GB T 19856.1-2005 雷电防护 通信线路 第1部分;光缆.pdf

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1、ICS 33.040.50 岛-142 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1 : 1999 雷电防护通信线路第1部分:光缆Lightning protection-Telecommunication lines一Part 1: Fibre optic installation (IEC 61663-1: 1999 , IDT) 2005-07-29发布2006-04-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员三1 11 111111111 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 目次

2、前言.皿引言凹1 范围和目的2 规范性引用文件3 术语和定义4 参考结构45 光缆的结构特征45. 1 概述45. 2 埋地光缆的故障电流45.3 架空光缆的故障电流. 6 防护需求7 防护措施67. 1 概述67.2 电介质的或无金属的光缆7.3 埋地和架空安装对光缆特性的选择-7.4 埋地光缆中屏蔽线的使用7.5 路径冗余附录A(规范性附录)埋地、架空光缆以及进入暴露在可遭受直击雷的构筑物中的光缆的一次事故频度Fp 8 A.1 埋地光缆8A. 2 架空光缆. A. 3 进入暴露的可遭受直击雷的构筑物的光缆10附录B(规范性附录)埋地和架空光缆屏蔽层击穿电流1，B.1 埋地光缆B.2 架空光

3、缆附录c(规范性附录)屏蔽系数值13巳1屏蔽系数的定义C.2 单根屏蔽线的屏蔽系数C.3 沿光缆轴线方向对称布置的两条屏蔽线的屏蔽系数表达式 13 C.4 应用实例. 14 附录D(资料性附录)埋地和架空光缆采用冗余路径的计算D.1 埋地光缆D.2 架空光缆附录E(资料性附录)损害校正因子Kd.16 附录F(资料性附录)主要故障频率限值Fa附录G(规范性附录)冲击电流耐受测试G.1 概述18G.2 击穿电压测试四GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 G.3 互连元件耐冲击电流测试uG.4 光缆埋入沙盒中进行测试G.5 架空光缆测试20附录H(资料性附录)确定

4、故障电流的步骤 21 H.1 埋地光缆H.2 架空光缆.22 参考文献.23图1参考结构4图2光缆测试样本中的电流.图3金属线连接的举例.6 图A.1等效放电距离与土壤电阻率关系曲线. 8 图A.2埋地和架空结构的雷电流幅值累积概率分布曲线 9 图巳1单根屏蔽线保护下的光缆.13图C.2两条屏蔽线保护的光缆.14 图1互连元件耐冲击电流测试装置图G.2耐冲击电流测试装置四图H.1确定埋地光缆故障电流步骤. 21 图H.2确定架空光缆故障电流步骤.表F.1每个主要故障造成的服务停止时间表G.1几种不同类型光缆具有代表性的实验结果. . . . . . . . . . . 18 E GB/T 19

5、856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 前言本标准由以下两部分组成:雷电防护通信线路第1部分z光缆;雷电防护通信线路第2部分:金属导线。本部分为GB/T19856的第1部分，等同采用IEC61663-1: 1999(雷电防护通信线路第1部分z光缆)(英文版)。技术内容和编写规则与上述IEC标准等同。本部分的附录A、附录B、附录C、附录G是规范性附录，附录D、附录E、附录F、附录H是资料性附录。本部分由全国雷电防护标准化技术委员会(SAC/TC258)提出并归口。本部分由清华大学负责起草，湖南省电信公司、广东省防雷中心参加起草。本部分主要起草人:曾睐、何金良、陈水明、李冬根、

6、杨少杰、黄智慧。mm GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 引采用光缆的通信线路的雷电防护，涉及雷电在通信线路产生的过电压及过电流的防护。GB/T 19856的本部分的目标是希望将指定安装条件下，光缆上可能出现的主要故障次数限制在一定限值内。GB/T 19856的本部分首先定义了雷电特征，光缆故障类型及其评估标准参数;提出了参考光缆装置评估结构，不同安装位置、不同结构特性的光缆故障情况，光缆防护需求及其应对措施等。因此，遵照本部分采用的通信线路防雷措施不能绝对保证通信线路及所连设备的保护。然而，采用本部分会显著减小雷电引起的对线路及其连接设备的损害风险。W

