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.
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유도뢰에 의한 이상전압 진행파의 발생원리 |
뇌 전압파형의 "예" |
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뇌는 먼저 유체매질(대기) 속으로 전파하고 이어서 대지와 도전되는 고체매질 속으로 전파하는 고강도의 충격파(Impulse) 전류의 영향을 받으며, 따라서 뇌방전의 영향에 대하여 설명한다.
구분 |
영향 |
가시적 영향(섬광) |
Townsend Avalanche 메카니즘에 기인 |
청각에의 영향 |
방전 채널에서 압력상승에 의해 생성되는 고압파(Shock Wave)의 전파에서 기인되며, 이 효과의 인식은 약 10km로 제한된다. |
열적영향 |
Joule효과에 의해 생성된 열에 기인한다. |
열 역학적 영향 |
다른 도체에 의해 생성된 자장에 놓여진 도체에 작용되는 기계적인 힘 |
전기화학적 영향 |
상대적으로 미세한 효과이며 파라데이 법칙의 적용에 의한 전기분해작용에 의해 나타나는 효과 |
유도영향 |
다양한 전자계속에서 모든 도체는 유도전류의 장이되는 것에 기인한다. |
생명체에의 영향 |
어떤 강도의 순시전류의 통과는 심장박동 정지 또는 |
보호하고자 하는 대상물에 접근하는 뇌격을 확실하게 흡인하여 뇌격전류를 안전하게 대지로 방류시켜 건축물을 보호하기 위하여 설치한다.
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.]
1. 종류
국제규격에서는 등급을 구분하지 않고 있으나 국내의 경우에는 피뢰설비를 4개의 등급으로 분류하고 있다.

어떠한 뇌격이라도 완전하게 보호하는 방식으로 정확하게 시공된 케이지 방식이 여기에 해당된다. 완전보호등급의 적용은 산의 정상관측소나 사당, 골프장의 독립휴게소, 山의 휴게소, 산야 · 밭 안의 파수막, 정자 등에 시설된다.
보통보호보다 정도가 높은 것으로 건축물이 피뢰침의 보호각 범위 내에 있더라고 건축물의 위쪽 모서리부분, 뾰족한 부분의 위쪽에 수평도체식 피뢰설비를 하여 전체에 대한 보호능력을 향상시킨 방식으로 돌침방식+수평도체방식이 여기에 해당된다.(일반적으로 목조가옥의 경우에는 증강보호로하는 것이 바람직하다)
피보호대상 건축물에 대하여 피보호각(일반건축물 60도 위험물 45도) 범위내에 들어가게 하는 것을 기본으로 하여 피뢰설비를 설치하는 것으로서 최근에는 이것에 의하여 100% 보호를 기대할 수 없는 것으로 외국의 경우에도 보호각을 강화하는 경향이다.
보통보호보다 간단한 것으로 뇌해가 많은 지방에서 20m 이하의 건축물에 자주적인 피뢰설비를 실시할 때 이용하는 방식으로 지름 6.5mm 아연도 철선을 지붕 위(지붕과 0.9m 이상 이격)에 시설하는 것으로 두 끝은 각각 지하 0.5m 이상의 깊이에 3m 길이로 매설한다.
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건물의 용도 |
구분 |
건물의 시설장소 |
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뇌가 심하지 않은 지방 |
뇌가 심한 지방 |
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구조 |
높이 |
1. |
2. |
3. |
4. |
5. |
6. |
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a. 민가, 단독농가 등 b,c,d,e에 해당하지 않는 건물 |
A |
20 이하 |
불필요 |
S |
R |
불필요 |
S |
P |
|
B |
20 이하 |
불필요 |
불필요 |
R |
불필요 |
R |
Q |
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|
b. 다수의 사람이 모이는 건물(병원,학교,종교집회장소,백화점,극장 등) |
A |
20 이하 |
R |
R |
R |
R |
Q |
P |
|
B |
20 이하 |
불필요 |
불필요 |
R |
R |
R |
Q |
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c. 업무용건물(사무소,역사,창고 등) |
A |
20 이하 |
R |
R |
R |
R |
Q |
P |
|
B |
20 이하 |
불필요 |
불필요 |
R |
R |
R |
Q |
|
|
d. 미술,과학, 역사상 귀중한 건물 및 귀중한 것을 수용하는 건물(박물관,진열장,보호건조물 등) |
A |
20 이하 |
R |
Q |
Q |
Q |
Q |
P |
|
B |
20 이하 |
불필요 |
R |
Q |
Q |
Q |
Q |
|
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e. 화약,가연성액체,가연성가스 등의 위험룽 |
A |
20 이하 |
Q |
Q |
Q |
Q |
Q |
P |
|
B |
20 이하 |
R |
R |
Q |
Q |
Q |
Q |
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[비고] |
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사. 피뢰침의 보호각
일반건축물의 경우 60°이하, 위험물저장,제조,취급하는 건축물의 보호각은 45°이하로 규정되어 있다.

