Как видно, эти требования противоречивы и не могут быть выполнены в одной системе защит.
Для обеспечения селективного действия токовых защит в этих условиях необходимо использовать дополнительный признак, характеризующий расположение места повреждения относительно защит. В качестве этого признака можно использовать направление мощности КЗ в месте установки защиты.
Для того чтобы обеспечить селективное действие МТЗ, нужно разрешить действовать только тем защитам, направление мощности КЗ в месте установки которых — от шин к линии. Тогда выполнять согласование по времени срабатывания необходимо только для тех защит, которым действие разрешено (рис. 2.16).
С учетом этого, при коротком замыкании в точке К1:
tСЗ 2 < tСЗ 4 < tСЗ 6;
в точке K2:
tСЗ 1 < tСЗ 3 и tСЗ 4 < tСЗ 6;
в точке K3:
tСЗ 1 < tСЗ 3 < tСЗ 5.
При таких условиях требования к соотношению выдержек времени срабатывания отдельных защит, обеспечивающие их селективное действие, не противоречат друг другу. Следовательно, система защиты реализуема.
2.5.2. Реле направления мощности
Для того чтобы определить направление мощности, передаваемой по контролируемой электрической сети, в месте установки защиты используют специальное реле — реле направления мощности. Отечественная промышленность выпускает реле направления мощности двух видов: индукционные (серий РБМ-170 и РБМ-270) и микроэлектронные (типа РМ-11 и РМ-12) [3].
Индукционное реле направления мощности [2, 3] имеет две обмотки, размещенные на полюсах замкнутого стального магнитопровода 1 (рис. 2.17). Одна из них, токовая (4) включается во вторичные цепи ТТ, и ток в ней (Ip) определяется вторичным током ТТ. Вторая — потенциальная (5) — подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), и ток в ней (IH) пропорционален подведенному напряжению (UH). Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 2 цилиндрической формы и алюминиевый ротор 3, имеющий форму стакана. На роторе укреплен контактный мостик 6. При направлении мощности КЗ от шин в линию этот мостик замыкает неподвижные выходные контакты 7 (реле срабатывает). Возврат реле происходит под воздействием противодействующей пружины 8.
Магнитные потоки, создаваемые катушками с соответствующими токами, сдвинуты в пространстве на угол 90°. Взаимодействие потоков с токами, индуктированными ими в роторе, создает вращающий момент, который заставляет ротор поворачиваться. Если магнитные потоки имеют синусоидальную форму, то вращающий момент МВР ~ ФI × ФU × sinΨ. Здесь ФI и ФU — магнитные потоки, создаваемые токовой и потенциальной катушками соответственно; T — электрический угол между магнитными потоками ФI и ФU.
На рис. 2.18 показана векторная диаграмма, поясняющая принцип действия реле. Приняты следующие обозначения: Íp и ÚH — векторы тока и напряжения, подведенных к реле; φр — угол между векторами Íp и ÚH, определяемый параметрами силовой электрической сети и схемой включения реле; ÍH — вектор тока в потенциальной катушке реле; α — угол между векторами ÍH и ÚH (угол внутреннего сдвига), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи потенциальной катушки.
Учитывая, что ФI ~ Ip, ФU ~ IH ~ UH, а Ψ = α — φр, можно получить:
MBP = kp × UH × IP × sin (α — φр).
В этом выражении kp — постоянный коэффициент, определяемый параметрами реле, а UH × Ip × sin (α − φр) = Sp — мощность на зажимах реле. Следовательно, вращающий момент реле пропорционален мощности: MBP = kp × Sp, то есть реле реагирует на мощность.
Вращающий момент реле равен нулю, когда sin (α — φр) = 0. Отсюда следует, что MBP = 0, если φр = α при отставании и если φр = (α + 180°) при опережении вектором Íp вектора ÚH. Линия, расположенная под этим углом к вектору ÚH, называется линией нулевых моментов или линией изменения знака момента [2, 3].