FC 피뢰설비*

충격전압 파형은 뇌전이나 스위칭 작용 등으로 인해 짧은 시간 동안 발생하는 매우 높은 전압을 의미합니다. 이러한 충격전압은 전기기기의 절연 파괴를 일으킬 수 있기 때문에, 전기 설비를 설계하고 운영할 때 충분히 고려해야 합니다.

표준 충격전압 파형은 이러한 충격전압을 규격화하여, 전기기기의 절연 내력 시험에 사용하는 파형입니다. 즉, 실제 발생할 수 있는 다양한 형태의 충격전압을 하나의 표준 파형으로 대체하여 시험을 진행함으로써, 시험 결과의 신뢰성을 높이고 설비의 안전성을 확보하는 것입니다.

표준 충격파형의 구성 요소

표준 충격파형은 주로 다음과 같은 요소들로 구성됩니다.

• 파고값 (Peak Value): 파형의 최대값을 의미하며, 절연 내력 시험에서 가장 중요한 요소입니다.
• 파두장 (Front Time, Tf): 파형이 규약 영점에서 파고값의 90%에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.
• 파미장 (Time to Tail, Tt): 파형이 파고값의 50%까지 떨어지는 데 걸리는 시간입니다.

표준 충격파형의 표시법

표준 충격파형은 일반적으로 Tf × Tt 형태로 표시합니다. 예를 들어, 가장 많이 사용되는 표준 충격파형 중 하나인 1.2 × 50 μs는 파두장이 1.2 마이크로초, 파미장이 50 마이크로초라는 것을 의미합니다.

규약 영점

규약 영점은 파형의 시작점을 정의하는 기준점입니다. 파형의 초기 부분이 불규칙하기 때문에, 파고값의 30%와 90%에 해당하는 점을 시간축과의 교점으로 규약 영점을 정합니다.

표준 충격파형의 중요성

• 절연 내력 시험: 표준 충격파형을 이용하여 전기기기의 절연 내력을 측정하고, 안전성을 평가합니다.
• 설비 설계: 표준 충격파형을 고려하여 전기 설비를 설계함으로써, 뇌전이나 스위칭 서지 등으로 인한 피해를 최소화할 수 있습니다.
• 국제 표준: 표준 충격파형은 IEC (국제전기기술위원회) 등 국제 표준에서 규정하고 있으며, 전 세계적으로 공통적으로 사용됩니다.

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4️⃣수뢰부 시스템 KEC152.1

1)정의

낙뢰를 포착할 목적으로 피뢰침, 망상도체 등과 같은 금속물체를 이용한 외부 피뢰시스템일부

2)배치

• 구조물의 모퉁이, 뽀족한 점, 모서리(특히 용마루)에 배치
• 보호각법 : 간단한 형상의 건물에 적용
• 메시법 : 구조물 표면이 평평한 경우 적합
• 회전구체법 : 모든 경우에 적용 가능

3)보호각법

• 높이별로 보호각을 달리하여 보호레벨을 적용하는 방식
• 보호각법은 기하학적 한계가 있어 h가 회전구체 반경 r보다 큰 경우는 적용할 수 없다.

높이 H가 2[m] 이하인 경우 보호각은 불변이다.

3)회전구체법

• 반경이 r인 회전구체를 굴렸을 때 닿지 않는 부분이 보호공간이 됨
• 회전구체 반경 r은 피뢰시스템 보호레벨에 따라 다름

4)메시법

• 뇌격전류가 항상 최소 2개 이상의 금속 루트를 통하여 대지에 접속되도록 구성
• 수뢰도체는 가능한 짧고 직선경로로 한다
• 지붕마감재가 불연재이면 표면에 설치할 수 있으나 물이 괼 수 있는 최대 높이로 한다

