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.

보호레벨	20[m]	30[m]	45[m]	60[m]
I	25	X	X	X
II	35	25	X	X
III	45	35	25	X
IV	55	45	35	25

• 회전구체법
  • 보호레벨에 따라 회전구의 크기를 다르게 적용
  • 회전구체법은 보호각법이 제외된 구조물의 일보와 영역의 보호공간을 확인하는데 사용한다.

보호등급	R(회전구체 반경[m])
I	20
II	30
III	45
IV	60

• 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

LPS레벨	I	II	III	IV
간격(m)	10	10	15	20

3)접지시스템

• 뇌전류를 대지로 흘려 방출시키기 위한 피뢰시스템 일부
• 접지시스템

구분	A형 접지극	B형 접지극
종류	접지봉, 방사형	환상접지극, 기초 접지극
특성	돌침, 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

• 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

보호등급	재료	수뢰부[㎜]	인하도선[㎜]	접지극[㎜]
	Cu	50	50	50
I~IV	Al	50	50	–
	Fe	50	50	80

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