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摘要雷击光缆可造成金属构件熔化、针孔击穿和结构变形等。分析了光缆遭遇雷击的机理和概率．总结出地下光缆线路的雷电防护措施(路由的选择、地下防雷线、消弧线以及架空防雷地线的设置方法和要求)。
关键词 光缆线路 雷击 防护措施 针孔击穿消弧线
1 引言
随着光纤通信技术的迅速发展，在光缆建设和维护工作中。光缆的防护问题越来越引起重视。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，因此一旦发生故障．将会造成较大损失。本文结合国内对通信线路的防雷规范。谈谈光缆线路的雷电防护。
2光缆遭受雷击现象
2．1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。
2．2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。
2．3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。
2．4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。
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关键词 光缆线路 雷击 防护措施 针孔击穿消弧线
1 引言
随着光纤通信技术的迅速发展，在光缆建设和维护工作中。光缆的防护问题越来越引起重视。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，因此一旦发生故障．将会造成较大损失。本文结合国内对通信线路的防雷规范。谈谈光缆线路的雷电防护。
2光缆遭受雷击现象
2．1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。
2．2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。
2．3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。
2．4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。
3光缆遭遇雷击的机理
3．1 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；倘若该金属类物质对地是绝缘的。如对地电气浮空的光缆，则因绝缘的金属导体与大地不能形成通路，而不能输送雷云所带的电荷至大地，不对雷电活动产生影响。因此，对地接触良好的光缆对雷电有很强的诱导作用[1|。
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：
3．2雷电闪击光缆
当土壤电阻率为5001"1·in，外护套耐压为200 kV的光缆，在8m外的大地遭遇标准雷(20 kA)雷击时，外护套有可能被击穿。
当光缆内的金属构件接地，或光缆外护套损伤而接地，雷击点与光缆问便出现极大的电位差，如果这一电位差超过了雷击点与光缆间的土壤耐电压。便击穿土壤，形成从雷击点至光缆的电弧通道。
当光缆内的金属构件接地，或光缆外护套损伤而接地，雷击点与光缆问便出现极大的电位差，如果这一电位差超过了雷击点与光缆间的土壤耐电压。便击穿土壤，形成从雷击点至光缆的电弧通道。
当光缆中的金属构件对大地处于浮空状态时。光缆对雷电无诱导作用，即使光缆在雷击大地所产生的“漏斗电位”区内，也不会发生电弧击穿。
架空光缆遭遇雷击的机理与埋地光缆遭遇雷击的机理相同，只不过前者所处的环境介质是空气。后者的环境介质是土壤。由于光缆对地电阻远大于电杆避雷线的对地电阻，因此雷击发生时。雷电直奔电杆放电。
光缆遭遇雷击通常有两种情况：雷电直击光缆和雷电闪击点附近大地物体对光缆发生放电。光缆会遭受以下两种破坏性的机械损害：雷击点与光缆间的电弧和雷电流通过光缆金属构件进入大地而形成的雷击热效应；雷电在入地通道中产生的高温，使大地中的水分和一些物质汽化，瞬间发出气流。产生的强冲击力即汽锤效应。
4光缆遭受雷击的概率
架空光缆遭遇雷击的机理与埋地光缆遭遇雷击的机理相同，只不过前者所处的环境介质是空气。后者的环境介质是土壤。由于光缆对地电阻远大于电杆避雷线的对地电阻，因此雷击发生时。雷电直奔电杆放电。
光缆遭遇雷击通常有两种情况：雷电直击光缆和雷电闪击点附近大地物体对光缆发生放电。光缆会遭受以下两种破坏性的机械损害：雷击点与光缆间的电弧和雷电流通过光缆金属构件进入大地而形成的雷击热效应；雷电在入地通道中产生的高温，使大地中的水分和一些物质汽化，瞬间发出气流。产生的强冲击力即汽锤效应。
4光缆遭受雷击的概率
5光缆线路雷电防护措施
对光缆线路进行防雷保护，应根据当地的天气和地形等自然条件。有针对性地进行。
5．1地下光缆的雷电防护方法
5．1．1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[5]：
a．线路应尽量沿平原地区敷设。因为平原地区雷击活动比山区弱。
b．如果在一整片都是土壤电阻率较高(例如在500il·m以上)的地方，当中局部地方的土壤电阻率比较低(例如小于100Q·m)。则这局部地方落雷可能性反而较大，必须避开。
