Для защиты высоковольтных линий электропередачи от разрушительного воздействия атмосферных перенапряжений (разрядов молний), над проводами линий подвешивают специальные грозозащитные тросы.
Грозозащитный трос создает защитный "экран" над силовыми проводами, перехватывая молниевые разряды и направляя их в землю через систему заземления, что существенно снижает риск повреждения оборудования, аварий и простоев в работе электросети.
Данные тросы служат своего рода протяженными молниеотводами, количество которых зависит от нескольких факторов: от класса напряжения линии, от сопротивления окружающего опору грунта, от места установки опоры и от количества подвешенных на ней проводов. В зависимости от расстояния между тросом и ближайшим защищаемым проводом (в зависимости от так называемого угла защиты), вычисляют и соответствующую высоту подвеса троса на опоре.
Если напряжение высоковольтной линии находится в диапазоне от 110 до 220 кВ, при этом опоры на линии деревянные, либо напряжение на линии составляет 35 кВ, независимо от типа опор, то грозозащитные тросы устанавливают лишь на подходах к подстанциям. На линиях со стальными либо железобетонными опорами, напряжение на которых от 110 кВ и более, стальные тросы подвешивают вдоль всей линии.
В качестве материала троса используется либо сталь, либо алюминий и сталь (алюминиевый провод со стальным сердечником). Типичный грозозащитный трос изготовлен из стальных оцинкованных проволочек, а его поперечное сечение составляет от 50 до 70 мм. Когда такой трос подвешен на изоляторах, в момент разряда молнии ее ток направляется в землю через установленный на изоляторе искровой промежуток.
В былые времена любой защитный трос всюду глухо заземлялся на каждой из опор, в результате возникали существенные потери электроэнергии, особенно заметно это было на линиях сверхвысоких напряжений. Заземление защитных тросов сегодня выполняется не только через опоры, но и, как отмечалось выше, через искровые промежутки.
Так, на линиях напряжением 150 кВ и меньше, если отсутствует плавка гололеда или канал высокочастотной связи на тросе, изолированный монтаж троса выполняют только на металлических и железобетонных анкерных опорах. Крепление же тросов на всех опорах напряжением от 220 до 750 кВ выполняется на изоляторах, при этом непосредственно тросы шунтируются искровыми промежутками.
Процесс монтажа грозозащитных тросов подобен монтажу самих проводов. Присоединяют тросы, как правило, стальными прессуемыми соединителями. На высоковольтной линии напряжением меньше 110 кВ трос крепится прямо к опоре сцепной арматурой без какого-либо изолятора. У линии напряжением от 220 кВ (высокого и сверхвысокого класса) трос крепится к опорам через подвесные изоляторы, как правило, стеклянные, которые и шунтируются искровыми промежутками. На каждом анкерном участке у одной из анкерных опор выполняется заземление троса.
В большинстве своем работы по монтажу проводов и тросов связаны с подъемами на опоры. На высоковольтных линиях напряжением до 10 кВ монтажники поднимаются на опоры, как правило, с помощью монтажных когтей (лазов) и поясов. На линиях более высокого класса напряжений широко используются гидроподъемники и телескопические вышки.
С 1 июля 2009 года при возведении новых и реконструкции старых высоковольтных линий электропередачи предприятия МРСК и ПАО «ФСК ЕЭС» внедрили новые стандарты по защите линий от прямых ударов молнии.
В качестве грозозащитных элементов теперь применяются стальные канаты марки МЗ-В-ОЖ-Н-Р, изготовленные в соответствии с техническими условиями СТО 71915393-ТУ 062—2008, а также грозотросы марки ГТК, изготавливаемые по ТУ 3500-001-86229982-2010. Эти конструкции обладают высокой прочностью, износостойкостью и надежно обеспечивают выполнение своих функций в различных климатических и эксплуатационных условиях.
