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YDC 086-2010 电信线路及设备对雷击放电的防护措施.pdf

截断度?(S）是已知的，那么累积分布函数P(x)变成

如果观察的分布是截断对数正态分布，并且截断度被正确的估计，当在对数概率纸上画出时，转换 逼近，这种分析方法经常是有效的。 另外一种估计参数的方法如下：

由统计表Q／ZTT 2218.3-2016标准下载，我们得到标准截断点的估计

做为参数s的估计，并且 做为参数1ogm的估计。

pgx,Llogxa代表以截断点做为起点的n个观察

nZ(logX,)2 2[≥ 1og;

Z1ogX, g(Z)~a n

公式（71）和（72）从n个值，logx:形成参数(logm,）的估计，然后用公式（62）这样，可以用 不同的触发值比较不同的分布。 公式（71）和（72）应用的结果显示在表6中。 表6中，在华盛顿和克里夫兰累积分布由测量的数据直接计算得到（触发电平为250V）

YDC086—201d 累积分布的均值和标准差依赖于截断点（250V），但对数正态分布的校正值理论上是独立于截断点 可以和其他的实验进行比较。 之，对累积分布函数是对数正态分布的假设和公式（71）和（72）的应用减小了触发电平对均值 和标准差的影响。 下面的论述中，均值和标准差假定是独立于触发水平的。 既然每个实验的均值，标准差和数量是已知的。下面的段落中，不均匀整体的方法应用在不同的实 验组合中。

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表6累积分布，对数正态分布的均值m和标准差

12.4.7.4不均匀整体

12.4.7.4不均匀整体

不均匀分布的均值和方差是[5]

w,=" n=Zn.

这种方法给出了合理的结果；例如，在意大利，7条装有浪涌计数器的线路终端上测的数据，计 3585个过电压峰值。用公式（71）和（72）计算出对数正态分布的参数。 m=186V G=0.332 对于每条线路进行7次试验，对于每个对数正态分布得到不同的m,c和n：m从56V变到387V， 0.226到0.618，n从28到1960。用这些数据和公式（74）和（75），得到下面的m和θ值， m=195V G=0.365 这些值和原来计算的非常接近。

作为一种为工程目的和源于单一分布的技术，这种实验在不同的条件下进行，首先从对数正态分布 中获得数据然后用公式（74）和（75）组合这些数据。 下面的表格中，每个国家的几个分布被组合然后分别综合。所有这些国家的分布在一张表中给出， 然后综合并且标识“T”

YDC086—2010 对于峰值，在每个雷暴日给出超过电流电压门限的平均数量的分布是有用的。这些分布在图上是直 但它们不代表最坏的情况。 12.5.2农村地区 表7，8列出了每个国家的试验结果，分别列出了交换中心和用户数据线的50%分位数m，标准差 ;(logx)和观察的数量n1。 这样产生了基础数据，且可以使用进行参数估计。 例如，3Q概率值为99.86%过电压的参数： 交换终端 Vp =1236V; T, = 2.5μS;S = 84V / μS; T, = 7364μS; E = 787V2s 用户数据线终端 Vp =1627V;T, =3.5μS;S= 537V / μS;T, = 5791μS;E = 2275V2s 代表3概率值的过电压的双指数函数的参数为：

V,=1236V;T = Vp 2=15μS;T, 1.4E2 = 722μS; s Vp? Vp 1.4E, Vp=1627V;T =23μS; T, 1200μs S V.2

从这些结果我们可以得出如下结论： 由YD/T950建议的用于交换装置的1KV，10/700us的测试过电压参数和3概率的过电压非常接近 由YD/T993建议的用于线路终端的1.5KV，10/700us的测试过电压参数，代表了2和3之间概率 的过电压。 事实上

交换终端上对数正态分布的电压和电流的均值利

过电压和过电流的公式，农村地区的平均土壤电阻率，线路的平均长度，测试线路数量显示在表9 中

12.5.3城市/郊区

从表10和表11和图39中可以得到一些测试结果

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图40城区和郊区的雷电流和雷电压

例如，在农村地区电压公式表明： 一在交换末端每5或20雷暴日有一次，电压峰值超过1kV； 在线路末端每5或1雷暴日有一次，电压峰值超过1.5kV； 这些公式和GB/T9043、YD/T940中有关保护器件的试验数据，对于通信线路上是否需要浪涌保护 （初级保护器）和保护器的量级选择是必要的信息

