長(zhǎng)途光纜線路雷擊影響與防護(hù)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(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中不受外界電磁場(chǎng)的干擾。但絕大多數(shù)在用光纜并不是無(wú)金屬光纜，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的金屬加強(qiáng)芯、金屬護(hù)套都會(huì)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(wú)法估量。隨著光纖光纜在現(xiàn)代通信領(lǐng)域的地位越來(lái)越重要，搞清雷擊對(duì)光纜的影響，認(rèn)識(shí)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(hù)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(guān)鍵詞：長(zhǎng)途光纜;雷擊規(guī)律;防護(hù)措施

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

中圖分類號(hào)：TN913.33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0241-02

1? 光纜遭受雷擊影響

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

1.1 直擊雷影響

帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做"直擊雷"。由于光纜埋設(shè)過(guò)程中纜溝土壤發(fā)生松軟變動(dòng)，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(qiáng)度的雷電流會(huì)直接擊穿光纜塑料外護(hù)層的絕緣層而進(jìn)入金屬護(hù)套，并沿金屬護(hù)套-大地回路傳播，光纜金屬護(hù)套和纜芯間出現(xiàn)沖擊電壓，直接灼燒擊穿護(hù)套絕緣層。由于金屬護(hù)套與大地的電位差，在光纜遭受雷擊的同時(shí)，伴隨雷電流的電磁場(chǎng)力、動(dòng)能、聲波和熱膨脹等強(qiáng)大機(jī)械應(yīng)力的沖擊和擠壓，造成塑料外護(hù)層、金屬護(hù)套、金屬導(dǎo)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(shí)，落雷點(diǎn)與光纜之間形成極大的電位差，若電位差超過(guò)落雷點(diǎn)與光纜之間土壤、光纜外護(hù)層間的耐壓強(qiáng)度便會(huì)被擊穿，從而形成落雷點(diǎn)與光纜間的電弧通道，雷電流通過(guò)電弧通道涌向光纜，造成光纜嚴(yán)重?fù)p壞。光纜遭受間接雷擊會(huì)承受以下三種破壞性的機(jī)械損害：一是雷電在入地通道產(chǎn)生的高溫，光纜周圍土壤內(nèi)水分急劇蒸發(fā)成氣體而產(chǎn)生的汽垂效應(yīng)，瞬時(shí)間產(chǎn)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(guò)光纜金屬構(gòu)件進(jìn)入大地而產(chǎn)生的雷擊熱效應(yīng)，使光纜中信號(hào)銅線、金屬加強(qiáng)件和金屬護(hù)層之間產(chǎn)生過(guò)電壓，絕緣防潮層被擊穿造成短路，引起整個(gè)通信系統(tǒng)信號(hào)中斷。三是巨大的雷電流沿光纜金屬護(hù)層傳導(dǎo)，光纜接頭處的跨接線被熔斷，且在熔斷的一瞬間產(chǎn)生火花，使接頭破壞，引起通信中斷。

1.3 雷電感應(yīng)影響

當(dāng)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(shí)，在光纜金屬外護(hù)套等金屬構(gòu)件上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓的靜電感應(yīng)，由于電壓低，電流較小，能量也較小，對(duì)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(shù)多的地方易遭受雷擊

雷暴日是一年中有雷電的天數(shù)。河北、山西等地區(qū)，雷暴日天數(shù)均在24～46天，雷暴日天數(shù)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(chǎn)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(shù)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(yīng)電荷，即在土地壤電阻率普遍比較大，個(gè)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?qū)е略馐芾讚?/p>

①由于施工后回填土壤沒(méi)有夯實(shí)，出現(xiàn)深溝，土壤松軟耐壓力降低的光纜。

②由于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)牟划?dāng)，造成金屬護(hù)套損壞、加強(qiáng)芯對(duì)地絕緣較低的光纜。

