通信光缆线路的避雷防护

陈洪昌

【摘要】随着光纤通信技术的迅猛发展，光缆被大量采用。本人曾参与多条通信光缆项目的施工，按照通信线路的防雷规范，结合工作中的学习总结和施工经验方法，本文对通信光缆线路的防雷保护进行深入分析。

【关键词】光缆线路防雷防护

一、光缆线路落雷的原因

（1）架空光缆线路雷击原因。架空光缆是架挂在电杆上使用的光缆。这种敷设方式的光缆线路随着天气、地形、季节的不同，受到外界的影响也不同，其中雷害问题一直是影响其安全的关键问题。一是通过雷电直接击中直顶物，导致电杆等物体直接劈断，从而引起通信终端受损。二是光缆的金属防潮层、金属护套等金属构件受到雷电的影响，产生高电位差，造成光缆的挂钩和钢绞线与光缆塑料外护套层的金属护层、金属加强芯等部件间击穿而烧断光缆，引起通信中断。（2）直埋光缆线路雷击原因。直埋光缆外部有钢带或钢丝的铠装，直接埋设在地下，要求有抵抗外界机械损伤的性能（如岩石挤压碰撞等）和防止土壤腐蚀的性能。同时根据不同的使用环境和条件选用不同的护层结构，例如在有虫鼠害的地区，要选用有防虫鼠咬啮的护层的光缆。直埋光缆的铠装元件，主要有金属铠装层、加强芯和业务铜线等，这些防护构件都是金属导体。当埋设光缆附近的地方落雷时，由落雷点向大地流散的雷电流，使光缆埋设点的地电位升高，而光缆延伸到很远的地方，其金属构件电位应视为零电位。这样落雷点与光缆金属构件之间形成极大的电位差，这一电位差若超过光缆防护层的耐压强度，便会击穿外防护层，形成从落雷点到金属构件的电弧通道，使相当强的雷电流泻放到光缆，会在其外防护铠装层及缆芯金属加强件上产生感应电流，出现冲击电压，使金属构件熔化、外护层击穿、光纤结构变形，使光缆严重受损。

笔者曾参加过济南至青岛铁路干线直埋光缆雷击故障的抢修工作。该光缆雷击点距青州站和潍坊站区间，光缆外皮和护套被烧毁，光纤被全部烧断。中继段终端盒（该线路光缆接头处金属构件作电气断开处理）中固定加强芯和金属护套的螺母被部分熔化，光纤的涂覆层被全部烧掉，纤芯暴露，其中24根纤芯已经被烧断。从落雷点的地形看，该区段属丘陵地带，光缆距离路基较远，距光缆8m左右有几颗大树，经分析认为雷电是通过树木引入大地击穿土壤，由光缆外护套破损点引入金属护套和加强芯。

二、光缆线路防雷的主要措施

通过对以往光缆雷击事故分析和施工经验，笔者认为对光缆线路的防雷保护可以针对当地的天气和地形等自然条件，有针对性地进行。主要可采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。（1）分流：用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在设备和通信光缆线路上。（2）接地：在通信各系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护通信设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。（3）屏蔽：建筑物内所有的金属导线，括电力电缆、通信光缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，其金属屏蔽层应接地一次。雷暴多的地区应缩短接地间隔或改善屏蔽接地电阻值，用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰。（4）等电位连接：局内所有金属物体，包括光缆缆屏蔽层、光缆加强芯、通信设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。（5）过电压保护：电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，利用其非线性效应，将线路上过高的脉冲电压滤除保护设备不被过电压破坏。主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等，根据需要进行组合，形成完整的防雷保护器。

1、架空光缆线路

（1）架空光缆线路电杆防雷保护。①保护范围及避雷针安装要求。避雷针是光缆杆路防止雷击的重要措施之一。安装时避雷线上端高出保护物体，下端直接买于地下或接在接地装置上，当有雷电时，直接将雷电引入大地进行放电。良好地避雷线，还应当负荷放电迅速，导体电阻、接地电阻要小的特点。②电杆安装避雷线的方法。避雷线应伸出杆路0.1m，避雷线在距杆稍15cm处用3.0mm铁线扎四圈固定。避雷线接地电阻应符合如表1。

（2）架空光缆线路吊线防雷保护。对于高电位雷击区杆路或者架空光缆可能被雷电击中的区域，应对吊线装设地线。其方法是将地线夹板夹住吊线，再把夹板连接至地线上。对于雷害不太严重且接地电阻小于5欧姆的区域可以采用将夹板通过4.0 mm的铁线与拉线抱箍连接起来。对于雷害较为严重的区域，或者接地电阻较大的区域可采用延伸式法，必要时可在电杆顶部加装与钢绞线平行4.0 mm铁线，减少高电位击穿光缆的损害。架空吊线接地电阻要求如表2。

