Рис. 2. Узлы крепления гирлянд к опоре:
а — КГП, б-КГ

Особую опасность представляют перенапряжения при атмосферных грозовых разрядах, величина которых зависит главным образом от силы тока молнии (главного разряда) и скорости его роста (крутизны волны). Под таким же напряжением по отношению к земле окажется изоляция проводов и, если она не рассчитана на это напряжение, произойдет пробой и повреждение изоляции. Возникшие токи короткого замыкания пережгут провода, что вызовет аварию на линии.

Рис. 3. Изменение потенциалов вблизи опоры при повреждении изоляции линии

Перенапряжения в линиях угрожают также безопасности людей. Проходящий по опоре ток растекается в земле вокруг опоры. По мере удаления тока от опоры сечение массива земли, через который проходит ток, увеличивается, а сила тока остается той же. Поэтому при равномерном растекании тока в земле его плотность по мере удаления от опоры уменьшается и потенциалы точек поверхности земли тоже соответственно снижаются. Вблизи опоры потенциалы уменьшаются очень резко, а затем их изменение замедляется. Резкое падение потенциалов вблизи опоры опасно для жизни людей, оказавшихся возле нее во время удара молнии, так как ноги человека оказываются под разностью потенциалов UKl—UK2, которая называется шаговым напряжением (Jai. Еще опаснее прикосновение к опоре.

Чтобы ограничить перенапряжения в электроустановках и обеспечить безопасность людей, сопротивление растеканию тока в земле уменьшают, для чего устраивают защитное заземление, т. е. соединяют с землей металлические части, которые обычно под напряжением не находятся, но могут оказаться при повреждении изоляции. Хотя защитное заземление снижает перенапряжения, уменьшая сопротивление R3 между опорой и землей, уровень атмосферных перенапряжений остается достаточно высоким.

Производство изоляции, способной противостоять таким атмосферным перенапряжениям, обошлось бы очень дорого, а в некоторых случаях изготовить такую изоляцию вообще невозможно. Поэтому грозоупорность линий повышают, устанавливая устройства, защищающие от перенапряжений (молниеотводы, грозозащитные тросы, защитные промежутки, трубчатые и вентильные разрядники), и соединяют их с защитным заземлением.

Молниеотводы, возвышаясь над ВЛ, принимают на себя удары молний и тем самым защищают линию от грозовых разрядов. Они представляют собой заземленные вертикальные конструкции (мачты), которые для защиты линии обычно устанавливают на участках между концевыми опорами ВЛ и порталами подстанций. Пространство вокруг молниеотводов, не поражаемое грозовыми разрядами, называют защитной зоной молниеотвода.

Г розозащитные тросы представляют собой протяженные молниеотводы, натянутые вдоль линии над проводами. В зависимости от расположения и количества проводов на опорах ВЛ монтируют один или два троса. Высоту подвеса грозозащитных тросов выбирают такой, чтобы угол защиты (угол между вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним проводом) был не больше 20—30°.

ВЛ 110 кВ и выше с металлическими и железобетонными опорами защищают тросом на всем протяжении, а ВЛ 35 кВ (независимо от материала опор) и ВЛ 110 кВ и выше на деревянных опорах—-только на подходах к подстанциям.

Защитные промежутки устраивают на ВЛ с изоляцией, имеющей большой запас электрической прочности, так как точность их срабатывания невелика. Расстояние между двумя металлическими электродами, один из которых соединен с проводом, а другой заземлен, выбирают с таким расчетом, чтобы при ударе молнии промежуток пробился раньше, чем изоляция линии. В то же время изоляция промежутка должна быть достаточной, чтобы выдержать номинальное напряжение ВЛ.

При ударе молнии в провода ВЛ грозовой разряд пробивает промежтуок и уходит в землю, не разрушая изоляцию линии. На линиях со штыревыми изоляторами наиболее целесообразной.является форма электродов в виде рогов, которая обеспечивает растяжение дуги при разряде. Кроме того, на ВЛ 6—10 кВ искровой промежуток создают непосредственно на заземляющем спуске, проложенном по опоре. Как правило, защитные промежутки применяют в сочетании с автоматами повторного включения линии (АПВ).

