Чувствительность реле оценивается по вольт-амперной характеристике, которая представляет собой зависимость напряжения срабатывания реле от тока (рис. 2.20, а), при неизменном угле между векторами Ú_H и Í_p равном углу максимальной чувствительности [3].

Зависимость мощности срабатывания реле от угла между векторами Ú_H и Í_p при неизменном токе принято называть угловой характеристикой реле (рис. 2.20, б) [2]. Она определяет зоны срабатывания и несрабатывания реле. Как видно, при углах, соответствующих изменению направления вращающего момента, мощность срабатывания возрастает и стремится к бесконечности. При φ_р = φ_МЧ мощность срабатывания реле имеет минимальное значение.

Принцип действия микроэлектронных статических реле направления мощности РМ-11 и РМ-12 основан на измерении длительности интервалов времени, при котором напряжение и ток, подведенные к реле, имеют одинаковый знак. Время совпадения знака сигналов измеряется в течение каждого полупериода и сравнивается с уставкой. При определенной продолжительности времени совпадения знаков сигналов реле срабатывает. Эти реле превосходят индукционные по многим основным характеристикам и широко используются в системах релейной защиты [3].

2.5.3. Схемы направленных защит

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.

2.5.4. Выбор параметров срабатывания направленных токовых защит

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.