lightning safety manual

2007-M-060

Module형 교재

낙뢰와피뢰설비

본 모듈형 교재는 교육생에게 낙뢰로 인한 재해를 예방하고 낙뢰안전을 확보하기 위

한 정보를 제공한다. 논의될 주제는 낙뢰 및 서지의 특성, 피뢰설비(뇌보호 시스템),

IEC 규정등이다.

모듈의목적

1. 낙뢰의생성및특성을이해함으로써낙뢰로부터안전한환경구축의필요성을인식할수

있다.

2. 낙뢰의위험성을정량적으로해석하고낙뢰로부터재해를예방할수있는피뢰대책을수립

할수있다.

3. 피뢰설비의원리를이해하고설치관련규정및기술을인지하여낙뢰피해를최소화하는

합리적인방법을이해할수있다.

학습목표

낙뢰와서지 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4기억해야할포인트

제1장

피뢰설비(뇌보호시스템) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 20기억해야할포인트

제2장

모듈연습문제 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 49

contents

Module형교재

2007060

낙뢰와 피뢰설비

전기안전

4

낙뢰와서지

(1) 낙뢰의정의

격심한상승기류가있는곳에서발생하는뇌구름은구름내부의거친소용돌이로인해

양(+)전하와음(-)전하가분리되어대기의전리파괴를일으키면서중화되는하나의커다

란불꽃방전이다.

대기중의공기는어느정도의절연내력을가지고있으나, 인가되는전압의크기가어느

일정값(임계값) 이상이되면대기의절연이파괴되어빛과소리를내면서순간적으로막

대한전류가흐른다.

이러한대기중에서발생되는불꽃방전

의자연적인현상을뇌(雷)라고하며, 소

리를 천둥, 빛을 번개라고 한다. 이 때

발생되는번개즉, 불꽃이하강되어지

표면의 어느 지점에 흘러드는

(Termination) 현상을 낙뢰라고 하며,

특성은다음과같다.

①자연에의해발생하는뇌격의특이성

제1장

01

낙뢰의생성및특성을이해함으로써낙뢰로부터안전한

환경구축의필요성을인식한다.

Module형교재060

1장 _ 낙뢰와 서지

전기안전

5

②발생예측의곤란성

③관측치의불균일성

④발생지역범위의방대함

⑤막대한전기에너지의순간방전현상

(2) 낙뢰의발생이론

낙뢰(落雷) 발생의근원이되는뇌구름이발생하려면큰규모의강력한상승기류가필요한

데이상승기류에의해구름이발생할때그속에서전하분리가일어나며, 특정한조건에

의해그규모가대기의절연을파괴할수있는양에도달하면뇌방전이일어난다.

[그림 1-1] 뇌구름의 발생

(3) 낙뢰의발생조건

낙뢰는태풍과같은중규모기층이상승하거나, 대규모의안정된기층이상승할때는발생

하지않고다음과같은경우에발생한다.

①주로공기 도가큰한기가공기 도가작은난기를급격히파고들때

②여름철태양에너지가풍부한날오후에국지적으로지면에접한대기가가열되어빠

른속도로상승하면서뇌우(Thunderstorm)가발달할때

③한랭전선부근, 장마전선부근, 대류성뇌우구역등에서주로발생하지만, 실제로눈

보라, 모래폭풍, 분출하는화산위의구름, 맑은하늘등에서발생하기도한다.

낙뢰(落雷)：양전하나 음전하가 분리 축적된 뇌구름과 뇌구름사이, 뇌 구름과 대지사이에서 일어나며, 대기의 절연이 파괴되어 일어나는 정전기에 의한 방전현상이다.

14

12

10

8

6

4

2

-64

-55

-45

-33

-18

- 7

+ 5


전기안전

6

낙뢰와서지

제1장

(4) 낙뢰의발생과정

뇌운가운데전하가축적되고지표면에는구름하부의전하와역극성의전하가유기된다.

낙뢰모양은한가닥의뇌광이달리는것처럼보이나, 자세히보면뇌운에서공기의절연

을파괴하고선행방전(Step leader)하고진행·정지를반복하면서스텝리더의선단이대

지면이나지상물체에가까이왔을때대지로부터상향하는스트리머(Streamer)가발생

하고, 이양자가결합할때뇌운과대지에이르는도전로가형성되며이도전로에대지로

부터다량의전하가주입되어주방전이발생한다. 이상태가낙뢰의순간으로뇌광을관

찰할수있으며, [그림1-2]는그상태를나타낸다.

낙뢰가흐르는통로의공기는20,000∼30,000정도의온도까지가열되므로공기가급

팽창하면서충격파가발생되는데, 이때동반되는소리가천둥(Thunder)이다.

[그림 1-2] 낙뢰 발생 메커니즘

Module형교재060


전기안전

7

[그림 1-3] 낙뢰 발생 및 진행과정

(a) 구름속의 전하군：파일럿스트리머(Pilot streamer)와 선행방전(Step leader)이 지면으로 스트리머를전파함. 전하는 구름 아래의 공간으로 점점 낮아짐

(b) (a) 과정이 거의 완료 : 파일럿 스트리머가 지면에거의 도달

(c) 강한 귀환 스트리머：구름아래의 음전하가 지면으로방전

(d) 첫 번째 전하군 방전완료：구름 속의 전하군 사이에서 스트리머 진전

(e) 두 개의 전하군 사이에 방전：화살형 리더(Dartleader)가 초기경로를 따라 지면으로 전파. 화살형리더가 거의 지면에 도달하며, 뇌격경로를 따라 음전하가 낮아지고 분산됨

(f) 강한 귀환 스트리머가 구름아래 공간의 음전하를 지면으로 방전

낙뢰와서지

(5) 낙뢰의종류

①열뢰(熱雷)

일사광선이강한날산악지대등에서지표부근의습한공기가덥혀져서상승기류가형

성되고, 이때상공에차가운공기가있으면상승기류는완성되어뇌구름(적란운)이발

달하여발생하는뇌이다.

②계뢰(界雷)

온난한기단과한랭한기단이접하는한랭전선이라고불리는구역에서발생하여전선

과함께이동하는뇌를말한다.

③열계뢰(熱界雷)

열뢰와 계뢰의 양쪽의 원인이 겹쳐서 일어나는

뇌를말한다.

④와뢰(渦雷)

발달한저기압이나태풍의중심부근에발생하는

것으로 중심부근의 강한 상승기류에 수반하여

발생하는뇌이다.

(6) 뇌방전

뇌방전이란뇌구름상하부에분리된전하분포군이도중에공기층의절연파괴를매개로

방전을일으키면서중화되는현상을말하며, 종류는<표1-1>과같이구분할수있다.

제1장


전기안전

8

뇌방전 설명

운내방전동일 뇌운내의 정(+), 부(-) 전하 간에 발생하는 방전

(Inter-cloud discharge)

운간방전다른 뇌운간의 정(+), 부(-) 전하 간에 발생하는 방전

(Cloud-to-cloud discharge)

대지방전(낙뢰)뇌운 전하와 대지에 유도된 전하 간에 발생하는 방전

(Cloud-to-ground discharge)

대기방전뇌운 전하와 인근 대기 간에 발생하는 방전

(Air discharge)

<표 1-1> 뇌방전의 종류

Module형교재060


전기안전

9

대지방전(Cloud-to-ground discharge)은 뇌구름 하부의 전하와 대지면에 유기된 전하

사이에서발생하며뇌구름중의정전하를중화하느냐에따라정(+)극성낙뢰와부(-)극성

낙뢰로구분되며, 뇌구름으로부터출발하는자연낙뢰와뇌구름을향하는트리거드낙뢰로

나눌수있다.

가. 자연낙뢰

뇌구름은상층에정(+)의전하, 하층에부(-)의전하가축적되며하층의부의전하는정

전유도에의해서지표에정의전하를발생시키므로이정·부전하사이의공간에강한

전계를발생시킨다. 이전계때문에뇌구름의하층으로부터뻗어나온방전로는지상

으로향하게된다. [그림 1-4]는낙뢰방전의시간적추리를표시한것이며, 세로방향

은뇌구름과대지간의거리, 가로축은시간이다.

[그림 1-4] 뇌방전의 진전과정 시간

나. 트리거드낙뢰

부로대전한뇌구름이머리위에있을때철탑등높은구조물에서상향정(+)극성리더

가발생하고이어서자연낙뢰와같이하향부(-)극성리더와상향귀환뇌격이발생하

는경우와상향정(+)극성리더로끝나는두종류의트리거드낙뢰가있다.

