Knee Point là một điểm tham chiếu được xác định trên đặc tính kích từ của CT, không phải đường biên tuyệt đối giữa 'chưa bão hòa' và 'đã bão hòa'. Vk đặc biệt quan trọng khi specification hoặc sơ đồ bảo vệ yêu cầu class PX, bảo vệ vi sai hoặc high-impedance REF; nó phải được đọc cùng Rct, dòng kích từ, burden, tỷ số và yêu cầu của relay.
Knee Point nằm ở đâu trên đường cong kích từ?
Đường cong kích từ biểu diễn quan hệ giữa điện áp kích từ phía thứ cấp và dòng kích từ khi primary hở theo phương pháp thử áp dụng. Ở vùng đầu, tăng điện áp làm dòng kích từ tăng tương đối chậm. Khi lõi tiến gần vùng phi tuyến mạnh, một mức tăng điện áp nhỏ làm dòng kích từ tăng nhanh hơn; knee point là điểm tham chiếu dùng để mô tả sự chuyển vùng này.
Theo định nghĩa IEC thường dùng cho CT bảo vệ, knee-point voltage là giá trị mà khi điện áp kích từ tăng 10% thì dòng kích từ tăng 50%. Đây là định nghĩa theo phép đo và tiêu chuẩn, không nên gọi là một điện áp mà tại đó CT lập tức bão hòa hoàn toàn. Định nghĩa hoặc cách dựng điểm theo IEEE có thể khác, vì vậy báo cáo phải ghi rõ tiêu chuẩn đánh giá.
- Trục ngang thường là dòng kích từ Ie
- Trục dọc thường là điện áp kích từ
- Vk là điểm được xác định theo quy tắc của tiêu chuẩn
- Không suy ra toàn bộ đáp ứng quá độ chỉ từ một điểm Vk
Đọc Knee Point trên đặc tính kích từ
Dòng kích từ tăng tương đối chậm
+10% điện áp dẫn đến +50% dòng theo định nghĩa IEC
Dòng kích từ tăng nhanh; sai dạng thứ cấp có thể lớn
Vk cho biết gì và không cho biết gì?
Vk giúp đánh giá khả năng tạo sức điện động thứ cấp trước khi dòng kích từ tăng mạnh. Trong mạch bảo vệ, điện áp CT phải thắng sụt áp trên điện trở cuộn dây, dây dẫn, relay và các phần tử nối tiếp. Vì vậy cùng một Vk nhưng Rct và burden khác nhau có thể tạo ra kết quả ứng dụng khác nhau.
Vk không tự chứng minh tỷ số, cực tính, class đo lường, ALF, khả năng chịu nhiệt ngắn hạn hoặc độ ổn định của toàn bộ sơ đồ bảo vệ. Nó cũng không phải giá trị setting relay. Kết luận phù hợp phải dựa trên yêu cầu của đúng chức năng bảo vệ và dữ liệu của toàn mạch thứ cấp.
- Vk → đặc tính kích từ của core
- Rct → điện trở cuộn thứ cấp CT
- Ie → dòng kích từ tại điểm điện áp quy định
- Burden → relay, dây, test block và terminal
- Protection study → tiêu chí chấp nhận của hệ thống
Class PX phải đọc cùng Vk, Rct và Ie
Với class PX, đặc tính của CT được quy định bằng dữ liệu trực tiếp thay vì chỉ một ký hiệu kiểu 5P20. Schneider Electric nêu các đặc trưng chính gồm giá trị knee-point voltage tối thiểu, điện trở cuộn thứ cấp tối đa và, khi được yêu cầu, dòng từ hóa tối đa tại điện áp quy định.
Do đó một yêu cầu như 'PX, Vk ≥ 200 V' vẫn chưa hoàn chỉnh nếu relay calculation còn cần giới hạn Rct, Ie, tỷ số vòng dây hoặc sai số vòng dây. Datasheet, bản vẽ và certificate phải dùng cùng cách ký hiệu, cùng tap và cùng nhiệt độ quy đổi của Rct khi tiêu chuẩn hoặc specification yêu cầu.
