Der Erregerstrom eines Stromwandlers ist der Strom, der erforderlich ist, um den magnetischen Fluss im CT-Kern aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Es ist eine kleine, aber äußerst wichtige Komponente des CT-Betriebs, da sie sich direkt auf die Genauigkeit der aktuellen Transformation auswirkt. Nach Angaben der International Electrotechnical Commission (IEC) ist der Erregerstrom definiert als „der Effektivwert des Stroms, der von der Sekundärwicklung eines Stromtransformators aufgenommen wird, wenn eine sinusförmige Spannung mit Nennfrequenz an die Sekundäranschlüsse angelegt wird, wobei die Primärwicklung und alle anderen Wicklungen im Leerlauf sind“.
Im CT-Ersatzschaltbild fließt der Erregerstrom durch den Magnetisierungszweig, der die magnetischen Eigenschaften des Kerns repräsentiert. Es wird davon ausgegangen, dass der Primärstrom perfekt auf die Sekundärseite transformiert wird, ein Teil dieses Stroms wird jedoch durch den Erregerzweig abgeleitet. Der Rest ist der wahre Sekundärstrom, der durch die externe Last fließt. Der Erregerstrom ist eine Funktion der sekundären Erregerspannung (Es) und der sekundären Erregerimpedanz (Ze) und stellt die Amperewindungen dar, die zur Magnetisierung des Kerns erforderlich sind.
Der Erregerstrom lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: den Magnetisierungsstrom und den Verlustanteil. Der Magnetisierungsstrom (Im) ist die Komponente, die den magnetischen Fluss im Kern erzeugt. Der Verlustanteil (Ia) stellt die Wirkleistungsverluste im Kern aufgrund von Wirbelströmen und Hysterese dar. Der gesamte Erregerstrom ist die Zeigersumme dieser beiden Komponenten: Ie=Im + Ia. Der Magnetisierungsstrom ist typischerweise viel größer als die Verlustkomponente, insbesondere bei hochwertigen Kernmaterialien mit geringen Verlusten.
Die Größe des Erregerstroms hängt von mehreren Faktoren ab. Die Kernmaterialeigenschaften-einschließlich Permeabilität, Sättigungsflussdichte und Verluste-spielen eine primäre Rolle. Materialien mit höherer Permeabilität benötigen weniger Magnetisierungsstrom, um einen bestimmten Fluss zu erzeugen. Auch die Kernabmessungen und die Anzahl der Sekundärwindungen wirken sich auf den Erregerstrom aus: Ein größerer Kern und mehr Windungen führen im Allgemeinen zu einem geringeren Erregerstrom bei gegebener Spannung. Ein weiterer kritischer Faktor ist die Erregerspannung, die durch die Bürde und den Sekundärstrom bestimmt wird.
Der Erregerstrom ist die Hauptfehlerquelle in einem Stromwandler. Da der Erregerstrom den Strom subtrahiert, der ansonsten für den Sekundärkreis verfügbar wäre, trägt er direkt zum Verhältnisfehler des Stromwandlers bei. Die Beziehung zwischen Erregerstrom und Verhältnisfehler kann verstanden werden, wenn man bedenkt, dass die primären Ampere---Windungen gleich der Summe der sekundären Ampere---Windungen und der Erregungs-Ampere---Windungen sein müssen. Wenn der Erregerstrom ansteigt-aufgrund einer höheren Bürde, einer höheren Sekundärspannung oder einer Kernsättigung-, nimmt der Sekundärstrom ab und der Verhältnisfehler nimmt zu.
Die Erregungscharakteristik eines Stromwandlers wird typischerweise als Kurve dargestellt, die die angelegte Sekundärspannung mit dem Erregerstrom in Beziehung setzt. Diese Kurve weist zwei unterschiedliche Bereiche auf: einen linearen Bereich bei niedrigen Spannungen, bei dem der Kern nicht gesättigt ist, und einen gesättigten Bereich bei hohen Spannungen, bei dem der Erregerstrom bei kleinen Spannungserhöhungen schnell ansteigt. Der Übergang zwischen diesen Regionen wird als Kniepunkt bezeichnet. Unterhalb des Kniepunktes ist der Erregerstrom gering und die CT-Genauigkeit gut. Oberhalb des Kniepunkts steigt der Erregerstrom dramatisch an und die CT-Genauigkeit nimmt rapide ab.
Der Erregerstrom bestimmt die maximale Genauigkeit, die mit einem bestimmten Stromwandler erreicht werden kann. Da der Erregerstrom eine inhärente Eigenschaft des Magnetkerns ist, setzt er eine grundlegende Grenze für die Leistung des Stromwandlers. Selbst unter idealen Bedingungen verursacht der Erregerstrom einen kleinen, aber nicht-Null-Verhältnisfehler und Phasenfehler. Das Ziel des CT-Designers besteht darin, den Erregerstrom durch sorgfältige Auswahl des Kernmaterials, der Kernabmessungen und der Wicklungskonfiguration zu minimieren.
In praktischen Anwendungen wird der Erregerstrom während der CT-Prüfung gemessen, um die Leistung des CT zu überprüfen. Der Erregungstest umfasst das Anlegen einer variablen Spannung an die Sekundärwicklung bei offenem Primärkreis und die Messung des resultierenden Erregerstroms. Die aus diesem Test erhaltene Erregungskurve wird zur Bestimmung der Kniepunktspannung und zur Beurteilung der Eignung des Stromwandlers für Schutzanwendungen verwendet. Ein Stromwandler mit einem niedrigeren Erregerstrom für eine bestimmte Spannung gilt im Allgemeinen als hochwertiger.
Der Erregerstrom hat auch wichtige Auswirkungen auf die Sicherheit. Wenn der Sekundärstromkreis eines Stromwandlers versehentlich unterbrochen wird, während Primärstrom fließt, erzeugt der Erregerstrom eine sehr hohe Spannung an den Sekundäranschlüssen. Dadurch können Personen gefährdet und Geräte beschädigt werden. Der Sekundärkreis eines Stromwandlers sollte niemals im Leerlauf gelassen werden, während weiterhin Primärstrom fließt, da sich der Stromwandler wie eine stark gesättigte Drossel verhält und am Sekundärausgang eine relativ hohe Spitzenspannung erzeugt.
Zusammenfassend ist der Erregerstrom ein grundlegendes Merkmal von Stromwandlern, das direkt deren Genauigkeit und Leistung bestimmt. Er stellt den Strom dar, der zum Magnetisieren des Kerns erforderlich ist, und ist die Hauptquelle für Verhältnis- und Phasenfehler. Das Verständnis des Erregerstroms-und seiner Beziehung zu Kernmaterial, Bürde und Betriebsspannung-ist für die Auswahl, Prüfung und Anwendung von Stromwandlern in elektrischen Energiesystemen von entscheidender Bedeutung.