Nasičenost tokovnega transformatorja je stanje, v katerem magnetno jedro CT doseže največjo kapaciteto pretoka in ne more več linearno transformirati primarnega toka v sekundarni krog. Ko pride do nasičenja, izhod CT ne reproducira več natančno valovne oblike primarnega toka, kar vodi do popačenih sekundarnih signalov, napak pri merjenju in morebitnega napačnega delovanja zaščitnih relejev. Razumevanje nasičenosti je ključnega pomena za pravilno izbiro CT in načrtovanje sistema, zlasti za zaščitne aplikacije, kjer so lahko napakni tokovi večkrat višji od nazivne vrednosti.
Temeljni vzrok nasičenosti je magnetno obnašanje materiala jedra CT. Tokovni transformatorji delujejo na principu, da izmenični primarni tok inducira izmenični magnetni tok v jedru, ta pa inducira sekundarno napetost in tok. To razmerje je linearno, dokler je tok jedra pod nivojem nasičenosti materiala jedra. Vendar imajo vsi magnetni materiali končno nosilnost-toka. Ko tok preseže to raven, se reče, da je jedro nasičeno in linearno razmerje med primarnim in sekundarnim tokom se prekine.
Več dejavnikov lahko povzroči nasičenost CT. Najpogostejši vzrok je čezmerni primarni tok, na primer med stanjem napake. Med visokim okvarnim tokom je lahko motena delovna karakteristika CT, kar povzroča motnje pri delovanju zaščitnih naprav. Ko primarni tok preseže mejo natančnosti CT, se jedro nasiči in valovna oblika sekundarnega toka postane popačena. K nasičenju prispevajo velikost toka napake, enosmerna komponenta toka napake, primarna časovna konstanta in preostali tok v železnem jedru.
Enosmerna komponenta okvarnega toka ima posebno pomembno vlogo pri nasičenju. Napačni tokovi v elektroenergetskih sistemih pogosto vsebujejo upadajoč odmik enosmernega toka, ki lahko požene jedro CT v nasičenost hitreje kot samo komponento izmeničnega toka. Ta pristranskost enosmernega toka lahko pospeši nasičenje zaščitnih CT za nekaj milisekund in poveča napake pri prenosu merilnih CT. Učinek je najbolj izrazit v sistemih z dolgimi časovnimi konstantami, kot so tisti z velikimi induktivnimi obremenitvami ali dolgimi daljnovodi.
Remanentni tok v jedru CT je še en dejavnik, ki prispeva. Ko se CT prekine med napako, lahko jedro zadrži preostali magnetni tok, ki je lahko v isti smeri kot tok, ki ga povzroči naslednja napaka. Ta preostali tok zmanjša višino toka, ki je na voljo pred nasičenjem, in učinkovito zniža prag nasičenosti CT. Ta pojav je še posebej problematičen v shemah diferencialne zaščite, kjer mora več CT-jev delovati usklajeno.
Začetek nasičenja je mogoče zaznati z opazovanjem vzbujalnega toka. Vzbujevalna karakteristika CT kaže linearno razmerje med uporabljeno napetostjo in vzbujalnim tokom do točke kolena, nad katero tok hitro narašča z majhnimi povečanji napetosti. Ko je enkrat v nasičenem območju, lahko 10-odstotno povečanje uporabljene napetosti povzroči 30- do 50-odstotno povečanje sekundarnega toka, kar kaže, da jedro ne more več podpirati dodatnega toka.
Učinki nasičenosti na delovanje CT so pomembni. Sekundarni tok postane popačen, običajno ima konično valovno obliko z zmanjšano površino v primerjavi s primarnim tokom. To popačenje povzroči, da je efektivni RMS sekundarni tok nižji od pričakovanega, kar povzroči premaj-izmerjen primarni tok. V zaščitnih aplikacijah lahko popačen sekundarni tok povzroči napačno delovanje ali zakasnitev delovanja zaščitnih relejev. Zakasnitev delovanja releja ima lahko resne posledice za stabilnost sistema in zaščito opreme.
Izbira materiala jedra ima pomembno vlogo pri določanju značilnosti nasičenosti. Različni magnetni materiali-vključno s silicijevim jeklom, feritom, permalojem, nanokristalnimi in amorfnimi zlitinami-imajo različne stopnje indukcije nasičenosti in druge magnetne lastnosti. Silikonsko jeklo je najpogosteje uporabljen material za zaščito CT zaradi visoke gostote pretoka nasičenja, medtem ko nanokristalni materiali nudijo večjo prepustnost in manjše izgube. Izbira osnovnega materiala vključuje-kompromise med zmogljivostjo nasičenosti, ceno in drugimi dejavniki.
Preprečevanje nasičenja zahteva pravilno zasnovo in uporabo CT. Izbrati je treba nazivno obremenitev CT, razred točnosti in napetost točke kolena, da se zagotovi, da jedro ostane v svojem linearnem območju pod največjim pričakovanim tokom napake. Za zaščitne aplikacije mejni faktor natančnosti (ALF) določa večkratnik nazivnega primarnega toka, pri katerem mora CT še vedno ohranjati svojo določeno natančnost. CT z višjim ALF lahko prenese višje napakne tokove brez nasičenja. Poleg tega zmanjševanje sekundarne obremenitve-z uporabo relejev z nizko-obremenitvijo, kratkimi kabli in ustreznim prerezom-kabla-pomaga ohraniti prostor za pretok CT.
Če povzamemo, nasičenost CT je temeljna omejitev tokovnih transformatorjev z-magnetnim jedrom, ki jo je treba skrbno upravljati s pravilno zasnovo in uporabo. Razumevanje vzrokov, posledic in preprečevanja nasičenosti je bistvenega pomena za zagotavljanje zanesljive zaščite in natančnih meritev v elektroenergetskih sistemih.