远距离光缆通信线路的防雷措施分析

戴仕杰， 周力行

（长沙理工大学，湖南长沙 410000）

0 引言

随着信息社会的不断发展，光纤技术被越来越多的人所使用，因其独特的传播优势，也被各个行业所青睐。当它被应用于通信领域时，由于光缆易受闪电影响而产生机械损伤，导致光纤通信作用的中断。这种情况需要对光缆通信线路上相应的雷击情况和发生雷击的原因进行分析，为有效解决电缆的雷击问题采取应对措施。目前，相关部门已经对长途光缆的通信防雷工作进行了研究和讨论。

要想有效提高光缆的防雷性能，就要对光缆的通信线路进行合理优化,需要在清楚安装措施、了解防雷设计的基础上，与光缆通信线路的实际情况和实施要求相结合切实提高光缆运行的安全性。因此，对于防雷技术的设计和安装需要引起足够的重视，在光缆通信工作的开展中，不断加强对防雷技术的深入研究，促进光缆通信线路的优化完善，有效提升其工作水平。

1 光缆通信概述与防雷设计、线路安装的必要性

1.1 光缆通信技术概述

信息通常以光信号的形式进行传输，并且待传输的信息被长距离地加载和传输。光缆通信线路本身存在许多的优势，因此被应用于社会的各个领域，应用范围十分广泛。此外，光缆通信不仅通信的质量较高，而且它还具有很强的抗干扰能力。在我国利用光缆的优势和特点进行通信线路的开发，光缆通信线路主要包含电信、移动、联通、军事等通信方式，不仅为我国国有企业做出了巨大的贡献，还提高了人类日常生活的水平。

1.2 加强光缆通信线路防雷设计与安装研究的重要性

（1）可以有效减少雷击事件对光缆通信的破坏，延长线路的使用寿命。在实际操作中，通过与运行条件和功能特点相结合，不断加强对光缆线路的雷击防控和安装设计，可以找到有效的防雷手段，支持可靠的防雷设备，降低雷击概率，为光缆通信的稳定运行保驾护航，延长其使用寿命。

（2）可以有效消除光缆线路中的安全隐患，让防雷性能得到强化。在实践经验丰富的条件下，寻找到有效的防雷设计和相应的安装措施，对光缆通信线路的运行情况做进一步分析，可以很好地发现线路中的安全隐患，并对这些隐患问题进行处理，显著提高光缆通信的安全性。

（3）能够保证光缆通信线路长期使用，有效缩减运营成本。通过对光缆的防雷设计和安装研究，可以强化对这类通信方式的优化效果，不断提升光缆通信的服务水平。

1.3 闪电分析

人们通常选择广阔的空间安装架空高压输电线路，为祖国各地供电，因此线路长而复杂。在雷雨天气，很容易被雷电击中，发生自动跳闸。此时电力系统不能正常运行，沿线进行检查和维护也将花费较多的人力和财力；此外，闪电会攻击沿线电力设备，对部分设备造成损坏。所以，对输电线路防雷水平的提升，不仅能保护电力企业的经济效益，还可以保证线路的运行安全，从源头上解决用户设备的安全隐患。

在闪电形成的过程中，云层会不断地翻转，这时空气中的冰晶和尘埃会随着云层翻覆产生一系列的复杂变化，形成带有正电荷与负电荷的物质。同时，拥有相同负电荷的物质会随着电荷数量的增加会越来越重，最终出现在云层底部。 当物质有相同的正电荷时，它的质量就更轻，它将在云的顶部。在这种情况下，当同性电荷收敛时，电荷中心就形成了。这时如果出现强电将带点中心的空气刺穿，电荷中心的平衡就会被打破形成闪电。云层中的负电荷会不断向下接近地面，同时正电荷又对地面的金属和突起进行诱导。在电磁场上升的过程中，地上的闪光电流逐渐形成不断向上，而空中的雷云又呈现下降趋势。在电流和雷云相遇时，就会产生接地电流，对光缆通信的线路造成损坏。

目前，我国防雷线路基本设置在35 kV及以上的输电线路上，全线架设110 kV及以上，在330 kV及以上的输电线路上架设双层防雷线路。

避雷针保护角一般为20°～30°，变电站进线段及电压500 kV及以上EHV及UHV线路的防雷线保护角为15°。不同电压等级输电线路指定的绝缘子数量：基于x-4.5绝缘子，35 kV电压电平输电线路3条，110 kV电压电平输电线路7条，220 kV电压级输电线路13条，200 kV电线路28条。

