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ICS K
中华人民共和国国家标准
GB/T ××××—××××
光缆通信线路的雷电防护
Lightning protection of fibre optic telecommunication lines
（IEC 61663-1：1999,IDT）
（送审稿）
200×-××-××发布 200×-××-××实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布
GB/T ××××—××××
I
目 次
前 言..............................................................................................................................................................II 1 范围和目的...................................................................................................................................................... 1 2 引用标准.......................................................................................................................................................... 1 3 定义.................................................................................................................................................................. 1 4 参考结构.......................................................................................................................................................... 4 5 光缆的结构特征.............................................................................................................................................. 4 5.1 概述............................................................................................................................................................... 4 5.2 埋地光缆的故障电流 ................................................................................................................................... 4 5.3 架空光缆的故障电流 ................................................................................................................................... 5 6 防护需求.......................................................................................................................................................... 6 7 防护措施.......................................................................................................................................................... 6 7.1 概述............................................................................................................................................................... 6 7.2 电介质的或非金属的光缆 ........................................................................................................................... 7 7.3 埋地安装和架空安装对光缆特性的选择 ................................................................................................... 7 7.4 埋地光缆中屏蔽线的使用 ........................................................................................................................... 7 7.5 路径冗余....................................................................................................................................................... 8 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 ............................................................................................................................................................. 9 附 录 B （规范性附录） 埋地和架空光缆屏蔽层击穿电流 Is.............................................................. 13 附 录 C （规范性附录） 屏蔽系数值 ..................................................................................................... 15 附 录 D （参考性附录） 埋地和架空光缆光缆采用冗余路径的计算 ................................................. 18 附 录 E （参考性附录） 损害校正因子 Kd............................................................................................. 19 附 录 F （参考性附录） 一次故障频率限值 Fa ..................................................................................... 21 附 录 G （规范性附录） 冲击（浪涌）电流耐受测试 ......................................................................... 22 附 录 H （参考性附录） 确定故障电流的步骤 ..................................................................................... 25 参考性附录........................................................................................................................................................ 27
GB/T ××××—××××
II
前 言
本标准等同采用IEC 61663-1：1999《通信线路雷电防护 第1部分：光缆装置》（英文版）。技术
内容上和编写规则与上述IEC标准等同。
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。本标准的目
标是希望将指定安装条件下，光缆上可能出现的一次故障次数限制在一定限值内。
本标准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，遵照本标准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
本标准会显著减小雷电引起的对线路及其连接设备的损害风险。
附录A、B、C构成本标准整体的一部分。
附录D、E、F、G、H仅供参考。
本标准由全国雷电防护标准化技术委员会（SAC/TC 258）提出并归口。
本标准由清华大学负责起草, 湖南电信参加起草。
本标准主要起草人：曾 嵘、何金良、李冬根。
本标准200X年首次发布。
GB/T ××××—××××
1
光缆通信线路的雷电防护
1 范围和目的
本标准涉及基于光纤装置的电信线路的雷电防护。
本标准的目标是将指定安装条件下，光缆上可能出现的一次故障次数限制到小于或等于限值，该限
值定义为一次故障耐受频度。
本标准提出了计算一次故障可能次数、选择可行的保护措施和分析一次故障容许频度的方法。
二次故障不在本标准中考虑。
本标准的附录G中描述的试验只满足和雷击光纤装置有关的风险评估。光缆设计认证试验不在本标
准的范围内。
2 引用标准
以下标准文件中所包含的条款，通过本标准的引用，构成本标准的条款。对于注明日期的引用标准，
任何一个版本的后续修订不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方考虑采取以下所示规
范性文件的最新版本。对于未注明日期的引用标准，标准文件的最新版本适用于本标准。ISO及IEC的成
员持有现行有效的国际标准的目录。
IEC 61662：1995，雷击引起的损害风险评估
IEC 61024-1：1990，建筑物防雷——第一部分：通则
IEC 61024-1-1：1993，建筑物防雷——第一部分：通则——第一节：防雷装置保护级别的选择
IEC 61312-1：1995，雷电电磁脉冲的防护——第1部分：通则
