通信光缆的雷电和强电防护

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摘 要：光纤通信在长江专网广泛应用的同时，长江干线光缆有多处是直埋最容易遭受雷击。为避免此类事故的发生，分别论述了雷电和强电对光缆的影响及其防护措施。

关键词：光纤通信 强电防护 雷电防护 防护措施 接地

光纤通信技术近几年在长江专网通信迅速发展，已延伸至长江沿线专网信息化通信，二级中心、三级站点。光纤通信在长江专网广泛应用的同时，光缆的防护应当在光缆建设和维护工作中引起重视，特别是长江干线光缆有多处是直埋最容易遭受雷击。抢修较为困难，一旦发生雷击事故，将会造成巨大损失。

光缆线路遭雷击的原因

光纤具有不导电的特性，可以免受冲击电流的影响。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，猎枪损害以及其他自然的和人为的事件等）的影响，光缆必须有铠装元件，主要包括金属铠装层、加强芯和铜线等，它们都是金属导体。当金属构件遭到雷击时，就会感应出交流电或浪涌电流，危及人身安全或破坏线路设备。

雷电具有寻找阻抗最小路径以泄放雷云电荷与地下异性电荷中和的趋势。当雷击光缆附近的大地或建筑物时，落雷点的电位升高，而光缆延伸到很远的地方，其远端电位可视为零，所以落雷点附近的光缆电位也视为零。这样落雷点与光缆之间形成极大的电位差，这一电位差若超过落雷点与光缆外护层间的耐压强度，便会击穿外护层，形成从落雷点到金属构件的电弧通道，使大量雷电流涌向光缆，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，另外鼠咬、外力等因素均可能造成光缆中金属元件暴露，这些暴露点易将强电或雷电流引入光缆中，造成损害。在以下情况下光缆线路容易遭受雷击：①金属护套、加强芯或铜线对地绝缘较低的光缆②地形突变、土壤电阻率变化较大的地带。③光缆与单棵大树或高耸建筑物隔离距离不够时。

强电对光缆的影响及其防护措施

光缆中的光纤是非金属材料，传输的光信号不受外界电磁场的干扰，所以在光纤部分可以不考虑强电和雷电的影响。但是绝大多数在用光缆并不是无金属光缆，其中包含有金属材料，如金属加强芯、金属护套等，因此有金属构件的光缆(简称金属光缆)线路会受到强电的影响，而在长江专网电路中则有大量的金属光缆。

强电线路靠近金属光缆时，会在光缆内的铜线、金属加强芯、金属防潮层以及金属护套等金属构件上产生感应电压和感应电流，当其达到一定强度时就会损坏光缆，危及人生安全。

强电对光缆的影响主要有以下三个方面：①短期影响。强电线路发生接地短路故障时，会在光缆的金属构件上产生感应电压，击穿绝缘介质，瞬间高温可能损伤光缆，甚至中断通信。②长期影响。不对称运行的强电线路在正常工作状态下会在光缆的金属构件上产生电压，该电压在超过安全电压的规定值时会危及人身安全或损坏光缆。③干扰影响。不对称运行的强电线路在工作状态下会在光缆的铜线上产生感应电压，对铜线回路(如区间联络、远供回路等)产生杂音、噪声等干扰。对于无铜线的光缆线路来说，强电影响的允许值可由光缆外护层(PE层)对地的绝缘强度确定。光缆PE层的厚度一般等于或大于2mm，其工频绝缘强度要求等于或大于20000V。按CCITT建议，K13规定光缆金属护套上短期影响的纵电压不超过其直流试验电压的60％，即为20000x60%=12000V。光缆金属构件上长期影响的纵电压允许值，应符合CCITT《关于通信线路防止电力线路有害原则》和国家标准GB6830-86《电信线路遭受强电线路危险影响的允许值》中关于人身安全的规定，即为60V。

光缆防强电影响的措施如下：①光缆线路与强电线路之间保持一定的间距，使光缆金属构件的短期和长期影响纵电压分别不大于12000V和60V。②在接近交流电气化铁道的地段敷设光缆时，应将光缆中的金属构件接地，在检修为了保证检修人员的人身安全，还应将光缆中的金属构件进行临时接地。③在接近发电厂、变电站等地电位较高的区域敷设光缆时，不能将光缆的金属构件接地，以免将高电位引入光缆。④采用非金属加强芯光缆或非金属光缆，但直埋光缆除外(因为这种光缆对潮气渗透的抗力较低，而且在维护工作中难于确定光缆位置)。⑤增加光缆PE层厚度，以提高光缆护套的绝缘和耐压强度。

雷电对光缆的影响及其防护措施

光缆受雷电的影响主要有：①金属构件熔化。雷电流进入金属护套、缆芯导体后将出现冲击电压，击穿金属构件间介质而发生电弧，使金属构件熔化或外护层被击穿。②针孔击穿。雷击大地时地电位升高，使光缆塑料外护套发生针孔击穿，土壤中的潮气和水就会通过针孔侵蚀光缆金属护套，从而降低光缆使用寿命。③形成孔洞。雷电流通过雷击针孔(以有针孔击穿的光缆)击穿金属护套，从而形成孔洞，进而损伤光纤。④结构变形。雷击大地造成对光缆放电而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。

长江干线的光缆线路部分为直埋光缆，大多都是在距公路较近的地段埋设，部分光缆线路采取明敷架设方式。明敷架设的光缆线路应与高压输电线、交流电气铁道以及地面上的各种建筑物形成合理的位置关系，保持一定间隔距离，并在线路上采取了相应的防护措施。根据国家现行的光缆防强电防雷电措施，结合线路实际情况，主要应采用以下防雷电措施：①在选择光缆线路由时，应与高大的树木、独立建筑、杆塔以及古塔等保持一定的间距。②在光缆上方敷设防雷线。当大地电阻率小于500Ω・m时，敷设一条防雷线；当土壤电阻率大于500Ω・m时，敷设两条防雷线。③采用架空光缆的金属吊线应采取间隔接地法，一般每间隔500～1 000m接地一次。④在强雷区采用非金属加强芯光缆或超厚PE外护层的光缆。

(作者单位：武汉海事局通信信息中心)