La saturació del transformador de corrent és una condició en què el nucli magnètic del TC assoleix la seva capacitat de flux màxima i ja no pot transformar linealment el corrent primari al circuit secundari. Quan es produeix la saturació, la sortida del CT ja no reprodueix amb precisió la forma d'ona de corrent primària, donant lloc a senyals secundaris distorsionats, errors de mesura i possibles mal funcionament dels relés de protecció. Entendre la saturació és fonamental per a la selecció de TC i el disseny del sistema adequats, especialment per a aplicacions de protecció on els corrents de falla poden ser moltes vegades el valor nominal.
La causa fonamental de la saturació és el comportament magnètic del material del nucli del TC. Els transformadors de corrent funcionen segons el principi que el corrent primari altern indueix un flux magnètic altern al nucli, que al seu torn indueix una tensió i corrent secundaris. Aquesta relació és lineal sempre que el flux del nucli es mantingui per sota del nivell de saturació del material del nucli. Tanmateix, tots els materials magnètics tenen una capacitat de transport de flux finit-. Quan el flux supera aquest nivell, es diu que el nucli està saturat i la relació lineal entre els corrents primaris i secundaris es trenca.
Diversos factors poden provocar la saturació de la TC. La causa més freqüent és l'excés de corrent primari, com ara durant una condició de falla. Durant un corrent de falla elevada, la característica de funcionament del TC es pot interrompre, creant un funcionament molest dels dispositius de protecció. Quan el corrent primari supera el límit de precisió del TC, el nucli es satura i la forma d'ona del corrent secundari es distorsiona. La magnitud del corrent de falla, el component de CC del corrent de falla, la constant de temps primària i el flux remanent al nucli de ferro contribueixen a la saturació.
El component de corrent continu del corrent de falla té un paper especialment important en la saturació. Els corrents de falla en els sistemes d'alimentació sovint contenen una compensació de CC en descomposició que pot conduir el nucli del CT a la saturació més ràpidament que el component de CA sol. Aquest biaix de CC pot accelerar la saturació dels TC protectors en diversos mil·lisegons i augmentar els errors de transferència dels TC de mesura. L'efecte és més pronunciat en sistemes amb constants de temps llargues, com aquells amb grans càrregues inductives o línies de transmissió llargues.
El flux remanent al nucli del TC és un altre factor que contribueix. Quan un TC s'interromp durant una falla, el nucli pot retenir un flux magnètic residual que pot estar en la mateixa direcció que el flux produït per una falla posterior. Aquest flux remanent redueix l'espai de flux disponible abans de la saturació, reduint efectivament el llindar de saturació del TC. Aquest fenomen és particularment problemàtic en els esquemes de protecció diferencial on múltiples TC han de funcionar coordinats.
L'inici de la saturació es pot detectar observant el corrent d'excitació. La característica d'excitació del TC mostra una relació lineal entre la tensió aplicada i el corrent d'excitació fins al punt del genoll, més enllà de la qual el corrent augmenta ràpidament amb petits augments de tensió. Un cop a la regió saturada, un augment del 10% de la tensió aplicada pot provocar un augment del 30% al 50% del corrent secundari, cosa que indica que el nucli ja no és capaç de suportar flux addicional.
Els efectes de la saturació sobre el rendiment de la TC són significatius. El corrent secundari es distorsiona, mostrant normalment una forma d'ona picada amb una àrea reduïda en comparació amb el corrent primari. Aquesta distorsió fa que el corrent secundari efectiu RMS sigui més baix del que s'esperava, donant lloc a una -mesura insuficient del corrent primari. En aplicacions de protecció, el corrent secundari distorsionat pot provocar un mal funcionament o retard de funcionament dels relés de protecció. El retard en el funcionament del relé pot tenir greus conseqüències per a l'estabilitat del sistema i la protecció de l'equip.
La selecció del material bàsic té un paper important en la determinació de les característiques de saturació. Els diferents materials magnètics-inclosos l'acer al silici, la ferrita, els aliatges permal·lats, els nanocristal·lins i els aliatges amorfs-tenen diferents nivells d'inducció de saturació i altres propietats magnètiques. L'acer al silici és el material més utilitzat per als TC de protecció a causa de la seva alta densitat de flux de saturació, mentre que els materials nanocristal·lins ofereixen una major permeabilitat i menors pèrdues. L'elecció del material bàsic implica compensacions-entre el rendiment de saturació, el cost i altres factors.
La prevenció de la saturació requereix un disseny i una aplicació adequats del TC. La càrrega nominal del TC, la classe de precisió i la tensió del punt de genoll s'han de seleccionar per garantir que el nucli es mantingui a la seva regió lineal sota el corrent de falla màxim esperat. Per a aplicacions de protecció, el factor límit de precisió (ALF) especifica el múltiple del corrent primari nominal al qual el TC encara ha de mantenir la seva precisió especificada. Un TC amb un ALF més alt pot suportar corrents de falla més altes sense saturar-se. A més, la minimització de la càrrega secundària-mitjançant l'ús de relés de baixa-càrrega, cables curts i una-secció transversal- adequada del cable ajuda a preservar l'espai de flux del TC.
En resum, la saturació de TC és una limitació fonamental dels-transformadors de corrent magnètics que s'han de gestionar amb cura mitjançant un disseny i una aplicació adequats. Comprendre les causes, els efectes i la prevenció de la saturació és essencial per garantir una protecció fiable i una mesura precisa en els sistemes d'energia elèctrica.