③由于施工操作不當(dāng)或鼠咬等原因?qū)е鹿饫|絕緣護(hù)套損壞的光纜。

④有鐵帽或金屬線對(duì)的監(jiān)測(cè)標(biāo)石容易引雷，進(jìn)而導(dǎo)致光纜遭受雷擊。即因?yàn)楸O(jiān)測(cè)標(biāo)石被雷擊中后，電流又通過(guò)加強(qiáng)芯進(jìn)入光纜，產(chǎn)生雷擊。

3? 光纜防雷擊措施

光纜線路經(jīng)過(guò)平原、山區(qū)、盆地，地形復(fù)雜，土壤電阻率普遍較高，且存在不少過(guò)河地段，易遭受雷擊。針對(duì)這一現(xiàn)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(shí)，要充分了解當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，盡量避開(kāi)歷史雷擊區(qū)，當(dāng)收集掌握的資料不足時(shí)，盡量敷設(shè)在雷擊活動(dòng)相對(duì)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(kāi)山頂和山脊，繞開(kāi)丘陵地區(qū)，不穿越礦區(qū)。光纜應(yīng)與地面塔、桿、獨(dú)立樹(shù)以及建筑物保持一定的凈距離。

②加強(qiáng)光纜的對(duì)地絕緣。新敷設(shè)的光纜，盡量采用加厚PE層的無(wú)金屬加強(qiáng)芯光纜。已有的金屬加強(qiáng)芯光纜，敷設(shè)時(shí)斷開(kāi)加強(qiáng)芯，并進(jìn)行短接;接頭盒宜采用絕緣性能良好的接頭盒，實(shí)施機(jī)械連接而在電氣上斷開(kāi)。敷設(shè)完畢后，先用30cm厚細(xì)沙覆蓋光纜，再進(jìn)行回填。

③設(shè)置消弧線。當(dāng)光纜線路無(wú)法避開(kāi)的地面突出物，如電桿、獨(dú)立樹(shù)、塔等孤立的建筑物時(shí)，在光纜線路與孤立物之間設(shè)置消弧線，消弧線是面向光纜以便環(huán)繞獨(dú)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(yīng)焊接在地網(wǎng)，接地電阻要求不大于10Ωm，接地裝置距離光纜15m以上。但應(yīng)注意的是光纜線路距地面突出物間距小于5m時(shí)，不宜采用消弧線。

④設(shè)置防雷線。按照每年100km光纜通信線路外護(hù)套發(fā)生針孔擊穿次數(shù)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(shè)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(shè)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(shè)置，長(zhǎng)度不小于2000m。另一種作法是：敷設(shè)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(shè)一條地線，并與橫連線焊接在一起。要求接地裝置離開(kāi)光纜15m以上。

⑤做好間隔接地。當(dāng)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(shè)置良好的接地體，將雷電引入地下，保護(hù)光纜不受雷擊。

⑥安裝避雷針。在個(gè)別雷擊重點(diǎn)地方，如靠近光纜的電桿、高塔、單棵大樹(shù)，必要時(shí)可采取避雷針?lè)览住Ｆ渥鞣ㄊ牵豪矛F(xiàn)有的高聳物作為支撐物，在支撐物的頂端，用直徑為6-8mm，長(zhǎng)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(kāi)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(lái)。當(dāng)大樹(shù)、電桿、高塔等與光纜之間的隔距較大（如超過(guò)10m）時(shí)，避雷針可直接引雷入地;當(dāng)大樹(shù)、電桿等與光纜之間的距離較小（不足10m）時(shí)，避雷針應(yīng)通過(guò)輔助桿延伸接地點(diǎn)。

4? 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、圖像業(yè)務(wù)的迫切需求，促使光纖傳輸信息的能力越來(lái)越大，光纖傳輸網(wǎng)的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，線路維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，光纜線路防雷擊工作應(yīng)該被引起足夠重視。應(yīng)該根據(jù)光纜線路地形地貌等實(shí)際情況，選取各種防雷技術(shù)，降低事故發(fā)生概率，圓滿完成通信保障任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李立高.光纜線路施工，光纜通信工程.

[2]孫青華.光纜線路維護(hù)，光纜線務(wù)工程.

[3]程毅.光纜線路的維護(hù)，光纜通信工程設(shè)計(jì)、施工與維護(hù).