Заземление опор на линиях электропередач

Также, как и в других элементах электрической цепи системы на воздушных линиях электропередачи могут возникать повреждения с нарушением рабочей изоляции. Обрыв провода, перекрытие или пробой изоляторов и т. п. причины могут вызвать протекание тока через поврежденную опору, а в некоторых случаях и через соседние с ней. Данный процесс сопровождается появлением потенциала на опоре, а, следовательно, и напряжений прикосновения и шаговых напряжений. Для защиты людей, находящихся вблизи с поврежденной опорой, опоры присоединяются к специальным заземляющим устройствам для уменьшения сопротивления растеканию тока в земле. На деревянных опорах потенциал практически не может появиться, поэтому для них даже при наличии металлических траверс защитное заземление не выполняется. Защитное заземление на опорах ВЛ напряжением выше 330 кВ также не выполняется в силу наличия быстродействующих защит и существенного усложнения заземляющего устройства для обеспечения безопасных величин напряжения прикосновения и шага.

Кроме того, заземление опор выполняется при наличии средств молниезащиты. Главным средством молниезащиты на ВЛ является подвеска грозозащитного троса. Заземляющее устройство предназначается для отвода в землю импульсных токов, возникающих в результате прямого удара молнии в опоры или грозозащитные тросы, а также для снижения напряжения на изоляции линии при этом. Так же к заземляющему устройству подключаются защитные искровые промежутки, трубчатые и вентильные разрядники, ограничители перенапряжений, длинно-искровые и мультикамерные разрядники и т.д.

Рисунок 1 — Средства грозозащиты воздушных линий электропередачи:
а) искровой промежуток; б) вентильный разрядник; в) ОПН; г)длинно-искровой разрядник

Также, заземляются металлические и железобетонные опоры ВЛ 110-500 кВ без средств молниезащиты, если это необходимо по условиям обеспечения работы релейной защиты и автоматики.

В качестве заземляющих спусков на ВЛ используют конструкции металлических опор или продольную арматуру железобетонных опор. По деревянным и ж/б опорам при отсутствии специальных выпусков арматуры заземляющие спуски прокладывают круглой сталью диаметром не менее 10 мм или многожильным проводом сечением не менее 35 мм2. Количество спусков должно быть не менее двух. Один конец заземляющего спуска присоединяют к заземлителю, а второй к заземляемому элементу. На металлических опорах заземляемые элементы присоединяют к опоре, а ствол опоры внизу соединяют с заземлителем.

Рисунок 2 — Подключение заземляемых элементов к заземлителю на металлических опорах

Правила устройства электроустановок регламентируют наибольшее сопротивление заземляющего устройства опор в зависимости от удельного сопротивления грунта, высоты опор, количества цепей ВЛ, числа грозовых отключений, высоты расположения ВЛ над уровнем моря, типа местности (населенная/ненаселенная) по которой проходит ВЛ. Значения сопротивления должны обеспечиваться в летнее время, т.е. без учета промерзания грунта.

Для опор ВЛ напряжением до 35 кВ сопротивление заземляющего устройства должно обеспечиваться только за счет искусственных заземлителей. Для опор ВЛ 110 кВ в грунтах с удельным сопротивлением до 1000 Ом∙м в качестве естественных заземлителей могут быть использованы железобетонные фундаменты опор (сборные, монолитные, сваи, набивные). При этом фундаменты не должны иметь гидроизоляции полимерными материалами и необходимо обеспечить металлическую связь между анкерными болтами и арматурой фундамента.

Искусственные заземлители опор представляют собой металлические проводники, которые находятся в непосредственном соприкосновении с землей. Конструктивные решения, принимаемые при проектировании заземляющего устройства, зависят от типа фундамента опоры. Расположение и линейные размеры искусственных заземлителей должны быть согласованы с величиной удельного сопротивления грунта и расположением стоек опоры. Для создания многочисленных путей току молнии или повреждения, стекающему с опоры в землю, и обеспечения достаточного полного использования проводимости растеканию единичных заземлителей рекомендуется выполнять заземляющее устройство в виде групп заземлителей, расположенных около каждой стойки опоры.

Рисунок 3 — Различные конфигурации заземляющего устройства

В зависимости от удельного сопротивления грунта и типов фундамента целесообразно применение тех или иных конструктивных исполнений заземляющих устройств.

В случаях, когда проводимость нижних слоев грунта значительно ниже верхних, а также при использовании свайных фундаментов рекомендуется установка вертикальных электродов. Они хорошо отводят импульсные токи грозовых разрядов. Глубинные заземлители занимают небольшую площадь и за счет большой глубины обеспечивают малую величину сопротивления растеканию тока. При проектировании глубинных заземлителей важно правильно выбрать расчетное значение удельного сопротивления грунта с учетом его неоднородности, а также определить оптимальную длину единичного электрода.

Когда проводимость поверхностных слоев грунта достаточно высока можно применять горизонтальные протяженные заземлители. Также данное решение применяется в каменистых и скальных грунтах, когда невозможно заглубить вертикальные заземлители. На участках с очень высоким удельным сопротивлением грунта может быть эффективно применение непрерывных горизонтальных электродов, соединяющих несколько опор (так называемые противовесы).

Для установки сборных ж/б фундаментов (грибовидные подножники) опор высоковольтных ВЛ обычно вырывают котлованы значительной глубины. Целесообразно уложить на дне котлованов у стенок горизонтальный заземлитель в виде контура с несколькими вертикальными выводами вдоль стен котлована на поверхность земли, обеспечивающими электрическую связь со стойкой опоры. Применение контурных заземлителей особенно целесообразно в тех случаях, когда удельное сопротивление грунта в месте их укладки значительно ниже, чем у слоев, расположенных ближе к поверхности земли. Для расширения области применения контурных заземлителей при возможности монтажа контурный заземлитель дополняется вертикальными электродами, забиваемыми в дно котлована.

Нормативные документы регламентируют материал, форму и минимальные размеры проводников, используемых для монтажа заземляющих устройств. Основным условием является применение коррозионностойких материалов.

Применение омедненного проката позволяет значительно увеличить срок службы заземляющего устройства, тем самым увеличив период проведения восстановительных и капитальных ремонтов этого элемента ВЛ. Модульная система существенно упрощает монтаж глубинных заземлителей.