(a) (b)

스텝리더

거리

주뇌격 주뇌격 주뇌격

시간

화살형리더

화살형리더

대지

구름m sec m sec60μsec

40 30

70μsec 60μsec1m sec

2m sec

20m sec

낙뢰와서지

(7) 낙뢰보호

①원리

구조물의낙뢰보호의원리는뇌방전을저(低)저항회로를통하여대지로유도하는것이

다. 접지된철구조물은이러한조건을일반적으로만족시키지만기타구조물에서는돌

침(Air terminal), 인하도선(Down conductor) 및접지시스템으로구성되는낙뢰보호

설비를한다. 최근에적용하는기준(IEC 61024/NFPA 780)에서는 [그림 1-5]와같이

가상적인공을두개의돌침에얹었을때공의하부에위치하는구조물만보호되는것

으로생각하여돌침의설치위치및수효를결정한다(Rolling sphere 법). 가상적인공

의반경은최대45m로적용하며보호를완벽하게하려면가상적인공의반경을줄여서

적용한다.

②돌침

돌침의길이는최소0.25m에서6.1m 정도이나0.61m이상되는돌침을설치하는경우

는돌침지지대를설치한다. 구조물가장자리에설치하는돌침의설치간격은0.25m 돌

침인경우는6.1m 이하로, 0.61m 돌침인경우는7.6m 이하로한다. 구조물상부표면

내부에설치하는돌침의간격은15.2m 정도를적용한다. 모든돌침은인하도선에연결

되어야하고인하도선은최소한2개이상을설치하여접지봉에연결한다.

[그림 1-5] 돌침에 의한 낙뢰보호 범위

③인하도선

구조물의철주(Metallic column)를인하도선으로사용할수있으며돌침은모두여기

에견고하게연결되도록조치하면된다. 인하도선의최대간격은30m 이며모든인하

제1장


전기안전

10

최대 45cm

Module형교재060


전기안전

11

도선은구조물기초부위에서모두연결하고접지봉에연결한다. 접지봉은구조물기초

에서0.61m 이내에설치한다. 인하도선및접지봉은낙뢰전류에견딜수있는충분한

전류용량을가져야한다. 콘크리트내부의철근, 비상용계단, 구조물상부의공조설비

등은인하도체에연결한다.

(8) 낙뢰보호의구체적인예시

①위험물질보관탱크의피뢰설비

②굴뚝의피뢰설비

마스트

보호대상구조물

3m

3m

가공선(架空線)

마스트

필요시 30。기울어짐

120。

돌침간 120。각도

낙뢰와서지

(1) 서지의정의

서지(Surge)란전력계통의전원선, 통신선, 신호선등의도체를통하여발생, 침입되는이

상전압및전류가순간적으로크게증가하는충격성이높은펄스를말한다.

낙뢰로인한뇌격전류는전송로나설비에서지를발생시키며낙뢰이외에도과도한임펄

스를원인으로하는서지가발생하여전송로및전기설비에피해를입힌다.

(2) 서지의파형

뇌격으로인한서지는전압, 전류의급격한상승

을 초래하며 파고치(Peak value)에 도달한 후,

다시하강하는소위충격파의형태를나타낸다.

서지로 인한 충격파는 파고치, 파두시간(Wave

front time), 파미시간(Wave tail time)으로 표

시하며, [그림1-6]에서P점을파고점, E를파고

치, OP를 파두(Wave front), PQ를 파미(Wave

tail)라고한다.

[그림 1-6] 서지의 파형

제1장


전기안전

12

I(V)(%)

O

10%

90%P

I(V)

E

Q

50%

± i

Tf

Tt

t

02

Module형교재060


전기안전

13

①파고치

충격파형이최대로되는전류또는전압의값을칭한다.

②파두시간(Tf)

서지전압및서지전류의파두시간을표시함에있어서, 실제파두부분의파형은일

그러져있기때문에파고치의10%와90%의점을연결하는직선이시간축과만나는

점을시간의기준점으로잡고, 그점으로부터이직선이파고치를통과하는수평선과

만나는점까지의시간을파두시간이라하며통상μs 단위로표현한다.

③파미시간(Tt)

서지전압및서지전류의파미시간은기준점으로부터파미부분에서파고치의1/2과

같은순시치로떨어지는점까지의시간을말하며통상μs 단위로표현한다.

④파형의표시(Tf ×Tt)

서지전압및서지전류의파형은통상μs 단위로표시된파두시간(Tf)과파미시간(Tt)

과의조합(Tf ×Tt)으로표시한다. 충격전압시험시의표준충격파형에서는Tf=1.2μs,

Tt=50μs, 즉1.2×50μs를취하고있다.

(3) 서지의종류

서지의충격파는기기의절연을떨어뜨리고반도체를손상시켜기기의기능을약화시키거

나정지시키는일을자주발생시킨다. 서지를발생원인에따라크게분류하면다음과같다.

①자연에의한서지

가. 직격뢰: 낙뢰가구조물, 장비, 전력선등에직접뇌격하는서지

나. 간접뢰: 전원선, 통신선을통하여전달되는서지

다. 유도뢰: 매설된전원선, 통신선을통하여유도되는서지

②개폐및기동에의한서지

가. 개폐서지: 유동성부하, 전기기기의개폐로발생하는서지

나. 기동서지: 인버터(Inverter) 등전력변환시발생하는서지

(4) 서지보호기

①적용

낙뢰와서지

가. 전원시스템의서지보호기는전원인입선, 전원배/분전반회로, 전력수구회로및

각기기또는장비의전단에적용설치되어이하의회로또는기기를보호한다.

나. 통신, 신호및정보통신시스템의서지보호기는전화·정보통신및신호시스템의

선로, 컴퓨터시스템의선로, LAN 시스템그리고화재경보또는보안시스템의선

로에적용설치되어기기를보호한다.

②선정

가. 전원용서지보호기：1단계- 대용량의주전원용(병렬접속)

외부로부터인입되는전원선의서지를억제하여기기를보호

나. 전원용서지보호기：2단계- 중·대용량의분전반, 전원장치용(병렬접속)

주서지보호기를통과한잔여서지와내부발생서지를보호

다. 전원용서지보호기: 3단계- 소용량전원기기, 정 제어장비용(직렬접속)

분전반, AVR, UPS 등전원장치에설치된서지보호기를통과한잔여서지를억제하

여기기를보호

라. 통신/신호용서지보호기: 선로양단에설치

통신선, 신호선, 데이터선으로부터유입되는서지를억제

마. 상용서지보호기: 개인휴대통신시스템중계기, CCTV용

개인휴대통신시스템중계기, CCTV, 카메라등의선로로유입되는서지를억제

송전계통에발생하는이상전압은내부적인원인에의한것과외부적인원인에의한것의두

가지로대변할수있다. 내부적인것으로서는충전전류나고장전류의차단시생기는개폐이상

전압, 지락, 단선등의고장에의한고장이상전압등이있다. 외부적인원인으로서는유도뢰,

직격뢰, 다른고압선과의혼촉이나유도등이있으며, 특히뇌에의한이상전압은파고치가대

단히높고그경과지에따라발생빈도도높으므로송전계통에서의이상전압중가장가혹한

것으로안전의측면에서대책및방호가요구된다.

제1장


전기안전

14

03

Module형교재060


전기안전

15

낙뢰는전송로에다음의네가지형태로유입되어서지의형태로나타난다.

①전체낙뢰전류가전송로에유입되는직격뢰

②낙뢰전류의일부만이전송로에유입되는전송로주위에서의뇌격

③자기유도

④정전유도

(1) 가공지선

송전선의위쪽에 1∼2조의도선을가설하여뇌격을여기에서받아송전선에대한직격을

방호하는것인데이것을가공지선이라고한다. 1조의보호각은보통송전선에서 30~45

도의범위에있고보호효율은30도에서95%, 45도에서85%가된다. 100%의효율을희

망하는발·변전소의1km 이내에서는2조의가공지선을가설하면안전하다. 가공지선의

효과를요약하면다음과같다.

①전력선에대한뇌격을막는다.

②철탑이나가공지선에뇌격이있을경우에도, 뇌전류를분산시켜서철탑의전위상승

을작게한다.

③유도뢰에대하여전력선을정전으로차폐한다.

