Вступ

У процесі роботи на ізоляцію (primary insulation) впливають різного роду напруги (voltage). По-перше, це довгострокові робочі напруги, величина яких близька до номінальної напруги (nominal voltage, rated voltage) або може незначно (на 10—15 %) перевищувати її. По-друге, на ізоляцію впливають грозові, або атмосферні, перенапруги (overvoltage; over-voltage). Ці перенапруги виникають у результаті удару блискавки (lighting; bolt) в електроустановку або поблизу неї. Джерелом грозових перенапруг (lightning surge, lightning overvoltage) є природна електрика грозових хмар, яка у вигляді блискавки уражає об’єкти на землі. Хвилі перенапруги, що виникають у струмоведучих частинах (live part) під час ударів блискавки, поширюються, проникаючи в обмотки трансформаторів (transformer), машин, впливаючи на ізоляцію ліній і апаратів (electric apparatus). Час впливу атмосферних перенапруг дуже малий (від одиниць до сотень мільйонних часток секунди), однак величина цих перенапруг за відсутності спеціальних заходів захисту може сягати мільйонів вольтів.

Третім видом напруг, що впливають на ізоляцію, є внутрішні перенапруги (switching surge voltage; switching overvoltage; switching surge), які виникають під час включення і відключення ліній і електроустаткування (electrical equipment), при аварійних і несиметричних режимах роботи, резонансних явищах (resonance). Джерелом внутрішніх перенапруг є е.р.с. (electromotive force) генераторів (generator) та електроенергія (electric energy) приєднаних до мережі реактивних елементів (L, C). Ці перенапруги впливають на ізоляцію порівняно короткочасно (від тисячних секунди до десятків секунд і більше), але величина їх U_ВН може перевищувати номінальні напруги в кілька разів.

Чисельною характеристикою перенапруг є кратність (overvoltage response ratio), яка визначається з відношення максимальної напруги до найбільшої робочої напруги електрообладнання. 

.

Іншими характеристиками перенапруг є повторюваність, довжина фронту (wave front; shock front), довжина імпульсу, кількість імпульсів, тривалість існування, охоплення мережі. Всі параметри перенапруг мають випадковий характер і описуються статистичними величинами.

Для забезпечення безаварійної роботи ізоляція електричних установок повинна витримувати всі види напруг, які можуть на неї впливати, тобто мати певний рівень. Цей рівень значною мірою визначає габарити й вартість електроустаткування, тому його, якщо можна, прагнуть знизити.

До напруг 220 кВ включно рівень ізоляції визначається, в основному, атмосферними перенапругами, оскільки виявляється, що якщо ізоляція витримує імпульсні атмосферні перенапруги, вона, як правило, витримує і внутрішні перенапруги, можливі в установках цих класів напруг. Звідси випливає необхідність подальшого вдосконалювання блискавкозахисту й важливість імпульсних характеристик і випробувань для ізоляції електричних установок до 220 кВ.

Вдосконалення заходів блискавкозахисту привело до того, що за напруги 220 кВ і вище визначальну роль у виборі рівня ізоляції відіграють внутрішні перенапруги, що потребує спеціальних заходів для їх обмеження. Для того щоб габарити і вартість обладнання на напругу 330 кВ і вище були прийнятними, слід обмежувати внутрішні перенапруги до (2,2–1,8)U_ф і нижче.

Таким чином, грамотне конструювання, виробництво й експлуатація високовольтних пристроїв вимагають глибокого знання методів зниження можливих перенапруг, електричних властивостей ізоляційних конструкцій, способів випробування й контролю ізоляції. Ці питання тісно зв'язані між собою та є змістом курсу “Техніка та електрофізика високих напруг”.