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河南省计算机信息系统(场地)防雷检测技术应用分析.pdf

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bonding,etc.,the engine room,such aS antistatic protection and groundingtechnology perance parameters for the study of computer ination systemsecurity of the mine detection technology to collect basic ination on theapplication.Fourth,the paper in the course of the study,according to Henan Province,thenumber of days of thunderstorms,the space distribution of the characteristics ofweather and climate conditions and the economy,the environment,as well aslightning protection technology based on the level of development,testing and otherresearch related to lightning protection devices technical specifications of thedetection,sum up the past in the work of actual testing experience and lessons in”from outside to in,from top to bottom”principle,indepth exploration into thecomputer ination system for Direct Lightning FlaSh,lightning and thunder andlightning invasion wave electromagnetic pulse protection measures,such aS thedetection technology,covering in detail the computer network system,the antennaand cable line,programcontrolled switching system,security system,automatic firealarm and fire linkAge systems,cable television systems,communications basestations and other aspects of mine detection technology,as well aS power and signalwaves Chung protection,and electromagnetic shielding,bonding,etc.,the engineroom and ground antistatic properties of the detection s,test results for thetreatment of mine to the normative guidance,based on the completion of practicalexperience for computer ination systemsfieldof Detection of s,design atesting process,to work out a suitable area in Henan Province,scientific and practical,easy to operate computer ination systemsfieldmine detection applicationsecurity ,not only to ensure the security of computer ination systemsoperation,the largest least to mitigate the lightning disaSter prevention and