피뢰시스템 구조물의 전기전자 시스템*

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

목차(IEC 62305-4)

IEC 62305-4

❗IEC 62305-4(전자기적 낙뢰 보호 시스템)

1)LEMP란?

LEMP(Lightning-Induced Electromagnetic Pulse)는 낙뢰에 의해 유도되는 전자기펄스를 의미합니다. 낙뢰가 구조물에 직접 낙뢰하거나 인근에 낙뢰할 경우, 강력한 전자기장이 발생하여 전기전자 시스템에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.

뇌전자계 임펄스(LEMP)로부터 구조물 내부의 전기, 전자 시스템의 영구적인 고장위험을 줄일 수 있는 보호대책시스템

2)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

❓구조물의 전기전자 시스템

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

1️⃣뇌전자계 임펄스(LEMP)에 의한 장해

전자 정보통신 시스템 소손
오동작 및 메모리 소손
통신선, 신호선 노이즈
전기전자기기 기능정지, 생산성 저하, 품질 저하 등

2️⃣뇌전자계 보호시스템(LEMS)의 계획

뇌전자계 보호시스템의 계획의 순서는
위험분석→LPZ구분→LPMS계획 및 설계→LPMS설치 및 시공→LPMS적합성확인

1)뇌보호영역(LPZ)

구조물의 각 구역별 뇌 위험 정도에 따라 LPZ영역으로 구분된다
외부구역

구분	특징
LPZ0	뇌자계가 감쇠되지 않는 위험 구역과 뇌서지 전류의 전체 또는 일부가 내부시스템에 흐를수 있는 구역
LPZ0A	직격뢰에 의한 놔격과 완전한 뇌전자계의 위협이 있는 지역 외등, 감시카메라 등
LPZ0B	직격뢰에 의한 뇌격은 보호되나 완전 뇌전자계의 위협이 있는 지역 옥상수전(큐비클)설비, 공조옥외기, 항공장애등, 안테나등

내부구역(직격뢰에 대하여 보호된 구역)

구분	특징
LPZ1	전류분배기 및 절연인터페이스 또는 경계지역의 SPD에 의해 서지전류가 제한된지역 수변전설비, MDF, 전화교환기 등
LPZ2..	전류분배기 및 절연인터페이스, 또는 경계지역의 SPD에 의해 서지전류가 더욱 제한된 지역 방재센터, 중앙감시시설, 전산센터

LPZ 구분의 개념도

2)뇌전자계 보호시스템(LPMS)에 의한 보호

접지와 본딩
- 접지계(뇌격전류 분산)+본딩계(전위차, 자계 줄임)
- 접지계
  - A형 접지극
    방사상 접지극, 수직 접지극, 판상 접지극 : 전력시스템만 보호 시 적합
  - B형 접지극
    환상 접지극, 메시 접지극, 기초 접지극, 구조체 접지극 : 전자시스템 보호 시 적합
본딩계
- 저압 임피던스 본딩망 구성

본딩바
- LPZ에 인입하는 모든 도전성 설비는 직접 도는 SPD통해 본딩바에 접속한다
- 저 임피던스로 가급적 짧게 설치(0.5[m]이하)
자기차폐와 배선
- 공간차폐 : 전자계, 유도 서지를 저감하기 위한 공간 차폐물 설치
- 내부선로배선 : 내부 선로 루프면적 최소화, 케이블 차폐, 케이블 덕트, 금속외함
- 외부선로배선 : 케이블 차폐, 케이블 덕트
SPD의 동작 협조
- 전원선, 통신선은 보호전압, 용량, 설치위치 등을 고려 상호 협조된 SPD사용
- SPD 보호거리
  SPD의 유효 보호레벨

\[\frac{U_p}{f}=U_p+Δu(v)\]

장비와 SPD 최대거리

\[L_p=(U_w−\frac{U_p}{f})/25\]

\[\frac{U_p}{f}\le\frac{U_w}{2}인경우피보호기와\]

SPD가10[m]이하인경우는무시

절연 인터페이스
상 케이블, 절연 TR, 포터 커플러

피뢰설비

●E13전기설비와 통신설비에 발생되는 낙뢰 피해의 형태와 대책을 설명하시오

●E14 뇌전자 임펄스보호대책시스템과 설계에 대하여 설명하시오

뇌전자 임펄스(LEMP)란?

뇌전자 임펄스(LEMP, Lightning Electromagnetic Pulse)는 낙뢰 발생 시 강력한 전자기파가 발생하여 주변의 전자기기에 영향을 미치는 현상을 말합니다. 이러한 LEMP는 전자기기의 오작동, 데이터 손실, 심지어는 시스템 마비까지 야기할 수 있어 현대 사회에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있습니다.

LEMP 보호대책 시스템(LPMS)이란?

LEMP 보호대책 시스템(LPMS, Lightning Electromagnetic Pulse Protection Measures System)은 낙뢰로 인한 LEMP의 영향으로부터 전자기기를 보호하기 위한 시스템입니다. LPMS는 낙뢰 발생 시 발생하는 강력한 전자기파를 차단하거나, 유도된 전류를 안전하게 접지시켜 전자기기가 손상되는 것을 방지합니다.

