Trigger 장치가 있으며 이 장치는 설정,제어된 진폭의 고전압 신호를 발생한다. 실제로 雷雲중에 전계전파 조건이 만족되면 트리거 장치에 의해서 최초로 먼전 상승리더를 발생시키고 이것이 접근하는 하강리더에 접촉하게 된다.(피뢰침의 기본동작원리 참고)
동일한 조건에서 설치된 Franklin 돌침 상부에서 얻어지는 시간이 선행 방사시간(△T)인 이득시간이다. 선행방사시간의 이득은 E.S.E(Early Streamer Emission) 피뢰침의 특성이다. 이것은 고압실험실의 시험에서 직접 결정될 수 있다. 효과적인 E.S.E 피뢰침은 정(+) 극성의 △T를 나타낸다.

동일한 조건에서 프랭클린 돌침에 의해 생성된 상승리더는
돌침선단 상부(A)로부터 거리 D만큼되는 곳에 도달하고 ESE피뢰침에 의한 상승리더는
ESE피뢰침의 선단 상부로부터 거리(△L+D)만큼되는 곳에 도달한다.
상승리더는
평균속도 106m/s로 하강리더를 향해 전파,전진한다.
발생시간(△T)의
이득은 △L로 표시된 선생방사 거리이득에 해당된다
선행전진시간 및 거리이득은
△T,△L로 표시되며 △L = V·△T의 공식이 성립된다
여기서
△L(m) : 선행전진거리 이득
V(m/s) : 상승리더의
평균속도 106m/s
△T(s) : 선행방사시간 이득(실험실에서 측정)
2. 동작원리
뇌운 아래에 있는 피뢰침의 선단에 뇌운의 전하와 반대극성의
전하의 플래쉬방전 즉, 강하게 전리된 플라즈마가 존재하면 뇌방전이 발생하기
쉽고 결국 이것에 낙뢰하기 쉽게 된다.
그러나 공간전하가 상시 발생하고
있으면 이 돌침효과도 희박하게 된다. 이 목적으로 ESE피뢰침 시스템에는 적절한
고전압 펄스를 발생시켜 돌침부에 플래쉬 방전을 야기하도록 되어있다.
고전압 펄스의 주파수대를 선정함에 의해 공간전하의 발생이 방지되고 1개의 플래쉬 방전에서 다음의 플래쉬 플래쉬 방전에의 쉬운 전리채널을 형성하도록 유지시킨다.
ESE 피뢰침은 뇌우시에 대기중에 존재하는 전계의 대지에너지를
이용한다.
ESE 피뢰침은 이 에너지를 회수하여 규정진폭과 주파수의 고전압
펄스로 변환하는 것이다. 이와 같은 ESE피뢰침은 낙뢰의 위험이 있는 경우에만
동작하는 완전한 자체 동작시템의 특성을 구비하고 있다.
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3. ESE 피뢰침의 실제 동작원리
이온방출을 제어하여 상승 스트리머를 개선한 피뢰침으로 뇌 방전이 대지에 접근하면 피뢰침의 선단으로부터 플래쉬방전이 발생하고 하강리더의 방향으로 전파되면서 리더의 가운데로 이행하여 간다.
이 상승하는 플래쉬방전의 발생과 성장을 촉진하는 과정에 의해서 피뢰침의 효과가 개선된다. ESE 피뢰침은 가변전위 발생장치를 구비한 피뢰침이며, 이 때문에 코로나방전은 연속으로 발생하지 않고 단속적으로 펄스를 발생한다 이것은 주변의 전계에너지를 이용하고 있기 때문이다.
펄스전압을 선정함에 있어서 피뢰침 선단에 발생하는
이온화현상(공간전하에 의한 마스크현상)을 피하는 것이 가능하다.
플래쉬
방전을 얻도록 ESE 피뢰침의 전위발생장치는 특정신호에 의해 제어되고 동시에
정밀한 주파수의 연속전압파 또는 펄스파를 공급한다.
