光缆网建设中的防雷接地方案

2019-09-02许召栋中通服咨询设计研究院有限公司江苏南京210019

邮电设计技术 2019年8期

许召栋（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京210019）

1 概述

通信网络日益成为新时期我国经济社会发展的战略性公共基础设施，光缆网则是通信网络的基础设施。无论是近年推行的“宽带中国战略”还是新一轮“电信普遍服务试点”无不以光缆网建设为基础。防雷接地是涉及安全的重大问题，而光缆网建设场景多、环境复杂、工程量大、工期紧张，光缆建设中的防雷接地往往由于不影响正常生产而被忽视，为日后事故埋下了隐患，必须引起重视。

2 光缆构件接地必要性分析

光缆结构分为缆芯、加强元件和护层三大部分。加强元件一般采用圆形钢丝、钢绞线等，护层则有双面涂塑的铝带（PAP）或钢带（PSP）。如果光缆在室外引雷（直击雷、感应雷）后通过加强元件和护层传导至机房、住宅，将造成严重的人员财产损失。

GB51158-2015《通信线路工程设计规范》8.3.1条规定“年平均雷暴日数大于20天的地区及有雷击历史的地段，光（电）缆线路应采取防雷措施”。纵观全国，除西北个别地（市）外，其他区域年平均雷暴日都在20天以上。

3 光缆构件接地方案

光缆网建设中防雷接地主要分为中途接地和终端接地。

3.1 中途接地方案

光缆在敷设中途需做防雷线接地，主要针对直埋光缆和架空光缆。直埋光缆根据土壤电阻率敷设防雷线，架空光缆电杆、吊线采取接地措施。

3.1.1 直埋光缆线路防雷线

当雷电击中直埋光缆附近的大地时，雷击点的电位迅速升高，土壤被电离产生电弧并成为导体，从而使光缆带电。地下水露头处、特别潮湿处以及地下有导电矿藏处易受雷击，应视土壤电阻率敷设防雷线。具体方案如表1所示。

表1 直埋光缆接地方案

3.1.2 架空光缆接地

平原、旷野上孤立的建筑物和土山顶部的建筑物易发生雷击，架空杆路比较符合以上特征，与其他光缆敷设方式相比，架空光缆接地显得更为重要。架空光缆线路接地措施分为电杆接地（含拉线接地）和吊线接地。

3.1.2.1 电杆接地

每隔250 m左右的电杆、角深大于1 m的角杆、飞线跨越杆、杆长超过12 m的电杆、山坡顶上的电杆等应做避雷线。

a）利用拉线做避雷线时，4.0 mm钢线一端应高出电杆100 mm，在距杆顶100 mm处应用3.0 mm钢线捆扎，且每间隔500 mm捆扎一次，4.0 mm钢线另一端压入拉线抱箍内并与其良好接触。

b）水泥电杆无预留避雷线穿钉的，应在水泥杆顶部凿孔沿水泥杆内孔壁穿放4.0 mm钢线至杆根，并按要求延伸，4.0 mm钢线高出杆顶100 mm，并应用3.0 mm钢线捆扎，水泥杆的顶部凿孔应在地线安装后用水泥封堵。

c）水泥电杆有预留避雷线穿钉的，应从穿钉螺母向上引出1根4.0 mm线径的钢线并高出杆顶100 mm，应在杆根部的地线穿钉螺母处接出4.0 mm线径的钢线入地。

d）在与10 kV以上高压输电线交越处，电杆应安装放电间隙式避雷线，两侧电杆上的避雷线安装应断开50 mm间隙。

3.1.2.2 吊线接地

光缆吊线应每隔300~500 m利用电杆避雷线或拉线接地，每隔l km左右加装绝缘子进行电气断开。

a）吊线利用预留地线穿钉作地线时，应将光（电）缆屏蔽层用4.0 mm钢线与安装在吊线上的地线夹板连接，并将4.0 mm钢线沿电杆引至电杆的预留孔与预留地线穿钉连接入地。在杆根部的地线穿钉螺母处应接出4.0 mm线径的钢线入地。

b）吊线利用拉线做地线时，吊线应经地线夹板用4.0 mm钢线与拉线抱箍连接，通过拉线入地。光（电）缆金属屏蔽层应通过地线夹板用4.0 mm钢线与吊线连接。

c）吊线直接入地式地线，吊线应通过地线夹板与4.0 mm钢线地线连接，沿电杆每隔500 mm用3.0 mm钢线捆扎。

d）线路吊线及其他设备的接地电阻值应符合表2的要求。如果接地电阻达不到标准，应增加接地极或添加降阻剂。

表2 架空光缆吊线接地电阻表

避雷线的地下延伸部分应埋在地面700 mm以下，4.0 mm钢线延伸线的接地电阻及延伸长度应符合表3的要求。

表3 避雷线电阻要求

3.1.3 电气连通

目前，国内外标准关于光缆线路的接地有2种方式：一种是全程电气连通并在机房内接地；另一种是全程断开，即每段光缆的金属部件在接头处做有效电气隔断，但进入机房的线缆必须做有效接地。

