光纤通信线路的避雷防护

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课程: 光纤通信 2013－2014学年第 1 学期 课程代码: 专业班级: 姓名: 学号: 成绩: 评阅人:

光纤通信线路的避雷防护

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摘要：现代光纤通信技术的迅速发展，使得光缆被广泛采用，同时使得光缆线路遭雷击的情况也经常发生，而光缆线路一旦发生障碍，将会造成巨大损失，因此光缆线路的防雷工作变得越来越重要。本文通过对光缆线路遭受雷击原因的分析，介绍了光缆线路防雷措施的位置选择，以及几种常见的光缆线路防雷方法。

关键字：光纤通信；光缆线路；位置选择；防雷措施

1 引言

随着现代信息的发展，光纤通信的应用越来越广泛，因此光纤通信电路的安全和维护问题也成为一个日益突出的问题。光缆线路的避雷防护，光缆良好的防护性能使它的防雷工作不像同轴电缆和明线电路那样明显，因而在光缆线路迅速发展的过程中，安全接地往往被错误理解，甚至被忘却。随着光缆的广泛采用，近几年光缆线路遭受雷击的情况经常发生。光缆线路有很大的通信容量，而且最容易受到雷击的是直埋线路，抢修非常困难，因此线路一旦发生障碍，将会造成巨大的损失。本文结合国内对通信线路的防雷规范，谈谈光缆线路的避雷防护。

2 光缆线路雷击的原因

光导纤维的主要成分是S i 02，具有不导电性，因而不受雷电电磁脉冲的影响。但为了使光纤能够承受机械拉伸负荷、免受外界环境的影响(如岩石、架空金属构件的碰撞，猎枪损害，鼠蚁的啮咬以及其它物理的和人为的事件等) 的影响，埋地光缆必须有缆芯钢丝金属加强构件和金属外防护铠装层，主要有金属铠装层、加强芯，这些防护构件都是金属导体。当雷击金属构件或电力线接近短路时，会感应出浪涌电流或交流电，破坏线路设备或伤害人身安全。

雷电具有寻找阻抗最小路径来泄放雷云电荷和地下异性电荷中和的趋势。当雷击附近建筑物或大地时，落雷点的电势升高，而光缆延伸到很远，远端电势可视为0，所以雷击点附近的光缆电势也视为0。这样落雷点与光缆之间形成极大的电势差，这一电势差若超过落雷点和光缆外护层之间的耐压强度，将会击穿外护层，形成从落雷点到金属构件的电弧通道，使大量雷电电流涌向光缆，会在缆芯金属加强件及其外防护铠装层上产生感应电流，进而产生冲击电压，使光纤结构变形、金属构件熔化、外护层击穿，造成光缆严重损坏。光缆线路在施工中难免损伤PE(聚乙烯) 护套，另外外力、鼠咬等均可能造成光缆中金属元件的暴露。这些暴露点容易将雷电荷或强电引入缆中，使其造成损害。在以下情况下，光缆线路一般容易受雷击：

（1）铜线、金属护套或加强芯对地绝缘较低的光缆；

（2）土壤电阻率变化较大、地形突变的地带；

（3）高耸建筑物或单棵大树与光缆隔距不够时。

3 光缆线路宜采取防雷措施的位置

在10m 深处的土壤电阻率大于100Ω ∙ m以及雷暴日大于20天的地区，光缆线路遇到下列情形时，可以采取以下防雷保护措施：

（1）曾遭雷击的地点；

（2）地质结构发生突变的地方；

（3）面对广阔水面的山岳迎风坡或向阳坡，突出孤立或地形较高的山顶；

（4）在进出森林边界处，河流交界、水田与石山处，矿藏边界处等具有边界效应的地方；

（5）高于地面6.5m 以上的电杆（包括拉线）、光缆距孤立的10m 以上的大树或高耸建筑物及其保护接地装置小于下表的净距规定时（表1）。

表1 直埋通信光缆与孤立大树等的防雷最小距离

4 光缆线路的防雷措施

当今社会通信系统的防雷技术的处理手段和措施主要采用接地、分流、屏蔽、过电压和等电位保护五种方法。

（1）接地：在通信的各系统中，为保证解决环境电磁干扰及静电危害，为保证其可靠稳定的工作、保护通信设备和人身安全，需要一个良好的接地系统。

（2）分流：用避雷带、避雷网和避雷针等将雷电流沿下引线安全地流入大地，防止雷电直接击在通信光缆线路和设备上。

（3）屏蔽：建筑物内所有的金属导线，包括通信光缆、信号线和电力电缆均采用穿金属管屏蔽或屏蔽线，其金属屏蔽层应接地一次。雷暴多的地区应该改善屏蔽接地电阻值或缩短接地间隔，用来防止外来电磁波（含雷电的静电感应和电磁波）干扰。

