De excitatiestroom van een stroomtransformator is de stroom die nodig is om de magnetische flux in de CT-kern tot stand te brengen en te behouden. Het is een klein maar cruciaal onderdeel van de werking van de CT, omdat het rechtstreeks van invloed is op de nauwkeurigheid van de huidige transformatie. Volgens de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC) wordt de opwindende stroom gedefinieerd als 'de effectieve waarde van de stroom die wordt opgenomen door de secundaire wikkeling van een stroomtransformator, wanneer een sinusoïdale spanning met een nominale frequentie wordt aangelegd op de secundaire aansluitingen, waarbij de primaire en alle andere wikkelingen open zijn'.
In het CT-equivalentcircuit stroomt de excitatiestroom door de magnetiserende tak, die de magnetische eigenschappen van de kern vertegenwoordigt. Aangenomen wordt dat de primaire stroom perfect naar de secundaire zijde wordt getransformeerd, maar een deel van deze stroom wordt omgeleid via de excitatietak. De rest is de werkelijke secundaire stroom die door de externe belasting stroomt. De excitatiestroom is een functie van de secundaire excitatiespanning (Es) en de secundaire excitatie-impedantie (Ze), en vertegenwoordigt de ampère-windingen die nodig zijn om de kern te magnetiseren.
De excitatiestroom kan worden opgesplitst in twee componenten: de magnetiserende stroom en de verliescomponent. De magnetiserende stroom (Im) is de component die de magnetische flux in de kern produceert. De verliescomponent (Ia) vertegenwoordigt de actieve vermogensverliezen in de kern als gevolg van wervelstromen en hysteresis. De totale excitatiestroom is de fasorsom van deze twee componenten: Ie=Im + Ia. De magnetiseringsstroom is doorgaans veel groter dan de verliescomponent, vooral bij kernmaterialen van hoge-kwaliteit met lage verliezen.
De grootte van de bekrachtigingsstroom hangt van verschillende factoren af. De eigenschappen van het kernmateriaal-waaronder permeabiliteit, verzadigingsfluxdichtheid en verliezen-spelen een primaire rol. Materialen met een hogere permeabiliteit vereisen minder magnetiseringsstroom om een bepaalde flux te produceren. De kernafmetingen en het aantal secundaire windingen hebben ook invloed op de excitatiestroom: een grotere kern en meer windingen resulteren over het algemeen in een lagere excitatiestroom bij een gegeven spanning. De excitatiespanning, die wordt bepaald door de belasting en de secundaire stroom, is een andere kritische factor.
De bekrachtigingsstroom is de belangrijkste foutbron in een stroomtransformator. Omdat de excitatiestroom wordt afgetrokken van de stroom die anders beschikbaar zou zijn voor het secundaire circuit, draagt deze rechtstreeks bij aan de verhoudingsfout van de CT. De relatie tussen de excitatiestroom en de verhoudingsfout kan worden begrepen door te bedenken dat de primaire ampère-windingen gelijk moeten zijn aan de som van de secundaire ampère-windingen en de excitatieampère-windingen. Wanneer de excitatiestroom toeneemt-als gevolg van een hogere belasting, hogere secundaire spanning of kernverzadiging-neemt de secundaire stroom af en neemt de verhoudingsfout toe.
De excitatiekarakteristiek van een CT wordt doorgaans weergegeven als een curve die de aangelegde secundaire spanning relateert aan de excitatiestroom. Deze curve heeft twee verschillende gebieden: een lineair gebied bij lage spanningen waar de kern niet verzadigd is, en een verzadigd gebied bij hoge spanningen waar de excitatiestroom snel toeneemt met kleine spanningsstijgingen. De overgang tussen deze gebieden wordt het kniepunt genoemd. Onder het kniepunt is de excitatiestroom klein en is de CT-nauwkeurigheid goed. Boven het kniepunt neemt de excitatiestroom dramatisch toe en verslechtert de CT-nauwkeurigheid snel.
De excitatiestroom bepaalt de maximale nauwkeurigheid die met een bepaalde CT kan worden bereikt. Omdat de excitatiestroom een inherente eigenschap van de magnetische kern is, stelt deze een fundamentele limiet aan de prestaties van de CT. Zelfs onder ideale omstandigheden introduceert de excitatiestroom een kleine, maar niet-{2}}nulverhoudingsfout en fasefout. Het doel van de CT-ontwerper is om de excitatiestroom te minimaliseren door zorgvuldige selectie van kernmateriaal, kernafmetingen en wikkelingsconfiguratie.
In praktische toepassingen wordt de excitatiestroom gemeten tijdens CT-testen om de prestaties van de CT te verifiëren. De excitatietest omvat het aanleggen van een variabele spanning op de secundaire wikkeling terwijl de primaire open- circuit is, en het meten van de resulterende excitatiestroom. De uit deze test verkregen excitatiecurve wordt gebruikt om de kniepuntspanning te bepalen en om de geschiktheid van de CT voor beveiligingstoepassingen te beoordelen. Een CT met een lagere bekrachtigingsstroom voor een bepaalde spanning wordt over het algemeen als van hogere kwaliteit beschouwd.
De excitatiestroom heeft ook belangrijke veiligheidsimplicaties. Als het secundaire circuit van een CT onbedoeld open-is terwijl de primaire stroom vloeit, zal de excitatiestroom een zeer hoge spanning over de secundaire aansluitingen produceren. Dit kan personeel in gevaar brengen en apparatuur beschadigen. Het secundaire circuit van een stroomtransformator mag nooit open blijven-terwijl de primaire stroom blijft stromen, aangezien de CT zich gedraagt als een sterk verzadigde smoorspoel, die een relatief hoge piekspanning produceert aan de secundaire uitgang.
Samenvattend is de bekrachtigingsstroom een fundamenteel kenmerk van stroomtransformatoren dat rechtstreeks hun nauwkeurigheid en prestaties bepaalt. Het vertegenwoordigt de stroom die nodig is om de kern te magnetiseren en is de belangrijkste bron van verhoudings- en fasefouten. Het begrijpen van de excitatiestroom-en de relatie ervan met het kernmateriaal, de belasting en de bedrijfsspanning-is essentieel voor CT-selectie, testen en toepassing in elektrische energiesystemen.