ITU 雷电手册：电信线路和设备的雷电防护，ITU，1974，1978和1995
3 定义
本标准提出如下定义。
3.1
一次故障
光缆的一次故障是指那些导致服务中断的故障，主要由以下原因引起：一条或多条光缆破损，光缆
衰减增加到不可接受的程度，或者由光缆中的金属导体供电的远程电能供应中断。
一次故障也可能是光缆损坏的故障，比如防护层、防潮层、互连元件和保护胶的破裂等。这些源于
其它机理的破坏，导致光缆性能衰减增加到不可接受的程度。
3.2
二次故障
光缆的二次故障是指那些光缆损坏，比如塑胶保护层上的针孔缺陷等，但不导致一次故障的故障。
3.3
一次故障频度（Fp）
直击雷造成光纤装置预期一次故障的年均次数。Fp的倒数为损害出现的平均时间间隔，单位为年。
3.4
一次故障风险（Rd）
直击雷造成的光纤装置可能的年均功能损失。
3.5
GB/T ××××—××××
2
一次故障容许频度（Fa）
无需采取附加保护措施，预期的由直击雷造成光纤装置的年均一次故障次数的最大值。
3.6
容许的一次故障风险（Ra）
无需附加防护措施，由直击雷造成的一次故障风险Rd的最大限值。
3.7
直击雷
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长度D。
3.8
直击雷频度（Nd）
雷电直击光纤装置的预期年均次数。
3.9
等效电弧距离（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（Ia）
引起与光缆直接建弧放电并导致一次故障的雷电流的最小峰值。
3.11
屏蔽层击穿电流（Is）
在光缆屏蔽层中流过，产生光缆芯内部金属加强芯与光缆金属屏蔽层间击穿电压，并导致一次故障
的电流。
3.12 连接电流
导致一次故障的最小电流值（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
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（It）
造成一次故障的电流，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。
3.15
脉冲电流（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。[2]
注：各国使用的测试电流如下：
——上升时间为10μs，半波时间为350μs的双指数电流波（10/350μs波形）；
——最大峰值时间15μs，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40～70μs。这些值
用于代替试样测量的波形。
3.16
击穿电压（Ub）
光缆金属加强芯与金属屏蔽层间的脉冲击穿电压。
3.17
损坏修正系数（Kd）
允许保守估计一次故障次数的系数。
注：一次故障系数的出处Kd请参看附录E
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3
3.18
浪涌保护器（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（EBB）
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它光缆可以与之连接。
（见IEC 61024-1）
3.20
架空光缆直击雷电流（J）
雷击架空光缆导致对地闪络的雷电流的最小值。
3.21
暴露建筑物
诸如电信塔或高层建筑等按IEC 61024-1-1的要求需防直击雷的建筑物。
3.22
雷暴日（Td）
从年平均雷暴日数分布图获得的每年雷暴天数（见IEC 61024-1-1）。
3.23
地面落雷密度（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。
3.24
引雷范围
与建筑物或线路有相同的每年直击雷次数的等效地表面区域。
3.25
雷击转换因子
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，定义为雷击转换因子
3.26
电信线路或网络
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。
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4
4 参考结构
图1为光纤装置的参考结构，表示了交换机之间，交换机和线路终端之间，以及交换机和线路设备
之间的光缆连接。
图1 参考结构
注：设备和用户间防雷保护需要的金属光缆装置见参考文献[1]。
5 光缆的结构特征
5.1 概述
本标准适用于以下类型的光缆：
—类型A：采用电介质芯线，但无金属部分的光缆（电介质、或无金属光缆）；
—类型B：有一层或几层金属屏蔽层与电介质芯线的光缆：芯线中没有金属成分，但是有金属屏蔽
层（比如防潮层）或金属支撑线。
—类型C：有一层或几层金属屏蔽层，芯线中也有金属线的光缆：芯线中有金属线，比如导体芯或
金属加强芯；
—类型D：没有金属屏蔽层，但芯线中有金属线的光缆。
光缆类型B，C，和D需要估算故障电流Ia的可能值。
5.2 埋地光缆的故障电流
故障电流Ia是下列值中较小者（图2）（见H.1）：
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5
图2 光缆测试样本中的电流
— 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）；
— 通过G.4中介绍的埋地光缆耐浪涌电流能力型式试验，对不同类型的光缆估算测试电流It；