GB51158-2015《通信线路工程设计规范》规定光缆接头处两侧金属构件不做电气连通。

3.2 终端接地方案

GB51158-2015《通信线路工程设计规范》8.3.5条规定“在局（站）内或交接箱处线路终端时，光（电）缆内的金属构件必须做防雷接地”。光缆终端设备通常包括光缆配线架、光缆交接箱、分纤箱、终端盒等，都应进行接地。

在光缆配线架中光缆金属构件应用截面不小于6 mm2的铜接地线，与高压防护接地装置相连，然后用截面不少于35 mm2的多股铜芯电力电缆引接到机房的第1级接地汇接排或小型局站的总接地汇接排。机房接地排接地电阻应不大于10 Ω。

光（电）缆线路进入光缆交接箱、分纤箱等交接设备时，金属构件应用截面不小于6 mm2的黄绿双色多股铜芯接地线与高压防护接地装置相连，然后使用截面积不小于16 mm2的黄绿色多股铜芯接地线引接到原有接地体上，接地电阻要求不大于10 Ω。

3.2.1 光缆配线架接地

通信机房应至少有2个接地排直接与地网连通，第1个接地排宜与第1级防雷器、配电箱、光缆金属加强芯和金属外护层连接；第2个接地排宜与设备地、直流电源地、机壳、走线架等连接。

实际工程中光缆金属加强芯不做接地的情况较多，一旦光缆带电将无法泄流，会导致连接至光缆配线架的多条光缆损坏，同时光缆配线架机壳将电流传导至机房其他设备，影响网络正常运行，可能造成严重的人员财产损失。

与光缆金属加强芯不做接地的情况相比，防雷排和工作地、保护地混用的情况更为严重。当光缆配线架中任一光缆的加强芯带电时，都会将电流引入等电位连接的设备，造成严重后果。机房地排属于机房配套设施，各专业新增设备都需从地排引接，工程参与人员多且复杂，极易出现混接，而在后续工程建设中将积重难返。

尤其是本地网核心机房、县级中心机房更应重视这些安全风险，一旦光缆引雷造成机房带电，不仅会对本地（市）、县级业务造成严重影响，还会导致其所在省际干线、省级干线、市到县传输系统的电路中断，同时危害机房施工、运维人员人身安全。建议进行专项整治，严格区分防雷排、工作地排和保护地排，并明确标示，严格避免后续工程中出现混用。在整改过程中应注意确保各地排直接和地网连通，尤其是防雷排。尽量减少工作地线的割接，以免引起设备掉电，各专业做好协同和预案，确保工程顺利实施。

光缆在光缆配线架中应参照图1所示方式接地。

需要注意的是光缆配线架除高压防护装置应接地外，机壳本身也应接地，以防止金属外壳带电危及人身和设备安全。接地端子通常位于光缆配线架机壳上方，建议采用16 mm2铜芯电缆接至机房保护地排。

图1 光缆配线架中接地方案图

3.2.2综合柜接地

小型局站尤其是基站中入局光缆较少，常在综合柜中的光分配子架中成端，部分传输综合柜无加强芯专用接地排（高压防护装置），导致加强芯接地与机柜保护接地共用地线，光缆加强芯上的强电对综合柜内的传输设备造成损害。

应在机柜内安装光缆金属加强芯专用接地排，将该铜排安装在机柜内光缆加强芯固定板上，并与固定板上的每个光缆加强芯固定端子紧固连接在一起。铜排与机房内第1级接地汇流排之间采用截面积35 mm2铜芯电缆，并使铜排与光缆配线架或综合柜外壳保持绝缘。

3.2.3 光缆交接箱接地

与光缆配线架相比，光缆交接箱是使用更广泛的光纤配线设备。由于通常位于室外，周边往往不具备可利用的地排，光缆交接箱未接地的问题更为普遍。需要说明的是光缆交接箱接入光缆数量更多，分布范围更广，如果1条光缆引雷带电，它将通过高压防护装置引流到其他光缆，造成的影响不可小视。

