Молниезащитные тросы на линиях 110–220 кВ: их заземление

Молниезащитные тросы на воздушных линиях 110–220 кВ принимают на себя прямое попадание молнии или защищают провода от бокового удара. Обычно трос прокладывают над фазными проводами, а на отдельных конструкциях применяют боковое расположение. В проектной документации их называют стационарными защитными тросами или грозотросами.

Заземление определяет эффективность всей схемы. Оно отводит импульсный ток в землю, объединяет металлические элементы опоры и ограничивает рост её потенциала. Поэтому путь от троса до заземляющего устройства подстанции должен быть непрерывным и рассчитанным по проекту.

Защитная функция грозозащитного троса

Грозозащитный трос работает как перехватывающий проводник. При разряде в него ток распределяется между ближайшими опорами, заземляющими спусками и защитными тросами соседних участков. Снижение потенциала опоры уменьшает риск обратного перекрытия изоляции фазы на металлоконструкции.

Эффект складывается из геометрии защиты и качества заземляющего устройства. На линиях 110 кВ используют верхнюю, боковую или комбинированную схему с учётом типа опоры. Для 220 кВ чаще применяют тросы над проводами. Расчёт учитывает расстояние между фазами, рельеф, грунт, перекрытия и характеристики молний.

Соединение троса с опорой

На промежуточной опоре трос крепят к траверсе или оголовку и электрически связывают с несущей металлической частью. От неё прокладывают вертикальные заземляющие спуски к фундаменту и заглублённым электродам. Башня, траверсы, подкосы и заземляющий контур образуют единую эквипотенциальную систему.

В зависимости от проекта между тросом и опорой устанавливают непосредственное соединение, шунтирующий изолятор, разделительный элемент или контролируемый зазор. Шунтирующий изолятор при грозовом импульсе замыкает путь тока, а в нормальном режиме разделяет конструкции. Такое решение не должно направлять ток через подвесную изоляцию фазы.

Подвесные изоляторы фазных проводов не являются обычным путём для тока молниезащитного троса. На пересечениях с другими линиями защитные тросы соединяют между собой, сохраняя нормируемые расстояния до проводов. Случайное электрическое соединение с фазой недопустимо. Неплотный контакт или повреждение разделительного элемента нарушают работу всей заземляющей цепи.

Заземляющее устройство линии

Каждая опора обычно имеет собственное заземляющее устройство, а все устройства участка электрически объединены защитными тросами и заземляющими спусками. В грунт вводят стержневые электроды, заземляющие полосы или их сочетание. Тип и размер выбирают по удельному сопротивлению грунта, климату, нагрузке и требованиям нормативов.

Не существует одного универсального значения сопротивления заземления, пригодного для всех линий. Проект учитывает допустимый потенциал опоры, переходное сопротивление контактов и защиту от обратного перекрытия. Повышенное сопротивление особенно опасно при большом токе молнии, поскольку вызывает значительное падение напряжения на заземляющем пути.

В плотных или плохо проводящих грунтах одного стержня может быть недостаточно. Тогда увеличивают длину заземляющего луча, объединяют несколько электродов, подключают дополнительные контуры или связывают опору с заземляющей сетью энергообъекта. В районах промерзания и засухи результаты измеряют в разные сезоны, поскольку влажность грунта заметно меняет сопротивление.

Заземляющий контур проектируют с учётом требований к шаговым и касательным напряжениям. Электроды располагают так, чтобы возле опоры не возникала опасность для людей, а не только ради уменьшения суммарного сопротивления.

Переход троса на подстанцию

На крайней опоре защитный трос переходит в воздушный заземляющий провод подстанции и далее — в её заземляющий контур. Коммутационные устройства обеспечивают возможность отключения линии, а конструкцию перехода выбирают с запасом по электрическим расстояниям. Он не должен уменьшать нормируемые расстояния до фазных проводов или создавать с ними электрическое соединение.

