本章主要講解通信電纜在工程中經(jīng)常會遇到的一些雷電防護(hù)問題

     通信電纜種類繁多.從傳輸信號來分，可以分為傳輸電磁信號的電纜f防雷和傳輸光信號的光釬防雷。電纜分為架空和埋地兩種安裝形式。這里安普迅防雷講的通信電纜包括微波和其他通信電纜。
    地下電纜開始使用時(shí).很多人以為電纜埋入地下，不像明線那樣高掛于地面，似乎不應(yīng)再受雷擊。可是實(shí)踐的結(jié)果，卻出乎人們的愈料，雷擊電纜的事故依然時(shí)有發(fā)生。
    運(yùn)行中造成電纜故障的原因很多.而據(jù)安普迅防雷的統(tǒng)計(jì).其中屬雷擊引起的，大約占了總故障的30%左右。應(yīng)該看到.實(shí)際上電纜的雷擊故障所占比例還不止如此。因?yàn)殡娎|受到直擊或反擊.當(dāng)時(shí)不一定會引起絕緣擊穿，只使塑料外護(hù)套產(chǎn)生小小的針孔，對通信的影響一時(shí)不能表現(xiàn)出來。待到年長月久嚴(yán)重形響通信后再來查找障礙，現(xiàn)場已面目全非，往往沒有作為雷擊障礙來統(tǒng)計(jì)。（防雷http://www.tianhengkj.cn）
    對于電纜來說，即使落地雷發(fā)生在比較遠(yuǎn)的地方，也仍然會有部分雷電流流人電纜，但對電纜和通信毫無影響，因此，安普迅防雷只把直接擊中電纜或反擊電纜的
雷擊，算作雷擊電纜。電纜的絕緣擊穿和通信中斷等的名詞也各有不同的含義。下面將會談到，是否發(fā)生對電纜的雷擊，主要與環(huán)境、土質(zhì)、雷電流強(qiáng)度有關(guān)，至于電纜絕緣擊穿.是否一定使通信中斷.還決定于電纜耐雷水平的高低。不同的環(huán)境條件和電纜結(jié)構(gòu)，電纜線路的雷擊故障率差別可能很大，例如，一條敷設(shè)在土壤電阻率為60Ω.m的平原地區(qū)(在平原地區(qū)這種土壤電阻率是較為普遍的)，可以耐受50 kA雷電流的電纜.如果在土坡電阻率為500Ω.m的地方.耐雷能力即下降為20 kA。地質(zhì)條件的不同.使同一電纜的耐雷能力相差兩倍多。又如在同一自然環(huán)境中，外護(hù)套為塑料的同外護(hù)套為金屬的電纜相比，一般的雷擊故障率要高出兩個(gè)數(shù)最級以上(甚至可接近三個(gè)數(shù)量級)。此外.施工過程留下的潛伏性機(jī)械損傷.也會降低電纜的耐雷水平，增大在雷擊情況下發(fā)生故障的可能性。由此可見，做好電纜的避雷工作.涉及電纜選型、施工設(shè)計(jì)和正確地采用避雷措施等一系列問題。
    架空電纜的雷害比起埋地電纜及明線來說，破壞性更大，波及范圍更廣。因?yàn)殡娎|架空之后，受雷電的影響和明線一樣頻繁，但是電纜芯線很細(xì)，芯線和外皮間的介質(zhì)絕緣在擊穿后又是不能恢復(fù)的，架空電纜的雷電流又不易泄人大地，故架空電纜的雷害比埋地電纜較為嚴(yán)重。按照計(jì)算，同樣結(jié)構(gòu)的電纜，架空掛設(shè)之后。雷電導(dǎo)致?lián)舸┢茐牡拇螖?shù)，約比埋人地下時(shí)大兩個(gè)數(shù)量級。但目前農(nóng)村仍大量采用架空電纜，這使維修工作量大大增加。
    本章安普迅防雷以地下電纜為主討論電纜的避雷問題，但很多機(jī)理同樣適用于架空電纜，因?yàn)榧芸针娎|實(shí)際上可以看作對地泄漏比埋地的同樣結(jié)構(gòu)電纜還要小的“地下電纜”
    電纜受雷擊的途徑，歸納起來有如下幾種:
    1.對電纜的直擊
    所謂直擊，是指甫電直接擊中電纜.實(shí)踐證明.在埋有電纜的地方.沿電纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高，有點(diǎn)像雷電專門要找埋地電纜嚴(yán)打似的，在土城電阻率高的地方尤其明顯.這是由于在土壤中埋下一條電纜就相當(dāng)于土壤巾有一條土壤電阻率特別低的帶，前面講過的高土壤電阻率的地方，如果中間存在一塊低土壤電阻率的地區(qū)，該地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊電纜的原因。從資料報(bào)道及現(xiàn)場調(diào)查可知，雷電直擊點(diǎn)的地面會出現(xiàn)大的孔洞，洞深可以直達(dá)電纜，如圖1所示。圖一：雷電直擊電纜
    2.雷擊附近大地、建筑物、大樹等對電纜發(fā)生放電
    當(dāng)雷電擊中電纜附近大地時(shí)，落雷點(diǎn)的電位顯著升高，而電纜延伸很遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)端的電位可視為零，所以雷擊點(diǎn)附近的電纜電位也幾乎為零，這樣一來，落雷點(diǎn)與電纜之間便出現(xiàn)極大的電位差。如果這一電位差超過了雷擊點(diǎn)和電纜間的土壤耐壓強(qiáng)度(視土坡電阻率的不同.其值可從低電阻率土坡的1 kV/cm至高電阻率的5 kV/cm不等)所無法承受的程度時(shí)，便擊穿土坡，形成了從雷擊點(diǎn)至電纜的電弧通道，大量雷電流涌向電纜，如圖2所示，這種雷擊，損壞程度與雷電直擊電纜相當(dāng)，同樣會造成電纜嚴(yán)重破壞.圖2:雷擊大地對附近電纜放電
      正如明線那樣，電纜線路也有它一定的引雷范圍。在這范圍內(nèi)的落地雷，均會擊穿土壤對電纜放電。引雷范圍的寬窄，隨土壤電阻率和雷電流的大小而異。地電阻率愈高，雷電流愈大.引雷范圍也愈寬。
    所以，如給出落地雷的電流，便可估算出引雷的范圍來。在均勻的土壤中，它是一以雷擊點(diǎn)為圓心，以R為半徑的半球體。凡處于這一半球體內(nèi)的電纜，都可能遭受破壞.例如，一個(gè)100 kA的雷擊.如P= 100Ω.m，則R為5.6 m,若p=1000Ω.m的話，則可增至12.6 m，土壤電阻率愈不均勻，在某些方向上的引雷范圍愈要增大。根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果，間接地也證明了想靠增加電纜的埋深，以達(dá)到避雷的目的較為困難。
    被雷擊的電纜也可以成為反擊源反擊其他電纜或電纜附近的其他物體.
