長途光纜線路雷擊影響與防護措施

張瑞戌

摘要：光纜中的光纖主要材料是石英，由于石英是一種非金屬材料，所以光信號在傳輸的過程中不受外界電磁場的干擾。但絕大多數在用光纜并不是無金屬光纜，其內部結構中的金屬加強芯、金屬護套都會受到雷電的影響，尤其是直埋光纜，一旦遭受雷擊，搶修比較困難，造成的損失往往無法估量。隨著光纖光纜在現代通信領域的地位越來越重要，搞清雷擊對光纜的影響，認識雷擊光纜的規(guī)律，探索光纜防雷電安全措施，在日常光纜通信線路維護工作中顯得非常必要。

Abstract： The main material of the optical fiber in the optical cable is quartz. Since quartz is a non-metallic material， the optical signal is not interfered by the external electromagnetic field during the transmission process. However， the vast majority of optical cables in use are not metal-free optical cables. The metal reinforcement core and metal sheath in the internal structure will be affected by lightning， especially direct buried optical cables. Once lightning strikes， it is difficult to repair and it may cause incalculable loss. With the increasing importance of fiber optic cables in the field of modern communications， it is necessary to understand the impact of lightning strikes on optical cables， understand the rules of lightning cables， and explore the safety measures for lightning protection of optical cables.

關鍵詞：長途光纜;雷擊規(guī)律;防護措施

Key words： long-distance optical cable;lightning strike law;protective measures

中圖分類號：TN913.33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0241-02

1? 光纜遭受雷擊影響

當雷云閃擊大地時，雷電流為尋找最小阻抗泄放通道時，遇到獨立的樹、桿、塔和埋于大地中有與大地接觸良好的金屬導線類物體（如光纜中的金屬構件），能夠及時輸送雷云電荷至大地，完成一次雷電活動。

1.1 直擊雷影響

帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現象，叫做"直擊雷"。由于光纜埋設過程中纜溝土壤發(fā)生松軟變動，其土壤電阻率比其周圍地帶的土電阻率要低，在高土壤電阻率的地方，如果存在一塊低的電阻率區(qū)域，則該地區(qū)極易遭受直接雷擊。光纜一旦遭受雷擊，高強度的雷電流會直接擊穿光纜塑料外護層的絕緣層而進入金屬護套，并沿金屬護套-大地回路傳播，光纜金屬護套和纜芯間出現沖擊電壓，直接灼燒擊穿護套絕緣層。由于金屬護套與大地的電位差，在光纜遭受雷擊的同時，伴隨雷電流的電磁場力、動能、聲波和熱膨脹等強大機械應力的沖擊和擠壓，造成塑料外護層、金屬護套、金屬導體彎曲變形熔化，光纖折斷造成通信中斷。

1.2 間接雷影響

通信光纜的間接雷擊多由直接雷擊引起。雷電閃擊附近大地或建筑物時，落雷點與光纜之間形成極大的電位差，若電位差超過落雷點與光纜之間土壤、光纜外護層間的耐壓強度便會被擊穿，從而形成落雷點與光纜間的電弧通道，雷電流通過電弧通道涌向光纜，造成光纜嚴重損壞。光纜遭受間接雷擊會承受以下三種破壞性的機械損害：一是雷電在入地通道產生的高溫，光纜周圍土壤內水分急劇蒸發(fā)成氣體而產生的汽垂效應，瞬時間產生巨大的膨脹壓力，沖擊光纜，使光纜彎曲、變形、乃致折斷，光纖芯線破損斷裂，中斷通信。二是雷電流通過光纜金屬構件進入大地而產生的雷擊熱效應，使光纜中信號銅線、金屬加強件和金屬護層之間產生過電壓，絕緣防潮層被擊穿造成短路，引起整個通信系統(tǒng)信號中斷。三是巨大的雷電流沿光纜金屬護層傳導，光纜接頭處的跨接線被熔斷，且在熔斷的一瞬間產生火花，使接頭破壞，引起通信中斷。

1.3 雷電感應影響

當雷電擊中光纜線路附近其他物體或在上空發(fā)生云間放電時，在光纜金屬外護套等金屬構件上產生感應過電壓的靜電感應，由于電壓低，電流較小，能量也較小，對光纜影響不大。