有些地方，表层(深度2m以内)的土壤电阻率虽然低，但深层(深度lOm以内)的土壤电阻率很高，深层比表层土壤电阻率大4倍以上，则这些地方不宜作为光缆的路由。原因是当这里落雷时，雷电流在流散过程中，将遇到电阻率较高的深层土壤的阻碍，使表层土壤电流密度增大。光缆易遭受雷害。
c．如光缆必须经过山地，应避免走山顶或山脊。
d．要注意光缆路由经过的地方．不应有孤立大树。考虑到树根在地中的伸展。光缆与孤树的距离要满足表1的规定。
大量运行经验已表明，沿公路行道树旁敷设的光缆。常常因雷击于行道树而遭到反击．行道树成了引雷击至光缆的“媒介”。应避免光缆沿公路行道树旁边埋设。如不能避开的话，则必须采取相应保护措施补救。在经过古塔、电杆接地线或其他接地物体时。其根部与光缆之距容许稍短一些，但也要符合表2的要求。
对光缆线路进行防雷保护，应根据当地的天气和地形等自然条件。有针对性地进行。
5．1地下光缆的雷电防护方法
5．1．1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[5]：
a．线路应尽量沿平原地区敷设。因为平原地区雷击活动比山区弱。
b．如果在一整片都是土壤电阻率较高(例如在500il·m以上)的地方，当中局部地方的土壤电阻率比较低(例如小于100Q·m)。则这局部地方落雷可能性反而较大，必须避开。
有些地方，表层(深度2m以内)的土壤电阻率虽然低，但深层(深度lOm以内)的土壤电阻率很高，深层比表层土壤电阻率大4倍以上，则这些地方不宜作为光缆的路由。原因是当这里落雷时，雷电流在流散过程中，将遇到电阻率较高的深层土壤的阻碍，使表层土壤电流密度增大。光缆易遭受雷害。
c．如光缆必须经过山地，应避免走山顶或山脊。
d．要注意光缆路由经过的地方．不应有孤立大树。考虑到树根在地中的伸展。光缆与孤树的距离要满足表1的规定。
大量运行经验已表明，沿公路行道树旁敷设的光缆。常常因雷击于行道树而遭到反击．行道树成了引雷击至光缆的“媒介”。应避免光缆沿公路行道树旁边埋设。如不能避开的话，则必须采取相应保护措施补救。在经过古塔、电杆接地线或其他接地物体时。其根部与光缆之距容许稍短一些，但也要符合表2的要求。
e．凡曾经落过雷，特别是重复雷击过的地方。均要仔细观察分析落雷原因。设法避开。如果不能避开时，则要考虑采取防雷措施。
f．光缆与铁路路基或地下金属管道平行时。若距离在3m以内。可视为避雷屏蔽而不必再考虑其他防雷措施。
一条合理的光缆路由，应在充分的调查研究基础上。包括对每一具体地点历年来的雷害情况加以了解之后，才能确定。对于重要的干线，还需在对初步设计提出的路由。进行全线土壤电阻率测量及比较之后，才能确定下来。
5．1．2地下防雷线(排流线)
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。应用在直埋光缆所经过路由土壤电阻率大于1001l·m．且需要保护的地段。较常采用7，2．2镀锌钢绞线或少6mm镀锌钢筋来制作。
方法I：在光缆上方距光缆300 mm处。平行敷设两条防雷线，相距400 mm。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2 km。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人地，并要求接地装置离开光缆15m以上。其接地电阻要求见表3。
5．1．3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13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15 in，接地网的接地电阻一般要求为5Q，当土壤电阻率大于100n·m时。接地电阻要求为10 Q。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。
f．光缆与铁路路基或地下金属管道平行时。若距离在3m以内。可视为避雷屏蔽而不必再考虑其他防雷措施。
一条合理的光缆路由，应在充分的调查研究基础上。包括对每一具体地点历年来的雷害情况加以了解之后，才能确定。对于重要的干线，还需在对初步设计提出的路由。进行全线土壤电阻率测量及比较之后，才能确定下来。
5．1．2地下防雷线(排流线)
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。应用在直埋光缆所经过路由土壤电阻率大于1001l·m．且需要保护的地段。较常采用7，2．2镀锌钢绞线或少6mm镀锌钢筋来制作。
方法I：在光缆上方距光缆300 mm处。平行敷设两条防雷线，相距400 mm。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2 km。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人地，并要求接地装置离开光缆15m以上。其接地电阻要求见表3。
5．1．3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13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15 in，接地网的接地电阻一般要求为5Q，当土壤电阻率大于100n·m时。接地电阻要求为10 Q。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。
