遠距離光纜通信線路的防雷措施分析

戴仕杰， 周力行

（長沙理工大學，湖南長沙 410000）

0 引言

隨著信息社會的不斷發展，光纖技術被越來越多的人所使用，因其獨特的傳播優勢，也被各個行業所青睞。當它被應用于通信領域時，由于光纜易受閃電影響而產生機械損傷，導致光纖通信作用的中斷。這種情況需要對光纜通信線路上相應的雷擊情況和發生雷擊的原因進行分析，為有效解決電纜的雷擊問題采取應對措施。目前，相關部門已經對長途光纜的通信防雷工作進行了研究和討論。

要想有效提高光纜的防雷性能，就要對光纜的通信線路進行合理優化,需要在清楚安裝措施、了解防雷設計的基礎上，與光纜通信線路的實際情況和實施要求相結合切實提高光纜運行的安全性。因此，對于防雷技術的設計和安裝需要引起足夠的重視，在光纜通信工作的開展中，不斷加強對防雷技術的深入研究，促進光纜通信線路的優化完善，有效提升其工作水平。

1 光纜通信概述與防雷設計、線路安裝的必要性

1.1 光纜通信技術概述

信息通常以光信號的形式進行傳輸，并且待傳輸的信息被長距離地加載和傳輸。光纜通信線路本身存在許多的優勢，因此被應用于社會的各個領域，應用范圍十分廣泛。此外，光纜通信不僅通信的質量較高，而且它還具有很強的抗干擾能力。在我國利用光纜的優勢和特點進行通信線路的開發，光纜通信線路主要包含電信、移動、聯通、軍事等通信方式，不僅為我國國有企業做出了巨大的貢獻，還提高了人類日常生活的水平。

1.2 加強光纜通信線路防雷設計與安裝研究的重要性

（1）可以有效減少雷擊事件對光纜通信的破壞，延長線路的使用壽命。在實際操作中，通過與運行條件和功能特點相結合，不斷加強對光纜線路的雷擊防控和安裝設計，可以找到有效的防雷手段，支持可靠的防雷設備，降低雷擊概率，為光纜通信的穩定運行保駕護航，延長其使用壽命。

（2）可以有效消除光纜線路中的安全隱患，讓防雷性能得到強化。在實踐經驗豐富的條件下，尋找到有效的防雷設計和相應的安裝措施，對光纜通信線路的運行情況做進一步分析，可以很好地發現線路中的安全隱患，并對這些隱患問題進行處理，顯著提高光纜通信的安全性。

（3）能夠保證光纜通信線路長期使用，有效縮減運營成本。通過對光纜的防雷設計和安裝研究，可以強化對這類通信方式的優化效果，不斷提升光纜通信的服務水平。

1.3 閃電分析

人們通常選擇廣闊的空間安裝架空高壓輸電線路，為祖國各地供電，因此線路長而復雜。在雷雨天氣，很容易被雷電擊中，發生自動跳閘。此時電力系統不能正常運行，沿線進行檢查和維護也將花費較多的人力和財力；此外，閃電會攻擊沿線電力設備，對部分設備造成損壞。所以，對輸電線路防雷水平的提升，不僅能保護電力企業的經濟效益，還可以保證線路的運行安全，從源頭上解決用戶設備的安全隱患。

在閃電形成的過程中，云層會不斷地翻轉，這時空氣中的冰晶和塵埃會隨著云層翻覆產生一系列的復雜變化，形成帶有正電荷與負電荷的物質。同時，擁有相同負電荷的物質會隨著電荷數量的增加會越來越重，最終出現在云層底部。 當物質有相同的正電荷時，它的質量就更輕，它將在云的頂部。在這種情況下，當同性電荷收斂時，電荷中心就形成了。這時如果出現強電將帶點中心的空氣刺穿，電荷中心的平衡就會被打破形成閃電。云層中的負電荷會不斷向下接近地面，同時正電荷又對地面的金屬和突起進行誘導。在電磁場上升的過程中，地上的閃光電流逐漸形成不斷向上，而空中的雷云又呈現下降趨勢。在電流和雷云相遇時，就會產生接地電流，對光纜通信的線路造成損壞。

目前，我國防雷線路基本設置在35 kV及以上的輸電線路上，全線架設110 kV及以上，在330 kV及以上的輸電線路上架設雙層防雷線路。

避雷針保護角一般為20°～30°，變電站進線段及電壓500 kV及以上EHV及UHV線路的防雷線保護角為15°。不同電壓等級輸電線路指定的絕緣子數量：基于x-4.5絕緣子，35 kV電壓電平輸電線路3條，110 kV電壓電平輸電線路7條，220 kV電壓級輸電線路13條，200 kV電線路28條。

