Промышленность выпускает направленную защиту нулевой последовательности (ЗЗП-1 и ЗЗН) на полупроводниковой и микроэлементной базе. В основе работы этих защит лежит направление токов нулевой последовательности 3I ₀ в поврежденных и неповрежденных фидерах. Они имеют противоположное направление.

На рис. 13 представлена схема направленной защиты от замыкания на землю ЗЗП-1.

Защита (рис. 13, а) состоит из вторичного измерительного преобразователя тока нулевой последовательности в виде промежуточного трансформатора TLA, двухкаскадного усилителя переменного тока на транзисторах VT1 и VT2, схемы сравнения фаз на транзисторах VT3 и VT4, двух электрических величин, пропорциональных току 3I ₀ и напряжению 3U ₀ нулевой последовательности, поступающих от фильтра тока нулевой последовательности (ФТНП) и от фильтра напряжения нулевой последовательности (ФННП) и реагирующего элемента ЕА.

Напряжение на конденсаторе С6 сдвинуто по фазе на угол π/2 относительно тока нулевой последовательности, позволяет изменять ток срабатывания защиты (изменением числа витков обмотки трансформатора).

Рис. 13. Схема направленной защиты от замыканий на землю типа ЗЗП-1 (а) и векторные диаграммы (б, в)

Двухкаскадный усилитель переменного тока на транзисторах VT1 и VT2 выделяет и усиливает составляющую промышленной частоты выходного напряжения согласующего устройства. Для этой цепи на выходе усилителя включен резонансный контур C2-TL с частотой f ₀ = 50 Гц.

Схема сравнения на транзисторах VT3 и VT4 осуществляет сравнение фаз двух синусоидальных величин: напряжения U _б вторичной обмотки трансформатора TL, пропорционального току 3I ₀ нулевой последовательности и смещенного по фазе относительно него на угол π/2, и напряжения U _к автотрансформатора TLV, пропорционального напряжению нулевой последовательности 3U ₀. Сравнивается время совпадения t _с их мгновенных значений по знаку с установленным временем t _у. Реагирующий элемент ЕА срабатывает при t _с ≥ t _у.

Из векторных диаграмм тока I ₀ ⁽¹⁾ и напряжения U ₀ ⁽¹⁾ следует, что при замыкании на защищаемой линии, когда через защиту к точке замыкания проходит ток 3I _0эк ⁽¹⁾, обусловленный емкостями не­поврежденных линий, сравниваемые напряжения U _б и U _к совпадают по |фазе (Рис. 13, б). На неповрежденной линии ток 3I _0л ⁽¹⁾, обусловленный собственной емкостью линии, направлен к шинам, а сравниваемые ее защитой напряжения смещены по фазе на угол π (рис. 13, в). Из этого следует, что защита срабатывает, имея максимальную чувствительность, если угол φ сдвига фаз между U _б и U _к равен нулю, и не действует при φ=π. Таким образом, зона срабатывания определяется углом сдвига фаз –π/2 ≤ φ ≤ π/2. На Рис. 13, б, в она ограничена линией нулевой чувствительности.

Схема сравнения является двухполупериодной. На ее выходе включен реагирующий элемент ЕА в виде поляризованного реле. Ток в обмотке реле в один из полупериодов определяется состоянием транзистора VT3 и диода VD3, а в другой полупериод – состоянием транзистора VT4 и диода VD4. Для прохождения тока необходимо, чтобы в первом случае одновременно были открыты VT3 и VD3, а во втором – VT4 и VD4. Состояние транзисторов и дио­дов зависит от полярностей мгновенных напряжений U _б и U _к. Они открыты, если эти напряжения имеют одинаковую полярность. При совпадающих по фазе U _б и U _к (Рис. 13, б) в течение одного из полупериодов открыты VT3 и VD3, а в течение другого – VT4 и VD4. При этом ток в обмотке реагирующего элемента ЕА максимален. По мере увеличения угла сдвига фаз между U _б и U _к время совместного открытого состояния соответствующих транзистора и диода в каждом полупериоде сокращается, поэтому среднее значение тока в обмотке ЕА уменьшается. Для получения указанной выше зоны срабатывания ток срабатывания реагирующего элемента выбран равным среднему значению тока при φ=π/2. Недостатком этих схем является работа транзисторов в усилительном режиме, что будет отрицательно сказываться во время переходных процессов при замыкании фазы на землю.