Кратковременные перенапряжения – превышение мгновенным значением напряжения амплитуды наибольшего рабочего напряжения – возникают при эксплуатации линий, подстанционного оборудования и высоковольтных электрических машин [1]. Важнейшей характеристикой перенапряжений на изоляции является их кратность, т. е. отношение максимального значения напряжения к амплитуде наибольшего рабочего напряжения на данной изоляционной конструкции (рис. 1):
где: Umax – максимальное значение напряжения, кВ;
– наибольшее амплитудное рабочее напряжение, кВ.
Коммутационные перенапряжения возникают в результате коммутации элементов электрической сети. Такие коммутации приводят к возникновению переходного процесса, который перераспределяет накопленную энергию между индуктивными и емкостными элементами при переходе из одного состояния в другое. Этот процесс не зависит от типа используемого выключателя. Перенапряжение определяется только моментом коммутации контактов. В выключателях могут возникать предпробои при включении, срез тока до естественного перехода через ноль, повторные пробои при отключении, связанные с недостаточной прочностью межконтактного промежутка в начальный интервал времени после гашения дуги. Все это вызывает коммутационные перенапряжения. В результате наложения таких неблагоприятных явлений на неудачный момент коммутации могут возникнуть большие значения перенапряжений, что приведет к выходу из строя дорогостоящего оборудования, а также к возможному появлению потенциала на его корпусе, представляющего большую опасность для жизни человека.
Одним из эффективных средств снижения аварийности сетей 6 (10) кВ является применение комплекса мер ограничения перенапряжений. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» («Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 1150 кВ. Указания по выбору») рекомендует в случае возникновения опасных уровней перенапряжений в сети использовать специальные средства ограничения.
В настоящее время широкое распространение получили такие способы снижения коммутационных перенапряжений, как установка ОПН и применение RC-цепей [1–3]. Однако существуют определенные ограничения в применении названных устройств. ОПН не позволяют снизить перенапряжения до безопасного для современного энергетического оборудования уровня, так как снижают только амплитуду перенапряжений, но не частоту воздействующего напряжения. Применение RC-цепей позволяет эффективно снижать перенапряжения за счет сглаживания частоты и амплитуды воздействующего напряжения. Однако их использование приводит к повышению токов однофазных замыканий на землю и к опасности возникновения резонансов при некоторых сочетаниях параметров сети.