ESE 피뢰침의 발진기(Oscillator)와 펄스변압기(Pulse Transformer)최근 개발된 특수 장치이다.
완전하게 제어된 고전압을 발생하여 효과적인 스트리머를 발생하고, 뇌습시에만 동작하는 완전자급 동작시스템으로 각종 뇌격에 적합하고, 설치 및 보수가 용이하고, 신뢰도가 높은며, 취급이 안전하다.
길이 75㎝의 ESE 피뢰침을
전자장 내에 설치하면 안테나와 동일하게 ㎸, ㎂ 정도의 에너지를 포집한다.
이 에너지는 고전압 펄스변압기와 발진기에 의해서 고전압 실린더 내부에서 고전압
펄스전류를 발생시키는데 사용된다. 이 펄스 방전은 ESE 피뢰침의 돌출부에 전달된다.
이 발진계통은 대지와 절연되어 있다.
뇌운이 접근하면 뇌운과 대지간의
전계치가 증대하고 뇌운에 의해서 약 1-~20㎸/m에 도달한다. ESE 피뢰침은 외부의
전계 에너지를 흡수하여 동작을 개시하고 제어하며, 동시에 정밀한 주파수의
연속된 전압파를 공급한다. 최저치는 코로나 방전을 발생시키는 전계치이다.
이 최저치는 외부의 전계에 특수한 ESE 피뢰침의 계통에 의해서 발생되는 전압을
부가함에 의해서 얻어진다.
이렇게 하여 전압파는 매우 급속항게 소멸되는
전류펄스를 발생한다. 그 이유는 ESE 피뢰침 선단의 전위는 방전을 계속하는
최저치 이하로 내려가기 때문이다.
이와같이 단시간의 과도현상에 의해서
순간적이고 큰 전류를 방출하고 또 이외에 각종현상(Streamer, Seed Electron)을
발생하여 피뢰침의 효과를 최대로 하는 것이다.
ESE 피뢰침 주변의 전계가 정극성,
부극성의 어느 것에도 유효하다. 즉 앞에서 언급한 다양한 종류의 뇌 방전에
대해 유효하다는 것이다.
펄스전압을
선정함에 의해서 돌침선단의 공간전하를 피할 수 있다. 방전이 일어나면, 직전의
방전으로부터의 잔류전하는 피뢰침의 선단의 부근에서 중요한 역할을 수행하게
된다. 뇌 보호의 관점에서 보면 공간전하는 뇌 방전으로부터 보호하는데 장애가
된다.
- ESE 피뢰침 선단의 대기에는 선행 펄스전압의 효과가 충분하게 남아있어야
한다.
- 방생펄스전압은 연속되지 않도록 충분히 낮아야 한다.
동일조건에 설치된
프랭클린 돌침과 비교하여, 극성을 가지는 ESE 피뢰침의 평균시간 지연으로부터
ESE 피뢰침의 보호반경을 계산한다. ESE 피뢰침의 여기전진은 피뢰도체의 가상높이
증가 "h"와 동일하다.
◆ h' = △L = V ·△T
V
: 평균 뇌격속도
△T : ESE 피뢰침의 선행방사시간의
유효한 양(+)의 이득(고전압 실험에 의해 구해진다)
◆ 보호반경 R는 전기기하학적
모델에서 추출된 공식의 높이 h+h'에 적용함에 의해 구해진다.
