Le courant d'excitation d'un transformateur de courant est le courant nécessaire pour établir et maintenir le flux magnétique dans le noyau du TC. Il s'agit d'un élément petit mais d'une importance cruciale dans le fonctionnement du CT, car il affecte directement la précision de la transformation actuelle. Selon la Commission électrotechnique internationale (CEI), le courant d'excitation est défini comme « la valeur efficace du courant absorbé par l'enroulement secondaire d'un transformateur de courant, lorsqu'une tension sinusoïdale de fréquence nominale est appliquée aux bornes secondaires, le primaire et tout autre enroulement étant en circuit ouvert ».
Dans le circuit équivalent CT, le courant d'excitation circule à travers la branche magnétisante, qui représente les propriétés magnétiques du noyau. Le courant primaire est supposé être parfaitement transformé vers le secondaire, mais une partie de ce courant est dérivée par la branche d'excitation. Le reste est le véritable courant secondaire qui traverse la charge externe. Le courant d'excitation est fonction de la tension d'excitation secondaire (Es) et de l'impédance d'excitation secondaire (Ze), et il représente les ampères-tours nécessaires pour magnétiser le noyau.
Le courant d’excitation peut être décomposé en deux composantes : le courant magnétisant et la composante de perte. Le courant magnétisant (Im) est le composant qui produit le flux magnétique dans le noyau. La composante de perte (Ia) représente les pertes de puissance active dans le noyau dues aux courants de Foucault et à l'hystérésis. Le courant d'excitation total est la somme des phaseurs de ces deux composantes : Ie=Im + Ia. Le courant magnétisant est généralement beaucoup plus important que la composante de perte, en particulier dans les matériaux de noyau de haute -qualité avec de faibles pertes.
L'ampleur du courant d'excitation dépend de plusieurs facteurs. Les propriétés du matériau de base-y compris la perméabilité, la densité de flux de saturation et les pertes- jouent un rôle primordial. Les matériaux à perméabilité plus élevée nécessitent moins de courant magnétisant pour produire un flux donné. Les dimensions du noyau et le nombre de spires secondaires affectent également le courant d'excitation : un noyau plus grand et plus de spires entraînent généralement un courant d'excitation plus faible pour une tension donnée. La tension d'excitation, déterminée par la charge et le courant secondaire, est un autre facteur critique.
Le courant d'excitation est la principale source d'erreur dans un transformateur de courant. Étant donné que le courant d'excitation soustrait le courant qui serait autrement disponible pour le circuit secondaire, il contribue directement à l'erreur de rapport du TC. La relation entre le courant d'excitation et l'erreur de rapport peut être comprise en considérant que les ampères-tours primaires-doivent être égaux à la somme des ampères-tours secondaires-tours et des ampères-tours d'excitation-tours. Lorsque le courant d'excitation augmente-en raison d'une charge plus élevée, d'une tension secondaire plus élevée ou d'une saturation du noyau-, le courant secondaire diminue et l'erreur de rapport augmente.
La caractéristique d'excitation d'un TC est généralement présentée sous la forme d'une courbe reliant la tension secondaire appliquée au courant d'excitation. Cette courbe comporte deux régions distinctes : une région linéaire à basse tension où le noyau n'est pas saturé, et une région saturée à haute tension où le courant d'excitation augmente rapidement avec de petites augmentations de tension. La transition entre ces régions est appelée le point du genou. En dessous du point de genou, le courant d'excitation est faible et la précision du CT est bonne. Au-dessus du point de genou, le courant d’excitation augmente considérablement et la précision du CT se détériore rapidement.
Le courant d'excitation détermine la précision maximale pouvant être obtenue avec un TC donné. Le courant d'excitation étant une propriété inhérente au noyau magnétique, il fixe une limite fondamentale aux performances du TC. Même dans des conditions idéales, le courant d'excitation introduit une erreur de rapport et une erreur de phase faibles mais non nulles. L'objectif du concepteur de CT est de minimiser le courant d'excitation grâce à une sélection minutieuse du matériau du noyau, des dimensions du noyau et de la configuration des enroulements.
Dans les applications pratiques, le courant d'excitation est mesuré lors des tests du TC pour vérifier les performances du TC. Le test d'excitation consiste à appliquer une tension variable à l'enroulement secondaire avec le primaire en circuit ouvert-et à mesurer le courant d'excitation résultant. La courbe d'excitation obtenue à partir de ce test est utilisée pour déterminer la tension au point de coude et pour évaluer l'adéquation du TC aux applications de protection. Un TC avec un courant d'excitation plus faible pour une tension donnée est généralement considéré comme de meilleure qualité.
Le courant d'excitation a également des implications importantes en matière de sécurité. Si le circuit secondaire d'un TC est ouvert par inadvertance-pendant que le courant primaire circule, le courant d'excitation produira une très haute tension aux bornes secondaires. Cela peut mettre le personnel en danger et endommager l'équipement. Le circuit secondaire d'un transformateur de courant ne doit jamais être laissé ouvert-pendant que le courant primaire continue de circuler, car le TC se comporte comme une self hautement saturée, produisant une tension de pointe et relativement élevée à la sortie secondaire.
En résumé, le courant d’excitation est une caractéristique fondamentale des transformateurs de courant qui détermine directement leur précision et leurs performances. Il représente le courant nécessaire pour magnétiser le noyau et constitue la principale source d'erreurs de rapport et de phase. Comprendre le courant d'excitation-et sa relation avec le matériau du noyau, la charge et la tension de fonctionnement-est essentiel pour la sélection, les tests et l'application des TC dans les systèmes d'alimentation électrique.