Зона її дії обмежується трансформаторами струму, до яких підключені реле захисту. В основу виконання захисту покладено принцип порівняння значень і фаз струмів електричних ланцюгів при КЗ і інших режимах роботи.
Для виконання захисту диференціальне реле РТ підключають до трансформаторів струму приєднань, як показано на рис. 1. При такому включенні струм в реле завжди буде дорівнює геометричній сумі вторинних струмів приєднань.
При КЗ на шинах (рис. 1, а) вторинні струми приєднань матимуть один напрямок і через реле буде проходити сума цих струмів
При зовнішньому КЗ (рис. 1, б) струм в обмотці реле
реле працювати не буде, якщо воно відбудоване від струму небалансу, що з'являється внаслідок похибки трансформаторів струму.
Мал. 1. Токи в реле диференціального струмового захисту шин при КЗ на шинах (а) і зовнішньому КЗ (б)
Засновані на загальному принципі, диференціальні захисту шин можуть відрізнятися один від одного за схемою, що пов'язано з пристосуванням їх до тієї чи іншої головній схемі підстанції. В експлуатації перебувають диференціальні захисту шин для підстанцій з однією і двома системами шин, а також для підстанцій з реактірованнимі лініями і кількома джерелами живлення.
Найбільший інтерес з точки зору обслуговування їх оперативним персоналом представляють диференціальні струмові захисту шин для підстанцій з двома системами шин з фіксованим розподілом приєднань, яке часто використовується як один із засобів обмеження струмів КЗ в мережах 110-220 кВ. Нижче розглядається одна з таких захистів.
Відмінною особливістю захисту (рис. 2) є вибірковість у відключенні пошкодженої системи шин, якщо дотримано встановлений розподіл приєднань по шинам. Селективність дії забезпечується застосуванням в схемі двох виборчих струмових органів (комплектів реле) РТ1 і Рт2 і загального пускового органу (комплекту реле) РТЗ.
Реле кожного виборчого комплекту підключені до трансформаторів струму приєднань, зафіксованих за даною системою шин, і діють на відключення вимикачів тільки цих приєднань. Реле загального пускового комплекту підключені до трансформаторів струму приєднань обох систем шин і тому спрацьовують при КЗ на будь-який з систем шин. На зовнішні КЗ вони не реагують, навіть якщо порушена фіксація приєднань.
Робота диференціальної струмового захисту шин.
При КЗ на одній з систем шин спрацюють струмові реле загального пускового комплекту РТЗ і подадуть оперативний струм на відключення шіносоедінітельного вимикача (реле РПЗ) і одночасно на струмові реле виборчих комплектів РТ1 і Рт2. Відключення вимикачів приєднань пошкодженої системи шин відбудеться в результаті спрацьовування проміжного реле відповідного виборчого комплекту.
У разі порушення встановленої фіксації приєднань обидва виборчих комплекту захисту можуть спрацювати при зовнішньому КЗ, так як струми в них не балансуються. Однак це не дозволить вимкнути приєднань, оскільки постійний струм на реле виборчих органів подається загальним пусковим комплектом, в реле якого струми будуть врівноважені, і він не спрацює.
Якщо при порушеній фіксації приєднань КЗ виникне на одній з робочих систем шин, то спрацюють всі три комплекти захисту і відключаться обидві системи шин. Для збереження селективності дії захисту в разі зміни фіксації приєднання необхідно перемикання з одного виборчого комплекту в інший струмових і оперативних ланцюгів приєднань, переведених на іншу робочу систему шин.
У схемі захисту (рис. 2) передбачено рубильник «Порушення фіксації приєднань», шунтирующий ланцюга постійного струму обох виборчих органів. Включенням цього рубильника зі схеми захисту виключаються контакти струмових реле РТ1 і Рт2 виборчих комплектів, рубильник включають перед початком операцій з комутаційними апаратами, які порушують встановлену фіксацію приєднань. Він повинен бути також включений, коли в роботі знаходиться одна система шин і на неї включені всі приєднання.
При включеному рубильнику захист діє на відключення відразу всіх вимикачів. Якщо рубильник буде включений при роботі обох систем шин і фіксованому розподілі приєднань, то в разі КЗ на одній з систем шин захист неселективно подіє на відключення вимикачів обох систем шин безпосередньо від загального комплекту.
Для випробування напругою однієї з систем шин за допомогою ШСВ в схемі захисту передбачена автоматична блокування, уповільнює відключення вимикачів приєднань робочої системи шин в разі включення ШСВ на КЗ. Блокування виконана за допомогою реле ПВ7, що має при поверненні велику витримку часу, ніж час відключення ШСВ. Саме на цей час реле РП4 знімає мінус оперативного струму з реле РП1 і РП2 виборчих комплектів, завдяки чому вони не зможуть відключати вимикачі приєднань. Імпульс на відключення ШСВ подається без уповільнення від реле РПЗ, як тільки подіють реле пускового комплекту. Якщо відключення ШСВ з якої-небудь причини затягнеться, після закінчення часу повернення реле ПВ7 збій в електропостачанні робочої системи шин.
Мал. 2. Принципова схема диференціального струмового захисту подвійної системи шин: 1 - ключ управління шіносоедінітельного вимикача В1 (ШСВ); 2 - те ж обхідного вимикача В2 (ОВ). Контакти 1 і 2 замкнуті тільки на час включення, на малюнку вони умовно зображені як кнопки; 3 - кнопка, шунтирующая міліамперметр; 4 - кнопка деблокування сигнального реле; РТ1 - струмове реле виборчого комплекту I, системи шин; Рт2 - то ж II системи шин; РТЗ - струмове реле загального комплекту; РТ0 - струмове реле сигнального комплекту; РП1-РП6 - проміжні реле; PП0 - то ж сигнального комплекту: ПВ7, ПВ8 - проміжні реле з витримкою часу; РВ0- реле часу сигнального комплекту; БІ9-БІ14 - випробувальні блоки; З - рубильник порушення фіксації; Н - накладки (пристрої, що вимикають)
Аналогічна блокування (реле ПВ8) передбачена і на випадок випробовування напругою обхідної системи шин за допомогою обхідного вимикача. На момент випробування вторинні кола трансформаторів струму обхідного вимикача повинні бути виведені зі схеми захисту (вийняті кришки випробувальних блоків БІ9 і БІ10). Інакше можливе КЗ на обхідний системі шин виявиться зовнішнім КЗ, і захист не спрацює.
В експлуатації не виключені обриви або шунтування вторинних ланцюгів трансформаторів струму, до яких підключені реле захисту. В результаті баланс струмів в реле порушується і вони можуть спрацювати навіть при нормальному режимі роботи підстанції.
Для попередження неправильної роботи захисту передбачено пристрій контролю справності струмових ланцюгів, виконане за допомогою струмового реле РТ0 і міліамперметра mA, включених в нульовий провід трансформаторів струму. При деякому (небезпечному) значенні струму небалансу пристрій контролю спрацьовує, виводить захист з дії і оповіщає персонал про несправності. Поступово розвиваються пошкодження в струмових ланцюгах виявляються періодичними вимірами струму небалансу за допомогою міліамперметра при натисканні шунтирующей його кнопки 3.