При проектировании учитывают требования к молниезащите подстанций, а также схему заземления нейтрали, уровень грунтовых потенциалов и расположение оборудования. Существующий контур проверяют на непрерывность и возможность безопасно присоединить линию. В решении возможны непосредственное подключение, отдельный разъединитель или защитный изолятор со шунтом — выбор определяется схемой и регламентом эксплуатации.

Если линия имеет несколько независимых вводов, их заземляющие пути нельзя считать взаимозаменяемыми без расчёта. Перераспределение тока между вводами способно изменить потенциалы отдельных секций и повлиять на защитные уровни оборудования.

Материалы и устойчивость к коррозии

Для заземляющих спусков и электродов применяют сталь с учётом механической прочности, тепловой нагрузки и коррозионной стойкости. Сечение выбирают по допустимому току с запасом на механические повреждения и длительный срок службы. Соединения выполняют болтовыми, сварными или иными предусмотренными узлами, исключающими случайный разрыв электрического пути.

Стальные элементы в грунте подвержены коррозии, особенно в засолённых почвах. Поэтому применяют защищённые покрытия или коррозионностойкие конструкции, предусматривают доступ для осмотра и замены. Арматура фундамента может участвовать в заземлении только при подтверждённом проектом соединении с заземлителем; считать её электродом без проверки нельзя.

Мороз и резкие перепады влажности влияют на глубину и трассу заземляющих устройств. Ветровые и гололёдные нагрузки учитывают при выборе креплений спусков, предотвращая их обрыв, расшатывание и повреждение.

Контроль заземления в эксплуатации

При приёмке проверяют непрерывность соединений, состояние троса и спусков, качество монтажа, сопротивление заземления опор, а при необходимости — удельное сопротивление грунта. Важно убедиться, что соединение не стало источником нагрева и что защитный элемент исправен. Результаты сравнивают с проектными значениями и документами монтажа.

Сопротивление измеряют с учётом параллельных путей через соседние опоры и контур подстанции. Метод выбирают по схеме сети: применяют метод падения потенциала, токовые приборы либо комбинацию измерений. Показания зажимного прибора сами по себе не подтверждают исправность заземляющей цепи, если ток уходит по другому контуру.

Осмотры проводят после ремонтов, повреждений и сильных грозовых воздействий, а также по установленному графику. Контролируют коррозию, ослабление болтов, трещины в фундаментах, состояние изоляторов и переходов. Работы выполняют после необходимого отключения и заземления линии по утверждённой процедуре.

Ошибки монтажа и условия модернизации

Распространённая ошибка — считать заземлением один стержень без надёжного спуска от троса. Другая ошибка — оставить разрыв в цепи из-за повреждённого болта, неподходящего изолятора или соединения, не предусмотренного проектом. Повреждение разделительного элемента также опасно: при пробое потенциал может перейти на фазный провод.

В первую очередь проверяют сопротивление и целостность цепи на каждой опоре. Если грунт сухой, каменистый или промерзает, определяют причину повышенного значения и рассматривают увеличение заземляющего контура, дополнительные электроды, улучшение соединений или связывание с сетью подстанции. Решение принимают после расчёта и замеров, а не по универсальной инструкции.

При модернизации учитывают рост нагрузки, новые устройства защиты и фактическое состояние старых заземлителей. Ограничители перенапряжений на подходах к подстанции могут улучшить защиту оборудования, но не заменяют надёжное заземление троса. Проект учитывает климат, грунтовые условия, конструкцию опор, монтажные ограничения и требования энергоснабжающей организации.

Заземление молниезащитного троса — это не одна деталь у основания опоры, а непрерывная цепь от защитного провода через заземляющие спуски, электроды, металлоконструкции и контур подстанции. Она должна сохранять электрическую связность, иметь предусмотренный запас по импульсной нагрузке и контролироваться в характерных для грунта сезонных условиях.

Ключевым критерием исправности служит подтверждённая измерениями непрерывность пути «трос — опора — заземлитель — контур подстанции» вместе с соответствием сопротивления заземления и переходного напряжения проектным требованиям.