7、G/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 1 范围和目的值定义为主要故障耐受频度。本部分提出了计算主次要故障不在本部协议的各方研3 术语和定义衰减增加到不可接受的程度，鸟主要故障也可能是光缆损坏回雷电防护通信线路第1部分:光缆其他机理的破坏，可以导致光缆性能衰减增3.2 次要故障secondary failures 要故障容许频度的方法。是注日期的引用文励根据本部分达成新版本适用于本光缆的次要故障是指那些虽然光缆有损坏(如塑胶保护层上的针孔缺陷等)，但不导致主要故障的故障。3.3 主要故障频度frequency of primary failures Fp 直击雷

8、造成光缆预期主要故障的年均次数。Fp的倒数为损害出现的平均时间间隔，单位为年。GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 3.4 主要故障凤险risk of primary failures Rd 直击雷造成的光缆可能的年均功能损失。3.5 主要故障容许频度tolerable frequency of primary failures F. 无需采取附加保护措施，预期的由直击雷造成光缆的年均主要故障次数的最大值。3.6 容许的主要故障凤险tolerable risk of primary failures R. 无需附加防护措施，由直击雷造成的主要故障风险凡的最大

9、限值。3. 7 直击雷direct lightning f1ash 雷击架空光缆，或雷击地表面与埋地光缆的距离小于等效电弧放电距离D。3.8 vw ptw n tv u n1 tw ，引数-m次bu均hH 电年川期四预曲的缆度光频击雷直击电直凡雷3.9 等效放电距离equivalent arcing distance D 引起光缆建弧时，雷击点和埋地光缆之间的平均距离。3. 10 故障电流failure current 1. 引起与光缆直接建弧放电并导致主要故障的雷电流的最小峰值。3. 11 屏蔽层击穿电流sheath breakdown current 1, 在光缆屏蔽层中流过，产生光缆芯内

10、部金属加强芯与光缆金属屏蔽层间击穿电压，并导致主要故障的电流。3. 12 连通电流connection current lc 导致主要故障的最小电流值(见3.1)。通过测试互联元件对浪涌电流的耐受能力来估计(见G.3)。3. 13 互联元件interconnecting elements 连接光缆接头和光缆终端金属部分的金属元件。3.14 测试电流test current 1. 造成主要故障的电流。通过测试G.3所示的互联元件和G.4、G.5所示的埋地和架空光缆对浪涌电流耐受能力来估计。G/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 3. 15 冲击电流impulse

11、current Ip 测试光缆对浪涌电流耐受能力时使用的电流。这种测试电流发生器目前在研究中山。注:各国使用的测试电流如下:上升时间为10阳，半波时间为350阳的双指数电流波(10/350阳波形h最大峰值时间15阳，最大频率30kHz的阻尼振荡电流波。达到波形包络线一半值的时间应为40s70问。这些值用于接入试样后测量的波形。3.16 3. 17 击穿电压breakdown voltage Ub 光缆金属加强芯与金属屏蔽层间的脉冲击穿电压。损坏修正系数damage correction factor Kd 允许保守估计主要故障次数的系数。注:主要故障系数的出处Kd请参看附录E。3. 18 浪涌

12、保护器(SPD)surge protection device (SPD) 用以限制瞬态过电压以及分流浪涌电流的装置，它至少包含一个非线性元件。3. 19 等电位连接排CE)equipotential bonding bar 用于公共电位参考的良导体排。金属装置、外部导体、电力和电信线路以及其他光缆可以与之连接(见IEC61024-1)。3.20 3.21 3.22 架空光缆直击雷电流direct lightning current to aerial cables J 雷击架空光缆导致对地闪络的雷电流的最小值。暴露建筑物exposed structure 诸如电信塔或高层建筑等按IEC610

13、24-1-1的要求需防直击雷的建筑物。雷暴日thunderstorm days Td 雷暴日是指每年的雷暴日数，可从雷暴日分布图上或当地气象部门得到。注:一天中可听到一次以上的雷声称为一个雷暴日。3.23 3.24 地面落雷密度ground flash density Ng 建筑物或光缆所在区域的平均每年每平方公里雷电对地闪络次数。引雷范围lightning collection factor 与建筑物或线路有相同的年直击雷频度的等效地表面区域。3 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 3.25 等效引雷宽度系数stroke diversion factor

