Улучшение поведения дифференциальной защиты достигается применением тормозного реле.
Для предотвращения ложных отключений Альберт Эдвард МакКол (Albert Edward McColl) предложил тормозную обмотку. (процентное дифференциальное реле , Рис.14). Два электромагнита воздействуют на балансный рычаг (коромысло). Один электромагнит использует геометрическую сумму токов для торможения (тормозное реле), а другое использует геометрическую разность для отключения. Теперь ток, действующий на отключение и пропорциональный «сквозному току», должен быть большим, чтобы произошло отключение, поэтому реле и получило название «процентное реле». Тормозное действие можно регулировать (изменением числа обмоток или «плеч») для достижения требуемых характеристик. Согласно английского патента (133187) Уэдмор (Wedmore) изготовил еще одно дифференциальное реле. Теперь на действие отключающей катушки влиял полный ток трансформатора. Чем больше ток, тем больше запуск. Этим предупреждается ложное отключение и этот принцип используется и сегодня.
Рисунок 11. Поперечная дифференциальная защита (полигональное соединение), Баух, 1918 г. (показана одна фаза)
Рисунок 12. Ваттметрическое дифференциальное реле (Siemens), промежуточные трансформаторы напряжения
Торможение при броске тока намагничивания
Из-за возвратной пружины на другой стороне контакт у реле нормально замкнут. Если геометрическая сумма больше геометрической разницы, то контакт размыкается. Если этот контакт соединен последовательно с «обычным» токовым реле (срабатывающим при токе повреждения), то это реле блокируется как процентно-дифференциальное реле. Реле превращается в реле с торможением. Единственным отличием этого реле от процентно-дифференциального реле является направление мощности пружины ± C У процентно-дифференциального реле + C; У реле с торможением – C. C имеет размерность в амперах, которые необходимы на преодоление силы упругости.).
Английский патент 104571 и инженер Гейзе (Geise,Fr), SIEMENS, предложили реле с торможением как дополнение к обычному дифференциальному реле в 1932г. Оно было внедрено в Германии под названием «дифференциальное реле со стабилизацией», другие известные названия такого реле «коэффициентное дифференциальное реле» (AEG); "процентное дифференциальное реле" (BBC) и "реле с тормозным элементом" (SIEMENS). Влияние медленно затухающих бросков тока намагничивания может быть устранено только элементом выдержки времени (0-5...2сек) (оценка величины 10 выборками плюс 0.3 сек.). Появилась и идея «гармонического торможе-ния». Но только в 50'х годах прошлого века появились выпрямители и фильтры для блокировки защиты и повышения надежности несрабатывания при включении с одной стороны и быстрого отключения (50…100 мс) с другой. Гейзе (Geise), компания SIEMENS, применил насыщающиеся трансформа-торы, которые блокировали постоянную составляющую в броске тока намагничивания. Хоэл (Hoel) в 1944 г предложил «колеблющийся» контакт, настроенный на номинальную частоту системы; эта идея была запатентована Ж.Стоклином (Stoec-klin,J)., компания BBC (CH) в 1944 (патент DRP 849444).
Идея поперечной защиты, предложенная Р.Баухом (Bauch,R.) была в 1920'м развита применением реле с торможением для предотвращения ложных отключений при внешних КЗ или различных сопротивлений линий. Другой идеей было использование мгновенных величин для сравнения направлений токов, но при работе в реальных условиях эта идея не прижилась. В целом, мы можем сделать вывод, что применение поперечной дифференциальной защиты для линий в общем случае нецелесообразно, так как линии должны быть параллельны во всех режимах сети и находиться на одной системе шин. Несмотря на это эта защита используется для защиты одинаковых частей обмоток в генераторах и для защиты больших батарей конденсаторов.
Рисунок 13. Дифференциальное реле с торможением 3-х плюсное, RW10, Siemens
Рисунок 14. Процентное дифференциальное реле, Мак-Колл, 1917 г.
Рисунок 15. Дифференциальная защита с промежуточными трансформаторами тока (по Барри)