피뢰침(Lightning Rod)의 설치목적 및 대상

피뢰침(Lightning Rod)의 설치목적 및 대상

 

1. 개요

자연현상인 뇌에 기인한 직격뢰에 의하여 골프장 또는 야외 개방지역에서의 인명사상사고, 건축물 등의 파손, 화재 및 간접적인 사상자사고, 에너지플랜트에서의 정전사고 및 2차적 재해 그리고 화학플랜트 또는 위험물 취급,저장지역에서의 화재,폭발 및 2차적 사상자사고 등이 유발된다. 특히 고지대,해변 또는 옥외 개방된 지역의 시설물은 높이가 낮더라도 낙뢰의 위험이 매우 크므로 완전한 피뢰보호가 요구된다.

이러한 직격뢰에 대한 보호방식에는 피뢰침설비가 널리 설치되어 있으나 완전한 피뢰보호 공산이 확보되지 않으므로 실제적인 뇌격사고에 대비하여 더욱 완벽한 피뢰침설비가 요구되는 실정이다.

최근에는 기존의 수동형 및 협소보호범위의 피뢰침설비에서 벗어나 광역 보호범위의 능동형 및 뇌격 흡인방식의 피뢰침설비가 개발,설치되어 보다 완벽한 피뢰보호를 수행하여 완전한 피뢰보호 공간을 확보하게 하고 있으며, 다양한 장소에 많이 설치되고 있다.

                        < 유도뢰에 의한 이상전압 진행파의 발생원리 >                   < 뇌 전압파형의 "예" >

· 뇌의 전압을 직격점에서 관측한 예는 없으나 수㎞ 이상 떨어진 지점에서의 관측에 의하면 부극성이 많고 최대 5,000㎸를 실측한 예가 있다.

 

2. 뇌 방전의 영향

뇌는 먼저 유체매질(대기) 속으로 전파하고 이어서 대지와 도전되는 고체매질 속으로 전파하는 고강도의 충격파(Impulse) 전류의 영향을 받으며, 따라서 뇌방전의 영향에 대하여 설명한다.

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3. 피뢰침의 설치목적 및 대상

1) 피뢰침의 설치목적

보호하고자 하는 대상물에 접근하는 뇌격을 확실하게 흡인하여 뇌격전류를 안전하게 대지로 방류시켜 건축물을 보호하기 위하여 설치한다.

 

2) 낙뢰시 위험장소(NFPA 78의거)

· 고지대 및 능선지역.

· 건축물의 옥상

· 야외개방지역, 야외 체력단련장 및 골프장.

· 야외 주차장 및 테니스장.

· 야외 수영장, 호수 및 해변가.

· 철재 울타리 근방, 빨래줄, 가공선 및 전철 궤도.

· 고립된 지역의 나무밑.

 

3) 낙뢰시 안전장소(NFPA 78의거)

· 피뢰보호가 되어 있는 건축물의 내부.

· 지하 대피소(지하철,터널,동굴 등)

· 대형 철골구조체 건물.

· 대형건물

· 자동차,버스 등의 차량(철재차량)

· 기차, 전철

· 피뢰보호가 되어있는 선박

· 도시내 가로수(인접 건물에 의해 뇌격 차폐됨)

 

4) 피뢰침동작원리

4-1) 뇌운의 발생

4-1-1) 뇌운의 종류

· 열뢰 : 여름철 강한 일사로 가열된 지표면의 과열로 발생

· 界雷 : 고기압과 저기압이 부딪히는 곳에서 발생

· 지형뢰 : 산줄기를 스치면서 상승시에 발생

· 자연뢰 : 화산폭발시 발생

4-1-2) 발생학설

· 감응이론에 의한 설 : 윌슨의 선택 접촉설

· 수직분열에 의한 설 : 심프슨의 설

· 빙점 대전 설

4-1-3) 뇌운 전압 추정 : 2-10KV

4-1-4) 방전로 : 1km - 수km

4-1-5) 뇌방 뇌격전류 : 20-40KA(드물게 100-200KA)

4-1-6) 낙뢰직전의 지표면 전위경도는 보통 30-40 KV/m, 최대 100 KV/m, 방전거리가 1km시는 수만-수십만KV정도

 

4-2) 뇌운과 피뢰도체 또는 지상의 구조물(돌출물)과의 발생현상

4-3) 뇌격 보호대책

· 가공지선의 다중화.

· 철탑 하부의 차폐선 설치

· 선로용 피뢰기 설치

· Arcing Horn 설치

· 철탑각 저항손 감소

 

4. 설치기준 (건축기준법)-국내의 경우

1) 높이가 20m이상인 건축물 또는 공작물.

2) 높이가 20m 미만인 경우로서 설치 대상물

· 박물관, 천연기념물의 나무.

· 다수의 사람이 집합하는 장소(교회,학교,병원, 백화점 등)

· 위험물을 제조,저장,취급하는 장소.(화약, 가연성 가스저장소 등)

· 뇌해위험도가 높은 지방의 건물

 

5. 피뢰방식

1) 돌침방식

· 건축물 상부에 돌침을 설치하여 근접 뇌격을 흡인하여 돌침과 대지 사이의 인하도체를 통해 외격전류를 안전하게 대지로 방류하는 방식.

· 수평투영면적이 적은 건물(굴뚝,고가수조,옥상의 옥탑부분 등), 위험물 저장소 등에 적용.

· 보호각을 규정치 이내로 수용하기 위해 돌침을 길게하는 경우 보호효과가 나빠지는 부분이 생기게 되므로 뇌의 차폐를 실폐할 가능성이 증가하고, 시공성 및 미관에 불리하게 된다. 따라서 이와같은 경우에는 돌침과 수평도체방식을 병용하는 것이 적당하다.

 

2) 수평도체방식

철근 콘크리트조 건축물에서는 건물 모서리 부분에 낙뢰하여 콘크리트 파편에 의해 보행자 등의 2차적 재해가 발생할 우려가 있다. 따라서 옥상부분의 보호시 보호대상물은 수평도체(인접한 다른 수평도체)까지의 거리가 10m 이하가 되도록 설치하면 보호되는 것으로 본다.(단, 돌기물이 있는 경우에는 돌기물을 보호할 수 있는 수뢰부를 별도로 설치한다)

[JIS 기준 : 패러핏 등에 용마루 위 도체를 설치하는 경우 용마루 위 도체로부터 20cm 이하 부분에 한하여 각도상 보호 범위에 들어가지 않더라도 실용상 보호되어 있는 것으로 하고 있다. 단, 페러핏 가장 높은 부분에 설치하도록 하여야 한다.]

· 보호대상물의 건축물의 상부에 수평도체를 가설하고 이에 뇌격을 흡인한 후 인하도선을 통해 뇌격전류를 대지로 방류하는 방식.

· 수평투영면적이 비교적 큰 건축물에 적용.

· 이 방식은 완전보호를 목적으로 하지 않고 비수뢰부의 뇌격확률을 최소화하여 2차적 재해를 방지한다는 개념에서 도입된 것이므로 위험물 저장소 등에는 적용하지 못한다.

· 난간,팬스 등이 규정된 두께 이상의 단면적으로서 전기적으로 완전하게 접속되어 있고 경년열화 및 접촉불량의 우려가 없는 조건에서 반영구적으로 이용할 수 있는 설비는 수평도체로서 대용할 수 있다.

 

3) 케이지 방식

· 피 보호물을 적당한 간격(일반 : 2m, 위험물 : 1.5m)으로 그물눈을 가진 도체로 완전히 보호하는 방식.

· 산악지대의 레이다 기지, 천연기념물의 나무 등에 적용.