14、 对于独立的建筑物或导线，引雷范围定义如下:从该物体的外沿包络线向地面引斜率为1/3的直线，旋转此直线，在地面形成的范围。数值3是以上斜率的倒数，定义为等效引雷宽度系数(见IEC 61024-1-1)。3.26 通信线路或网络telecommunication line or network 置于设备(可能布置在分离建筑物中)之间通信用的传输介质。4 参考结构图l为光缆的参考结构，表示的光缆连接。S M LT 设备:5 光缆的结构特征5.1 概述GBj T 19856的本部一-类型A:采用电介一二类型B:有一层或几蔽层(如防潮层)或金属支撑线;属加强芯;一一类型D.没有金属屏蔽层，但芯线中有金

15、属线的光缆。光缆类型B、C和D需要估算故障电流1，的可能值。5.2 埋地光缆的故障电流故障电流1，是下列值中较小者(图2)(见H.l): 及交换机和线路设备之间一-通过互连元件耐浪涌电流能力测试，估算两倍连接电流2Ic(见G.3); 一一通过G.4中介绍的埋地光缆耐液涌电流能力型式试验，对不同类型的光缆估算测试电流1，; 一-两倍屏蔽层击穿电流2Is在光缆屏蔽层中流过，引起光缆芯线内金属导芯与带有或不带有塑料覆盖层的金属屏蔽层间击穿电压。该电流Is由附录B中公式(B.1)计算。4 则或者或者5. 3 架空光缆的故障电流la是一一通过互联一通过G.5a) 金属屏蔽直击雷电流J(则或者或者1, =

16、 1, 1, = 2I, 1, = 21, b) 金属屏蔽层接地的架空或者或者两倍的击穿屏蔽层电流21，在这则1, 1, 1, = 21, GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 如果1, 21, ; 1, 21, ;1c 21, ; 1, 21,;1, ( 2 X rll X h)O. 5 - r ll log -，干子寸rll r 22 ( C.l ) ( C.2 ) ( C. 3 ) 13 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 rl = (2 X rll X h)0.5; r:2 = (2 X r22 X h X b

17、X b)0.25; 式中:如图C.2所示:r;一光缆和其中一条屏蔽线的轴线距离;rll一一屏蔽层平均半径;r22-一屏蔽线半径;h一一光缆的填埋深度;h一一屏蔽线的填埋深度;b一一一屏蔽线间距;b -一条屏蔽线与另外一条屏蔽线关于地面土壤介面对称的镜像间的距离。空气屏蔽线镜像屏蔽线镜像h h b 22 屏蔽线h 屏蔽线2 1 r 土壤11 电缆护层固C.2两条屏蔽钱保护的光缆C.4 应用实例选取光缆数据如下:rll =0. 02 m h=0.5 m 屏蔽线数据如下:r22 =0.004 m h =0.3 m b=0.4 m 通过计算可以得到:单根屏蔽线:1/=0.63两根屏蔽线:1/=0.45

18、14 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 附录D(资料性附录)埋地和架空光缆采用冗余路径的计算本附录介绍的方法可用于估算采用冗余路径提高埋地和架空光缆的耐雷水平。D.1 埋地光缆最坏的情况是大幅值的冲击电流均分成几份，流过几条光缆，对几条光缆都造成损坏。假设电流均分成两份，2Ia大小的电流就能够对两条线路都造成破坏，与线路在易受雷电影响的区域的重合范围有关。这其中非常重要的一个参数是线路分开的距离。下面介绍的就是估算采用冗余路径提高耐雷水平的方法。对相距距离为X的埋地平行线路，两条光缆的主要故障频度Fpb可以用下式计算:式中:Nd = Ng X (2D-

19、X)L X 10-3 Fpb = Nd X(二三2I.)(二三2I.)一一一雷电流幅值大于等于2I.的概率。注:如果X2D，则两条线路受雷击时相互独立，本方法不适用。( D.1 ) ( D.2 ) 假设电流均分成两份，则需要1.的两倍电流值才能对两条线路都造成破坏，因此式(D.2)中取2I.的值。D.2 架空光缆最坏的情况是大能量的雷电流平均地流到两条线路上。对相距X距离的架空平行线路，两条光缆的主要故障频度Fp可用以下方法计算:公式(A.8)中的等效区域变为(适用于2FdHX的情况): Ae = (2FdH - X)L X 10-3 如果2FdHX，可用式(A.7)和(D.3)计算直击雷频度

