熊萬(wàn)洲，向寒冰，魯景星

( 1.中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071；2.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，廣東 廣州 510620)

市話(huà)通信系統(tǒng)是由銅芯雙絞線(xiàn)電纜連接的包括交換設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備相關(guān)部分和總配線(xiàn)架、終端設(shè)備等組成。我國(guó)使用的設(shè)備材料、技術(shù)指標(biāo)不斷改進(jìn)，已與國(guó)際接軌，通信行業(yè)根據(jù)ITU－T(國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部)標(biāo)準(zhǔn)，制定了相應(yīng)的防護(hù)規(guī)范。在輸電線(xiàn)路施工圖設(shè)計(jì)中，評(píng)估處理對(duì)市話(huà)通信系統(tǒng)的危險(xiǎn)影響，是通信防護(hù)設(shè)計(jì)的主要工作；應(yīng)根據(jù)影響程度，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采取必要的防護(hù)措施。

由于各行業(yè)規(guī)范新老版本交叉重疊、表述方式及觀(guān)點(diǎn)存在差異，使得各設(shè)計(jì)、運(yùn)行單位認(rèn)識(shí)不盡統(tǒng)一。在防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，允許值確定范圍在600～3600 V之間，選擇防護(hù)措施方案也存在很大差別。為確保市話(huà)通信系統(tǒng)設(shè)備及人身安全、降低防護(hù)費(fèi)用、便于工程協(xié)調(diào)，規(guī)范輸電線(xiàn)路影響市話(huà)通信的防護(hù)設(shè)計(jì)是非常必要的。

1 市話(huà)通信系統(tǒng)的耐受性

1.1 終端保護(hù)設(shè)備的特性

為了防止過(guò)電壓過(guò)電流的危險(xiǎn)影響，市話(huà)通信系統(tǒng)終端設(shè)備安裝有兩級(jí)保護(hù)，第一級(jí)指用于轉(zhuǎn)移進(jìn)入設(shè)備的過(guò)強(qiáng)傳播能量的措施及物理裝置，第二級(jí)安裝在設(shè)備內(nèi)特別設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置。分別敘述如下：

(1)總配線(xiàn)架

總配線(xiàn)架為外線(xiàn)側(cè)連接銅芯雙絞線(xiàn)市話(huà)通信電纜，內(nèi)線(xiàn)側(cè)連接電信交換或接入設(shè)備的用戶(hù)電路，可通過(guò)跳線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)號(hào)分配接續(xù)，且具有過(guò)電壓過(guò)電流防護(hù)、告警功能及測(cè)試端口的配線(xiàn)架；保安單元為防止局內(nèi)設(shè)備和操作者人身遭受過(guò)電壓過(guò)電流危害的第一級(jí)保護(hù)裝置，見(jiàn)圖1。

圖1 總配線(xiàn)架保安單元

總配線(xiàn)架的電力線(xiàn)感應(yīng)試驗(yàn)，其a+b對(duì)地最大試驗(yàn)交流電壓Uac(有效植)需達(dá)到式(1)要求：

MDF保安單元耐電力線(xiàn)感應(yīng)能力I(有效植)，明確要求達(dá)到式(2)要求(適于陶瓷氣體放電管)：

(2)交換設(shè)備

交換設(shè)備內(nèi)設(shè)第二級(jí)保護(hù)裝置，其a+b對(duì)地最大試驗(yàn)交流電壓Uac(有效植)需達(dá)到式(3)要求：

(3)接入網(wǎng)設(shè)備

接入網(wǎng)設(shè)備的第一級(jí)保護(hù)裝置，其a+b對(duì)地最大試驗(yàn)交流電壓Uac(有效植)需達(dá)到式(4)要求：

(4)終端設(shè)備

終端設(shè)備內(nèi)設(shè)第二級(jí)保護(hù)裝置，其a+b對(duì)地最大試驗(yàn)交流電壓Uac(有效植)需達(dá)到式(5)要求：

從式(1)至(5)看出，市話(huà)通信系統(tǒng)終端的兩級(jí)保護(hù)，都采用了600 V交流試驗(yàn)電壓，只是試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間有差異。

1.2 市話(huà)通信電纜的絕緣特性

市話(huà)通信系統(tǒng)中，幾乎全部采銅芯聚烯烴絕緣擋潮層聚烯烴護(hù)套市內(nèi)通信電纜(HYA系列)，HYA系列電纜結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 HYA系列電纜結(jié)構(gòu)

