Các chế độ làm việc mà có dòng điện, điện áp hoặc tần số lệch khỏi giá trị cho phép tới mức có thể nguy hiểm cho thiết bị cũng như tính ổn định của hệ thống thì thuộc loại chế độ làm việc không bình thường.
Các chế độ làm việc không bình thường chính được đề cập đến trong thiểt bị bảo vệ rơle là : quá tải và dao động trong hệ thống .
Một sự ngắn mạch ở bên ngoài phần tử được bảo vệ hay sự xuất hiện quá tải đều là nguyên nhân tạo nên quá dòng điện. Quá dòng điện là hiện tượng dòng điện vượt quá giá trị cho phép lâu dài, tức là vượt quá giá trị dòng điện định mức.
Khi xuất hiện quá dòng điện, thì phần tử được bảo vệ, không cần tách ra khỏi lưới điện ngay, song cũng không cho phép phần tử được bảo vệ phải chịu quá dòng điện trong khoảng thời gian lâu dài mãi được. Sở dĩ vì quá dòng điện sẽ tạo nên cách điện chóng già cỗi (do nhiệt độ của phần cách điện vượt quá giá trị cho phép hoặc làm cho các tiếp điểm quá nhiệt v.v…. do vậy, đại đa số các phần tử của hệ thống điện (máy phát, máy biến áp , động cơ điện v.v…) được dự kiến bảo vệ có thời gian trì hoãn đối với quá dòng điện , đồng thời tác động rơle tín hiệu.
Dao động trong hệ thống, tương ứng với mất ổn định hệ thống, xuất hiện do vì ngắn mạch được khắc phục quá chậm, do vì công suất được vận chuyển giữa đường dây nối các hệ thống vượt quá cho phép, hoặc do vì có một số đường dây của hệ thống bị tách ra, tạo nên sự mất đồng bộ của các trung tâm.
Trong thời gian dao động, dòng điện cân bằng chạy qua các đường dây nối các trung tâm có thể có giá trị vượt quá rẩt nhiều so lệch với giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ. Do vậy có khả năng dẫn đến tác động không chọn lọc. Tương tự, trong thời gian dao động, sự biến đổi quan trọng của điện áp cũng xuất hiện.sư biến đổi này có thể gây nên các rơle điện áp cực tiểu tác động sai.
Để tránh sự tác động sai của bảo vệ trong thời gian dao động , thì bảo vệ các đường dây quan trọng phải dự kiến thêm một bộ phận “ngưng” hay “khoá” đặc biệt. Bộ phận này sẽ thích ứng theo các cách khác nhau; khi dao động thì bảo vệ sẽ khoá, còn khi ngắn mạch trên đường dây tương ứng thì cho phép bảo vệ tác động đúng. Sở dĩ thực hiện được như vậy là vì ở hai trường hợp trên đều có sự phân biệt giữa chúng về dòng điện, điện áp, và công suất.
hơn nhiều; hoặc khi ngắn mạch thì xuất hiện thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không, còn trong trường hợp dao động thì không xuất hiện những thành phần này, hoặc phân biệt theo chiều lưu thông của công suất tác dụng và phản kháng ở hai trường hợp v.v…