主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內部及其引出線上發生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。

在繞組變壓器的兩側均裝設電流互感器，其二次側按循環電流法接線，即如果兩側電流互感器的同極性端都朝向母線側，則將同極性端子相連，并在兩接線之間并聯接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側電流互感器的二次電流之差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。

從理論上講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側電流互感器的特性不可能*一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡電流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為Ik=I1-I2=Iumb要求不平衡電流應盡量的小，以確保繼電器不會誤動。

當變壓器內部發生相間短路故障時，在差動回路中由于I2改變了方向或等于零(無電源側)，這是流過繼電器的電流為I1與I2之和，即Ik=I1+I2=Iumb能使繼電器可靠動作。

變壓器差動保護的范圍是構成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備、以及連接這些設備的導線。由于差動保護對保護區外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區內故障時，可以瞬時動作。

差動保護是反映被保護元件(或區域)兩側電流差而動作的保護裝置。差動保護是保護變壓器的內部短路故障，電流互感器安裝在變壓器的兩側，在正常負荷情況或外部發生短路時，流入差動繼電器的電流為不平衡電流，在適當選擇好兩側電流互感器的變壓比和接線方式的條件下，該不平衡電流值很小，并小于差動保護的動作電流，故保護不動作;在變壓器內部發生短路時，流入繼電器的電流大于差動保護的動作電流，差動保護動作于跳閘。