computerination systems for the harm and loss,but also to do a good job in the work ofmine detection and mine也e cause of disaster reduction has a larger role andsignificance.Key wordsComputer Ination System,Lightning Protection DetectionTechnology,Surge Protective Device,The number of days of thunderstormsIII学位论文独创性声明本人郑重声明1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。3、本论文中除引文外,所有实验、数据和有关材料均是真实的。4、本论文中除引文和致谢的内容外,不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。作者签名2壁垒I作者签名丛竺二一El期趔占生。学位论文使用授权声明本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定,学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版;有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索;有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名越基塑1日 期2迸,签生南京信息丁程大学 河南省计算机信息系统场地防雷榆测技术应用研究第一章绪论,帚一早 驺 下匕1.1 月lJ 吾随着社会经济和现代科技的快速发展,大量计算机、通讯、网络设施、智能控制系统等微电子设备己广泛应用于各行各业中,极易遭受雷电过电压的损害。作为拥有高集成度精密设各的计算机信息机房,一般处于建筑物内部,其遭受直击雷的可能性并不大,一些微电子器件工作电压仅几伏,传递信息的电流小至微安级,对外界的干扰极其敏感,美国通用研究公司提供资料表明磁场脉冲超过0.07高斯,就可引起计算失误;磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。发生雷击时,雷电以热效应、机械效应、冲击波效应危害人的生命,击毁建筑物。雷击放电时,由于雷电流迅速变化,在其周围空间会产生瞬变的强电磁场,使附近导体上感应出强大的雷电电磁脉冲LEMP,以阻性耦合、磁性耦合、容性耦合的形式通过电源线、信号线或天馈线等向室内设备传导,造成危害。雷电先导还会以静电感应方式使暴露在大气中的金属导体感应出雷电波,沿导体传播危害端接的电子设备,沿金属导体传输的雷电流在传输线上产生的暂态高电位与临近金属导体之间形成的电位差又会以雷电反击的形式产生危害n,引。如此等等,可以看出,雷电以各种方式和途径危害着人的生命和建筑、设备,雷电对人类有极大的危害性和破坏性,雷电灾害已成为联合国公布的对人类生活影响的10种最严重的自然灾害之一,被国际电工委员会IEC称之为“电子时代的一大公害”。河南省地跨长江、淮河、黄河、海河四大流域,流域面积大,河流有493条,水库有1000多个。河南西北大半部和东南部为山地丘陵,东、北大半部和西南部为广阔的平原和大型盆地。伏牛山和桐柏一大别山构成黄河、淮河与长江三大水系的分水岭。黄河以北大部地区属于海河流域。因而,河南地貌条件十分复杂,类型多种多样,形态结构和区域差异性极为显著。河南省的气候具有明显的过渡性特征,南部为亚热带,北部为暖温带。由于受季风气候的影响,南北气候差异较大。雷电灾害,也是河南省的重大自然灾害之一,河南省大部分地区雷暴日数在20天以上,最多可达50天以上,为多雷暴活动区。雷暴活动期长,一年四季,均有雷电灾害发生。夏季雷暴日数占全年总数的60%~90%,春季10%~25%,秋季5%~10%,冬季最少。冬季雷电虽少,却常伴随灾害。如2000年元月1日,信阳市息县某农户遭雷击,造成一死两伤;2002年元月12日郑州市多处遭受雷电袭击,一农民在北郊庙里村野外蔬菜火棚旁被球型雷击中死亡。河南省每年都发生多起雷击计算机系统的事故,造成通讯中断、系统瘫痪乃至威胁人身安全,影响日益严重。例如郑州市政府塑室笪星三垦奎兰 塑堕宣生簦塑笪皇墨竺望垫堕重量型垫查些旦婴塑办公火楼2006年7月刚安装了防雷设施,就遭受了雷击,造成大楼内很多计算机网络设备损坏,系统瘫痪。其原因是安装了直击雷防护装置,却没有考虑雷电电磁脉冲防护装置,也没有经过检测验收。