La corrente di eccitazione di un trasformatore di corrente è la corrente necessaria per stabilire e mantenere il flusso magnetico nel nucleo del trasformatore di corrente. Si tratta di un componente piccolo ma di fondamentale importanza per il funzionamento del CT, poiché influisce direttamente sulla precisione della trasformazione corrente. Secondo la Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), la corrente di eccitazione è definita come "il valore efficace della corrente assorbita dall'avvolgimento secondario di un trasformatore di corrente, quando una tensione sinusoidale di frequenza nominale viene applicata ai terminali secondari, essendo il primario e qualsiasi altro avvolgimento aperto-circuitato".
Nel circuito equivalente TA, la corrente di eccitazione scorre attraverso il ramo magnetizzante, che rappresenta le proprietà magnetiche del nucleo. Si presuppone che la corrente primaria venga trasformata perfettamente al lato secondario, ma una parte di questa corrente viene deviata attraverso il ramo di eccitazione. Il resto è la vera corrente secondaria che scorre attraverso il carico esterno. La corrente di eccitazione è una funzione della tensione di eccitazione secondaria (Es) e dell'impedenza di eccitazione secondaria (Ze) e rappresenta le ampere-spire necessarie per magnetizzare il nucleo.
La corrente di eccitazione può essere scomposta in due componenti: la corrente magnetizzante e la componente di perdita. La corrente magnetizzante (Im) è la componente che produce il flusso magnetico nel nucleo. La componente di perdita (Ia) rappresenta le perdite di potenza attiva nel nucleo dovute a correnti parassite e isteresi. La corrente di eccitazione totale è la somma dei fasori di queste due componenti: Ie=Im + Ia. La corrente magnetizzante è in genere molto maggiore della componente di perdita, in particolare nei materiali del nucleo di alta-qualità con basse perdite.
L'entità della corrente di eccitazione dipende da diversi fattori. Le proprietà del materiale principale-tra cui permeabilità, densità del flusso di saturazione e perdite-svolgono un ruolo primario. I materiali con permeabilità più elevata richiedono meno corrente magnetizzante per produrre un dato flusso. Anche le dimensioni del nucleo e il numero di spire secondarie influiscono sulla corrente di eccitazione: un nucleo più grande e più spire determinano generalmente una corrente di eccitazione inferiore a parità di tensione. Un altro fattore critico è la tensione di eccitazione, determinata dal carico e dalla corrente secondaria.
La corrente di eccitazione è la principale fonte di errore in un trasformatore di corrente. Poiché la corrente di eccitazione sottrae la corrente che sarebbe altrimenti disponibile per il circuito secondario, contribuisce direttamente all'errore di rapporto del trasformatore di corrente. La relazione tra corrente di eccitazione ed errore di rapporto può essere compresa considerando che gli ampere-giri primari devono essere uguali alla somma degli ampere-giri secondari e degli ampere-giri di eccitazione. Quando la corrente di eccitazione aumenta-a causa di un carico maggiore, di una tensione secondaria più elevata o di una saturazione del nucleo-la corrente secondaria diminuisce e l'errore del rapporto aumenta.
La caratteristica di eccitazione di un TA viene generalmente presentata come una curva che mette in relazione la tensione secondaria applicata con la corrente di eccitazione. Questa curva ha due regioni distinte: una regione lineare a basse tensioni dove il nucleo non è saturo e una regione satura ad alte tensioni dove la corrente di eccitazione aumenta rapidamente con piccoli aumenti di tensione. La transizione tra queste regioni è chiamata punto del ginocchio. Al di sotto del punto di ginocchio, la corrente di eccitazione è piccola e la precisione del TA è buona. Al di sopra del punto di ginocchio, la corrente di eccitazione aumenta notevolmente e la precisione della TC si deteriora rapidamente.
La corrente di eccitazione determina la massima precisione che può essere raggiunta con un dato TA. Poiché la corrente di eccitazione è una proprietà intrinseca del nucleo magnetico, costituisce un limite fondamentale alle prestazioni del TA. Anche in condizioni ideali, la corrente di eccitazione introduce un errore di rapporto e di fase piccolo ma diverso da -zero. L'obiettivo del progettista del TA è ridurre al minimo la corrente di eccitazione attraverso un'attenta selezione del materiale del nucleo, delle dimensioni del nucleo e della configurazione dell'avvolgimento.
Nelle applicazioni pratiche, la corrente di eccitazione viene misurata durante il test del TA per verificarne le prestazioni. Il test di eccitazione prevede l'applicazione di una tensione variabile all'avvolgimento secondario con il primario aperto-circuitato e la misurazione della corrente di eccitazione risultante. La curva di eccitazione ottenuta da questo test viene utilizzata per determinare la tensione del punto di ginocchio e per valutare l'idoneità del TA per applicazioni di protezione. Un TA con una corrente di eccitazione inferiore per una data tensione è generalmente considerato di qualità superiore.
La corrente di eccitazione ha anche importanti implicazioni sulla sicurezza. Se il circuito secondario di un trasformatore di corrente viene inavvertitamente aperto-circuitato mentre scorre la corrente primaria, la corrente di eccitazione produrrà una tensione molto elevata attraverso i terminali secondari. Ciò può mettere in pericolo il personale e danneggiare le apparecchiature. Il circuito secondario di un trasformatore di corrente non deve mai essere lasciato aperto-nel circuito mentre la corrente primaria continua a fluire, poiché il trasformatore di corrente si comporta come un'induttanza altamente satura, producendo una tensione di picco e relativamente elevata sull'uscita secondaria.
In sintesi, la corrente di eccitazione è una caratteristica fondamentale dei trasformatori di corrente che ne determina direttamente la precisione e le prestazioni. Rappresenta la corrente richiesta per magnetizzare il nucleo ed è la fonte primaria di errori di rapporto e di fase. Comprendere la corrente di eccitazione-e la sua relazione con il materiale del nucleo, il carico e la tensione operativa- è essenziale per la selezione, i test e l'applicazione dei TA nei sistemi di alimentazione elettrica.