20、Nd:Nd = NgC2FdH - X)L X 10-3 如果X2FdH，则两条线路在受雷击时相互独立，本方法不适用。主要故障频度Fp: Fp = Nd X(二三2I.)( D.3 ) ( D.4 ) ( D.5 ) 注:假设电流均分成两份，则需要1，的两倍的电流值才能对两条线路都造成破坏，因此式CD.5)中取2I.的值。15 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 附录E(资料性附录)损害校正因子KdGB/ T 19856的本部分中介绍的损害校正因子Kd用于保守估计主要故障频度凡的值，采用了一种建立在平均放电距离D概念基础上的近似解法。由文献3J可知，雷击地

21、面能够与相距d-0.08 一0.047式中:a=4.617 所示:D = o. 482 ./p D = 0.283# (m) C 1 000 n. m) 运用等效放电距离概念能够得到主要故障频度简化的近似估值F/:( E. 1 ) ( E.2 ) ( E.3 ) ( E.4 ) ( E. 5 ) C E.6 ) C E.7 ) F/ = 2Ng X L X D X 10-3 X PC 1) ( E.8 ) Fp和FPF的比值是电流1，的函数，其值一般比1大(除非特别大电流的情况)，最大值接近2.5。我们定义这个最大值为损坏修正系数Kd:Kd = (Fp / F/ )max三2.5C E.9 )

22、 然后用FPI和Kd相乘，如公式CA.6)中所示，就可得到主要故障频度凡的保守估计值。16 G/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 附录F(资料性附录)主要故障频率限值F.由雷击引起的光缆的故障有可能导致某些公众服务不可接受的损失。这种情况下，是否提供保护措施必须比较主要故障频度值Fp和光缆的极限值，即主要故障频度限值F.才能决定。Fa的值可通过下式计算(见IEC61662): ( F.1 ) 式中:=10-3 )。17 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 G.l 概述附录G(规范性附录)冲击电流耐受测试本附录所述测试方法只

23、可用于光缆与雷电有关的风险评估，不能用来作为光缆设计的依据。除非光缆的结构参数发生了很大的变化，否则这些实验不应重复。从结构的角度看，对于光缆生产厂商的职责，应确保这些实验的结果对具有相同参数的光缆是通用的。注2下表给出了几种不同类型光缆具有代表性的实验结果，需要提供实验室的测试数据才能完成此表。表G.l几种不同类型光缆具有代表性的实验结果电缆类型Ub/kV UkA A a B a a C a 80100 D a 8 a等待实验数据。G.2 击穿电压测试本试验采用一根长为5m的光缆。光缆芯线中的导体应当与一个终端有电气连接;另一终端连接到与芯线导电部分隔离的金属屏蔽层。将一个可生成1.2/50

24、冲击电压波形的冲击电压发生器连接到这两个终端。在试验过程中应测量试验电压。随着所施加的放电电压幅值的不断增加，本试验给出了导致击穿的冲击电压的阔值。G.3 互连元件耐冲击电流测试本试验采用长为1m的光缆。在光缆的一端将所有导电体电气连接在一起形成一个终端;在光缆的另一头也是如此。在这两个终端中间连接一个冲击电流发生器(图G.1)。试验电流It为脉冲电流Ip也是本试验中唯一要测试的电流。参照3.1中的内容，随着所施加电流幅值的不断升高，检测试品的性能损失以及判断光缆的损毁情况。本试验给出导致主要故障的冲击电流的极限值。18 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999

25、 . . . . . 金属外壳金属加强芯圄G.1互连元件耐冲击电流测试装置G.4 光缆埋入沙盒申进行测试试验将长为1m的光缆试品埋入湿沙子中，使用不导电的刚性盒作为盛放沙子的容器，盒内尺寸不小于0.75m。在盒底必须有两个孔用来排水，每个孔的直径为25mm左右。使用2040目的硅砂，在试验前，沙子必须完全浸泡8h达到饱和，再排水5min以上。光缆试品放置在测试盒中，用上面所述湿沙包裹并开实。沙子中的潮湿成分在最严酷情况下不超过总质量的15%。放电电极放置在接近盒子中心的地方，距离试品垂直距离26mm:f: 1 mm。光缆中的所有导电元件必须电气连接在一起组成一个终端，试验电流发生器连接此终端和