Рис. 4. Защитный промежуток ВЛ 10 кВ:
1 — изолятор, 2 — металлические электроды, 3 — кронштейн для крепления рога, 4 — металлическая заземленная конструкция

Рис. 5. Трубчатый разрядник;
1 — трубка из газогенерирующего материала, 2 — стержневой электрод, 3 — кольцевой электрод

Трубчатые и вентильные разрядники имеют искровые промежутки и устройства, гасящие электрическую дугу. Устанавливают их, как и защитные промежутки, между проводом и заземлением, параллельно защищаемой изоляции. Разрядники, как правило, защищают подходы ВЛ к подстанциям, а также переходы ВЛ через линии связи, автомобильные и железные дороги и линии электропередачи.

Трубчатый разрядник представляет собой изолирующую трубку из газогенерирующего материала с внутренним искровым промежутком, образованным металлическими электродами. Одна сторона трубки закрыта наглухо. При ударе молнии искровой промежуток пробивается, импульс тока молнии в доли секунды проходит через разрядник и образует между металлическими электродами электрическую дугу, через которую под действием рабочего напряжения начинает проходить ток замыкания на землю (сопровождающий ток). Под действием большой температуры дуги из изолирующей трубки бурно выделяются газы и давление внутри трубки поднимается до нескольких десятков атмосфер. Газы устремляются к открытому концу трубки и создают продольное дутье, которое охлаждает и растягивает дугу. При переходе тока через нулевое значение дуга гаснет и ток обрывается.

Для предохранения поверхности изолирующей трубки от разрушения токами утечки устраивают внешний искровой промежуток S2.

Выпускаются трубчатые разрядники трех типов: РТФ (разрядник трубчатый фибробакелитовый) на напряжения от 3 до 110 кВ, РТВ (разрядник трубчатый винипластовый) на напряжения от 6 до 110 кВ и РТВУ (разрядник трубчатый винипластовый усиленный) на напряжения от 35 до 330 кВ.

Вентильные разрядники, широко применяемые на линиях 6—10 кВ, имеют искровые промежутки 1 и рабочее сопротивление 2, которые размещены в герметичном фарфоровом корпусе 3. Рабочее сопротивление состоит из вилитовых дисков, изготовленных из специального сорта карборунда, которые изменяют сопротивление в зависимости от приложенного к ним напряжения: с повышением напряжения сопротивление вилито-вых дисков уменьшается, и наоборот.

При ударе молнии в провода ВЛ искровые промежутки разрядника пробиваются и рабочее сопротивление оказывается под высоким напряжением, под воздействием которого оно уменьшается и пропускает импульсный ток молнии. После этого напряжение на разряднике снижается до номинального, рабочее сопротивление увеличивается, а сопровождающий ток соответственно уменьшается. Сравнительно небольшой сопровождающий ток позволяет искровым промежуткам разрядника оборвать его при переходе через нулевое значение.

На линиях и распределительных устройствах напряжением до 10 кВ устанавливают вентильные разрядники РВП. Для защиты электрооборудования распределительных устройств станций и подстанций напряжением от 35 до 500 кВ применяют разрядники РВС, РВМК и РВМ. Кроме того, для защиты оборудования низкого напряжения используют, разрядники РВН-0,5. Маркируют разрядники буквами и цифрами. Буквы обозначают тип и конструкцию, а цифры — номинальное рабочее напряжение линии, для которой предназначен разрядник.

Защитное заземление (заземляющее устройство) обеспечивает электрическое соединение заземляемых частей с землей. Электрическое сопротивление заземляющих устройств должно быть минимальным. Основная доля сопротивления приходится на переход от заземляющего элемента к грунту. Поэтому сопротивление заземляющего устройства зависит от качества и состояния грунта, в котором оно находится, глубины заложения заземляющих элементов, их типа, количества и взаимного расположения.