건축물의 높이에 따라 보호각의 범위가 달라지며, 회전구체법이나 메시법에만 적용한다. 뇌격거리 R은 대지로부터 하강리더를 향해서 발생하는 상승리더의 거리를 말하며, 이 거리는 뇌전류의 크기에 의해서 결정되고 개략 100m정도이다.(미국에서는 45m 회전구체법을 적용하도록 규정하고 있다.)
보호레벨 |
R(m) |
h(m) |
메시폭(m) |
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20 |
30 |
45 |
60 |
|||
α° |
α° |
α° |
α° |
|||
1 |
20 |
25 |
- |
- |
- |
5 |
2 |
30 |
35 |
25 |
- |
- |
10 |
3 |
45 |
45 |
35 |
25 |
- |
10 |
4 |
60 |
55 |
45 |
35 |
25 |
20 |
낙뢰의 종류는 직격뢰와 유도뢰가 있으며, 회전구체법은
직격뢰 뿐만 아니라 유도뢰를 고려한
것으로서 스트리머 리더선단에 의한 측면보호 대책을
고려한 것으로서 피뢰침 보호범위 평가에 회전구체법을 적용하는 추세이다.
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Rolling Sphere Method에 의한 보호범위 |
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아. 선행 스트리머(Early Streamer
Emission)이온방사형 피뢰방식
이 방식은 국내법상 인정여부가 논란의
대상이 되고 있으나 최근에는 적용되는 건축물이 늘고 있다.
돌침부는 돌침, 돌침지지관,지지철물 및 설치대로 구성된다.
돌침은 공중에 돌출시킨 수뢰부이며 동,
내식알루미늄 또는 용융아연도금을 실시한 철강이며 지름 12mm 이상의 봉 또는
이것과 동등이상의 강도 및 성능의 것을 사용하여야 한다.
돌침의 굵기는
뇌격시 온도상승 외에 기계적 강도를 고려하여 정하여진 수치이다. 돌침재료의
용융점은 銅(1000℃),알루미늄(600℃),철(1300℃)이고 이들재료의 지름 12mm의
봉에 뇌격 전류가 흐른 경우 온도상승은 다음의 식에 의해 구할 수 있다(독일
: R. Foitzik)
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그러나 돌침의 굵기 선정은 뇌격전류에
의한 온도상승은 문제가 되지 않으며 기계적 강도에 의해 결정된 것으로 사료된다.
또한,
돌침 선단에 순금부착, 금도금, 크롬도금 등을 한 것은 수뢰효과가 증대되는
것은 아니고 내식성을 고려한 것이다.
돌침부는 건축법에서 규정한 풍압력에 대하여 안전한 구조 및 뇌격 전류가 흐른 경우 전자력에 의한 압괴 작용에도 충분히 견디어야 한다.
지지관에 사용하는 재료의 특징은 아래와 같으며, 일반장소의 지지관의 재료는 용융아연도강관을 사용되고 있다.
지지부에 작용하는 응력과지지관의 허용응력을 비교하여 만족하면 된다. 일반적으로 사용되는 강관의 허용응력은 2400(㎏/㎠)이다. 지지관의 개수와 길이는 보호를 필요로 하는 면적의 크기 및 설정하는 보호각에 따라 결정되지만 다음의 사항을 고려하면지지관의 길이는 돌출길이 8m 정도를 한도로 하는 것이 바람직하고, 1개의 돌침으로 보호가 불가능한 경우에는 갯수를 늘리던가 수평도체방식을 조합하는 것이 바람직하다.
돌침과 도선을 접속하는 경우 비 자성관에서는 관내를 통과해도 되지만 일반적으로는 관 상부에 있어서 돌침과 관을 전기적 및 기계적으로 완전히 접속하고 하부에 있어서는 도선을 접속하는 단자를 설치하고 관을 도체로서 사용한다.
관에 뇌격전류가 흐른 경우, 전자압괴력 Pmax는 다음 식으로 나타낸다.
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관에는 상기한 전자압괴력이 외압으로 작용하므로 관에 생기는 최대응력 σt는 다음식으로 표시된다.

JIS에서 사용이 인정되는 알루미늄재의 인장강도는 300~1300[㎏/㎠]이므로 일반적인 뇌격전류에 충분히 견딘다.
지지관 부착철물, 부착틀에 대하여 기계적 강도 외에 특히 유의하여야 할 중요사항은 내식성이다.지지관과지지철물,부착틀은 원칙적으로 동일 재료로 하여야 하지만 적어도 전식에 대하여 상호 간섭이 적은 금속 조합으로 하든가 또는 철에 용융 아연도금을 실시한 재료를 사용하는 것이 좋다.
가공지선은 기본적으로 피보호물 상부에
도선 1가닥 또는 2가닥 이상을 어느 간격을 두고 수평으로 가설하여 수뢰부로
하는 것이며 피보호물에 근접하여 설치하는 용마루 위 도체와 피 보호물과의
상대적 배치가 약간 상위한다. 가공지선은 보호하는 면적이 넓은 공장 등의 건축물을
보호하는데 유리한 피뢰설비니며 수많은 돌침이 필요하게 되는 돌침방식에 비하여
양호한 보호효과가 기대되고 공사비도 절감할 수 있다.
돌침과 피뢰도선, 피뢰도선 상호간 및 피뢰도선과 접지극의 접속은 다음의 규정에 적합하여야 한다.