2 防雷的设计与安装

2.1 接地防雷保护线

在光缆通信线路中，防雷设计和安装主要采用防雷接地技术和方法。通过在地下设置防雷线路的设计方法，能够对光缆线路起到很好的保护作用，屏蔽防雷，对自身现有电流进行防雷分析判断，自身电流与防雷效果成正比。要想防雷的效果好、较明显，就要增加自身的电流量。在选择防雷线时，还必须注意使用有色金属线作为防雷线，因有色金属线的使用寿命更长，耐腐蚀性能较好，具有明显的防雷效果。

2.2 架空防雷线路

将电气接地金属芯和光缆断开的方式进行安装，就是架空防雷线路防雷的设计。在选择光缆路由器时，应尽量避免与铁路高压线路平行并保持相当距离。必要时，采用光缆非金属芯的设计，以保证光缆通信的使用安全和防雷效果。

2.3 直接埋地

将光缆埋在地下的安装方式，可以有效减少光缆通信运行中高空雷击事件的发生。在施工安装时，首先要根据现场的实际情况选择适宜的安装方法，实现对光缆线路的合理保护，减少因为雷击造成的线路应用损害。其次，应根据地势特点进行光缆安装的特定设计，例如在深沟和运河的环境下进行安装时，就不能将其埋于地下，对于这些特殊的区域，要将防雷装置安装在电杆上，运用架空防雷线路来减少雷击现象的发生，实现对光缆和通信线路的有效保护。

2.4 防雷设计和安装的注意事项

对光缆通信线路运作中雷击事件的有效预防，可以保证光缆使用安全，因此，在光缆安装和防雷设计的过程中，要使用合理的方法实现对光缆通信线路避雷。不能采用接地互联的形式对电缆线路中的金属芯进行连接，否则会对闪电产生很大的吸引力，闪电很大程度会在附近区域“坠落”，造成对光缆通信线路的损害。所以在防雷设计行安装，需要保证电缆接地的绝缘性，在断开的电器和电缆连接的接头处采取有效的防雷措施，以确保光缆通信线路的安全和防雷设计安装的合理性。

3 输电线路防雷新技术

（1）同一塔楼上的双回路线路采用差动绝缘防雷保护。研究发现，在发生雷击的情况下，利用绝缘不良可以提高供电的可靠性。差分绝缘意味着在相同的条件下，绝缘子较少的电路会先闪络。闪络后，导线与完整的线路耦合，提高了阻雷水平，从而保证供电的可靠性。两条输电线路绝缘子串数的差异，应根据各方面的技术经济比较来确定。一般主张两条输电线路的绝缘水平差为相位电压峰值的1.73倍。

（2）线路避雷器的防雷保护。避雷器不能将屏蔽故障率降至零，在特大雷电过电压情况下反击的概率也很高，在一些难以降低接地电阻的地方，当一般防雷措施难以满足要求时，可考虑安装线路避雷器防雷，将制弧率降低至零，从根本上降低雷电跳闸率。当雷击击中避雷针或导体时，避雷器的动作将使雷击电流通过导体传递到邻近的铁塔上。

（3）可控制的放电避雷针。电动避雷针由于其强大的避雷能力和较大的保护角，可以有效降低输电线路的雷击率，在高压输电电路的防雷保护中值得广泛应用。同时，可控放电避雷针还具有放电电流振幅小、陡度低的特点。根据输电线路的避雷电阻等级，110 kV～500 kV输电线路不会跳闸，也不会承受雷电电流。

4 光缆通信线路发生雷击的原因

光纤本身不导电，可以避免脉冲电流的冲击，但会受到人为因素、自然灾害以及架空金属附件的影响，脉冲电流会对光缆通信运行造成冲击。通过在光缆表面运用金属包层、铜线、加强芯等金属导体的安装设置，可以有效避免光缆的电流冲击。在光缆中的金属部件被闪电击中或电源线即将短路时，可产生交流或浪涌电流。一旦产生交流电或浪涌电流，就会损坏光缆通信线路设备，并威胁到周围人的生命安全。如果雷雨里面的电荷需要被释放，闪电就会利用阻抗最低的线路来进行疏散，这不仅会减少地下的异性电荷，还会影响周围的建筑设施。当周围的建筑物被雷电击中时，会显著提升雷电的潜在力量，并将沿着光缆向很远的地方延伸。可以将雷击附近的光缆电位以及远端电位同时视为0，这时在光缆和避雷点之间就会存在很大的电位差异。如果光缆外层和雷电点的耐压强度被电位差突破，保护层直接被闪电击中产生电弧通道，那么光缆就会因为大量的闪电涌入造成损坏，在这个过程中PE很容易破损，露出光缆中的金属部件。一旦组件暴露，该设备将引入强大的电力或闪电充电进入光缆。此外，因为铜线、增强芯以及金属护套的电阻快速增加、地形变化突然、接地绝缘低，会导致光缆本身损坏。光缆与埋长也有一定的关系，光缆使用的时间越长，它被闪电击中的可能性就越大。然而，光缆在同一区域和同时发生闪电坠落的概率很小，没有闪电电压叠加的问题。研究表明，闪电电流可以沿着光缆传输1 km～2 km。闪电电流越接近撞击点，远脉冲的电压就越低。对雷击电缆的实际情况进行分析，发现几十米与几百米之间都是雷击的主要范围，在这个范围之间需要保证光缆耐压指标的一致性，否则会给光缆的施工运输带来危险。

