피뢰설비

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개요

 

낙뢰로부터 보호하고자 하는 대상물에 접근하는 뇌격을 포착하여 뇌격전류를 안전하게 대지로 방류하는 동시에 인하도선이나 구조체를 통하여 흐르는 뇌격전류에 기인하여 발생하는 건축물 등의 화재 발생이나 소손, 사람과 가축에 대한 감전사고 및 전자기기에 대한 전자장해를 방지하는 것이 뇌보호시스템의 기본 목적입니다. 낙뢰 자체에 의한 직접적인 재해 뿐만 아니라 낙뢰에 기인되는 2차적 피해를 방지할 필요가 있으며, 최근 컴퓨터를 비롯한 정보통신기기, 전자기기의 보급이 증대되면서 지능형 빌딩, 공자의 자동화, 사무 및 행정의 전산화, 금용, 교통, 통신 등 모든 사회시스템이 킴퓨터를 매개로 하여 고도화되고 네트워크화됨에 따라 낙뢰에 의한 핵심 전자기기의 고장은 사회의 혼란과 막대한 경제적 손실을 가져오게 됩니다.

뇌보호시스템 선정절차

 

고려하는 대상의 모든 건축물에 대하여 뇌보호시스템의 설계자는 뇌보호시스템의 설치에 대한 필요성 여부를 결정하여야 하며, 필요하다면 적절한 보호등급을 선택해야 합니다. 뇌보호시스템의 선정 절차의 첫 단계는 검토하는 대상 건축물의 형상에 따른 충분한 평가가 요구됩니다. 건축 구조물의 규모와 위치, 그리고 구조물의 분류와 함께 그 지역의 연간 대지뇌격밀도와 같은 뇌방전 특성의 매개변수가 결정되어져야 하며, 이들 데이터는 다음 사항을 평가하는데 기초가 됩니다.


1) 지역의 대지뇌격밀도 Ng와 건축물의 등가수뢰면적 Ae의 곱에 의한 연평균 낙뢰의 발생빈도
2) 검토대상 건축물에 허용될 수 있는 연평균 낙뢰허용빈도 Nc

건축물에 대한 낙뢰허용빈도 Nc는 낙뢰발생 빈도 Nd의 실제 값과 비교하여야 합니다. 만약 Nd ≤ Nc라면 뇌보호시스템은 필요하지 않습니다. 만약 Nd > Nc라면 E ≥ 1 - Nc / Nd의 효율을 가지는 뇌보호시스템을 설치하여야 하며, 표 4.3에서 적당한 보호등급을 선정하여야 합니다.


보호등급 뇌보호시스템의 효율 (E)
Ⅰ 0.98
Ⅱ 0.95
Ⅲ 0.90
Ⅳ 0.80

 

< 뇌보호시스템의 선정 절차에 대한 흐름도 >

뇌보호시스템 선정 파라미터

대지뇌격 밀도

 

1년동안 단위 평방킬로미터 (km2)의 면적에 발생하는 낙뢰의 회수를 나타내는 대지 뇌격밀도 (Lightning grounding flash density)는 측정으로 결정합니다. 대지뇌격밀도 (Ng)로 이용할 수 있는 측정된 데이터가 없으면 다음의 관계식으로부터 추정할 수 있습니다.

여기서는 연평균 뇌우발생일수 (isokeraunic level : IKL)로부터 얻어지는 뇌우일수이며, 이 관계는 기후조건의 변화에 따라 다릅니다.


< 낙뢰밀도 지도(Lightning density map) >

건축물에 대한 연간 낙뢰허용빈도 ()

 

연간 낙뢰허용빈도 의 값은 인명, 문화적 그리고 사회적 손실에 관련되는 국가위원회의 결정사항입니다. 손실이 개인의 재산에만 관계된다면 의 값은 건축물의 소유자 또는 뇌보호시스템의 설계자가 결정할 수도 있으며, 다음과 같은 적절한 요인을 고려하여 피해의 위험을 분석하여 평가할 수도 있습니다. 특별한 경우에는 지역의 법률로 의 값을 지정할 수도 있습니다.

 

건설의 형태
가연성 물질 및 폭발성 물질의 존재
낙뢰의 피해를 감소시키기 위하여 마련된 대책
관련된 공공서비스의 형태와 중요성
피해를 입는 물건의 가치

 

낙뢰피해 예측 등가면적 산출 (Ae)


< 평지에서 건축물의 낙뢰예상 등가면적 >

건축물 외부뇌보호 시스템

일반사항

 

뇌격이 피보호범위 내로 침입할 확률은 수뢰부 시스템을 적절하게 설계함으로써 상당히 감소되며 수뢰부 시스템은 다음의 요소들의 조합으로 구성됩니다.

 

돌침

수평도체
메시 (mesh)도체

 

배치

 

수뢰부 시스템의 배치는 <표 1>의 요구사항에 적합해야 합니다. 수뢰부 시스템 설계시 다음의 방법을 개별 또는 조합하여 사용할 수 있습니다.

 

보호각 방법

 회전구체 (rolling sphere)법
메쉬 크기 (mesh size)법
보호법
피뢰시스템의 레벨 회전구체 반경 (m) 메시치수 (m) 보호각
Ⅰ 20 5×5 아래 그림 참조
Ⅱ 30 10×10
Ⅲ 45 15×15
Ⅳ 60 20×20  
< 표 1 - 피뢰시스템의 레벨별 회전구체 반경, 메시치수와 보호각의 최대값 >

 

수뢰부 시스템의 형태선정

 

돌침으로 구성되는 수뢰부 시스템은 독립 뇌보호 시스템과 소규모 건축물 또는 대규모 건축물의 일부에 적합합니다.
독립 피뢰침의 높이는 낙뢰빈도증가를 방지하기 위해 몇m (2~3m)미만으로 합니다. 피뢰침은 뇌보호 시스템 보호레벨 선정과 관련해 회전구의 반경보다 높은 건축물들에는 부적합합니다.

수평도체로 구성된 수뢰부 시스템은 위의 모든 경우에 적합하고 짧거나 긴 모양의 건축물 (a / b ≥ 4)에 적합합니다.
메시도체로 구성된 수뢰부 시스템은 널리 사용하고 있습니다.


< 회전구체법에 의한 고층건물 설계 예 >
보호레벨에 따르는 인하도선 평균간격
피뢰시스템의 레벨 간격 (m)
Ⅰ 10
Ⅱ 10
Ⅲ 15
Ⅳ 20

뇌보호시스템의 재료의 수치
피뢰시스템의 레벨 재료 두께 1) (mm) 두께 2) (mm)
Ⅰ~ Ⅳ 납 - 2.0
강철 (스테인리스, 아연도금강) 4 0.5
티타늄 4 0.5
동 5 0.5
알루미늄 7 0.65
아연 - 0.7
1) 는 관통, 고온점 또는 발화를 방지합니다.
2) 는 단지 관통, 고온점 또는 발화의 방지가 중요하지 않은 경우의 금속판에 한정됩니다.

피뢰시스템 설계의 순서