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附录A （资料性附录） 模拟雷击电流脉冲的波形

形。第一个指数函数描述从初始值I开始随时间常数t：上升的非周期性电流（变化关系），第二个 指数函数描述从初始值I开始随时间常数t2下降的非周期性电流变化关系。因而得到了电流I是时 间t的函数关系I（t）

图A.1给出了典型的带有两个组成部分的指数函数波形，以及当参数P的数值发生变化时对波形的 影响。 在时间T.时电流I达到最大值。有关系式

半峰值时间T，由下式给出

当p≥5，第二个指数项可以被忽略，并且有

Th = ln(2q)

当p的值更小时利用逐次近似计算法可以从式A.5得到T./t2值。由给定的p值通过计算 T/t2和T/t2的数值，可以轻松的计算出比值T/Ta。 P 当p趋近于1时， 趋近于自然对数的底 e，T。趋近于 t2，而公式 A. 5 变为:

从而得到比值T/T.=2.68

图A.1双指数函数脉冲波形

YDC086—2010 对于双指数型脉冲函数来说，比值T/T。有一个最小值是2.68，更小的数值是不存在的。 显然，用参数p来确定这种波形是十分恰当的，对给定的p值其他参数（I，I，t，t2，Ta，Ta） 的比值数值的变化在表A.1中列出。比值I/I*和tz/T与参数p的关系曲线在图A.2中给出，比 值 Tr/T.与参数 p的关系曲线在图A.3中给出。

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表A.1双指数函数电流波形的参数

图A.2双指数函数波形各参数之间的关系

图A.3双指数函数波形各参数之间的关系

在数学处理过程中时间是 是在实际测革中电流与时间的变 整标的示波器观察得到的，要确定脉冲原

YDC086—2010 精确时间有困难，因此电流到达峰值的时间可能是不确定的。为了克服这些困难国际电工委员会给出了 推荐性定义，见第3章定义部分。 将理论波形与实验波形相比较，可以看到虚拟时间参数T，T，（在双指数函数中可由参数p的值计算 得到）以及它们与其他参数的关联，结果在表A.2中给出并显示在图A.2和图A.3中，表A.2给出了一个示 例。可以看到比值T./T.大约在0.4到0.7之间，而Tz/T接近1且变化较小。当p趋近于1时，T2/T：趋 近于最小值约3.8，同时T/T。趋近于最小值2.68。 双指数脉冲电流可以通过电容器向串联电感L和电阻R（见图A.4）放电而得到，这样的装置通常用 于实验。下列数值表现为时间常数：

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雷击放电回路可以用一个具有类似的非常简单的结构形式来描述，电容C相当于云层和地面之 容，放电通道包含有申联的电感L和电阻R。

注：U为放电前直接施加在电容器C上的电压

注：U为放电前直接施加在申容器C上的电用

A.3雷击电流回路的等效图

图A.5显示5/65us双指数函数脉冲电流波形，其中： t: = 1. 14 μ s t2 = 84. 9 μ s, I /I = 1. 074

图A.4脉冲放电电流发生器等效电路

U=%=261x106v

表A.2用于理论计算的波形参数（时间单位：Ls）

图A.55/65Us，50kA雷电冲击电流波形参数

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当一根带有绝缘外套的地下电缆穿越由对地雷击形成的”电位漏斗”时，在电缆金属护套与土壤保持 接触的情况下电缆沿线的土壤的电位不会发生变化。因此整个土壤的电位变化表现为土壤与被绝缘的电 缆金属护套之间的电压， 电缆绝缘外套（材料为聚氯乙烯或聚乙烯）的击穿电压规格可以是50kV或达到100kV。做一些 段设，我们可以计算出在”电位漏斗”中与远地端相比具有100kV电位的位置（用临界半径r100表示）。 雷击点和远地之间的总电压是：

pIE. U。= 2元

于100kV的临界半径

当p≤100Q·m，E0=250kV/m时 ro= 1. 78 m U。= 445 kV ri00 = 8 m 当p≤1000Q·m，E=500kV/m时： ro= 4m U。=2000kV r= 80 m

pl pl Ti00= 2元U100 2元·10

尽管一些参数（如r。、U。等等）随雷击电流的平方根而变化，但临界半径r100与雷击电流成正 图B.2显示了在土壤电阻率为100Q·m和1000Q·m条件下临界半径r100随雷击电流变化的曲线 作为比较，图中给出了在土壤电阻率为100Q·m时半球形结构的临界半径。 观察图B.1和图B.2可以看出带绝缘护套的电缆发生击穿的区域远大于不带绝缘的金属护套电 击穿的区域。 在土壤电阻率高的地区出现绝缘护套击穿的可能性是非常大的

