光纜中繼段綜合防雷接地技術(shù)

張維東

（中國(guó)電信股份有限公司重慶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)中心，重慶 400042）

隨著“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施，光纖從中繼層面延伸到用戶(hù)終端，光纜的大量采用后，在給通信業(yè)帶來(lái)快速發(fā)展的同時(shí)，如何保證光纜線(xiàn)路安全運(yùn)行免遭雷擊損壞將是我們必須面臨的課題，本文將對(duì)光纜線(xiàn)路的防雷接地保護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析。

1 光纜引雷原理分析

通信光纖由非金屬石英玻璃制成，不導(dǎo)電，可以防止電流。然而，為了保護(hù)高容量光纖免受環(huán)境影響并適應(yīng)電纜敷設(shè)過(guò)程中的拉伸，應(yīng)力和摩擦力，電纜必須具有裝甲部件，主要是金屬鎧裝層，增強(qiáng)芯，這是金屬導(dǎo)體。當(dāng)接近電纜線(xiàn)的電源線(xiàn)引起電纜線(xiàn)的金屬部件上的短路或雷擊時(shí)，引起交流電或浪涌電流，導(dǎo)致人身傷害或損壞電纜線(xiàn)裝置。

雷電傾向于找到最小阻抗路徑以使雷云電荷放電并中和地下電荷。當(dāng)雷擊到地面或建筑物時(shí)，雷電點(diǎn)的電位上升，電纜延伸很遠(yuǎn)，遠(yuǎn)端電位可以視為0，因此雷擊點(diǎn)附近的電纜電位也可以視為0，使閃電點(diǎn)和電纜形成很大的電位差。如果電位差超過(guò)雷擊點(diǎn)與電纜外護(hù)套之間的耐受電壓，則外護(hù)套將斷裂，形成從雷電點(diǎn)到金屬構(gòu)件的電弧通道，從而產(chǎn)生大量的雷電流，插入電纜，嚴(yán)重?fù)p壞電纜。

2 光纜中繼段綜合防雷接地技術(shù)

光纜中繼段端到端線(xiàn)路一般包括入局光纜線(xiàn)路、管道光纜線(xiàn)路、架空光纜線(xiàn)路、直埋光纜線(xiàn)路。光纜中斷段端到端防雷接地技術(shù)需要全面考慮在一個(gè)中繼段中各種敷設(shè)方式的光纜線(xiàn)路，綜合運(yùn)用各種防雷接地技術(shù)措施，從而保障整個(gè)光纜中繼段的安全運(yùn)行。

2.1 直埋光纜防雷接地技術(shù)措施

直埋光纜線(xiàn)路主要防雷接地措施有：光纜接頭金屬構(gòu)件電氣斷開(kāi)，敷設(shè)屏蔽線(xiàn)、消弧線(xiàn)、避雷針、架空防雷線(xiàn)，特殊地段采用無(wú)金屬光纜等。

2.1.1 光纜接頭金屬構(gòu)件電氣斷開(kāi)

在光纜接頭處斷開(kāi)金屬加強(qiáng)芯、金屬鎧裝護(hù)套等金屬構(gòu)件；光纜內(nèi)金屬構(gòu)件分連通和斷開(kāi)兩種，目前在工程施工規(guī)范中要求進(jìn)行斷開(kāi)處理，這樣確保當(dāng)本纜段光纜發(fā)生雷擊時(shí)雷電流不影響前后纜段。

2.1.2 敷設(shè)屏蔽線(xiàn)

在光纜上方30cm敷設(shè)單條或雙條屏蔽線(xiàn)（又稱(chēng)排流線(xiàn)），屏蔽線(xiàn)一般采用7/2.2mm鋼絞線(xiàn)或鍍鋅鋼線(xiàn)，雙條排流線(xiàn)相距為0.4～0.6m，采取平行鋪設(shè)，并將兩端引伸到大地電阻率較小的地方，其敷設(shè)長(zhǎng)度一般要求不少于2000m。在雷擊嚴(yán)重地區(qū)，可在排流線(xiàn)的兩端及中間每隔200m裝設(shè)接地裝置，將排流線(xiàn)通過(guò)接地裝置入地，要求接地裝置距光纜至少保持15m以上，對(duì)于土壤電阻率大于100Ω.m的地段，敷設(shè)單條排流線(xiàn)；電阻率小于100Ω.m或有銅導(dǎo)線(xiàn)光纜的地段敷設(shè)雙條排流線(xiàn)。其接地電阻要求如圖1所示：

2.1.3 敷設(shè)消弧線(xiàn)

