地下通信電、光纜防雷措施的探討

王磊+孫蕾+蔡冰+魏強

摘 要：該文在分析雷電對埋地電、光纜線路的危害、雷擊電纜的形式基礎上，依據電、光纜防護中的標準，探討了地下通信電、光纜防雷的有效措施，以利于電、光纜通信線路的暢通和保護人員的人身安全。

關鍵詞：通信 電/光纜 防雷 排流線 消弧線

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0125-03

信號傳輸線是通信系統的重要組成部分，隨著現代通信、長距離通信事業的發展，信號傳輸線得到了廣泛的應用。傳輸線受雷擊的概率也相應增加了。

根據《長途通信干線光纜數字傳輸系統線路工程設計暫行技術規定》6.2.1條規定，年雷暴日數大于20日的地區光纜線路應采用防雷保護措施。直埋電/光纜的設計中防雷設計是十分重要的。

1 雷擊直埋電、光纜的故障分析

1.1 電、光纜被雷擊而引起的壓扁

當雷擊電、光纜時，閃電本身溫度極高， 使光、電纜周圍土壤的水分迅速蒸發， 水蒸氣迅速膨脹，在瞬間產生強大的壓力沖擊到電、光纜上，電纜護套會出現壓扁、凹痕、彎曲等現象。

1.2 金屬護套被雷擊形成孔洞

雷電流將大地介質擊穿而產生電弧時，由于電弧本身溫度極高，使護套熔化形成孔洞。雷電流特大時，護套與金屬導線間產生很高的電位差，擊穿絕緣層產生電弧，使孔洞附近的光纖斷裂或將芯線熔斷。

1.3 金屬護套被擊穿而引起電蝕

在直擊雷電流很高或地電位很高的區域，光、電纜不至于形成孔洞而是被擊穿成針孔， 時間久了針孔處氧化便引起電蝕。

2 地下電、光纜的避雷措施

2.1 路由的選擇

電纜埋設深度很少影響其對雷電的敏感程度。地下通信電、光纜受雷擊的概率，主要取決于通過地區的落雷密度、雷電流幅值、建筑物、金屬管及其他電纜給予的屏蔽程度和土壤電阻率等。因此地下線纜在選擇路由時，應盡量避開易遭雷擊的地方，選擇雷害較小之處。下面幾點在選擇路由時應予注意：（1）線路應盡量沿平原地區敷設，平原地區雷擊活動比山區弱。如果線纜必須經過山地，應力求避免走山頂或山脊。（2）最好沿電阻率低的地方敷設。（3）凡曾經落過雷，特別是重復雷擊的地方，要仔細觀察分析落雷因素，設法避開。（4）要盡量避開具有邊緣效應的地方，如石山與水田或河流的交際處，溪岸河邊，地下水出口處，土壤電阻率突變的地帶和有金屬礦脈的地區等。（5）要盡量避開有孤立大樹（特別是枯樹）、高聳建筑物等的地方及與高壓輸電線交越時的電力線和拉線附近。（6）山區敷設的直埋電、光纜路由應盡量選擇在山嶺的北坡和西北坡，山區敷設的電、光纜路由應選擇兩山之間的峽谷中，這種地形地勢狹窄，形成雷電的條件較差，遭受雷擊的機會較少。（7）線纜通過土山路由最好選擇在山腳部分，通過石山路由最好選擇在山腰部分。

2.2 安全距離

2.2.1 光纜線與獨立建筑物的凈距離

光纜線應與獨立建筑物、電力桿塔、古塔等保持一定的凈距離（L1）。當土壤電阻率ρ≤100 Ω·m，L1為10 m；500 Ω·m≥ρ>100 Ω·m，L1為15 m；ρ>500 Ω·m，L1為20 m。

2.2.2 光纜線與孤立大樹的凈距離

光纜線與孤立大樹也應保持適當的凈距離（L2）。土壤電阻率ρ≤100 Ω·m，L2 為15 m；500 Ω·m≥ρ>100 Ω·m，L2為20 m；ρ>500 Ω·m，L2為25m。

2.2.3 電纜線與接地裝置的凈距離

電纜線要盡量避開各種接地裝置保持適當的凈距離（L3）。凡土壤電阻率ρ≤100 Ω·m，要離開10m（L3=10 m）；500 Ω·m≥ρ>100 Ω·m，要離開15 m（L3=15 m）；ρ>500 Ω·m，要離開20 m（L3=20 m）。

2.3 合理選擇電、光纜

地下通信電纜在選擇規格時，應注意選擇耐雷性能高的電纜。在雷害嚴重地段，應選擇具有高強度絕緣介質的防雷特性較好的光纜（絕緣強度要達到直流電壓20 kV時，保持5 s不被擊穿和不損害傳輸性能）。在雷擊特別嚴重的地區，要選用高強度尼龍加強芯無金屬光纜。