－ 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绝缘
塑料屏蔽层的金属屏蔽层间击穿电压。该电流Is由方程（B.1）计算。
则
ta II = 如果 ctst IIII 2;2 << (1)
或者
sa II 2= 如果 csst IIII <> ;2
(2)
或者
ca II 2= 如果 scct IIII <> ;2
(3)
5.3 架空光缆的故障电流
故障电流Ia是下列值中较小的值（图2）（见H.2）：
－ 通过互联元件耐浪涌电流能力测试估算两倍连接电流，2Ic（见G.3）；
— 通过G.5中介绍的架空光缆耐浪涌电流能力型式试验，对不同类型光缆估算测试电流It；
a)金属屏蔽层不接地的架空光缆
— 直击雷电流J，（见3.20），击中架空光缆并导致对地闪络。雷击电流J用方程（B.3）来估算。
则
ta II = 如果 ctt IIJI 2; <<
(4)
或者
JI a = 如果 ct IJJI <> ;
(5)
或者
ca II 2= 如果
JIII cct <> 2;2 (6)
b)金属屏蔽层接地的架空光缆
— 两倍的击穿屏蔽层电流2Is，在这种情况下可以用方程（B.4）来估算。
则
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6
ta II = 如果 ctst IIII 2;2 <<
(7)
或者
sa II 2= 如果 csst IIII <> ;2
(8)
或者
ca II 2= 如果 scct IIII <> ;2
(9)
对于芯线中不含金属成分的光缆和不止一层金属屏蔽层的光缆，不用估算电流Is。
6 防护需求
光纤装置雷电防护的要求取决于一次故障频度Fp和容许一次故障频度Fa。
一次故障频度Fp由下列方程给出：
pspapbp FFFF ++= (10)
其中，
Fpb是埋地光缆的一次故障频度；
Fpa是架空光缆的一次故障频度；
Fps是由雷电直击接入光缆的暴露建筑物，导致的一次故障频度。
由附录A所述内容估算一次故障频度Fp，方程（A.6）对应Fpb，方程（A.9）对应Fpa，方程（A.10）
对应Fps。
如果一次故障频度Fp高于容许一次故障频度Fa，需要采用保护措施来减少Fp，降低一次故障风险Rd。
一次故障风险由下式估算（见附录F）（见IEC61662）：
δ×= pd FR （11）
其中，δ 是每次一次故障预期损失的相对量，而一次故障频度 pF 由公式（10）给出。
因此，
dpapbspsd FFFR δδ ×++×= )( （12）
每个网络操作单元都应该定义容许的一次故障频度Fa和容许的损坏风险Ra；典型的Fa和Ra值在附录F
中给出。
7 防护措施
7.1 概述
光缆的金属部件应该是全长范围内连续的（它们应该是跨过绞接处、中继器等相连接）。金属线应
该直接或通过一个SPD，在光缆末端连接到等电位连接排（EBB）上（见图3）。
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7
图3 金属线连接的举例
在不用金属导体进行信号或电功率传播的光缆中，各个独立的金属元件，比如防护层、防潮层或加
强芯线等在光缆内部不要求强制互联（见7.4注）。
如果用户建筑物没有EBB，光缆的金属部分应该连接到光网终端内一个指定的EBB上。
对于有金属芯线的光缆，下列常用防护措施可以一起考虑使用：
— 使用电介质的或非金属的光缆；
— 选择有较高故障电流值的埋地和架空光缆类型；
— 仅对埋地光缆使用屏蔽线；
— 仅对沿架空光缆路径的金属屏蔽层接地（见5.1）；
— 埋地和架空光缆的路径冗余；
— 使用避雷器对埋地和架空光缆的金属线对进行防护。
注1：有关对金属线对使用SPDs的内容，见[1]。
注2：没有考虑沿内核中含有金属芯线的埋地光缆路径的金属屏蔽层接地，因为这种保护措施对于减少一次故障次
数的作用可以忽略不计。
注3：根据ITU雷击手册，连入暴露建筑物的光缆（见IEC61662）需要附加的防护措施以减少Fps（见附录A）。
7.2 电介质的或非金属的光缆
使用电介质的或非金属的光缆可以防止光缆的雷击损害。
注1：非金属的架空光缆不易受直击雷损害。实际上至今还没有这种损害的例子。
注2：对于埋地光缆，需要考虑在后续维护中由于水份渗透降低光缆电阻以及进行定位的难度。另外，同一条沟中
的金属光缆可能被直击雷击中，因此，光纤也可能被破坏（这种损害至今未知）。同样的问题也可能发生在那些靠近树
木架设，或附近有定位光纤用的金属导体的非金属光缆上。
7.3 埋地安装和高空安装对光缆特性的选择
每种光缆都有自身特定的故障电流Ia值，由H.1和H.2中指定的方法估算。
选择光缆类型暗含着一个特定的故障电流Ia值，该数值用于公式（A.6）或（A.9）来估算一次故障
频度Fp。
Ia值越高，Fp值越低。
7.4 埋地光缆中屏蔽线的使用
使用屏蔽线可以减少埋地光缆损害的可能性。
屏蔽线截流一部分故障电流，这样可以减少雷击光缆的电流值。
对于正确安装的屏蔽线（见ITU雷击手册），屏蔽系数值η指雷击电流的100η%流过光缆屏蔽层。
屏蔽系数值可以用附录C介绍的方法计算。
屏蔽线对一次故障频度Fp的降低，可以按照下列公式计算：
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8
)/( ηadp IpNF ≥×= （13）
其中，
Nd是雷电直击光缆的年预期平均数（见3.8），参考附录A计算；
p是雷电流峰值等于或高于Ia/η值的概率；
Ia是故障电流；
η是屏蔽系数。
注：在光缆芯线中不含金属（比如只有屏蔽层中含有金属成分）的情况下，对电力线感应的防护可以采用保持屏蔽
层在绞接处连续，转发器接地和仅在要求限制屏蔽层对地电压低于击穿电压的绞接处采用接地极等方法。