(2) 섬락방지

섬락이란송배전선(送配電線)의애자(碍子) 등절연물을끼워놓은두도체간의전압이섬

락전압(Flashover voltage) 이상이되었을때절연물표면에있는공기를통해아크방전

이일어나이것이지속되는현상으로송전선에서의섬락방지대책은다음과같다.

①차폐각의감소

②전력선하부에차폐선설치

③가공지선의다조화

④탑각접지저항의저감

⑤Arcing horn 간격의확대

⑥불평형절연의채용

⑦선로용피뢰기의설치

낙뢰와서지

벼락의직격으로인한재해는치명적이므로세심한주의가요망되며옥외에서뇌성을들은경

우는다음과같은안전행동이필요하다.

①낮은곳으로이동하여몸을낮춘다.

②몸에있는금속물을신속하게몸에서제거한다.

③쇠기둥이나나무밑에대피할때는2m 이상떨어진다.

④천둥소리를들으면가급적빨리피난하여건물안으로들어간다.

⑤골프장등에서는가급적장시간대피할수있는곳에들어간다.

①번개(Lightning)：천둥을동반하는대기중의방전현상으로상위개념

②벼락(낙뢰, Lightning flash to earth)：뇌운과대지사이의방전현상으로1회이상의뇌

격을포함한다.

③뇌격(Lightning stroke)：낙뢰에있어서단일방전

④선행방전(Leader)：귀환뇌격에선행해뇌운에서대지를향해진전하는방전

⑤계단형선행방전(Stepped leader)：휴지시간을동반하는계단형선행방전으로첫번째

뇌격시이형태를취한다.

⑥화살형선행방전(Dart leader)

첫번째뇌격후계단형이되지않고연속적으로리더가앞의방전로를통과하는선행방전

⑦뇌격거리(Striking distance, Final jump distance)

선행방전이대지에접근해최종적으로방전하는거리. 이거리(m)는k×I×n으로주어진

다. I는뇌전류(kA), k와n은상수이다. 이값은각연구자에따라여러종류가있다.

⑧귀환뇌격(Return stroke)

제1장


전기안전

16

05

04

Module형교재060


전기안전

17

선행방전이대지와결합한후형성된고도전성방전로를통해대지에서뇌운방향으로흐

르는대규모전류방전

⑨다중뇌(Multiple stroke)

맨처음형성된방전로를따라2회이상의뇌격을반복하는뇌방전

⑩뇌격점(Stroke point, Point of strike)

낙뢰가대지와구조물또는피뢰설비와접촉하는점

⑪뇌전류(Lightning current) : 뇌격점에흐르는전류

⑫뇌전류피크값(Peak value of lightning current) : 낙뢰에서최대전류값

⑬낙뢰계속시간(Flash duration) : 뇌전류시작부터끝까지의시간

⑭뇌방전전하(Electric charge of lightning discharge) : 뇌전류시간적분

⑮연간뇌우일수(IKL, Isokeraunic level)

일정한지역에서천둥소리를듣거나뇌광을눈으로확인한일수를1년간합계한일수

⒃뇌차폐(Shielding)

보호해야할건축물과전력선로에대한뇌격을피하기위해차폐선과돌침을이용해보

호하는것을뇌차폐라고한다.

⒔직격뇌(Direct strokes)

직접상도체로뇌격함으로써발생하는과전압. 배전선인경우에는가공지선과콘크리트

기둥에뇌격한경우도포함한다.

⒕역섬락(Back flashover)

송전선철탑과가공지선으로뇌격한경우접지저항과철탑서지임피던스에의해철탑과

가공지선의전위상승이커져반대로상도체로방전하는현상

이장에서꼭기억해야할포인트

1. 낙뢰

(1) 낙뢰의정의

뇌운 전하와 대지 간에 유도된 전하 사이에 발생하는 방전현상을 말하며,

이낙뢰에는 1회이상의뇌격을포함한다.

(2) 낙뢰의특성

①자연에의해발생하는뇌격의특이성

②발생예측의곤란성

③관측치의불균일성

④발생지역범위의방대함

⑤막대한전기에너지의순간방전현상

(3) 낙뢰의발생조건

①공기 도가큰찬공기가작은따뜻한공기를급격히파고들때

②국지적으로 지면에 접한 대기가 가열되어 빠른 속도로 상승하면서

뇌우가발달할때

③눈보라, 모래 폭풍, 분출하는 화산 위의 구름, 맑은 하늘 등에서도

발생

2. 서지

(1) 서지의정의

전력계통의 전원선, 통신선, 신호선 등의 도체를 통하여 발생, 침입되는

이상전압및전류가순간적으로크게증가하는충격성이높은펄스

point

제1장


(2) 서지의발생원인

①낙뢰등의자연현상에의한외부서지(외뢰)

②전기계통의과도임펄스에기인하는내부서지(내뢰)

(3) 서지의종류

①자연에의한서지

가. 직격뢰 : 낙뢰가구조물, 장비, 전력선등에직접뇌격하는서지

나. 간접뢰 : 전원선, 통신선을통하여전달되는서지

다. 유도뢰 : 매설된전원선, 통신선을통하여유도되는서지

②개폐및기동에의한서지

가. 개폐서지 : 유도성부하, 전기기기의개폐로발생하는서지

나. 기동서지 : 인버터등전력변환시발생하는서지

(4) 서지의표시

①파두시간(Tf [μs])

파고치의 10%와 90%의

점을 연결하는 직선이 시간

축과 만나는 점을 시간의

기준점으로 잡고, 그 점으

로부터 이 직선이 파고치를

통과하는 수평선과 만나는

점까지의시간

②파미시간(Tt [μs])

기준점으로부터 파미부분에서 파고치의 1/2과 같은 순시치로 떨어지는

점까지의시간

point

제1장

I(V)(%)

O

10%

90%P

I(V)

E

Q

50%

± i

Tf

Tt

t


전기안전

20

피뢰설비의원리를이해하고설치관련규정및기술을인지하여

낙뢰피해를최소화하는합리적인방법을이해할수있다.

01

제2장

(1) 피뢰의기본개념

직격뢰에대한보호대책은대지에형성된전하를줄여줄수있는가혹은상향방전의방

전거리를줄이거나지연시킬수있는가하는가정에서시작되며이러한가정은점전하방

전(Point discharge) 이론으로접근이가능할것이다. 돌침전극에의해지표면에대전된

전하의일부를대기중으로방출시키거나돌침을통해상향방전이일어나는것을억제시

킴으로써뇌격을방지할수있다.

QE = --------- (2-1)

4πεγ2

QD = --------- (2-2)

4πεγ

여기서, E：전계강도, Q：전하, D：전속 도, ε：매개체의유전율, r：돌침전극의반경

피뢰설비(뇌보호시스템)

Module형교재060

2장 _ 피뢰설비(뇌보호 시스템)

전기안전

21

식 (2-2)에서전극의반경(r)이작을수록전속 도가커진다. 만약전극의반경이 에가

까워진다면전계강도는무한대에가깝게되며전하의방전이연속적으로일어나서지표면

의전하축적은제한될것이며상향방전을지연또는억제시키는효과를가져다줄것이다.

이러한점전하방전이론을적용하여돌침전극을최대한가늘게하면뇌격을최소화시킬

수있을것이다.

(2) 용어

①피뢰설비: 건축물의본체및설비와그속에있는인축및물건을뇌재(雷災)로부터보

호하는설비를피뢰설비(Lightning protection facilities)라고한다.

②수뢰부시스템(Air-termination system) : 뇌격을포착하기위한외부뇌보호시스템

의일부

③돌침: 수뢰부로하는것을목적으로, 공중에돌출하게한봉상(俸狀) 금속체를말한다.

④수평도체(Catenary wires)

수뢰부로하는것을목적으로건축물의외부에 접또는띄어서거의수평으로시설하는

도체를말한다.

⑤수직도체: 수뢰부로하는것을목적으로건축물의외부에 접또는띄어서거의수직

으로시설하는도체를말한다.

⑥메시도체(Mesh conductors) : 피뢰를목적으로피(彼)보호물전체를덮은연속적인망

상(網狀) 도체(금속판도포함)를말한다.

⑦환상접지극(Ring earth electrode) : 건축물등주위의대지면아래또는위에폐루프를

구성하는접지극

⑧접지전극(Earth electrode) : 대지와직접전기적으로접촉하고뇌전류를대지로방류

시키기위한접지시스템의한부분또는그집합

⑨보호범위(Space to be protected) : 돌침을설치함으로써뇌격의직격(直擊) 위험으로

부터보호될수있는돌침주변의대지및공간을말한다.