频繁发生的雷击事故,给人民生命财产造成巨大的损失,同时也严重的影响和制约了河南省社会经济的健康发展。1.2国内外研究进展为了减少雷电灾害,保护人民生命财产安全,党和政府高度重视防雷减灾工作,全国各地都先后颁布实施了防雷法律法规。河南省政府于2004年颁布了第8l号令河南省防雷减灾实施办法,各辖市、县也先后下发了政府文件,使人们的防雷意识有了一定的提高。新建楼房和新建机房注意安装防雷设施。但是雷击事故仍然发生,尤其是计算机信息系统受损频频发生。为什么安装防雷设施,雷灾事故依然发生,为此,对在河南省境内发生的事故进行了调查。在调查过程中,发现有的建筑物虽然设置了防雷设施,但未按相关防雷规范去做,有的防护不到位,也没有经过防雷主管部门的检测验收就投入使用了,有的还没有按照要求安装防雷设施。比如2002年6月1日、2005年6月20日,河南省博物院主展馆、河南省总工会的道诚大厦楼顶女儿墙虽然都安装了避雷带,但还是分别遭受了雷击,两次都是击中拐角处,原因是由于避雷带支架高度偏低,安装位置距外沿太远,而且楼顶突出的拐处角本来就容易积聚电荷,是易遭受雷击的部位,最终造成楼顶破损、楼内电气设施瘫痪,经济损失巨大。后来整改时两家都在楼顶拐角处加装了避雷短针,效果很好。从2002年开始,河南各地先后展开了计算机信息系统防雷安全检测工作。但由于国内外至今尚无一套专门针对计算机信息系统进行防雷安全性能检测较全面、完整成熟的技术方法可借鉴。因此,一直使该项工作处于摸着石头过河,各地的检测技术水平参差不齐,所采用的检测仪器五花八门,检测技术标准和检测表格不统一,甚至对同一个单位的机房检测采用的检测方法依据的技术标准都不一致。目前,国标建筑物防雷装置检测技术规范GB/T21431.2008刚刚出台,主要是建筑物的防雷性能检测,对计算机信息系统的防雷性能检测技术涉及不多,也不深,国际上未见计算机信息系统防雷检测类技术文献。此外,全国各地的气候环境条件不同,各地的平均雷暴日数差别较大,社会经济条件不一样,防雷发展也不一致,防雷保护技术和防雷检测技术针对性也会有所不同。这些问题的存在,极大地影响着河南雷电灾害防护水平的提高,影响着河南雷电灾害防护的能力。因此,急需根据当地的天气气候条件和经济、环境基础以及防雷发展水平,研制一套科学实用j操作性强的计算机信息系统防雷安全检测的技术应用方法,不仅对确保计算机信息系统的安全运行、最大限度地防御和减轻雷电灾害对计算机信息系统造成的危害和损失,而2南京信息工程人学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究且对做好防雷检测工作和防雷减灾事业都有较大的促进作用和重大意义。1.3论文研究方法和主要研究内容本文从河南省实际情况出发,首先利用河南省气候中心整编的19612000年123个气象台站4920个雷暴日数资料,使用常规的数理统计方法,包括平均值、均方差、标准偏差系数和标准峰度系数几个指标,对河南省雷暴的时、空分布特征进行了分析。对河南省123个市、县的40年雷暴日数进行统计分析,得到河南省平均雷暴日的时、·空分布特征13。31。掌握河南省雷电活动的特征,对有针对性地做好河南省计算机信息系统的雷电防护、研究适用的防雷检测应用技术具有实际指导意义。其次,认真研究、详细调查了解计算机网络系统、天馈线路、程控交换机系统、安全防范系统、火灾自动报警及消防联动系统、有线电视系统、通信基站等信息系统以及浪涌保护-器Surge Protection Device,英文简写为SPD、电磁屏蔽、等电位连接、机房防静电和接地等防护技术的性能参数,以及计算机信息系统的雷电防护技术的现状,为研究计算机信息系统的雷电防护检测技术收集基本资料。第三,调研雷电防护装置检测等相关的检测技术规范,总结以往实际检测工作中的经验和教训,研制出适合河南省区域的计算机信息系统场地防雷安全检测应用技术。全部内容包括六个部分,共分为六个章节,依次为1论文研究的目的、意义和研究方法及国内外研究现状;2分析研究河南省的雷暴目数时、空分布特征,作为研究雷电防护和检测技术的基础3简要介绍了计算机信息系统雷电防护技术,可以有针对性地研究防雷检测技术;4详细论述了计算机信息系统场地防雷检测应用技术,是全文的研究重点;5介绍了检测数据的处理方法,并设计了操作性强的计算机信息系统防雷检测表格;6总结本文研究成果并且提出了进一步研究工作展望。3南京信息工程大学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究第二章河南省雷暴日数的时空分布特征分析雷暴作为一种灾害,它具有时间的瞬时性、季节性和频繁性,空间分布的广泛性和分散性、局地性等特点。