Продольная дифференциальная токовая защита:

а – схема включения реле тока защиты;

б – векторная диаграмма токов при внешнем КЗ (точка К1);

в – векторная диаграмма токов при КЗ в защищаемом объекте (точка К2);

ЭС1, ЭС2 – питающие энергосистемы;

Q1, Q2 – выключатели защищаемого объекта;

ТА1, ТА2 – трансформаторы тока;

КА – реле тока защиты;

I₁, I₂ – токи на входе и выходе защищаемого объекта;

I₁₂, I₂₂ – вторичные токи трансформаторов тока;

I_р – ток в реле тока защиты.

В реле защиты проходит ток I_р, равный разности вторичных токов измерительных трансформаторов тока ТА1 и ТА2 I₁₂ и I₂₂. При внешнем коротком замыкании в точке К1 токи I₁ и I₂ по концам защищаемого объекта одинаковы, и ток I_р = I₁₂ – I₂₂ принципиально равен нулю (рис. б). При коротком замыкании на защищаемом объекте в точке К2 в реле защиты проходит практически арифметическая сумма вторичных токов короткого замыкания от источников питания ЭС1 и ЭС2 и защита срабатывает (рис. в).

Теоретически ток срабатывания защиты мог бы быть равен нулю. Однако, если учитывать наличие погрешностей измерительных трансформаторов тока защиты, ток в реле защиты при отсутствии короткого замыка­ния на защищаемом объекте равен току небаланса, значение которого тем больше, чем больше ток в первичных обмотках трансформаторов тока. Поэтому ток срабатывания защиты отстраивается от тока небаланса, имеющего место при максимальном токе, проходящем через защищаемый объект при внешнем КЗ:

Различные модификации продольной дифференциальной токовой защиты широко используются для защиты от коротких замыканий генераторов, трансформаторов, сборных шин, мощных электрических двигателей и других объектов. Реализация такой защиты на линии электропередачи встречает серьезные трудности, связанные с большой протяженностью этого защищаемого объекта. Необходимость прокладки вдоль защищаемой линии электропередачи проводной линии связи, требуемой для объединения вторичных обмоток трансформаторов тока защиты, усложняет и удорожает защиту, а также значительно снижает ее надежность. Поэтому продольная дифференциальная токовая защита используется для защиты линий электропередачи протяженностью не более 15 км и только в случае необходимости отключения короткого замыкания без выдержки времени.

Поперечная дифференциальная токовая защита. Принцип действия этой защиты основан на сравнении токов параллельно включенных элементов энергосистемы, например токов двух линий электропередачи, коммутируемых одним выключателем (сдвоенная линия). В измерительном органе защиты (реле тока КА) проходит разность токов параллельно работающих линий I_р = I₁ – I₂. Если параметры защищаемых линий одинаковы, ток в измерительном органе защиты в рабочем режиме и при внешнем коротком замыкании (точка К1) принципиально равен нулю. При коротком замыкании на одной из линий (точка К2) разность токов I₁ – I₂  0 и защита срабатывает.