注：以临界距离 r 表示

图B.1金属护套与土壤相接触的地下电缆的临界放电距离

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注：r100表示与具有100kV电位的需击点的距离

图B.2带绝缘外套的地下电缆的临界放电距离

C.1架空电缆上的雷电流的传播

附录C （资料性附录） 架空电缆上的雷电流的传播和计算

R+ jwL Z= VG+jvC

该公式在雷击频率下可近似等于：

Zs代表在半径为r，离地面高度为h的独立线缆中的冲击阻抗。下面的公式用于计算无穷远处的对地 阻抗：

Zs = 601n 2h

由一组独立线缆z，间距为a，导体半径为r组成的导线，可以用相等价的这组线缆的半径r代替， 表示为：

当地表为不良导体时，阻抗越大，在地表的损耗也比电流波长的衰耗的增加要大。这个衰减比起导 体自身的纵向电阻R而言，更大程度上取决于砂石的阻抗P。随着β的增加，波形前段逐渐偏平。 随着线缆的增加，总阻抗减小，每条线缆的电流也随之减小。下面的表给出了有不同导体数量的架 空线缆的典型阻抗数值。

表C.1不同导体数量的架空线缆的典型阻抗数值

I为一组有z个导体的总的电流 L.为一组导体中平均每个导体的电流

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常瓷绝缘子跳火电压为30kV到80kV间，以便在直击放电和地电位反击同时发生时，雷击点到导体 接地点的距离限制到某些值之间。这种情况下，脉冲电流用以下数学公式计算： 冲击电流出下式计停：

穿透线缆的行波能量按以下公式计算：

注：1是非周期的冲击电流的初始值，单位：安培

W=ZsJ I(t)° . dt 22 t; + t2

在绝缘子闪络电压V=50kV以及单根导线的冲击阻抗Zs~5002时，电流沿导线的波形峰值IC=100A。 因为波形5/65的能量为190J。有多个导体的线缆的相关计算可参考上表C.1。 当雷击含有多个导体的电缆时，在各个导体间的对地电压是不同的，这取决于冲击点绝缘子跳火电 玉。由于这个原因及不同导体的冲击阻抗Z。不同，流过导体的电流也不相同。这些电流在两个基本传输 漠式中被考虑到，其一是返回的电流经过地表，且相关的衰耗较高，其二的路径是对称的，全部经过金 属的，衰耗比较小。图20显示了不同模式下电缆的减（3mm直径架空铜线） 在离雷击较近的点，第一种模式将会在导体以及地表之间产生典型的电介质压力，而第二种模式 将会有不停增长的电势，会导致与高空线缆连接的任意导体和设备线缆的击穿。

导体与雷电流进入点的金属护套间冲击电压的

雷击线缆时，缆鞘与缆芯间电压达到最大，相比缆鞘对地电流，导体对鞘的传播系数可以忽略 该公式可简化如下：

V(o)是雷击处线缆中心到外壳之间的电压。 K为冲击电流系数

t, h(1) Hlo =1. 256x10°H/m

h函数: u=1时。 h(I)=0.606

YDC086—2010 「=非周期的冲击电流的初始值，单位：安培 R=单位长度电缴外壳d.c阻抗，单位：2'm

这个经验公式适用于雷击电流开始于线缆的一端，且全部电流都流经外护套和铠装层的情形 不同的冲击电流波形下的相关参数取值见下表：

表C.2不同冲击电流波形下的相关参数值

时间常数t,远小于t2时，上述公式中，t可表述为

2 ~ /m(2k)

自冲击电流波形为5/65时

图15，我们可知，在I=1kA，波形为5/65，R=12/km，以及P=10002m时，冲击电压为240V

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附录D （资料性附录） 有外层护套且电阻值随雷击电流增加的电缆参数计算

本计算方式适用于内外屏蔽层间有铁磁物质的线缆。纵向电压可基于下面给出的假设很容易地被计 算出来： a）在内屏蔽层的电流i2相对于外层屏蔽层的i：而言，可以忽略不计； b）磁芯的电流可以忽略不计。 当假设a）成立的时候，b）的结果可能在实际情况和简化计算中存在一些差异。当这些值被忽略不 计的时候，对这种容许负载的线缆的主要参数不会产生很大的影响