1) 건축, 토목 분야의 설계자 및 시공자

• 건물 구조 및 재료: 뇌보호시스템 설치를 위한 적절한 구조와 재료를 선정하고, 시스템 하중에 대한 안전성을 확보해야 합니다. 특히, 천장, 벽, 바닥 등 시스템 설치 부위의 강도와 내구성을 검토하고, 필요한 보강 작업을 수행해야 합니다.
• 배관 및 도관 설치: 뇌보호시스템의 전원 공급, 통신 케이블, 가스 배관 등을 위한 적절한 배관 및 도관 설치 위치를 선정하고, 건물 구조와의 간섭을 최소화해야 합니다.
• 방수 및 방습: 뇌보호시스템 설치 부위의 방수 및 방습 처리를 통해 시스템의 성능 저하를 방지하고, 건물의 내구성을 확보해야 합니다.
• 공간 확보: 뇌보호시스템의 유지보수를 위한 충분한 공간을 확보하고, 접근성을 고려한 설계를 해야 합니다.

2) 소방 안전 분야의 설계자 및 시공자

• 화재 안전: 뇌보호시스템 설치 시 화재 발생 시 안전을 확보하기 위한 소방 시설과의 연동 및 방화 대책을 수립해야 합니다. 스프링클러 헤드, 감지기 등 소방 시설과의 간섭을 최소화하고, 시스템의 화재 안전성을 확보해야 합니다.
• 피난 안전: 뇌보호시스템 설치로 인해 피난 경로가 막히거나 피난 시 어려움이 발생하지 않도록 설계해야 합니다.
• 소방법규 준수: 관련 소방법규를 준수하여 시스템을 설계하고 시공해야 합니다.

3) 정보통신설비의 설계자 및 시공자

• 네트워크 구성: 뇌보호시스템과 기존 네트워크와의 연동을 위한 네트워크 구성을 설계하고, 데이터 전송 속도, 안정성 등을 확보해야 합니다.
• 데이터 보안: 뇌보호시스템을 통해 수집되는 민감한 의료 데이터의 보안을 위해 암호화, 방화벽 등 보안 시스템을 구축해야 합니다.
• 통신 장비 선정: 뇌보호시스템에 필요한 통신 장비를 선정하고, 시스템의 성능과 안정성을 확보해야 합니다.

4) 건축기계설비분야의 설계자 및 시공자

• 공조 시스템: 뇌보호시스템이 설치되는 공간의 온도, 습도 등을 적절하게 유지하기 위한 공조 시스템을 설계하고, 시스템과의 간섭을 최소화해야 합니다.
• 전력 공급: 뇌보호시스템에 필요한 전력을 안정적으로 공급하기 위한 전력 시스템을 설계하고, 전력 품질을 관리해야 합니다.
• 소음 진동: 뇌보호시스템 운전 시 발생하는 소음과 진동을 최소화하기 위한 방음 및 방진 대책을 수립해야 합니다.

5) 전력 통신 가스 상수도등의 공공사업자

• 인허가: 뇌보호시스템 설치를 위한 각종 인허가를 취득하고, 관련 법규를 준수해야 합니다.
• 설비 연결: 전력, 통신, 가스, 상수도 등 공공 시설과의 연결을 위한 설계 및 시공을 진행해야 합니다.
• 안전 관리: 공공 시설과의 연결 시 안전 사고를 방지하기 위한 안전 관리 계획을 수립하고, 안전 기준을 준수해야 합니다.

KSC IEC 61024-1은 건축물 등의 뇌보호 시스템에 대한 국제적인 표준입니다. 이 표준에 따라 뇌보호 시스템을 선정하는 것은 건축물이나 시설물을 직격뢰로부터 보호하고, 간접뢰에 의한 피해를 최소화하기 위해 매우 중요합니다.

뇌보호 시스템 선정 절차

1.보호 대상 건축물의 특성 분석:

• 건축물의 높이, 면적, 형태, 주변 환경 등을 종합적으로 고려하여 뇌격 위험도를 평가합니다.
• 건축물 내부의 중요한 전기·전자 장비, 통신 시설 등을 파악하고 보호 우선순위를 정합니다.
• 건축물의 용도와 기능에 따라 요구되는 보호 수준을 결정합니다.