5．1．4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3—5 m。用木杆平行架设两条4)4．0 mm镀锌铁线，在中间每隔150—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1001"l·m以下时，中间接地电阻为20n．两端的接地电阻为10Q。当土壤电阻率在100n·m以上时，中间的接地电阻为40Q，两端的接地电阻为20Q。
另外，在个别雷击重点地方，可以采取避雷针装
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3—5 m。用木杆平行架设两条4)4．0 mm镀锌铁线，在中间每隔150—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1001"l·m以下时，中间接地电阻为20n．两端的接地电阻为10Q。当土壤电阻率在100n·m以上时，中间的接地电阻为40Q，两端的接地电阻为20Q。
另外，在个别雷击重点地方，可以采取避雷针装
5．1．5其它防雷措施
a．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(聚乙烯)层的光缆。
b．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，也提高了光缆的抗雷电浪涌的能力。
c．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。
5．2架空光缆的雷电防护方法
对于架空光缆。可充分利用原金属明线和杆路的防雷措施，如采用避雷针、架空防雷线等措施。同时可将架空吊线电气连接并每隔2km进行一次接地．接地时可直接接地或通过合适的浪涌保护装置接地，这样吊线具有架空地线的保护作用。将光缆中的金属部件在接头处全部做电气断开。就地取用电源时。应做好电源的防雷保护，如采用隔离变压器或接上氧化锌避雷阀片等。
6光缆线路防雷设旋的维护
一般来讲，光缆在敷设时已根据具体需要采用了相应的防雷措施，但防雷设施不是一劳永逸的。防雷设施的质量直接关系到光缆线路的防雷效果。因此．在日常维护工作中必须引起足够的重视。要把防雷设施的维护与光缆的路面维护紧密地结合起来[6]。
6．1 土壤电阻率和接地电阻的测试
在光缆发生雷击故障的地点和光缆附近曾经落雷的地区，应该分别测试光缆线路上土壤2m和10m深的土壤电阻率。防雷设施接地装置的接地电阻．每年至少测试一次，一般在雷雨季节之前进行。接地电阻不符合要求的，应予以改善。
6．2防雷设施的维护
防雷设施的维护可结合光缆路面维护一并进行。地下防雷设施应根据土壤的腐蚀情况，定期挖开检查其腐蚀程度，发现不符合质量要求的应及时进行修复或更换。光缆监测标石内如接有地线的，应经常检查地线连接是否良好。在检查防雷设施的同时，应测试接地装置的接地电阻，如达不到要求，应找出原因并整修合格。
6．3雷击资料的收集
为了确切地掌握雷击光缆的规律。以便为采取防雷措施提供依据，各光缆线路维护中心应认真及时做好雷击资料的收集工作，对雷击光缆故障做详细的记录。
7结束语
光缆防雷工作是一个难度较大的课题。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。
a．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(聚乙烯)层的光缆。
b．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，也提高了光缆的抗雷电浪涌的能力。
c．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。
5．2架空光缆的雷电防护方法
对于架空光缆。可充分利用原金属明线和杆路的防雷措施，如采用避雷针、架空防雷线等措施。同时可将架空吊线电气连接并每隔2km进行一次接地．接地时可直接接地或通过合适的浪涌保护装置接地，这样吊线具有架空地线的保护作用。将光缆中的金属部件在接头处全部做电气断开。就地取用电源时。应做好电源的防雷保护，如采用隔离变压器或接上氧化锌避雷阀片等。
6光缆线路防雷设旋的维护
一般来讲，光缆在敷设时已根据具体需要采用了相应的防雷措施，但防雷设施不是一劳永逸的。防雷设施的质量直接关系到光缆线路的防雷效果。因此．在日常维护工作中必须引起足够的重视。要把防雷设施的维护与光缆的路面维护紧密地结合起来[6]。
6．1 土壤电阻率和接地电阻的测试
在光缆发生雷击故障的地点和光缆附近曾经落雷的地区，应该分别测试光缆线路上土壤2m和10m深的土壤电阻率。防雷设施接地装置的接地电阻．每年至少测试一次，一般在雷雨季节之前进行。接地电阻不符合要求的，应予以改善。
6．2防雷设施的维护
防雷设施的维护可结合光缆路面维护一并进行。地下防雷设施应根据土壤的腐蚀情况，定期挖开检查其腐蚀程度，发现不符合质量要求的应及时进行修复或更换。光缆监测标石内如接有地线的，应经常检查地线连接是否良好。在检查防雷设施的同时，应测试接地装置的接地电阻，如达不到要求，应找出原因并整修合格。
6．3雷击资料的收集
为了确切地掌握雷击光缆的规律。以便为采取防雷措施提供依据，各光缆线路维护中心应认真及时做好雷击资料的收集工作，对雷击光缆故障做详细的记录。
7结束语
光缆防雷工作是一个难度较大的课题。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。