3 地下電、光纜的防雷措施

3.1 選擇金屬凱裝或穿鐵管

同軸電纜內導體又稱為芯線，由銅或鋁等導電材料制成，外導體由銅材編織而成，既起導電作用，又具有屏蔽作用。兩層導體之間用絕緣介質，如聚乙烯，塑料等隔開。電纜外層常用塑料或橡膠制成，其保護作用。如果在塑料外層的外面再加一具有更高機械強度的金屬凱裝保護套，如鍍鋅鋼絲編織套，這樣除增大電纜的抗電強度外，還可以改善屏蔽性能。不過對于非凱裝的同軸電纜，采用鐵管也能對電纜提供完善的防雷保護。鐵管對所有電纜都能提供在雷電最活躍、土壤電阻率最高的地方的完善防雷保護。不過，它通常只用于主要干線電纜或高土壤電阻率的山上的重要無線電電臺的電纜。

3.2 布放排流線（地下屏蔽線）

排流線是地下線纜防雷中的主要防護措施，它是通過在線纜上方的一定距離處敷設一根或兩根導線，以此來減少電、光纜的雷擊故障。圖1為地下電纜雙根屏蔽線布防示意圖。一般排流線的布放已接近地表為宜。實踐表明，當土壤電阻率ρ≤100 Ω·m時，無須采用屏蔽線；當ρ在 100 Ω·m至1000Ω·m時，可采用一根排流線；當ρ在1000 Ω·m至3000 Ω·m時應采用兩根排流線或電纜金屬外凱裝線，該凱裝線應連續與土壤接觸；當ρ>3000 Ω·m時，則電纜應敷設在鐵管內了。

沿電纜布放排流線又分為與電纜不連接和與電纜相連接兩種。如圖2圖、3所示。如果電纜有金屬箔屏蔽或防水屏蔽的話，那么這兩根屏蔽線則不應該與其相連。近年來一些文獻推薦，只需在電纜上方0.4到0.6 m，埋設兩根直徑為8 mm的圓鋼，不用接地，也不用與電纜相連，同樣也可以獲得較好的保護效果，而且省料省工經濟和施工方便。endprint

3.3 設置消弧線

當地下電纜不能避開孤樹、高塔、電桿等高物時，可采用設置消弧線這種防雷措施。所謂消弧，就是消除對電纜產生放電電弧的意思。當雷擊孤樹等高物時，高物可將雷電流引至大地，于是與電纜之間可能發生電弧擊穿而損壞電纜。在電纜與孤樹等高物之間設置消弧線后，大量的雷電流將從消弧線上入地，從而降低了它們間的電位差，保護了電纜。這種裝置實際上是一根短而且兩端有集中接地的排流線。消弧線的效果與需要消弧的距離及消弧線接地電阻關系很大。

消弧線的設置辦法如圖5所示。一般采用兩根7.22 mm鋼絞線在孤樹等高物與電纜之間做成半圓弧狀圍住高物，其中一根鋼絞線與電纜埋深相同，而另一根鋼絞線埋深僅為電纜埋深的一半左右。兩根鋼絞線兩端都焊接在接地裝置上。接地裝置應遠離電纜的一側，其接地電阻要求5 Ω，當土壤電阻率ρ大于100 Ω·m時，可放寬到10 Ω，但不得超過20 Ω。圖中ρ值與a，b值得關系如上表1所示。

當土壤電阻率過大，并且電纜與孤樹等高物的間距又不足5 m時，加消弧線也難以起到防護作用，這是必須采取其他辦法，如筏樹、拆高物或遷移電纜位置等來防止雷害。

3.4 架空接閃線或接閃桿

對于地下電纜易遭受直擊雷影響的特定地段，可以采用架空的接閃線或接閃桿來進行保護，由于這兩種措施都具有優先接收和招引雷電的作用，因而也能收到比較好的預防雷擊的效果，而且施工簡便，維護容易。不過缺點是對空暴露，保密性太差。

3.4.1 安裝架空接閃線

接閃線的安裝方法也有兩種：一種如圖6所示，即沿電纜方向并距電纜3～8 m架設一根架空的接閃線。此接閃線可是兩側寬3 h～5 h（h為接閃線距地面的高度）的區域面遭雷擊。其接地裝置應在離地下電纜25～30 m的位置，接地電阻在土壤電阻率ρ<100 Ω·m時，接地裝置的接地電阻值<10 Ω；在土壤電阻率ρ>100 Ω·m時，接地裝置的接地電阻值<20 Ω。