5 长途光缆通信线路的防雷保护措施

5.1 设置地下防雷线路

在光缆通信的运行中，地下防雷方式有着不可或缺的重要性。它不仅可以根据防雷线路中的电流情况来预判防雷效果，还可以对雷电进行有效屏蔽。线路中的电流越大，对雷击的防范效果越好。因其使用寿命长，防雷效果好，一般使用耐腐蚀性强、导线阻抗小的有色金属线来作为防雷线进行掩埋。地下防雷线路属于直埋光缆，在掩埋防雷线路时也应注意相应的问题。首先，要控制保护区与电阻率之间的安全距离，在土壤电阻率达到100 Ω·m以上时，电缆才能安全运行。因为要对较长的范围进行保护，所以在材料的选择上最好使用6 mm的镀锌钢筋和72/2.2的镀锌钢股。防雷线路的铺设也要准备两条以上平均距离为40 cm的防雷线，有助于将雷电引入2000 m左右的区域内。

5.2 系统接地和接地电位悬挂方法

要想更好地提高光缆防雷性能，需要在铜线、金属加强芯、金属保护套、埋地光缆头处采用电气连接，以此来作为系统接地。其中将感应电流有效地引入地面是系统接地的优点所在，但是由于接地装置数量多，被应用于实践时维护费用高、数量大。因此也可以将接头一端的金属护套与加强芯电连接并接地，该方法最大的优点是可以避免光缆中长时间的长距离电流积累，从而损坏光缆。同时，还能快速地引入地下感应电流，保障电缆线路的通信安全。但其接地装置较多，成本较高，还能使光缆接头两端与光缆终端的金属套筒、金属加强芯电绝缘，确保它们不与地面接触，处于绝缘状态。有效避免雷电电流在光缆通道中的累积，是这个方法的最大优势，还可以降低光缆中金属组件与避雷线之间出现的阻抗异常，将雷电电流诱导进入光缆。正常运行情况下，该方法一般选择潜在的悬浮方法进行处理。在实际应用中，一般用于保护无金属铁芯光缆。

5.3 光缆阻塞引致雷电

光缆阻挡雷电指光缆通过电气接地浮动，阻挡电缆内金属部件的防雷感应，避免光缆被闪电击中。当光缆中的金属部件接地时，各段金属部件连接起来，一般在中点或机房内接地。一旦接地，就会出现高阻区，甚至局部低阻土壤带，会强烈诱发闪电。如果光缆直接被闪电击中，并且出现超过光缆承受范围的电位差，那么光缆的塑料保护套就很容易被刺穿，导致内部金属暴露，在与地面接触时雷电电流及电弧就会产生相应的下垂效应和热效应。这两种效应的存在势必会对光缆带来毁灭性的损害。但是，当光缆处于浮动状态时，其内部的金属组件并不会对闪电产生诱导，即使在闪电击中地面的情况下，出现了光缆漏斗电位区，该电位区也不会因为电弧击穿而对光缆运行产生影响。所以，在对光缆线路进行施工和设计时，首先是选择机械连接光缆连接器，在电气上断开，以减少光缆被闪电击中的可能性；其次，在施工、运输和生产的过程中，做好与地面的绝缘保护，加强PE保护层，让整个光缆保持良好的浮动状态。

6 结语

综上所述，在通信工程中光缆通信线路是重要的组成部分，要提高通信质量就要保证光缆正常有序地运行。雷击虽然不会对光缆造成直接影响，但如果地面被雷击击中，产生的电位差很可能超过光缆外层和避雷点的承受强度，这不仅会对光缆的通信线路造成影响，还容易使长距离的光缆通信线路被雷击损坏，在这种情况下，有必要分析光缆通信线路的损坏原因，并采取相应的措施。