（3）架空光缆线路光缆防雷保护。在架空光缆线路施工中，一般采用7 /2.0mm镀锌钢绞线作为光缆的吊线，为了减少雷电对架空光缆线路的影响，光缆吊线应每隔300-500m利用电杆避雷线或拉线接地，每隔1km左右加装绝缘子进行电气断开。在光缆接头处将光缆内金属构件前后断开，不做电气连通，并且不做接地处理。在新架光缆选择路由时，应尽量避免与高压输电线盒交流电气化铁道平行接近，与其相交时交越角度应在30b以上。对于雷害特别严重地段的架空光缆线路，可采用非金属加强芯或无金属构件的结构形式，在架空光缆线路上方还可架设架空防雷地线（架空地线采用4.0mm镀锌铁线），架设在高出电杆顶端30-60cm的位置上。

2、直埋式光缆线路

（1）设置防雷保护系统接地。对有绝缘外护套的埋式光缆，每隔2km左右，其金属屏蔽层应接地一次。雷暴多的地区应缩短接地间隔或改善屏蔽接地电阻值，接地电阻应不大于10Ω。

（2）局内接地方式。光缆中的金属件在接头部位均应连通，使中继段光缆的加强芯、防潮层、铠装层保持连通状态。在两端局（站）内错装层，加强件应接地，防潮层应通过避雷器接地。endprint

（3）对于无业务铜线的光缆，依照YDJ14-91的规定，在光缆接头处防潮层、铠装层和加强芯应作电气断开处理，且都不接地，对地呈绝缘状态，可避免光缆中感应雷电流的积累，也可避免由于防雷排流线和光缆金属构件对地回路阻抗差异而导致大地中雷电流由接地装置引入光缆。实践证明这种方法简单有效，因为通常情况下，光缆（无绝缘不良点和接头进水）中的金属构件对地绝缘值较高，雷电流不易进入光缆。

（4）终端盒接地。终端盒的接地装置一定要良好，接地电阻要符合要求。因为终端接地，同（3）中分析相反，光缆中的金属护套对地电位为零，若室外光缆有护层破损点，相同条件下雷电流易进入光缆，如果接地装置不好，雷电流不能迅速放掉，就起不到保护作用。

（5）光缆上方敷设防雷线。对年平均雷暴日数大于20的地区，以及有雷击历史的地段，光缆线路应采取防雷保护措施。无金属线对，有金属构件的直埋光缆线路的防雷保护可选用下列措施：防雷线的设置应符合下列原则：

①ρ10<100Ω·m的地段，可不设防雷线。②ρ10为100Ω·m～500Ω·m的地段，设一条防雷线。③ρ10>500Ω·m的地段，设两条防雷线。④防雷线的连续布放长度应不小于2km。

当光缆在野外长途塑料管道中敷设时，可参照下列防雷线设置原则：①ρ10<100Ωm的地段，可不设防雷线。②ρ10≥100Ωm的地段，设一条防雷线。③防雷线的连续布放长度应不小于2km。

在雷击区的直埋光缆，应在其上方30cm处采用截面积不小于50mm2的导体材料平行敷设作为排流线。排流线一般采用截面积50mm2的7/2.2mm钢绞线或镀锌钢导体，对于雷暴日较多、雷害较严重的地段，排流线截面积可适当增大。

（6）光缆附近有引雷体时，光缆线路应尽量绕避雷暴危害严重地段的孤立大树、杆塔、高耸建筑、行道树、树林等易引雷目标。在无法避开时，应采用消弧线、避雷针等措施对光缆线路进行保护。光缆附近有孤立大树、杆塔、高耸建筑、行道树、树林等引雷体时，光缆线路与孤立大树的净距要满足表3的要求；光缆与接地体根部的净距要满足表4的要求；光缆防雷保护接地装置的接地电阻要满足表5的要求。

（7）特殊地段采用无金属光缆。光缆线路雷害严重地区应采用特殊结构的防雷光缆，无金属光缆适用于雷区和电力线感应严重的地区，能减少和防止损伤，但由于没有防潮层，在有水的地区潮气容易渗透。由于没有金属件，维护中发生故障时，地下探测极为困难，因此仅限于特殊地段才采用无金属光缆。

参考文献

[1]邹林森等.《光纤通信线路》.北京：人民邮电出版社

[2]王加强，岳新全，李勇等.《光纤通信工程》.北京：北京邮电大学出版社

[3]胡庆，张德民，刘世春等.《通信光缆与电缆工程》.北京：人民邮电出版社endprint