El voltaje de punto de inflexión (KPV) de un transformador de corriente es un parámetro crítico que define el límite entre las regiones lineales y saturadas de la característica de magnetización del CT. Representa el voltaje secundario máximo al que el CT puede operar manteniendo una relación sustancialmente lineal entre el voltaje aplicado y la corriente de excitación. Más allá del punto de inflexión, pequeños aumentos de voltaje provocan grandes aumentos en la corriente de excitación y la capacidad del TC para transformar la corriente con precisión se ve gravemente comprometida.
El voltaje del punto de inflexión se define formalmente como el voltaje al cual un aumento del 10% en el voltaje aplicado causa un aumento del 30% al 50% en la corriente secundaria. Esta definición se especifica en las normas IEC y proporciona un método estandarizado para caracterizar el inicio de la saturación. Según la norma IEC, el punto de inflexión se define como el punto en el que un aumento de tensión del 10% provoca un aumento de corriente del 50%. Esta definición permite a los ingenieros comparar CT de diferentes fabricantes de manera consistente.
El voltaje del punto de inflexión está determinado por las propiedades magnéticas del núcleo del CT y el número de vueltas secundarias. Un núcleo más grande con mayor densidad de flujo de saturación y más vueltas secundarias tendrá un voltaje de punto de inflexión más alto. El voltaje del punto de inflexión generalmente se mide aplicando un voltaje de CA variable al devanado secundario con el primario abierto-en circuito y registrando la corriente de excitación en cada nivel de voltaje. La curva de excitación resultante muestra una región lineal a bajos voltajes, una región de transición (la rodilla) y una región saturada a altos voltajes.
En aplicaciones de protección, la tensión del punto de inflexión es de particular importancia. Los CT de protección deben mantener su precisión durante condiciones de falla cuando las corrientes primarias pueden alcanzar muchas veces el valor nominal. El voltaje secundario durante una falla está determinado por el producto de la corriente secundaria y la carga secundaria total. Si este voltaje excede el voltaje del punto de inflexión, el CT se saturará y la corriente secundaria no representará con precisión la corriente de falla primaria. Esto puede provocar que los relés de protección no funcionen o funcionen con un retraso excesivo.
El voltaje del punto de inflexión requerido para una aplicación de protección depende del esquema de protección específico y de los parámetros del sistema. Para la protección diferencial, el voltaje del punto de inflexión debe ser lo suficientemente alto para garantizar la estabilidad durante las condiciones de falla-. El voltaje del punto de inflexión requerido generalmente se calcula usando la fórmula: VK Mayor o igual a 2 × VS, donde VS es el voltaje estabilizador. Esto garantiza que el CT pueda conducir la corriente necesaria a través del circuito de relé durante una falla interna mientras permanece estable durante fallas externas.
El voltaje del punto de inflexión se puede calcular a partir de los datos nominales del TC utilizando fórmulas empíricas. Una fórmula común es: VKP=(R1 + Prated/I Rated) × n × I Rated, donde R1 es la resistencia del devanado secundario, Prated es la carga nominal, I Rated es la corriente secundaria nominal y n es el factor de límite de precisión. Esta fórmula proporciona una estimación del voltaje del punto de inflexión basada en los datos de la placa de identificación del CT y puede usarse para cálculos de diseño preliminares.
Para un CT de protección típico con una clasificación 5P10 de 15 VA, el voltaje estimado del punto de inflexión se puede calcular como: VK=(VA × ALF / In) + (ALF × In × Rct), donde VA es la carga nominal, ALF es el factor de límite de precisión, In es la corriente secundaria nominal y Rct es la resistencia del devanado secundario. Usando los valores de este ejemplo: VK=(15 × 10 / 5) + (10 × 5 × Rct)=30 + 50 × Rct. Para un TC con una resistencia del devanado secundario de 0,5 Ω, el voltaje estimado del punto de inflexión sería 30 + 25=55 V.
El voltaje del punto de inflexión está estrechamente relacionado con el factor límite de precisión (ALF). El ALF especifica el múltiplo de la corriente primaria nominal al cual el CT aún debe mantener su precisión especificada. Un CT con un ALF alto debe tener un voltaje de punto de inflexión alto para soportar la corriente secundaria alta que fluye durante condiciones de falla. La relación entre ALF y el voltaje del punto de inflexión es aproximadamente lineal, suponiendo una carga y una resistencia del devanado constantes.
En la práctica, el voltaje del punto de inflexión se verifica durante las pruebas del TC para garantizar que el TC cumpla con sus especificaciones. La prueba implica aplicar un voltaje variable al devanado secundario y medir la corriente de excitación en cada nivel de voltaje. El punto de inflexión se identifica a partir de la curva de excitación como el punto donde la curva comienza a desviarse de la linealidad. Un TC con un voltaje de punto de inflexión anormalmente bajo puede indicar daño en el núcleo, material del núcleo incorrecto o problemas en el devanado.
El voltaje del punto de inflexión también tiene implicaciones para la seguridad del CT. Si el circuito secundario se abre mientras fluye corriente primaria, el voltaje a través del secundario abierto puede aumentar a niveles peligrosos, limitados únicamente por el voltaje del punto de inflexión y las características de saturación del núcleo. Esta es la razón por la que el circuito secundario de un TC nunca debe abrirse mientras fluye corriente primaria. El alto voltaje que aparece en los terminales secundarios puede poner en peligro al personal y dañar el equipo.
En resumen, la tensión de punto de inflexión es un parámetro fundamental que caracteriza el comportamiento de saturación de un transformador de corriente. Define el límite entre operación lineal y saturada y es esencial para garantizar que los CT de protección funcionen de manera confiable durante condiciones de falla. La selección adecuada del voltaje del punto de inflexión-basada en los requisitos de la aplicación y los parámetros del sistema-es esencial para el funcionamiento confiable del sistema de protección.