⑩보호각(Protection angle) : 돌침의선단, 기타뇌격의단자(端子)가되는도체의상단에

서그상단을지나는연직선에대해서보호범위를포함하는각도를말한다.

⑪뇌보호시스템(LPS : Lightning protection systems) : 뇌의 향에대하여공간을보


호하기위해사용되는시스템의전체. 이시스템은외부와내부뇌보호시스템으로구

성된다.

⑫외부뇌보호시스템(External lightning protection system) : 수뢰부(Air-termination

system), 인하도선과접지시스템(Earth termination system)으로구성된다.

⑬내부뇌보호시스템(Internal lightning protection system) : 보호범위내에서뇌전류

의전자적 향을감소시키기위하여추가하는모든조치

⑭등전위본딩(EB : Equipotential bonding) : 뇌전류에의한전위차를감소시키기위한

내부뇌보호시스템의일부

⑮본딩용바(Bonding bar) : 금속제설비, 계통의도전부, 전력선, 통신선및기타케이블

을뇌보호시스템에본드할수있는바

⒃접지시스템(Earth termination system) : 뇌전류를대지로흘려방류시키기위한외

부뇌보호시스템의일부

⒔인하도선(Down conductor) : 뇌전류를수뢰부시스템으로부터접지시스템으로흐르

게하기위한외부뇌보호시스템의일부

⒕보호레벨(Protection level) : 그효율에따라서뇌보호시스템을분류하는용어로서뇌

보호시스템이뇌 향으로부터공간을보호하는확률을나타낸다.

(1) 피뢰설비의조건

피뢰설비의목적은보호하고자하는대상물에접근하는뇌격(雷擊)을확실하게흡인해서

뇌격전류를안전하게대지로방류하여건축물등을보호하는데있으므로피뢰설비는가능

한한다음조건을만족하여야한다.

①보호대상물에접근한뇌격은반드시피뢰설비로막을것

②피뢰설비에뇌격전류가흘 을때피뢰설비와보호대상물사이에불꽃플래시오보

를발생시키지않을것

③피뢰설비로의낙뢰시에그접지점근방에있는사람및동물에장애를미치지않을것

제2장


전기안전

22

02

Module형교재060


전기안전

23

④낙뢰시건축물안의전위를균등화할것(건축물안의각점의전위차를없앨것)

⑤건축물안의전자, 통신용전기회로및기기를낙뢰에기인하는2차재해로부터보호할것

(2) 피뢰설비의설치기준

①낙뢰의우려가있는건축물또는높이20m 이상의건축물

②돌침은건축물의맨윗부분에서25이상돌출시켜설치하고풍하중에견딜수있는

구조일것

③피뢰설비재료는동선의경우수뢰부：35이상, 인하도선：16이상, 접지극：50

이상의성능을갖출것

④인하도선대용으로철골조의철골구조물과철근콘크리트조의철근구조체의전기적연

속성이 보장될 수 있도록 건축물 금속 구조체의 상단부와 하단부 사이의 전기저항이

0.2 Ω이하가되도록할것

⑤60m를넘는건축물등에는지면에서건축물높이의4/5 되는지점부터상단부까지측면에

수뢰부설치(높이60m를넘는부분외부의각금속부재를2개소이상전기적으로접속)

⑥접지(접지)는 환경오염을 일으킬 수 있는 시공방법이나 화학 첨가물 등을 사용하지

아니할것

⑦급수·급탕·난방·가스등을공급하기위하여건축물에설치하는금속배관및금속재

설비는전위(전위)가균등하게이루어지도록전기적으로접속할것

낙뢰로부터국내건축물의보호를위해KS C 9609 에돌침에대한규정이존재하여왔으나,

피뢰를위한완벽한대책수립이미흡하여 2004년에폐지하 으며, 2005년국제규격인 IEC

61024를도입하 다. 그러나 IEC 61024를개정한 IEC 62305 시리즈가새로이제정되면서

국내에도2007년부터IEC 62305를도입하려고하고있다. 고시화를위한정리및번역이준

비단계이며따라서본교재에서는 IEC 61024의주요내용을중심으로기술한다(일부중요한

사항은IEC 62305로기술함).

03


(1) 외부뇌보호시스템(External lightning protection system)

뇌격이피(彼)보호범위내로침입할확률은수뢰부시스템을적절하게설계함으로써상당

히감소된다. 수뢰부시스템은다음의요소들의조합으로구성된다.

①돌침(Air terminal)

뇌격은선단이뾰족한금속도체부분에잘떨어지므로건축물근방에접근한뇌격을

흡인하여선단과대지사이를접속한도체를통해서뇌격전류를대지로안전하게방

류하는방식이다.

[그림 2-1] 돌침의 보호각과 보호범위

②수평도체(Catenary wires)

[그림 2-2] 수평도체 방식

제2장


전기안전

24

뇌포착장치

보호범위

지표면

25。

35。

45。

55。

20m

30m

45m

60m

(a) 보호범위 (b) 돌침의 높이에 따른 보호각

건축물 건축물

건축물 위 도제독립가공지선

지주

α

h

이방식은보호하고자하는건축물의상부에수평도체를가설하고뇌격을흡인하게한

후인하도선을통해서뇌격전류를대지에방류하는방식이다. 이방식의대표적인예로

는송전선의가공지선을들수있다. 수평도체의보호각은돌침의보호각과본질적인

차이는없다. 수평도체를가설하는방식은[그림2-2]와같이건물의옥상에약간의거

리를두고가설하는방식과건축물에 착해서시설하는방식이있다.

③메시도체(Mesh conductors)

피(彼)보호물주위를적당한간격과그물눈을가진망상도체로포위하는방식을말하

며완전한피뢰방법에속한다.

[그림 2-3] 메시도체 방식

(2) 외부뇌보호시스템배치

수뢰부의보호범위의산정은다음의방법을개별또는조합하여산정하며, 수뢰부시스템

의배치는수뢰부시스템설계시다음의방법을개별또는조합하여사용할수있으며, 배

치는<표2-1>의요구사항에적합하여야한다. 보호레벨은피(彼)보호물(건물내외)의중요

도에따라선택한다.

- 보호각방법

- 회전구체(Rolling sphere)법

- 메시(Mesh)법

Module형교재060


전기안전

25

45m

30m

40m

15m

15m


①보호레벨분류

제2장


전기안전

26

보호레벨 건축물의 종류 건축물의 형태 뇌격의 향

주택 전기설비의 파손, 화재 및 물질적인 손상

일반적으로 뇌격점이나 뇌격뢰에 노출된 물체에 한해 손상됨

화재의 일차적인 위험과 위험한 보폭전압

농장 따른 이차적 위험, 정전시 환기시스템이나 사료공급시스템의

고장으로 가축이 폐사될 위험

극장, 학교 전기설비(조명 등)의 손상으로 혼란 발생

Ⅳ 일반건축물 백화점 운동장 화재 경보설비의 고장으로 화재진압이 지연

은행, 보험회사,위의 향에 추가하여 통신 두절, 컴퓨터의 고장과 데이터의 손실

상업지구, 회사 등

병원, 요양원, 위의 향에 추가하여 집중치료중인 환자에게 불편을 주고

교도소 거동이 부자유스런 사람들의 구조 어려움

제조 사업장 제조물에 따라 추가하여 향이 있으며 광범위한 피해와 생산손실

박물관과문화적인 유산의 복구 불가능한 손실

유물 전시관

Ⅲ위험을 내포한 전신전화국 발전소 공공 서비스의 손실

건축물 화재위험이 있는 사업장 화재 등에 의해 인근 주변에 피해를 줌

Ⅱ주변에 위험한 정유공장 주유소

공장과 그 주변에 화재와 폭발이 피해를 줌건축물 화기작업장, 군수작업장

환경적으로화학공장 해당지역과 환경에 결정적인 피해를 가져올 공장의 화재나

Ⅰ 원자력 공장 운전정지위험한 건축물

생화학 실험실과 공장

<표 2-2> 건축물의 보호레벨 분류

보호 h(m) 20 30 45 60 메시폭

레벨 R(m) α α α α (m)

Ⅰ 20 25 (1) (1) (1) 5

Ⅱ 30 35 25 (1) (1) 10

Ⅲ 45 45 35 25 (1) 15

Ⅳ 60 55 45 35 25 20

<표 2-1> 보호레벨에 따른 수뢰부의 배치

* 표시는 회전구체법과 메시법만을 적용한다.