2.뇌격 위험도 평가:

• 해당 지역의 뇌격 빈도, 뇌격 전류의 크기, 뇌격 지속 시간 등을 분석하여 뇌격 위험도를 산정합니다.
• 건축물의 위치, 주변 지형, 지물 등의 영향을 고려하여 뇌격 위험도를 조정합니다.

3.보호 등급 선정:

• 뇌격 위험도 평가 결과를 바탕으로 적절한 보호 등급을 선정합니다.
• 보호 등급은 건축물의 중요도, 주변 환경, 보호 대상 시설의 종류 등에 따라 결정됩니다.

4.뇌보호 시스템 구성 요소 선정:

• 선정된 보호 등급에 맞춰 뇌보호 시스템의 구성 요소를 결정합니다.
• 일반적으로 뇌보호 시스템은 외부 수뢰부, 인하도선, 접지 시스템, 등전위 본딩 등으로 구성됩니다.
• 각 구성 요소의 재료, 규격, 설치 방법 등을 상세히 정의합니다.

5.뇌보호 시스템 설계:

• 건축물의 구조와 특성을 고려하여 뇌보호 시스템을 설계합니다.
• 뇌격 시 발생하는 전류를 안전하게 지면으로 흘려보낼 수 있도록 설계해야 합니다.
• 설계 시에는 KS C IEC 61024-1의 요구 사항을 충족해야 합니다.

6.시공 및 검사:

• 설계된 뇌보호 시스템을 정확하게 시공하고, 시공 후에는 성능 검사를 실시합니다.
• 시공 및 검사 과정에서 KS C IEC 61024-1의 요구 사항을 준수해야 합니다.

7.뇌보호 시스템 선정 시 고려 사항

• 경제성: 뇌보호 시스템의 성능을 유지하면서 최대한 경제적인 시스템을 선택해야 합니다.
• 유지보수 편의성: 시스템의 유지보수가 용이하도록 설계되어야 합니다.
• 미관: 건축물의 미관을 해치지 않는 범위 내에서 설치되어야 합니다.

IEC 62305는 낙뢰 보호 시스템에 대한 국제 표준으로, 건물, 구조물, 시스템 등을 낙뢰로부터 보호하기 위한 다양한 요구사항을 제시하고 있습니다. 이 규격은 크게 5개 파트로 구성되어 있으며, 각 파트는 낙뢰 보호 시스템 설계, 시공, 검증 등의 전 과정에 필요한 정보를 제공합니다.

IEC 62305 파트별 주요 내용

파트 1: 일반 원리

• 낙뢰 보호 시스템의 목적과 범위 정의
• 낙뢰 보호 수준(LPL) 정의 및 선택 기준
• 위험 분석 및 평가 방법
• 낙뢰 보호 시스템 설계 원리

파트 2: 위험 분석 및 위험 관리

• 낙뢰 위험 평가 방법
• 보호 대상의 중요도 및 가치 평가
• 위험 분석 결과를 바탕으로 적절한 낙뢰 보호 수준 결정
• 위험 완화를 위한 조치

파트 3: 물리적인 낙뢰 보호 시스템

• 외부 낙뢰 보호 시스템 설계 (피뢰침, 도체, 접지 등)
• 내부 낙뢰 보호 시스템 설계 (서지 보호기, 등전위 결합 등)
• 시스템 성능 평가 방법

파트 4: 전자기적 낙뢰 보호 시스템

• 낙뢰 유도 전자기펄스 (LEMP)에 대한 보호
• 전자 장비 보호 방법
• 통신 시스템 보호 방법

파트 5: 관리, 유지보수

• 낙뢰 보호 시스템의 정기적인 검사 및 유지보수
• 시스템 성능 평가
• 시스템 변경 시 고려 사항

각 파트의 중요성

• 파트 1: 낙뢰 보호 시스템 설계의 기본적인 원리를 제시하며, 낙뢰 보호 수준을 결정하는 데 필요한 정보를 제공합니다.
• 파트 2: 낙뢰 위험을 정량적으로 평가하고, 적절한 보호 수준을 결정하는 데 도움을 줍니다.
• 파트 3, 4: 낙뢰 보호 시스템의 구체적인 설계 및 시공 방법을 제시하며, 외부 및 내부 낙뢰로부터 시스템을 보호하는 방법을 설명합니다.
• 파트 5: 낙뢰 보호 시스템의 효과적인 관리 및 유지보수를 위한 지침을 제공합니다.