Рис. 6. Вентильный разрядник РВП-6:
1 — искровые промежутки,
2 — рабочее сопротивление,
3 — фарфоровый корпус,
4 и 6 — нижнее и верхнее герметичные уплотнения,
5 — хомут для крепления разрядника,
7 — планка для подключения разрядника

Электрические свойства грунта определяются его сопротивлением растеканию тока, и чем оно меньше, тем благоприятнее условия для устройства заземления. Сопротивление между противоположными плоскостями кубика грунта с ребрами размером 1 см называют удельным сопротивлением р и измеряют в Ом-см. Удельное сопротивление зависит от категории грунта, его строения, влажности, температуры и содержания в нем солей. Наибольшим удельным сопротивлением обладают каменистые и скальные грунты (до 100- 104 Ом-см), наименьшим— торфяные, болотная почва, суглинок и глина с влажностью 20—40% (до 0,5 • 104 Ом • см). Удельное сопротивление однотипного грунта в разных условиях колеблется в значительных пределах: удельное сопротивление песчаных грунтов может изменяться в 4—7 раз, суглинка в 0,4—1,5, чернозема в 0,1—5,3 раза. Почти не подвержено колебаниям удельное сопротивление торфа, речной воды, каменистых грунтов.

Заземляющие устройства состоят из заземлителей, уложенных в землю, и металлических заземляющих спусйов, соединяющих заземлители с заземляемыми элементами (разрядниками, тросами). В качестве заземляющих спусков на ВЛ используют конструкции металлических опор или арматуру железобетонных опор. По деревянным, а также железобетонным опорам ВЛ (при отсутствии специального заземляющего спуска), заземляющие спуски прокладывают круглой сталью диаметром не менее 10 мм или многожильным проводом сечением не менее 35 мм2. Один конец заземляющего спуска присоединяют к заземлителю, а второй — к заземляемым элементам. На металлических опорах заземляемые элементы присоединяют к опоре, а ствол опоры внизу соединяют с заземлителямн.

Заземлители представляют собой металлические проводники, которые находятся в непосредственном соприкосновении с землей. Их разделяют на естественные и искуственные. В качестве естественных используют заглубленные в землю различные металлоконструкции (металлические обсадные или водопроводные трубы). В отдельных случаях в качестве естественных заземлителей во влажных грунтах допускается использовать также железобетонные фундаменты опор. Искусственные заземлители сооружают в тех случаях, когда сопротивление естественных заземлителей велико или они совсем отсутствуют.

Наиболее распространенными искусственными зазем-лителями являются вертикально забитые в землю стальные трубы или уголки, имеющие относительно большую поверхность соприкосновения с грунтом, что уменьшает сопротивление растеканию тока. Верх заземлителей должен находиться на расстоянии не менее 0,5 м от поверхности земли, а на пахотных землях — не менее 1 м. Стальные трубы должны иметь стенки толщиной не менее 3,5 мм, а угловая сталь — толщину полок не менее 4 мм. Длина заземлителей, как правило, не превышает 2,5 м. Отдельные заземлители (электроды заземления) объединяют заземляющими проводниками из полосовой или круглой стали в контур заземления. Проводники прокладывают в земле на глубине 0,5—1 м и соединяют с электродами заземления сваркой. Контуры заземлений занимают сравнительно мало места и позволяют вблизи опоры равномерно распределить напряжение относительно земли.

Кроме того, для заземления опор ВЛ применяют глубинные вертикальные, а также углубленные, поверхностные горизонтальные и другие заземлители.

Глубинные вертикальные заземлители хорошо отводят импульсные токи грозовых разрядов, особенно в неоднородных по глубине грунтах, выполняются в виде стержней из круглой, угловой стали или труб и погружаются на глубину 5—20 м. Глубинные заземлители занимают небольшую площадь и за счет большой глубины обеспечивают малое сопротивление растеканию тока.

Углубленный заземлитель укладывают на дно котлована под фундаментом опоры или возле него. При свайных основаниях опор углубленный заземлитель вместе со сваей погружают в грунт.

Поверхностные горизонтальные заземлители представляют собой несколько лучей из полосовой или круглой стали, проложенных в земле около опоры на небольшой глубине и подсоединенных к заземляющим спускам. Как правило, поверхностные заземлители устраивают в каменистых и скальных грунтах, когда невозможно заглубить вертикальные заземлители.

На ВЛ любых напряжений заземляют все опоры, на которых, подвешен грозозащитный трос или другие устройства и аппараты, а на ВЛ напряжением 3—35 кВ, кроме того, заземляют металлические и железобетонные опоры как в населенной, так и ненаселенной местностях. При этом сопротивление заземления искусственных за-землителей в летнее время должно быть для ВЛ 3— 20 кВ в населенной местности и для всех ВЛ 35 кВ не более указанного ниже: