피뢰설비


1)정의

보호하고자 하는 대상물에 근접하는 뇌격을 확실하게 흡인하여 안전하게 대지로 방류시켜 건축물, 인축 및 설비류 등을 보호하기 위한 설비이다

2)설치목적

  • 낙뢰의 영향으로부터 특정 공간을 보호하기 위한 시스템
  • 낙뢰의 영향으로부터 인축 설비 및 건축물 등을 보호하기 위하여 사용되는 모든 시스템을 말한다

3)뇌보호 시스템 구성

  • 외부 뇌보호 시스템
    직격뢰(측격뢰)로 부터 보호하기 위한 설비 피뢰설비
  • 내부 뇌보호 시스템
    보호범위 내에서 뇌격전류에 의한 전자기적 영향을 감소하기 위해서 외부 뇌 보호시스템에 추가되는 모든 조치 등

낙뢰의 성질

  • 뇌운의 전위 경도는 대략100[MV]정도
    + 뇌운 크기는 9~12[km]
    – 뇌운은 500[m]~10[km]
  • 뇌운 발생은 선택접촉설, 수적분열설, 빙점대전설 등이 발표되고 있다
  • 뇌운의 종류-열뢰(상승기류), 계뢰(한행, 온랭전선), 우뢰(태풍, 저기압)
  • 낙뢰 발생과 뇌임펄스 전압의 표준파형(IEC)
  • 파두길이(Tf) : 1.2[us]
  • 파미길이(Tt) : 150[us]

뇌서지 종류

  • 직격뢰

직격뢰는 뇌운으로부터 직접발생하여 대지로 방사한 대단히 강력한 전자력선으로 구조물 또는 피뢰침에 직접 뇌격하는 것으로써 약 200[]이상의 뇌전류를 가지고 있다.

  • 유도뢰

낙뢰가 피뢰침의 접지극을 통하여 방전하는 경우 정보통신 섭리의 접지극을 통해 뇌전류가 역류하여 정보통신설비로 들어온다

  • 간접뢰

피뢰침으로 유입된 낙뢰가 대지로 방전하는 동안 전원선과 교하하는 지점에서 유도되어 전원선을 따라 Surge가 정보통신 설비에 들어온다

관련규정 및 설치기준

1)관련규정

  • 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제20조 : 낙뢰우려 높이20[m]이상 건축물
  • 산업안전보건기준에 관한 규칙 제326조 : 화학류 또는 위험물 저장 및 취급시설물
  • 위험물 안전관리법 시행규칙 제3장 제28조 : 제조소 기준 지정수량 10배 이상 취급 저장소
  • 방송통신설비기술기준에 관한 규정 : TV수신안테나
  • 방송통신설비의 기술기준에 관한 규정 : 벼락 또는 강전류 전선관의 접촉 등에 의해 이상전류, 전압이 유입될 우려가 있는 통신설비

2)설치 기준(건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제20조)

  • 피뢰설비 대상
    낙뢰의우려가 있는 건축물 또는 건축물 높이가 20[m]이상인 경우
  • 설치기준
  • 피뢰레벨
    • 한국산업표준이 정하는 피뢰레벨 등급에 적합한 피뢰설비
    • 위험물 저장 및 처리시설 : 레벨 II이상, 일반건축물 : 레벨IV이상
  • 돌침
    • 건축물의 맨 윗부분으로 부터 25[cm]이상 돌출하고 지지
    • 설계하중에 견딜 수 있는 구조
  • 수뢰부, 인하도선 및 접지극의 최소 단면적
    • 피복이 없는 동선기준50[㎟]이상이거나 동등 이상 성능
  • 건축물의 인하도선 대용
    • 전기적 연속성
    • 건축물 구조체의 최상단부와 지표 레벨 간 전기저항 0.2[Ω]이하
  • 측면보호(측면 수뢰부 설치)
    • 60[m]초과(h>60[m])
      60[m]초과하는 건축물의 상부 20% 이상을 보호공간으로 지정하여 설계 및 시공한다
    • 150[m]초과(h>150[m])
      150[m]초과하는 건축물의 상부 120[m] 이상의 상부에는 피뢰설비 설치
    • 건축물 외벽이 금속부재(커튼웰 구조, 알루미늄 섀시창 등)로 마감된 경우에는 전기적연속성 보장, 피뢰설비 레벨등급 접합설치, 인하도선에 연결한 경우에는 측면 수뇌부가 설치된 것으로 본다
  • 접지
    • 환경오염 유발 시공방법, 물질 사용금지
  • 금속제 인입설비의 등전위 본딩
    • 건축물의 설치하는 금속배관(급수, 난방, 가스 등) 및 금속제 설비는 등전위 본딩바(MET : Main Earth Terminal)에 접속
  • 통합접지공사 및 SPD설치
    • 접지극 공용 통합접지공사 : 전기설비, 건축물의 피뢰설비, 통신설비
    • 서지보호기기(SPD)설치 : 낙뢰 과전압으로부터 전기설비 보호
  • 기타 피뢰설비와 관련사항은 한국산업표준에 적합, 설치할 것

낙뢰 시스템

1)수뢰부 시스템

  • 정의
    낙뢰를 포착할 목적으로 피뢰침, 망상도체 등과 같은 금속물체를 이용한 외부 피뢰시스템일부
  • 종류
    • 보호각법
      • 높이별로 보호각을 달리하여 보호레벨을 적용하는 방식
      • 보호각법은 기하학적 한계가 있어 h가 회전구체 반경 r보다 큰 경우는 적용할 수 없다.
보호레벨20[m]30[m]45[m]60[m]
I25XXX
II3525XX
III453525X
IV55453525
  • 회전구체법
    • 보호레벨에 따라 회전구의 크기를 다르게 적용
    • 회전구체법은 보호각법이 제외된 구조물의 일보와 영역의 보호공간을 확인하는데 사용한다.
보호등급R(회전구체 반경[m])
I20
II30
III45
IV60
  • 메시법
  • 건축물 상단에 그물 모양 형태로 시설하여 낙뢰 보호
  • 평탄한 면의 보호를 목적으로 하는 경우 사용하며 메시법은 전체 표면을 보호하는 것으로 간주

2)인하도선

  • 뇌격전류를 수뢰부에서 접지시스템으로 흐르게 하는 시설물을 말한다
  • 구성방식
    • 직접배선방식 : 구조물 내 외 배관,배선
    • 철구조체 이용 : 전기적 연속성 유지0.2[Ω]이하
  • 고려사항
    • 다수의 병렬전류통로 형성(2조이상설치)
    • 전류통로 최단거리 유지
    • 구조물의 도선성 부분 등전위 본딩
    • LPS레벨별 인하도선, 수평환도체 간격
LPS레벨IIIIIIIV
간격(m)10101520

3)접지시스템

  • 뇌전류를 대지로 흘려 방출시키기 위한 피뢰시스템 일부
  • 접지시스템
구분A형 접지극B형 접지극
종류접지봉, 방사형환상접지극, 기초 접지극
특성돌침, 수평도체 뇌보호 시스템에 적용
독립된 뇌보호 시스템에 적용
메시 뇌보호 시스템에 적용
비독립 뇌보호 시스템에 적용

KS C IEC 62305

1)목적

피뢰설비는 구조물내의 인체, 설비, 시설물을 뇌로부터 보호하는 것을 원칙으로 한다

2)적용범위 및 제외대상

  • 적용범위
    • 사람은 물론 설비 및 내용물을 포함하는 구조물
    • 구조물에 접속된 인입 설비
  • 제외대상
    • 철도시스템
    • 자동차, 선박, 항공, 항만시설
    • 지중 고압선로
    • 구조물에 연결되지 않은 배관, 전력선 또는 통신선

