Третьей ступенью трехступенчатой токовой защиты является максимальная токовая защита (МТЗ), предназначенная для ближнего и дальнего резервирования. Под ближним резервированием понимают действие этой защиты на отключение при отказе первой и второй ступени своего комплекта защиты, если КЗ произошло на защищаемой линии. Если короткое замыкание произошло в точке К1, а МТО₁ и ТОВВ₁ не сработали (например из-за повреждений в их цепях), то должна срабатывать МТЗ₁ и подавать управляющий сигнал на отключение выключателя Q1. Таким образом, она резервирует отказавшие защиты МТО₁ и ТОВВ₁. При коротком замыкании в точке К3 (в конце линии W1, т. е. в “мертвой зоне“ защиты А1) защита МТО₁ в принципе не может срабатывать. В этом случае на отключение линии W1 (выключателя Q1) должна действовать защита ТОВВ₁. Ее действие при отказе резервирует зашита МТЗ₁, выполняя при этом функцию ближнего резервирования.

При дальнем резервировании защитой МТЗ₁ выполняется, например, действие ее на отключение выключателя Q1 при КЗ в точке К4 в том случае, когда отказал весь второй комплект защит (А4, А5, А6) или по какой-либо причине не отключился выключатель Q2. Такие случаи иногда имеют место на практике, например, вследствие возможных повреждений механической части выключателя, ошибок персонала и т. д. Ближнее и дальнее резервирование защит повышает надежность релейной защиты и электриче­ской системы в целом. Для надежного обеспечения дальнего резервирования МТЗ должна иметь достаточно высокую чувствительность при КЗ не только на защищаемом, но и на всем последующем элементе. Следовательно, МТЗ₁ должна иметь высокую чувствительность при коротких замыканиях не только при КЗ на всей линии W1, но и при КЗ на линии W2 и в нагрузке Н1. По этой причине ее ток срабатывания отстраивают не от токов коротких замыканий, как это делалось для отсечек, а от токов нормальных режимов, которые по величине гораздо меньше токов КЗ. Этот факт обеспечивает более высокую чувствительность МТЗ по сравнению с отсечками (МТО и ТОВВ). Селективность же максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором ее выдержки времени (t¹¹¹_cз1).

Выдержка времени максимальных токовых защит нарастает по мере приближения к источнику питания. Предположим, что известны выдержки времени защит МТЗ, установленных на потребителях (нагрузках Н1, Н2, Н3). Пусть они равны 0,5 с, 1 с и 1с соответственно. Определим выдержки времени МТЗ (т. е. защит А6, А8, А10). Для этого необходимо предварительно рассмотреть понятие ступени селективности. Под ним понимают минимальную разность между выдержками времени защит смежных участков, при которой обеспечивается селективность действия этих защит.

Рассмотрим взаимодействие комплектов 1 и 2 защит. Для того, чтобы защита комплекта 1 срабатывала не раньше, чем соответствующая защита комплекта 2, ее выдержка времени должна быть больше выдержки времени защиты комплекта 2, по крайней мере, на ступень селективности, которую определяют по выражению:

 Δt = t_п2 + t_п1 + t_ов + t_зап,                                           (5)

где t_п2 – погрешность в сторону замедления реле времени защиты 2; t_п1 – погрешность в сторону уменьшения выдержки времени защиты 1; t_ов – время отключения выключателя Q2 с момента подачи сигнала в его цепь управления до момента разрыва тока КЗ контактами выключателя; t_зап – время запаса.

Обычно полагают, что Δt = 0,3…0,6 с.

На основе изложенного выше определим, применительно к рассматриваемой схеме, выдержку времени МТЗ₂. Она должна быть на ступень селективности (примем Δt = 0,5 с) больше самой большой из выдержек времени защит, yстановленных на потребителях нагрузок H2, Н3. С учетом (5) принимаем ее равной t₂ = t₃ + 0,5 с. Выдержку времени МТЗ₂ комплекта 2 отстраивают от выдержки времени защиты, установленной на потребителях, питающихся от шин подстанции ПС-3. Полагая t₃ = 2 с, получим t₂ = t₃ + 0,5 = 2 + 0,5 = =2,5 с. Определим выдержку времени защиты МТЗ₁ из условия отстройки ее от защит, установленных на потребителях нагрузки Н1, Н2, Н3. Пусть выдержка времени МТЗ₄ составляет t₄ = 1,2 с. Тогда t₁=макс{t₂; t₄} + 0,5 = макс{2,5; 1,2} +0,5 = 2,5 + 0,5 = 3,0 с.