- Minimum Vk: giá trị đo không thấp hơn yêu cầu
- Maximum Rct: giá trị quy đổi không vượt giới hạn
- Maximum Ie: kiểm tra tại điện áp được chỉ định
- Turns ratio/turns error: theo specification áp dụng
- Đúng core và đúng tap: không dùng dữ liệu của tap khác
Knee Point khác 5P10, 5P20 và ALF như thế nào?
5P10 và 5P20 mô tả class bảo vệ P cùng rated accuracy limit factor trong điều kiện burden định mức. ABB giải thích actual ALF còn phụ thuộc rated burden, burden thực tế và điện trở cuộn thứ cấp. Knee Point lại được xác định từ đặc tính kích từ. Hai cách mô tả có liên hệ với hiện tượng bão hòa nhưng không phải cùng một đại lượng.
Vì vậy không có phép đổi chung từ 5P20 và VA sang một giá trị Vk chính xác nếu thiếu dữ liệu cuộn dây và phương pháp áp dụng. Ngược lại, một CT có Vk cao cũng không mặc nhiên đạt 5P20 hoặc phù hợp mọi relay. Hãy giữ nguyên notation mà protection specification yêu cầu và xác nhận bằng dữ liệu của nhà sản xuất.
- 5P20 → composite error và rated ALF theo điều kiện class P
- Vk → điểm tham chiếu trên excitation characteristic
- Rct và burden → ảnh hưởng điện áp cần thiết của mạch
- Không thay PX bằng 5P20 chỉ vì tỷ số giống nhau
- Không ước lượng Vk bằng ALF đơn lẻ
Không dùng lẫn các thông số CT bảo vệ
| Thông số | Cho biết | Cần đọc cùng |
|---|---|---|
| Vk | Điểm trên excitation curve | Định nghĩa tiêu chuẩn, core/tap |
| Rct | Điện trở cuộn secondary | Nhiệt độ quy đổi |
| Ie | Dòng kích từ | Điện áp kiểm tra |
| ALF | Giới hạn chính xác class P | Burden, Rct, fault current |
Khi nào dự án cần kiểm tra Knee Point?
Knee Point cần được kiểm tra khi nameplate, datasheet, relay manual, protection calculation, ITP hoặc specification quy định Vk hay class PX. Yêu cầu thường xuất hiện trong một số sơ đồ bảo vệ vi sai, restricted earth fault và high-impedance, nhưng công thức và hệ số phải lấy từ đúng relay và đúng sơ đồ.
Không nên tự động yêu cầu thử Vk cho mọi core đo lường hoặc mọi CT 5P. Nếu hồ sơ chỉ yêu cầu ratio, polarity, burden và accuracy class theo routine test, việc bổ sung phép thử phải được kỹ sư bảo vệ và nhà sản xuất thống nhất về mục tiêu, phương pháp, tiêu chuẩn và tiêu chí đạt.
- Specification ghi minimum Vk hoặc class PX
- Relay manual đưa công thức chọn Vk
- Bảo vệ high-impedance REF/vi sai yêu cầu matching CT
- Commissioning cần đối chiếu excitation curve với certificate
- Điều tra sai khác, bão hòa hoặc tác động bảo vệ bất thường
Cách đọc kết quả thử bằng CT Analyzer
Thiết bị chuyên dụng có thể xác định excitation characteristic, knee point, winding resistance, ratio, phase, burden và một số thông số class theo gói chức năng và tiêu chuẩn đã chọn. OMICRON cho biết CT Analyzer sử dụng tín hiệu thử thấp ở phía thứ cấp, đánh giá theo tiêu chuẩn được chọn và khử từ CT sau phép thử.
Khi đọc báo cáo, trước hết xác nhận đúng serial, core, tap, tần số và tiêu chuẩn đánh giá. Sau đó so Vk đo được với minimum Vk, Rct đã quy đổi với maximum Rct và Ie tại đúng điện áp yêu cầu. Không lấy trạng thái Pass của một profile khác làm bằng chứng cho specification hiện tại; phải lưu giá trị thực và cấu hình đánh giá.
