רווית שנאי זרם היא מצב שבו הליבה המגנטית של ה-CT מגיעה ליכולת השטף המקסימלית שלה ואינה יכולה עוד להפוך את הזרם הראשוני למעגל המשני באופן ליניארי. כאשר מתרחשת רוויה, פלט ה-CT כבר לא משחזר במדויק את צורת הגל של הזרם הראשי, מה שמוביל לאותות משניים מעוותים, שגיאות מדידה ואפשרות להפעלה שגויה של ממסרי הגנה. הבנת הרוויה היא קריטית לבחירה נכונה של CT ותכנון מערכת, במיוחד עבור יישומי הגנה שבהם זרמי תקלה יכולים להיות פי כמה מהערך הנקוב.
הסיבה הבסיסית לרוויה היא ההתנהגות המגנטית של חומר ליבת ה-CT. שנאי זרם פועלים על פי העיקרון שהזרם הראשוני המחליף משרה שטף מגנטי לסירוגין בליבה, אשר בתורו משרה מתח וזרם משניים. קשר זה הוא ליניארי כל עוד שטף הליבה נשאר מתחת לרמת הרוויה של חומר הליבה. עם זאת, לכל החומרים המגנטיים יש יכולת נשיאת שטף סופי-. כאשר השטף עולה על רמה זו, אומרים שהליבה היא רוויה, והקשר הליניארי בין זרמים ראשוניים ומשניים מתקלקל.
מספר גורמים יכולים לגרום לרוויה ב-CT. הסיבה השכיחה ביותר היא זרם ראשוני מוגזם, כגון במהלך מצב תקלה. במהלך זרם תקלה גבוה, מאפיין הפעולה של ה-CT עלול להשתבש, וליצור מטרד לפעולה של התקני הגנה. כאשר הזרם הראשוני חורג ממגבלת הדיוק של ה-CT, הליבה רוויה וצורת הגל הנוכחית המשנית מתעוותת. גודל זרם התקלה, רכיב ה-DC של זרם התקלה, קבוע הזמן הראשוני והשטף הרמננטי בליבת הברזל כולם תורמים לרוויה.
רכיב ה-DC של זרם התקלה ממלא תפקיד חשוב במיוחד ברוויה. זרמי תקלה במערכות חשמל מכילים לעתים קרובות היסט DC דועך שיכול להניע את ליבת ה-CT לרוויה מהר יותר מאשר רכיב AC בלבד. הטיית DC זו יכולה להאיץ את הרוויה של CTs מגן בכמה אלפיות שניות ולהגדיל את שגיאות ההעברה של CTs מדידה. ההשפעה בולטת ביותר במערכות עם קבועי זמן ארוכים, כגון אלו עם עומסים אינדוקטיביים גדולים או קווי תמסורת ארוכים.
שטף רמננטי בליבת ה-CT הוא גורם תורם נוסף. כאשר CT מופסק במהלך תקלה, הליבה עשויה לשמור על שטף מגנטי שיורי שיכול להיות באותו כיוון כמו השטף שנוצר על ידי תקלה שלאחר מכן. שטף רמננטי זה מפחית את מרווח השטף הזמין לפני הרוויה, ובכך מוריד למעשה את סף הרוויה של ה-CT. תופעה זו בעייתית במיוחד בתכניות הגנה דיפרנציאליות שבהן מספר CTs חייב לפעול בתיאום.
ניתן לזהות את תחילת הרוויה על ידי התבוננות בזרם העירור. מאפיין העירור של ה-CT מראה קשר ליניארי בין מתח מופעל לזרם עירור עד לנקודת הברך, שמעבר לו הזרם גדל במהירות עם עליות קטנות במתח. ברגע שנמצאים באזור הרווי, עלייה של 10% במתח המופעל עלולה לגרום לעלייה של 30% עד 50% בזרם המשני, מה שמצביע על כך שהליבה אינה מסוגלת עוד לתמוך בשטף נוסף.
ההשפעות של הרוויה על ביצועי ה-CT הן משמעותיות. הזרם המשני הופך מעוות, בדרך כלל מציג צורת גל שיא עם שטח מופחת בהשוואה לזרם הראשוני. עיוות זה גורם לזרם ה-RMS המשני האפקטיבי להיות נמוך מהצפוי, וכתוצאה מכך-מדידה נמוכה של הזרם הראשוני. ביישומי הגנה, הזרם המשני המעוות עלול לגרום לתפקוד לקוי או עיכוב זמן הפעלה של ממסרי הגנה. לעיכוב בהפעלת הממסר עלולות להיות השלכות חמורות על יציבות המערכת והגנת הציוד.
בחירת חומרי ליבה ממלאת תפקיד חשוב בקביעת מאפייני הרוויה. לחומרים מגנטיים שונים-כולל פלדת סיליקון, פריט, פרמלוי, ננו-גבישי וסגסוגות אמורפיות-יש רמות אינדוקציית רוויה שונות ותכונות מגנטיות אחרות. פלדת סיליקון היא החומר הנפוץ ביותר להגנה על CTs בשל צפיפות שטף הרוויה הגבוהה שלה, בעוד חומרים ננו-גבישיים מציעים חדירות גבוהה יותר והפסדים נמוכים יותר. הבחירה בחומר הליבה כרוכה ב-תמורה בין ביצועי רוויה, עלות וגורמים אחרים.
מניעת רוויה דורשת תכנון ויישום CT נכונים. יש לבחור את הנטל המדורג, דרגת הדיוק ומתח נקודת הברך של ה-CT כדי להבטיח שהליבה תישאר באזור הליניארי שלה תחת זרם השגיאה המקסימלי הצפוי. עבור יישומי הגנה, מקדם מגבלת הדיוק (ALF) מציין את הכפולה של הזרם הראשי המדורג שבו ה-CT עדיין חייב לשמור על הדיוק שצוין. CT עם ALF גבוה יותר יכול לעמוד בזרמי תקלה גבוהים יותר מבלי להרוות. בנוסף, צמצום העומס המשני-על ידי שימוש בממסרי עומס נמוך-, מסלולי כבלים קצרים וחתך -כבל מתאים-מסייע בשמירה על מרווח השטף של ה-CT.
לסיכום, רווית CT היא מגבלה בסיסית של שנאי זרם הליבה-מגנטיים שיש לנהל בקפידה באמצעות תכנון ויישום נכונים. הבנת הסיבות, ההשפעות ומניעת הרוויה חיונית להבטחת הגנה אמינה ומדידה מדויקת במערכות חשמל.