Для відключення КЗ в межах всієї захищається ЛЕП без витримки часу служать диференціальні РЗ, які поділяються на поздовжні і поперечні.
Принцип дії поздовжніх диференціальних РЗ заснований на порівнянні значення і фази струмів на початку і кінці захищається ЛЕП. Як видно з рис.10.1, а. при зовнішньому КЗ (в точці К) струми I I та I IIна кінцях ЛЕП АВ спрямовані водну сторону і рівні за значенням, а при КЗ на захищається ЛЕП (рис.10.1, б) вони спрямовані в різні боки і, як правило, не рівні один одному. Отже, зіставляючи значення і фазу токовI I та I II, можна визначати, де виникло КЗ - на захищається ЛЕП або за її межами. Таке порівняння струмів за значенням і фазі здійснюється в реагуючому органі (реле струму). Для цієї мети вторинні обмотки ТТ TAI і ТАII, встановлених по кінцях захищається ЛЕП і мають однакові коефіцієнти трансформації, за допомогою з'єднувального кабелю підключаються до диференціального реле КА (реагує органу) таким чином, щоб при зовнішньому КЗ струм в реле дорівнював різниці струмів I Ib і I IIb, а при КЗ на ЛЕП їх сумі I Ib + I IIb. У нашій країні застосовується схема диференціальної РЗ з тими, які циркулюють струмами, заснована на порівнянні вторинних струмів (рис.10.1). Реагує орган - струмове реле КА включається паралельно вторинних обмоток ТТ. При такому включенні в разі зовнішнього КЗ струми I Ib і I IIb замикаються через обмотку КА і проходять по ній в протилежному напрямку (рис.10.1, а). Струм в реле дорівнює різниці струмів:
У всіх розглянутих схемах малася на увазі установка реле на трьох фазах в тих випадках, коли РЗ повинна реагувати на всі види КЗ. Для виконання таких схем необхідно шість диференціальних реле і не менше чотирьох сполучних проводів. Для зменшення числа реле і сполучних проводів реле включаються через фільтри симетричних складових або підсумовують трансформатори, як показано на принциповій схемі (ріс.10.9).
Крім уже розглянутих елементів в цій схемі передбачені розділові (ізолюючі) трансформатори ТI. за допомогою яких ланцюг з'єднувального кабелю АВ відділяється від ланцюгів реле. Такий поділ виключає появу в ланцюгах реле високих напруг, наведених в жилах кабелю при протіканні струмів КЗ по захищається ЛЕП або виникають в них по будь-яким іншим причинам.
Пошкодження проводів. Пошкодження з'єднувальних проводів може призвести до неправильної роботи диференціальної РЗ. Можливі обриви проводів, КЗ між ними і замикання на землю одного з проводів.
При обриві проводу телефонної лінії (ріс.10.10, а) весь струм, що надходить від ТТ, замикається через робочі обмотки диференціальних реле. Струм в гальмівній Т і робочої Р обмотках реле стає однаковим, внаслідок чого реле може спрацювати при нормальному навантаженні або зовнішньому КЗ. Замикання між сполучними проводами (ріс.10.10, б) шунтирует робочі обмотки реле, завдяки чому РЗ може не подіяти і відмовити в роботі при КЗ в зоні. Замикання на землю не порушує токораспределения і не загрожує тому безпосередньою загрозою неправильного дії або відмови РЗ. Однак якщо в жилах з'єднувального кабелю з'являється ЕРС, наведена струмами поблизу розташованих ЛЕП, то створюються умови для помилкової роботи РЗ в режимі навантаження або зовнішнього КЗ.
Схема ДЗЛ (ріс.10.11) побудована за таким же принципом, як і схема РЗ, зображена на ріс.10.9. Вона заснована на порівнянні значення і фази струмів I 1 + kI 2 на кінцях захищається ЛЕП. Захист складається з двох полукомплектов, встановлених на кожній стороні ЛЕП і з'єднаних за допомогою двох жив з'єднувального кабелю. У кожен полукомплект ДЗЛ (ріс.10.11) входять наступні компоненти: комбінований фільтр 1 (I 1 + kI 2), проміжний трансформатор 2 зі стабілізатором напруги 3, диференціальне реле з гальмуванням 4. складається з поляризованого реле КА і живлять його випрямлячів 5 і 6 . проміжне і вказівний реле (на схемі не показані), що ізолює трансформатор 7 (на ріс.10.10, в трансформатор TAL).
Основними достоїнствами захисту є: швидкодія, простота і надійність схеми і конструкції вимірювального органу.
Захист не реагує на коливання і перевантаження, діє при КЗ в будь-якій точці ЛЕП. До недоліків РЗ слід віднести високу вартість з'єднувального кабелю і робіт по його прокладці, а також можливість помилкової роботи при пошкодженні сполучних проводів. При наявності автоматичного контролю пошкодження кабелю виявляються своєчасно, і випадки помилкової роботи РЗ з цієї причини рідкісні. Захист набула поширення в якості основної на ЛЕП 110 і 220 кВ довжиною до 10-15 км.
Поперечні диференціальні РЗ застосовуються на паралельних ЛЕП, що мають однаковий опір, і засновані на порівнянні значень і фаз струмів, що протікають по обидва ЛЕП. Завдяки рівності опорів ЛЕП в нормальному режимі і при зовнішньому КЗ струми в них рівні за значенням і фазі (I I = I II) (ріс.10.15). У разі КЗ на одній з ЛЕП рівність струмів порушується. На живильному кінці ЛЕП А струми I I Иi II збігаються по фазі, але розрізняються за значенням, а на приймальному В - протилежні по фазі, що випливає з токораспределения, наведеного на ріс.10,15 б. Таким чином, порушення рівності струмів в паралельних ЛЕП за значенням або фазі є ознакою пошкодження однієї з них. Поперечні диференціальні РЗ застосовуються двох видів: на паралельних ЛЕП, включених під один загальний вимикач - струмовий поперечна диференціальна РЗ; на паралельних ЛЕП з самостійними вимикачами - спрямована поперечна диференціальна РЗ [2].