Эффективность кабельных сетей 6-10 кВ с резонансным заземлением нейтрали базируется на широко распространенных дугогасящих реакторах (ДГР) плунжерного типа. Вместе с тем уже более полувека не прекращаются попытки их замены на ДГР с подмагничиванием. Такого рода реакторы не имеют в своем составе электропривода и механического редуктора, как в плунжерных ДГР с регулируемым зазором. Они требуют меньшего ухода и реже выходят из строя. Но главное, что отличает их от ДГР плунжерного типа, состоит в возможности автоматического управления ими в режимах замыканий, поддерживая условия оптимального дугогашения при изменениях суммарной емкости сети. Остановимся на оригинальной разработке ДГР с подмагничиванием конструкции ЦКБ НПО Энергоремонт (Москва), рассчитанного на токи однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) от 20 до 90 А в сети 6 кВ, и на токи ОЗЗ от 6 до 60. А в сети 10 кВ, как наиболее перспективного.
        Замкнутый О-образный магнитопровод ДГР состоит из одинакового верхнего и нижнего ярем длиной loя м (рис. 1) и поперечным сечением Sя=bхd и двух симметричных вставок. Геометрические размеры магнитопровода одной из них показаны на рис. 1 с параметрами h = 4a + c, a = 0.12 м, b = 0.21 м, c = 0.25 м, d = 0.155 м.

         Рисунок 1

        Обмотка подмагничивания с числом витков wв = 2516 укрепляется на среднем стержне магнитопровода вставки сечением S = bхc и длиной средней линии lср = a + b, в то время как рабочая обмотка с числом витков w = 251 наматывается на каркасе, внутри которого компактно размещается эта вставка вместе с обмоткой подмагничивания. Два немагнитных зазора величиной ? = 1.055 мм и площадью сечения S? каждый, отделяют их от верхнего и нижнего ярем так, что создаваемый подмагничиванием магнитный поток Ф замыкается только по верхним и нижним участкам своей вставки. Плоскости витков рабочей обмотки и обмотки подмагничивания оказываются при этом взаимно перпендикулярными. Постоянный магнитный поток Ф создается пропусканием через обмотку подмагничивания постоянного тока I от управляемого выпрямителя напряжением U 170 В. Индуктивный ток ДГР создается двумя параллельно соединенными рабочими обмотками. Общий магнитный поток Ф, создаваемый напряжением е (t) между нейтралью сети и землей по закону электромагнитной индукции зигзагообразно протекает по боковым участкам каждой вставки, расщепляясь на потоки Ф1 и Ф2 , не минуя однако среднего стержня магнитопровода. Связь этих потоков с потоками Ф и ФП осуществляется, исходя из соотношений
        Ф1 = 0.5 (Ф – Фп ), Ф2 = 0.5 (Ф + Фп ),         так что индукция в боковых участках сечением S1 вставки определяется в соответствии с выражением
        В1 = Ф1 / S1 = (Ф – Фп ) / 2S1, В2 = Ф2 / S1 = (Ф + Фп) / 2S1 .
        Индукция Вп на участке с обмоткой подмагничивания равна Вп = ФП / SП . Поскольку характеристика F магнитопровода одна и та же для всех участков, то соответствующие им напряженности Н1, Н2, НП определяются единообразно
        Нq = F (Bq), q = 1,2, ..п.
        Индукция Вп и напряженность Нп воздушного зазора (величиной ? и площадью сечения Sп ), а также аналогичные величины ярем ДГР определяются по известным формулам. Экспериментально снятая нелинейная характеристика (3) приведена в руководящих документах РД16 317-86 (с. 25-26) для марки стали 3405 толщиной 0.35 мм, использованной разработчиком ДГР. Идея плавного регулирования эквивалентной индуктивности L, связывающей напряжение е (t) на рабочей обмотке ДГР и ток I (t) через нее, хорошо известна и состоит в плавном изменении магнитного потока ФП при помощи напряжения UП . Наблюдаемыми координатами являются напряжение UП и ток IП , ненаблюдаемыми – магнитный поток ФП и соответствующая ему индукция ВП . Укрупненная структура ДГР (см. рис. 2) содержит основной контур (е? I) и вспомогательный контур (UП IП ) – контур подмагничивания, управляемая индукция ВП которого определяет индуктивность основного контура и ДГР. Поверх рабочей обмотки каждой вставки намотана дополнительная обмотка с числом витков wд = 25 (на рис. 1 она не показана), предназначенная, вообще говоря, для компенсации активной составляющей (КАС) в задаче полного подавления дуговых ОЗЗ. Дозированное воздействие КАС осуществляется в ДГР данного типа вспомогательным низковольтным дросселем Др с тиристорными средствами управления индуктивностью от Lдр = 5.26 мГн в сторону ее увеличения. В данной работе, средства КАС используются для исследования скачкообразного резонанса в контуре нулевой последовательности сети (КПНС).
        Описанный ДГР с подмагничиванием и его средства КАС позволяют промоделировать поведение ДГР в составе КНПС, максимально приближенного к реальным условиям сети. Эти модельные испытания следует проводить в заводских условиях на стадии получения всех стандартных характеристик ДГР. На рис.2 приведена схема таких испытаний ДГР, не зашунтированного низкоомным сопротивлением испытательной сети.
        

         Рисунок 2
         Дополнительным источником ед (t) возбуждения КНПС (см. рис.2) является линейное напряжение сети 380 В. Это напряжение в сочетании с напряжением е (t)/kдтр смещения нейтрали (пересчитанного в низковольтную цепь дополнительной обмотки) дает напряжение Uдр на дросселе Др, а ток Iдр (t) воздействует на высоковольтные цепи в виде тока Iд (t) = 2Iдр / kдтр. В конкретных условиях испытательной установки 6, 10 кВ амплитуды тока и напряжений равны: Imдр 325 А, Umдр 380х 2 , eдm= 380 В. Амплитуда eдm может изменяться при необходимости. Изменяя наблюдаемую величину I? тока подмагничивания при помощи U? управляемого выпрямителя, получаем ненаблюдаемую величину индукции В? , необходимую для плавного изменения индуктивной проводимости ДГР. В этой связи снятие резонансных характеристик КНПС и ДГР с подмагничиванием ведется в функции тока подмагничивания IП одной вставки. Пересчет IП в ВП и наоборот затруднен из-за сильного перекрестного влияния переменной рабочей индукции магнитопровода с амплитудой Вт , на цепи подмагничивания. Это влияние характерно для всех известных в настоящее время ДГР с подмагничиванием. Имитация активных потерь в изоляции сети осуществлялась резистором Rут = 3 кОм, подключаемом параллельно емкости С.
         На рис. 3 приведены тщательно снятые резонансные характеристики ДГР в составе КНПС при различных суммарных емкостях С сети. Причем светлые кружки соответствуют уменьшению тока подмагничивания IП , темные кружки – увеличению IП . Всюду наблюдается хорошо известное нелинейное явление скачкообразного резонанса, что препятствует эффективному применению ДГР этого типа в качестве автокомпенсаторов емкостного тока. Крутые фронты (скачки) напряжений и токов, посылаемых в сеть из ДГР, могут быть источником нежелательных явлений, которые не учитываются в настоящее время и могут приводить к дополнительным перенапряжениям. Проблема скачков резонанса несколько снижается при использовании неуправляемых ДГР при ОЗЗ. Однако это противоречит эффективному применению ДГР с подмагничиванием в режимах замыканий и по этой причине они вряд ли могут конкурировать с ДГР плунжерного типа в ближайшие годы. Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

         Рисунок 3