光缆线路的雷电防护技术探索

光缆线路的雷电防护技术探索

摘要:光缆因雷击而造成金属构件熔化、针孔击穿和结构变形等现象,针对以上所述的各种现象分析了光缆遭遇雷击的机理和概率,总结出光缆线路的雷电防护措施,使光缆防雷工程的设计与施工能够做到安全可靠、技术先进、经济合理。

关键词:光缆线路雷击防护措施探索

随着我国现代化建设速度的加快,城市中的新建高大建筑物导致雷电活动的影响不断加剧;建筑物内各种网络、通信、自动控制、雷宇智能系统等抗干扰能力较弱,与此同时,光纤通信技术的迅速发展,其雷电防护问题越来越在光缆建设和维护工作中引起重视。特别是近几年光缆线路遭雷击的情况时有发生,而且最容易受雷击的是直埋线路,抢修较为困难,因此一旦发生事故,将会造成较大损失。本文结合国内对通信线路的防雷规范,谈谈光缆线路如何做好雷电防护。

1 光缆遭受雷击现象

光纤具有不导电性,可以免受冲击电流。但为了使高容量的光纤免受环境事件(如动物的啮咬,岩石、架空金属附件的碰撞,猎枪损害以及其它自然的和人为的事件等)的影响,光缆必须有铠装元件,主要有金属铠装层、加强芯和业务铜线等,它们都是金属导体。当电力线接近短路或雷击金属构件时,会感应出交流电或浪涌电流,伤害人身安全或破坏线路设备。当埋设光缆附近的地方落雷时,由落雷点向大地流

散的雷电流,使光缆埋设点的地电位升高,而光缆延伸到很远的地方,其金属构件电位应视为零电位。这样落雷点与光缆金属构件之间形成极大的电位差,这一电位差若超过光缆防护层的耐压强度,便会击穿外防护层,形成从落雷点到金属构件的电弧通道,使相当强的雷电流泻放到光缆,会在其外防护铠装层及缆芯金属加强件上产生感应电流,出现冲击电压,使金属构件熔化、外护层击穿、光纤结构变形。具体现象表现如下。

1.1 金属构件熔化

雷电流进入金属护套,缆芯导体与金属护套出现冲击电压,击穿金属构件间介质而发生电弧,使金属构件熔化,外护层被击穿。

1.2 针孔击穿

雷击大地产生地电位升高,使光缆塑料外护套发生针孔击穿,土壤潮气和水分通过针孔侵蚀光缆的金属护套,从而降低光缆使用寿命。

1.3 形成孔洞

雷电流通过雷击针孔击穿金属护套会形成孔洞,进而损伤光纤。

1.4 结构变形

雷击大地对光缆的放电引起的压缩力会压扁光缆,引起结构变形,增大传输损耗乃至中断通信。

2 光缆遭遇雷击的机理

2.1 雷电闪击大地

雷电闪击大地时,具有寻找最小阻抗泄放雷云电荷的趋势。当大地中有与大地接触良好的金属导体存在时,如金属构件接地良好的光缆,就相当于在高土壤电阻率地区存在着局部低电阻率的土壤带,它能及时输送雷云电荷至大地,以完成一次雷电活动。因此,对地接触良好的光缆对雷电有很强的诱导作用。

雷电闪击大地时,雷击点的电位显著升高,并随着与雷击点的距离的渐远,其电位逐渐下降,形成所谓“电位漏斗”,如图1所示。雷击点的电位是最高的,若土壤的电阻率均匀,则围绕着雷击点形成一个导电的半球,该导电半球体的电位为:

4 光缆线路雷电防护措施

4.1 路由选择

由于地面的地貌、地质状况不同,被雷击的几率也不同,所以首先在设计光缆系统前从路由的选择上做好工作,选择雷击率低的路线,避开雷击率高的路线,选择的方法如下。

直埋光缆线路的防雷线最好采用有色金属线,有色金属线阻抗小,耐腐蚀,使用寿命长,防雷效果好。地下防雷线是直埋光缆普遍采取的防雷措施,应用在所经过路由土壤电阻率大于100Ω·m,且需要保护的地段,较常采用7/2.2镀锌钢绞线或φ6mm镀锌钢筋来制作。

方法Ⅰ:在光缆上方距光缆300mm处,平行敷设两条防雷线,相距400mm。并将两端引伸到大地导电率低的地方,其敷设长度要求每处不少于2km。方法Ⅱ:敷设方法同前,但在排流线的两端及中间每隔200m装设接地装置,将排流线通过接地装置入地,并要求接地装置离开光缆15m以上。其接地电阻要求见表3。

4.3 消弧线

当直埋光缆与单棵大树、电杆、高耸建筑、矿泉、地下水出口处的距离不能满足表4的要求时,可以采取消弧线对光缆进行保护。采用消弧线,可以降低光缆与高大物体之间的电位差,当雷击大树等高大物体时,雷电流通过大树等物体向大地放电,由于有消弧线的存在,大量雷电流将通过消弧线泄放入地,从而可避免因雷击发生电弧击穿对光缆造成危害。消弧线可用两根7/2.2钢绞线做成,其中一根与光缆埋深相同,另一根为光缆埋深的一半,两根金属线的两端都应焊接在接地网上。接地网应在远离光缆的一侧,与光缆相距大于15m,接地网的接地电阻一般要求为5Ω,当土壤电阻率大于100·m时,接地电阻要求为10Ω。当光缆与大树等物体相距不足5m时,消弧线难以达到防雷保护作用,这时光缆就应该绕道敷设。

4.4 架空防雷地线

直埋光缆线路在直击雷较严重的地方,可以采用架空防雷线。其做法是:在距光缆3m～5m,用木杆平行架设两条φ4.0mm镀锌铁线,在中间每隔150m～200m和两端均接地。接地装置应离开光缆15m以上。接地装置的接地电阻要求,当土壤电阻率在100·m以下时,中间接地电阻为20Ω,两端的接地电阻为10Ω。当土壤电阻率在100Ω·m以上时,中间的接地电阻为40Ω,两端的接地电阻为20Ω。另外,在个别雷击

重点地方,可以采取避雷针装置进行防雷。

4.5 其它防雷措施

(1)雷击严重地区尽可能采用无金属构件的光缆或采用加厚PE层的光缆。(2)做好光缆的施工,保证光缆外护层的完整无损,使金属外护套对地绝缘保持良好,可提高光缆PE护套的瞬间耐压能力,相应也提高了光缆的抗雷电浪涌的能力。(3)光缆敷设应逐步实现管道化,敷设时应采用低摩擦系数的塑料管。当光缆布放在塑料管道内时,塑料管为光缆提供了一层外加的保护,将增加光缆的耐压能力,对防雷、防机械损伤、防鼠、蛀蚀都有好处。

5 结语

光缆防雷工作是一个难度较大的复杂课题,要搞好这项工作,需要各方面、各个环节的密切配合,力争做到防护效果好,施工维护方便,且经济合理。

参考文献

[1] R.H.Golde.雷电(第1版)[M].北京:水利电力出版社,1983:1～38.

[2] 赵梓森.光纤通信工程(修订本)(第2版)[M].北京:人民邮电