Теперь короткое замыкание на каждом последующем элементе (например, на линии W2) будет отключаться защитой предыдущего элемента (например МТЗ₁, установленной на выключателе Q1) только в том случае, если за­щита последующего элемента (ТОВВ₂, МТЗ₂) отказала в действии или отказал выключатель Q2. Если же, например, защита МТЗ₂ исправна, то она успевает от­ключить выключатель Q2 и разорвать цепь тока КЗ еще до того, как защита МТЗ₁ могла бы подействовать на отключение выключателя Q1. После отключения выключателя Q2 ток в сети резко уменьшается, и защита МТЗ₁ уже не срабатывает.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты определяют следующим образом:

 I¹¹¹_сз1=(К_отс/ К_в) I_сзп=(К_отс/ К_в) К_сзп I_{раб макс}, (                        6)

 I¹¹¹_сз1=К_отс I_{сзп апв}=К_отс К_{сзп апв} I_{раб макс},                (7)

 I¹¹¹_сз1=К_отс I¹¹¹_сз2,                                           (8)

 К_сзп = I_сзп /I_{раб макс}, К_{сзп апв} = I_{сзп апв} /I_{раб макс},                            (9)

где К_отс = 1,1…1,2 – коэффициент отстройки; К_в – коэффициент возврата токовых реле, который принимают равным 0,85 – для реле серии РТ-40; 0,9 – для реле серии РСТ; К_сзп = 2,0…3,5 – коэффициент самозапуска; I_сзп – ток самозапуска, протекающий по защищаемой ЛЭП при самозапуске электродвигателей после отключения КЗ на последующих участках сети; I_{раб макс} – максимальный рабочий ток, проходящий по защищаемой ЛЭП (без учета самозапуска электродвигателей); I_{сзп апв} – ток, протекающий по защищаемой ЛЭП в процессе самозапуска электродвигателей (при автоматическом повторном включении защищаемой ЛЭП); К_{сзп апв} = =4,0…6,0 – коэффициент самозапуска при наличии АПВ; I¹¹¹_сз1, I¹¹¹_сз2 – токи срабатывания МТЗ₁ и МТЗ₂ соответственно.

Рассмотрим подробно расчетные выражения (6, 7, 8).

Каждое из этих выражений следует использовать для соответствующего расчетного режима, в котором необходимо обеспечить правильное действие защиты.

Предположим, что в начале линии W2 произошло короткое замыкание. При этом одновременно должны сработать токовые измерительные реле защит МТЗ₁ и МТЗ₂. Эти реле одновременно подадут питание в обмотки своих реле времени. В результате этого одновременно начнут работать оба реле времени (начнут отсчет времени в соответствии с выдержками времени, которые установлены на них). Начиная с момента возникновения КЗ напряжение на шинах подстанции ПС-2 резко снижается, и электродвигатели (нагрузка Н1), питающиеся от этой подстанции (через выключатель Q4), начинают затормаживаться. После истечения выдержки времени МТЗ вто­рого комплекта защиты срабатывает защита МТЗ₂. Она отключает выключатель Q2 и напряжение на шинах ПС-2 восстанавливается, а затормозившиеся электродвигатели (нагрузка Н1) начинают потреблять повышенный ток, увеличивая свою скорость вращения до номинальной. При этом токовые реле защиты МТЗ₁ должны вернуться в исходное состояние. В противном случае (по истечении своей выдержки времени) защита МТЗ₁ неселективно отключит выключатель Q1.

Для возвращения токового реле (защиты МТЗ₁) в исходное состояние (и разрыва цепи питания своего реле времени) необходимо обеспечить выполнение условие возврата:

 I¹¹¹_{возвр 1} = К_отс I_сзп,                                         (10)

где I¹¹¹_{возвр 1} – ток возврата МТЗ₁ в исходное состояние.

