La corriente de excitación de un transformador de corriente es la corriente necesaria para establecer y mantener el flujo magnético en el núcleo del CT. Es un componente pequeño pero de importancia crítica del funcionamiento del CT, ya que afecta directamente la precisión de la transformación actual. Según la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la corriente de excitación se define como "el valor eficaz de la corriente tomada por el devanado secundario de un transformador de corriente, cuando se aplica una tensión sinusoidal de frecuencia nominal a los terminales secundarios, estando el devanado primario y cualquier otro devanado en circuito abierto-".
En el circuito equivalente CT, la corriente de excitación fluye a través de la rama magnetizante, que representa las propiedades magnéticas del núcleo. Se supone que la corriente primaria se transforma perfectamente hacia el lado secundario, pero una parte de esta corriente se desvía a través de la rama de excitación. El resto es la verdadera corriente secundaria que fluye a través de la carga externa. La corriente de excitación es función del voltaje de excitación secundario (Es) y la impedancia de excitación secundaria (Ze), y representa los amperios-vueltas necesarios para magnetizar el núcleo.
La corriente de excitación se puede descomponer en dos componentes: la corriente magnetizante y el componente de pérdida. La corriente magnetizante (Im) es el componente que produce el flujo magnético en el núcleo. El componente de pérdida (Ia) representa las pérdidas de potencia activa en el núcleo debido a corrientes parásitas e histéresis. La corriente de excitación total es la suma fasorial de estos dos componentes: es decir,=Im + Ia. La corriente magnetizante suele ser mucho mayor que el componente de pérdida, especialmente en materiales de núcleo de alta-calidad con bajas pérdidas.
La magnitud de la corriente de excitación depende de varios factores. Las propiedades del material central-incluidas la permeabilidad, la densidad de flujo de saturación y las pérdidas-desempeñan un papel primordial. Los materiales de mayor permeabilidad requieren menos corriente magnetizante para producir un flujo determinado. Las dimensiones del núcleo y el número de vueltas secundarias también afectan la corriente de excitación: un núcleo más grande y más vueltas generalmente dan como resultado una corriente de excitación más baja para un voltaje determinado. Otro factor crítico es la tensión de excitación, que está determinada por la carga y la corriente secundaria.
La corriente de excitación es la principal fuente de error en un transformador de corriente. Debido a que la corriente de excitación se resta de la corriente que de otro modo estaría disponible para el circuito secundario, contribuye directamente al error de relación del CT. La relación entre la corriente de excitación y el error de relación se puede entender considerando que los amperios-vueltas primarios deben ser iguales a la suma de los amperios-vueltas secundarios y los amperios-vueltas de excitación. Cuando la corriente de excitación aumenta-debido a una mayor carga, un mayor voltaje secundario o una saturación del núcleo-la corriente secundaria disminuye y el error de relación aumenta.
La característica de excitación de un CT generalmente se presenta como una curva que relaciona el voltaje secundario aplicado con la corriente de excitación. Esta curva tiene dos regiones distintas: una región lineal a voltajes bajos donde el núcleo no está saturado y una región saturada a voltajes altos donde la corriente de excitación aumenta rápidamente con pequeños aumentos de voltaje. La transición entre estas regiones se llama punto de inflexión. Por debajo del punto de inflexión, la corriente de excitación es pequeña y la precisión del TC es buena. Por encima del punto de inflexión, la corriente de excitación aumenta drásticamente y la precisión del TC se deteriora rápidamente.
La corriente de excitación determina la precisión máxima que se puede lograr con un CT determinado. Debido a que la corriente de excitación es una propiedad inherente del núcleo magnético, establece un límite fundamental en el rendimiento del CT. Incluso en condiciones ideales, la corriente de excitación introduce un error de relación y un error de fase pequeños pero distintos de cero. El objetivo del diseñador de CT es minimizar la corriente de excitación mediante una cuidadosa selección del material del núcleo, las dimensiones del núcleo y la configuración del devanado.
En aplicaciones prácticas, la corriente de excitación se mide durante las pruebas del CT para verificar el rendimiento del CT. La prueba de excitación implica aplicar un voltaje variable al devanado secundario con el primario abierto-en circuito y medir la corriente de excitación resultante. La curva de excitación obtenida de esta prueba se utiliza para determinar el voltaje del punto de inflexión y evaluar la idoneidad del CT para aplicaciones de protección. Generalmente se considera que un TC con una corriente de excitación más baja para un voltaje determinado es de mayor calidad.
La corriente de excitación también tiene importantes implicaciones para la seguridad. Si el circuito secundario de un CT se abre inadvertidamente-mientras fluye la corriente primaria, la corriente de excitación producirá un voltaje muy alto a través de los terminales secundarios. Esto puede poner en peligro al personal y dañar el equipo. El circuito secundario de un transformador de corriente nunca debe dejarse abierto-en circuito mientras la corriente primaria continúa fluyendo, ya que el CT se comporta como un inductor altamente saturado, produciendo un voltaje pico y relativamente alto en la salida secundaria.
En resumen, la corriente de excitación es una característica fundamental de los transformadores de corriente que determina directamente su precisión y rendimiento. Representa la corriente necesaria para magnetizar el núcleo y es la principal fuente de errores de relación y fase. Comprender la corriente de excitación-y su relación con el material del núcleo, la carga y el voltaje de funcionamiento-es esencial para la selección, prueba y aplicación de CT en sistemas de energía eléctrica.