D. 2 计算(参见图D.1

外屏蔽层的纵向电阻上的压降为

周为元D的磁场强度H与外屏蔽层的电流i.的关系

们因此可以得到内层的一个截面A的电压下降为

通过推导，我们还可以得到：

如果我们把公式D.2代入公式D.1，我们可以得到：

图D.1有外层护套线缆的设计示意图

2 =ri×r D/ ApoJidi

公式D.3将电缆的长度也考虑进去了，电压与因为冲击电流而产生的负载和内外导体绝缘层之间的 电阻成正比。纵向电压与横截面和铁的渗透性成反比。直径D主要由直径来决定。 尽管如此，公式D.2对于线缆的保护值具有更重要的意义。我们可以看到在铁磁质层中的流量与外 层导体的电阻r：和因为冲击电流而形成的负载成正比。因为渗透性"随着靠近铁的饱和度而锐减，很 显然，从公式D.2我们可以看出，这类电缆对于因为冲击电流而产生的负载具有很高的保护作用，如果 负载很大，那纵向的电压也随之激增。负载受到外屏蔽层的电阻r和导体饱和度以及截面A的限制（如， 铁磁质层的厚度）

YDC086—2010 使用金属屏蔽层可以增强外屏蔽层的传导性。这就需要将电磁质层放置在外护套下面。一些处理过程将 被采用以获得额定负载。 举例，见图D.2。 具有石墨护套的线缆，每束直径35mm，设计用于额定负载5C（电流50kA，100us或峰值50kA，半峰值 时间70μs）。 内层屏蔽层：两个0.2mm的铜带在相对的位置 磁铁质层：8根0.25mm的铁带，两两交迭。四组分别在相对的方向。 外层有两种物质： a）石墨护层，内径42mm，厚度2.4mm； b）双层扁平铠装线缆，1.2mm厚。两层为相对的方向。 铁质铠装层应有足够的热阻，以防止需击产生的任何损坏

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图D.2有屏蔽层的线缆的设计举例

图D.3有护层线缆在冲击电流下的转移阻抗

抗腐蚀的保护 在石墨护层与扁平线缆铠装层间，有一个2mm厚的聚氯乙烯护层，用于保护石墨护层不受腐蚀。在 铠装的两个接合处发生放电时，它的电气强度足够防止发生穿孔。

YDC086—2010 某些地方，线缆需要特殊的保护，以防止遭受雷击（特别是在较恶劣的沙石导体情况下），镀锌 偏平线缆铠装应提供足够的保护以防止腐蚀。在一些特殊的地方（沼泽地），应有传导热塑层以提供额 外的保护 内导体和装甲层在每个接合处都与传导层电气连通。 在上面给出的例子中，六个铁带可以用于替代八个。为了获得额定负载，有必要与一个具有相同电 导系数的，20mm的铜质的，与外护层（如石墨护层）平行的导体相连接

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计算外屏蔽层的电阻时，扁平线缆铠装层的阻抗引起了一些新的问题。线圈缠绕的效果以及集肤效 应仅由测量冲击电流的幅值和持续强度决定。在双层铠装且互相反向缠绕的情况下，可以给出电流强度 近线缆的额定限制（50kA，100μus）下，转移阻抗的粗略计算。通常情况下，屏蔽层都会达到尽可能长 的程度，以保证阻抗值在可接受的范围， 这些特殊材料的使用不仅在内屏蔽层含有铜带线圈时，在简化工艺的制造中也同样被需要。内屏蔽 层的电阻对给定负载的（线缆的）纵向电压有直接的影响，但是对饱和度允许的负载的线缆不起作用。 因为在额定负载值以下，线缆的电压在很多情况下都很小，所以没有必要要求内屏蔽层的电阻很小。 鉴于上述三点，各种参数近似为： r:=0.28Q/km，r2=20/km，u=1000，D=0.04m，A=2m/km（注：没有考虑填充物质） 将这些值代入公式D.3，纵向电压在冲击电流负载为5C的情况下为140V/km，这与测量值相吻合。在 峰值为50kA，持续时间为100μs的电流，传输阻抗接近3m2/km，或1%的阻性阻抗。虽然公式D.3表达的 青况与实际情况基本一致（没有考虑电磁质层的电流），但并不提供一个可以用于决定数量的可以接受 的基准（图5.5）。 根据公式D.2，在铁芯中的电磁流量是1.4Vs/km；电感为0.7Vs/m。测量结果表明，在电量没有接 近6C（与0.84Vs/m相对应）之前，传输阻抗都没有增加。