屏蔽线的安装也允许使用另一种折中的防护方案，在每一个绞接处或有接地要求的中间位置截断金属屏蔽层，例如
防潮层，以保持屏蔽层感应对地电压值低于击穿电压限制。[8]
7.5 路径冗余
使用并联的第二条路径来实施路径冗余可以改进总体服务可用性，这可能是其它原因，比如需要增
加设备造成的。
这种情况下，附录D中介绍的方法有助于确定优化的路径间距，改进埋地光缆和架空光缆的总体服
务有效性。
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9
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
A.1 埋地光缆
为了评估每年的一次故障率，首先要根据下式确定直击雷闪频度： Nd=Kd*Ng*2DL/1000 雷闪次数/年 (A.1)
其中，
Kd＝2.5为损坏修正系数，在3.17中定义。
Ng是落雷密度，是指每年每平方公里地面内落雷的次数。如果Ng未知，可以用以下关系式（随气候
变化而变化）估算（参见IEC 61024-1-1）：
Ng=4.04*Td1.25
(A.2)
其中，
Td是雷暴日数量。Td可以用雷暴日图估算，特定区域详细等雷暴日图可以从相关政府机构获得。
2DL 在公式(A.1)中是易受直击雷或雷击点电弧影响的区域面积。
L为长度，单位km。
D是等效放电距离，可以基于图A.2 埋地和架空结构的雷电流概率分布，通过公式 (A.3)、(A.4) 计
算获得(参见附录E)：
0.482 ( ); 100D m mρ ρ= ≤ Ω (A.3)
0.283 ( ); 100D m mρ ρ= ≥ Ω (A.4)
其中，
ρ土壤电阻率，单位Ω⋅m，是土壤电导率的倒数。ρ的值可以通过查找土壤电阻率图或者测量得到。
当ρ的值介于100Ω⋅m和1000Ω⋅m之间时，使用代数或者图形插值法计算D的值。图形方法如图A.1所
示，图中各点利用公式(A.5)得到：
0.191( 10) 4.82D ρ= − + (A.5)
举例来说，从图A.1可以得到，对应ρ＝500Ω⋅m，等效放电距离D=7.2m。
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图A.1 等效放电距离与土壤电阻率关系曲线
图A.2 埋地和架空结构的雷电流幅值累积概率分布曲线
估计一次故障频度Fpb时，要用直击雷频度乘以埋地光缆中破坏电流的概率：
( )pb d aF N p I= × ≥ 一次故障次数/年 (A.6)
其中，
Nd是平均每年光缆遭受的直击雷的预期次数（参见3.8），用公式(A.1)计算；
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p是雷电流幅值大于等于Ia的概率。埋地和架空结构的雷击电流概率分布如图A.2所示，可以用下式
表达（参见IEC 61312-1）：
2 ( )
( ) 0 0( ) 10 0 ( )a bi
p i ip i e i kA− −
= ≤
= × ≥
其中，
4.617, 0.0117 205.075, 0.0346 20
a b ia b i
= = <= = ≥
Ia 是故障电流（参见3.10），即引起一次故障的电流，与光缆设计有关（参见5.1）。
雷电引起的一次故障频度Fpb的倒数是以年计的相邻两次故障之间时间间隔的平均值。
A.2 架空光缆
对一根长度为L的架空光缆，直击雷闪络次数Nd可以用下式计算：
d g eN N A= × (A.7)
32 10e e dA C F H L−= × × × × × (A.8)
其中，
Ae是有效引雷范围；
Ce 是环境系数；
Ce＝0.25， 架空线被相同高度或更高构筑物（如电力线、树木）包围；
Ce＝0.5， 架空线被较低构筑物包围；
Ce＝1， 绝缘架空线；
Ce＝2， 小山上和小山顶部的绝缘架空线；
Fd＝3 是架空线的雷击转换因子；
H是架空线高度。
其他变量定义和上文相同。
Fpa用每年雷闪次数与架空线闪络雷电流概率的积计算：
Fpa=Nd x p(≥Ia) ( )pb d aF N p I= × ≥ 一次故障次数/年 (A.9)
其中，
p是雷电流幅值大于等于Ia的概率。架空结构的雷电流概率分布如图A.2所示（参见IEC 61312-1）：
Ia是故障电流（参见3.10），即引起一次故障的电流，与光缆设计有关（参见5.1）。
注：公式(A.7)中对架空光缆遭受的直击雷次数取值比较保守，因而没有引入损坏修正系数Kd。
雷电引起的一次故障频度Fpa的倒数是多年内相邻两次一次故障之间时间间隔的平均值。
A.3 进入暴露的可遭受直击雷的构筑物的光缆
构筑物遭受直击雷的雷电流将流入构筑物的接地系统和构筑物的某些装置中。因此，一部分雷电流
将进入光缆连接线和光缆的屏蔽层。
如果这部分电流大于屏蔽层电流Is或连接电流Ic，就会引起一次故障。
因此，损坏频度Fps可以用下式估算：
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)( IpNF dps ≥×= (A.10)
其中，
Nd 是平均每年外露构筑物和邻近构筑物遭受的直击雷的预期次数（参见3.8），根据IEC 61024-1-1
计算；
I是击中构筑物的雷电流幅值，这个电流将会分别在光缆屏蔽层或连接线上产生屏蔽层击穿电流Is
或互连电流Ic。假设外露构筑物遭受的雷电流的50%流入接地系统，其余50%的雷电流进入构筑物的其他
设备。
p(I) —— 外露构筑物遭受雷击的雷电流随幅值分布概率，其值用图A.2得到。
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附 录 B
（规范性附录）