雷擊大地時(shí)，雷擊點(diǎn)和該點(diǎn)附近的地下光纜間將產(chǎn)生很大的電位差。該電位差超過(guò)雷擊點(diǎn)和光纜間土壤絕緣強(qiáng)度時(shí)，土壤就會(huì)被擊穿，產(chǎn)生電弧，雷電流經(jīng)過(guò)擊穿的土壤流入光纜。當(dāng)在光纜路徑附近有單獨(dú)的閃電采集物體，如大樹(shù)或高桿時(shí)，電纜不太可能被雷擊，但如果高目標(biāo)被擊中，則閃電電流通過(guò)根部或避雷針進(jìn)入地面。線(xiàn)路通常會(huì)泄漏到電纜上或破壞土壤并產(chǎn)生電弧以損壞電纜。具體保護(hù)方法是：在防雷目標(biāo)和光纜之間，用兩條金屬線(xiàn)制作半圓弧形防雷目標(biāo)，其中一條與光纜埋深相同，另一個(gè)埋在光纜中。一半的電線(xiàn)焊接到接地裝置。接地裝置應(yīng)遠(yuǎn)離電纜側(cè)面，距離電纜不小于15m，接地電阻應(yīng)不大于10歐姆。如圖2所示：

如果獨(dú)立大樹(shù)、桿塔與光纜的距離小于5米，即使敷設(shè)了消弧線(xiàn)也難減少雷擊損害光纜的可能性。因?yàn)橄【€(xiàn)距離光纜不足2.5米時(shí)，消弧線(xiàn)上通過(guò)雷電流產(chǎn)生的高電位也可能把土壤擊穿，向光纜跳弧。因此，這種情況下可砍伐獨(dú)立大樹(shù)的措施或安裝避雷針?lè)绞奖芾祝牵绻髽?shù)是屬于保護(hù)之列而不能砍伐，那么只能改變光纜路由以避開(kāi)獨(dú)立大樹(shù)。

2.1.4 安裝避雷針

避雷針是一種廣泛使用的設(shè)備，可以防止直接雷擊。它可以將雷電放電到自身，并防止受保護(hù)電纜線(xiàn)上的直接雷擊。避雷針的保護(hù)范圍和避雷針的數(shù)目、高度、相互位置，雷云高度和雷云對(duì)避雷針的位置有關(guān)。雷電放電高度H與避雷針的高度h的比值越大，避雷針的保護(hù)作用就越強(qiáng)，其保護(hù)范圍是直徑3h-5h的圓面積。避雷針?lè)览椎膽?yīng)用范圍與消弧防雷相同。它還可以用于兩座山脈之間的風(fēng)口和其他地形優(yōu)勢(shì)，如能將避雷針設(shè)置在光纜與雷云發(fā)源地之間的雷云活動(dòng)的路徑上，或設(shè)置在光纜附近的高處攔截雷電，使雷電未到達(dá)光纜附近就入地，防雷效果就更顯著一些。避雷針的防雷作用比消弧線(xiàn)方法好，效能較高，做起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但它有對(duì)空暴露點(diǎn)，安裝時(shí)要注意地形、地物有利處或加以偽裝后使用。

2.1.5 安裝架空防雷線(xiàn)

架空防雷地線(xiàn)也是直埋光纜防止雷擊損害的措施之一，它適用于需要防雷地段較長(zhǎng)的地方。優(yōu)點(diǎn)是防直擊雷效果較好，施工方法比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是對(duì)空暴露，影響環(huán)境。

架空防雷地線(xiàn)的做法：沿著光纜路由，與光纜相距3～8m處設(shè)置木桿桿路，架設(shè)架空防雷地線(xiàn)線(xiàn)路。架空防雷地線(xiàn)可以吸引兩側(cè)寬度為3～5h（h為架空防雷地線(xiàn)距地面的高度）地帶的雷擊，只要防雷導(dǎo)線(xiàn)上所產(chǎn)生的雷電壓不超過(guò)木桿的絕緣擊穿強(qiáng)度，敷設(shè)在該地區(qū)內(nèi)的光纜就可以免遭直接雷擊。如果防雷導(dǎo)線(xiàn)上所產(chǎn)生的雷電壓超過(guò)木桿的絕緣擊穿強(qiáng)度，那么雷電流將經(jīng)過(guò)木桿注入光纜附近的地下，從而擊壞光纜，使光纜發(fā)生故障。為了減少木桿遭受雷擊的損壞，在木桿上裝設(shè)避雷針（與防雷線(xiàn)線(xiàn)材相同），避雷針應(yīng)該與防雷地線(xiàn)相連并接地。接地裝置和光纜的距離應(yīng)不小于15m，一般每隔150～200m做一次防雷線(xiàn)接地。在空曠地方，不妨礙耕作或人們活動(dòng)的情況下，架空防雷地線(xiàn)與接地裝置之間也可以直接用拉線(xiàn)連接，但應(yīng)保證光纜與拉線(xiàn)在地上終端距離不小于15m。

2.1.6 特殊地段采用無(wú)金屬光纜

光纜利用光纖作為通信介質(zhì)可以免受電流的損害，但光纜中加強(qiáng)件、防潮層和鎧裝層都是金屬構(gòu)件，仍可能遭受雷電沖擊，從而損壞光纜，嚴(yán)重時(shí)使通信中斷。因此，在雷暴日較多、土壤電阻率急劇變化的地段，應(yīng)采取無(wú)金屬光纜。