R

α

보호범위

h

Module형교재060


전기안전

27

보호레벨은뇌보호시스템(LPS) 보호레벨선정기준에의해결정되고KS C IEC 61024는

보호레벨을일반건축물의경우는보호등급IV, 특수건축물의경우에는보호등급II 이상으

로하되낙뢰빈도, 입지조건및중요도에따라보호등급을적용하도록하고있으며, 주변여

건이나건축물의위험도를고려하여상향조정해야한다. 건축물의보호레벨분류는<표2-

2>와같으며, 보호레벨에대한보호효율은<표2-3>에제시하 다.

②보호각방법(Protection angle method, PAM)

보호각의결정은보호레벨과수뢰장치의높이에따라결정된다.

주 1. 이상의 높이에는 적용할 수 없으며, 이 범위는 회전 구체법이나 메시법을 적용한다.

2. h는 피보호 역 기준면에서 잰 수뢰장치의 높이

3. 2m 이하의 높이에 대하여 보호각은 변동 없음

[그림 2-4] 보호각 방법

③회전구체법(Rolling sphere method, RSM)

뇌전류크기에따른보호범위를3차원적으로해석하여결정한다.

보호등급 뇌보호 시스템의 효율(E)

Ⅰ 0.98

Ⅱ 0.95

Ⅲ 0.90

Ⅳ 0.80※ 뇌보호 시스템의 효율(E) (1-허용낙뢰빈도/연간뇌우일수)

<표 2-3> 보호레벨에 대한 보호효율

80

70

60

50

40

30

20

10

α(。)

h(m)2 10 20 30 40 50 600

ⅠⅠ ⅡⅡ ⅢⅢ ⅣⅣ

Class of LPS


[그림 2-5] 회전구체법

[그림 2-6] 회전구체법 설계 예시

제2장


전기안전

28

R R

돌침

보호범위 측뢰보호

R

R

R

R

h〈 60m

0.8h

h>60m

h<60m

R

R

R

Module형교재060


전기안전

29

④메시법(Mesh method, MM)

피(彼)보호물주위를적당한간격의망상도체로포위하는방법이다.

[그림 2-7] 메시법

(3) 인하도선시스템

①인하도선설치

위험한불꽃방전의발생확률을감소시키기위하여뇌격점과대지사이의인하도선은

다음과같이설치한다.

다수의병렬전류통로를형성할것

전류통로의길이는최소로유지할것

인하도선은가능한한수뢰부도체에서직접연결되도록배치한다.

②뇌보호시스템설치

가. 독립된뇌보호시스템설치

수뢰부가이격된복수의지주(또는하나의지주)상의돌침으로구성된경우각지주

에는 1조이상의인하도선이필요하다. 지주가금속이나상호접속된철골인경우

에는인하도선을추가할필요가없다.

수뢰부가이격된복수의수평도선(또는 1조의도선)으로되어있는경우도체의각

말단에1조이상의인하도선이필요하다. 수뢰부가도체망인경우각지지물에1조

이상의인하도선이필요하다.

12

3

4

5

α

1 수뢰도체2 피뢰침3 메시치수4 인하도선5 접지도체h 옥상에서 수뢰장치까지의 높이α보호각


나. 독립되지않은뇌보호시스템설치

인하도선은보호범위의주위에상호평균간격이<표2-4>에표시된값이하가되

도록배치한다. 어떤경우도2조이상의인하도선이필요하다.

※인하도선은 건축물 둘레에 등(等)간격으로 하는 것이 바람직하다. 인하도선은

가능한건축물의각코너에가깝게배치한다.

인하도선은지표면가까이에수직거리 20m 간격마다수평환상도체로상호접속

하여야한다.

③구조

독립된뇌보호시스템의경우인하도선시스템과보호범위의금속제설비와의거리는

안전거리보다커야하고보호범위와독립되지않은뇌보호시스템의경우에인하도선

은다음과같이설치한다.

가. 벽이불연성재료로된경우에인하도선을벽의표면이나내부에설치하여도된다.

나. 벽이가연성재료로된경우에뇌전류의통과에의한온도상승이벽재료에위험을

주지않다면인하도선을벽면에설치할수있다.

다. 벽이가연성재료로되어있고인하도선의온도상승이위험을주는경우보호범위

와의거리가항상0.1m보다크도록인하도선을설치한다. 금속제로만들어진지지

금구를벽과접촉하여도된다.

※인하도선이절연재료로피복되었더라도처마또는수직의홈통안에설치하지

않는다. 처마홈통안의습기가인하도선에강한부식을일으킨다. 인하도선은

문이나창문과간격을두어설치하도록한다.

라. 인하도선은 최단으로 대지에 가장 직접적인 경로를 구성하도록 루프를 구성하는

제2장


전기안전

30

보호레벨 평균간격(m)

Ⅰ 10

Ⅱ 15

Ⅲ 20

Ⅳ 25

<표 2-4> 보호레벨에 따른 인하도선의 평균 간격

Module형교재060


전기안전

31

것은지양하고곧게수직으로설치하여야한다.

이것이불가능하면도선의두점간의간격을측정한거리 s와이두점간의도선의

길이ℓ은다음식에적합하여야한다.

이식은인하도선사이의간격이20m인경우유효하다.

[그림 2-8] 인하도선의 루프

(4) 접지시스템

위험한과전압을발생시키지않고뇌전류를대지로방류하기위해서는접지시스템의형

상과크기가접지저항의규정값이중요하다. 그러나일반적으로는낮은접지저항을권장

한다. 뇌보호의관점에서구조체를사용한통합단일의접지시스템이바람직하며, 모든

접지목적즉, 뇌보호, 저압전력시스템, 통신시스템에도적합하다.

①접지시스템의목적

가. 뇌전류를대지로안전하게유도한다.

나. 인하도선간에등(等)전위본딩을한다.

다. 도전성건물의전위를제어한다.

②접지극설치

가. 다음종류의접지극들이사용되어야한다. 1개또는복수의환상접지극, 수직(또

는경사) 접지극, 방사형접지극또는기초접지극, 판형및소형그물망(메시)를

사용할 수는 있으나, 특히 접속부가 부식될 우려가 있으므로 가능하면 피한다.

s l


단독의긴접지도체를설치하는것보다여러조의도체를적당히배치하는쪽이

바람직하다.

나. 그러나깊이가깊으면깊을수록대지저항률이감소되는곳과일반적으로접지봉

을매설하는깊이보다깊은지하에서대지저항률이나타나는장소는심타접지

극이효과적이다.

[그림 2-9] 보호레벨에 따른 접지극의 최소길이(KS C IEC 61024 규격)

다. 접지시스템설치시주의사항

접지극의과도특성이매우중요

토중방전에의해접지서지임피던스저감

짧은접지극여러개가1개의긴접지극에비해성능이우수

2m 간격으로짧은접지극3~4개를설치하는것이바람직함

③접지극종류

가. A형접지극

A형접지극에는수직접지극, 판상접지극, 방사상접지극등이있다. 접지극의

최소길이는[그림2-9]과같이방사상수평접지극을ℓ1이상, 수직(또는경사) 접

지극은 0.5ℓ1이상이된다. 판상접지극은표면적이 0.35 이상으로한다. A형

접지극을선택하는경우는사람이나가축에위험을미치는구역에서특별한조

치를강구할필요가있다. 대지저항률이낮아10Ω미만의접지저항이얻어지는

경우는 [그림 2-9]과 같은최소길이를고려하지않아도된다. 접지극에전류가

제2장


전기안전

32

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 500 1000 1500 2000 2500 3000

class Ⅰ

class Ⅱ

class Ⅲ-Ⅳ

전극길이l1(m)

Module형교재060


전기안전

33

유입하면전위가상승하는데, [그림 2-10]는 봉상접지극전위분포를나타내고

있다. 그림처럼대지에타설하는경우보다매설한경우가전위가낮아진다. A형

접지극의전위분포의개념은 [그림 2-11]과같은데, 복수의접지극은단극의경

우보다도전위가완화된다.

[그림 2-10] 접지극에 의한 전위분포의 변화

[그림 2-11] 접지극에 의한 전위분포의 개념

보호수준Ⅲ, Ⅳ의경우A형접지극의접지저항의계산은다음과같다.

