Нижняя граница напряжения электроэнергетических установок, которое относят к сверхвысокому, в настоящее время четко не определена. Использовавшиеся ранее признак для электроустановок СВН - применение расщепленных проводов - потерял свою определенность, так как расщепленные провода в настоящее время применяются и на линиях электропередачи 110 и 220 кВ, которые никогда к сверхвысокому напряжению не относились. В связи с этим необходимо установить новый признак, по которому бы определялась нижняя граница напряженности электроустановок СВН.

Для этого необходимо проследить, как изменяются условия работы токоведущих элементов при увеличении номинального напряжения. Известно, что сечение проводов выбирается исходя из экономической плотности тока J_эк, которая составляет около 1 А/мм². С другой стороны, минимальная площадь поверхности проводов определяется условием ограничения коронного разряда (потерь на корону, радиопомехи, акустических помех). На электроустановках класса напряжения до 100-150 кВ включительно второй критерий практически не определяет конструкцию провода, поскольку максимальная напряженность на поверхности проводов значительно меньше допустимой по условию ограничения коронного разряда. Как видно из рисунка В.1, на ВЛ 35 и 110 кВ для обычно применяемых проводов (на ВЛ 35 кВ - 50-150 мм², на ВЛ 110 кВ - 70-240 мм²) допустимые междуфазные расстояния много меньше применяемых в настоящее время ( на ВЛ 35 кВ - 4 м, на ВЛ 110 кВ - 5 м), а также меньше расстояний, необходимых для обеспечения надежной работы, т.е. для исключения возможности схлестывания проводов в пролете с помощью изоляционных распорок (на ВЛ 35 кВ - 0,7-1 м, на ВЛ 110 кВ - 1,5 м). Для ВЛ 220 кВ допустимое междуфазное расстояние при обычно применяемых проводах сечением 240-600 мм² быстро увеличивается при уменьшении диаметра проводов и для наиболее распространенных проводов сечением 240, 300 мм² значительно повышает расстояние, необходимое для обеспечения надежной работы при воздействий перенапряжений (2,5-3 м при наличии изоляционных распорок). Поэтому на линиях 220 кВ и выше максимальная напряженность поля может превысить допустимую, что определяет специфические особенности конструирования токоведущих элементов электроустановок высших классов напряжения.

В связи с изложенным логично отнести к сверхвысоковольтным те установки, на поверхности токоведущих элементов которых напряженность поля должна ограничиваться из-за возникновения коронного разряда. В связи с этим электроустановки, в которых максимальная напряженность на токоведущих элементах не достигает допустимой по условию ограничения коронного разряда.

Вся изоляция ЛЭП СВН подвергается воздействию рабочего напряжения, внутренних и грозовых перенапряжений, а также воздействию различных метеорологических факторов: колебаний давления, температуры, влажности воздуха, различного вида осадков и увлажнений (дождь, туман, роса, мокрый снег, изморозь, гололед), ветрового напора и т.п. Этот комплекс воздействий на конструкции ВЛ и ОРУ с учетом необходимости бесперебойного электроснабжения потребителей, обеспечения необходимого качества напряжения у потребителя, доступности трассы линии для людей и животных ( отсутствие ограждений), обеспечения профилактических и ремонтных работ определяет шесть различных групп требований к конструктивным элементам электропередач:

1.  обеспечение надежной работы всех конструктивных элементов ЛЭП при возможных (расчетных) сочетаниях воздействий механических нагрузок в нормальных (воздействие массы самих элементов ЛЭП, гололедных отложений и ветровых нагрузок) и аварийных (обрыв проводов) режимах работы ЛЭП;
2. обеспечение надежной работы изоляции ЛЭП при вех эксплуатационных воздействиях напряжения и метеорологических факторов;
3. обеспечение безопасности перемещения людей, животных и механизмов (например, комбайны, подъемные краны) под линиями, а также безопасности работы ремонтного персонала на ВЛ и ОРУ;
4. ограничение акустических и радиопомех от элементов линии электропередач;
5. обеспечение наиболее экономичных режимов работы ЛЭП;
6. обеспечение максимальной экономической эффективности ЛЭП с учетом капитальных затрат, потерь энергии в токоведущих элементах и в воздухе (потерь на корону) и ущербов от перерыва электроснабжения.

Критерии выбора конструктивных элементов ЭП СВН по требованиям 1, 2, 5 и 6 формулируются на основе технико-экономических расчетов с учетом капитальных затрат К, потерь энергии в проводах и в воздухе, эксплуатационных расходов и ущербов от перерывов электроснабжения У исходя из условий обеспечения минимума приведенных затрат З (приведенных к одному году) на сооружение и эксплуатацию ЭП:

З=(Ен+а)К+И+У,          (В.1)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, принимаемый в энергетике равным Ен=0,12; а - нормативный коэффициент амортизационных отчислений; И - ежегодные издержки, включая стоимость потерь электроэнергии и эксплуатационные расходы. Коэффициент а для воздушных линий на металлических и железобетонных опорах принимается равным 0,024, а для силового электрооборудования СВН - 0,064. Эксплуатационные расходы пропорциональны капитальным затратам. Поэтому целесообразно их учитывать соответствующим увеличением коэффициента а. В результате получаем для воздушных линий асумм=авл=0,028 и для электрооборудования асумм=аоб=0,084. Поэтому для ВЛ Ен+асумм=0,15, а для электрооборудования -=0,20.

