Voolutrafo küllastus on seisund, mille korral CT magnetsüdamik saavutab maksimaalse voovõimsuse ja ei suuda enam primaarvoolu lineaarselt teisendada sekundaarahelasse. Küllastumise korral ei taasta CT väljund enam täpselt primaarse voolu lainekuju, mis põhjustab moonutatud sekundaarseid signaale, mõõtmisvigu ja kaitsereleede võimalikku valesti töötamist. Küllastusest arusaamine on CT õigeks valikuks ja süsteemi kavandamiseks kriitilise tähtsusega, eriti kaitserakenduste puhul, kus rikkevoolud võivad olla nimiväärtusest mitu korda suuremad.
Küllastumise põhipõhjus on CT südamiku materjali magnetiline käitumine. Voolutrafod töötavad põhimõttel, et vahelduv primaarvool kutsub südamikus esile vahelduva magnetvoo, mis omakorda indutseerib sekundaarpinge ja voolu. See suhe on lineaarne seni, kuni südamiku voog jääb alla südamiku materjali küllastustaseme. Kõigil magnetilistel materjalidel on aga piiratud voo{3}}kandevõime. Kui voog ületab selle taseme, öeldakse, et tuum on küllastunud ning primaar- ja sekundaarvoolude lineaarne seos katkeb.
CT küllastumist võivad põhjustada mitmed tegurid. Kõige tavalisem põhjus on liigne primaarvool, näiteks rikke korral. Suure rikkevoolu korral võib CT töökarakteristikut häirida, mis võib häirida kaitseseadmete tööd. Kui primaarvool ületab CT täpsuspiiri, siis südamik küllastub ja sekundaarvoolu lainekuju moondub. Rikkevoolu suurus, rikkevoolu alaliskomponent, esmane ajakonstant ja jääkvoog raudsüdamikus aitavad kaasa küllastumisele.
Rikkevoolu alalisvoolu komponent mängib küllastuses eriti olulist rolli. Toitesüsteemide rikkevoolud sisaldavad sageli lagunevat alalisvoolu nihet, mis võib viia CT-südamiku küllastumiseni kiiremini kui vahelduvvoolu komponent üksi. See alalisvoolu nihe võib kiirendada kaitsvate CT-de küllastumist mitme millisekundi võrra ja suurendada mõõtmis-CT-de ülekandevigu. Mõju on kõige tugevam pikkade ajakonstantidega süsteemides, näiteks suurte induktiivkoormusega või pikkade ülekandeliinidega süsteemides.
Teine soodustav tegur on CT südamikus püsiv voog. Kui CT katkeb tõrke ajal, võib südamik säilitada jääkmagnetvoo, mis võib olla järgmise rikke tekitatud vooga samas suunas. See jääkvoog vähendab enne küllastumist saadaolevat voo kõrgust, alandades tõhusalt CT küllastusläve. See nähtus on eriti problemaatiline diferentsiaalkaitse skeemides, kus mitu CT-d peavad töötama kooskõlastatult.
Küllastumise algust saab tuvastada ergutusvoolu jälgimisega. CT ergastuskarakteristik näitab lineaarset seost rakendatud pinge ja ergutusvoolu vahel kuni põlvepunktini, millest kaugemale jõuab vool väikese pinge tõusuga kiiresti. Küllastunud piirkonnas võib rakendatud pinge 10% suurenemine põhjustada sekundaarvoolu 30% kuni 50% suurenemist, mis näitab, et südamik ei suuda enam täiendavat voogu toetada.
Küllastumise mõju CT jõudlusele on märkimisväärne. Sekundaarvool muutub moonutatud, kuvades tavaliselt primaarvooluga võrreldes väiksema pindalaga lainekuju tipu. See moonutus põhjustab efektiivse RMS-i sekundaarvoolu oodatust madalamaks, mille tulemuseks on primaarvoolu ala-mõõtmine. Kaitserakendustes võib moonutatud sekundaarvool põhjustada kaitsereleede talitlushäireid või tööaja viivitust. Relee töö viivitus võib avaldada tõsiseid tagajärgi süsteemi stabiilsusele ja seadmete kaitsele.
Südamiku materjali valik mängib küllastusomaduste määramisel olulist rolli. Erinevatel magnetilistel materjalidel,{1}}sh räniteras, ferriit, permalloy, nanokristallilised ja amorfsed sulamid-on erinevad küllastuse induktsiooni tasemed ja muud magnetilised omadused. Räniteras on CT-de kaitseks kõige sagedamini kasutatav materjal selle kõrge küllastusvoo tiheduse tõttu, samas kui nanokristallilised materjalid pakuvad suuremat läbilaskvust ja väiksemaid kadusid. Põhimaterjali valik hõlmab kompromisse küllastusvõime, kulude ja muude tegurite vahel.
Küllastumise vältimine nõuab õiget CT kavandamist ja rakendamist. CT nimikoormus, täpsusklass ja põlvepunkti pinge tuleb valida nii, et südamik jääks oma lineaarsesse piirkonda maksimaalse eeldatava rikkevoolu all. Kaitserakenduste puhul määrab täpsuse piirtegur (ALF) nimiprimaarvoolu kordse, mille juures CT peab säilitama oma määratud täpsuse. Kõrgema ALF-iga CT talub suuremaid rikkevoolusid ilma küllastumiseta. Lisaks aitab sekundaarse koormuse-minimeerimine, kasutades väikese-koormusreleed, lühikesi kaablikäike ja piisavat kaabli-ristlõiget-, säilitada CT vooruumi.
Kokkuvõtteks võib öelda, et CT-küllastus on magnetiliste{0}}tuumavoolutrafode põhiline piirang, mida tuleb hoolikalt hallata, kasutades õiget disaini ja rakendust. Küllastumise põhjuste, tagajärgede ja ennetamise mõistmine on elektrisüsteemide usaldusväärse kaitse ja täpse mõõtmise tagamiseks hädavajalik.