（4）过电压保护：电子设备的电源线、信号线上安装相应的过电压保护器，利用非线性效应，把线路上过高的脉冲电压滤除掉，保护设备不被过电压损坏。常用的保护器件为二极或三极放电管、氧化锌压敏电阻、快速箝位二极管等，根据具体需要进行组合，从而形成完整的防雷保护器。

（5）等电位连接：局内所有金属物体，包括通信设备外壳、光缆缆屏蔽层、光缆加强芯等金属构件进行电气连接，用来均衡电位。

4.1架空光缆线路防雷

新建光缆线路时，工作人员必须徒步勘测全程杆路，全面了解通信杆路途经地段的沉陷情况以及其可能对通信杆路安全造成的影响，根据地形、地质资料制订光缆线路的路由走向以及施工方案。沉陷严重的地段，必须改变通信杆路的路由；其他沉陷地段的架空光缆杆路应该采取相应措施以提高其机械强度，如电杆根部加装横木、增加双方和四方拉线、石笼加固、缩短杆距等，同时根据地表移动变形充分考虑光缆预留长度吊线垂度、沉陷后该地段的杆线高度及光缆预留长度等问题，保证未来发生沉陷时光缆、吊线不受外力拉断。在平时维护中，要经常观察杆路的变化情况，对发生位移下沉和下沉的电杆进行归位和起高，确保架空杆处于良好的状态。

4.1.1光缆线路间隔接地

光缆线路采用架空方式时，若使用吊挂式，应该对光缆吊线做间隔接地处理，一般光缆吊线每隔300-500m 需要利用拉线接地或电杆避雷线，每隔1km 左右需要加装绝缘孔对其进行电气断开，雷击特别严重地段应该装设架空地线。光缆吊线应该全程连通，按轻中负荷考虑，每隔16

根设置防凌四方拉线杆，光缆吊线尾端处接地。接地体用两根Ф12×1000mm 地线棒，接地导线用4.0F ，光缆吊线与接地导线之间使用单眼地线夹板连接。

4.1.2空旷区域的光缆防雷措施

避雷装置安装在杆路顶端，即水泥杆杆头处，用水泥钢筋与4.0mm 镀锌钢线连接，在紧贴杆身向上引出高过电杆10cm 做避雷针。同时将避雷线在距杆顶向下处，用4.0mm 镀锌钢线引下，杆身中间往下每个50cm 用3.0mm 镀锌钢线缠绕4圈固定一次，上边用3.0mm 镀锌钢线缠绕4圈固定。避雷线贴杆身延伸至杆底后，根据接地电阻的要求，连接不同类型式的接地体。

4.2 直埋光缆线路

直埋光缆线路从勘察设计到施工敷设全过程都应该选择合理的光缆路径，尽可能避开发生雷击的区域，例如必须经过雷击地段的光缆线路敷设位置，在设计和施工中应该采取有效的防雷措施，如消弧线、防雷排流线、避雷针等。

4.2.1 消弧线

当有单独的电杆或大树、高耸建筑物等单个的引雷物在光缆线路附近时，光缆受到雷击的可能性较小。但是当目标被击中时，雷电流通过避雷针或树根进入地线进而泄漏到电缆，或击穿土壤，产生电弧损坏光缆。最有效的防护办法就是把防雷排流线做成消弧线的形式。消弧线采用防雷排流线，并将原来的直线形改成面向光缆的半圆弧形。消弧线两端均需要做接地装置。接地装置距离光缆15m 以上，要求接地电阻不大于10Ω。但应当注意的是光缆线路距离引雷目标间距小于5m 时，应采用钢管，不应采用消弧线(因为其在电弧区) 防护。消弧线的敷设方法如图3所示。

