为了便于分析输电线路阻抗和阻抗继电器整定阻抗之间的关系，可将二者均画于同一阻抗复数平面上，如图6-4所示。现以线路BC上的保护2为例，线路的始端B位于坐标的原点，当不同地点发生短路时，保护2的测量阻抗在直线BC或BA上变化，即正方向短路时测量阻抗在第一象限，反方向短路时，测量阻抗在第三象限。正向测量阻抗与R轴的夹角为线路的阻抗角φL。假如保护2的整定阻抗Zset＝0．85ZBC，并且整定阻抗角φset＝φL，那么，Zset在复数平面上的位置必须在BC上。显然，在Zset范围内发生故障时，保护都可以动作。因此，从原则上讲，阻抗继电器的保护范围是在Zset范围内的直线上。但是，实际上阻抗继电器的保护范围不能是一条直线，其原因有如下两点。
6.2.4.1 短路点过渡电阻的影响
当线路上发生非金属性短路时，保护的测量阻抗将由短路阻抗Zk 和过渡电阻，主要是电弧电阻Rarc组成，即Zm＝Zk＋Rarc＝（Rk＋Rarc）＋jXk。由于电弧电阻的存在，即使短路点在保护范围内，但测量阻抗已不在直线上了。
6.2.4.2 互感器角误差的影响
由于阻抗继电器必须引入电流和电压。这两个量是经TV和TA引来的，由于互感器存在角误差δ，当一次侧测量阻抗角为φk 时，二次侧测量阻抗角将增加互感器的角误差δTV、δTA，即：
这一因素的影响，将使阻抗继电器的测量阻抗不能在一条直线上变化。
因此，为了保证阻抗继电器在可能出现的故障情况下，都能正确动作，往往将阻抗继电器的保护范围扩大成一个面或圆的形式。当继电器的保护范围是圆时，测量阻抗如位于圆内，则继电器动作。故圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗刚好位于圆周上时，继电器将处于临界动作状态，此时的测量阻抗称为临界动作阻抗，简称动作阻抗，以Zop表示。
在图6-4中，若以Zset为半径，坐标圆点B为圆心，则得到圆1。在此情况下，不论短路发生在正方向 （BC线路）还是反方向 （BA线路），只要测量阻抗位于圆内，继电器都能动作，这种继电器称为全阻抗继电器，与之对应的圆称为全阻抗继电器特性圆。以整定阻抗Zset为直径作圆时，这样它的圆周通过B点，它的范围只能从变电站B伸向变电站C，如图6-4中圆2。反方向短路时，保护就不动作。由圆2所示的特性称方向阻抗继电器特性。方向阻抗继电器的保护范围跟阻抗继电器的整定阻抗角φset很有关系，若φset与线路阻抗角φ1 相等，即φset＝φ1，则继电器的动作阻最大 （等于圆的直径）亦即保护范围最长，继电器最灵敏。此时的整定阻抗角称为阻抗继电器的最大灵敏角，用φsen表示。
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图6-4 阻抗继电器的特性图
2—方向阻抗继电器特性
由图6-5所示的方向阻抗继电器特性圆可见：①当线路上发生带过渡电阻较大的短路时，测量阻抗有可能落在圆外，而不动作。如图中k1 点带过渡电阻短路，测量阻抗落在圆外，继电器不会动作。若过渡电阻较小时，继电器会动作。②在正常带负荷的状态下，由于负荷的功率因素角φL＝30°～40°（cosφ＝0．8～0．9），负荷阻抗ZL 反映在特性圆上如直线2所示。显然，当负荷较大时，
可能落入圆内如C点，引起阻抗保护误动作。A为临界误动作。
由上分析可见，为了提高耐过渡电阻的能力，以及提高躲负荷的能力，方向阻抗继电器的特性如图6-6所示较为理想。图中A可以沿R移动，C点可沿x轴移动，以改变保护动作区域范围。本试验台微机阻抗保护部分的阻抗特性采用了图6-7的特性。
微机保护的典型硬件结构图参见图5-1。本试验台微机距离保护软件基本框图如图6-7所示。
图6-5 圆特性阻抗元件的分析
图6-6 多边形阻抗保护动作
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