К основным средствам грозозащиты относятся стержневые и тросовые молниеотводы, трубчатые разрядники и искровые промежутки. Эффективно также автоматическое повторное включение линии (АПВ, ОАПВ), поскольку при грозовом отключении в 80—90 % случаев электрическая прочность изоляции линии полностью восстанавливается после снятия с нее рабочего напряжения.

На линиях 110 кВ и выше с металлическими и железобетонными опорами применяется тросовая защита по всей длине. При тросовой защите отключение линии может произойти как вследствие прорыва молнии на провода в случае недостаточного защитного угла, принимаемого в обычных условиях равным 20—30°, так и вследствие обратного перекрытия с опоры на провод при ударе молнии в опору или трос. Обратные перекрытия происходят при больших значениях тока молнии и сопротивлений заземлений опор. Чтобы исключить обратные перекрытия, сопротивление заземления опор линий под тросами стремятся довести до возможно меньших значений.

На линиях 220—500 кВ подвеска троса на опорах производится на изоляторах с шунтирующими их искровыми промежутками. При этом трос заземляют в одной точке каждого анкерного пролета. Такая подвеска троса позволяет снизить потери электрической энергии в замкнутых контурах на линиях с двумя тросами и контурах трос — опоры от токов, наводимых вследствие электромагнитной индукции. Включение тросов через искровые промежутки не снижает их защитного действия, так как пробой искровых промежутков и перевод троса в глухозаземленный режим практически происходят уже в процессе формирования лидера. Стержневые молниеотводы применяются на ВЛ для защиты отдельных опор или пролетов линии.

Трубчатые разрядники (РТ) представляют собой аппараты многократного действия, предназначенные для защиты линейной изоляции, а в совокупности с другими средствами защиты — изоляции станций и подстанций. 

Внешние искровые промежутки разрядников устанавливаются в зависимости от рабочего напряжения и режима нейтрали сети.

Значение внутреннего искрового промежутка регламентируется для каждого типа РТ в зависимости от его дугогасящих свойств.

Размещение разрядников на опорах должно быть таким, чтобы зоны выхлопа газов различных фаз не пересекались. Открытый конец разрядника располагается ниже закрытого, чтобы избежать скопления влаги во внутренней полости разрядника.

Эксплуатация РГ состоит в надзоре за их состоянием, проверке и ремонте. При осмотре с земли обращается внимание на положение указателя срабатывания, размер внешнего искрового промежутка, оплавление электродов, состояние заземляющей проводки. При обнаружении повреждений разрядник демонтируется и подвергается ревизии. Разрядник бракуется, если диаметр внутреннего канала трубки увеличивается (вследствие многократных срабатываний) на 20—25 % по сравнению с первоначальным.

Технико-экономический анализ показывает, что выполнить воздушные линии электропередачи абсолютно грозозащищенной нельзя. Приходится сознательно идти на то, что воздушные линии электропередачи какое-то ограниченное число раз в год будет отключаться. В задачу грозозащиты линий электропередачи входит снижение до минимума числа грозовых отключений.

Допустимое число отключений воздушной линии электропередачи в год Nдоп.откл. определяется из условий:

а) надежного электроснабжения потребителей,

б) надежной работы выключателей, коммутирующих воздушных линий электропередачи и рассчитывается по формуле:

где Nдоп- число допустимых перерывов в электроснабжении по линии в год Nдоп ≤ 0,1 при отсутствии резервирования и Nдоп ≤ 1 при наличии резервирования), β - коэффициент успешности АПВ, равный 0,8-0,9 для линий 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах.

Автоматическое повторное включение (АПВ) может удержать линию в работе, так как случаи повреждения изоляции на опорах дугой достаточно редки. В этом случае грозовое поражение не будет сопровождаться перерывом в электроснабжении. При неуспешном АПВ произойдет полное отключение линии электропередачи.

Следует отметить, что частое применение АПВ осложняет эксплуатацию выключателей, требующих в этом случае внеочередной ревизии. Исходя из этого, допускается иметь Nдоп.откл = 1 - 4 в зависимости от типа выключателей. Для особо важных линий это число отключений должно быть уменьшено.

Ожидаемое число грозовых отключений воздушной линии электропередачи

Ожидаемое число грозовых отключений линии в первую очередь определяется интенсивностью грозовой деятельности в районе прохождения трассы линии. Ориентируясь на средние цифры, принято считать, что на 1 км земной поверхности за один грозовой час приходится 0,067 удара молнии. С учетом того, что линия собирает на себя все удары с полосы шириной 6h (h- средняя высота подвеса провода или троса), число N поражений молнией линии длиной l за год равно

N=0,067× n ×6h× l ×10^-3 ,

где n - число грозовых часов в году.

Число перекрытий изоляции воздушных линий электропередачи определяется по формуле

Nпер = N х Pпер,

где Pпер - вероятность перекрытия изоляции линии при данном токе молнии.

Не всякое импульсное перекрытие изоляции сопровождается отключением линии, так как для отключения необходим переход импульсной дуги в силовую. Вероятность перехода зависит от многих факторов, и в инженерных расчетах ее принято определять через градиент рабочего напряжения вдоль пути перекрытия Eср = Uраб / Lпер, кВ/м.

Для линий на деревянных опорах с длинными воздушными промежутками вероятность перехода в импульсную дугу h определяется по формуле

Для линий на металлических и железобетонных опорах h = 0,7 при напряжении линии до 220 кВ и h=1,0 для номинальных напряжений 330 кВ и выше.

Умножая Nпер на коэффициент η, можно подсчитать ожидаемое число грозовых отключений линии в год

В инженерной практике обычно используется удельное число отключений линии nоткл, т. е. число отключений линии длиной 100 км, проходящей в районе с числом грозовых часов в году - 30:

Для уменьшения числа грозовых отключений линии можно:

• уменьшить вероятность перекрытия изоляции при ударах молнии, что обычно достигается на воздушных линиях электропередачи с металлическими опорами подвеской тросовых молниеотводов и обеспечением малого импульсного сопротивления заземления опор и тросов,

• удлинять путь перекрытия с малым градиентом рабочего напряжения, что снижает коэффициент h перехода импульсной дуги в силовую. Последнее реализуется на воздушных линиях электропередачи с деревянными опорами.