Векторные диаграммы являются наиболее простым и наглядным методом для анализа нормальных и аварийных режимов в электроэнергетических системах, оценки и проверки правильности сборки цепей тока и напряжения, а также для анализа поведения и детального понимания принципов работы устройств релейной защиты и автоматики. Векторные диаграммы позволяют дать наглядное представление о действующем значении и взаимном расположении синусоидальных параметров режима в системе.
Для выполнения анализа действия устройств релейной защиты и автоматики, необходимо сопоставлять токи и напряжения, а также складывать или вычитать их, определять углы между ними. Пользоваться кривыми, приведенными на рис. 1, неудобно, поскольку построение синусоид тока и напряжения занимает довольно много времени и не позволяет получить простого и наглядного результата. Поэтому для упрощения принято изображать токи и напряжения в виде отрезков прямых линий, имеющих определенную длину и направление – называемых вектором, расположенном в комплексной плоскости (рис. 2).
Для определения взаимного расположения двух векторов, необходимо условиться считать один из них опережающим или отстающим от другого. Опережающим считается вектор, который при вращении против часовой стрелки раньше пересечет вертикальную ось.
Вектор, от которого производится отсчет углов, называется опорным.
В релейной защите за опорный вектор условились принимать вектор напряжения (обычно это вектор фазного напряжения фазы А или вектор линейного напряжения UAB) и совмещать его с осью ординат. В связи с этим положительные углы отсчитываются по часовой стрелке, отрицательные – против. Кроме того, условились ось ординат считать осью действительных чисел, а ось абсцисс – осью мнимых чисел (рис. 3)
В релейной защите для измерения действующих значений и углов между векторами параметров режима используются специальные приборы такие, как «ВАФ-85», «ПАРМА ВАФ-А», «РЕТОМЕТР-M2».
Вектор реактивной мощности либо отстает, либо опережает на 90º вектор активной мощности. Для того чтобы построить вектор полной мощности, необходимо знать направление активной и реактивной мощностей. В релейной защите условились считать мощность (активную и реактивную положительной, если она направлена от шин в линию, и отрицательной – если она направлена от линии к шинам.
Плоскость векторной диаграммы делится координатными осями на четыре области, называемые квадрантами. В зависимости от направления мощности вектор полной мощности (вектор тока) могут занимать четыре положения (рис. 4).