另一種是當地下電纜接近架空明線（相距3～8 m）時，則可利用明線線路作為接閃線來保護電纜。此時在明線線路上面的導線上，每隔150 m左右應裝設適配的信號電涌保護器，該接地裝置同樣要距地下電纜25～30 m，接地電阻仍為10 Ω或20 Ω。

架空接閃線安裝的幾點注意：（1）使用木桿，不能用水泥桿（因為水泥桿中有鋼筋），引出地線的木桿只能用撐桿加固，因為如果用拉線加固，地錨距電纜太近，易經拉線從地錨反擊電纜。（2）利用與電纜平行的架空明線作為架空地線來保護電纜，除要對被選導線裝設適配的信號電涌保護器外，凡是靠近電纜的架空明線的拉線地錨，以及電桿接閃桿所用的接地裝置，都必須進行改裝，主要是為了防止反擊。（3）水泥桿明線線路，由于對地絕緣的耐壓強度低，線路上的雷電流一般經電桿入地，其后又反擊至電纜，故不能將其作為防護電纜的架空地線使用，因此需要將電纜改道或者移走明線。

3.4.2 安裝接閃桿

地下電纜需要保護的特定段落不長，且靠近孤樹、電桿、高塔等，而又不宜采用消弧線法和其他措施時，可采用接閃桿法。其具體結構如圖7所示。左邊是利用現有樹木或電桿作支柱，右邊是自立木桿或水泥桿作支持物。在樹頂或桿頂支出1 m長的尖形或帚形的鐵棒（Φ6-8×1500 mm）作為接閃桿，在距電纜20 m以外設置專用接地裝置，接地電阻在土壤電阻率ρ《100 Ω·m時為5 Ω，大于100 Ω·m時為10 Ω。

3.5 間裝電涌保護器

（1）芯線每隔一段距離加裝一組適配的電涌保護器。

（2）兩段平的凱裝電纜的接頭處，應把金屬護套和鋼帶并接在一起，以減少電纜金屬外皮的電阻，以降低雷電流經外皮時，芯皮間出現的過電壓，即使降低轉移阻抗，避免芯皮間的絕緣被擊穿。

（3）將所有電纜金屬護套及鋼帶在電氣上統統并接在一起，使每條電纜外皮上流過的雷電流變小，芯皮間的雷電過電壓也隨之減小，同時電纜間的電壓得到均衡，可以避免電纜之間發生放電。

3.6 過橋線

過橋線是電纜防護的基本措施之一。過橋線將電纜接頭兩側的鋼帶與電纜金屬護套連接在一起，如圖9所示。這不僅使各段電纜間的凱裝鋼帶及金屬護套在電氣上連接起來，而且使電纜外皮電阻減小，增強了防雷能力，減少甚至避免雷電流漏泄或耦合到電纜上，產生高電壓而使鋼帶與銅皮間發生跳弧擊穿。

作為過橋線的導線不能太細，否則雷電流過大，使過橋線熔斷，在接續點處產生跳弧擊穿，損傷電纜。同時過橋線應牢牢地焊在電纜金屬護套及接頭套管和鋼帶上。如果虛焊、假焊，也能產生高壓電弧擊穿，導致損傷電纜。

4 電、光纜線路防雷裝置的維護

一般來講，電/光纜在敷設時已根據具體需要采用了相應的防雷措施，但防雷裝置不是一勞永逸的。防雷裝置的質量直接關系到電/光纜線路的防雷效果。因此，在日常維護工作中必須引起足夠的重視，要把防雷裝置的維護與電/光纜的路面維護緊密地結合起來。

（1）在電/光纜發生雷擊故障的地點和電/光纜附近曾經落雷的地區，應該分別測試電/光纜線路上土壤2 m和10 m深的土壤電阻率。接地裝置的接地電阻，每年至少測試一次，一般在雷雨季節之前進行， 接地電阻不符合要求的，應予以改善。

（2）防雷裝置的維護可結合光纜路面維護一并進行。接地裝置應根據土壤的腐蝕情況，定期挖開檢查其腐蝕程度，發現不符合質量要求的應及時進行修復或更換。光纜監測標石內如接有地線的，應經常檢查地線連接是否良好。在檢查防雷裝置的同時， 應測試接地裝置的接地電阻，如達不到要求， 應找出原因并整修合格。

（3）為了確切地掌握雷擊光纜的規律， 以便為采取防雷措施提供依據， 各電/光纜線路維護中心應認真及時做好雷擊資料的收集工作，對雷擊電/光纜故障做詳細的記錄。endprint

