Надежная работа электроэнергетических установок (систем) высокого напряжения в основном зависит от качества изоляционных конструкций и от совершенства тех мероприятий, которые ограничивают амплитуды воздействующих на изоляцию различных видов напряжений и перенапряжений.
Изоляция в процессе эксплуатации установок высокого напряжения должна выдерживать фазовые напряжения установок, под воздействием которых она находится в нормальном режиме работы, и кратковременные повышения напряжения (опасные для изоляции), возникающие при оперативных переключениях электрических цепей или нарушениях нормального режима работы (грозовых разрядах, замыканиях на землю м др.). Такие повышения напряжений, опасные для изоляции, называются перенапряжениями. Перенапряжения разделяются на внутренние и атмосферные.
Внутренние перенапряжения
Внутренние (коммутационные) перенапряжения возникают в установках при оперативных пepеключениях в электрической цепи (выключателями, короткозамыкателями), работе предохранителей, дуговых замыканиях на землю в установках с изолированной и компенсированной нейтралью, резонансных явлениях в длинных линиях и в несимметричных режимах.
Величины и длительность внутренних (коммутационных) перенапряжений зависят от номинального напряжения установки, схемы и параметров электрической цепи ее, от характеристик электрооборудования, в первую очередь выключателей, наличия и характеристик разрядников и др. Величина перенапряжений характеризуется кратностью перенапряжений, под которой понимается отношение амплитуды перенапряжения к действующему значению наибольшего фазового рабочего напряжения цепи.
Кратность внутренних перенапряжений уменьшается при увеличении номинального напряжения, при этом она имеет большую величину в установках (системах) с изолированной или компенсированной нейтралью и меньшую в системах с глухозаземленной нейтралью. При отключении холостых (ненагруженных) линий электропередач кратность внутренних перенапряжений ниже, чем при отключении холостых трансформаторов.
Применение ряда мероприятий по ограничению внутренних перенапряжений, и в первую очередь новейших конструкций вентильных разрядников, позволило в установках с номинальным напряжением 330 - 500 кВ снизить кратность внутренних перенапряжений до 2,5 Uф (ранее в установках с номинальным напряжением на 400 кВ кратность внутренних перенапряжений была прията равной 3,0 Uф).
Атмосферные перенапряжения
Атмосферные перенапряжения возникают в результате воздействия грозового разряда (токов молнии или электрических полей) на электроэнергетические установки. Атмосферные перенапряжения делятся на индуктированные перенапряжения, возникающие в установках при разряде молнии вблизи них, и пере напряжения прямого удара молнии в установку.
Атмосферные перенапряжения возникают сравнительно часто и могут достигать при отсутствии специальных защитных мероприятий нескольких миллионов вольт, вызывая перекрытие и повреждение изоляции установок почти любого номинального напряжения. Обычно электроэнергетические установки от прямых ударов молнии защищены достаточно надежно, а поэтому прямой удар молнии является сравнительно редким явлением. Чаще имеют место индуктированные перенапряжения.
Атмосферные перенапряжения в электроустановках распространяются в форме волн, проникающих во все элементы установки (электрические аппараты, обмотки трансформаторов и др.). Распространение волн перенапряжений связано с переходными процессами, приводящими к резкому повышению напряжений, воздействующих на внутреннюю изоляцию элементов установки (аппаратов, трансформаторов).
Амплитуда и длительность этих волн зависят от интенсивности грозовых воздействий, параметров и схемы установки (длины и количества линий электропередач), уровня ее изоляции, наличия и характеристик разрядников и пр. Защита от атмосферных перенапряжений поэтому является обязательной для надежной работы электроэнергетических установок.