26、放电电极(图G.2)。在本试验中试验电流是否完全流过试品十分关键，为了达到这一目的，任何金属屏蔽层表面的绝缘层和防潮层都必须用工具向放电电极方向开一个1mm直径的小洞或小缝。如果试验电压不能击穿这一间隙，则要用一条金属细线将外金属屏蔽层或防潮层与放电电极连接起来。|光导纤维l |测量装置l 光导纤维一-:1圄G.2耐冲击电流测试装置测试电流为冲击电流Ip，也是在本试验中唯一要测量的电流。参照3.1中的内容，随着所施加电流幅值的不断升高，检测试品的性能损失。本试验给出导致主要故障的冲击电流的阔值。19 GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 G.5 架空光缆测试

27、试验试品选用拉直的(拉伸程度取决于生产厂家的技术规范)1m长的光缆。-个放电电极放置在距试品26mm土1mm的地方。光缆内部所有的导体电气连接在一起组成一个终端，用一个冲击电流发生器分别连接放电电极和终端。在本试验中试验电流是否完全流过试品十分关键，为了达到这一目的，任何金属外的绝缘层和防潮层都必须用一个1mm直径的工具向放电电极方向开一个小洞或小缝。如果试验用电压不能击穿这一间隙，则要用一条金属细线将外金属屏蔽层或防潮层与放电电极连接起来。试验电流为1也是本试验中唯一测量的电流。参照3.1中的内容，随着试验电流幅值的不断增加，检测试品的性能损失。本试验可以确定造成主要故障的冲击电流的极限值。

28、20 H.1 埋地光缆a) b) GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1: 1999 附录H(资料性附录)确定故障电流的步骤图H.1确定埋地光缆故障电流步骤21 G/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1 : 1999 H.2 架空光缆为了确定故障电流，建议参考下面步骤za) 根据G.3中所示的试验，估计互连器件的电流1db) 根据G.5中所示的试验，估计架空光缆的故障电流1，; c) 如果架空光缆的金属屏蔽层没有接地，估计出直击雷耐受电流;如果架空光缆的金属屏蔽层接地，则取屏蔽击穿电流1，(附录B); d) 故障电流1.为21c、1，和2Is中幅值最小者

29、。否是固H.2确定架空光缆故障电流步骤22 GB/T 19856. 1一2005/IEC61663-1: 1999 参考文献1J IEC 61663-2 , Lightning protection - Telecommunication lines-Part 2: Subscriber lines using metallic conductors (under consideration) 2J IEC 61819 , Test parameters simulating the effects of Lightning Protection System (LPS) components

30、 (under consideration) 3J E. Sunde, Earth conduction effects in transmission systems, Dover Publications, Inc. , New York, 1968 4J D. W. Bodle , A. Ghazi , M. Syed, R. L. Woodside, Characterization of the Electrical Environment, University of Toronto Press, 1976 5J H. M. Trueblood, E. D. Sunde, Ligh

31、tning current observations in buried cables BST Vol. 28 , April 1949 , pp 278-302 6J S. G. Ungar, Effects of lightning punctures on the core-shield voltage of buried cable , The Bell System Technical J ournal, Vol. 59 , No. 3 , March 1980 7J J. Bendayan, Cables resistant aux dommages causes par la f

32、oudre , Cables &. Transmis sion, October 1972 8J ITU-T K. 29: 1992 , Coordinated protection schemes for telecommunications cables below ground 23 白白白FJt的-m叩UM嗣同mCONI-.FH阁。华人民共和国家标准雷电防护通信线路第1部分:光缆GB/T 19856. 1-2005/IEC 61663-1 :1999 国中9峰中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销峰印张2字数47千字2006年2月第一次印刷开本880X12301/16 2006年2月第一版非书号:155066 1-26910定价16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533GB/T 19856.1-2005