埋地和架空光缆屏蔽层击穿电流 Is
B.1 埋地光缆
对有金属屏蔽层和金属缆芯的光缆，不管是否存在绝缘保护外皮，其屏蔽层击穿电流Is都可以用公
式(B.1)估算[4]：
/( ) ( )s bI U KR kAρ≅ (B.1)
其中，
K＝8 是雷电流波形系数（10/350μs波形），单位（（m/Ω）0.5）；
R是屏蔽层单位长度电阻，单位（Ω/km）；
Ub是光缆击穿电压，其值通过G.2中的试验得到；
ρ是土壤电阻率（Ωm）。
B.2 架空光缆
一次故障可能发生在屏蔽层和缆芯都有金属的架空线路光缆中。
屏蔽层中的雷电流会造成屏蔽层和缆芯之间的击穿。如果光纤靠近或者穿越电弧路径，光纤就可能
遭到损坏。
下面给出的方法假设缆芯和金属屏蔽层之间的击穿电压已知。
B2.1 金属屏蔽层无接地连接的架空光缆
当雷电击中架空光缆时，雷电流J中的大部分向地面电弧放电。
给定击穿电压，屏蔽层击穿电流峰值Is可以用下式(B.2)计算(假设光缆很长)：
/(250 ) ( )s bI U K R kA≅ × (B.2)
雷电流J可以用下式(B.3)估算[5]：
24 /sJ I k= (B.3)
其中，
20 /k E Sρ=
E0是土壤表面击穿电压梯度， 100≤ρ Ω⋅m时近似取值为250kV/m， 1000≥ρ Ω⋅m时近似取值为
500kV/m；
S 是屏蔽层冲击阻抗。
B2.2 金属屏蔽层有接地连接的架空光缆
给定击穿电压，屏蔽层击穿电流峰值Is，可以用下式(B.4)计算[4][5]：
/( )s b eI U KR ρ= (B.4)
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其中，
ρe是等效接地电阻率（Ω⋅m），所有其它变量的定义与上述(B.1)相同。
等效接地电阻率定义如下：
/ ln(2 / )e gsR H aρ π= (B.5)
其中，
s是接地极间距；
H是光缆高度；
a是光缆半径；
Rg是接地极阻抗.
Rg可以用下式计算：
ln(2 / ) / 2gR y c yρ π= (B.6)
其中，
y是接地极长度；
c是接地极半径；
ρ是土壤电阻率。
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附 录 C
（规范性附录）
屏蔽系数值
C.1 屏蔽系数的定义
本附录的目的是提供一个简单的公式，用于估算7.4提到的屏蔽系数η。
根据文献[6]，当直击雷接触到屏蔽线或带金属的光缆屏蔽层时，这些导体之间的电压足以造成它
们之间的电弧放电；所以，可以认为这些导线在放电点相互连通，雷电流只有一部分在屏蔽层中流动，
因此一次故障的可能性降低。
如果Ish和I’sh分别代表没有和有避雷线情况下的屏蔽层电流，屏蔽系数就可以定义如下：
'sh
sh
II
η = (C.1)
C.2 单根避雷线的屏蔽系数
单根避雷线情况下，屏蔽系数表达式如下：
12
222
12
11 22
log
log
rrr
r r
η =
×
(C.2)
其中，如图C.1所示，
r11是屏蔽层平均半径；
r22是避雷线半径；
r12是避雷线和光缆屏蔽层轴线距离.
图C.1 单根避雷线保护下的光缆
C.3 沿光缆轴线方向对称布置的两条避雷线的屏蔽系数表达式
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16
表达式如下：
12
0.52212 11 112
12
11 22
'log' ' (2 ) ''log
' '
rr r r h rr
r r
η = > × × =
× (C.2)
其中，如图C.2所示，
r’12是光缆和其中一条避雷线的轴线距离；
r11是屏蔽层平均半径；
0.511 11' (2 )r r h= × ×
；
0.2522 22' (2 ' ')r r h b b= × × × × ；
r22是避雷线半径；
h是光缆的填埋深度；
h’是避雷线的填埋深度；
b是避雷线间距；
b’是一条避雷线与另外一条避雷线关于地面-土壤介面对称的镜象间的距离
图C.2 两条避雷线保护的光缆
C.4 应用实例
选取光缆数据如下：
r11=0.02m
h=0.5m
避雷线数据如下：
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r’22=0.002m
h=0.3m
b=0.4m
通过计算可以得到：
单根避雷线：η=0.63
两根避雷线：η=0.45
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附 录 D
（参考性附录）
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完成采用冗余路径使埋地和架空光缆的估算耐雷水平提高。
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由于采用冗余径路提高耐雷水
平的的方法。 对相距距离为 X的埋地平行线路，两条光缆的一次故障频度 Fpb可以用下式计算：
-3102 ××= D-X)L(NN gd （D.1）
)2Ip( a≥×= dpb NF (D.2)
注：如果 X≥2D，则两条线路受雷击时相互独立，本方法不适用。
假设电流均分成两份，则需要 Ia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 2Ia
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，两条光缆的一次故障频度 Fpa可用以下方法计算： 公式（A.8）中的等效区域变为（适用于 2FdH > X的情况）：
310)2( −×−= LXHFA de （D.3）
