Селективную защиту линий в замкнутых электрических сетях нельзя обеспечить только измерительными реле тока. В этом можно убедиться, рассмотрев схему сети с двусторонним питанием (рис. 37, а). Приняв ступень времени 0,5 с, установим выдержки времени защит на отключение выключателей Ql - Q8, которые будут возрастать от генератора G1 к генератору G2.
При коротком замыкании в точке 1 мгновенно отключится выключатель Q1 (неселективно), а через 2 с — выключатель Q5 (селективно). В результате отключатся не только поврежденный, но и неповрежденные участки рассматриваемой электрической сети, а следовательно, все потребители электроэнергии, получающие питание от подстанций / и II. Только в том случае, когда короткое замыкание произойдет в точке 2, мгновенно отключится поврежденный участок электрической сети между генератором G1 и подстанцией /, а остальные участки останутся в работе.
Для обеспечения селективности токовую защиту дополняют реле направления мощности KWl — KW8 (рис. 37,6). Направление мощности, при котором эти реле будут действовать на отключение соответствующих выключателей, показано стрелками. Такая защита, называемая направленной токовой, обеспечивает отключение только поврежденного участка электрической сети при сохранении работы не поврежденных. Так, при коротком замыкании в точке 1 приходят в действие защиты с реле KW4, KW5, KW2 и KW7. Выключатели Q4 и <25 отключаются через 1 с, отключая поврежденную линию, а защиты, действующие на выключатели Q2 и Q7f не успевают сработать, поскольку их уставки времени на ступень больше и составляют 1,5 с.
Выбор установок времени направленных токовых защит, приведенный на рис. 37,6, называют встречно-ступенчатым. Как и для защит максимального тока, по мере удаления от одного из генераторов (питающих центров) выдержка времени
увеличивается ступенями, но тех направленных токовых защит, которые реагируют на направление мощности навстречу направлению отсчета. Поэтому при удалении от генератора G1 выдержку времени увеличивают ступенями по 0,5 с для защит с реле KW1, KW3, KW5 и KW7y установив соответственно время их действия 0; 0,5; 1 и 1,5с.
Цепи постоянного и переменного тока направленной токовой защиты показаны на рис. 38, я, б. Катушка реле времени КГ включена через последовательно соединенные замыкающие контакты реле KW и К А, следовательно, защита сработает только тогда, когда ток на защищаемом участке превысит допустимый и мощность будет направлена в сторону места повреждения. Катушка реле К А и токовая катушка реле KW подключены к трансформатору тока ТА защищаемой линии, а катушка напряжения реле KW подключена к вторичной обмотке трансформатора напряжения TV.
Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия реле направления мощности.
Реле направления мощности РБМ170 (рис. 39,а) имеет магнитопровод с замкнутым якорем 13 прямоугольной формы с четырьмя выступающими внутрь полюсами 3, на двух из которых расположена токовая обмотка 1. Обмотка напряжения 2 размещена на ярме и состоит из четырех последовательно соединенных катушек.
Между полюсами находится стальной цилиндрический сердечник 14, часть боковой поверхности которого спилена на плоскость. В зазоре между полюсами и сердечником размещен полый алюминиевый ротор 4 (барабанчик), который выполнен в виде стакана, сидящего на оси 7, проходящей внутри сердечника и установленной в подпятниках 6 и 15. На оси закреплены также подвижный контакт 9 и ограничитель 8 угла поворота ротора. Токоподводом к подвижному контакту служит спиральная пружина 5, обеспечивающая также 'возврат ротора в исходное положение и называемая возвратной пружиной. Неподвижный контакт 10 расположен на специальной площадке 12, закрепленной на стойке.
Рассмотрим принцип действия этого реле. Алюминиевый ротор 4 пронизывается двумя магнитными потоками Ф{ и Ф2, создаваемыми соответственно током /р, проходящим по токовой обмотке 1 (пропорциональным току нагрузки), и током 1И, протекающим по обмотке напряжения (пропорциональным напряжению на этой обмотке). Эти потоки смещены в пространстве на угол 90°. Если потоки Ф, и Ф2 сдвинуты также по фазе на угол, создается действующий на ротор, а следовательно на всю подвижную систему реле, вращающий момент Мвр=кФ]Ф2sinvj/ (где к - коэффициент пропорциональности).
Учитывая, что магнитный поток Ф1 пропорционален току в обмотке, магнитный поток Ф2 пропорционален напряжению 1/р., приложенному к обмотке 2, а угол \|/ = а — <р (рис. 39, в), момент вращения, где внутренний угол реле, т. е. угол сдвига по фазе между напряжением, подведенным к реле, и током в обмотке напряжения, а ф. — угол сдвига по фазе между напряжением и током, подведенным к реле.
Рассмотрим поведение реле при неизменных токе и напряжении, подведенных к реле, и изменении угла ф. В положении, показанном на векторной диаграмме, угол ф меньше угла а, момент Л/вр, как видно из формулы, будет иметь положительное значение, а реле действовать в направлении замыкания контактов.
По мере увеличения угла ф разность a — ф и момент Мвр будут уменьшаться. Когда угол ф станет равен углу ос, момент Л/вр примет нулевое значение, а при дальнейшем увеличении угла ф изменит свой знак и реле начнет действовать в направлении размыкания контактов. Отрицательный момент достигнет наибольшего значения при разности углов ос — ф = = —90°, когда sin (а — ф) = — 1. При дальнейшем увеличении угла абсолютное значение момента Мвр будет уменьшаться и станет равным нулю, когда ф = 180° + а. После этого при увеличении угла ф вращающий момент Мвр примет положительное значение и достигнет максимума при ф = 270° + a (или при ф = a — 90°).
Линию 0 — 0 назьюают линией нулевых моментов, а М — М — линией максимальных моментов. На диаграмме заштрихована область, где момент Мвр реле принимает отрицательные значения (реле клинит). Угол между положительной полуосью линии максимальных моментов, расположенной в незаштрихованной области, и вектором подведенного к реле напряжения Up назьюают углом максимальной чувствительности реле направления мощности.
Рассмотренная индукционная система используется не только в реле направления мощности, но и в других измерительных реле (например, сопротивления, частоты), которые отличаются параметрами обмоток и схемой включения.
Выпускаемые промышленностью реле направления мощности имеют углы максимальной чувствительности: РБМ171
и РБМ271 -- 30° или -45°, РБМ177 и РБМ277 - + 70°,
РБМ178 и РБМ288 - + 70°; РБМ275 --0°; РБМ276 - + 90°!