Исследования и практика эксплуатации показали, что грозозащитные тросы, будучи подвешены на изоляторах, не только эффективно защищают линии электропередачи от атмосферных перенапряжений, но и могут использоваться для передачи небольшой электрической мощности, что расширяет их функциональные возможности.
Более того, благодаря изоляции и конструктивным особенностям тросы могут служить дополнительными средами для высокочастотной телекоммуникационной связи, позволяя организации связи непосредственно вдоль линии электропередачи.
В последние годы получили распространение грозозащитные тросы со встроенными волоконно-оптическими кабелями. Этот подход позволяет значительно снизить затраты на прокладку и обслуживание коммуникационных каналов, поскольку волоконно-оптические линии связи интегрированы непосредственно в защитный трос и не требуют дополнительного подземного прокладывания кабеля, что связано с большими затратами на земляные работы и последующую эксплуатацию.
Использование таких грозозащитных тросов с интегрированными оптическими волокнами способствует повышению надежности и эффективности систем электроснабжения и передачи данных, а также снижает объемы строительных и эксплуатационных работ.
Ответы на популярные вопросы
Зачем над фазными проводами подвешивают грозозащитный трос?
Грозозащитный трос перехватывает прямые удары молнии и направляет ток в землю через заземления или искровые промежутки, что заметно снижает вероятность повреждения фазных проводов и отключений линии.
Чем отличается трос из стали от троса со стальным сердечником и алюминиевыми жилами?
Чисто стальной трос даёт максимальную прочность и стойкость к износу, трос с алюминиевым покрытием (алюминий на стальном сердечнике) сочетает лучшие механические и проводящие свойства, что удобно для линий, где важна и механика, и электрическая проводимость при проведении тока молнии.
Почему иногда тросы не заземляют прямо на каждой опоре?
Полное заземление на каждой опоре ведёт к большим неизбежным потерям и влиянию на режим сети; поэтому используют изолированные подвесы и искровые промежутки - при ударе молнии ток уходит в землю через специально рассчитанные элементы, а в обычном режиме трос остаётся изолированным от опоры.
Где ставят тросы вдоль всей линии, а где только у подстанций?
Если линия на стальных или ЖБ опорах и напряжение 110 кВ и выше - тросы подвешивают по всей трассе; если опоры деревянные для 110–220 кВ или линия 35 кВ независимо от опор - тросы обычно ставят только на подходах к подстанциям.
Зачем шунтируют тросы искровыми промежутками при подвеске на изоляторах?
Шунтирование искровыми промежутками обеспечивает контролируемый путь для тока молнии на заземлитель при пробое искрового промежутка, одновременно сохраняя трос изолированным в нормальном режиме, чтобы минимизировать постоянные утечки и потери.
Можно ли грозотрос использовать как линию связи?
Да, современная практика включает тросы с интегрированными оптоволоконными кабелями (OPGW/ОКГТ), которые служат и грозозащитой, и высокоскоростной линией связи, экономя расходы на прокладку отдельной ВОЛС.
Какие дополнительные преимущества дают ОКГТ/OPGW?
Оптоволоконный трос сочетает механическую защиту с передачей данных без электромагнитных помех, позволяет мониторить состояние ЛЭП и уменьшает затраты на строительство и обслуживание коммуникаций вдоль трассы.
Какие требования к монтажу и технике безопасности при подъёме тросов на опоры?
Работы связаны с подъёмами на опоры: на линиях до 10 кВ часто применяют лазовые когти и пояса, на более высоких напряжениях используют гидроподъёмники и телескопические вышки; все работы выполняют в соответствии с инструкциями по технике безопасности и ПУЭ.
Как выбирают высоту подвеса троса относительно фазного провода?
Высота подвеса рассчитывают так, чтобы угол защиты гарантировал перекрытие зоны, где фазный провод защищён от прямого удара; выбор зависит от числа проводов, расстояния до опоры и климатических условий, и проектируют его с запасом на статические и динамические нагрузки.
Андрей Повный