我国是一个雷暴多发国之一,科学家对雷暴做了许多研究张敏锋㈨等指出我国雷暴气候变化有三个明显的地区,即东北地区、黄河中下游地区和华南地区。张敏锋¨21等利用闪电定位仪探测了我国大兴安岭东北和北京地区的雷电活动,详细分析了地闪的空间分布,并讨论了不同地区各雷电参量的时间变化规律。河南处于黄河中下游地区,境内有四火流域长江流域、淮河流域、黄河流域和海河流域,气候变化异常,雷暴活动频繁。充分认识河南省雷暴的时间、空间分布特征,对做好计算机信息系统的雷电防护、研究适用的防雷检测应用技术具有实际指导意义。2.1资料和方法本文利用河南省气候中心整编的1961~2000年123个气象台站4920个雷暴日数资料,使用常规的数理统计方法,包括平均值、均方差、标准偏度系数和标准峰度系数几个指标,对河南省雷暴的时、空分布特征进行了分析【3.1 31。2.2雷暴日数时间分布2.2.1平均值和均方差依据河南省气候中心整编的123个气象台站雷暴日数资料,使用平均值和均方差有偏估计公式1,计算了1961~2000年全省年平均雷暴日、标准差和雷暴的年变化趋势图2.1。图2.1河南省所有台站历年平均雷暴日数变化趋势1961.2000图中柱为各站的平均;柱上误差线为各站的标准差虚线为趋势线4∞船帅弱{j;勰加”如南京信息工程大学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究2.1式中N为序列的长度;xi为雷暴日数;i为雷暴日数的平均。从河南省1961~2000年123个台站平均雷暴日数的年际变化看出,40年间平均雷暴日数为24.9d,其中最大值出现在1963年,其值为36.7d;最小值15.7d出现在1989年。年际变化不大,均方差为4.96d,离差仅为0.200。历年站间均方差的平均值为5.76d;其中最大值7.83d出现在1975年,最小值4.Old出现在1976年。全省平均雷暴日数历年有下降的趋势,这与张敏锋Ill,121的结果相一致,下降的速率为2.55d/10a;且下降的趋势显著,可以通过置信度O.001的显著性检验。2.2.2平均雷暴日数和其他指标的相关图2.2为历年站问雷暴日数标准差和平均雷暴日数的相关。由图可见,标准差和平均雷暴日数呈显著的正相关关系,随着平均雷暴日数的增多,站间标准差也逐渐增大。雷暴日数平均值和均方差之间的相关,可以通过信度为0.001的显著性相关检验。历年站间偏度系数和平均雷暴日数同样呈现显著的线性关系图略,也可以通过信度为0.001的显著性相关检验;但是二者之间的相关为负相关,即随着平均雷暴日数的增多,站间偏度系数逐渐减小。羔曼二、 AA A公 ..A睽.商.南々务学-≤埝於.V山菇·磊· -5÷i-气薷a j.j薪e-如-百静一气魂≤-龛g t。9A‘下菇嘏蔷,2赢‘图2.2历年站间雷暴日数标准差和平均雷暴日数的相关2.3雷暴E1数空间分布图2.3给出了1961-2000年平均雷暴日数及其均方差的空间分布【7】o平均雷暴曰数最大值33.7d出现在商城,而最小值17.8d则出现在宜阳。5加8642D●吨q咱南京信息工程大学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究图2.3 1961-2000年雷暴日数平均等值线和均方差阴影的空间分布从图2 3中可以看出,雷暴分布地域特征明显·豫北、豫两和豫东南分别出现三个雷暴高发区.豫东南强度毋大,豫西强度与其相当,豫北相对较小,中心相差6d左右。河南中部呈东南.西北走向,为一个相对少发区。历年雷暴日数的均方差平均为6 84d,其中最大值8 96d出现在新蔡最小值4 97d山现在延津。雷暴日数均方差和平均雷暴巨数的空问分布比较类似,两个场具有显著的正相关关系,相关系数可以通过信度为O 00I的显著性检验。在平均雷暴高发的三个区域,在均方差图上同样是三个高值区。在均方差图上,在豫东南的高值区域南部出现一个闭台的商唐中心,且其强度最大;而在豫西、豫北两个高值压域之间,也出现了一个闭合的中心,这两个中心强度都比平均雷暴日数酗上的强度要大。2.4河南省123个市县雷暴日数统计利用河南省气候中心整编的19612000年123个气象台站4920个雷暴日数历史资料,采用平均值方法,得山河南省123个市县的40年平均雷暴日,见表21。在对计算机信息系统进行检测需要计算雷屯防护等级时,以及进行防雷效果评估时,可以参考表中数据。