D.5实际工作情况下线缆情况

在雷击电流的强度低于额定负载时，线缆的电压不会超过最高工作电压幅值，该值对于它连接的设 备也很重要。 在最大的负载下，线缆的保护作用会被降低。因此，在10C（或100kA，100μs），期望的纵向电压 直为1000V/km。尽管如此，这些考虑要与下列一致： a)当离线缆两端都比较远的地方发生放电的时候，外护层里的电流仅为雷击电流的一半； b)当线缆的终点为放置在山顶的射频传输设备时，本地的接地网络将吸收很大部分雷击电流。 c)当线缆的金属外壳与大地连接良好时，外护层上的雷击电流的强度随着离放电点越远减少得越 快。在大多数情况下纵向电压都会在电缆上产生，而且只有很短的一部分屏蔽层会因为残余的电流而过 饱和，这对纵向电压不会产生特别的影响。 因此，电缆将能承受超过额定负载很多的雷击电流。

D.6在感应电压情况下有外护层线缆的使用

有外护层的电缆在感应电压超过1000V ，也有很好的屏蔽系数。如果它们用在

注：r=工频下的屏截系数

图D.4有外护层的线缆

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附录E （资料性附录） 和第十章有关的符号、公式及实例

表E.1有关的符号以及单位列表

E.2公式（16)，（17)（21)和(23)中使用的符号

【16），（17），（21）和（23）中使用的符号H和C说明

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表E.2符号C 用表

E.3通信塔传输阻抗值实例

图E.2中所示为通信塔传输阻抗值的实例。在这个图中，绘制出了高度分别为0.27km和0.09km 的两个通信塔，所测的传输阻抗值作为概率f的函数。此外，还标明了用于90/320和55/188波形，0.27 km高通信塔的浪涌传输阻抗。图中，这类通信塔的传输阻抗随着高度迅速地增大。但是通信塔的传输阻 抗并不仅仅取决于塔的高度，而且还取决于各种其它的性能，如塔内的金属装置，混凝土中钢筋的配置 等。

注1:I5kA；90/320μs，Zt=4·10°Q 注2:I5kA：55/188us，Zt=1·10"0

E.4电缆种类任意符号

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钢筋混凝土塔传输阻扰

表E.3电缆种类任意符号

E.5绝缘外层保护层地下电缆预期故障的计算

（E.2） dI 然后计算得出每年电流等于或大于I以及在电缆上形成等于或大于U，漏斗电压的所有雷击总次 数：

然后计算得出每年电流等于或大于I以及在电缆上形成等于或大于U，漏斗电压的所有雷击总次 数：

此公式中的r:（I）由公式（24）或（25）计算得出 如果I=0，则所有故障总数为：

ne'p.D.I π·U,b

下面是计算外层导电护层 在内。该方程式还考虑了一个事实，

计算得出等于或大于工振幅的电缆雷击次数：

通过下面方程就可求出雷击的总次数：

r(1) = /4E0

ng(I) = 2ne · 1 . D[, w() r(I) dl

Wg(1) = "g / D.c.V元 erf Vb.I + 2Vb.1 ·exp (b · I) Vb V元

E.7外层导电护层地下电缆预期故障次数的计

假如已知半值的确切时间工的概率，再假如此概率与电流振幅无关，那么可以将此概率考虑进去， 计算方法如下：

值的确切时间1的概率，再假如此概率与电流振幅无关，那么可以将此概率考虑进去，

E.8可能导致外层导电护层架空电缆故障的雷击次数计算

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电杆接地的接地电阻取决于大地电离作用而产生的电流。这个电阻与电流的平方根成反比。下 式适用于求这个接地电阻值：

p.E （导电盘） R. 41

这指的是电杆接地冲击点的阻抗低于远离冲击点电杆接地的阻抗。假设这个电流与接地电阻是依赖 关系，那么就可能计算出不能造成绝缘击穿的雷电流最大允许电荷值。用公式求这个最大的允许电荷：

JCT2357-2016 泡沫混凝土制品性能试验方法那么雷击的允许电荷值的结果如下：

adm = 2. g

将方程式(E.12)代入到方程式(E.15)，经过计算就可以求出允许的雷电流值了

2 ln 2 Iadm GO Th 123

由于雷电电流分布的结果，每年可导致架空电缆故障的雷击次数可以通过将公式（E.16）的计算 结果代入到下面的公式中计算求出

L18ZJ113标准下载nA = n, :exp(b· Iadm)