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安徽防雷公司,通信电缆的雷电防护问题
来源:安徽河江海防雷科技   日期:2018-06-29   浏览:13

     安徽防雷公司,为您讲解通信电缆在工程中经常会遇到的一些雷电防护问题:

     通信电缆种类繁多.从传输信号来分,可以分为传输电磁信号的电缆f防雷和传输光信号的光钎防雷。电缆分为架空和埋地两种安装形式。这里安徽防雷公司讲的通信电缆包括微波和其他通信电缆。
    地下电缆开始使用时.很多人以为电缆埋入地下,不像明线那样高挂于地面,似乎不应再受雷击。可是实践的结果,却出乎人们的愈料,雷击电缆的事故依然时有发生。
    运行中造成电缆故障的原因很多.而据安徽防雷公司的统计.其中属雷击引起的,大约占了总故障的30%左右。应该看到.实际上电缆的雷击故障所占比例还不止如此。因为电缆受到直击或反击.当时不一定会引起绝缘击穿,只使塑料外护套产生小小的针孔,对通信的影响一时不能表现出来。待到年长月久严重形响通信后再来查找障碍,现场已面目全非,往往没有作为雷击障碍来统计。

    对于电缆来说,即使落地雷发生在比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流人电缆,但对电缆和通信毫无影响,因此,安徽防雷公司只把直接击中电缆或反击电缆的
雷击,算作雷击电缆。电缆的绝缘击穿和通信中断等的名词也各有不同的含义。下面将会谈到,是否发生对电缆的雷击,主要与环境、土质、雷电流强度有关,至于电缆绝缘击穿.是否一定使通信中断.还决定于电缆耐雷水平的高低。不同的环境条件和电缆结构,电缆线路的雷击故障率差别可能很大,例如,一条敷设在土壤电阻率为60Ω.m的平原地区(在平原地区这种土壤电阻率是较为普遍的),可以耐受50 kA雷电流的电缆.如果在土坡电阻率为500Ω.m的地方.耐雷能力即下降为20 kA。地质条件的不同.使同一电缆的耐雷能力相差两倍多。又如在同一自然环境中,外护套为塑料的同外护套为金属的电缆相比,一般的雷击故障率要高出两个数最级以上(甚至可接近三个数量级)。此外.施工过程留下的潜伏性机械损伤.也会降低电缆的耐雷水平,增大在雷击情况下发生故障的可能性。由此可见,做好电缆的避雷工作.涉及电缆选型、施工设计和正确地采用避雷措施等一系列问题。
    架空电缆的雷害比起埋地电缆及明线来说,破坏性更大,波及范围更广。因为电缆架空之后,受雷电的影响和明线一样频繁,但是电缆芯线很细,芯线和外皮间的介质绝缘在击穿后又是不能恢复的,架空电缆的雷电流又不易泄人大地,故架空电缆的雷害比埋地电缆较为严重。按照计算,同样结构的电缆,架空挂设之后。雷电导致击穿破坏的次数,约比埋人地下时大两个数量级。但目前农村仍大量采用架空电缆,这使维修工作量大大增加。
    本章安徽防雷公司以地下电缆为主讨论电缆的避雷问题,但很多机理同样适用于架空电缆,因为架空电缆实际上可以看作对地泄漏比埋地的同样结构电缆还要小的“地下电缆”
    电缆受雷击的途径,归纳起来有如下几种:
    1.对电缆的直击
    所谓直击,是指甫电直接击中电缆.实践证明.在埋有电缆的地方.沿电缆埋设的线路落雷率要比其他地方落雷率高,有点像雷电专门要找埋地电缆严打似的,在土城电阻率高的地方尤其明显.这是由于在土壤中埋下一条电缆就相当于土壤巾有一条土壤电阻率特别低的带,前面讲过的高土壤电阻率的地方,如果中间存在一块低土壤电阻率的地区,该地区受雷击率特别高,这便是雷电直击电缆的原因。从资料报道及现场调查可知,雷电直击点的地面会出现大的孔洞,洞深可以直达电缆,如图1所示。

图一:雷电直击电缆
    2.雷击附近大地、建筑物、大树等对电缆发生放电
    当雷电击中电缆附近大地时,落雷点的电位显著升高,而电缆延伸很远,其远端的电位可视为零,所以雷击点附近的电缆电位也几乎为零,这样一来,落雷点与电缆之间便出现极大的电位差。如果这一电位差超过了雷击点和电缆间的土壤耐压强度(视土坡电阻率的不同.其值可从低电阻率土坡的1 kV/cm至高电阻率的5 kV/cm不等)所无法承受的程度时,便击穿土坡,形成了从雷击点至电缆的电弧通道,大量雷电流涌向电缆,如图2所示,这种雷击,损坏程度与雷电直击电缆相当,同样会造成电缆严重破坏.