2? 光纜遭遇雷擊規(guī)律

2.1 年均雷暴日天數多的地方易遭受雷擊

雷暴日是一年中有雷電的天數。河北、山西等地區(qū)，雷暴日天數均在24～46天，雷暴日天數多，遭受雷擊的概率較大。

2.2 大地電阻率較低的地方易遭受雷擊

在大地電阻率較低的地方，地面容易產生與雷電相反的異種電荷，易遭受雷擊，如有金屬礦床的地區(qū)、河岸、湖面等。

2.3 地表突出而尖銳的地方易遭受雷擊

地面總是不平坦的，有許多突出地面的物體，如樹木、煙囪、高大的建筑物等。光纜線路如果距離這些突出物較近，則更容易遭受雷擊。

2.4 電阻率突變地段易遭受雷擊

光纜路由上電阻率突變的地段，容易聚集感應電荷，即在土地壤電阻率普遍比較大，個別土壤電阻率小的地方容易遭受雷擊。如山坡與土地接壤處，陸地與水面交接處等。

2.5 光纜本身原因導致遭受雷擊

①由于施工后回填土壤沒有夯實，出現深溝，土壤松軟耐壓力降低的光纜。

②由于生產、儲存、運輸的不當，造成金屬護套損壞、加強芯對地絕緣較低的光纜。

③由于施工操作不當或鼠咬等原因導致光纜絕緣護套損壞的光纜。

④有鐵帽或金屬線對的監(jiān)測標石容易引雷，進而導致光纜遭受雷擊。即因為監(jiān)測標石被雷擊中后，電流又通過加強芯進入光纜，產生雷擊。

3? 光纜防雷擊措施

光纜線路經過平原、山區(qū)、盆地，地形復雜，土壤電阻率普遍較高，且存在不少過河地段，易遭受雷擊。針對這一現狀，在光纜線路防雷擊方面，主要做好以下幾方面工作：

①新建光纜線路時，要充分了解當地的氣象資料，盡量避開歷史雷擊區(qū)，當收集掌握的資料不足時，盡量敷設在雷擊活動相對較少的平原或整體土壤電阻率較低的地域。山區(qū)盡可能走山陰，避開山頂和山脊，繞開丘陵地區(qū)，不穿越礦區(qū)。光纜應與地面塔、桿、獨立樹以及建筑物保持一定的凈距離。

②加強光纜的對地絕緣。新敷設的光纜，盡量采用加厚PE層的無金屬加強芯光纜。已有的金屬加強芯光纜，敷設時斷開加強芯，并進行短接;接頭盒宜采用絕緣性能良好的接頭盒，實施機械連接而在電氣上斷開。敷設完畢后，先用30cm厚細沙覆蓋光纜，再進行回填。

③設置消弧線。當光纜線路無法避開的地面突出物，如電桿、獨立樹、塔等孤立的建筑物時，在光纜線路與孤立物之間設置消弧線，消弧線是面向光纜以便環(huán)繞獨立物。消弧線由2根鋼絞線做成，一根埋深與光纜相同，另一根埋深為光纜一半，兩根消弧線應焊接在地網，接地電阻要求不大于10Ωm，接地裝置距離光纜15m以上。但應注意的是光纜線路距地面突出物間距小于5m時，不宜采用消弧線。

④設置防雷線。按照每年100km光纜通信線路外護套發(fā)生針孔擊穿次數和土壤電阻率，每年0.5～2.5次，土壤電阻率高于100Ωm的地區(qū)，設置1根防雷線，每年2.5次以上，土壤電阻率高于500Ωm的地區(qū)，設置2根防雷線。防雷線使用發(fā)直徑8mm鍍鋅圓鋼或厚度不小于4mm的鍍鋅扁鋼在光纜上方30cm處平行設置，長度不小于2000m。另一種作法是：敷設方法同上，但在排流線的兩端及中間，每隔100m焊接一條橫連線，每隔200m埋設一條地線，并與橫連線焊接在一起。要求接地裝置離開光纜15m以上。

⑤做好間隔接地。當前架空光纜線路，其承重鋼絞線即為良好的防雷體，可間隔1000m左右設置良好的接地體，將雷電引入地下，保護光纜不受雷擊。

⑥安裝避雷針。在個別雷擊重點地方，如靠近光纜的電桿、高塔、單棵大樹，必要時可采取避雷針防雷。其作法是：利用現有的高聳物作為支撐物，在支撐物的頂端，用直徑為6-8mm，長度1.5m的圓鋼或40×4mm扁鋼作為引雷體，上端高于支撐物1.5m左右。在離開光纜15m以外的地方做專門的接地。引雷體和接地體間用7/2.2mm鋼絞線連通焊接起來。當大樹、電桿、高塔等與光纜之間的隔距較大（如超過10m）時，避雷針可直接引雷入地;當大樹、電桿等與光纜之間的距離較小（不足10m）時，避雷針應通過輔助桿延伸接地點。

4? 結束語

隨著信息技術的發(fā)展，高速數據業(yè)務、圖像業(yè)務的迫切需求，促使光纖傳輸信息的能力越來越大，光纖傳輸網的穩(wěn)定性要求越來越高，線路維護標準越來越高，光纜線路防雷擊工作應該被引起足夠重視。應該根據光纜線路地形地貌等實際情況，選取各種防雷技術，降低事故發(fā)生概率，圓滿完成通信保障任務。

參考文獻：

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[2]孫青華.光纜線路維護，光纜線務工程.

[3]程毅.光纜線路的維護，光纜通信工程設計、施工與維護.