Согласно требованию п.2 при увеличении капитальных вложений в изоляцию и средства ограничения перенапряжений (при увеличении электрической прочности изоляции, например, путем увеличении ее длины, и снижении уровня перенапряженний) уменьшается ущерб от перерывов электроснабжения из-за уменьшения числа перекрытий изоляции. Противоположные тенденции изменения первого и третьего членов правой части формулы (В.1) определяют наличие минимума приведенных затрат при некоторой конструкции изоляции, являющейся оптимальной.

Аналогично при увеличении сечения и поверхности проводов ВЛ увеличиваются капитальные затраты из-за увеличения массы провода, ветровых и гололедных нагрузок на них. Поэтому закономерна постановка задачи об оптимизации конструкции провода, удовлетворяющей условию  минимума приведенных затрат. 

Требования п.3 определяет минимальную высоту проводов ВЛ над землей, размеры воздушных промежутков на опрах для обеспечения безопасности подъема эксплуатационного персонала на опоры под напряжением для осмотра гирлянд и арматуры, размеры воздушных промежутков на подстанциях. В некоторых случаях требование п.3 является более жестким, чем п.2, что ограничивает возможности оптимизации изоляции по критерию п.2.

Основным источником радиопомех является стримерная корона на проводах ВЛ, ошиновке ОРУ и высоковольтном оборудовании подстанций. Поэтому требование п.4 удовлетворяется путем ограничения напряженности поля на поверхности проводов, устройства специальных экранов.

Изменяя конструкцию провода (например, путем увеличения числа составляющих в фазе при неизменном суммарном сечении, что приводит к уменьшению продольной индуктивности и тем самым оказывать существенное влияние на режимы работы линии электропередачи, обеспечивая таким образом удовлетворение требованиям п.5.

Следует отметить наличие взаимосвязей условий реализации указанных требований. Так, например, изменение изоляционных расстояний при оптимизации надежности работы ВЛ неизбежно связано с изменением конструкции проводов для удовлетворения требований пп. 4-6, а изменение конструкции проводов в соответствии с требованиями пп. 4-6 приводит к изменению электрической прочности воздушных промежутков между проводами и опорами, и между проводами.

Таким образом, выбор конструктивных элементов ЭП сверхвысокого напряжения представляет собой сложную комплексную научно-техническую и экономическую задачу, от решения которой в значительной степени зависит экономичность электропередачи.

Отыскание экономического оптимума предполагает выяснение основных связей между параметрами, определяющими технические и экономические характеристики электропередачи, а также основных закономерностей явлений, влияющих на эти параметры. Поэтому вопросами теории элементов ЭП уделяется большое внимание в литературе.

Создание электропередач 220 кВ связано с важным этапом развития электрических сетей в СССР - появлением первых энергетических объединений в результате смыкания электрических сетей смежных энергосистем. Первая линия 220 кВ длиной 240 км была построена для передачи энергии от Нижне-Свирской ГЭС в Ленинград в 1933 г. В 1940 г. в результате сооружения электропередачи 220 кВ Днепр-Донбасс было создано первое в стране объединение энергосистем с единым диспетчерским управлением.

Первый этап формирования Единой энергетической системы (ЕЭС) СССР связан с созданием электропередач следующей ступени напряжения 500 кВ: Куйбышев - Москва (1956-1959 гг.), Куйбышев - Урал и Волгоград - Москва, в результате чего были объединены в единую сеть энергосистемы Центра, Урала, Среднего и Нижнего Поволжья. В 1978 г. в результате сооружения ВЛ 500 кВ Рубцовск - Барнаул завершен важнейший этап формирования ЕЭС СССР - присоединение ОЭС Сибири.

Изолированно работающая сеть 500 кВ создана в Средней Азии.

Параллельно с развитием сети 500 кВ с конца 50-х годов развивалась сеть 330 кВ в южных и в западных районах страны, что обеспечило формирование энергообъединений на этой территории. Линиями этого напряжения было осуществлено соединение ОЭС Северо-Запада и ЕЭС страны.

В середине 70-х годов началось интенсивное строительство электропередач 750 кВ для усиления связей энергосистем в Западной зонеЕЭС с целью более полной реализации эффекта параллельной работы энергосистем.

С начала 80-х годов началось строительство первых в мировой практике воздушных линий с номинальным напряжением свыше 1 млн. В - класса напряжения 1150 кВ (рисунок В.2) с целью усиления протяженных связей между энергосистемами восточной зоны ЕЭС СССР а выдачи мощности крупных топливно-энергетических комплексов Экибастузского и Челябинского.

Сооружение воздушных линий электропередачи наносит большой и невосполнимый ущерб природе. Сотни тысяч гектаров лесов уже вырублены при прокладке трасс воздушных линий электропередачи. Дальнейшее развитие электросификации, хозяйственное освоение Сибири и Дальнего Востока приводит к уничтожению лесов на огромных территориях. Сплошная вырубка растительности в лесных массивах на трассах приводит к полному выводу из пользования больших площадей, снижает продуктивность лесных угодий, приводит к ощутимым потерям воспроизводства кислорода в атмосфере. Такие потери обычно рассматриваются как неизбежноая дань электрификации народного хозяйства. Одна из задач такой информации - наметить пути уменьшения наносимого природе ущерба и активного использования трасс ВЛ.