图3 消弧线的敷设方法示意图

4.2.2 防雷排流线

根据实验室的实验以及实际运用，在诸多直埋光缆线路的防护措施中，最有效的防雷措施是敷设防雷排流线。在土壤电阻率大于100Ω ∙ m及年平均雷暴日大于20天的地区，地下通信线路无法避开上述区段时，可按照以下原则设置防雷排流线(又称防雷屏蔽线、地下防雷线) ：

（1）土壤电阻率小于100Ω ∙ m的地段可以不设置防雷地线；

（2）土壤电阻率为100～500Ω ∙ m的地段设置一排线条；

（3）土壤电阻率大于500Ω ∙ m的地段设置两条排流线（有塑料管防护设设一条）。

常用的敷设防雷排流线做法为：采用两条6.0mm 镀锌钢筋或者两条7 /2.2镀锌钢绞线，有些

地区为保证防雷地线的使用寿命和防雷效果，也可以采用两条4.0mm 铜包钢线作为排流线。防雷排流线的敷设方法及埋深如图2所示。

图2 防雷排流线的敷设方法及埋深示意图

4.2.3避雷针

避雷针是一种应用较为广泛的防止雷击的装置，它通过把雷电放电引向自身，来防止直接雷击被保护物。避雷针防雷的适用范围和消弧线方法防雷的地方基本相同，此外还可用于两山之间的风口地带以及其他有利的地形。避雷针的防雷作用比消弧线好，做法简单，效能较高。同时可利用树木或木杆等做支持物，而不用水泥电杆做支持物，因水泥杆内有钢筋，对地绝缘效果不好。

在支持物的顶部安装避雷针，避雷针长在1m 以下，可用直径不小于20mm 钢管或直径不小于12mm 圆钢作避雷针；避雷针引下线可采用Φ12mm 镀锌圆钢或40mm ×4mm 热镀锌扁钢，小型避雷针用Φ8mm 镀锌圆钢。引下线入地点必须距离光缆15m 以上，所以导流线不能顺避雷针支持物的杆身入地，要在背对光缆方向架空横向引开。如果需要用拉线固定架设避雷针的木杆，那么固定拉线的地锚也必须与光缆有15m 以上的距离，否则只能用撑杆，不能用拉线。要求避雷针的接地电阻如下：土壤电阻率大于100Ω ∙ m时，接地电阻不大于10Ω；土壤电阻率小于100Ω ∙ m 时，接地电阻不大于5Ω。

5 具体线路的防雷保护

5.1电源设备防雷保护

通信电源设备的防雷是一个系统工程，必须从市电交流电网超高压开始逐级采取措施。在对电力线入局前电力变压器的低压侧开始至通信机房的屏蔽和防雷地线，采取一系列的防雷措施后，再按照规定对通信电源设施采取措施，通信安全就能达到满意的效果。电源设备的防雷保护的具体措施如下：

(1) 380V交流线在电源室应与接地母线相连接；

(2) 直流电源“+”极在通信设备侧和电源侧均应直接接地；

(3) 直流电源“-”极对地之间在通信设备侧和电源侧均应接压敏电阻。压敏电阻的起始动 作电压小于等于直流电源电压最大值的1.4倍。

(4) 各种电源设施的各类接地线应该分别与下部电缆沟内铜排连接，铜排应与机房环形接 地母线连(焊) 接。楼内各层屏蔽分层与该层的接地铜排连接。

(5) 建议楼内电源线用金属管敷设，金属管与各层地线相连。

5.2通信站供电线路防雷保护

一般而言，建在山上以及郊外孤立的通信站与地处雷暴日较多、雷暴强度较强的通信局（站）雷击事故概率较大，所以防雷保护应该采用比那些雷击事故概率小地区更为有效的措施。通信站