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• 적용 대상: 낙뢰의 우려가 있는 건축물, 높이 20m 이상의 건축물, 또는 공작물(높이 20m 이상)
• 설치 기준:
  • 한국산업표준(KS) 적합성: 피뢰설비는 KS에서 정하는 피뢰 레벨 등급에 적합해야 합니다. 특히 위험물 저장 및 처리시설은 피뢰 시스템 레벨 II 이상을 적용해야 합니다.
  • 돌침 설치: 돌침은 건축물 최상부에서 25cm 이상 돌출되어야 하며, 설계 하중을 견딜 수 있는 구조여야 합니다.
  • 재료 기준: 피뢰설비 재료는 내구성이 우수하고 전기 저항이 낮은 재료를 사용해야 합니다.
  • 전기적 연속성: 인하도선 대신 철골이나 철근을 사용할 경우, 전기적 연속성을 확보해야 합니다.
  • 접지: 피뢰설비는 안전하게 접지되어야 하며, 접지 저항은 관련 규정에 적합해야 합니다.
• 유지관리: 피뢰설비는 정기적으로 점검하고 유지보수하여 성능을 유지해야 합니다.

인하도선 시스템이란?

건축물의 피뢰설비에서 인하도선 시스템은 뇌격 시 발생한 전류를 수뢰부에서 접지극으로 안전하게 흘려보내는 역할을 하는 중요한 구성 요소입니다. 마치 건물이 번개를 맞았을 때 전류가 흐르는 길을 만들어주는 통로라고 생각하면 쉽습니다.

KS C IEC 62305에서 규정하는 인하도선 시스템

KS C IEC 62305는 건축물의 피뢰설비에 대한 국제 표준으로, 인하도선 시스템에 대한 상세한 규정을 포함하고 있습니다. 이 표준에서는 인하도선의 재료, 단면적, 설치 방법, 접속 등에 대한 구체적인 기준을 제시하여 안전하고 효과적인 피뢰 시스템 구축을 위한 가이드라인을 제공합니다.

인하도선 시스템의 구성 요소 및 기능

• 인하도선: 수뢰부에서 접지극까지 뇌전류를 직접 연결하는 도체입니다. 일반적으로 동관 또는 동 테이프를 사용하며, 충분한 단면적을 확보하여 뇌전류를 안전하게 흘려보낼 수 있도록 설계해야 합니다.
• 접속부: 인하도선과 수뢰부, 접지극을 연결하는 부분으로, 견고하고 안정적인 전기적 연결을 보장해야 합니다.
• 지지물: 인하도선을 건물 외벽이나 내부에 고정시키는 데 사용되는 부속품입니다. 부식에 강하고 견고한 재료를 사용해야 합니다.

인하도선 시스템 설계 시 고려 사항

• 최단 경로: 인하도선은 수뢰부에서 접지극까지 최단 경로로 설치해야 합니다. 뇌전류가 흐르는 경로가 길어질수록 전압 강하가 발생하여 시스템의 효율이 떨어질 수 있기 때문입니다.
• 충분한 단면적: 인하도선의 단면적은 뇌전류의 크기를 고려하여 충분히 확보해야 합니다. 단면적이 부족하면 과열이나 손상이 발생할 수 있습니다.
• 안전 거리: 인하도선은 가연성 물질과 일정 거리를 유지해야 합니다. 뇌전류가 흐를 때 발생하는 열에 의해 화재가 발생할 수 있기 때문입니다.
• 접지: 인하도선은 접지 시스템과 안전하게 연결되어야 합니다. 접지 시스템은 뇌전류를 지구로 안전하게 방출하는 역할을 합니다.

