В процесі експлуатації електроустановок з'являються напруги, небезпечні для ізоляції. Поява таких напружень пов'язано з перенапруженнями.
Під перенапруженням розуміють будь-які підвищення напруги до величини, небезпечної для ізоляції електроустановок, розрахованої на робочу напругу.
Для забезпечення надійної роботи електроустановок можливе застосування ізоляції, що задовольняє всім видам перенапруг, однак це призводить до невиправданого подорожчання електроустановок. У зв'язку з цим при проектуванні і експлуатації електроустановок необхідно передбачити ряд заходів, які дозволяють захистити їх від перенапруг. Для цього необхідно знати природу і можливі рівні перенапруг.
Залежно від причини виникнення перенапруги можна розділити на внутрішні і зовнішні.
До внутрішніх перенапруг відносяться режимні, комутаційні і дугові.
Режимні перенапруження виникають в результаті зміни режиму роботи електроустановки, наприклад, при різких змінах навантаження, відключення струмів короткого замикання та ін. Що супроводжується виділенням енергії, запасеної в електроустановці. Величина цієї енергії визначає кратність перенапруги, яка визначається відношенням амплітуд перенапруги до робочій напрузі.
Комутаційні перенапруги виникають при нормальній експлуатації ліній в разі включення розімкнутого на кінці лінії, відключенні працюють вхолосту трансформаторів, асинхронних електродвигунів, ліній великої місткості.
Дугові перенапруження можуть виникнути в мережах напругою вище 1 кВ при однофазних замиканнях на землю через переміжну дугу в мережах з ізольованою нейтраллю; при резонансних явищах. Величина їх перевищує в 4-4,5 рази номінальну напругу. Найбільшу кратність по відношенню до номінальної напруги мають перенапруги, викликані однофазними замиканнями на землю через дугу, для обмеження яких застосовують компенсацію ємнісного струму замикання на землю за допомогою дугогасних реакторів.
Компенсація ємнісного струму замикання повинна застосовуватися в наступних випадках: в мережах напругою 35 кВ при токах замикання на землю більше 10 А; в мережах напругою 15 - 20 кВ при токах більше 15 А; в мережах напругою 6 - 10 кВ при токах замикання на землю відповідно 30 і 20 А.
Решта причин виникнення перенапруг визначають відносно невелику кратність і при відповідному виборі ізоляції не становлять небезпеки для електроустановок. Тому електрообладнання напругою до 220 кВ не вимагає спеціальних заходів щодо обмеження внутрішніх перенапруг.
Прямий удар блискавки проявляється в безпосередньому контакті каналу блискавки з об'єктом і супроводжується протіканням через нього струму блискавки. Крім цього зустрічаються вторинні прояви блискавки, при яких відбувається наведення потенціалів на металеві елементи конструкцій, в незамкнутих металевих контурах за рахунок близьких розрядів блискавки та створення небезпечного іскріння всередині об'єкта, що захищається.
Прямі та близькі удари блискавки створюють небезпеку іскріння за рахунок занесення високого потенціалу в захищається будівлю або споруду з протяжними металевими конструкціями (естакадами, кабелями, трубопроводами).
Процес утворення грозового розряду обумовлений накопиченням електричних зарядів в грозовому хмарі, освітою каналу блискавки і протіканням грозового розряду після утворення каналу. А освіта електричних зарядів пов'язано зі складним процесом термодинамічних і аеродинамічних явищ, що викликають висхідні повітряні потоки, в яких конденсуються молекули повітря і пара, утворюючи водяні краплі з поляризацією електричних зарядів.
Блискавка являє собою електричний розряд в атмосфері між хмарою і землею. Нижня частина хмари зазвичай несе негативні заряди і утворює з землею своєрідний конденсатор (рис. 11.1, а).
Индуктироваться перенапруги на проводах електропередачі виникають при ударі блискавки в землю або при ударі в захисний трос або землю. На рис. 11.1, б, в показаний процес накопичення зарядів і утворення хвиль индуктированного перенапруги в проводах лінії при ударі в захисний трос. Амплітуда таких перенапруг становить 400 - 500 кВ, що видається небезпечним для ізоляції електроустановок і ліній напругою до 35 кВ на металевих і залізобетонних опорах. Рівень ізоляції таких ліній можна підвищити, збільшивши число підвісних ізоляторів в гірлянді. Окремо стоять металеві опори напругою 35 кВ і місця з ослабленою ізоляцією ліній з дерев'яними опорами захищають трубчастими разрядниками.
Перенапруги, зумовлені прямим ударом блискавки, сягають кількох мільйонів вольт і виявляються небезпечними для ліній всіх робочих напруг. При прямому ударі весь заряд через уражену ділянку стікає в землю і величина перенапруги залежить від опору сте-канію струму.
Мал. 11.1 Розподіл зарядів при стержневом (а) і тросових (б) блискавковідвід і поширення хвилі перенапруги уздовж дроту (в)
Вимірювання показують, що струми блискавки змінюються в межах від 10 до 250 кА. Швидкість зміни струму блискавки (крутизна кривої) різна. При розрахунках максимальна амплітуда струму прямого удару блискавки приймається 200 кА при крутизні фронту хвилі струму 50 кА / мкс.
Захист електроустановок, виробничих, житлових і громадських будівель і споруд здійснюється комплексом захисних пристроїв і заходів, призначених для забезпечення безпеки людей, запобігання будівель, споруд, обладнання та матеріалів від всіляких вибухів, загорянь і руйнувань, що виникають при розрядах блискавки. Цей комплекс захисних пристроїв і заходів отримав назву мовляв-ніезащіта.
Слід мати на увазі, що перекриття ізоляції повітряних ліній супроводжується спрацьовуванням захисту і відключенням. Однак тривалість відключення і повторного включення настільки мала, що не відбивається на роботі електроустановок. Повторне включення виробляється пристроями АПВ.