供电线路防雷措施如下：

(1) 架空线路进入机房之前，应该换为水平地埋10m 以上的屏蔽电缆，屏蔽层两端应接地； 无屏蔽电缆进入机房之前穿铁管地埋10m 以上，铁管两端与地网焊接。

(2) 供电变压器的高低压侧、架空线路终端杆均应装设避雷器，室内380V 交流电源屏内 也应该装设避雷设施。

(3) 供电变压器低压侧中性点，除在变压器处就地接地之外，交流零线与站地网相连。

(4) 机房内的电力线应该用金属外皮或敷设在金属管内。

(5) 电缆沟中无屏蔽电缆时应该穿铁管，每段铁管需要用金属连接，铁管两端与地网相连。

5.3音频线路上的防雷保护

音频线路上的防雷保护，可以用隔离变压器。音频电话线路上的保护，通过隔离变压器初级绕组、次组绕组分开，起到屏蔽保护作用。虽然本防雷保护装置安装时需要根据用户的信号指令来确定电路的位置，但隔离变压器的屏蔽总是安排在站内一方。其主要功能是防止雷电在音频线路感应引起地电位升高而引发的通信设备损坏和电力系统故障，并在满足耐压水平的要求下，还保证了音频信号的传输要求。

6 防雷与接地

6.1光纤通信站的防雷与接地

光纤通信站的机房应具有防雷击的保护措施。沿机房房顶四周，应该敷设闭合均压带。 在机房外，应该围绕机房敷设水平闭合接地带。

在机房内，应该围绕机房敷设环形接地母线。机房内各种设备的金属外壳和不带电的金属部分、电缆的金属外皮、各种金属门框、金属进风道、金属管道等建筑物金属结构、滤波器架、走线架等以及工作接地、保护接地，均应该与环形接地母线以最短距离连接。

外部闭合接地带与环形接地母线和房顶闭合均压带间，应该采用至少4个对称布置的连接线互相连接，相邻连接线之间的距离不应超过18m 。

在重要设施或机器集中处如电缆、光缆等入机房处，可以适当调整连接线的位置，或者增加连接线，使上述设施与连接线以最短的距离连接。

以上各项措施，总结起来就是光纤线路、供电线路进入机房，音频线路引出机房，以及机房建筑等防雷措施的综合应用，从而保证了光纤通信站的防护效果。

6.2 光纤通信与微波通信合站时的防雷与接地

以下均为光纤通信设备和微波通信设备在同一建筑物、甚至在同一机房里情况下的防护措施。在光纤通信设备安装施工开始之前，需要逐项检查微波通信系统和建筑物的防雷措施，用以保证光纤通信的可靠安全。

逐项检查微波通信的各项防雷措施，首先需要检测接地电阻。楼和塔的接地网，它们的接地电阻值应该尽可能小。因为接地网的施工属于隐蔽工程，设计的合理与否，施工质量合格与否，生产、运行过程是否会遭受到损坏，可以通过测试得到验证。所以光纤通信工程施工之前，应进行严格测试。

对于处于土壤电阻率高的地区，难以把接地电阻降到10Ω时，允许使用较大的数值(不超过30Ω )，但是应该满足防止避雷针对邻近物体的反击的要求。楼塔合一的微波通信站应该与建筑物

的避雷装置、同一楼的动力共用一个接地网。建筑物主体钢筋都应该搭接并且焊上，接地母线焊接成电气上连通的法拉第笼或接地系统，中间与各层均压网连接，上端与屋顶均压网连接。为了减少雷电电磁干扰，微波通信机房可以安装防电磁干扰的屏蔽网。楼和塔分开的情况应该有两个接地，这两接地网之间至少应该有两根接地带连接，连接处应该采用焊接方式。

在电力调度通信楼高层建筑物中，微波通信机房不和光纤通信机房同层建设，或者是同层的不同机房分开建设。此时的光纤通信机房可以另外安装防电磁干扰的屏蔽网，并且可靠接地。

7 结论

随着光纤通信的应用越来越广泛，光纤通信线路的避雷防护也越来越重要。但是掌握了光纤线路雷击的原因，把光缆沿着不易发生雷击的地区布线，如尽可能选择10m 深处土壤电阻率小于100Ω ∙ m 或者年平均雷暴日小于20天的地区，尽可能避开曾遭雷击、地形高的山顶、右边界效应的地方等，同时对光缆电路进行具体防雷保护：对架空光缆线要及时对其地段沉陷进行修复或改变通信杆路的路由，同时提高其机械强度，并对光缆做间隔接地处理；对于直埋光纤线路，可以通过设置防雷排流线，或将防雷排流线做成消弧线形式，或在支撑物顶部安装避雷针等。同时不能忽略光纤通信站、光纤通信与微波通信合站的接地处理。采取了以上防护措施，可以有效遏制和避免光纤通信线路收到雷击损害，保证光缆线路的正常运行。

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