수직접지극

일반적으로봉상전극을이용하는데, 조건으로접지극의수는2개이상으로병렬접지로한

다. 이때집합계수는전극의간격에따라변화하는데, 일례로 [그림2-12]은전극의간격

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

t = 0 (m)

전위의

저감(%)

전극과의 거리 (m)

t= 0.75 (m)

t = 1.5 (m)

t = 1 m

tl

I

(a) 봉상 접지극 (b) 판상 접지극(수직 매설) (c) 방사상 접지극


에따른접지저항을표시한것이다.

[그림 2-12] 봉상 접지극의 접지저항

판상접지극

[그림2-13]는일본에서이용되고있는일반적인판상전극을수직으로매설한경우를예

시한것이다. 조건은앞에서설명한것과같은모양의판상전극의병렬접지로한다.

[그림 2-13] 판상 접지극의 접지저항

제2장


전기안전

34

t=0.5[m]

t=0.5[m]ρ aa

0.6m0.9m

lp

s

s

100

100

10

1.010 100 1000

10

1.010 100 1000

s간격 1.5m간격 3.0m간격 6.0m

길이 l=3m, 반지름 γ=0.007m간격 s=1.5, 3, 6m

a=0.6, 0.9m간격 s=2m

수직매설

접지저항R(Ω)

접지저항R(Ω)

대지 저항률 (Ω·m)

대지 저항률 ρ(Ω·m)

Module형교재060


전기안전

35

방사상접지극

선상전극을2본병렬로시공한경우를생각할수있다. 길이가5m로두개의접지극을직

각으로한경우를예시한것으로[그림2-14]에나타낸것과같다.

[그림 2-14] 방사상 접지극의 접지저항

※ 방사형 접지극, 수직 접지극, 판상 접지극(편면 0.35 이상) 접지극의 매설깊이는 대지 저항률, 건물보호 등급에 따라 다르게 적용한다.

또한 10Ω 미만의 접지저항을 얻을 수 있는 경우는 접지극의 최소길이를 만족하지 않아도 된다.

나. B형접지극

B형접지극은환상접지극, 망상접지극, 건축물등의기초구조체대용접지극

등이있다. 환상접지극(또는기초접지극)의경우에환상접지극(또는기초접지

극)에의해둘러싸인면적의평균반경r은ℓ1의값이상으로하여야한다. 여기서

ℓ1은[그림2-9]에서나타난값이다.

r ℓ1

요구값ℓ1이산정값r보다큰경우는방사상또는수직(또는경사) 접지극을추가

설치하여야한다. 그경우각각의수평길이ℓh 및수직길이ℓv는식(2-3)과식

(2-4)으로주어진다.

ℓh = ℓ1 - r (2-3)

ℓv = ℓ1 - r/2 (2-4)

t=0.5[m]ρll 각도 90。

각도 180。θ100

10

1.010 100 1000

길이 l=5m각도 θ=90。, 180。선의 굵기60

접지저항R(Ω)



보호수준Ⅲ, Ⅳ의경우B형접지극의접지저항계산을나타낸다.

환상접지극

건축물주위에깊이t[m]으로매설하는접지극이다. [그림2-15]은건축물주위의크기에

따른접지저항을나타낸다.(20m, 50m, 70m)

[그림 2-15] 환상 접지극의 접지저항

망상접지극

[그림2-16]에나타낸것처럼건축물하부에깊이t[m]으로매설하는접지극이다. 메시하

나의크기는대략 10m × 10m(혹은 20m)으로하고있다. [그림 2-16]는건축물주위의

크기에따른접지저항을나타낸다.(20m, 50m, 70m)

[그림 2-16] 망상(메시) 접지극의 접지저항

제2장


전기안전

36

인하도선

ba

t=0.560

ρ

a[m]×b[m]20m×20m

50m×50m

70m×70m

100

10

1.010 100 1000

접지저항R(Ω)


ba

t=0.560

ρ

a×b20m×20m

50m×50m(약 20 메시)

70m×70m(약 30 메시)

100

10

1.010 100 1000

접지저항R(Ω)


Module형교재060


전기안전

37

건축물등의기초구조체대용접지극

전술한것처럼접지를목적으로인공접지극과는다른철근콘크리트조의기초구조체를

접지극으로대용하는것이다. 땅속에있는철근콘크리트조의물체는전기적으로도체가

되고, 접지극으로대용할수있는것이확인되고있다.

[그림2-17]에나타낸것처럼건축물의기초구조체에있어서토양과접하는표면적을구

하고, 등가표면적치환법에의해반구상전극의접지저항을구조체대용접지극의접지저

항으로하는방법이다. 이방법이외에등가체적치환법및모양계수법도있다.

[그림 2-17] 건축물 기초 구조체의 접지저항

※ 환상 접지극, 기초 접지극 또는 망상 접지극으로 구성하고 각 인하도선에 접속한다.

③접지극시공

외부환상접지극은최소깊이0.5m 에벽과1m 이상떨어져매설하는것이좋다. 접

지극은피(彼)보호범위의외측에깊이0.5m 이상으로매설하고지중에서상호의전

기적결합효과가최소가되도록균등하게배치한다.

매설접지극시공중에검사가가능하도록설치한다.

접지극의종류및매설깊이는부식, 토지의건조와동결의 향을최소한으로억제

하여등가대지저항을안정시켜야한다. 토지가결빙상태로있는경우에수직전극의

최소1m는그효과를무시할수있다. 견고한암반이노출한경우에B형접지극만을

설치할것을권장한다.

b

da

인하도선

ρ30m×30m(d=2[m])30m×30m(d=5m])

a×b20m×20m(d=2[m])20m×20m(d=5[m])

100

10

1.010 100 1000

접지저항R(Ω)



(5) 조임및접속부

①조임

전기적응력이나우발적기계력(진동, 눈뭉치의떨어짐등)에의해서도체의단선이나

느슨함이생기지않도록수뢰부와인하도선을견고하게고정하여야한다.

②접속부

도체의접속부수는최소한으로한다. 접속은땜질, 용융용접, 압착, 나사조임이나볼

트조임등의방법에의해서확실하게해야한다.

(6) 재료및치수

①재료

사용재료는뇌전류에의한전기적, 전자기적효과와예상되는우발적스트레스손상을

받지않고견뎌야한다. 피(彼)보호건축물이나뇌보호시스템에부식이발생할것을고

려하여재료와크기를선정한다.

재료가충분한도전성과내식성이있으면, 뇌보호시스템의부재를<표2-5>에열거한

재료로제작할수도있다. 다른재료는이들과동등한기계적, 전기적및화학적(부식)

특성을가진경우에사용할수있다.

제2장


전기안전

38

재료사용 부적

기중 지중 콘크리트중 내성 진행성 전해대상

단선, 연선 단선, 연선 대부분의 물질에고농축염화물

구리 - 황하합물 -및 피복선 및 피복선 견딘다

유기물

용융 아연단선, 연선 단선 단선

산성 토양중에서도- 구리

도금강 양호

스테인리스강 단선, 연선 단선 -대부분의 물결에

염화물의 수용액 -견딘다

알루미늄 단선, 연선 - - - 염기성물질 구리

납 단선 및 피복선 - - 고농축황화물 산성토양 구리

<표 2-5> 뇌보호 시스템의 재료와 사용조건

Module형교재060


전기안전

39

②치수

뇌보호시스템의재료별최소치수는<표2-6>과같다.

(7) 내부뇌보호시스템(Internal lightning protection system)

①등전위본딩

등전위화는보호범위에서화재, 폭발위험과인명피해의위험을감소시키기위한매우중

요한수단이다. 뇌보호시스템, 금속제구조체, 금속제설비, 계통외도전부분그리고피

(彼)보호공간내의전원과통신용설비를본딩용도체나서지억제기로접속함으로써등

전위화를한다.

뇌보호시스템을설치한경우피(彼)보호범위외부의금속체가 향을받게되므로뇌보호

시스템설계시고려하며, 외부의금속제에는등전위본딩(EB)이필요할수도있다.

외부뇌보호시스템이설치되지않았으나인입선에대한뇌보호가필요한경우, 등전위본

딩을설치하여야한다.

②금속제설비에대한등전위본딩

가. 지하부분이나지표면부근의장소. 본딩용도체는쉽게점검할수있도록설계하고,

설치된본딩용바에접속하여야한다. 본딩용바는접지시스템에접속되어야한다.

대규모건축물등에서는두개이상의본딩용바를설치하고그것들은상호접속되

어야한다.

나. 높이가20m를초과하는건축물등에서는지표상수직간격20m 이하의장소에인

하도선에접속한수평환상도체를본딩용바에접속하여야한다. 뇌전류의전부또

는대부분이본딩접속부를흐를경우본딩용도체의최소단면적을<표2-7>에그

외의경우의단면적을<표2-8>에나타낸다.

