В настоящее время при строительстве линий электропередачи наиболее широко применяют одностоечные железобетонные опоры. Для этого используются серии одностоечных железобетонных опор для ЛЭП 35 — 500 кВ с напряженной и ненапряженной арматурой, с центрифугированным или вибрированным бетоном.
Основным способом заделки этих опор, обеспечивающим достаточную прочность за счет сохранения ненарушенной структуры связанных грунтов, является установка опор в узкие цилиндрические котлованы, пробуренные или образованные взрывным способом.
По действующим нормам ЛЭП на железобетонных опорах напряжением 110 кВ и выше, как правило, должны быть защищены по всей длине грозозащитным тросом. То же самое относится к линиям 35 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью.
При этом на ЛЭП 35 — 110 кВ трос заземляется на каждой опоре, а на ЛЭП 220 — 500 кВ трос изолируется от промежуточных опор, однако сами опоры заземляются.
Заземление троса и траверс выполняется с использованием арматуры опоры. Для этого в верхней части опоры к арматуре привариваются штыри, на которых и крепится тросостойка.
Аналогично соединяются с арматурой и металлические траверсы (в конструкциях опор с проворачивающейся траверсой последняя крепится к стволу опоры хомутом, соединяемым, с выводом арматуры специальной шиной). У опор с частично напряженной арматурой выводы для присоединения троса и траверс привариваются к ненапряженным стержням.
В нижней части опоры на уровне земли к арматуре приваривается деталь с отверстием, в которое может быть ввернут болт. Болт используется для присоединения искусственного заземлителя, представляющего собой стальную плоскую шину (сечением 40x4 мм), погруженную в котлован вдоль ствола опоры. Нижний конец шины слегка загнут и заходит под торец опоры.
Также выпускаются железобетонные опоры с приваренными в заводских условиях заземлителями.
Длина заземлителя равна глубине погружения опоры, т. е. около 3 м для центрифугированных и 2,6 м для вибрированных опор.
Заземление одностоечных и П-образных железобетонных опор воздушных линий электропередачи 35 — 110 кВ обычно осуществлялось в виде контура (из полосовой или круглой стали), проложенного в траншее, и электродов (из труб или угловой стали), забиваемых в грунт.
Основными недостатками такой конструкции заземления является невозможность индустриализировать его в заводских условиях и необходимость производства земляных, сварочных и электродозабивных работ на трассе.
Правилами устройства электроустановок для ЛЭП, защищенных тросами, нормируется сопротивление заземляющего устройства опоры в зависимости от величины удельного сопротивления грунта. Так, для грунтов с удельным сопротивлением до 1 х 104 ом х см сопротивление заземляющего устройства отдельной опоры при отсоединенном тросе не должно превышать 10 ом.
Для проверки выполнения этого требования при приемке вновь сооруженных линий электропередачи и в дальнейшем в эксплуатации необходимо производить измерение сопротивления заземлителей.
Измерение производится на заземлителе, отсоединенном от тела опоры, если это допускает конструкция последней (т. е. если заземлитель присоединен болтом, а не сваркой). Предполагается, что такая методика позволяет оценить собственное сопротивление искусственного заземлителя без отсоединения троса от опоры.
Опыт приемки большого числа вновь сооруженных ЛЭП на железобетонных опорах, накопленный за последние годы в нашей сети, показал, что значительное количество заземлителей, расположенных в грунтах с удельным сопротивлением не более 104 ом х см, имеют сопротивление растеканию, измеренное в соответствии с указанным при отсоединении от опоры в пределах 15 — 40 ом, что по ПУЭ недопустимо.
Измерениями установлено, что величина измеренного сопротивления заземлителя зависит от того, присоединена ли соответствующая опора к тросу или трос изолирован. Для уточнения этой зависимости на нескольких опорах были проведены специальные измерения сопротивления заземлителей как при тросе, присоединенном к опоре, так и изолированном от нее.
Присоединение опоры к тросу снижает измеренную величину сопротивления растеканию заземлителя в среднем примерно на 20%. Потенциал заземлителя снижается вследствие отсоса части измерительного тока через расположенную рядом стойку опоры и систему трос — другие опоры линий.
Исследованиями установлено, что железобетонные фундаменты и подножники опор могут являться эффективными заземлителями (по крайней мере в грунтах I и II групп).
Капиллярный подсос влаги бетоном уравнивает его электропроводность с электропроводностью окружающего грунта, вследствие чего арматурный каркас может рассматриваться как естественный заземлитель.
Нет никакой необходимости в отсоединени заземлителя от опоры для измерения его собственного сопротивления растеканию, так как в системе стойка — заземлитель, определяющей эффективность заземления, является сама стойка.
Вполне допустимо измерять сопротивление растеканию комплекса из стойки с присоединенным заземлителем. Это намного упрощает сам процесс измерения и позволяет полностью отказаться от выдвигаемого в некоторых случаях требования о выполнении соединения опоры с заземлителем разъемным (на болтах).
Использование железобетонной конструкции, какой является подземная часть стойки, в качестве заземлителя без дополнительных металлических заземляющих устройств возможно при двух условиях:
- если гарантировано влажное состояние фундамента в течение всего грозосезона;
- если средняя плотность расчетного тока молнии, приходящегося на единицу поверхности арматуры, не превышает критической величины, вызывающей пробой и разрушение бетона.
Первое условие будет выполнено во всех случаях, когда характер грунтов и климатические условия таковы, что обеспечивают в период с апреля по сентябрь влажность почвы не ниже 5%.
Выполнение второго условия зависит от конструкции арматурного каркаса ствола опоры и от величины расчетного тока молнии.
Подсчет величины поверхности арматуры заглубленной части опоры показал, что для стандартных центрифугированных стволов как с напряженной, так и с ненапряженной арматурой она колеблется в пределах 4,9 — 5,3 м2, составляя в среднем 5 м2. С вероятностью до 0,1% ток в опоре не превышает 150 кА.
Соответствующая этой величине средняя плотность тока, стекающего с поверхности арматуры, составит 3 А/см2, что значительно ниже критической величины 10 и 17,5 А/см2.
Таким образом, вполне допустимо отказаться от применения дополнительных металлических заземлителей у одностоечных железобетонных опор по крайней мере в грунтах с удельным сопротивлением до 0,6 х 104 ом х см. Практическая реализация этого вывода позволяет сэкономить металл до 1,5 — 2 т на каждые 100 км ЛЭП.
Для грунтов с удельным сопротивлением выше 0,6 х104 ом х см учет собственного сопротивления растеканию стойки также позволит сэкономить металл, необходимый на устройство дополнительных заземлителей.