图2:雷击大地对附近电缆放电
      正如明线那样,电缆线路也有它一定的引雷范围。在这范围内的落地雷,均会击穿土壤对电缆放电。引雷范围的宽窄,随土壤电阻率和雷电流的大小而异。地电阻率愈高,雷电流愈大.引雷范围也愈宽。
    所以,如给出落地雷的电流,便可估算出引雷的范围来。在均匀的土壤中,它是一以雷击点为圆心,以R为半径的半球体。凡处于这一半球体内的电缆,都可能遭受破坏.例如,一个100 kA的雷击.如P= 100Ω.m,则R为5.6 m,若p=1000Ω.m的话,则可增至12.6 m,土壤电阻率愈不均匀,在某些方向上的引雷范围愈要增大。根据上述的计算结果,间接地也证明了想靠增加电缆的埋深,以达到避雷的目的较为困难。
    被雷击的电缆也可以成为反击源反击其他电缆或电缆附近的其他物体.
    雷击大地时,落雷点的电位最高,若土壤电阻率均匀。其电位分布则围绕着落需点形成一个导电的半球体。
    知道了雷电流值,电缆所在土壤的电阻率和外护套的耐压,便可计算出危险距离来。例如.当雷电流为100 kA时,土壤电阻率为1000Ω.m,以及外护套耐电压100 kV时,可求得距离雷击点80 m范围内的这种电缆,均有发生护套绝缘击穿的可能。同理测出了雷击距离也可以反过来求出雷电流强度。
    3.感应过电压
    除了直接向电缆流入雷电流以外,通过电磁感应,也能在电缆上诱发感应电压和电流。图3示出由于云间放电而在电缆中产生了感应过电压。放电通道
如果与电缆线路相平行,由于电磁感应,将使电缆的导体产生一定的纵向电动势,并随之流过一定的电流。应该指出,在现场观测中,电缆上的过电压冲击,绝大多数是感应产生的.但因其能量一般较小.电压低.电流弱。通常很少对电缆本身身造成危害。只能对与电缆相连接的端机或增音机构成危害。
    感应过电压分为静电感应和电磁感应两部分,对于传输线来讲,其过电压以静电感应为主。
    4.电缆的屏蔽作用
    电缆的屏蔽效果,一般可用其转移阻抗予以表征。转移阻抗的定义为,电缆芯—外皮(屏蔽层)在一端短接,外皮流有电流1(w).引起电缆另一端的感应电压为Uo(m)时,则Z(m)= Uo(m)/ I(m) " 1即为转移阻抗.I为电缆长,。为角0率.电缆长度小于注人外皮电流的波长1/4时.有屏蔽的电缆可由集中参数电路(图6.4)来表示。
    电缆外皮对芯线如能做到完全屏蔽,则转移阻抗只决定于外皮的阻抗。如电缆外皮采用编织的金属网时.随着频率的提高,会发现转移阻抗有所升高。这一方面是由于集肤效应导致外皮电阻增加,另一方面也因穿过外皮而单独链往芯的漏磁通增加的缘故。外皮是连续的金属管时.频率增高,转移限抗有所下降,从而表现出更好的屏蔽效果。
    根据实测结果.电缆的转移阻抗是:在0.05-2 MHz时单层屏蔽电缆转移阻抗为2-20mΩ/m。双层屏蔽电缆为0.01-1 mΩl/m.无屏蔽的双绞线为1045mΩ/ m。多芯电缆因直径大,屏蔽电阻小,转移阻抗也较低。实验还证明了电缆末端开路与接入24Ω负载阻抗(实际使用电缆末端总是有负载的)对比表明,两者的转移阻抗差别很小。
    据某大楼实测,楼顶加621 A冲击电流,楼内长80 m的SY V-75型同轴电缆外皮不接地时.干扰电压达114 V(换算成50 kA冲击电流时应有918 V);外皮两端接地后干扰电压小于1 V(换算成50 kA时小于8.1 V),两者相差百倍以上。

 

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