地下通信电、光缆防雷措施的探讨

摘 要：该文在分析雷电对埋地电、光缆线路的危害、雷击电缆的形式基础上，依据电、光缆防护中的标准，探讨了地下通信电、光缆防雷的有效措施，以利于电、光缆通信线路的畅通和保护人员的人身安全。

关键词：通信 电/光缆 防雷 排流线 消弧线

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0125-03

信号传输线是通信系统的重要组成部分，随着现代通信、长距离通信事业的发展，信号传输线得到了广泛的应用。传输线受雷击的概率也相应增加了。

根据《长途通信干线光缆数字传输系统线路工程设计暂行技术规定》6.2.1条规定，年雷暴日数大于20日的地区光缆线路应采用防雷保护措施。直埋电/光缆的设计中防雷设计是十分重要的。

1 雷击直埋电、光缆的故障分析

1.1 电、光缆被雷击而引起的压扁

当雷击电、光缆时，闪电本身温度极高， 使光、电缆周围土壤的水分迅速蒸发， 水蒸气迅速膨胀，在瞬间产生强大的压力冲击到电、光缆上，电缆护套会出现压扁、凹痕、弯曲等现象。

1.2 金属护套被雷击形成孔洞

雷电流将大地介质击穿而产生电弧时，由于电弧本身温度极高，使护套熔化形成孔洞。雷电流特大时，护套与金属导线间产生很高的电位差，击穿绝缘层产生电弧，使孔洞附近的光纤断裂或将芯线熔断。

1.3 金属护套被击穿而引起电蚀

在直击雷电流很高或地电位很高的区域，光、电缆不至于形成孔洞而是被击穿成针孔， 时间久了针孔处氧化便引起电蚀。

2 地下电、光缆的避雷措施

2.1 路由的选择

电缆埋设深度很少影响其对雷电的敏感程度。地下通信电、光缆受雷击的概率，主要取决于通过地区的落雷密度、雷电流幅值、建筑物、金属管及其他电缆给予的屏蔽程度和土壤电阻率等。因此地下线缆在选择路由时，应尽量避开易遭雷击的地方，选择雷害较小之处。下面几点在选择路由时应予注意：（1）线路应尽量沿平原地区敷设，平原地区雷击活动比山区弱。如果线缆必须经过山地，应力求避免走山顶或山脊。（2）最好沿电阻率低的地方敷设。（3）凡曾经落过雷，特别是重复雷击的地方，要仔细观察分析落雷因素，设法避开。（4）要尽量避开具有边缘效应的地方，如石山与水田或河流的交际处，溪岸河边，地下水出口处，土壤电阻率突变的地带和有金属矿脉的地区等。（5）要尽量避开有孤立大树（特别是枯树）、高耸建筑物等的地方及与高压输电线交越时的电力线和拉线附近。（6）山区敷设的直埋电、光缆路由应尽量选择在山岭的北坡和西北坡，山区敷设的电、光缆路由应选择两山之间的峡谷中，这种地形地势狭窄，形成雷电的条件较差，遭受雷击的机会较少。（7）线缆通过土山路由最好选择在山脚部分，通过石山路由最好选择在山腰部分。

2.2 安全距离

2.2.1 光缆线与独立建筑物的净距离

光缆线应与独立建筑物、电力杆塔、古塔等保持一定的净距离（L1）。当土壤电阻率ρ≤100 Ω・m，L1为10 m；500 Ω・m≥ρ>100 Ω・m，L1为15 m；ρ>500 Ω・m，L1为20 m。

2.2.2 光缆线与孤立大树的净距离

光缆线与孤立大树也应保持适当的净距离（L2）。土壤电阻率ρ≤100 Ω・m，L2 为15 m；500 Ω・m≥ρ>100 Ω・m，L2为20 m；ρ>500 Ω・m，L2为25m。

2.2.3 电缆线与接地装置的净距离

电缆线要尽量避开各种接地装置保持适当的净距离（L3）。凡土壤电阻率ρ≤100 Ω・m，要离开10m（L3=10 m）；500 Ω・m≥ρ>100 Ω・m，要离开15 m（L3=15 m）；ρ>500 Ω・m，要离开20 m（L3=20 m）。

2.3 合理选择电、光缆

地下通信电缆在选择规格时，应注意选择耐雷性能高的电缆。在雷害严重地段，应选择具有高强度绝缘介质的防雷特性较好的光缆（绝缘强度要达到直流电压20 kV时，保持5 s不被击穿和不损害传输性能）。在雷击特别严重的地区，要选用高强度尼龙加强芯无金属光缆。

