В отечественных энергосистемах принято использовать в направленных токовых защитах так называемую 90-градусную схему включения реле направления мощности смешанного типа. При этом в токовую катушку первого реле подается через ТТ ток фазы А, а к его потенциальной катушке подводится через ТН линейное напряжение ВС (рис. 2.21, а) [2]. Угол между этими векторами составляет 90°. Отсюда и произошло название схемы включения реле. Такое сочетание сигналов, подводимых к реле, улучшает его работоспособность при близких КЗ.

Для трехфазного исполнения защиты Í_P1 = Í_A; Ú_P1 = Ú_BC; Í_P2 = Í_B; Ú_P2 = Ú_CA; Í_P3 = 4; Ú_P3 = Ú_AB, где Í_P1, Í_P2, 4 — вектoры токов 15 токовых катушках первого, второго и третьего реле направления мощности; Í_A Í_B, Í_C — векторы вторичных токов соответствующих фаз; Ú_P1, Ú_P2, Ú_P3 — векторы напряжений, подведенных к потенциальным катушкам первого, второго и третьего реле направления мощности; Ú_AB, Ú_BC, Ú_CA — векторы вторичных линейных напряжений.

На рис. 2.21, б показана векторная диаграмма реле направления мощности, соответствующая 90-градусной схеме включения реле с углом внутреннего сдвига α = 45° (φ_МЧ = −45°) в симметричном режиме контролируемого объекта. Вектор тока Í_A отстает от вектора фазного напряжения Ú_A при КЗ на контролируемом объекте (например, линии) на угол φ_КЗ, определяемый соотношением активной и реактивной составляющих сопротивления контролируемой линии (см. рис. 2.21, а). Вектор Í_А имеет два предельных положения. Одно — Í_AI — при КЗ за чисто индуктивным сопротивлением (φ_КЗ = 90°). Другое — Í_AII — при КЗ за чисто активным сопротивлением (φ_КЗ = 0°, например, при КЗ вблизи места установки реле). Это означает, что угол φ_p между векторами тока Í_P = Í_PI = Í_A и напряжения Ú_H = Ú_P1 = Ú_BC, подведенными к реле, φ_p = −(90° − φ_КЗ) и может изменяться в симметричном режиме от 0 до 90° (вектор тока опережает вектор напряжения).

Как видно, вращающий момент реле при трехфазных КЗ в зоне действия защиты положителен и близок к максимальному; следовательно, реле надежно срабатывает. При трехфазных КЗ вне зоны вращающий момент изменяет свое направление на противоположное φ_р ∈ [180°… 270°] и реле столь же надежно не срабатывает.

Направленные МТЗ необходимо отстраивать от максимальных рабочих токов с учетом самозапуска электродвигателей в послеаварийных режимах после отключения смежного присоединения, то есть так же, как и обычные ненаправленные МТЗ:

В сетях с глухозаземленной нейтралью направленные МТЗ должны быть также отстроены от токов, возникающих в неповрежденных фазах при однофазных и двухфазных КЗ на землю (если не используется блокировка действия от защит, действующих при замыканиях на землю) [2]:

I_СЗ = k_З × I_НФ,

где k_З — коэффициент запаса (k_З = 1,15-1,3);

I_НФ = I_{РАБ MAX} + k₀ × I_К0 — максимальное значение тока в неповрежденной фазе;

k₀ — доля тока КЗ в неповрежденной фазе k₀ < 1;

I_К0 — максимальное значение тока при однофазном или двухфазном КЗ на землю.

Большее из значений, полученных по первому и второму условиям, принимается за расчетное.

Еще одной мерой, призванной исключить неправильное действие реле направления мощности неповрежденных фаз, является использование особых схем защит (с так называемым пофазным пуском), которые подают сигнал на отключение объекта только тогда, когда срабатывают токовое реле и включенное на ток той же фазы реле направления мощности [2]. Пример схемы двухфазной направленной МТЗ с пофазным пуском показан на рис. 2.22.

Дополнительно смежные защиты, действующие в одном направлении, должны быть согласованы по чувствительности. Токи срабатывания защит должны нарастать при их обходе против направления действия с приращением не менее 10 %. Иначе при токах КЗ, близких по значению к токам срабатывания защит, некоторые из них могут подействовать неселективно.

Защиты необходимо отстраивать от максимальных токов в местах их установок независимо от направления действия защиты и направления передачи мощности для исключения ложного срабатывания при повреждениях цепей напряжения защиты [2]. Если при этом чувствительность защиты недостаточна, то допускается использовать в качестве расчетного ток, соответствующий передаче мощности в направлении действия защиты.

Выдержки времени срабатывания выбираются по условию обеспечения селективности. Согласуются защиты, действующие в одном направлении. Время срабатывания защит должно нарастать ступенчато с приращением Д t при обходе их против направления действия (см. рис. 2.16):

Здесь t_{C3 H1} и t_{C3 H4} — время срабатывания защит, установленных на присоединениях Н1 и Н4 соответственно.

Участок контролируемой электрической сети вблизи места установки защиты, в пределах которого реле направления мощности при КЗ может не сработать из-за недостаточной мощности на его зажимах (U_p → 0), принято называть мертвой зоной.

Границу этой зоны можно определить, опираясь на следующие рассуждения [2]. Пусть напряжение срабатывания реле при КЗ на границе мертвой зоны равно:

Здесь I_PK — значение тока в токовой катушке реле при повреждении в начале контролируемого объекта (в месте установки защиты); φ_p — угол между векторами тока и напряжения, подведенными к реле.

При 90-градусной схеме включения реле φ_p = −(90°− φ). Угол φ_КЗ между векторами тока и напряжения в первичной цепи определяется соотношением удельных реактивного (х_УД) и активного (r_УД) сопротивлений контролируемого объекта:

Первичное фазное напряжение срабатывания реле:

где k_TH — коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Сопротивление мертвой зоны:

Тогда протяженность мертвой зоны:

где

Принцип действия дифференциальных защит основан на пофазном сравнении токов параллельно установленных защищаемых объектов (поперечные дифференциальные защиты) или токов до и после защищаемого объекта (продольные дифференциальные защиты).