뇌방전의 특성과 피뢰일반(강사:이용철교수)

[智雲]

1.뇌방전의 특성과 피뢰일반 관련 상항 중 낙뢰의 개념 및 메커니즘,뇌격거리

2.뇌방전의 특성과 피뢰일반 관련 사항 중 피뢰관련용어, 임펄스 전류파라미터, 물리적 손상 및 전기/전자시스템보호대책

3.피뢰설비와 접지

4.뇌방전의 특성과 피뢰일반 중 피뢰구역 및 SPM에 의하여 정의된 LPZ, 피뢰시스템의 구성요소와 상호관계

-세계적으로 90% 정도는 부극성(-전하)낙뢰라고 한다

-자기파페는 SPM의 구성요이다(외부 LPS의 구성요소는 수뢰부,인하도선,접지극)

-외부도전부는 건물외부에서 유입되는 수도관, 가스관,전선관,통신관등을 말한다

-낙뢰크기는 전류량으로 나타내며 평균크기는 30KA

-방전전압은 수억~10억V, 방전지속시간은 수㎲~수십㎲(마이크로 10의 -6승)

-주 방전 경로의 온도가 30,000℃ 정도 상승하므로 폭음이 발생한다

-최대방전시간은 100㎲

-뇌격거리 산출공식(IEC,IEEE) rs_10*I 0.65승m(s아래첨자)

-뇌격거리에 다른 뇌격점의 결정-뇌격점은 최단의 거리인 수뢰점(회전구체법에 따른 보호범위)-수뢰부 시스템으 높이와 뇌격거리가 보호범위를 결정

<용어>

피뢰LP(Lighting protection)-낙뢰로부터 사람, 구조물, 구조물 내부 설비 등을 보호가기 위한 조치

피뢰시스템(LPS-Lightning protection sys)-구조물 뇌격시 인축 및 물리적 손상을 줄이기 위한 시스템

외부피뢰시스템(external lightning protection sys)-수뢰부,인하도선,접지시스템으로 구성

내부피뢰시스템(internal           "                       )-뇌등전위본딩, 외부LPS와 전기적 절연으로 구성된 피뢰설비

SPM(Surge Impulse protection measures)-LEMP(뇌전자임펄스)의 영향으로 붙부터 전기/전자기기 등의 보호대책

피뢰레벨-1~4레벨(뇌 보호 대책을 설계하는데 활용

임펄스 전류파라미터-8㎲/20㎲ (파두장/파미장)

전기/전자시스템의 고장을 줄이기 위한 보호대책(접지 및 본딩,자기차폐,선로의 포설경로,절연인터페이스(광섬유케이블),협조된 SPD(서지보호장치)시스템)

피뢰구역(PLZ)

LPS(인명,건축물보호),SPM(전자,전기통신설비)

외부LPS(수뢰부시스템,인하도선시스템.접지시스템)

내부LPS(등전위본딩,외부LPS와 절연(안전이격거리 확보)

뇌서지저감(뇌보호구역,자기차페/배선경로,접지와 등전위본딩)

SPD설치(전원회로 보호, 통신회로 보호)

LPZOA(A아래첨자)는 건조물 외부에 있으며, 직격뢰에 대한 보호가 되지 않는 지역이다.

피뢰대책(LPZ)은 LPS(피뢰시스템)과 SPM(서지대책)으로 구분하여 수립한다

물리적 손상을 줄이기 위한 대책에는 외부LPS와 내부LPS가 있다

뇌전류를 균등하게 분산시킬 목적으로 인하도선을 수평으로 상호접속하기 위한 도체는는 환상도체이다

수뢰부의 배치(보호각법,회전구체법,메시법)

피뢰시스템의 등급 : 1~4등급(1등급 지상에서20미터,2등급 30미터에 수뢰부 3등급45미터 4등급60미터)

수뢰부 도체의 배치 위치-지붕가장자리 및 돌출부, 지붕경사가 1/10을 넘는 경우 지붕마루선, 높이 60m이상 구조물의 경우

높이의 80%를 넘는부분의 측면

뇌전류가 최소한 2개 이상의 도전체로 대지에 접속

등급별 인하도선의 최저간격

LPS등급 1등급(간격10m)-2등급(10)-3등급(15)-4등급(20m)

인하도선 굵기는 동선기준 50㎟ 이상

인하도선은 가연성이고 뇌전류에 의한 옫도상승의 위험이 있는경우 10㎝이상 이격

인하돗도선 근처의 접촉/보폭전압에 대한 안전대채

-인하도선으로 3m 이내에 사람이 없을 것

-10 이상의 자연적 구성부재 등의 인하도선시스템을 갖출것

-인하도선에서 3m이내 지표층의 접촉저항이 100㏀을 초과할것

-두게 5cm이상의 아스팔트, 두께 15cm이상의 자갈층 등

수뢰부의 형태-돌침, 수평도체, 메시도체(회전구체는 가상의 구체로 수뢰부 설계시 적용)

철근을 전용의 인하도선으로 사용하기 위한 접속방법-용접접속, 죔쇠접속, 묶음접속

건축용 철근의 접속방법-동여매기 접속

보호각법에 의한 수뢰부 설치는 60m(4등급기준)구조물에 적용가능하며 이를 초과하면 회전구체법을 적용하여야 한다.

뇌전위본딩은 뇌전류에 의한 전위차를 감소해소를 위하여 적용하고 있다.

내부LPS의 구성-등전위본딩, 안전이격거리의 확보

등전위 본딩의 대상-금속체설비(건조물의 도전성부분),내부시스템(건조물내부에 설치된 기기 등),구조물에 접속된 외부도전성 부분 및 선로(전력설비,수도관,가스관 등)

본딩도체로 직접접속이 허용되지 않는장소-방전캡

전도성 서지전압 U=Z* I/2(Z:선로의 임피던스 I:뇍격전류

방사성 서지전압 U=30*K*h/d*I(k:낙뢰경로의 귀환 스트로크의 속도에 관한 계수 변동폭은 1.0~1.3 h:땅에서 도체까지의 높이 d:뇌격점과의 거리

본딩망은 전위차를 최소화하고 자계를 감소시킴

신호선의 차페층은 최소한 양 끝단에서 본딩실시

루프회로가 증가하면 서지전압이 증가한다.

기본적인 SPM은 접지와 본딩, 자기파폐와 선로경로, 절연인터페이스와 유관하다

본딩용 도체의 폭은 좁을수록 좋다.

SPD 치는 전도성 서지대책에 효과적인 방법이다.

선로차폐는 방사성 서지대책에 효과적인 방법이다.

절연인터페이스의 대표적인 예는 광케이블사용이다

뇌서지는 직격뢔에 의하여 형성된 정전/전자유도작용에 의하여 발생한다

뇌서지는 전압서지만 잇다.

전도성 서지는 도전체(전선, 수도관, 가스관)를 매체로 이동한다.

방사성서지는 공간전자계영향으로 발생하며, 차폐를 이용하여 피해를 방지한다.

SPM의 기본대책1)접지와 본딩 2)자기파폐와 선로경로 3)협조된 SPD설치 4)절연인터페이스