HYA系列電纜導(dǎo)體與屏蔽絕緣電氣強(qiáng)度，直流試驗(yàn)電壓Ud需達(dá)到式(6)、(7)要求：

或

2 確定危險(xiǎn)影響允許值

輸電線(xiàn)路對(duì)市話(huà)通信系統(tǒng)危險(xiǎn)影響的允許值，取決于市話(huà)通信系統(tǒng)對(duì)過(guò)電壓過(guò)電流的耐受性。

2.1 考慮終端設(shè)備安全

通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，對(duì)已建通信局(站)、接入網(wǎng)點(diǎn)，強(qiáng)電綜合危險(xiǎn)影響允許值為300 V；新建通信局(站)、接入網(wǎng)點(diǎn)，強(qiáng)電綜合危險(xiǎn)影響允許值為600 V。這是根據(jù)過(guò)電壓和過(guò)電流耐受性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)確定的允許值，從式(1)至(5)可知，市話(huà)通信系統(tǒng)的兩級(jí)保護(hù)都采用了600 V交流試驗(yàn)電壓，只是試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間有差異，其中第二級(jí)保護(hù)交流試驗(yàn)電壓已經(jīng)達(dá)到了600 V·0.2s·5次。

市話(huà)通信系統(tǒng)終端保護(hù)設(shè)備分為兩級(jí)，第一級(jí)保護(hù)是將過(guò)電壓過(guò)電流降到第二級(jí)保護(hù)所承受的范圍內(nèi)。可見(jiàn)第一級(jí)保護(hù)的耐受性比第二級(jí)保護(hù)要高的多，所以采用600 V作為允許值是偏保守的，有沒(méi)考慮輸電線(xiàn)故障持續(xù)時(shí)間的變化。

典型情況下，感應(yīng)電壓允許值隨輸電線(xiàn)故障持續(xù)時(shí)間不同而變化的電壓允許值見(jiàn)表1。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]也采用了表1隨故障持續(xù)時(shí)間不同而變化的冊(cè)碼允許值，這一規(guī)定顯然比通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要寬松。

2.2 考慮市話(huà)電纜安全

在輸電線(xiàn)路故障狀態(tài)下，電信電纜芯線(xiàn)上的磁感應(yīng)電壓(電動(dòng)勢(shì))E應(yīng)符合式(8)規(guī)定，這一規(guī)定最早來(lái)源于國(guó)際電話(huà)電報(bào)咨詢(xún)委員會(huì)(Consultati Ve Committee on International Telephone and Telegraph，CCITT)導(dǎo)則的建議。

根據(jù)式(6)～(8)可得：

E=3 6 0 0 V·3 s或

2.3 考慮人身安全

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定人身安全電壓允許值，高可靠輸電線(xiàn)路為650 V；其它輸電線(xiàn)路為430 V 。文獻(xiàn)[4]、[11]稱(chēng)這兩個(gè)規(guī)定值為基本電壓允許值，考慮輸電線(xiàn)路故障持續(xù)時(shí)間的安全電壓允許值見(jiàn)表2。

表2 人身安全電壓允許值

2.4 綜合考慮允許值

本節(jié)從市話(huà)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備安全、電纜線(xiàn)路安全、人身安全上述三個(gè)方面敘述了各自的允許值，明顯有兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)允許值與輸電線(xiàn)持續(xù)故障時(shí)間相關(guān)性較大；

(2)三個(gè)方面針對(duì)不同對(duì)象表述，允許值數(shù)據(jù)相差較大。

由于輸電線(xiàn)持續(xù)故障時(shí)間t≤0.2 s，綜合考慮這三個(gè)方面選取較低的值，即1030 V為輸電線(xiàn)對(duì)市話(huà)通信系統(tǒng)危險(xiǎn)影響的允許值。

3 影響程度

3.1 通信電纜范圍

輸電線(xiàn)對(duì)市話(huà)通信系統(tǒng)的影響來(lái)源于對(duì)HYA電纜的感應(yīng)，中南電力設(shè)計(jì)院對(duì)2005年～2007年設(shè)計(jì)的500 kV以上的交直流輸電線(xiàn)路工程間距2 km內(nèi)的通信線(xiàn)路進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，涉及的輸電線(xiàn)路工程23個(gè)(路徑走廊長(zhǎng)度3150 km)、地區(qū)包含10個(gè)省市，統(tǒng)計(jì)通信線(xiàn)路889條，各長(zhǎng)度范圍內(nèi)HYA電纜條數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各長(zhǎng)度范圍內(nèi)HYA電纜條數(shù)