인하도선 시스템 설치 시 주의 사항

• 전문가 시공: 피뢰설비는 전문적인 지식과 경험이 필요한 분야이므로 반드시 전문가에게 시공을 의뢰해야 합니다.
• 정기적인 점검: 피뢰설비는 정기적으로 점검하여 손상된 부분을 수리하고 시스템의 성능을 유지해야 합니다.
• 법규 준수: 피뢰설비 설치 시 관련 법규 및 규정을 준수해야 합니다.

국내 관련 법령

• 건축법 시행령 제87조 제2항: 낙뢰의 우려가 있는 건축물 또는 높이 20m 이상의 건축물에는 피뢰설비를 설치하도록 규정하고 있습니다.
• 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제20조: 피뢰설비 설치 기준에 대한 상세한 내용을 규정하고 있습니다. (위에서 언급된 내용 참고)
• 한국산업규격(KS C 9609): 피뢰침에 대한 상세한 규격을 규정하고 있습니다.
• KS C IEC 62305 시리즈: 국제표준인 IEC 62305 시리즈를 바탕으로 국내 실정에 맞게 제정된 규격으로, 낙뢰 보호 시스템에 대한 종합적인 지침을 제공합니다.

건축물 피뢰설비 규격의 동향

• 국제 표준화: IEC 62305 시리즈와 같이 국제적인 표준화가 진행되면서, 국내 규정도 국제 표준에 맞춰 지속적으로 개정되고 있습니다.
• 성능 기반 설계: 기존의 형식적인 기준에서 벗어나, 건축물의 특성과 낙뢰 위험도를 고려한 성능 기반 설계 방식이 도입되고 있습니다.
• 시뮬레이션 활용: 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 낙뢰 발생 시 전류 흐름을 예측하고, 보다 정확한 피뢰설비 설계에 활용하고 있습니다.
• 신기술 도입: 드론, IoT 등 신기술을 활용하여 피뢰설비의 설치 및 관리 효율성을 높이고 있습니다.
• 위험 기반 접근: 낙뢰 위험도를 평가하고, 이에 맞는 적절한 보호 수준을 설정하는 위험 기반 접근 방식이 강조되고 있습니다.

IEC 60364 개요

IEC 60364는 저압 설비 설치에 관한 국제 표준입니다. 이 표준은 건축물 내 전기 설비 설치 시 안전과 기능 확보를 위한 상세한 기준을 제시하며, 낙뢰에 대한 보호 역시 중요한 부분을 차지합니다. 특히, 전자 환경에 미치는 낙뢰의 영향을 고려하여 전압 제한 등 다양한 보호 조치를 규정하고 있습니다.

전자 환경의 카테고리와 제한 전압

IEC 60364에서는 전자 환경을 몇 가지 카테고리로 분류하고, 각 카테고리별로 허용되는 최대 전압을 제한합니다. 이는 낙뢰 시 유입될 수 있는 과전압으로부터 전자기기와 시스템을 보호하기 위한 것입니다.

전자 환경 카테고리:

• Category 0: 외부 설비 또는 건물의 주요 구조물에 직접 연결된 설비. 낙뢰 직격의 위험이 가장 높은 영역입니다.
• Category I: Category 0 설비와 연결되거나, 외부에서 유입되는 전원선에 직접 연결된 설비. 낙뢰 유도 전압에 노출될 수 있습니다.
• Category II: 건물 내 일반적인 전원 콘센트에 연결된 설비. 낙뢰 유도 전압에 간접적으로 노출될 수 있습니다.
• Category III: 저전압 안전 특별 전원 공급 장치에 연결된 설비. 낙뢰의 영향을 가장 적게 받는 영역입니다.

