Насищането на токов трансформатор е състояние, при което магнитната сърцевина на КТ достига своя максимален капацитет на потока и вече не може линейно да трансформира първичния ток към вторичната верига. Когато възникне насищане, изходът на CT вече не възпроизвежда точно формата на вълната на първичния ток, което води до изкривени вторични сигнали, грешки в измерването и потенциална неправилна работа на защитните релета. Разбирането на насищането е от решаващо значение за правилния избор на CT и проектирането на системата, особено за приложения за защита, където токовете на повреда могат да бъдат многократно по-високи от номиналната стойност.
Основната причина за насищане е магнитното поведение на материала на CT сърцевината. Токовите трансформатори работят на принципа, че променливият първичен ток индуцира променлив магнитен поток в сърцевината, който от своя страна индуцира вторично напрежение и ток. Тази зависимост е линейна, докато потокът на сърцевината остава под нивото на насищане на материала на сърцевината. Всички магнитни материали обаче имат ограничен-преносим капацитет. Когато потокът надвиши това ниво, се казва, че ядрото е наситено и линейната връзка между първичния и вторичния ток се нарушава.
Няколко фактора могат да причинят КТ насищане. Най-честата причина е прекомерният първичен ток, например по време на повреда. По време на висок ток на повреда, работната характеристика на CT може да бъде нарушена, създавайки неприятна работа на защитните устройства. Когато първичният ток превиши границата на точност на CT, сърцевината се насища и формата на вълната на вторичния ток се изкривява. Големината на тока на повреда, постоянният компонент на тока на повреда, основната времева константа и остатъчният поток в желязното ядро допринасят за насищането.
DC компонентът на тока на повреда играе особено важна роля при насищане. Токовете на повреда в енергийните системи често съдържат затихващ DC компенсатор, който може да доведе ядрото на CT до насищане по-бързо, отколкото само AC компонента. Това DC отклонение може да ускори насищането на защитните CT с няколко милисекунди и да увеличи грешките при прехвърляне на измервателните CT. Ефектът е най-изразен в системи с дълги времеви константи, като тези с големи индуктивни товари или дълги предавателни линии.
Остатъчен поток в ядрото на CT е друг допринасящ фактор. Когато CT е прекъснат по време на повреда, сърцевината може да запази остатъчен магнитен поток, който може да бъде в същата посока като потока, произведен от последваща повреда. Този остатъчен поток намалява наличната височина на потока преди насищане, като ефективно понижава прага на насищане на CT. Това явление е особено проблематично при схеми за диференциална защита, където множество CT трябва да работят координирано.
Началото на насищане може да се открие чрез наблюдение на тока на възбуждане. Характеристиката на възбуждане на CT показва линейна връзка между приложеното напрежение и тока на възбуждане до точката на коляното, отвъд която токът нараства бързо с малки увеличения на напрежението. Веднъж попаднали в наситената област, 10% увеличение на приложеното напрежение може да причини 30% до 50% увеличение на вторичния ток, което показва, че сърцевината вече не е в състояние да поддържа допълнителен поток.
Ефектите от насищането върху работата на КТ са значителни. Вторичният ток се изкривява, като обикновено проявява пикова форма на вълната с намалена площ в сравнение с първичния ток. Това изкривяване води до това ефективният RMS вторичен ток да бъде по-нисък от очаквания, което води до недостатъчно-измерване на първичния ток. При приложения за защита, изкривеният вторичен ток може да причини неправилно функциониране или забавяне на работното време на защитните релета. Забавянето на работата на релето може да има сериозни последствия за стабилността на системата и защитата на оборудването.
Изборът на материал на сърцевината играе важна роля при определяне на характеристиките на насищане. Различните магнитни материали-включително силициева стомана, ферит, пермалой, нанокристални и аморфни сплави-имат различни нива на индукция на насищане и други магнитни свойства. Силициевата стомана е най-често използваният материал за защита на CT поради високата си плътност на потока на насищане, докато нанокристалните материали предлагат по-висока пропускливост и по-ниски загуби. Изборът на материал за сърцевината включва компроми-между ефективността на насищане, цената и други фактори.
Предотвратяването на насищане изисква правилен дизайн и приложение на КТ. Номиналното натоварване на CT, класът на точност и напрежението в точката на коляното трябва да бъдат избрани, за да се гарантира, че сърцевината остава в своята линейна област при максималния очакван ток на повреда. За приложения за защита граничният фактор на точността (ALF) определя кратното на номиналния първичен ток, при който CT все още трябва да поддържа определената си точност. CT с по-висок ALF може да издържи по-високи токове на повреда без насищане. Освен това минимизирането на вторичното натоварване-чрез използване на релета с ниско-натоварване, къси кабелни линии и подходящо напречно-сечение-на кабела спомага за запазването на свободния поток на CT.
В обобщение, насищането на CT е основно ограничение на токовите трансформатори с-магнитна сърцевина, което трябва да се управлява внимателно чрез подходящ дизайн и приложение. Разбирането на причините, ефектите и предотвратяването на насищане е от съществено значение за осигуряване на надеждна защита и точно измерване в електрическите системи.