南京信息工程大学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究表2.1河南省123个市县的40年平均雷暴日雷暴日 雷暴日 雷暴日 雷暴日 雷暴日地名 地名 地名 地名 地名数d/a 数d/a 数d/a 数d/a 数d/a郑州 20.6 鲁山 23.2 温县 21.1 两峡 30.5 光山 28.9巩义 22.2 叶县 22.O 博爱 22.3 淅川 24.1 新县 30.9荥阳 20.1 郏县 19.2 武陟 21.3 内乡 25.5 周口 20.0新郑 18.9 舞钢 23.2 修武 24.5 镇平 24.7 两华 23.2.登封 23。3 汝州 19.1 濮阳 22.5 南召 29.4 鹿邑 22.2新密 20.1 安阳 23.8 濮I;Il县 22.5 方城 26.4 沈丘 22.2中牟 20.9 安|矸1县 23.8 清丰 22.6 桐柏 28.2 淮F兀 23.O嵩山 23.8 林州 30.9 范县 21.8 邓州 23.O 扶沟 20.4开封 21.4 汤阴 26.6 台前 21.8 社旗 23.5 太康 23.0兰考 20.6 滑县 24.1 南乐 22.7 商丘 21.4 项城 22.2杞县 21.8 内黄 23.2 许昌 20.6 永城 27.6 郸城 21.5通许 20.9 鹤壁 24.1 禹州 21.3 夏邑 21.7 商水 23.3尉氏 21.1 浚县 22.5 长葛 20.1 虞城 25.1 驻马店 22.8洛阳 20.5 淇县 21.8 鄢陵 22.1 柘城 22.0 上蔡 23.9栾川 28.O 新乡 22.9 襄城 19.0 宁陵 23.5 西平 21.4嵩县 24.3 卫辉 22.5 漯河 21.1 睢县 23.8 确山 21.6伊川 21.3 长垣 19.9 临颍 20.7 民权 21.5 平舆 21.8汝阳 20.6 封丘 19.9 舞阴 24。2 信阳 27.1 遂平 20.9新安 20.6 延津 23.5 三门峡 1 8.1 鸡公山 29.O 汝南 22.9偃师 22.7 辉县 26.1 卢氏 29.1 罗山 28.6 新蔡 24。7洛宁 23.3 原阳 20.2 灵宝 17.9 息县 24.1 泌阳 30.4宜阳 17.8 获嘉 22.5 渑池 19.8 淮滨 24.7 正阳 23.6孟津 23.5 焦作 23.2 南阳 23.6 潢川 26.6 济源 22.O平顶山 18.1 孟州 23.4 唐河 27.1 固始 30.5宝丰 22.0 沁阳 21.2 新野 24.4 商城 33.77南京信息工程大学 河南省计算机信息系统场地防雷检测技术应用研究第三章计算机信息系统雷电防护技术研究计算机信息系统的防雷检测技术,是建立在了解系统的雷电防护技术的基础上,需要知道计算机信息系统所在环境是否安装了防雷装置,哪些设备安装了什么样的防雷装置,这样才能有针对性地检测信息系统的防雷性能。为此本章将简要概述计算机信息系统雷电防护的基本原则和防护技术。3.1 计算机信息系统雷电防护的基本原则计算机信息系统的防雷必须按综合防雷系统的要求进行设计,坚持预防为主、安全第一的指导方针。计算机信息系统的防雷应综合考虑环境因素、雷电活动规律、雷击事故受损原因、系统设备的重要性及发生雷灾后果的严重程度等。在进行建筑物计算机信息系统防雷工程设计时,应认真调查建筑物所在的地理、地质、土壤、气象、雷电活动规律等资料,根据建筑物内各信息系统的特点等因素,进行全面规划、经济合理、施工维护方便。计算机信息系统所在建筑物的防直击雷措施应按GB50057建筑物防雷设计规范进行设计与施工。内部装有大量信息设备的建筑物,其最低防雷标准不宜低于二类防雷建筑。计算机信息系统综合布线应按GB/T50311建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范的要求进行设计与施工。计算机信息系统的屏蔽措施应根据信息系统所处的防雷区进行磁场强度的衰减计算,根据计算结果采取相应的措施。计算机信息系统应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同采用不同的防护等级标准【14以71。3.2计算机信息系统雷电防护技术现代综合防雷工程是一个系统工程,它由直击雷的防护、接地、等电位连接、屏蔽、综合布线、安装电涌保护器六个部分组成[141。在一个完善的防雷系统工程中缺一不可。某一个环节考虑不周,安装不当,即使采取了防雷措施也起不至U真正的防雷作用,还有可能引雷入室而损坏设备。计算机信息系统大多设置在建筑物内,很少有直击雷直接击毁计算机信息系统,但是对计算机信息系统所在的建筑物必须先作好外部直击雷的防护,最大可能地减少进入建筑物内部计算机信息系统所在环境的雷电流强度,因此,计算机信息系统的防雷亦应包括直击雷的防护、等电位连接、屏蔽等。8
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