제한 전압:

각 카테고리별 제한 전압은 표준에서 명확하게 제시되어 있으며, 이를 초과하는 전압이 인가될 경우 전자기기가 손상되거나 오동작할 수 있습니다. 일반적으로 Category 0에서 Category III로 갈수록 제한 전압은 낮아집니다.

제한 전압 준수를 위한 보호 조치

• 서지 보호기 (Surge Protective Device, SPD): 낙뢰 시 발생하는 과전압을 제한하여 전자기기를 보호하는 장치입니다. 각 카테고리에 맞는 적절한 SPD를 설치해야 합니다.
• 등전위 본딩: 금속 도체를 연결하여 전위차를 줄이고, 낙뢰 시 유도 전압을 분산시키는 조치입니다.
• 접지: 낙뢰 전류를 안전하게 지구로 방출하기 위한 시스템입니다.
• 차폐: 전자기기 주변에 차폐막을 설치하여 외부 노이즈를 차단합니다.

왜 카테고리별 제한 전압이 중요한가?

• 전자기기 보호: 과전압으로 인한 전자기기 손상을 방지합니다.
• 시스템 안정성 확보: 낙뢰 시 시스템의 오동작을 방지하고, 데이터 손실을 최소화합니다.
• 인명 안전: 전기 충격으로부터 사람을 보호합니다.

3️⃣구조물의 손상유형

1)구조물 직격뢰

• 외측 접촉전압 보폭전압
• 위험한 불꽃
• LEMP

2)구조물 근처 뇌격

• LEMP

3)인입설비 직격뢰

• 내측의 접촉전압
• 불꽃방전
• 전도성 과전압

4)인입설비 근처 뇌격

• 유도성 과전압

4️⃣보호대책

1)감전에 의한 인축 상해 줄이는 보호 대책

• 노출 도전성 부분의 적절한 절연
• 메시 접지 시스템을 이용한 등전위화
• 물리적 제한과 경고표시
• 뇌등전위 본딩

2)뇌전류의 영향에 의한 물리적 손상 보호 대책

• 적합한 수뢰부, 인하도선, 접지극 시스템 구축
• 피뢰 등전위 본딩
• 외부 시스템으로부터 전기적 절연

3)LEMP로 인한 내부 시스템의 고장 보호 대책

• 접지 및 본딩대책
• 자기차폐
• 선로의 포설경로
• 전연 인터페이스
• 협조된 SPD 시스템

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

1.위험 평가: 시설의 특성과 LEMP 환경을 분석하여 위험도를 평가합니다.

2.보호 목표 설정: 보호해야 할 전자기기와 시스템을 명확히 하고, 요구되는 보호 수준을 설정합니다.

3.시스템 설계: 위험 평가 결과와 보호 목표를 바탕으로 LPMS를 설계합니다.

4.시스템 시공: 설계된 LPMS를 시공하고, 시험을 통해 성능을 검증합니다.

5.정기 점검: 시스템의 성능을 유지하기 위해 정기적으로 점검하고 유지보수를 실시합니다.

1️⃣KS C IEC 62305-3(물리적 낙뢰 보호 시스템

KS C IEC 62305-3에 의거하여 대형 굴뚝을 낙뢰로부터 보호하기 위한 대책은 다음과 같습니다.

1. 위험성 평가:

• 낙뢰 밀도: 해당 지역의 연간 낙뢰 발생 횟수를 파악합니다.
• 굴뚝의 중요도: 굴뚝의 높이, 재질, 내부 물질, 주변 환경 등을 고려하여 낙뢰 피해 시 발생할 수 있는 위험도를 평가합니다.
• 피해 허용 수준: 굴뚝의 용도 및 중요도에 따라 낙뢰 피해에 대한 허용 수준을 설정합니다.