    雷擊大地時(shí)，落雷點(diǎn)的電位最高，若土壤電阻率均勻。其電位分布則圍繞著落需點(diǎn)形成一個(gè)導(dǎo)電的半球體。
    知道了雷電流值，電纜所在土壤的電阻率和外護(hù)套的耐壓，便可計(jì)算出危險(xiǎn)距離來。例如.當(dāng)雷電流為100 kA時(shí)，土壤電阻率為1000Ω.m，以及外護(hù)套耐電壓100 kV時(shí)，可求得距離雷擊點(diǎn)80 m范圍內(nèi)的這種電纜，均有發(fā)生護(hù)套絕緣擊穿的可能。同理測出了雷擊距離也可以反過來求出雷電流強(qiáng)度。
    3.感應(yīng)過電壓
    除了直接向電纜流入雷電流以外，通過電磁感應(yīng)，也能在電纜上誘發(fā)感應(yīng)電壓和電流。圖3示出由于云間放電而在電纜中產(chǎn)生了感應(yīng)過電壓。放電通道
如果與電纜線路相平行，由于電磁感應(yīng)，將使電纜的導(dǎo)體產(chǎn)生一定的縱向電動勢，并隨之流過一定的電流。應(yīng)該指出，在現(xiàn)場觀測中，電纜上的過電壓沖擊，絕大多數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的.但因其能量一般較小.電壓低.電流弱。通常很少對電纜本身身造成危害。只能對與電纜相連接的端機(jī)或增音機(jī)構(gòu)成危害。
    感應(yīng)過電壓分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩部分，對于傳輸線來講，其過電壓以靜電感應(yīng)為主。
    4.電纜的屏蔽作用
    電纜的屏蔽效果，一般可用其轉(zhuǎn)移阻抗予以表征。轉(zhuǎn)移阻抗的定義為，電纜芯—外皮(屏蔽層)在一端短接，外皮流有電流1(w).引起電纜另一端的感應(yīng)電壓為Uo(m)時(shí)，則Z(m)= Uo(m)/ I(m) " 1即為轉(zhuǎn)移阻抗.I為電纜長，。為角0率.電纜長度小于注人外皮電流的波長1/4時(shí).有屏蔽的電纜可由集中參數(shù)電路(圖6.4)來表示。
    電纜外皮對芯線如能做到完全屏蔽，則轉(zhuǎn)移阻抗只決定于外皮的阻抗。如電纜外皮采用編織的金屬網(wǎng)時(shí).隨著頻率的提高，會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移阻抗有所升高。這一方面是由于集膚效應(yīng)導(dǎo)致外皮電阻增加，另一方面也因穿過外皮而單獨(dú)鏈往芯的漏磁通增加的緣故。外皮是連續(xù)的金屬管時(shí).頻率增高，轉(zhuǎn)移限抗有所下降，從而表現(xiàn)出更好的屏蔽效果。
    根據(jù)實(shí)測結(jié)果.電纜的轉(zhuǎn)移阻抗是:在0.05-2 MHz時(shí)單層屏蔽電纜轉(zhuǎn)移阻抗為2-20mΩ/m。雙層屏蔽電纜為0.01-1 mΩl/m.無屏蔽的雙絞線為1045mΩ/ m。多芯電纜因直徑大，屏蔽電阻小，轉(zhuǎn)移阻抗也較低。實(shí)驗(yàn)還證明了電纜末端開路與接入24Ω負(fù)載阻抗(實(shí)際使用電纜末端總是有負(fù)載的)對比表明，兩者的轉(zhuǎn)移阻抗差別很小。
    據(jù)某大樓實(shí)測，樓頂加621 A沖擊電流，樓內(nèi)長80 m的SY V-75型同軸電纜外皮不接地時(shí).干擾電壓達(dá)114 V(換算成50 kA沖擊電流時(shí)應(yīng)有918 V);外皮兩端接地后干擾電壓小于1 V(換算成50 kA時(shí)小于8.1 V)，兩者相差百倍以上。
    安普迅防雷研究和經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，將導(dǎo)線穿人鐵管并埋人地中，對防護(hù)電磁干擾非常有效，并且管直徑越大，其轉(zhuǎn)移阻抗越小，屏蔽效果越好。

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