보호레벨 재료 수뇌부 인하도선 접지극

동(CU) 35 16 50

I ~ IV 알루미늄(AI) 70 25 -

철(Fe) 50 50 80

<표 2-6> 뇌보호 시스템 재료의 수치 [단위：]


③계통외도전성부분의등전위본딩

계통외도전부분에설치한등전위본딩은가능한한건축물등으로의인입점가까이에

실시한다. 이본딩용접속부에는뇌전류의대부분이흐른다고예상이되므로금속제설

비에대한등전위본딩기준을적용한다.

④특수조건에있는금속제설비, 전원, 통신설비와계통외도전성부분의등전위본딩

외부뇌보호시스템(LPS)이필요없는경우금속제설비, 전원, 통신설비와계통외도

전성부분을특수조건에서의접지조건을적용한다.

※특수조건에서의 접지 시설 : 외부 뇌보호 시스템은 필요 없는 경우 길이 ℓ1의 수평전극 또는

길이 0.5ℓ1의 수직(또는 경사) 전극을 접지로 사용할 수 있다. 접지극의 전체길이가 ℓ1의 수평

으로ℓ1이거나수직(또는경사)으로 0.5ℓ1이상이면, 저압전기설비의접지시스템을이와같은

목적으로사용할수있다.

⑤일반조건에있는전원과통신설비의등전위본딩

전원과통신설비에대한등전위본딩은금속제설비에대한등전위본딩기준을적용한

다. 등전위본딩은가능한한건축물등의인입점가까이에설치한다.

전선이차폐되어있거나금속전선관내에수납된경우, 실드의전위차로케이블과접속

기기에위험을주지않을정도의전기저항을갖는다면실드만을본딩하여도된다. 전로

의전선은직접또는간접적으로본딩을해야한다. 충전용전선은반드시서지억제기

제2장


전기안전

40

보호레벨 재료 단면적()

동(CU) 16

I ~ IV 알루미늄(AI) 25

철(Fe) 50

<표 2-7> 뇌전류의 대부분이 흐르는 본딩용 도체의 최소수치

보호레벨 재료 단면적()

동(CU) 6

I ~ IV 알루미늄(AI) 10

철(Fe) 16

<표 2-8> 뇌전류의 일부분이 흐르는 본딩용 도체의 최소수치

Module형교재060


전기안전

41

를통해서뇌보호시스템에본딩을한다.

⑥뇌보호시스템의근접설비와의이격

수뢰부또는인하도선과피보호건축물등내의금속제공작물, 전력신호및통신설비

사이의절연은그것들의이격거리“d”을안전이격거리“s”이상으로하여야한다.

d ≥s (2-5)

kcs = k1 ----- l[m] (2-1)

km

단, k1：뇌보호시스템의보호레벨에관계된계수(<표2-9>)

kc：치수형상에관계되는계수([그림2-18])

km：이격재료에관계되는계수(<표2-10>)

l：가장가까운등전위본딩에근접한점에서부터인하도선까지의길이

[그림 2-18] 치수형상에 관계된 계수

보호레벨 ki

I 0.1

II 0.75

III~IV 0.05

<표 2-9> 계수 의 값

보호레벨 km

공기 1

고체 0.5

<표 2-10> 계수 의 값

본딩 바

s

Re = 1

인하도선

루프 루프l

s금속제선로 설비나

l

루프l

s

(전류를 1차원적으로 보았을 때 계수 Re의 값) (전류를 2차원적으로 보았을 때 계수 Re의 값) (전류를 3차원적으로 보았을 때 계수 Re의 값)


⑦인명위험에관한안전대책

피보호물내에있어서인명위험에관한가장중요한보호대책은등전위본딩이다.

(8) 뇌보호시스템유지관리및검사

①뇌보호시스템유지관리

정기검사는뇌보호시스템의신뢰성있는유지관리를위한기본적조건이다. 결함이발

견된경우즉시유지보수를한다.

②뇌보호시스템검사

가. 검사의범위

뇌보호시스템의설계적합성여부

뇌보호시스템의구성부재가모두양호한상태이고설계된기능을다하며, 부식이

없는지여부

증설된인입구또는구조물이뇌보호시스템으로의본딩또는뇌보호시스템의확

장에의해피보호공간내에포함되는지여부

나. 검사의종류

건축물의건설중에매설접지극을체크하기위한검사

뇌보호시스템의설치완료후의가항의와에대한검사

피(彼)보호공간의종류와부식문제를감안하여결정한주기에의해정기적으로하

는가항의, 및에따른검사

개수, 수리후또는건축물이뇌격을받은것이확인되었을때가항의, 및

에따른추가검사

(1) 돌침및피뢰설비의구성

국내의 화학공장, 고층건물, 위험물 저장탱크, 전기설비 등 현장에서 낙뢰로 인한 재해

예방을위해현재주로설치, 사용하고있는피뢰설비의구성은<표2-11>과같다.

제2장


전기안전

42

06

Module형교재060


전기안전

43

(2) 현재사용중인피뢰침의종류

현재피뢰설비로는돌침형피뢰침이주로사용되고있으며, 일반돌침형피뢰침과유도광

역피뢰침으로나누어지며【사진2-1】과【사진2-2】에제시한다.

(a) 일반 돌침형 피뢰침 (b) 원형 돌침 피뢰침 (a) 유도광역 피뢰침 (b) 유도광역 피뢰침

【사진 2-1】일반 돌침형 피뢰침 【사진 2-2】유도광역 피뢰침

(1) IEC 62305 시리즈개요

2005년부터국내피뢰시스템표준인 IEC 61024 시리즈는 2006년에폐기되었으며이를

대신하여 IEC 61024, 61312, 61662를 통합한 IEC 62305 시리즈가 제정되었다. IEC

건축물화학공장/플랜트 고층건물

단독 전기설비

피뢰설비 (조명등, Tower, 송·변전탑)

피뢰침

수평도체

유도광역 피뢰침/

전자펄스 피뢰침 ×

낙뢰보호 설비 규정 : KSC IEC 61024-1

확인사항 낙뢰보호 설비 규정에 따라 지붕층 및 지상 1층에서

건물 구조체에 등전위 본딩 구성

<표 2-11> 피뢰침 및 피뢰설비의 구성

07


62305 시리즈를간단히살펴보면, 62305-1은 용어정의, 뇌전류파라미터, 낙뢰에의한

손상, 보호의필요성과대책, 건축물과설비의보호기준, 뇌 향평가요소이며, 62305-2

는위험성평가기법, 건축물과설비에대한위험성평가요소등을포함하고있다. 62305-

3은건축물의뇌보호시스템(LPS), 접촉전압과보폭전압에대한인축보호, LPS의설계시

공, 유지보수및검사등을, 62305-4는 LEMP(Lightning electromagnetic pulse)에대

한보호개념, 62305-5는건축물에인입하는설비에대한보호를포함하고있다. 따라서

낙뢰에 대한 보호의 필요성, 뇌보호 대책의 경제성, 적절한 뇌보호 대책의 선정은 IEC

62305-2에제시된위험성의관리를기초로결정되어야한다. 건축물내에서의인체손상

과 생명의 위험성을 줄이는 보호대책은 IEC 62305-3(Physical damage to structures

and life hazard), 건축물내의전기전자설비의고장을경감시키는대책은IEC 62305-4,

전력선이나통신선과같은건축물에인입하는설비의파손을경감시키기위한대책은IEC

62305-5를참고하는것이합리적이다.

(2) IEC 61024와의차이

IEC 62305-3은주로외부뇌보호시스템(LPS)에대당되는규정들이며기존의규격에비

해다소강화된규격이다. IEC 62305-3의특징으로서수평환상도체의설치간격을보

호등급에따라차등적용한점을비롯하여다수규정내용에서 IEC 61024의규격에비하

여다소합리적인내용들이부가되었다고판단된다. 또한규격의적용범위가 IEC 61024

에서는 60m 이하의건축물에만적용되었지만 IEC 62305-3의적용범위는건물높이에

관계없이적용하고있다는점등이가장큰차이라고볼수있다. 이미 IEC 61024라는국

제규격을적용하고있는국내의실정에서60m 이상의건축물에는새로운규격을적용함

으로써합리적인피뢰설비가가능할것이다.

①규격의적용범위

IEC 61024의 적용범위는 60m 이하의 구조물을 대상으로 한정하고 있지만 IEC

62305 시리즈에서는건물높이에관계없이모든건물에적용한다.