表3表明，3 km以下的HYA電纜條數(shù)占97%，基本反映了當(dāng)前高壓輸電線(xiàn)路路徑走廊對(duì)沿線(xiàn)通信線(xiàn)路影響的普遍情況。

3.2 縱電動(dòng)勢(shì)計(jì)算

采用文獻(xiàn)[4]、[11]的計(jì)算方法，取輸電線(xiàn)故障影響電流IS=10 kA、大地導(dǎo)電率σ=5×10－3(s/m)，輸電線(xiàn)與HYA電纜不同相對(duì)關(guān)系的感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)計(jì)算結(jié)果

由表3、圖3可知，2 km以下的HYA電纜條數(shù)占85%以上，當(dāng)接近間距為500 m時(shí)，其感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)小于2000 V，并不嚴(yán)重。

4 防護(hù)設(shè)計(jì)方案

4.1 傳統(tǒng)方案與改進(jìn)

輸電線(xiàn)故障時(shí)，瞬時(shí)短路電流會(huì)在鄰近的市話(huà)通信系統(tǒng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。對(duì)于HYA市話(huà)電纜的防護(hù)，目前采取的主要防護(hù)措施是在電纜兩端加裝電纜保安器，這種設(shè)計(jì)主要基于幾點(diǎn)：①考慮了長(zhǎng)距離平行接近情況，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能極高；②兩端的電纜保安器動(dòng)作時(shí)，將輸電線(xiàn)感應(yīng)能量完全泄流；③忽略市話(huà)通信端局(交換設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備、總配線(xiàn)架、終端設(shè)備)自身的第一級(jí)、第二級(jí)防護(hù)能力；④由于電纜保安器容量足夠大，一般不驗(yàn)算每個(gè)放電管的耐流能力；⑤末端通信電纜保安器與第一級(jí)防保安單元內(nèi)置放電管處于并聯(lián)狀態(tài)，功能重復(fù)設(shè)置。

市話(huà)通信技術(shù)逐步與國(guó)際接軌，端局的第一級(jí)防保安單元指標(biāo)不斷改進(jìn)，泄流器件經(jīng)歷了炭精塊、陶瓷氣體放電管、半導(dǎo)體放電管、集成電路單元的逐步換代，保安性能大幅提升；由于接入網(wǎng)設(shè)備的批量建設(shè)，使得HYA型市話(huà)通信電纜的延伸長(zhǎng)度大幅降低，85%在3 km以?xún)?nèi)，還有繼續(xù)縮短的趨勢(shì)，使其受電力線(xiàn)影響程度也大幅降低。

根據(jù)上述特點(diǎn)，提出取消末端電纜保安器，其防護(hù)功能由市話(huà)通信端局自身的第一級(jí)防護(hù)承擔(dān)。防護(hù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖4。

圖4 防護(hù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

4.2 放電管負(fù)荷電流的驗(yàn)算

圖4保安器放電管動(dòng)作時(shí)，回路中的總電流如式(10)：

式中：In為電纜保安器動(dòng)作時(shí)，回路中的總電流(A)；E為HYA電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)( V)；Zn為HYA電纜線(xiàn)束阻抗(Ω/km)；lp為HYA電纜長(zhǎng)度(km)；Rb為電纜保安器始端接地電阻(Ω)；Rq為通信機(jī)房接地電阻(Ω)。

那么每個(gè)保安器放電管中的工頻電流如式(11)：

式中：I為每個(gè)放電管中的工頻電流(A)；n為HYA電纜導(dǎo)線(xiàn)根數(shù)(如100對(duì)電纜，n=2×100)。

(1)與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電纜長(zhǎng)度的關(guān)系

選擇芯線(xiàn)直徑為0.4 mm、對(duì)數(shù)為100(工程中使用最為廣泛)、Zn=1Ω/km，保守取Re+Rq為10Ω，按式(11) 計(jì)算各種工況下每個(gè)放電器負(fù)荷電流見(jiàn)圖5。

圖5 各種工況放電器的負(fù)荷電流

圖5計(jì)算結(jié)果表明，長(zhǎng)度為500 m的電纜，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為6000 V時(shí)(這是極其少見(jiàn)嚴(yán)重的情況)，每個(gè)放電器通過(guò)的電流小于3 A；

(2)與電纜芯線(xiàn)對(duì)數(shù)、直徑的關(guān)系

不同HYA電纜芯線(xiàn)對(duì)數(shù)、芯線(xiàn)直徑情況下，每個(gè)放電器負(fù)荷電流按式(11)計(jì)算結(jié)果(取工程中常見(jiàn)的lp=1.5 km，E=1500 V)見(jiàn)表4。