3)IEC 62305-1 제1장 – 일반원칙

  • 건축물 내의 인체, 설비, 인입설비 등의 뇌보호의 일반적 사항
  • 뇌방전 유형에 따른 뇌격전류 분석
  • 낙뢰에 의한 손상의 분류 및 영향, 손실의 유형
    • 뇌격점의 위치
      • S₁ : 구조물 뇌격
      • S₂ : 구조물 근처의 뇌격
      • S₃ : 구조물에 접속된 선로 뇌격
      • S₄ : 구조물에 접속된 선로 근처 뇌격
    • 뇌격에 의한 손상의 유형
      • D₁ : 감전에 인한 인축의 상해
      • D₂ : 뇌전류의 영향에 의한 물리적 손상(화재, 폭발, 기계적파괴)
      • D₃ : LEM로 인한 내부시스템의 고장
    • 손상의 결과로 나타날 수 있는 손실의 유형
      • L₁ : 인명손실(영구상해 포함)
      • L₂ : 공공 서비스 손실
      • L₃ : 문화유산의 손실
      • L₄ : 경제적 가치의 손실(구조물과 그 내용물의 손실)
  • 보호대책
    • 인명피해 경감 대책 : 절연, 등전위 물리적제한
    • 전기, 전자시스템 물리적 손상의 경감대책 : SPD, 자기차폐, 최적의 배선경로 선택
    • 설비에 대한 경감대책 : SPD, 케이블 차폐

4)IEC 62305-2 제2장 – 리스크 관리

  • 손실, 유형에 따른 위험도 구분(R₁, R₂, R₃, R₄)
  • 위험도 성분(Rx)의 합으로 이루어짐
\[R_X=N×P×L\]
  • 허용 위험도(Rt)
    R₁~R₄<Rt 만족해야 하고, 국가적인 특성에 맞게 조정해야 한다

5)IEC 62305-3 제3장 – 구조물과 인축에 대한 물리적 손상 대책

  • 구조물과 인축에 대한 물리적 손상대책(보호)LPS
  • 수뢰부 시스템
    • 건축물 높이에 상관없이 적용
    • 60[m]이상 건축물 : 상위 20%부분에 수뢰부를 설치하여 측뢰 보호
    • 120[m]이상 건축물 : 120[m]이상 모든부분에 수뢰부를 설치하여 측뢰 보호
    • 보호범위 : 보호각법, 회전구체법, 메시법 적용
  • 인하도선 시스템
    • 인하도선 및 수평환도체 간격 : 보호레벨에 따라 다름
      I,II : 10[m], III : 15[m], IV : 20[m]
    • 건축구조체의 전기저항0.2[Ω]이하 시 전기적 연속성 인정 : 인하도선 대용 가능
  • 접지 시스템
    • 접지극
      • A형 접지극 : 방사상, 수직, 판상 접지극(전력시스템으로 구성된 건축물 적용)
      • B형 접지극 : 환상, 망상, 기초, 구조체 접지극(전기, 전자 시스템으로 건축물 적용)
    • 접지극 길이선정(B형접지극)
  • 재료별 최소 치수
보호등급재료수뢰부[mm]인하도선[mm]접지극[mm]
Cu505050
I~IVAl5050
Fe505080

6)IEC 62301-4 제4장 – 구조물 내 전자기시스템의 피뢰대책

  • 뇌전자계 임펄스(LEMP)로부터 구조물 내부의 전기, 전자 시스템의 영구적인 고장위험을 줄일 수 있는 보호대책시스템
  • LEMP기본 피뢰대책
    • 접지계 : A형, B형 접지극(B형 접지극 추천)
    • 본딩계 : 전위차, 자계줄임, 직접본딩 또는 SPD를 통한 본딩
    • 차계차폐와 배선
      공간차폐, 내외부 선로의 차폐방법 제시
    • 협조된 SPD의 설치

7)IEC 62305 Part 5 : Services

  • 금속도체 통신선로, 광섬유 통신선로, 금속배관, 전원선 등에 대한 보호방법이 기술

피뢰설비
피뢰설비
구조물의 손상과 손실유형
리스크 관리
피뢰시스템의구조물의 물리적 손상 및 인명위험대책
피뢰시스템 구조물의 전기전자 시스템
인입설비 뇌보호


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