②철근구조체의전기적연속성판단기준

LPS의설계시에철근콘크리트(RC)구조건축물에서철근구조체의전기적연속성

제2장


전기안전

44

Module형교재060


전기안전

45

을판단하는기준으로철근구조체의전기적저항을적합한방법으로측정하 을

때저항값이0.2Ω이하이면그철근구조체는전기적연속성을갖는것으로규정

하고있다.

③보호각적용기준

돌침에 의한 보호각 적용기준을 IEC 61024 규격에서는 수치로 제시하고 있지만

IEC 62305에서는그래프에의해연속적으로나타내고있다. 또한2m 이하에서는

보호각의변화가없다.

④측뢰에대한구조물보호

구조물높이가60m 이상일경우에는측뢰에의한피해가발생할수있음을제시하

고이를방지하기위해서60m 이상의건물에서는건물높이의상위20%에해당하

는부분에측뢰를방지하기위한수뢰부를설치하도록규정하고있다.

⑤인하도선및수평환도체의설치간격

인하도선들끼리의설치간격및수평환도체들끼리의간격을<표2-12>과같이 IEC

61024 규격에서규정하고있는설치간격보다좁게대폭강화하여규정하고있으며

수평환도체들의설치간격도 IEC 61024 규격에서는보호등급에관계없이 20m로

규정하고있지만IEC 62305 규격에서는보호등급에따라차등적용하고있다.

⑥접지극의최소길이

접지극의 최소길이(수직 깊이가 아니라 접지극용 지중환 도체의 총길이)를 IEC

61024 규격에서는Ⅱ등급, Ⅲ등급, Ⅳ등급의경우, 대지저항률에관계없다고나타

내고있으나 IEC 62305에서는접지극의최소길이가Ⅲ등급과Ⅳ등급에대해서만

보호등급인하도선들의 설치 간격 (m) 수평환도체들의 설치 간격 (m)

IEC 61024 IEC 62305 IEC 61024 IEC 62305

Ⅰ 10 10 20 10

Ⅱ 15 10 20 10

Ⅲ 20 15 20 15

Ⅳ 25 20 20 20

<표 2-12> 인하도선의 설치 간격 및 수평환 도체들의 설치 간격


대지저항률에관계없음을제시하고있다.

⑦뇌보호시스템의재료별최소치수

IEC 62305 규격에서는IEC 61024 규격에비해뇌보호시스템에사용되는재료의

최소굵기가<표2-13>과같이더굵게규정하고있다.

⑧접촉전압및보폭전압에대한사항추가

접촉전압및보폭전압에대한보호방안을제시하고있다. 접촉전압의경우에는인

하도선의접촉에의한위험을방지하기위한방안들이제시되고있으며, 보폭전압

의경우도인하도선의근체에서보폭전압에의한피해가발생될수있으므로이에

대한대책들을규정하고있다.

제2장


전기안전

46

보호레벨 재료IEC 61024 IEC 62305

수뢰부() 인하도선() 수뢰부(] 인하도선(]

Cu 35 16 50 50

Ⅰ~ Ⅳ Al 70 25 50 50

Fe 50 50 50 50

<표 2-13> 뇌보호 시스템의 재료별 최소치수


1. 피뢰설비

(1) 조건

①보호대상물에접근한뇌격은반드시피뢰설비로막을것

②피뢰설비에 뇌격전류가 흘 을 때 피뢰설비와 보호대상물 사이에 불

꽃플래시오버를발생시키지않을것

③피뢰설비로의 낙뢰 시에 그 접지점 근방에 있는 사람 및 동물에 장

애를미치지않을것

④낙뢰시 건축물 안의 전위를 균등화 할 것(건축물 안의 각 점의 전위

차를없앨것)

⑤건축물 안의 전자, 통신용 전기회로 및 기기를 낙뢰에 기인하는 2차

재해로부터보호할것

(2) 설치기준

①돌침은 건축물의 맨 윗부분으로부터 25센티미터 이상 돌출시켜 설치

(풍하중에견딜수있는구조일것)

②수뢰부인하도선 : 35이상

③측면 낙뢰를 방지하기 위해서 높이가 60미터를 초과하는 건축물 등

에는 지면에서 건축물 높이의 5분의 4가 되는 지점부터 상단부분까

지의측면에수뢰부를설치할것

※다만, 높이가 60미터를초과하는부분외부의각금속부재를 2개소

이상전기적으로접속시켜전기적연속성(전기저항0.2Ω이하)이보

장된경우에는측면수뢰부가설치된것으로본다.

(3) 수뢰부시스템

①구성 : 돌침, 수평도체, 메시도체의조합으로구성

②배치(보호레벨Ⅳ등급적용)

point

제2장


가. 보호각법(높이 60m) : 25°

나. 회전구체법(반경R) : 60m

다. 메시법(메시폭) : 20m

(4) 인하도선시스템

인하도선(16mm2

이상) Ⅳ등급적용

①25m 간격으로설치

②인하도선은 지표면 가까이에 수직거리 20m 간격마다 수평 환상

도체로상호접속하여야한다.

③인하도선 대신 철골조의 철골 구조물과 철근 콘크리트의 철근 구

조체등을사용하는경우에는전기적연속성이보장될것

(5) 접지시스템

①주의사항

가. 접지극의과도특성이매우중요

나. 토중방전에의해접지서지임피던스저감

다. 짧은접지극여러개가 1개의긴접지극에비해성능이우수함

라. 2m 간격으로짧은접지극3~4개를설치하는것이바람직함

②접지극

가. A형접지극 : 방사형접지극, 판상접지극, 수직접지극

나. B형접지극 : 환상접지극, 망상접지극

point

제2장

연습문제

전기안전

49

1. 낙뢰의종류에대한것중옳지않은것은?

① 열뢰 ②계뢰 ③와뢰 ④우레

2. 낙뢰의특성으로옳지않는것은?

①발생예측의곤란성 ②관측치의불균일성

③발생지역범위의방대함 ④막대한전기에너지의지속적방전현상

3. 뇌방전의종류중옳지않은것은?

①운내방전 ②운간방전 ③지중방전 ④대지방전

4. 자연에의한서지의종류가아닌것은?

①직격뢰 ②개폐서지 ③간접뢰 ④유도뢰

5. 피뢰설비의재료로동선이사용될경우규격으로옳지않은것은?

①수뢰부: 35이상 ②인하도선: 16 이상

③접지극: 50이상 ④등전위본딩: 25 이상

6. 60m를넘는건축물등에는지면에서건축물높이의얼마정도되는지점부터상단부까지

측면에수뢰부를설치해야하는가?

①1/3 ②1/4 ③3/4 ④4/5

7. 돌침(돌침)의높이에따른보호각이잘못연결된것은?

①20m - 60° ②30m - 45° ③45m - 35° ④60m - 25°

8. 외부뇌보호시스템의종류가아닌것은?

①돌침 ②인하도선 ③메시도체 ④수평도체

Exercises 연 습 문 제

연습문제

9. 외부뇌보호시스템배치의종류가아닌것은?

①보호각법 ②메시법 ③접지법 ④회전도체법

10. 접지시스템중A형접지극의종류가아닌것은?

①환상접지극 ②방사형접지극 ③판상접지극 ④수직접지극

11. 수뢰부시스템의설치방법에대한설명중옳은것은?

①돌침을설치

②수평도체를설치

③돌침, 수평도체및메시도체를적절히조화시켜설치

④메시도체를설치

12. 피뢰설비의접지시스템의목적이라볼수없는것은?

①뇌전류를대지로안전하게유도한다.

②고장전류의검출을용이하게한다.

③인하도선간에등(等)전위본딩을한다.

④도전성건물의전위를제어한다.

13. 다음은뇌보호시스템에관련한용어이다. 이를간단히정의하시오.

①보호범위 ②보호각 ③등전위본딩 ④보호레벨

14. 내부뇌보호시스템인등전위본딩에대하여설명하시오.

15. 내부뇌보호시스템의검사범위에대하여설명하시오.


전기안전

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참고문헌

전기안전

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참 고 문 헌

KS C IEC 61024(건축물등의뇌보호시스템)

건축물의설비기준등에관한규칙(건축법)

이교재는한국산업안전공단의허락없이부분또는

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집필자：김 두 현

(충북대학교)

편 집：교육홍보국교재자료개발팀

발행일：2007년 6월

발행인：박 길 상

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