5 結語

雷電怍為自然界中一種現象，其特性等還不被人們所了解掌握.人只是在長期的社會實踐中研究一些雷電現象和災害后果時逐步摸索了其一些規律性的東西。在地下電/光纜的防護中應用科學知識和手段采取一些相應的防雷裝置也不是一勞永逸的，也還必然是要在工程設計、施工和日常維護中不斷深入研究，探索新方法和不斷改進措施，因此電/光纜防雷工作是一個難度較大的課題要搞好這項工作需要各方面各環節的密切配合：（1）在工程設計選路由時盡量避開雷擊區，無法避開時，應采用相應的防雷保護措施或可考慮采用防雷電/光纜敷設；（2）施工要嚴格按電/光纜纜敷設保護要求防止外護套損傷，嚴格按防雷要求施工保證質量；（3）工程隨工要作好工序檢驗工作把防雷裝置的施工質量作為隨工驗收的主要內容之一；（4）日常維護應定期檢測防雷裝置，如接地裝置測試等，發現不合格的要立即改善；（5）對遭受雷害的地段應采取相應的設防補救措施，以防二次雷擊；（6）需在電/光纜制造時的結構質量和運輸、監測等各個環節都要有對雷害的防護意識和采取相應防護性技術措施；7要不斷地探索雷擊規律，盡量預測雷擊點采取預防措施，努力減少甚至避免雷電對電/光纜的危害。總之，電/光纜線路防雷工作，需要從涉及到的各方面都下功夫做好，力爭做到防護效果好，施工維護方便，經濟合理。

參考文獻

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[10] 建筑物電子信息系統防雷技術規范GB50343-2012[S].endprint

5 結語

雷電怍為自然界中一種現象，其特性等還不被人們所了解掌握.人只是在長期的社會實踐中研究一些雷電現象和災害后果時逐步摸索了其一些規律性的東西。在地下電/光纜的防護中應用科學知識和手段采取一些相應的防雷裝置也不是一勞永逸的，也還必然是要在工程設計、施工和日常維護中不斷深入研究，探索新方法和不斷改進措施，因此電/光纜防雷工作是一個難度較大的課題要搞好這項工作需要各方面各環節的密切配合：（1）在工程設計選路由時盡量避開雷擊區，無法避開時，應采用相應的防雷保護措施或可考慮采用防雷電/光纜敷設；（2）施工要嚴格按電/光纜纜敷設保護要求防止外護套損傷，嚴格按防雷要求施工保證質量；（3）工程隨工要作好工序檢驗工作把防雷裝置的施工質量作為隨工驗收的主要內容之一；（4）日常維護應定期檢測防雷裝置，如接地裝置測試等，發現不合格的要立即改善；（5）對遭受雷害的地段應采取相應的設防補救措施，以防二次雷擊；（6）需在電/光纜制造時的結構質量和運輸、監測等各個環節都要有對雷害的防護意識和采取相應防護性技術措施；7要不斷地探索雷擊規律，盡量預測雷擊點采取預防措施，努力減少甚至避免雷電對電/光纜的危害。總之，電/光纜線路防雷工作，需要從涉及到的各方面都下功夫做好，力爭做到防護效果好，施工維護方便，經濟合理。

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5 結語

雷電怍為自然界中一種現象，其特性等還不被人們所了解掌握.人只是在長期的社會實踐中研究一些雷電現象和災害后果時逐步摸索了其一些規律性的東西。在地下電/光纜的防護中應用科學知識和手段采取一些相應的防雷裝置也不是一勞永逸的，也還必然是要在工程設計、施工和日常維護中不斷深入研究，探索新方法和不斷改進措施，因此電/光纜防雷工作是一個難度較大的課題要搞好這項工作需要各方面各環節的密切配合：（1）在工程設計選路由時盡量避開雷擊區，無法避開時，應采用相應的防雷保護措施或可考慮采用防雷電/光纜敷設；（2）施工要嚴格按電/光纜纜敷設保護要求防止外護套損傷，嚴格按防雷要求施工保證質量；（3）工程隨工要作好工序檢驗工作把防雷裝置的施工質量作為隨工驗收的主要內容之一；（4）日常維護應定期檢測防雷裝置，如接地裝置測試等，發現不合格的要立即改善；（5）對遭受雷害的地段應采取相應的設防補救措施，以防二次雷擊；（6）需在電/光纜制造時的結構質量和運輸、監測等各個環節都要有對雷害的防護意識和采取相應防護性技術措施；7要不斷地探索雷擊規律，盡量預測雷擊點采取預防措施，努力減少甚至避免雷電對電/光纜的危害。總之，電/光纜線路防雷工作，需要從涉及到的各方面都下功夫做好，力爭做到防護效果好，施工維護方便，經濟合理。

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