LPMS 설계 시 고려 사항

LPMS를 설계할 때 다음과 같은 사항들을 고려해야 합니다.

시설의 특성: 건물의 종류, 크기, 위치, 주변 환경 등 시설의 특성에 따라 적절한 보호 수준을 결정해야 합니다.
보호 대상: 보호해야 할 전자기기의 종류, 중요도, 민감도 등을 고려하여 보호 수준을 결정해야 합니다.
LEMP 환경: 시설 주변의 낙뢰 발생 빈도, 낙뢰 전류의 크기 등 LEMP 환경을 분석하여 적절한 보호 대책을 수립해야 합니다.
국제 표준: IEC 62305, IEEE C62.41 등 관련 국제 표준을 참고하여 설계해야 합니다.

LPMS 구성 요소

LPMS는 일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

피뢰설비: 낙뢰를 직접적으로 흡수하여 지면으로 안전하게 방출하는 시스템입니다.
등전위 본딩: 건물 내의 모든 도체를 연결하여 전위차를 줄이고, 유도 전류를 분산시키는 시스템입니다.
차폐: 전자기기 주변에 금속 차폐를 설치하여 외부에서 유입되는 전자기파를 차단하는 시스템입니다.
서지 보호기 (SPD): 전력선이나 통신선을 통해 유입되는 과도한 전압을 제한하여 전자기기를 보호하는 장치입니다.
필터: 고주파 노이즈를 제거하여 전자기기의 오동작을 방지하는 장치입니다.

LPMS 설계 절차

위험 평가: 시설의 특성과 LEMP 환경을 분석하여 위험도를 평가합니다.
보호 목표 설정: 보호해야 할 전자기기와 시스템을 명확히 하고, 요구되는 보호 수준을 설정합니다.
시스템 설계: 위험 평가 결과와 보호 목표를 바탕으로 LPMS를 설계합니다.
시스템 시공: 설계된 LPMS를 시공하고, 시험을 통해 성능을 검증합니다.
정기 점검: 시스템의 성능을 유지하기 위해 정기적으로 점검하고 유지보수를 실시합니다.

●E18구조물 내부의 전기전자 시스템에서 말하는 LEMP에 대한 기본보호대책의 주요내용을 서술하고 그중 본딩망을 설명하시오

LEMP란?

LEMP 기본 보호 대책의 주요 내용

LEMP로부터 전기전자 시스템을 보호하기 위한 기본적인 대책은 다음과 같습니다.

외부 낙뢰 보호:
- 피뢰침 설치: 구조물의 가장 높은 부분에 피뢰침을 설치하여 낙뢰를 유도하고, 안전하게 접지를 합니다.
- 도체 연결: 피뢰침에서부터 접지까지 안전하게 도체를 연결하여 낙뢰 전류를 빠르게 땅으로 흘려보냅니다.
- 차폐: 건물 외벽에 금속 차폐를 설치하여 외부에서 유입되는 전자기장을 차단합니다.
내부 시스템 보호:
- 접지: 모든 전기 및 전자 장비를 안전하게 접지하여 낙뢰 유도 전류를 땅으로 흘려보냅니다.
- 차폐: 전력 케이블, 통신 케이블 등을 금속 차폐 케이블로 사용하여 전자기장 유입을 방지합니다.
- 서지 보호기 설치: 전원선, 통신선 등에 서지 보호기를 설치하여 과전압을 흡수하고, 전자 장비를 보호합니다.
- 등전위 결합: 시스템 내의 모든 금속 부분을 등전위로 연결하여 전위차를 줄이고, 유도 전류 흐름을 제한합니다.

본딩망 (Bonding Network)

본딩망은 LEMP 보호 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 본딩망은 시스템 내의 모든 금속 부분을 전기적으로 연결하여 하나의 등전위체를 형성하는 것입니다. 이를 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다.

전위차 감소: 시스템 내의 전위차를 줄여 유도 전류 흐름을 제한하고, 전자 장비 손상을 방지합니다.
전자기장 감소: 본딩망을 통해 전자기장을 분산시키고, 전자 장비에 미치는 영향을 줄입니다.
낙뢰 전류 분산: 낙뢰 전류를 효과적으로 분산시켜 특정 부분에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지합니다.

본딩망 구성 요소

본드 와이어: 금속 부분들을 연결하는 도체
접지: 시스템 전체를 땅과 연결하여 전위를 0V에 가깝게 유지
등전위 접속 단자: 다수의 도체를 연결하기 위한 단자

본딩망 설계 시 고려 사항

모든 금속 부분 연결: 케이스, 차폐, 배관 등 시스템 내의 모든 금속 부분을 연결해야 합니다.
저저항 연결: 본드 와이어는 저저항으로 연결하여 낙뢰 전류가 원활하게 흐르도록 해야 합니다.
접지 연결: 본딩망은 반드시 시스템의 주 접지 시스템에 연결해야 합니다.
규격 준수: 관련 규격 및 표준을 준수하여 본딩망을 설계하고 시공해야 합니다.