- Đúng CT, serial, core và tap
- Đúng IEC/IEEE và profile đánh giá
- Vk, Rct, Ie có giá trị thực và đơn vị
- Nhiệt độ đo/quy đổi Rct được ghi rõ
- Excitation curve được lưu để so sánh
- Hoàn tất demagnetization theo thiết bị và procedure
Checklist an toàn và hồ sơ FAT
Phép thử kích từ tạo điện áp trên cuộn thứ cấp CT. Chỉ người có năng lực được thực hiện trong khu vực kiểm soát, sau khi cô lập CT khỏi relay, meter và mạch đang vận hành theo sơ đồ thử được phê duyệt. Phải xác minh primary không mang dòng và không để secondary CT bị hở trong khi primary có dòng.
Sau thử, thực hiện xả năng lượng và khử từ theo hướng dẫn thiết bị, khôi phục đúng shorting link, điểm nối đất và terminal. Kiểm tra độc lập tình trạng đấu nối trước khi đưa mạch trở lại làm việc. Biên bản FAT phải truy xuất được thiết bị đo, hiệu chuẩn, procedure, tiêu chuẩn, giá trị đo và người thực hiện.
- Cô lập relay, meter và các core không thử
- Kiểm soát vùng thử và điện áp nguy hiểm
- Không chạm hoặc đổi dây khi phép thử đang chạy
- Xả, demagnetize và xác nhận hết điện áp
- Khôi phục S1/S2, earth và shorting link đúng bản vẽ
- Lưu raw data, curve, serial thiết bị và hạn hiệu chuẩn
GHI NHỚ TẠI HIỆN TRƯỜNG
- Knee Point là điểm tham chiếu trên excitation characteristic, không phải biên bão hòa tuyệt đối.
- Class PX phải đọc ít nhất cùng Vk, Rct và Ie khi specification yêu cầu.
- Không có phép quy đổi chung từ 5P20 hoặc ALF sang Vk.
- Kết quả thử chỉ có ý nghĩa khi đúng core, tap, tiêu chuẩn và profile đánh giá.
Câu hỏi thường gặp
Knee Point càng cao thì CT càng tốt phải không?
Không thể kết luận chung. Vk phải đáp ứng yêu cầu của relay và mạch thứ cấp; tỷ số, Rct, Ie, burden, kích thước, chi phí và đặc tính quá độ cũng phải phù hợp.
CT 5P20 có bắt buộc phải ghi Knee Point không?
Không nhất thiết. 5P20 là class P theo accuracy limit factor. Chỉ yêu cầu Vk khi specification, relay manual hoặc class áp dụng quy định dữ liệu đó.
Có thể xác nhận Knee Point bằng secondary injection relay không?
Không. Secondary injection kiểm tra relay và logic bảo vệ, không tạo excitation characteristic của core CT. Cần procedure và thiết bị thử CT phù hợp.
PX, TPX, TPY và TPZ có giống nhau không?
Không. PX quy định các đặc tính trực tiếp như Vk và Rct; các class TP liên quan yêu cầu đáp ứng quá độ riêng. Phải dùng đúng class và dữ liệu mà protection study yêu cầu.
Nguồn kỹ thuật tham khảo
Tài liệu dưới đây là nguồn chính hãng hoặc trang tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn đầy đủ có thể yêu cầu mua bản quyền.
- IEC 61869-2:2012 – Additional requirements for current transformers ↗
- IEC TR 61869-100:2017 – Guidance for CTs in power system protection ↗
- Schneider Electric – Main characteristics of class PX current transformers ↗
- OMICRON – CT Analyzer: excitation characteristic and knee-point testing ↗
- GE Vernova – MFAC high-impedance differential relay application ↗
- ABB – Calculation of the current transformer accuracy limit factor ↗
Nội dung này dùng cho học tập và tham khảo chung. Khi thiết kế, vận hành hoặc thử nghiệm, phải ưu tiên bản vẽ được phê duyệt, hướng dẫn nhà sản xuất, tiêu chuẩn áp dụng và quy trình an toàn của đơn vị.