如果2FdH > X，可用式（A.7）和(D.3)计算直击雷次数Nd：
-310)2( ×−= LXHFNN dgd （D.4）
如果X > 2FdH，则两条线路在受雷击时相互独立，本方法不适用。
一次故障频度Fpa：
)2 adpa Ip(NF ≥×= （D.5）
注：假设电流均分成两份，则需要Ia的两倍的电流值才能对两条线路都造成破坏，因此式（D.5）中取2Ia的值。
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附 录 E
（参考性附录）
损害校正因子 Kd
本标准中介绍的损害校正因子Kd用于保守估计一次故障频度Fp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[3]可知，雷击地面能够与相距d≤d(i)距离内的埋地光缆建立电弧：
)i()( ×= ρkid （m） （E.1）
其中：
ρ：土壤电阻率（ mΩ ）
i：雷击电流峰值（KA）
k：常数，其值为
－0.08 （ mΩ≤ 100ρ ）
－0.047 ( mΩ≥ 1000ρ )
注：公式（E.1）建立在现场实验的基础上[3]。
统计的雷电峰值电流分布 )(iP 和概率密度 )(iW 可用下式计算：
0)( =iP （ 0≤i ） （kA）
bi)-(a2 e10)( ×= −iP （ 0>i ） (E.2)
0)( =iW （ 0≤i ） （kA）
bi)-(a2 ec10)( ××= −iW （ 0>i ） (E.3)
其中：
a=4.617 b=0.0117 c=0.012 ( kAi 20≤ )
a=5.075 b=0.0346 c=0.035 ( kAi 20> )
注：取雷电流I小于等于零，以满足式（E.4）中的积分式。
考虑公式（E.1）和(E.3)，一次故障频度Fp的值可用下式计算：
∫∞
×××××=0
3102 diW(i)iρkLNF 亅gp （E.4）
不过，还可以用下面介绍的等效放电距离概念对上式Fp值做简单的近似：
等效放电距离D定义为公式（E.1）中所有电流放电距离的加权平均值，加权函数表达式如E.3所示：
∫∞
×××=0
diW(i)ipkD （E.5）
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将k和b的值代入式（E.5），可以得到平均放电距离D的数值解：
ρ482.0=D （m） （ mΩ≤ 100ρ ） （E.6）
ρ283.0=D (m) ( mΩ≥ 1000ρ ) (E.7)
运用等效放电距离概念能够得到一次故障频度简化的近似估值'
pF ：
P(i)10DL2 3' ××××= －gp NF （E.8）
Fp和Fp’的比值是电流Ia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：
5.2)/( max' ≅= ppd FFK (E.9)
然后用Fp’和Kd相乘，如公式（A.6）中所示，就可得到一次故障频度Fp的、保守估计值。
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附 录 F
（参考性附录）
一次故障频率限值 Fa
由雷击引起的光纤装置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
护措施必须比较一次故障频度值Fp和光纤装置的极限值，即一次故障频度限值Fa才能决定。
Fa的值可通过下式计算（见IEC 61662）：
δRa /Fa = （F.1）
其中
Ra是容许的一次故障风险极大值；
8760/t' ××= nn ‘δ 是一次故障损失预期值；
n’是每个一次故障所造成的服务停止受影响的平均用户数；
t’是每个一次故障造成的服务停止持续时间，以小时为单位；
n 是服务系统总用户数
本标准推荐的Ra和Fa的值为：
Fa=0.1
Ra=10-4
表F.1所示为在不同的n’/n比值下，每个一次故障造成的服务停止持续的时间，（取
310−=δ ）
表 F.1 每个一次故障造成的服务停止时间
n/n ' )(t ' h
0.1 88
0.2 44
0.3 30
0.4 22
0.5 18
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附 录 G
（规范性附录）
冲击（浪涌）电流耐受测试
G.1 概述
本附录所述测试方法只可用于光纤装置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：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。
电 缆 类 型 Ub
（Kv）
It
(KA)
A - 1)
B 1) 1)
C 1) 80-100
D 1)
实验室测试数据
(1)实验室数据
G.2 击穿电压测试
本试验采用一根长为5 m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 μs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阈值。
G.3 互连元件耐冲击（浪涌）电流测试
本试验采用长为1 m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
端中间连接一个试验电流发生器（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。本试验给出导致一次故障的冲击（浪涌）电流的极限值。
GB/T ××××—××××
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图 G.1 互连元件耐冲击（浪涌）电流测试装置