2 防雷的設計與安裝

2.1 接地防雷保護線

在光纜通信線路中，防雷設計和安裝主要采用防雷接地技術和方法。通過在地下設置防雷線路的設計方法，能夠對光纜線路起到很好的保護作用，屏蔽防雷，對自身現有電流進行防雷分析判斷，自身電流與防雷效果成正比。要想防雷的效果好、較明顯，就要增加自身的電流量。在選擇防雷線時，還必須注意使用有色金屬線作為防雷線，因有色金屬線的使用壽命更長，耐腐蝕性能較好，具有明顯的防雷效果。

2.2 架空防雷線路

將電氣接地金屬芯和光纜斷開的方式進行安裝，就是架空防雷線路防雷的設計。在選擇光纜路由器時，應盡量避免與鐵路高壓線路平行并保持相當距離。必要時，采用光纜非金屬芯的設計，以保證光纜通信的使用安全和防雷效果。

2.3 直接埋地

將光纜埋在地下的安裝方式，可以有效減少光纜通信運行中高空雷擊事件的發生。在施工安裝時，首先要根據現場的實際情況選擇適宜的安裝方法，實現對光纜線路的合理保護，減少因為雷擊造成的線路應用損害。其次，應根據地勢特點進行光纜安裝的特定設計，例如在深溝和運河的環境下進行安裝時，就不能將其埋于地下，對于這些特殊的區域，要將防雷裝置安裝在電桿上，運用架空防雷線路來減少雷擊現象的發生，實現對光纜和通信線路的有效保護。

2.4 防雷設計和安裝的注意事項

對光纜通信線路運作中雷擊事件的有效預防，可以保證光纜使用安全，因此，在光纜安裝和防雷設計的過程中，要使用合理的方法實現對光纜通信線路避雷。不能采用接地互聯的形式對電纜線路中的金屬芯進行連接，否則會對閃電產生很大的吸引力，閃電很大程度會在附近區域“墜落”，造成對光纜通信線路的損害。所以在防雷設計行安裝，需要保證電纜接地的絕緣性，在斷開的電器和電纜連接的接頭處采取有效的防雷措施，以確保光纜通信線路的安全和防雷設計安裝的合理性。

3 輸電線路防雷新技術

（1）同一塔樓上的雙回路線路采用差動絕緣防雷保護。研究發現，在發生雷擊的情況下，利用絕緣不良可以提高供電的可靠性。差分絕緣意味著在相同的條件下，絕緣子較少的電路會先閃絡。閃絡后，導線與完整的線路耦合，提高了阻雷水平，從而保證供電的可靠性。兩條輸電線路絕緣子串數的差異，應根據各方面的技術經濟比較來確定。一般主張兩條輸電線路的絕緣水平差為相位電壓峰值的1.73倍。

（2）線路避雷器的防雷保護。避雷器不能將屏蔽故障率降至零，在特大雷電過電壓情況下反擊的概率也很高，在一些難以降低接地電阻的地方，當一般防雷措施難以滿足要求時，可考慮安裝線路避雷器防雷，將制弧率降低至零，從根本上降低雷電跳閘率。當雷擊擊中避雷針或導體時，避雷器的動作將使雷擊電流通過導體傳遞到鄰近的鐵塔上。

（3）可控制的放電避雷針。電動避雷針由于其強大的避雷能力和較大的保護角，可以有效降低輸電線路的雷擊率，在高壓輸電電路的防雷保護中值得廣泛應用。同時，可控放電避雷針還具有放電電流振幅小、陡度低的特點。根據輸電線路的避雷電阻等級，110 kV～500 kV輸電線路不會跳閘，也不會承受雷電電流。

4 光纜通信線路發生雷擊的原因

光纖本身不導電，可以避免脈沖電流的沖擊，但會受到人為因素、自然災害以及架空金屬附件的影響，脈沖電流會對光纜通信運行造成沖擊。通過在光纜表面運用金屬包層、銅線、加強芯等金屬導體的安裝設置，可以有效避免光纜的電流沖擊。在光纜中的金屬部件被閃電擊中或電源線即將短路時，可產生交流或浪涌電流。一旦產生交流電或浪涌電流，就會損壞光纜通信線路設備，并威脅到周圍人的生命安全。如果雷雨里面的電荷需要被釋放，閃電就會利用阻抗最低的線路來進行疏散，這不僅會減少地下的異性電荷，還會影響周圍的建筑設施。當周圍的建筑物被雷電擊中時，會顯著提升雷電的潛在力量，并將沿著光纜向很遠的地方延伸?？梢詫⒗讚舾浇墓饫|電位以及遠端電位同時視為0，這時在光纜和避雷點之間就會存在很大的電位差異。如果光纜外層和雷電點的耐壓強度被電位差突破，保護層直接被閃電擊中產生電弧通道，那么光纜就會因為大量的閃電涌入造成損壞，在這個過程中PE很容易破損，露出光纜中的金屬部件。一旦組件暴露，該設備將引入強大的電力或閃電充電進入光纜。此外，因為銅線、增強芯以及金屬護套的電阻快速增加、地形變化突然、接地絕緣低，會導致光纜本身損壞。光纜與埋長也有一定的關系，光纜使用的時間越長，它被閃電擊中的可能性就越大。然而，光纜在同一區域和同時發生閃電墜落的概率很小，沒有閃電電壓疊加的問題。研究表明，閃電電流可以沿著光纜傳輸1 km～2 km。閃電電流越接近撞擊點，遠脈沖的電壓就越低。對雷擊電纜的實際情況進行分析，發現幾十米與幾百米之間都是雷擊的主要范圍，在這個范圍之間需要保證光纜耐壓指標的一致性，否則會給光纜的施工運輸帶來危險。

