Направленной называется РЗ, действующая только при определенном направлении (знаке) мощности КЗ SK. Необходимость в применении направленных РЗ возникает в сетях с двусторонним питанием (рис.7.1, а) и в кольцевых сетях с одним источником питания (рис.7.1, б). При двустороннем питании места КЗ для ликвидации повреждения РЗ должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП, как показано на рис.7.1.

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональная) схема НТЗ, наиболее часто применяемая и показанная на рис.7.2, состоит из трех основных элементов (органов): два пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW(органы направления мощности – OHM), которые срабатывают при направлении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KWвыдают сигнал, блокирующий действие РЗ; логической схемы (органы логики), которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании органа тока, OHM формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на ЭО выключателя и производит его отключение. Пусковое реле тока КА включают на ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РНМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение (рис.7.3). Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

Требования к схемам. Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения реле, называемое его схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений, и чтобы к РНМ подводилась возможно большая мощность.

Мощность Sр, как это следует из (7.1), может иметь недостаточное для действия РНМ значение при КЗ, близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения Uр или при неблагоприятном значении угла φр, при котором sin(α – φр) равен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых, РНМ должно включаться на такое напряжение, которое при близких КЗ не снижается до нуля, и, во-вторых, напряжение и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φр в условиях КЗ не достигал значений, при которых мощность на зажимах реле приближается к нулю.

В поврежденных фазах поведение РНМ определяется током и мощностью КЗ, проходящим по этим фазам, направление которых однозначно зависит от места повреждения. В иных условиях находятся реле, включенные на токи неповрежденных фаз. Эти токи и соответствующие мощности могут вызвать ложную работу РНМ, разрешая отключить неповрежденную ЛЭП при внешних КЗ.

Действительно, при двухфазных КЗ (рис.7.7) по неповрежденной фазе проходит ток нагрузки Iн. В схеме на рис.7.7 Iн на W1 направлен от шин ПС2,и РНМ на неповрежденной фазе С разрешит НТЗ2отключить W1.

В сети с глухозаземленной нейтралью НТЗ, предназначенная для действия только при междуфазных КЗ, выполняется по двухфазной схеме (рис.7.8, а, б). При этом для отключения КЗ на землю предусматривается РЗ, реагирующая на токи НП

Ток срабатывания пусковых реле. Основным условием при выборе Iс.з НТЗ является отстройка от токов нагрузки с учетом самозапуска в послеаварийном режиме:

                                                                                                          (7.3)

Максимальное значение IH maxследует определять, исходя из наиболее тяжелых, но возможных в эксплуатации режимов. В кольцевых сетях и радиальных с двусторонним питанием (рис.7.1, а, б)максимальные нагрузки на ЛЭП возникают при размыкании сети.

Выше указывалось на возможность отказа в действии РНМ при КЗ вблизи места установки РЗ вследствие недостаточного; значения напряжения (рис.7.12). Участок ЛЭП при КЗ, в пределах которого РНМ не работает из-за того, что мощность на его зажимах оказывается меньше мощности срабатывания, называется мертвой зоной.

Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе, что и токовые ненаправленные отсечки (см. гл. 5). Реле направления мощности в схеме отсечки не позволяет ей действовать при мощности КЗ, направленной к шинам. Следовательно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки ведется только от токов КЗ, направленных от шин подстанции.

Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним питанием, когда ненаправленная токовая отсечка оказывается слишком грубой из-за необходимости отстройки ее от тока КЗ, протекающего с противоположного конца защищаемой ЛЭП к шинам ПС, где установлена отсечка. Вследствие наличия мертвой зоны у РНМ направленная отсечка должна применяться только в условиях, когда простая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности.

Принцип действия НТЗ прост и надежен и позволяет обеспечить селективную РЗ сетей с двусторонним питанием. Сочетание направленных отсечек с НТЗ дает возможность получить ступенчатую РЗ, во многих случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения КЗ и чувствительность.

К недостаткам ее следует отнести: большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания; недостаточную чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольшими относительно их кратностями тока КЗ; мертвую зону при трехфазных КЗ; возможность неправильного выбора направления при нарушении цепи напряжения, питающей РHМ.