3 地下电、光缆的防雷措施

3.1 选择金属凯装或穿铁管

同轴电缆内导体又称为芯线，由铜或铝等导电材料制成，外导体由铜材编织而成，既起导电作用，又具有屏蔽作用。两层导体之间用绝缘介质，如聚乙烯，塑料等隔开。电缆外层常用塑料或橡胶制成，其保护作用。如果在塑料外层的外面再加一具有更高机械强度的金属凯装保护套，如镀锌钢丝编织套，这样除增大电缆的抗电强度外，还可以改善屏蔽性能。不过对于非凯装的同轴电缆，采用铁管也能对电缆提供完善的防雷保护。铁管对所有电缆都能提供在雷电最活跃、土壤电阻率最高的地方的完善防雷保护。不过，它通常只用于主要干线电缆或高土壤电阻率的山上的重要无线电电台的电缆。

3.2 布放排流线（地下屏蔽线）

排流线是地下线缆防雷中的主要防护措施，它是通过在线缆上方的一定距离处敷设一根或两根导线，以此来减少电、光缆的雷击故障。图1为地下电缆双根屏蔽线布防示意图。一般排流线的布放已接近地表为宜。实践表明，当土壤电阻率ρ≤100 Ω・m时，无须采用屏蔽线；当ρ在 100 Ω・m至1000Ω・m时，可采用一根排流线；当ρ在1000 Ω・m至3000 Ω・m时应采用两根排流线或电缆金属外凯装线，该凯装线应连续与土壤接触；当ρ>3000 Ω・m时，则电缆应敷设在铁管内了。

沿电缆布放排流线又分为与电缆不连接和与电缆相连接两种。如图2图、3所示。如果电缆有金属箔屏蔽或防水屏蔽的话，那么这两根屏蔽线则不应该与其相连。近年来一些文献推荐，只需在电缆上方0.4到0.6 m，埋设两根直径为8 mm的圆钢，不用接地，也不用与电缆相连，同样也可以获得较好的保护效果，而且省料省工经济和施工方便。

3.3 设置消弧线

当地下电缆不能避开孤树、高塔、电杆等高物时，可采用设置消弧线这种防雷措施。所谓消弧，就是消除对电缆产生放电电弧的意思。当雷击孤树等高物时，高物可将雷电流引至大地，于是与电缆之间可能发生电弧击穿而损坏电缆。在电缆与孤树等高物之间设置消弧线后，大量的雷电流将从消弧线上入地，从而降低了它们间的电位差，保护了电缆。这种装置实际上是一根短而且两端有集中接地的排流线。消弧线的效果与需要消弧的距离及消弧线接地电阻关系很大。

消弧线的设置办法如图5所示。一般采用两根7.22 mm钢绞线在孤树等高物与电缆之间做成半圆弧状围住高物，其中一根钢绞线与电缆埋深相同，而另一根钢绞线埋深仅为电缆埋深的一半左右。两根钢绞线两端都焊接在接地装置上。接地装置应远离电缆的一侧，其接地电阻要求5 Ω，当土壤电阻率ρ大于100 Ω・m时，可放宽到10 Ω，但不得超过20 Ω。图中ρ值与a，b值得关系如上表1所示。

当土壤电阻率过大，并且电缆与孤树等高物的间距又不足5 m时，加消弧线也难以起到防护作用，这是必须采取其他办法，如筏树、拆高物或迁移电缆位置等来防止雷害。

3.4 架空接闪线或接闪杆

对于地下电缆易遭受直击雷影响的特定地段，可以采用架空的接闪线或接闪杆来进行保护，由于这两种措施都具有优先接收和招引雷电的作用，因而也能收到比较好的预防雷击的效果，而且施工简便，维护容易。不过缺点是对空暴露，保密性太差。

3.4.1 安装架空接闪线

接闪线的安装方法也有两种：一种如图6所示，即沿电缆方向并距电缆3～8 m架设一根架空的接闪线。此接闪线可是两侧宽3 h～5 h（h为接闪线距地面的高度）的区域面遭雷击。其接地装置应在离地下电缆25～30 m的位置，接地电阻在土壤电阻率ρ

另一种是当地下电缆接近架空明线（相距3～8 m）时，则可利用明线线路作为接闪线来保护电缆。此时在明线线路上面的导线上，每隔150 m左右应装设适配的信号电涌保护器，该接地装置同样要距地下电缆25～30 m，接地电阻仍为10 Ω或20 Ω。

架空接闪线安装的几点注意：（1）使用木杆，不能用水泥杆（因为水泥杆中有钢筋），引出地线的木杆只能用撑杆加固，因为如果用拉线加固，地锚距电缆太近，易经拉线从地锚反击电缆。（2）利用与电缆平行的架空明线作为架空地线来保护电缆，除要对被选导线装设适配的信号电涌保护器外，凡是靠近电缆的架空明线的拉线地锚，以及电杆接闪杆所用的接地装置，都必须进行改装，主要是为了防止反击。（3）水泥杆明线线路，由于对地绝缘的耐压强度低，线路上的雷电流一般经电杆入地，其后又反击至电缆，故不能将其作为防护电缆的架空地线使用，因此需要将电缆改道或者移走明线。