2.2 架空光纜防雷接地

架空光纜線(xiàn)路主要防雷接地措施有：光纜接頭金屬構(gòu)件電氣斷開(kāi)，吊線(xiàn)接地及電氣斷開(kāi)，電桿接地，敷設(shè)架空防雷線(xiàn)，特殊地段采用無(wú)金屬光纜，桿路應(yīng)盡量避開(kāi)容易遭受雷擊的地段等。

2.2.1 光纜接頭金屬構(gòu)件電氣斷開(kāi)

與直埋光纜相同，在架空光纜接頭處斷開(kāi)金屬加強(qiáng)芯、金屬鎧裝護(hù)套等金屬構(gòu)件；光纜內(nèi)金屬構(gòu)件分連通和斷開(kāi)兩種，目前在工程施工規(guī)范中要求進(jìn)行斷開(kāi)處理，這樣確保當(dāng)本纜段光纜發(fā)生雷擊時(shí)雷電流不影響前后纜段。

2.2.2 吊線(xiàn)接地及電氣斷開(kāi)

架空光纜一般采用7/2.0mm鍍鋅鋼絞線(xiàn)做吊線(xiàn)，只要對(duì)吊線(xiàn)做適當(dāng)?shù)慕拥靥幚恚闶且粭l很好的架空地線(xiàn)。電纜懸掛線(xiàn)應(yīng)每隔300-500米通過(guò)防雷或拉絲接地。絕緣子應(yīng)每1千米安裝一次，以便斷開(kāi)電源。架空電纜應(yīng)安裝在架空電纜上方，特別嚴(yán)重的雷電損壞。

2.3 管道光纜防雷接地

管道光纜相對(duì)較安全，所處地形不易受雷擊損壞。管道光纜線(xiàn)路主要防雷接地措施有：光纜接頭金屬構(gòu)件電氣斷開(kāi)，特殊地段采用無(wú)金屬光纜等。

2.4 入局光纜防雷接地

光纜進(jìn)入局（站）的防雷接地總的思路，首先是要把纜線(xiàn)受到雷電感應(yīng)所帶的雷電感應(yīng)電壓攔截在局外；其次是做好局內(nèi)的

接地。

2.4.1 光纜入局方式

根據(jù)規(guī)定，在所有類(lèi)型的電纜入口處使用垃圾填埋場(chǎng)和管道，并盡可能避免進(jìn)入空中。當(dāng)引入帶有金屬護(hù)套/層的電纜時(shí)，金屬護(hù)套/層應(yīng)接地。沒(méi)有金屬外護(hù)套的電纜應(yīng)埋在鋼管內(nèi)，鋼管的兩端應(yīng)接地。

2.4.2 入局光纜防雷接地措施

所有入局光纜在機(jī)房ODF架進(jìn)行成端固定，其光纜金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)套在ODF架接地排上可靠固定和接地處理，并將光纜金屬加強(qiáng)芯接地排引入到機(jī)房ODF架光纜金屬加強(qiáng)芯防雷專(zhuān)用地排，ODF機(jī)架保護(hù)地與光纜金屬加強(qiáng)芯防雷地排分設(shè)，以防止雷電感應(yīng)電壓經(jīng)光纜金屬加強(qiáng)芯損壞機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備。ODF架及光纜金屬加強(qiáng)芯防雷接地應(yīng)符合以下要求，如圖3所示：

圖3 機(jī)房ODF架和入局光纜金屬加強(qiáng)芯防雷接地示意圖

ODF架外殼設(shè)備保護(hù)地應(yīng)采用16mm2以上的多股銅電線(xiàn)接到機(jī)房設(shè)備專(zhuān)用地排；光纜增強(qiáng)芯的接地線(xiàn)和金屬屏蔽層首先連接到ODF框架中的特殊防雷接地，然后將16mm2以上的多股銅線(xiàn)連接到ODF專(zhuān)用接地。專(zhuān)用接地的ODF地排應(yīng)該和機(jī)房設(shè)備的地排分開(kāi)，最后才匯接到機(jī)房總地排；機(jī)房0DF內(nèi)光纜金屬加強(qiáng)芯固定裝置應(yīng)與ODF絕緣。

3 結(jié)束語(yǔ)

為避免光纜中繼段線(xiàn)路遭受雷擊損壞對(duì)通信造成影響，要統(tǒng)籌考慮中繼段端到端的防雷技術(shù)，結(jié)合中繼段光纜具體的敷設(shè)方式，綜合運(yùn)用從機(jī)房ODF架成端開(kāi)始整個(gè)中繼段光纜線(xiàn)路各種敷設(shè)方式的防雷接地措施，從而保障整個(gè)光纜中繼段端到端的安全運(yùn)行。