2. 보호 시스템 설계:

• 수뢰 시스템:
  • 굴뚝 상부에 피뢰침을 설치하여 낙뢰를 안전하게 유도합니다.
  • 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
• 인하 도선 시스템:
  • 수뢰 시스템에서 유도된 낙뢰 전류를 접지 시스템으로 안전하게 전달합니다.
  • 인하 도선은 굴뚝의 재질 및 크기에 따라 적절한 개수와 간격으로 설치해야 합니다.
  • 인하 도선은 가능한 한 직선으로 설치하고, 급격한 굴곡은 피해야 합니다.
  • 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:
  • 낙뢰 전류를 안전하게 대지로 방류합니다.
  • 접지 시스템은 접지 저항을 최소화하도록 설계해야 합니다.
  • 접지 시스템은 굴뚝 주변의 토양 조건에 따라 적절한 형태와 크기로 설치해야 합니다.
  • 접지극
  • 접지극 길이선정(B형접지극)

• 재료별 최소 치수

등전위 본딩:

• 굴뚝 내부의 금속 설비와 외부의 접지 시스템을 연결하여 등전위를 유지합니다.
• 등전위 본딩은 낙뢰 전류로 인한 전위차를 줄여 설비의 손상을 방지합니다.

4. 보호 시스템 설치 및 유지 보수:

• 보호 시스템은 KS C IEC 62305-3 규정에 따라 정확하게 설치해야 합니다.
• 정기적인 점검 및 유지 보수를 통해 보호 시스템의 성능을 유지해야 합니다.

추가 고려 사항:

• 굴뚝 내부의 폭발성 물질 또는 인화성 물질이 있는 경우, 추가적인 안전 대책을 마련해야 합니다.
• 굴뚝 주변에 전자 장비가 있는 경우, 낙뢰 서지 보호 장치를 설치해야 합니다.
• 굴뚝의 높이가 매우 높은경우, 낙뢰의 위험성이 높아지므로, 보다 강화된 보호 시스템을 설계해야 합니다.

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.

LEMP 기본 보호 대책의 주요 내용

LEMP로부터 전기전자 시스템을 보호하기 위한 기본적인 대책은 다음과 같습니다.

1. 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.
2. 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.

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

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

내부구역(직격뢰에 대하여 보호된 구역)

• 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

• 장비와 SPD 최대거리

SPD가10[m]이하인경우는무시

• 절연 인터페이스
  상 케이블, 절연 TR, 포터 커플러

2️⃣구조물의 손상과 손실 유형

1)뇌격점에 따른 구조물의 손상과 손실

2)뇌격점의 위치

• S1 : 구조물 뇌격
• S2 : 구조물 근처의 뇌격
• S3 : 구조물에 접속된 선로 뇌격
• S4 : 구조물에 접속된 선로 근처 뇌격

3)뇌격에 의한 손상의 유형

• D1 : 감전에 인한 인축의 상해
• D2 : 뇌전류의 영향에 의한 물리적 손상(화재, 폭발, 기계적파괴)
• D3 : LEM로 인한 내부시스템의 고장

4)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)

3️⃣구조물의 손상유형

1)구조물 직격뢰

• 외측 접촉전압 보폭전압
• 위험한 불꽃
• LEMP

2)구조물 근처 뇌격

• LEMP

3)인입설비 직격뢰

• 내측의 접촉전압
• 불꽃방전
• 전도성 과전압

4)인입설비 근처 뇌격

• 유도성 과전압

4️⃣보호대책

1)감전에 의한 인축 상해 줄이는 보호 대책

• 노출 도전성 부분의 적절한 절연
• 메시 접지 시스템을 이용한 등전위화
• 물리적 제한과 경고표시
• 뇌등전위 본딩

2)뇌전류의 영향에 의한 물리적 손상 보호 대책

• 적합한 수뢰부, 인하도선, 접지극 시스템 구축
• 피뢰 등전위 본딩
• 외부 시스템으로부터 전기적 절연

3)LEMP로 인한 내부 시스템의 고장 보호 대책

• 접지 및 본딩대책
• 자기차폐
• 선로의 포설경로
• 전연 인터페이스
• 협조된 SPD 시스템