5 長途光纜通信線路的防雷保護措施

5.1 設置地下防雷線路

在光纜通信的運行中，地下防雷方式有著不可或缺的重要性。它不僅可以根據防雷線路中的電流情況來預判防雷效果，還可以對雷電進行有效屏蔽。線路中的電流越大，對雷擊的防范效果越好。因其使用壽命長，防雷效果好，一般使用耐腐蝕性強、導線阻抗小的有色金屬線來作為防雷線進行掩埋。地下防雷線路屬于直埋光纜，在掩埋防雷線路時也應注意相應的問題。首先，要控制保護區與電阻率之間的安全距離，在土壤電阻率達到100 Ω·m以上時，電纜才能安全運行。因為要對較長的范圍進行保護，所以在材料的選擇上最好使用6 mm的鍍鋅鋼筋和72/2.2的鍍鋅鋼股。防雷線路的鋪設也要準備兩條以上平均距離為40 cm的防雷線，有助于將雷電引入2000 m左右的區域內。

5.2 系統接地和接地電位懸掛方法

要想更好地提高光纜防雷性能，需要在銅線、金屬加強芯、金屬保護套、埋地光纜頭處采用電氣連接，以此來作為系統接地。其中將感應電流有效地引入地面是系統接地的優點所在，但是由于接地裝置數量多，被應用于實踐時維護費用高、數量大。因此也可以將接頭一端的金屬護套與加強芯電連接并接地，該方法最大的優點是可以避免光纜中長時間的長距離電流積累，從而損壞光纜。同時，還能快速地引入地下感應電流，保障電纜線路的通信安全。但其接地裝置較多，成本較高，還能使光纜接頭兩端與光纜終端的金屬套筒、金屬加強芯電絕緣，確保它們不與地面接觸，處于絕緣狀態。有效避免雷電電流在光纜通道中的累積，是這個方法的最大優勢，還可以降低光纜中金屬組件與避雷線之間出現的阻抗異常，將雷電電流誘導進入光纜。正常運行情況下，該方法一般選擇潛在的懸浮方法進行處理。在實際應用中，一般用于保護無金屬鐵芯光纜。

5.3 光纜阻塞引致雷電

光纜阻擋雷電指光纜通過電氣接地浮動，阻擋電纜內金屬部件的防雷感應，避免光纜被閃電擊中。當光纜中的金屬部件接地時，各段金屬部件連接起來，一般在中點或機房內接地。一旦接地，就會出現高阻區，甚至局部低阻土壤帶，會強烈誘發閃電。如果光纜直接被閃電擊中，并且出現超過光纜承受范圍的電位差，那么光纜的塑料保護套就很容易被刺穿，導致內部金屬暴露，在與地面接觸時雷電電流及電弧就會產生相應的下垂效應和熱效應。這兩種效應的存在勢必會對光纜帶來毀滅性的損害。但是，當光纜處于浮動狀態時，其內部的金屬組件并不會對閃電產生誘導，即使在閃電擊中地面的情況下，出現了光纜漏斗電位區，該電位區也不會因為電弧擊穿而對光纜運行產生影響。所以，在對光纜線路進行施工和設計時，首先是選擇機械連接光纜連接器，在電氣上斷開，以減少光纜被閃電擊中的可能性；其次，在施工、運輸和生產的過程中，做好與地面的絕緣保護，加強PE保護層，讓整個光纜保持良好的浮動狀態。

6 結語

綜上所述，在通信工程中光纜通信線路是重要的組成部分，要提高通信質量就要保證光纜正常有序地運行。雷擊雖然不會對光纜造成直接影響，但如果地面被雷擊擊中，產生的電位差很可能超過光纜外層和避雷點的承受強度，這不僅會對光纜的通信線路造成影響，還容易使長距離的光纜通信線路被雷擊損壞，在這種情況下，有必要分析光纜通信線路的損壞原因，并采取相應的措施。