G.4 光缆埋入沙盒中进行测试
试验将长为1 m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0.75 m。
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20－40目的硅砂，在试验前，沙子必须完全浸泡8小时达到饱和，再排水5分钟以上。
光缆试品放置在测试盒中，用上面所述湿沙包裹并夯实。沙子中的潮湿成分在最严酷情况下不超过
总重量的15％。
一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± 1mm。
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。
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图 G.2 耐冲击（浪涌）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。本试验给出导致一次
故障的冲击（浪涌）电流的阈值。
G.5 架空光缆测试
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。
一个放电电极放置在距试品26mm± 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（浪涌）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It，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一
次故障的冲击（浪涌）电流的极限值。
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附 录 H
（参考性附录）
确定故障电流的步骤
H.1 埋地光缆
为了确定故障电流，建议参考以下步骤：
a) 根据G.3中所示的试验，估计相连器件的电流Ic；使用公式(B.1)计算屏蔽击穿电流Is
b) 选2Ic 和 2Is 中幅值较小的作为G.4中埋地光缆测试中的峰值电流。
It=2Ic或It＝2Is
如果在G.4所示的试验中并未发生一次故障，则故障电流选为2Ic 和 2Is 中幅值小的那个。
如果在沙箱试验中发生了一次故障，则要减小峰值电流It从而测得导致一次故障的最小的峰值电
流，这个新的峰值电流It就是故障电流：
Ia＝It
估计Ic（根据G.3)
估计ItIt=2Ic
一次故障?
Ia=2Ic
停止
减小It
沙箱测试（根据G.４)
一次故障?
Ia=It
停止
否 是
否
图 H.1 确定埋地光缆故障电流步骤
H.2 架空光缆
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为了确定故障电流，建议参考下面步骤：
a) 根据G.3中所示的试验，估计互连器件的电流Ic；
b) 根据G.5中所示的试验，估计架空光缆的故障电流It
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J；如果架空光缆的金属屏蔽层接
地，则取屏蔽击穿电流Is（附录B）。
d) 故障电流Ia为2Ic、It,、J 和 2Is中幅值最小者
估计Ic（根据G.3)
估计ItIt=2Ic
一次故障?
Ia=2Ic
停止
减小It
沙箱测试（根据G.5)
一次故障?
Ia=It
停止
否
是
是
否
图 H.2 确定架空光缆故障电流步骤
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参考性附录
[1] IEC 61663-2, Lightning protection - Telecommunication lines - Part 2: Subscriber lines
using metallic conductors (under consideration)
[3] E. Sunde, Earth conduction effects in transmission systems, Dover Publications, Inc.,
New York, 1968
[4] D.W. Bodle, A.J. Ghazi, M. Syed, R.L. Woodside, Characterization of the Electrical
Environment, University of Toronto Press, 1976
[5] H.M. Trueblood, E.D. Sunde, Lightning current observations in buried cables BSTJ Vol.
28, April 1949, pp 278-302
[6] S.G. Ungar, "Effects of lightning punctures on the core-shield voltage of buried cable",
The Bell System Technical Journal, Vol. 59, No. 3, March 1980
[7] J. Bendayan, "Cables resistant aux dommages causes par la foudre", Cables &
Transmission, October 1972
[8] ITU-T K.29:1992, Coordinated protection schemes for telecommunications cables below
ground
