة، يقتصر فقط على جهد نقطة الركبة وخصائص التشبع الأساسية. ولهذا السبب يجب عدم فتح الدائرة الثانوية لجهاز CT أبدًا أثناء تدفق التيار الأساسي. يمكن أن يؤدي الجهد العالي الذي يظهر في المحطات الثانوية إلى تعريض الأفراد للخطر وإتلاف المعدات.
باختصار، جهد نقطة الركبة هو معلمة أساسية تميز سلوك التشبع لمحول التيار. إنه يحدد الحدود بين التشغيل الخطي والمشبع وهو ضروري لضمان أداء CTs للحماية بشكل موثوق أثناء ظروف الخطأ. يعد الاختيار الصحيح لجهد نقطة الركبة-استنادًا إلى متطلبات التطبيق ومعلمات النظام-أمرًا ضروريًا لتشغيل نظام الحماية بشكل موثوق.