3.2.3.1 光缆交接箱产品要求

光缆交接箱产品种类多，应满足YD/T 988-2015《通信光缆交接箱》的技术要求。

a）接地装置与箱体金属构件之间的耐电压水平不小于3 000 V（DC），1 min不击穿、无飞弧。

b）接地装置与箱体金属构件之间的绝缘电阻应不小于2×104MΩ，试验电压为DC 500 V。

接地装置与箱体金属构件之间绝缘和耐压水平不满足要求的应进行整改。

3.2.3.2 接地体要求

光缆交接箱周边应新做接地体，具体要求如下：

a）接地体上端距地面宜不小于0.7 m。在寒冷地区接地体应埋设在冻土层以下。在土壤较薄的石山或碎石多岩地区应根据具体情况确定接地体埋深。

b）垂直接地体宜采用长度不小于2.5 m的热镀锌钢材、铜材、铜包钢等接地体，垂直接地体间距不宜小于5 m，具体数量可根据地网大小、地理环境情况确定。

c）在大地土壤电阻率较高的地区，当地网接地电阻值难以满足要求时，可向外延伸形成辐射形接地体，也可采用液状长效降阻剂、接地棒以及外引接地等方式。

d）水平接地体应采用热镀锌扁钢或铜材。水平接地体应与垂直接地体焊接连通。

e）接地体采用热镀锌钢材时，其规格应符合以下要求：钢管的壁厚不应小于3.5 mm；角钢不应小于50 mm×50 mm×5 mm；扁钢不应小于40 mm×4 mm；圆钢直径不应小于10 mm。

f）接地体采用铜包钢、镀铜钢棒和镀铜圆钢时，其直径不应小于10 mm。镀铜钢棒和镀铜圆钢的镀层厚度不应小于0.254 mm。

g）除混凝土中接地体之间所有焊接点外，其他接地体之间所有焊接点均应进行防腐处理。

h）接地装置的焊接长度，采用扁钢时不应小于其宽度的2倍；采用圆钢时不应小于其直径的10倍。

普通的接地网改造需要挖开地面布放接地体，要大面积动土，而进行地面开挖工作是要向市政府部门报建的，报建流程非常繁琐，很难获得批准，费用也较高，可采用接地棒接地的方式，建议使用铜包钢接地棒，减少路面开挖的实施难度。

在均匀的土壤条件下，可采用重锤施工，单根打入时在接地棒的尖头安装钻头（抗冲击螺栓），避免接地棒被打深时铜层受损害。如遇较深接地时，可用连接器连接多根接地棒，直到需要的长度，使接地棒达到良好的电气连接效果。当遇到很难深钻或根本不能打入的土壤时，可使用钻孔工具钻孔后把接地棒用连接器连接到需要的长度。接地电阻不满足要求时，应做将多根接地棒分别垂直打入土壤并在水平方向可靠连接，或者采用离子接地棒加降阻剂的方式，离子接地棒会长时间透泄出高度电离的化学物质改善周围土壤接地电阻率，而降阻剂可以直接降低接地棒周围的电阻率。

在FTTH工程中，光缆交接箱常安装于地下车库，应就近从附近的弱电间地排中引接。

3.2.4 分纤箱接地

由于“宽带中国”战略的实施和“提速降费”政策的推行，FTTH成为国内最主要的固定宽带接入方式，分纤箱也成为使用最多的光缆终端设备。由于分纤箱节点多、接地成本高，大楼接地排设置不规范，接地体引接困难，实际工程中分纤箱不接地的情况较为普遍，这给FTTH工程埋下了安全隐患。

分纤箱内光缆金属加强芯和金属护层应用6 mm2的多股铜线连接至分纤箱接地排，分纤箱接地排应用截面积不小于16 mm2的多股铜线就近引到该楼层接地排；当离接地排较远时，可就近从楼柱主钢筋引出接地端子作为接地点。

针对不同场景，分纤箱接地方案如下：

a）多层建筑物：接地体位于一层楼道内或墙体外侧时，分纤箱可直接引接；建筑物没有基础地网时，可在楼外新建接地体，接地体的要求和3.2.3.2节相同，接地电阻不大于10 Ω；建筑物没有基础地网，又无法新建接地体时，可利用楼宇内现有的电气防雷接地装置；以上条件不满足时建议使用非金属加强芯光缆。

b）高层建筑物：较为规范的高层建筑物弱电间内有接地扁钢直通各楼层，分纤箱接地线可就近从弱电间接地扁钢引接；有些建筑内每个单元弱电间内只有1个接地位置，可能位于地下或地上低层弱电间内，甚至不同单元分布位置亦不相同，可视分纤箱数量和楼层高度直接从该地排引接，或者在适当楼层新建地排（新建地排应满足接地电阻不大于10 Ω的要求），分纤箱从就近地排引接；以上条件不满足时建议使用非金属加强芯光缆。

在工程中也有将分纤箱地线连接至桥架的情况，但桥架本身是需要接地的金属构件，不应作为接地排。

从主筋内引接是GB 50689-2011《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》中提及的可选方案，但是存在施工协调困难、主筋接地电阻本身不达标、接地线和主筋因操作空间有限导致连接不可靠等风险，故本文不做推荐。

3.2.5 终端盒接地

光缆终端盒通常用于楼外基站接入，加强芯及屏蔽层应可靠接地，并用16 mm2铜芯电缆连接至防雷箱，接地应充分利用楼顶避雷带、避雷网、预留的接地端子以及建筑物楼顶的各类可能与地构成回路的金属管道。