Nasýtenie prúdového transformátora je stav, v ktorom magnetické jadro CT dosiahne svoju maximálnu kapacitu toku a už nemôže lineárne transformovať primárny prúd do sekundárneho okruhu. Keď dôjde k saturácii, výstup CT už presne nereprodukuje primárny priebeh prúdu, čo vedie k skresleným sekundárnym signálom, chybám merania a potenciálnemu nesprávnemu fungovaniu ochranných relé. Pochopenie saturácie je rozhodujúce pre správny výber CT a návrh systému, najmä pre ochranné aplikácie, kde chybové prúdy môžu byť mnohonásobne vyššie ako menovitá hodnota.
Základnou príčinou saturácie je magnetické správanie materiálu jadra CT. Prúdové transformátory fungujú na princípe, že striedavý primárny prúd indukuje v jadre striedavý magnetický tok, ktorý následne indukuje sekundárne napätie a prúd. Tento vzťah je lineárny, pokiaľ tok jadra zostáva pod úrovňou nasýtenia materiálu jadra. Všetky magnetické materiály však majú konečnú-prenosovú kapacitu. Keď tok prekročí túto úroveň, hovorí sa, že jadro je nasýtené a lineárny vzťah medzi primárnymi a sekundárnymi prúdmi sa rozpadne.
Saturáciu CT môže spôsobiť viacero faktorov. Najčastejšou príčinou je nadmerný primárny prúd, napríklad počas poruchy. Počas vysokého poruchového prúdu môže dôjsť k narušeniu prevádzkovej charakteristiky CT, čo spôsobí rušivé fungovanie ochranných zariadení. Keď primárny prúd prekročí hranicu presnosti CT, jadro sa nasýti a tvar vlny sekundárneho prúdu sa skreslí. Veľkosť poruchového prúdu, jednosmerná zložka poruchového prúdu, primárna časová konštanta a remanentný tok v železnom jadre, to všetko prispieva k saturácii.
Jednosmerná zložka poruchového prúdu hrá obzvlášť dôležitú úlohu pri saturácii. Poruchové prúdy v napájacích systémoch často obsahujú klesajúci jednosmerný posun, ktorý dokáže nasýtiť jadro CT rýchlejšie ako samotný AC komponent. Táto jednosmerná odchýlka môže urýchliť saturáciu ochranných CT o niekoľko milisekúnd a zvýšiť prenosové chyby meraných CT. Účinok je najvýraznejší v systémoch s dlhými časovými konštantami, ako sú systémy s veľkou indukčnou záťažou alebo dlhými prenosovými vedeniami.
Ďalším prispievajúcim faktorom je remanentný tok v jadre CT. Keď sa CT preruší počas poruchy, jadro si môže zachovať zvyškový magnetický tok, ktorý môže byť v rovnakom smere ako tok produkovaný následnou poruchou. Tento remanentný tok znižuje priestor pre tok dostupný pred saturáciou, čím sa účinne znižuje prah saturácie CT. Tento jav je obzvlášť problematický v schémach diferenciálnej ochrany, kde musia viaceré CT fungovať koordinovane.
Nástup saturácie možno zistiť pozorovaním budiaceho prúdu. Budiaca charakteristika CT ukazuje lineárny vzťah medzi aplikovaným napätím a budiacim prúdom až po bod kolena, za ktorým sa prúd rýchlo zvyšuje s malými nárastmi napätia. Akonáhle je v nasýtenej oblasti, 10% zvýšenie použitého napätia môže spôsobiť 30% až 50% zvýšenie sekundárneho prúdu, čo naznačuje, že jadro už nie je schopné podporovať ďalší tok.
Účinky saturácie na výkon CT sú významné. Sekundárny prúd sa zdeformuje, typicky vykazuje špičkový tvar vlny so zmenšenou plochou v porovnaní s primárnym prúdom. Toto skreslenie spôsobuje, že efektívny RMS sekundárny prúd je nižší, než sa očakávalo, čo má za následok pod-meranie primárneho prúdu. V ochranných aplikáciách môže skreslený sekundárny prúd spôsobiť nesprávnu činnosť alebo oneskorenie prevádzkového času ochranných relé. Oneskorenie činnosti relé môže mať vážne následky na stabilitu systému a ochranu zariadenia.
Výber materiálu jadra hrá dôležitú úlohu pri určovaní charakteristík nasýtenia. Rôzne magnetické materiály-vrátane kremíkovej ocele, feritu, permalloy, nanokryštalických a amorfných zliatin-majú rôzne úrovne indukcie saturácie a iné magnetické vlastnosti. Kremíková oceľ je najbežnejšie používaným materiálom na ochranu CT kvôli jej vysokej hustote saturačného toku, zatiaľ čo nanokryštalické materiály ponúkajú vyššiu permeabilitu a nižšie straty. Výber materiálu jadra zahŕňa kompromisy- medzi saturačným výkonom, cenou a ďalšími faktormi.
Zabránenie saturácii vyžaduje správny návrh a aplikáciu CT. Menovité zaťaženie CT, trieda presnosti a napätie v kolennom bode musia byť zvolené tak, aby sa zabezpečilo, že jadro zostane vo svojej lineárnej oblasti pod maximálnym očakávaným poruchovým prúdom. Pre ochranné aplikácie udáva medzný faktor presnosti (ALF) násobok menovitého primárneho prúdu, pri ktorom musí CT stále udržiavať svoju špecifikovanú presnosť. CT s vyšším ALF môže odolať vyšším poruchovým prúdom bez saturácie. Okrem toho minimalizácia sekundárnej záťaže-pomocou nízko{5}}zaťažených relé, krátkych káblových vedení a adekvátneho prierezu-kábla- pomáha zachovať priestor pre tok CT.
Stručne povedané, saturácia CT je základným obmedzením magnetických -jadrových transformátorov prúdu, ktoré je potrebné starostlivo riadiť správnym návrhom a aplikáciou. Pochopenie príčin, účinkov a prevencie saturácie je nevyhnutné na zabezpečenie spoľahlivej ochrany a presného merania v elektrických systémoch.