R
: 높이 h에 대한 ESE피뢰침의 보호반경
h' : 피보호지역
위 ESE피뢰침선단의 가상 증가높이( 각 종류의 ESE 의 출력에 의거하여 변한다)
h : ESE의 수직높이
[표]보호레벨3을 적용한 경우의 보호반경표
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- 건물이나 전체 보호범위 내의
설비의도면(입면도,평면도,측면도 등)
- 건물(옥탑), 벽재료, 구조물의 종류
- 연돌,안테나,건물에 접근한 수목
- 건물 옥상이나 표면에 있는 금속물체의
조사
전체보호건물, 설비의
각각의 평면에서, 보호되는지 어떤지를 정밀하게 검토하고 전체 보호건물이 보호콘(Cone)
안에 들어가도록 최소반경을 결정한다.(보호공간)
◆ 그림 22의 가상건물에 대한 검토(단
가상건물은 보호레벨 3이라 가정한다)◆
보호반경표를
사용하여 ESE 피뢰침의 형식을 결정하고 건물위의 어느 위치에 어느 높이에 설치할
것인가를 결정한다.
ESE 피뢰침의 선단은 항상 가장높은 장소에 위치하도록
하고 만약 안테나가 있으면 ESE피뢰침의 선단은 안테나 선단보다 적어도
1m이상 높아야 한다.
R : ESE 피뢰침의 선단으로부터
수직거리 h에 있는 수평면의 보호반경
h : 피 보호면 상에서의 ESE피뢰침의
높이
ESE피뢰침을 사용한 피뢰설비는 1본 또는 여러본의 인하도선과 접지가 필요하고, 견고하고 튼튼하 것이나 일반적인 피뢰침과 동일하게 적어도 3년에 1회정도는 정기점검을 받아야 한다.
ESE피뢰침의 적용기준인 NF C 17102에서는 점검기준으로 ESE피뢰침설비의 설치시 확인점검 및 설치 후 정기점검을 규정하고 있다.
ESE 피뢰침의 설치완료 직후에는 다음사항을 점검하여야 한다.
ESE피뢰침설비의 정기점검 빈도는 해당 보호등급에 따라 지정되며 다음과 같이 권장하고 있다.
보호등급 |
정기점검 시기 |
강화점검시기 |
레벨 1 |
2년 |
1년 |
강화점검시기는 부식이 예상되는 지역에 적용되며 일반적인
정기점검보다 점검기간이 단축된다.
그리고 ESE 피뢰침설비는 피보호 구조물의 개조,증축 및 수뢰시에는 반드시 점검이
실시되어야 하며, 정기점검결과 및 측정결과는 상세하게 기록하여 보관하여야
한다.
◆ 육안점검
- 피보호 구조물의 개조 또는 증축에 의한 피뢰설비의 적정성
- 모든 지지재 및 부재의 설치상태
- 모든 철재류의 부식상태
- 인하도선의 안전거리 준수 및 등전위 접속상태
◆ 측정항목
- 매입인하도체의 전기적 연속성
- 접지저항
ESE 피뢰침설비의 점검기준에 의한 상세 점검항목을 설명한다.
2-2. 인하도선
ESE피뢰침설비의 접지저항은 매 점검시에 접지단자함에서 측정하여 측정값은 10옴이하이어야 한다. 일반적으로 접지저항의 측정은 전위차계 접지저항법으로 시행한다.
2-4. 점검목록표
ESE 피뢰침설비의 적용기준인 NF C 17102에 의거하면 피보호 건축구조물의 수뢰시에는 반드시 해당 피뢰침설비를 점검하여야 하며 이 수뢰여부는 육안으로는 거의 불가능하다. 그러므로 낙뢰계수기의 설치는 피수적이며 적정하게 설치하고 수뢰시에는 즉시 점검을 시행하며, 수뢰회수의 기록을 유지하여야 한다.
3-1. 낙뢰계수기의 설치필요성
ESE 피뢰침설비의 낙뢰계수기는 피뢰침설비의 확인점검 및 설정 피로보호등급의
점검면에서 반드시 설치되어야 한다.
3-1-1. 낙뢰계수기의 설치목적
3-2. 낙뢰계수기의 설치기준
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3-3. 낙뢰계수기의 운용
ESE 피뢰침설비의 완벽한 기능수행을 위해서는 낙뢰계수기를 적절한 위치에 설치하고 다음과 같이 운용한다.