3.4.2 安装接闪杆

地下电缆需要保护的特定段落不长，且靠近孤树、电杆、高塔等，而又不宜采用消弧线法和其他措施时，可采用接闪杆法。其具体结构如图7所示。左边是利用现有树木或电杆作支柱，右边是自立木杆或水泥杆作支持物。在树顶或杆顶支出1 m长的尖形或帚形的铁棒（Φ6-8×1500 mm）作为接闪杆，在距电缆20 m以外设置专用接地装置，接地电阻在土壤电阻率ρ《100 Ω・m时为5 Ω，大于100 Ω・m时为10 Ω。

3.5 间装电涌保护器

（1）芯线每隔一段距离加装一组适配的电涌保护器。

（2）两段平的凯装电缆的接头处，应把金属护套和钢带并接在一起，以减少电缆金属外皮的电阻，以降低雷电流经外皮时，芯皮间出现的过电压，即使降低转移阻抗，避免芯皮间的绝缘被击穿。

（3）将所有电缆金属护套及钢带在电气上统统并接在一起，使每条电缆外皮上流过的雷电流变小，芯皮间的雷电过电压也随之减小，同时电缆间的电压得到均衡，可以避免电缆之间发生放电。

3.6 过桥线

过桥线是电缆防护的基本措施之一。过桥线将电缆接头两侧的钢带与电缆金属护套连接在一起，如图9所示。这不仅使各段电缆间的凯装钢带及金属护套在电气上连接起来，而且使电缆外皮电阻减小，增强了防雷能力，减少甚至避免雷电流漏泄或耦合到电缆上，产生高电压而使钢带与铜皮间发生跳弧击穿。

作为过桥线的导线不能太细，否则雷电流过大，使过桥线熔断，在接续点处产生跳弧击穿，损伤电缆。同时过桥线应牢牢地焊在电缆金属护套及接头套管和钢带上。如果虚焊、假焊，也能产生高压电弧击穿，导致损伤电缆。

4 电、光缆线路防雷装置的维护

一般来讲，电/光缆在敷设时已根据具体需要采用了相应的防雷措施，但防雷装置不是一劳永逸的。防雷装置的质量直接关系到电/光缆线路的防雷效果。因此，在日常维护工作中必须引起足够的重视，要把防雷装置的维护与电/光缆的路面维护紧密地结合起来。

（1）在电/光缆发生雷击故障的地点和电/光缆附近曾经落雷的地区，应该分别测试电/光缆线路上土壤2 m和10 m深的土壤电阻率。接地装置的接地电阻，每年至少测试一次，一般在雷雨季节之前进行， 接地电阻不符合要求的，应予以改善。

（2）防雷装置的维护可结合光缆路面维护一并进行。接地装置应根据土壤的腐蚀情况，定期挖开检查其腐蚀程度，发现不符合质量要求的应及时进行修复或更换。光缆监测标石内如接有地线的，应经常检查地线连接是否良好。在检查防雷装置的同时， 应测试接地装置的接地电阻，如达不到要求， 应找出原因并整修合格。

（3）为了确切地掌握雷击光缆的规律， 以便为采取防雷措施提供依据， 各电/光缆线路维护中心应认真及时做好雷击资料的收集工作，对雷击电/光缆故障做详细的记录。

5 结语

雷电怍为自然界中一种现象，其特性等还不被人们所了解掌握.人只是在长期的社会实践中研究一些雷电现象和灾害后果时逐步摸索了其一些规律性的东西。在地下电/光缆的防护中应用科学知识和手段采取一些相应的防雷装置也不是一劳永逸的，也还必然是要在工程设计、施工和日常维护中不断深入研究，探索新方法和不断改进措施，因此电/光缆防雷工作是一个难度较大的课题要搞好这项工作需要各方面各环节的密切配合：（1）在工程设计选路由时尽量避开雷击区，无法避开时，应采用相应的防雷保护措施或可考虑采用防雷电/光缆敷设；（2）施工要严格按电/光缆缆敷设保护要求防止外护套损伤，严格按防雷要求施工保证质量；（3）工程随工要作好工序检验工作把防雷装置的施工质量作为随工验收的主要内容之一；（4）日常维护应定期检测防雷装置，如接地装置测试等，发现不合格的要立即改善；（5）对遭受雷害的地段应采取相应的设防补救措施，以防二次雷击；（6）需在电/光缆制造时的结构质量和运输、监测等各个环节都要有对雷害的防护意识和采取相应防护性技术措施；7要不断地探索雷击规律，尽量预测雷击点采取预防措施，努力减少甚至避免雷电对电/光缆的危害。总之，电/光缆线路防雷工作，需要从涉及到的各方面都下功夫做好，力争做到防护效果好，施工维护方便，经济合理。

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