Рассмотрим режим, соответствующий выражению (7). Предположим, что КЗ произошло на линии W1, и она была отключена своей защитой (например, МТО₁ или ТОВВ₁). Известно, что возникающие на ЛЭП повреждения (КЗ) с большой вероятностью самоустраняются во время бестоковой паузы, т. е. в течение промежутка времени, при котором ЛЭП обесточена (отключено питание). Через некоторое время, которое обычно составляет доли секунды, такую ЛЭП с помощью устройства автоматического повторного включения (АПВ) вновь включают под напряжение. При этом короткое замыкание самоликвидируется, а на линии (после подключения источника питания) восстанавливается нормальное напряжение и обеспечивается ее нормальное функционирование (снабжение потребителей электрической энергией).

В этом случае за время бестоковой паузы электродвигатели потребителей (нагрузка Н1) успевают затормозиться в большей степени, чем это было в описанном выше режиме. Поэтому, после бестоковой паузы и повторного включения ЛЭП, они будут потреблять больший ток самозапуска I_{сам апв}, чем аналогичный ток при отсутствии АПВ. Поскольку при отключении линии W1 ее защита автоматически возвращается в исходное состояние (так как ток в цепи становился равным нулю), то возврата токовых реле в исходное состояние в рассматриваемом случае не требуется. Для того, чтобы МТЗ₁ в этом случае не срабатывала, не требуется учета коэффициента возврата реле, а необходимо лишь чтобы при протекании по линии W1 (и по защите) тока самозапуска I_{сам апв} обеспечивалось условие (7).

Условие (8) выполняет согласование защит смежных участков по чувст­вительности. Если при каком-либо удаленном коротком замыкании в сети МТЗ₂ не “чувствует” этого КЗ, то его не должна “чувствовать” и МТЗ₁, т. е. ток срабатывания МТЗ₁ должен быть больше, чем ток сраба­тывания МТЗ₂. В противном случае МТЗ₁ будет действовать неселективно.

В зависимости режима работы сети в расчетах используют соответствующие выражения (6), (7) или (8). В конечном итоге принимают большее из полученных по этим выражениям значение, которое обеспечивает селективность срабатывания защиты во всех возможных режимах работы сети.

Для проверки чувствительности защиты МТЗ используют коэффициент чувствительности

 К¹¹¹_ч = I_{кз мин}/I ¹¹¹_сз,                                    (11)

где I_{кз мин} – минимальный ток КЗ, протекающий в месте уста­новки защиты при КЗ в расчетной точке.

Заметим, что МТЗ выполняет резервные функции:

– по отношению к другим ступеням защиты своего ком­плекта (при КЗ на защищаемой линии – ближнее резервирование);

– по отношению к защитам и выключателям смежных (предыдущих) участков сети (при КЗ на соответствующих элементах сети – дальнее резервирование).

В соответствии с этим производят расчет коэффициента чувствительности для двух указанных случаев:

– при металлическом КЗ в конце защищаемой ЛЭП (в точке К3 для МТЗ₁ и работе системы в минимальном режиме), при этом К_ч должен быть не менее 1,5;

– при металлическом КЗ в конце смежного элемента сети (в точке К8 – в конце присоединения, подключенного выключателем Q4), при этом К_ч должен быть не менее 1,2.

Если коэффициент чувствительности хотя бы в одном из расчетных режимов окажется меньше допустимого, то следует применить защиты технически более совершенные, чем МТЗ (например, MTЗ с блокировкой по напряжению, дистанционную защиту и т. д.).

Для нормального функционирования защиты необходимо правильно установить расчетные параметры реле (уставки). В рассматриваемой защите ими являются: ток срабатывания измерительного токового реле каждой ступени (т. е. уставки по току); время срабатывания реле времени (соответствующих ступеней). Расчет этих уставок приведен выше.

Ток срабатывания реле определяется следующим образом:

 I_ср = I_сз К_сх/К_I,                                      (12 )

где I_сз – ток срабатывания защиты (соответствующей ступени); К_сх – коэффициент схемы, равный отношению тока в реле к току во вторичной обмотке соответствующего трансформатора тока (для схемы соединения трансформаторов тока в полную или неполную звезду К_сх = 1);
К_I – коэффициент трансформации измерительного трансформаторов тока.

В начало