表4 不同電纜型號(hào)每個(gè)放電器的電流/A

表4計(jì)算結(jié)果顯示，每個(gè)放電器通過(guò)的電流與電纜芯線(xiàn)對(duì)數(shù)、直徑的相關(guān)性很大。芯線(xiàn)直徑為0.4 mm任何對(duì)數(shù)的電纜，每個(gè)放電器通過(guò)的電流小于5 A。

4.3 改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行性

通過(guò)上述針對(duì)HYA電纜不同芯線(xiàn)對(duì)數(shù)、芯線(xiàn)直徑、接近長(zhǎng)度以及受影響程度的計(jì)算，絕大多數(shù)情況下，每個(gè)放電器通過(guò)的電流滿(mǎn)足式(2)之容量，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行的。

從1999年開(kāi)始，市話(huà)通信系統(tǒng)MDF保安單元中的氣體放電管逐步被固體半導(dǎo)體放電管所代替，半導(dǎo)體固體放電管比較陶瓷氣體放電管具備體積小、穩(wěn)定性好、殘壓低、響應(yīng)速度快、發(fā)熱量低等優(yōu)點(diǎn)，其中最小體積為φ4 mm×2 mm的固體半導(dǎo)體放電管，已能承擔(dān)10 A的工頻電流。

5 防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范化

(1)輸電線(xiàn)路對(duì)市話(huà)通信系統(tǒng)的危險(xiǎn)影響電壓(或縱電動(dòng)勢(shì))允許值，采用1030 V。

(2)當(dāng)危險(xiǎn)影響超過(guò)允許值時(shí)，只需在電纜始端(一般在交接箱或分線(xiàn)盒)加裝電纜保安器。

(3)極少數(shù)情況下(如電纜芯線(xiàn)直徑大于0.5 mm、芯線(xiàn)對(duì)數(shù)小于10、或嚴(yán)重超過(guò)允許值)，應(yīng)驗(yàn)算通過(guò)每放電器的電流，或采用固體半導(dǎo)體放電管器提高容量。

[1]YD/T695—2004，市話(huà)通信系統(tǒng)過(guò)電壓過(guò)電流防護(hù)原則及技術(shù)要求[S]．

[2]ITU－T，Recommendation K.11-2009. Principles of protection against overvoltages and overcurrents[S]．

[3]ITU－ T，Recommendation K.44-2008.Resistibility tests for telecommunication equipment exposed to overvoltages and overccurrents-Basic recommendation[S]．

[4]DL/T5033－2006，輸電線(xiàn)路對(duì)電信線(xiàn)路危險(xiǎn)和干擾影響防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[5]YD/T694－2004，總配線(xiàn)架[S]．

[6]YD/T1082－2000，接入網(wǎng)設(shè)備過(guò)電壓過(guò)電流防護(hù)及基本環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件[S]．

[7]GB/T13849．1－1993，聚烯烴絕緣聚烯烴護(hù)套市內(nèi)通信電纜 第1部分一般規(guī)定[S]．

[8]YD/T322－1996，銅芯聚烯烴絕緣鋁塑綜合護(hù)套市內(nèi)通信電纜[S]．

[9]ITU－T K．53(2000)．確定電信運(yùn)營(yíng)者與交流電力及鐵道運(yùn)營(yíng)者責(zé)任時(shí)用的電信裝置上的感應(yīng)電壓值[S]．

[10]GB 6830－86．電信線(xiàn)路遭受強(qiáng)電線(xiàn)路危險(xiǎn)影響的容許值[S]．

[11]ITU－ T，Directives concerning the protection of telecommunication line against harmful effects from electric power and electrified ralway line[S]．

[12]謝星，熊萬(wàn)洲，胡守松．高壓直流輸電線(xiàn)路對(duì)通信線(xiàn)路影響的調(diào)查分析 [C]//輸變電設(shè)施電磁環(huán)境學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(’ 11 EMI)．廈門(mén): 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電磁干擾專(zhuān)業(yè)委員會(huì)城市電磁環(huán)境學(xué)組,2011:123－ 127．

[13]李冬根．MDF保安單元的技術(shù)發(fā)展軌跡[J]．電信技術(shù) , 2004，(03)．

[14]郭世忠．通信線(xiàn)路強(qiáng)電防護(hù)MDF保安單元新方案[J]．電信技術(shù)，2005，(09)．

[15]謝永東．MDF保安單元原理及其應(yīng)用[J]．長(zhǎng)沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，3(01) ．